Ετοιμαστείτε για συγχρονισμένο δίκτυο Ethernet

WHAT'S INSIDE "THE BLOCKBUSTER" VISITOR SKIN | Fortnite Mythbusters (Ενδέχεται 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Το SyncE χρησιμοποιεί τη διασύνδεση φυσικού επιπέδου για να περάσει το χρονισμό από κόμβο σε κόμβο

ΑΠΟ ΤΗ ΣΛΟΒΟΤΑΝ ΜΙΛΙΕΒΕΒΙΚ
Zarlink Semiconductor
Οτάβα, Οντάριο, Καναδάς
//www.zarlink.com

Τις τελευταίες δύο δεκαετίες το Ethernet έχει καταστεί η κυρίαρχη τεχνολογία για τη μετάδοση δεδομένων. Λόγω της απλότητας και του χαμηλού κόστους, καθίσταται επίσης δημοφιλής στους τηλεπικοινωνιακούς και ασύρματους παρόχους για χρήση στα δίκτυά τους.

Ωστόσο, η ασύγχρονη φύση του Ethernet παρέχει ορισμένες προκλήσεις για τη μετάδοση υπηρεσιών πολυπλεξίας διαίρεσης χρόνου (TDM) όπως το T1 / E1 επειδή απαιτούν συγχρονισμό των ρολογιών στον κόμβο προέλευσης και προορισμού. Ομοίως, οι σταθμοί βάσης σε ασύρματα δίκτυα πρέπει να συγχρονιστούν με ένα κοινό ρολόι για ομαλή μετάδοση κλήσεων μεταξύ γειτονικών κυψελών.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να επιτευχθεί συγχρονισμός μέσω Ethernet. Μια μέθοδος που κερδίζει ορμή είναι το συγχρονισμένο Ethernet (SyncE). Το SyncE χρησιμοποιεί τη διασύνδεση φυσικού επιπέδου για να μεταβιβάσει το χρονισμό από κόμβο σε κόμβο με τον ίδιο τρόπο που διοχετεύεται χρονισμός σε SONET / SDH ή T1 / E1.

Για τηλεπικοινωνιακούς και ασύρματους παρόχους, αυτό σημαίνει ότι τα δίκτυα που βασίζονται στο SyncE θα είναι οικονομικά αποδοτικά και αξιόπιστα από εκείνα που βασίζονται σε SONET / SDH- και T1 / E1. Οι προμηθευτές εξοπλισμού Ethernet ενσωματώνουν το SyncE με την ελπίδα να αποκτήσουν ένα κομμάτι μιας προσοδοφόρας νέας αγοράς.

Ωστόσο, οι μηχανικοί που εργάζονται για προμηθευτές εξοπλισμού Ethernet συχνά στερούνται προηγούμενης έκθεσης στον συγχρονισμό και ενδέχεται να υποτιμούν την πολυπλοκότητα του προβλήματος, υποθέτοντας ότι ο συγχρονισμός μέσω Ethernet μπορεί να επιτευχθεί απλώς αντικαθιστώντας τον ελεύθερο-κρυσταλλικό ταλαντωτή κρυστάλλου που χρησιμοποιείται για Ethernet PHY με συγχρονισμό γενικής χρήσης όπως βρόχος κλειδώματος φάσης (PLL). Βεβαίως, αυτό δεν συμβαίνει και τα σχέδια που βασίζονται σε μια τέτοια υπόθεση είναι προοριζόμενα να αποτύχουν.

Συγχρονισμός σε τηλεπικοινωνίες

Ας δούμε πρώτα γιατί ο χρονισμός είναι σημαντικός για τα συστήματα τηλεπικοινωνιών. Τα συστήματα τηλεπικοινωνιών βασίζονται σε TDM (πολυπλεξία χρονικής διαίρεσης T1 / E1 και SONET / SDH), τα οποία είναι τα καλύτερα προσαρμοσμένα για τη μετάδοση μίας σταθερής κυκλοφορίας bit-bit όπως ψηφιοποιημένη φωνή και βίντεο. Οι τεχνολογίες TDM παρέχουν μικρή καθυστέρηση μετάδοσης και μικρή μεταβολή καθυστέρησης μετάδοσης - δύο βασικές παραμέτρους για την ποιότητα της μετάδοσης φωνής και βίντεο.

Μικρή καθυστέρηση μετάδοσης μπορεί να επιτευχθεί μόνο εάν τα δεδομένα που αποθηκεύονται σε κάθε κόμβο είναι μικρά. Αυτό σημαίνει ότι όλοι οι κόμβοι σε ένα δίκτυο βασισμένο στο TDM πρέπει να είναι καλά συγχρονισμένοι με ένα κοινό ρολόι, προκειμένου να αποφευχθεί η απώλεια δεδομένων. Εάν ένας από τους κόμβους έχει ελαφρώς διαφορετική συχνότητα, ακόμη και για σύντομο χρονικό διάστημα, το buffer σε αυτόν τον κόμβο θα υπερχειλίσει ή θα υποχωρήσει και τα δείγματα δεδομένων θα χαθούν ή θα επαναληφθούν για να διατηρηθεί σταθερή η ταχύτητα δυαδικών ψηφίων.

Παραδοσιακό δίκτυο Ethernet έναντι SyncE

Το παραδοσιακό δίκτυο Ethernet προοριζόταν για μετάδοση ασύγχρονης κίνησης δεδομένων και δεν υπήρχε λόγος να περάσει το σήμα συγχρονισμού από την πηγή στον προορισμό. Στην πραγματικότητα, το παλιό Ethernet 10-Mbit / s (10Base-T) δεν μπορεί να περάσει το σήμα συγχρονισμού στη διασύνδεση του φυσικού επιπέδου επειδή ο πομπός 10Base-T σταματά να στέλνει παλμούς κατά τη διάρκεια των περιόδων αδράνειας - στέλνει ένα μόνο παλμό είμαι ζωντανός "παλμός) κάθε 16 ms για να ειδοποιήσω την παρουσία του στο λήπτη.

Τέτοιοι σπάνιοι παλμοί δεν επαρκούν για την ανάκτηση ρολογιού στον δέκτη. Οι περιόδους αναμονής σε γρηγορότερες γεύσεις Ethernet (100-Mbit / s, 1-Gbit / s, 10-Gbit / s) γεμίζουν συνεχώς με παλμούς, επιτρέποντας συνεχή ροή υψηλής ποιότητας στον δέκτη - καλές υποψήφιες για το SyncE.

Ας εξετάσουμε τη λειτουργία του Gigabit Ethernet (GbE) πάνω από το χαλκό (1000Base-T) όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Για να μειωθεί η ακαταστασία, το σχήμα δείχνει κάθε κόμβο με μόνο δύο θύρες - αν και τυπικά το καθένα έχει πολλαπλές θύρες.

Σχήμα 1. Χρονισμός φυσικής στρώσης μεταξύ κόμβων σε παραδοσιακό Ethernet χρησιμοποιεί μια έννοια master / slave.

Έχουμε επιλέξει το GbE πάνω από χαλκό γιατί παρέχει μια πρόσθετη πρόκληση για την εφαρμογή SyncE. που δεν υπάρχει στο Ethernet πάνω σε ίνες. Το GbE πάνω από το χαλκό χρησιμοποιεί κωδικοποίηση γραμμών καθώς και μετάδοση και στα τέσσερα ζεύγη καλωδίων Cat-5 για να αντισταθμίσει το περιορισμένο εύρος ζώνης συνεστραμμένων ζευγών που χρησιμοποιείται στα καλώδια Cat-5.

Η μετάδοση γίνεται και στις δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα, παρόμοια με τα ISDN και xDSL όπου χρησιμοποιούνται αλγόριθμοι DSP για την ακύρωση του ηχώ. Η ακύρωση της ηχώ είναι πολύ απλοποιημένη εάν ο ρυθμός συμβόλων είναι ταυτόσημος και στις δύο κατευθύνσεις. Αυτό επιτυγχάνεται με μια ιδέα master / slave GbE.

Η κύρια πλευρά παράγει ένα ρολόι μετάδοσης τοπικά από τον ταλαντωτή κρυστάλλων ελεύθερης λειτουργίας και η δευτερεύουσα πλευρά ανακτά το κύριο ρολόι από τα ληφθέντα δεδομένα και χρησιμοποιεί αυτό για να μεταδώσει τα δικά της δεδομένα. Οι κύριες και υποτελείς πλευρές καθορίζονται κατά τη διαδικασία αυτόματης διαπραγμάτευσης. Ο πλοίαρχος γενικά εκχωρείται τυχαία χρησιμοποιώντας μια τιμή σπόρου, αλλά μπορεί επίσης να οριστεί με μη αυτόματο τρόπο.

Ο συγχρονισμός υπάρχει σε Ethernet σε κάθε hop μεταξύ δύο παρακείμενων κόμβων, αλλά δεν μεταφέρεται από hop σε hop. Προκειμένου να περάσει ο συγχρονισμός, πρέπει να πάρουμε το ανακτημένο ρολόι από τον κόμβο που λαμβάνει συγχρονισμό και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουμε αυτό το ρολόι για την τροφοδοσία όλων των κόμβων που μεταδίδουν συγχρονισμό όπως φαίνεται στο σχήμα 2.

Εικ. 2. Ο χρονισμός του φυσικού στρώματος στο SyncE ρυθμίζει το χρονισμό μεταξύ κόμβων.

Φυσικά, το ανακτώμενο σήμα χρειάζεται να καθαριστεί για να αφαιρεθεί το jitter που παράγεται από το κύκλωμα ανάκτησης ρολογιού με ένα PLL προτού να τροφοδοτηθεί στη συσκευή μετάδοσης. Βλέπουμε επίσης ότι πρέπει να ρυθμίσουμε χειροκίνητα όλες τις θύρες στη διαδρομή του ρολογιού για εναλλαγή της κύριας και υποτελούς λειτουργίας (μόνο για το 1000Base-T).

Αυτό δεν αποτελεί ζήτημα για το GbE πάνω σε ίνες (1000Base-X) ή για 10 GbE (10Gbase), επειδή μια ίνα χρησιμοποιείται πάντα για μετάδοση και η άλλη για λήψη - δεν υπάρχει αμφίδρομη μετάδοση σε μία μόνο ίνα. Επομένως, δεν υπάρχει ανάγκη για λειτουργία master και slave.

Οποιαδήποτε συσκευή Gigabit ή 10-GbE PHY θα πρέπει να μπορεί να υποστηρίζει το SyncE εφόσον παρέχει ανακτημένο ρολόι σε έναν από τους ακροδέκτες εξόδου. Το ανακτημένο ρολόι καθαρίζεται από το PLL και τροφοδοτείται σε έναν ακροδέκτη εισόδου κρυστάλλου ταλαντωτή 25 MHz με τη συσκευή PHY.

Ορισμένες νεότερες συσκευές Ethernet PHY παρέχουν έναν ειδικό πόλο για την είσοδο συγχρονισμού. Το πλεονέκτημα αυτού είναι ότι η συχνότητα εισόδου μπορεί να είναι υψηλότερη από τη συχνότητα 25 MHz - οι υψηλότερες συχνότητες ρολογιού συνήθως έχουν χαμηλότερο θόρυβο. Αυτή η προσέγγιση αποφεύγει επίσης τυχόν προβλήματα βρόχου χρονισμού στη συσκευή PHY.

Απαιτήσεις SyncE

Από τη συζήτηση μέχρι τώρα, φαίνεται ότι η μόνη απαίτηση για ένα PLL που χρησιμοποιείται στο SyncE είναι να καθαρίσει το jitter από το ανακτημένο ρολόι, το οποίο μπορεί να επιτευχθεί με PLL γενικής χρήσης. Ωστόσο, το PLL που χρησιμοποιείται στο SyncE χρειάζεται να παρέχει ορισμένες πρόσθετες λειτουργίες.

Για παράδειγμα, εάν η συσκευή λήψης PHY (Κόμβος 2, PHY 1 στο σχήμα 2) αποσυνδεθεί από τη γραμμή, η ανακτημένη συχνότητα ρολογιού θα σταματήσει ή θα αρχίσει να μετακινείται ανάλογα με την εφαρμογή του κυκλώματος ανάκτησης ρολογιού. Το PLL γενικής χρήσης θα περάσει αυτή τη μεγάλη αλλαγή συχνότητας στη συσκευή εκπομπής PHY (Κόμβος 2, PHY 2 στο σχήμα 2).

Ως αποτέλεσμα αυτού, όχι μόνο η μετάδοση του σήματος συγχρονισμού θα αποτύχει, αλλά και η μετάδοση δεδομένων θα μπορούσε να αποτύχει επίσης. Το PLL που χρησιμοποιείται στο SyncE πρέπει να είναι σε θέση να ανιχνεύσει την αποτυχία του ανακτηθέντος ρολογιού και να μεταβεί το PLL σε άλλη καλή αναφορά στο σύστημα ή σε κατάσταση κράτησης.

Απαιτήσεις για το SyncE δίνονται στα χαρακτηριστικά χρονισμού των προδιαγραφών σύγχρονου ρολογιού εξοπλισμού Ethernet (ITU G.8262 / Y1362). Αυτές οι προδιαγραφές βασίζονται στην προδιαγραφή ITU-T G.813 για ρολόγια SDH. Οι κύριες απαιτήσεις αναφέρονται παρακάτω:

Δωρεάν ακρίβεια εκτέλεσης. Η ακρίβεια της απόδοσης PLL όταν δεν οδηγείται από μια αναφορά θα πρέπει να είναι ίση ή καλύτερη από ± 4, 6 ppm (ανά εκατομμύριο) για μια χρονική περίοδο ενός έτους. Αυτό είναι ένα πολύ ακριβές ρολόι σε σχέση με την ακρίβεια ρολογιού για το παραδοσιακό Ethernet (+/- 100 ppm). Αναβάλλω . Το PLL υπολογίζει συνεχώς τη μέση συχνότητα της αναφοράς κλειδώματος. Εάν η αναφορά αποτύχει και καμία από τις άλλες αναφορές δεν είναι διαθέσιμη, το PLL μπαίνει σε κατάσταση αναμονής, όπου παράγει ένα ρολόι εξόδου βασισμένο σε μια υπολογιζόμενη μέση τιμή. Η σταθερότητα συγκράτησης εξαρτάται από την ανάλυση του αλγορίθμου μέσου PLL και τη σταθερότητα συχνότητας του ταλαντωτή που χρησιμοποιείται ως κύριο ρολόι PLL. Παρακολούθηση αναφοράς. Το PLL πρέπει να παρακολουθεί συνεχώς την ποιότητα των αναφορών εισόδου του. Εάν η αναφορά στην οποία κλειδώνεται το PLL (εξαφανίζεται ή μετακινείται σε συχνότητα), τότε το PLL θέτει ένα συναγερμό (διακοπή) και μεταβαίνει σε άλλη έγκυρη αναφορά. Ανταλλαγή αναφοράς Hitless. Εάν η αναφορά στην οποία το PLL είναι κλειδωμένη αποτυγχάνει, τότε το PLL θα κλειδώσει σε άλλη διαθέσιμη αναφορά χωρίς διαταραχές φάσης στην έξοδο του. Jitter και περιπλανηθείτε. Το PLL μπορεί να θεωρηθεί ως φίλτρο και να περιπλανηθεί. Όσο πιο στενό είναι το εύρος ζώνης του βρόχου, τόσο καλύτερα είναι το τρεμόπαιγμα και η περιπλάνηση της εξασθένησης. Jitter και περιπλανηθείτε ανεκτικότητα. Το PLL θα πρέπει να ανεχθεί μεγάλο jitter και να περιπλανηθεί στις εισόδους του και να διατηρήσει ακόμα το συγχρονισμό χωρίς να αυξήσει τους συναγερμούς.

Αυτές οι αυστηρές απαιτήσεις μπορούν να ικανοποιηθούν μόνο με ένα ψηφιακό PLL παρόμοιο με εκείνο που χρησιμοποιείται για τα ρολόγια SONET / SDH. Αλλά για τις συχνότητες που χρησιμοποιούνται σε Ethernet (25, 125 και 156.25 MHz) σε αντίθεση με τα ρολόγια τηλεπικοινωνιών (19.44, 155.52 MHz) που χρησιμοποιούνται στο SONET / SDH. ■