2.3.0 Sincronización

7/18/2019 2.3.0 Sincronización

http://slidepdf.com/reader/full/230-sincronizacion 1/46

Dr. Ing. Álvaro Rendón Gallón

Ing. Fernando Mendioroz, MSc. (c.)

Popayán, 2014

Universidad del CaucaFacultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones

Departamento de Telemática



Introducción

Deslizamiento

Relojes

Métodos de Sincronización



Enlaces y Centrales Digitales

Cx

CONTROL

Cx

CONTROL

DTM DTM

TroncalesDigitales TroncalesDigitalesMAL

MAL

Abonados

Locales

Abonados

Locales

DTM (Digital Trunk Module): Módulo de Troncal Digital



Torrentes de bitsque viajan entrelos nodos de la

red



Torrentes de bitsque viajan entrelos nodos de la

red

Cada una de las centrales posee un reloj que determina los

instantes en los cuales se realiza la conmutación de bits.



Conmutador

Digital

Generador

de Reloj

Memoria

Elástica

PLL

Regenerador

de Reloj

Enlace PCM

F1

F1 F2

F2

F2

E L

PLL (Phase-Locked Loop): Bucle de enganche de fase



Introducción

Deslizamiento

Relojes




1

2

3

4

5

1

2

3*

5*

F1>F2

Pérdida deInformación

1

2

3

4

5

1

2

3*

5

F1<F2

Repetición deInformación

3*

4

Memoria elástica:• Deslizamiento de Canal• Deslizamiento de Trama (más usado)

UIT-T G.811Máxima desviación permitida en frecuencia: 1 parte en 1011

(un deslizamiento de trama en 71 días)



SE SL

F2F1

i-2

i

i-1

A

B

Trama i-2 i-1 i i+2i+1

A B A B A

A B A A B A

Trama i-2 i-1 i i+1i i+2

Entrada

SE

E1-E32

L16

SL

Salida

A, B: 256x1

El mecanismo asegura que se presenten losdeslizamientos de trama en el instante apropiado.



Frecuencia de Escritura < Frecuencia de Lectura

La información en la memoria elástica alcanza a ser leída 2

veces antes de la llegada de las nuevas unidades.

REPETICIÓN DE INFORMACIÓN



i-2

i

SE SLF2

F1

i-1

A

B

Trama i-2 i-1 i i+2i+1

A B A B A

A B A A B

Trama i-4 i-3 i-2 i+1i

Entrada

SE

E1-E32

L16

SL

Salida

A,B: 256x1



Frecuencia de Escritura > Frecuencia de Lectura

La información en la memoria elástica no alcanza a ser leída

antes de la llegada de las nuevas unidades.

PÉRDIDA DE INFORMACIÓN



Los deslizamientos se clasifican en controlados eincontrolados.

Los deslizamientos controlados se deben a diferencias entrelos relojes.

Los deslizamientos incontrolados a variaciones en el tiempode transmisión.

Por ejemplo, la variación en la posición del satélite, cambiosen la longitud de los conductores metálicos por variación de

temperatura, variaciones del índice de refracción en laatmósfera para los enlaces radioeléctricos o cambios en lalongitud de onda de los Láser para fibras ópticas, producen

variaciones en el tiempo de transmisión.



• Relojes imperfectos

– Precisión y estabilidad• Variación de retardos de transmisión

– Un cambio en la temperatura ambiente afecta

la longitud eléctrica del cable.– Excentricidad del satélite.

• Fluctuación

– Alta frecuencia ( jitter ): Equipos de línea.– Baja frecuencia (wander ): Relojes, retardos,

equipo.



• Voz– Alta redundancia. Ruido a menudo inaudible.

• Datos a 64 Kbps– Sistemas de detección y recuperación de errores.

– Datos multiplexados: mal enrutamiento.• Señalización por canal común

– Mecanismos de seguridad. Demoras en transmisión.

• Facsímil– Desplazamientos de líneas. Pueden destruir la imagen.



Efectodel

Deslizamiento

Red

Digital

deslizamiento

Datos enviados Datos recibidos



Márgenes de deslizamiento tolerables paradistintos servicios

Para la determinación de la tasa de deslizamientospermitida por una red digital, deberá tomarse como

referencia el servicio más sensible a los deslizamientos.



DEFINICIÓN. Se entiende por fluctuación de fase a las pequeñas variaciones del relojrespecto de la posición ideal en el tiempo. Se lo puede caracterizar mediante lademodulación de fase de la señal digital y se puede obtener un valor de tensión

proporcional al corrimiento de fase.

UNIDAD. La amplitud es el segundo para el wander y el Intervalo Unitario UI (Unit Interval)correspondiente al ancho de un bit (360° de fase del reloj) para el jitter. Es decir una

fluctuación de fase de 0,5 UIpp significa un corrimiento total entre extremos de medio bit.Se usan unidades equivalentes al UI; tal es el caso de 360 grados y el tiempo expresado

en nseg (equivale a 488 nseg en 2 Mb/s).• JITTER

– Cambios de fase rápidos, por encima de 10 Hz.– Son reducidos por memorias elásticas

• WANDER– Cambios de fase lentos, por debajo de 10 Hz.– Debe preverse el uso de relojes de estrato 2 y buffer a la entrada

de cada nodo de gran volumen.



Causas de WANDER.

Existen varias causas de fluctuación de fase.Producen fluctuaciones de fase lenta (Wander ) las variaciones delvínculo de transmisión. Por ejemplo: Modificaciones del índice de refracción en la atmósfera que

producen variaciones de velocidad de propagación en losradioenlaces;

Modificación de la temperatura produce variaciones en la longitudde los conductores metálicos;

Variación de temperatura produce corrimientos en la longitud deonda de los Láser para fibras ópticas.

Movimientos del satélite en órbita introducen modificaciones delretardo en las comunicaciones satelitales por efecto Doppler (lossatélites geo-estacionarios dibujan una figura de ”8” de 75 km dediámetro a 36000 km de altura -equivalente a 0,01 grados-).



Causas de JITTER.

La inestabilidad del reloj a corto plazo ( jitter ) sedenomina ruido de fase del oscilador. El ruido de fase se observacomo una modulación sobre armónicas del oscilador cuya envolventese identifica con la densidad de potencia. Una causa importante de jitter es el proceso de armado de tramas

(jitter de justificación y puntero). Jitter de justificación: cuando se multiplexan canales digitales

se agrega información adicional. Esto produce que en lademultiplexación los datos son emitidos en forma noperiódica. Una memoria elástica permite memorizar los datosen la escritura y leerlos en forma periódica mediante un relojcuya velocidad es el valor promedio de la escritura.

Jitter de puntero: En los sistemas SDH los cambios depunteros producen corrimientos de 3 Bytes, es decir 24 bits(UIpp) simultáneos.



Consecuencias del JITTER/WANDER.

Incorrecta regeneración de la señal digital (errores) debido a queen tanto los datos se corren de fase, el reloj absorbe el jitter y nose mueve.

Deslizamientos en las memorias buffer y la consiguiente pérdidade alineamiento de trama si el corrimiento es lento (wander ) y degran amplitud.

El jitter es filtrable en cada elemento de red SDH y no se propaga

por la red.

El wander no es filtrable en los elementos de red SDH y sepropaga por la red.



Síntomas de JITTER excesivo:

Alta tasa de error de bit o BER elevado. Ráfagas de errores de CRC. Alarmas de pérdida o fuera de trama (LOF/OOF).

Síntomas de WANDER excesivo:

Llamadas perdidas en las redes de telefonía móvil (2G). Sonidos tipo «click» en llamadas telefónica. Facsímiles con secciones incomprensibles. Baja de tasa de transmisión de datos por retransmisiones.



Introducción

Deslizamiento

Relojes




Precisión

Expresa, en un momentodado, la diferencia conuna frecuencia de

referencia

0

0A

f

f f

Para una tasa dedeslizamientos de1 trama/71 días (G.811)

116

1004,2600.32471

10125

días71

μsg125A

t

t

t0 t tiempo

frecuencia

f

f 0

0

A f

f

f



Estabilidad

Expresa la variación de lafrecuencia con el tiempo

121

12 1S

t t f

f f

A largo plazo: Cambio sistemático. EnvejecimientoA corto plazo: variación al azar. Temperatura,

ruidos, etc.

t1 t2 tiempo

frecuencia

f 2

f 1

Estabilidad a

corto plazo



Ejercicios: Un reloj de pulsera se atrasa un minuto por semana. ¿Cuáles

son su precisión y estabilidad? Un reloj se atrasa un minuto en la primera semana y cuatro

minutos en la segunda semana. ¿Cuáles son su precisión yestabilidad? Supóngase una red con sólo dos centrales, que utilizan el

sistema de memoria elástica de trama. ¿Cuál debe ser laprecisión de los relojes de estas centrales, si se quiere

cumplir con la recomendación de la ITU-T de undeslizamiento cada 71 días para cualquiera de lascomunicaciones establecidas entre ellas?



De sol

De agua

De arena Cucú Despertador

Monumentales



Reloj de cristal de Cuarzo◦ El reloj con cristal de Cuarzo se lo encuentra dentro de en un

oscilador controlado por tensión PLL. Genera una frecuenciadependiente de la estructura física del cristal.

◦ Estabilidad a largo plazo: 10-6 a 10-8 por mes◦ Muy buena estabilidad a corto plazo.◦ Alta confiabilidad◦ Bajo costo◦ Posibilidad de controlar su frecuencia:

VXCO (Oscilador de Cristal Controlado por Voltaje)◦ Técnicas para mejorar su precisión:

Control de temperatura con hornos. Compensación de temperatura con termistores o control

por microprocesador.



Reloj de vapor de Rubidio (Rb-87):◦ Alta estabilidad a largo plazo: 5x10-11 por mes◦ Estabilidad a corto plazo menor;◦ Confiabilidad menor;◦ Costo mayor;◦ MTBF = 4 años.

Reloj de Cesio (Cs-133):◦ Estabilidad muy alta a largo plazo: 10-12 por mes;◦ Candidato por excelencia para referencia de sincronización

primaria PRC (Primary Reference Clock ) o reloj de estrato 1.◦ Precisión NIST-F1: 1 seg. en 80 millones de años*;◦ Limitada estabilidad a corto plazo;◦ Baja Confiabilidad◦ Elevado Costo◦ MTBF = 5 años.

*Incertidumbre= 4 x 10-16

MTBF (Mean Time Between Failures): Tiempo medio entre fallas.



Incertidumbre de los relojes de Cesio del NIST (National Institute of Standardsand Technology) (Lombardi et al., 2007)



Máser de Hidrógeno◦ Estabilidad a largo plazo: 10-15 por mes;◦

Precisión: 1 seg. en 2,7 millones de años;◦ Efecto muy breve (en el rango de días);◦ Se lo usa en navegación espacial y para orientación de telescopios.

Existen 2 en cada satélite Galileo. El Block II del sistema GPS utilizarelojes de H en combinación con relojes de Cesio.

Máser de Rubidio◦ Menos preciso, aunque menos costoso;

Ion de Mercurio confinado:◦ 1 seg. en 1.000 millones de años.

Reloj de Lógica Cuántica (Quantum Logic Clock)1◦ Iones de Aluminio y Berilio;◦ 1 seg. en 3.700 millones de años;◦ En experimentación.

1 (NIST, 2010)



Introducción

Deslizamiento

Relojes




En 1959 la Bell Labs desarrolló el proyecto Essex (Experimental Solid State Exchange )consistente en una central de conmutación digital con concentradores PCM y transmisióndigital. Uno de los problemas descubiertos desde aquella época es la sincronización de

los centros de la red (plesiócronos mutuamente). Por sincronizar se entiende el procesode hacer esclavo (slave) un reloj desde otra señal.

En las redes digitales se mezclan las áreas internamente sincrónicas conectadas conáreas plesiócronas entre sí.

Una clasificación de las formas de operación es la siguiente:-Operación síncrona despótica: subordinado, jerárquico o externo.

-Operación síncrona mutua: con control uniterminal o control biterminal.

Las redes pueden ser sincronizadas mediante una combinación compuesta por centrosde conmutación internacionales que funcionan con sincronización plesiócrona entre sí

con relojes de alta estabilidad y memorias buffer para reducir el número dedeslizamientos; centros nacionales regionales con sincronización despótica oplesiócrona jerarquizada y centros locales con sincronización despótica. Los relojes deestrato superior se sincronizarán mediante receptores GPS.

(R. Ares, 2000)



Red Plesiócrona

Relojes independientes de alta precisión. La frecuencia se mantiene dentro de cierto margen.

El uso de memorias elásticas compensa las fluctuaciones enlas relaciones de fase.

Para compensar la estabilidad limitada a largo plazo, losrelojes deben ser controlados de vez en cuando contra

alguna frecuencia de referencia externa.



Red Síncrona

Relojes controlados para funcionar a lamisma velocidad media.

Principal-Subordinado Jerárquico

Referencia Externa

Despótica

Control Uniterminal

Control Biterminal

Mutua



Existe un solo reloj maestro (PRC) o un

grupo de relojes, que tienen un poderabsoluto de control sobre los otros relojesde la red y no se permite un cambio del

ejercicio de esta función o unasustitución.

Principal-Subordinado Jerárquico

Referencia Externa

Sincronización despótica

En el método principal-subordinado, conocido también como amo-esclavo, uno

de los relojes actúa de maestro (master).En el método jerárquico existe un orden entre los relojes para ocupar la función

de maestro en caso de falla.En el caso de referencia externa la sincronización se recibe desde afuera de la

red.



Red de

Conmu-

tación

Reloj Maestro

Central Maestra

Red de

Conmu-

tación

Reloj

Sub-maestro

PLO

Activo

Reserva

Central Sub-maestra

(Método Jerárquico)

Red de

Conmu-

tación

PLO

Activo

Reserva

Central Esclava

PLO (Phase-Locked Oscillator): Oscilador enganchado en fase

Organización de los Relojes



Sincronización Mutua

Control Uniterminal Control Biterminal

Es un concepto para lograr una red digital interconectadaaltamente síncrona sin un reloj principal.

Cada reloj de central está fijado a la media de todas lasvelocidades de reloj entrantes.

De esta manera todas las centrales tienden a trabajar a lamisma frecuencia.



Sincronización Mutua

Control Uniterminal Control Biterminal

El control uniterminal toma el valormedio entre los relojes entrantes y el

local. El problema de la sincronizaciónmutua uniterminal es la imposibilidad

de compensar los efectos de lafluctuación de fase lenta.

El control biterminal en cambio,transmite la diferencia de fase

medida en un nodo al otro,

obteniéndose un control enlazadoen ambos extremos.



Método de Control Uniterminal

= Diferencia de fase medida

f = Corrección de frecuencia

MEC

MEA la Red

de Con-

mutación

Escritura Lectura

Línea de

TransmisiónCENTRAL A CENTRAL B

C

A f B

f A

B

A la Red

de Con-

mutación

EscrituraLectura f B

f A

Reloj

Reloj

ME = Memoria Elástica

C = Compensador

Memoriallena

Memoria

llena

Sensible a variaciones de retardos de transmisióncausadas por cambios de temperatura



Método de Control Biterminal

= Diferencia de fase medida

= Diferencia de fase calculada

f = Corrección de frecuencia

ME

S+ - S- +

C

MEA la Red

de Con-

mutación

Escritura Lectura

Línea de

TransmisiónCENTRAL A CENTRAL B

C

f B

f A

B

A

A la Red

de Con-

mutación

EscrituraLectura f B

f A

Reloj

Reloj

ME = Memoria Elástica

C = Compensador

S = Substractor

A

B

La información de desviaciones de fase se envíapor los canales de señalización



Todos los métodos de sincronización presentanventajas y desventajas, que hacen necesarioconsiderar un buen número de factores en el

momento de evaluarlos.

Los más importantes son los siguientes:◦ Tamaño de la Red.◦ Topología de Red.◦ Distancia entre centrales.◦ Tipo del medio de transmisión.◦ Costo del equipo de sincronización.◦ Complejidad y fiabilidad del Sistema.◦ Mantenimiento.



Método Ventajas Desventajas Tamaño

Red

Topología

Red

Longitud

Enlaces

Complejidad

Plesiócrono Estabilidad Costo Centralesinternaciona

les

Ninguna

Principal-Subordinado

Estabilidad Confiabilidad Pequeña Estrella Corta Baja

Jerárquico Confiabilidad Necesitacanales deseñalización

Media Estrella omalla

Media Media

Referencia

Externa

Estabilidad Confiabilidad Media

ControlUniterminal

ConfiabilidadCosto

EstabilidadSensible avariaciones detiempos de propagación

Media ogrande

Malla Media Grande

Control

Biterminal

Confiabilidad

CostoInsensible avariaciones detiempos de propagación

Estabilidad

Necesitacanales deseñalización

Media o

grande

Malla Grande Muy Grande

(Joubert, 1977)



Central

internacional

Concentrador

Central de tránsitonacional

Central

local

P : Plesiócrono

PS: Ppal-Subord.

U : Uniterminal

J : Jerárquico

A la redinternacional

P

PS PS

PS PS

PS

PSPS

U

U

U U

U

U

U

U

U

JJ

J

J

J



Comisión de Regulación de las Comunicaciones (CRC).Resolución CRT 087 de 1997, “Por medio de la cual seregula en forma integral los servicios de Telefonía PúblicaBásica Conmutada (TPBC) en Colombia”

Artículo 4.2.2.14. Sincronización

Los operadores de telecomunicaciones seleccionarán el método desincronización que mejor se ajuste a su red, siempre que cumplancon lo dispuesto en la Recomendación UIT-T G.822.

En los puntos de interconexión se debe garantizar una precisióncorrespondiente a un reloj de referencia primario (PRC), conforme alo previsto en la Recomendación UIT-T G.811.

Los requisitos mínimos para dispositivos de temporizaciónutilizados como relojes serán los descritos en las RecomendacionesUIT-T G.812 y G.813.

Reglamento y Plan de Sincronización de NicaraguaACUERDO ADMINISTRATIVO. 046-2004



A. Rendón 2010). “Sincronización en RPTC ”. En: “Sistemas de Conmutación:Fundamentos y Tecnologías”, Cap. 4, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.

CRC 2010). Resolución No. 087 de 1997. Comisión de Regulación de las

Comunicaciones. Colombia.

J. Joubert 1977). “La Telefonía Digital. Una introducción ”. Texto de entrenamiento.Ericsson. Estocolmo, Suecia. 45 pp.

M.A. Lombardi, T.P. Heavner, S.R. Jefferts 2007). "NIST Primary Frequency Standards and the Realization of the SI Second ". Journal of Measurement Science, Vol. 2, No. 4,pp. 74-89.

NIST 2010). “NIST's Second 'Quantum Logic Clock' Based on Aluminum Ion is Now World's Most Precise Clock ”.http://www.nist.gov/physlab/div847/logicclock_020410.cfm

Roberto Ares 2000). “El manual de las Telecomunicaciones ”.http://www.robertoares.com.ar/manual-de-las-telecomunicaciones

Oscar R. Pons. “Introducción a las Telecomunicaciones fijas y móviles”, TapiasEncuadernaciones. Argentina. 2014.

http://www.nist.gov/physlab/div847/logicclock_020410.cfm


http://www.robertoares.com.ar/manual-de-las-telecomunicaciones




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