時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)與OCXO振蕩器的階層級(jí)別定義與應(yīng)用
已定義的階層級(jí)別
　　名為”數(shù)字網(wǎng)絡(luò)同步接口標(biāo)準(zhǔn)”的美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)標(biāo)準(zhǔn)于1987年首次發(fā)布.本文檔定義了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)同步的層次級(jí)別和最低性能要求.地層水平的要求如表A所示,該表提供了地層時(shí)鐘系統(tǒng)漂移和滑動(dòng)率的比較和總結(jié).
　　地層1被定義為完全自主的定時(shí)源,除了每年校準(zhǔn)之外,沒有其他輸入.第一層計(jì)時(shí)的通常來源是原子標(biāo)準(zhǔn)(銫束或氫脈澤)或參考石英晶體振蕩器(OCXO).最小可調(diào)范圍和最大漂移定義為1x10-11或更小的小數(shù)頻率偏移f/f.在這種最低精度下,經(jīng)過適當(dāng)校準(zhǔn)的信號(hào)源將提供不會(huì)相對(duì)于絕對(duì)或完美標(biāo)準(zhǔn)每4至5個(gè)月滑動(dòng)一次以上的比特流定時(shí).銫原子鐘等原子標(biāo)準(zhǔn)的性能要好得多.
　　地層1時(shí)鐘是ANSI/T1.101中定義的主要參考源(PRS)的一個(gè)示例.另外,PRS源可以是采用協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)頻率和時(shí)間服務(wù)的直接控制的時(shí)鐘系統(tǒng),例如全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航系統(tǒng).全球定位系統(tǒng)可用于提供地層1質(zhì)量的高精度、低成本定時(shí).
　　第二層時(shí)鐘系統(tǒng)在正常工作條件下跟蹤輸入,并在受損工作條件下保持輸入?yún)⒖碱l率的最后最佳估計(jì)值.第二層時(shí)鐘系統(tǒng)要求最小調(diào)整(跟蹤)范圍為1.6×10-8.無輸入?yún)⒖嫉牡貙?的漂移在一年內(nèi)小于1.6×10-8.系統(tǒng)的短期漂移在24小時(shí)內(nèi)小于1×10-10.如果將該規(guī)格解釋為每24小時(shí)1×10-10的漂移,當(dāng)Stratum2時(shí)鐘系統(tǒng)處于保持模式時(shí),這相當(dāng)于7天內(nèi)大約1次的幀滑移率.每天漂移小于2.5x10-11的Stratum2時(shí)鐘將導(dǎo)致第一次幀滑動(dòng)時(shí)間超過2個(gè)月.第二層時(shí)鐘的典型例子是銣標(biāo)準(zhǔn)和雙烤箱OCXO晶振.
　　第3層被定義為一個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng),它像第2層一樣跟蹤輸入,但范圍更廣.第三層時(shí)鐘系統(tǒng)要求最小調(diào)整(跟蹤)范圍為4.6×10-6.系統(tǒng)的短期漂移在24小時(shí)內(nèi)小于3.7x10-7.在系統(tǒng)保持不變的情況下,這相當(dāng)于在24小時(shí)內(nèi)發(fā)生了大約255次幀滑移.一些第三層時(shí)鐘設(shè)備不足以為SONET網(wǎng)絡(luò)元件計(jì)時(shí).
　　貝爾科文件[參考文獻(xiàn)3、7和8]中定義的3E地層是由于SONET設(shè)備要求而產(chǎn)生的新標(biāo)準(zhǔn).地層3E跟蹤來自地層3或更好的源的1.544兆赫的7.1赫茲內(nèi)的輸入信號(hào).無輸入?yún)⒖嫉钠圃?4小時(shí)內(nèi)小于1x10-8.與地層3的255次滑動(dòng)相比,24小時(shí)內(nèi)少于4次框架滑動(dòng).
　　層4被定義為時(shí)鐘系統(tǒng),它跟蹤層2或?qū)?中的輸入,除了調(diào)整和漂移范圍是3.2×10-5.此外,Stratum4時(shí)鐘沒有保持能力,在沒有基準(zhǔn)晶振電壓的情況下,在調(diào)整范圍內(nèi)自由運(yùn)行.幀滑動(dòng)之間的時(shí)間可以少至4秒.4E地層是一個(gè)提議的新客戶駐地時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn),它允許一個(gè)非自由運(yùn)行的保持特性.這一新的水平,打算由客戶提供的設(shè)備在擴(kuò)展他們的網(wǎng)絡(luò)中使用,還沒有標(biāo)準(zhǔn)化.
階層層次
　　第1層時(shí)鐘可以控制第2層,3E,3、4E或4個(gè)時(shí)鐘.層2時(shí)鐘可以驅(qū)動(dòng)層2、3E,3、4E或4個(gè)時(shí)鐘.Stratum3E時(shí)鐘可以驅(qū)動(dòng)3E,3、4E或4個(gè)時(shí)鐘層.第3層時(shí)鐘可以驅(qū)動(dòng)第3、4E或4層時(shí)鐘.不建議將Stratum4E或4時(shí)鐘用作任何其他時(shí)鐘系統(tǒng)的定時(shí)源.
　　由于較高層時(shí)鐘系統(tǒng)的捕獲和調(diào)整范圍較窄(2高于3,依此類推),因此不建議從Stratum3E或3時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)Stratum2時(shí)鐘.實(shí)際上,它在某些傳輸受損的情況下將無法工作.另外,在使用不止一個(gè)Stratum1信號(hào)源的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中,必須格外小心,以確保這些信號(hào)源準(zhǔn)確且可追溯到某些其他標(biāo)準(zhǔn).通常用于檢查Stratum1時(shí)鐘源準(zhǔn)確性的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是GPS系統(tǒng).GPS接收器也可以直接用作Stratum1質(zhì)量的來源.
　　Stratum1時(shí)鐘的管理,操作和維護(hù)可能是一項(xiàng)昂貴的工作.原子源可能沒有較長的免維護(hù)工作間隔,并且可能會(huì)遇到故障,而沒有給出源關(guān)閉頻率的指示.此外,如果顯示Stratum1的計(jì)時(shí)源不準(zhǔn)確,則該網(wǎng)絡(luò)必須能夠接受另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)時(shí),直到問題解決為止.因此,為了確保精度并使成本最小化,GPS具有吸引力.
表A:層時(shí)鐘需求和層次結(jié)構(gòu)

地層	精度	拉入范圍	穩(wěn)定性	第一幀滑動(dòng)時(shí)間
1	1x10-11	不適用	不適用	72天
2	1.6x10-8	必須能夠以+/-1.6x10-8的精度同步時(shí)鐘	1x10-10/天	7天
3E	1.0x10-6	必須能夠以+/-4.6x10-6的精度同步時(shí)鐘	1x10-8/天	3.5小時(shí)
與	4.6x10-6	必須能夠以+/-4.6x10-6的精度同步時(shí)鐘	3.7x10-7/天	6分鐘(255in24小時(shí))
4E	32x10-6	必須能夠以+/-32x10-6的精度同步時(shí)鐘	與精度相同	尚未指定
H	32x10-6	必須能夠以+/-32x10-6的精度同步時(shí)鐘	與精度相同	不適用

注意:
　　*為了根據(jù)漂移計(jì)算滑動(dòng)率,假設(shè)頻率偏移等于24小時(shí)內(nèi)的上述漂移,累積比特滑動(dòng),直到累積了193個(gè)比特.各種原子和進(jìn)口晶體振蕩器的漂移速率是眾所周知的,并且通常不是線性的或者不一定持續(xù)增加.
網(wǎng)絡(luò)故障,會(huì)發(fā)生什么?
　　如果由于時(shí)鐘系統(tǒng)處于保持狀態(tài)而導(dǎo)致幀滑移,那么代價(jià)是什么?連接的設(shè)備停止工作了嗎?通常不會(huì).語音設(shè)備傾向于快速重新獲得幀同步,導(dǎo)致爆音或咔噠聲,這通常不是問題.根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率以及是否使用前向糾錯(cuò),數(shù)據(jù)電路會(huì)丟失一定數(shù)量的比特.一些提供分插服務(wù)的多路復(fù)用設(shè)備在獲得新的同步源時(shí)中斷所有輸出干線.這種中斷,如果是由于電路噪聲造成的,可能會(huì)使網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)無用,因?yàn)榛瑒?dòng)會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的下游滑動(dòng)(誤差或滑動(dòng)倍增).
　　時(shí)鐘系統(tǒng)在電路損壞時(shí)提供穩(wěn)定的頻率源.時(shí)鐘保持漂移導(dǎo)致滑動(dòng)之前,連接的設(shè)備不會(huì)受到影響.一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘會(huì)將一個(gè)一天經(jīng)歷兩三次問題的網(wǎng)絡(luò)變成一個(gè)在大規(guī)模干線中斷時(shí)保持定時(shí)的網(wǎng)絡(luò).只要修復(fù)時(shí)間與第一次幀滑移的時(shí)間相當(dāng)(見表A),網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)正常運(yùn)行,直到大修得到修復(fù).
　　因?yàn)榕紶柕氖д`總是會(huì)發(fā)生,所以最好的辦法就是將它們的發(fā)生率降到最低.通過對(duì)時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)的網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計(jì),可以以合理的成本實(shí)現(xiàn)近乎完美的定時(shí),同時(shí)具有出色的可靠性和可維護(hù)性.
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