В настоящее время, с появлением 5G, потребность в синхронизации в RAN возросла. Почему? Одна из причин – более широкое использование спектра, основанного на дуплексировании с временным разделением (TDD, или time-division duplexing). Другая заключается в том, что как для повышения производительности, так и для поддержки требовательных сценариев использования 5G уже разработаны новые радиотехнологии и сетевые архитектуры – и каждая из этих модификаций заставляет обратить на синхронизацию более пристальное внимание.

Умные предприятия, промышленная автоматизация – когда роботы, машины и IoT-устройства «переговариваются» друг с другом – нуждаются в сетях с временной синхронизацией (TSN, или time-sensitive networking). Автономные транспортные средства – еще одна важная сфера применения TSN. Чтобы «Индустрия 4.0» и «нарезка сетей» 5G полностью реализовали свой потенциал и приносили операторам мобильных сетей новые каналы доходов, оперативные группы в первую очередь должны быть уверены в том, что их системы таймирования не устарели.

Как отмечает Хельмут Имлау, эксперт по таймированию и синхронизации в Deutsche Telekom, чтобы 5G заработал на «полную мощность», требования к синхронизации между узлами TSN должны измеряться «сотнями пикосекунд».

Специалист по сетевой синхронизации, главный специалист по инженерии компании ELPROMA Томаш Видомский даже рекомендует немедленно приостановить функционирование так называемой «високосной секунды» – корректировки на одну секунду, периодически применяемой к универсальному координированному глобальному времени (UTC). Такая корректировка производится для покрытия разницы между «точным временем», измеряемым атомными часами – по мнению ELPROMA, приоритетным механизмом синхронизации, – и неточным «солнечным», или астрономическим временем.

В адресованном МСЭ обращении Видомский предупреждает о том, что дальнейшее использование корректировочной секунды «привнесет высокий риск сбоев в IT и индустрию 4.0».

Телекомам необходим временной запас

 

Синхронизация в телекоммуникационных сетях представляет собой процесс выравнивания временных шкал передающего и коммутационного оборудования. При высокой степени точности такой процедуры операторы могут быть уверены в осуществлении всех необходимых действий в нужное время и, что не менее важно, в надлежащем порядке. То есть согласованно.

Как недавно отметили в компании Ericsson, это не значит, что фундаментальные требования к синхронизации стали более строгими – скорее они приобрели большую принципиальную важность с появлением новых технологий и сценариев использования.

Возьмем автономные сети. В 2019 году TM Forum совместно с BT, China Mobile, Huawei, Orange и Telstra опубликовал проектный документ с концепцией того, как могут выглядеть автономные сети в условиях, когда необходимость вмешательства оператора значительно сокращается.

Авторы проектного документа хотят, чтобы сетевое планирование, проектирование и конфигурация сети выполнялись автоматически, а время развертывания услуг сократилось на одну десятую. Более того, говоря о так называемых «механизмах замкнутого цикла», означающих, по сути, способность сети самостоятельно следить за своим состоянием в части предоставления услуг и обеспечения их качества, организация определила четкое направление развития отрасли для достижения «оптимального механизма взаимодействия с пользователем».

Однако столь заманчивая концепция развития не может быть реализована без надежной и точной временной синхронизации между различными сетевыми элементами на больших территориях.

То же относится и к 5G. Сети радиодоступа RAN, как в протоколе 4G, так и в технологиях следующего поколения, предназначены для оптимизации производительности и надежности услуг – сценарий, в котором жизненно необходимым «активизатором» становится синхронизация. Это особенно актуально, когда речь идет о поддержке новых и уже распределенных архитектур RAN, где сеть радиодоступа 5G разделена на различные логические единицы: централизованный, распределенный и радио-блоки.

Более того, многие коммерческие 5G сети используют радиокадры TDD, которые по своей природе требуют временного и фазового согласования между базовыми радиостанциями для предотвращения помех и потерь трафика. Временная синхронизация также необходима в сетях с дуплексной передачей сигнала с частотным разделением (FDD), использующих различные компоненты координации радиосвязи.

Одним из сетевых операторов, уделяющих синхронизации повышенное внимание, является британская компания BT, в настоящее время делающая ставку на «технологию синхронизации высокой пропускной способности», нацеленную на более эффективное использование как 4G, так и 5G спектра активов компании.

Новое синхронизационное решение, передающее устойчивую и высокоточную (до субмикросекунд) информацию о фазе и времени суток, заменило старую сеть временной синхронизации BT, основанную на синхронизации частотной. BT заявила о своем намерении использовать технологию для обеспечения 4G-покрытия в районах с малым или слабым покрытием, а со временем – для развертывания услуг 5G во всей Великобритании. По заявлению главного архитектора BT Group Нила МакРея, новый подход к синхронизации является «ключевым для 5G-направленности компании».

С чего начать отсчет времени?

Сетевые операторы располагают различными протоколами синхронизации, способными стать базой для удовлетворения требований по синхронизации между сетевыми элементами и «гроссмейстерскими часами» (гроссмейстерские часы получают UTC-информацию из внешнего источника точного времени, чаще всего из глобальной навигационной спутниковой системы GNSS, или ГЛОНАСС).

Протокол точного времени (PTP, или Precision Time Protocol), описанный в стандарте «IEEE 1588» для локальных систем, нуждающихся в большей точности, чем это может обеспечить протокол сетевого времени NTP (разработанный Дэвидом Миллсом в Университете Делавэра в 1981 году с мыслью о повышении отказоустойчивости и масштабируемости) – это один протокол. Другой составляют требования к первичным эталонным тактовым генераторам (PRTC, или Primary reference time clock requirements), изложенные в Рекомендации МСЭ-Т G.8272.

Существует также расширенное решение PRTC (ePRTC), предназначенное для защиты правительств, операторов сетей и промышленных предприятий на случай региональных и даже глобальных сбоев в работе ГЛОНАСС.

Создавая независимую временную шкалу, согласованную с ГЛОНАСС и в то же время сохраняющую автономность выходных фазовых, временных и частотных сигналов, генерируемых ePRTC, решение призвано уменьшить зависимость от ГЛОНАСС. Именно такой подход активно продвигает ELPROMA. Решение ePRTC позволяет сетевому оператору вернуть в свои руки контроль над источником синхронизации, используемым в случае отказа ГЛОНАСС.

Учитывая важность сетевой синхронизации, компания Suntech, объединив силы с ELPROMA, доказала, что оборудование временной синхронизации и подключаемость могут стать частью системы управления паспортизацией сети от SunVizion. Наряду с инвентаризацией всех других сетевых ресурсов, распределенных в различных доменах, SunVizion обеспечивает всестороннюю визуализацию и своевременную проверку технических характеристик оборудования синхронизации.