4.1.2. Методики нормирования и контроля качества g.821/g.826/m2100.

Международными стандартами были приняты следующие основные параметры качества цифровых систем передачи: BER – параметр ошибок, ES – количество секунд с ошибками, SES – количество секунд, пораженных ошибками, AS – количество секунд готовности канала и UAS – количество секунд неготовности канала. Параметры ES, SES, AS и UAS могут иметь как абсолютное, так и процентное выражение, как, например, доля секунд с ошибками.

Методика G.821.

Как уже отмечалось, измерения параметра BER требуют использования тестовой последовательности, например ПСП. Рекомендация G.821, посвященная методам измерения BER с перерывом связи, предлагает следующую последовательность обработки результатов (рис. 4.4).

Измерение

ошибок

UAS

ES

EFS

DM

SES

Рис. 4.4. Алгоритм измерения параметров G.821.

Измерения основаны на подсчете количества ошибок и BER в односекундных интервалах. Первым шагом является разделение всего времени

проведения измерений на время готовности и время неготовности канала, в результате выделяется параметр UAS (Unavailability Seconds – секунды неготовности канала). Под временем неготовности канала понимается либо время отсутствия сигнала (появление сигнала LOS), либо появление в канале высокого BER хуже, чем в течение 10 последовательных секунд. В этом случае все 10 секунд и последующие за ними считаются секундами неготовности канала. Решение о переходе канала в состояние готовности принимается после того, как прибор принимает 10 последовательных секунд с параметром BER лучше, чем . В этом случае все 10 секунд, а также все последующие считаются секундами готовности. Таким образом, все время использования канала разделяется на три периода: время готовности канала, время неготовности канала из-за внешних причин (сигналов неисправности) и время неготовности канала из-за высокого значения параметра BER. Для нормирования качества природа неготовности канала особого значения не имеет, так что все время разделяется на время г отовности и время неготовности канала (рис. 4.5).

Общее время измерения Т

Время неготовности

Время готовности канала канала

G.821

Неготовность канала из-за

высокого BER Другие причины неготовности

Рис. 4.5. Разделение времени работы канала по параметрам готовности.

После разделения всего времени измерения канала на секунды готовности и неготовности принимается важный методический принцип: все результаты измерения параметров ошибок и, следовательно, все нормы качества для систем передачи выполняются только для периода готовности канала. Время неготовности канала из подсчета ошибок исключается. В этом принципе заключен важный методический смысл.

Допустим, что мы имеем канал, в котором присутствует два типа ошибок:

- статистические ошибки, связанные с работой протяженной системы передачи;

- ошибки, связанные с плохим контактом в кроссе, которые возникают в виде длительных пакетов ошибок.

Нас естественно интересуют в большей степени статистические ошибки, поскольку их устранить чрезвычайно сложно, а иногда просто невозможно. Ошибки же, связанные с кроссовым подключением устраняются легко.

Статистические ошибки появляются редко, в среднем 1 – 2 ошибки за 15 мин. теста, что соответствует BER= . При подсчете ошибок ErrB согласно методике G.821 случаи пропадания соединения на кроссе будут отнесены к секундам неготовности канала UAS. Подсчет ошибок в эти периоды не производится, так что мы легко получим данные о величине статистического BER в системе передачи. Влияние же плохого контакта в кроссе будет отнесено в параметр UAS. Если бы подсчет ошибок выполнялся в течение всего времени измерений, мы потеряли бы данные о статистическом BER, поскольку данные об 1 – 2 ошибках просто «утонули» бы в данных, связанных с пакетами ошибок из-за проблемы в кроссе. Таким образом, методика подсчета ошибок по рек. G.821 позволяет более дифференцировано подходить к подсчету ошибок, уже на первом этапе измерений учитывать их природу.

Итак, первый шаг методики измерения параметров ошибок сводится к двум принципам:

1. Все время использования канала делится на две категории по параметрам готовности и неготовности канала и формируются требования к параметрам готовности и неготовности канала.

2. Подсчет ошибок и расчет BER выполняются только в периоды готовности канала. Только для периодов готовности формулируются параметры качества цифровой передачи.

Затем во время готовности канала производится подсчет секунд с ошибками ES, автоматически рассчитывается параметр секунд без ошибок (Error Free Seconds – EFS). Для секунд с ошибками рассчитывается параметр BER и вычисляется параметр секунд, пораженных ошибками – SES. На основе анализа SES рассчитывается параметр минут деградации качества – DM (в последний версии рек. G.821 он исключен из спецификации параметров качества).

Совокупность параметров ES, SES и DM представляет собой весь набор параметров качества цифрового канала по рек. G.821. Интересно, что первичный измеряемый параметр BER в спецификацию параметров качества цифрового канала не входит. Измеряя ES, SES и DM, оператор получает отчет о параметрах качества, но возникает вопрос о нормировании этих параметров, т. е. об определении уровней порогов, при которых должно быть принято решение, качественный или некачественный канал связи проходит тестирование. В рек. G.821 для целей нормирования была предложена методика гипотетической модели (HRX). В соответствии с этой методикой параметры качества нормируются для некоей гипотетической модели системы передачи, а затем создается алгоритм пересчета норм от гипотетической модели к реальному измеряемому тракту.

Стандартизация и нормирование параметров качества цифровых каналов велись исторически двумя комитетами в составе международного союза

электросвязи (МСЭ) – Международным комитетом по телефонии и телеграфии (МККТТ) – ITU-T и Международным консультативным комитетом по радио (МККР) –ITU-R. В результате их работы была сформирована единая гипотетическая модель на основе подхода к сетям ISDN, т. е. цифровым сетям с доведением цифрового потока от абонента до абонента без аналого-цифровых преобразований. Такая модель получила одобрение МККТТ и носит название эталонного международного коммутируемого соединения ISDN (Hypothetical Reference Connection – HRX). Длина такого соединения международного уровня была принята равной 27 500 км. Было предложено, чтобы в состав HRX могла входить секция радиочастотной системы передачи длиной 2 500 км, параметры которой регламентированы МККР, разработавшим гипотетическую модель радиочастотной цифровой системы передачи (Hypothetical Reference Digital Path –HRDP). Гипотетическая модель МККР была применена для разработки норм на радиорелейные и спутниковые системы передачи.

Таким образом, в настоящее время все нормы на параметры цифровых каналов ориентированы на две гипотетические модели HRX и HRDP, связанные друг с другом тем, что в состав HRX входит HRDP. Обе модели значительно повлияли не только на стандартизацию норм, но и на саму технологию организации измерений, в частности на параметры времени проведения измерений. Нормы на параметры цифровых каналов приведены в соответствующих рекомендациях МККТ и МККР, а также в отечественных нормативных документах, в частности в Приказе №92 от 10.08.96 г. «Нормы на электрические параметры цифровых каналов и трактов магистральной и внутризоновой первичных сетей».

Гипотетическая модель ISDN (HRX).

Гипотетическая модель ISDN предполагает нормирование параметров качества для цифрового канала ОЦК 64 кбит/с, сформированного системами передачи и коммутации ISDN. Нормы качества разработаны для составного канала ОЦК от абонента до абонента. При разработке норм МККТТ основывался на следующих положениях:

1. Услуги цифровой связи будущего предполагается предоставлять на основе технологии ISDN, поэтому ISDN была выбрана как эталонная сеть.

2. В качестве основных показателей были выбраны параметры ошибок и готовности, поскольку именно они влияют на качественные параметры передачи речевой информации и данных пользователя.

3. Хотя голосовой трафик более распространен, чем трафик ISDN, требования к нормам качества резонно строить на основе ISDN, т. к. предполагается, что сеть ISDN будет использоваться для передачи сервисной информации даже для услуг телефонной связи обычного качества. Поэтому сеть ISDN должна удовлетворять универсальным нормам.

В результате рассмотрения параметров качества была сформирована гипотетическая модель тракта ISDN, представленная на рис. 4.6.

Эталонная Эталонная

точка Т точка Т

27 500 км

1 250 км 25 000 км 1 250 км

LE LE

Местное Среднее Высокое Среднее Местное

качество качество качество качество качество

Рис. 4.6. Международное эталонное коммутируемое соединение HRX.

За основу был взят цифровой тракт общей протяженностью 27 500 км. Тракт был разбит на участки местной связи, среднего качества и высокого качества. Была установлена максимальная протяженность участков от абонента до цифровой системы передачи магистральной первичной сети – 1 250 км и протяженность цифрового тракта магистральной первичной сети – 25 000 км (этот параметр соответствует длине HRDP). Тракт от абонента до магистральной первичной сети включает в себя участок местного качества (от точки Т до ближайшего коммутационного узла LE и участок среднего качества от коммутационного узла до узла магистральной первичной сети, где могут использоваться системы передачи местной первичной сети или системы коммутации вторичных сетей. Полученная таким образом модель описывает нормы на параметры качества международного коммутируемого соединения ISDN (HRX). Нормы на характеристики ошибок в таком международном соединении содержаться в рек. ITU-T G.821.

По времени было предложено разделение требований к параметрам ошибки на три категории: для минут низкого качества (категория А), для пораженных ошибками секунд SES (категория Б) и для секунд с ошибками ES (категория В). Эти категории представлены в табл. 4.1 вместе с сформированными применительно к модели HRX нормами на параметры ошибок в составном цифровом канале 64 кбит/с.

Нормы на параметры цифрового тракта учитывают тип трафика, передаваемого в тракте. Так, например, рек. G.821 определяет следующие параметры BER для канала, по которому передается речь и данные (табл. 4.2).

Таблица 4.1. Три категории качества ITU-T для международного соединения ISDN 64 кбит/с (рек. G.821).

Часть	Нормы на BER	Условия
А	BER< при =1 мин	>90% одноминутных интервалов имеют 38 или менее ошибок
Б	BER< при =1 с	> 99,8% односекундных интервалов имеют менее 64 ошибок
В	BER=0 при =1 с (EPS)	> 92% секунд

Общее время измерений Т=1 месяц.

Примечания:

1. Термины «минуты низкого качества», «секунды, пораженные ошибками» и «секунды с ошибками» использованы в качестве удобной и краткой классификации эксплуатационных норм. Их использование не означает приемлемости или неприемлемости этого уровня качества.

2. Одноминутные интервалы получены после исключения времени неготовности и сильно пораженных ошибками секунд из общего времени и последующего последовательного группирования остальных секунд в блоки из 60 секунд. Базовые односекундные интервалы получают, исходя из фиксированного периода времени.

3. Временной интервал, на котором определяются процентные нормы, не нормирован, т. к. этот период может зависеть от конкретного применения. Период порядка одного месяца предлагается в качестве стандартного периода.

4. По практическим соображениям при 64 кбит/с минута, содержащая четыре ошибки (что соответствует коэффициенту ошибок 1,04х ) не считается минутой низкого качества. Однако это не следует рассматривать как снижение нормы коэффициента ошибок.

5. Секундой неготовности канала считается секунда, в течение которой было отмечено более 64 ошибок.

6. Для проведения практических измерений обычно используют 10-минутные интервалы.

Таблица 4.2. Нормы на параметры ошибок

для международного соединения ISDN.

=1 мин для передачи речи		=1 с для передачи данных
BER в интер- вале 1 мин	% минут готовности	BER в интер- вале 1 с	% минут готовности
>	< 10%	> 0	< 8% (ES)
<	> 90%	0	> 92% (EPS)

Теоретическая модель радиочастотной системы передачи HRDP.

Требования по параметрам готовности и параметрам канала цифровой передачи международного соединения ISDN (HRX) получили дальнейшее развитие при разработке норм на параметры радиочастотных трактов систем передачи на основе гипотетической модели тракта радиосистемы HRDP. На основании данных, приведенных в рек. G.821, были сформулированы следующие основные параметры:

1. Длина HRDP была принята равной 2 500 км, что соответствует рис. 4.6.

2. Поскольку для HRX было установлено требование по параметру BER магистрального участка высокого качества – 1 ошибка на символов на 1 км, то для тракта HRDP было установлено значение параметра ошибки 2,5х , не включая вклад мультиплексного оборудования. Было установлено, что такое значение параметра BER должно выполняться в течение 99% от общего времени работы канала.

3. МККТТ установил ному на параметр EFS от LE до LE равную 95%. Соответственное нормирование параметра EFS для HRDP дало значение EFS= 99,5%.

4. Окончательные требования по параметру BER были определены в рек. 594 МККР, где были установлены следующие требования:

BER> не более, чем 1% времени любого месяца;

BER> не более, чем 0,05% времени любого месяца.

Таким образом, принципы нормирования, изложенные выше, использовались и при формулировании норм на параметры HRDP.

Пересчет параметров гипотетической модели в параметры реального канала.

Сформулированные МККТТ и МККР гипотетические модели используются для определения норм на параметры качества канала. Но методика нормирования параметров цифровых каналов с использованием гипотетических

моделей включает не только разработку норм на параметры эталонных трактов, но и методику пересчета параметров эталонного тракта в параметры реального канала.

В настоящее время наиболее часто с этой целью используется принцип линейной аппроксимации результатов по длине реального участка. В качестве примера рассмотрим методологию пересчета, описанную в докладе 930 МККР по расчету параметров реальной радиочастотной системы передачи. В соответствии с предложенной методикой параметры радиочастотной системы длиной L могут быть определены следующим образом:

BER>L/2500 x не более чем L/2500% времени любого месяца

BER> не более чем L/1500 x 0,05% времени любого месяца.

Анализ методики расчета параметров цифровых трактов, изложенной в отечественном Приказе № 92, также показывает, что используются методы линейной аппроксимации (в ряде случаев с весовыми коэффициентами).

Основным недостатком методологии G.821 является необходимость ее расширения для определения параметров цифровых систем передачи со скоростями выше 64 кбит/с. Кроме того, рекомендация изначально была ориентирована на использование метода измерений с перерывом связи, что представляет собой довольно односторонний вариант нормирования. В дальнейшем эта методика была дополнена методикой рек. G.826, ориентированной на измерение блоковых ошибок BLER.

Методика G.826.

Методика G.826 была разработана как расширение методики измерения битовых ошибок по BER на область блоковых ошибок BLER. Рек. G.826, опубликованная впервые в 1923 г., является развитием G.821и учитывает ее недостатки. Основными принципами методологии являются:

- применимость к цифровым системам передачи со скоростями выше 64 кбит/с;

- учет основных скоростей передачи, используемых в современных цифровых системах PDH/SDH;

- определение параметров измерений без перерыва связи, т. е ориентация на эксплуатационные измерения работающих систем.

Согласно рек. G.826 предусмотрено измерение следующих параметров: EB, ES, SES, BBE. Результатами измерений являются относительные параметры ESR, SESR, BBER. Рекомендацией установлены следующие допустимые значения параметров (табл. 4.3.):

Таблица 4.3. Параметры цифровых систем передачи по G.826.

Скорость, Мбит/с	1,5 - 5	>5 - 15	>15 - 55	>55 - 160	>160 - 3500
Размер блока	2000-8000	2000-8000	4000- 20 000	6000- 20 000	15 000- 30 000
ESR	0,04	0,05	0,075	0,16	не определено
SESR	0,002	0,002	0,002	0,002	0,002
BBER	3х	2х	2х	2х	1х

Мониторинг

ошибок

Аномалии

Дефекты

AS

определяет контролирует

EB

SES

более 30%

ES

учитывает

Рис. 4.7. Алгоритм измерения параметров G.826.

Алгоритм измерения параметров по рек. G.826 представлен на рис. 4.7. Суть метода состоит в том, что в системе осуществляется постоянное измерение ошибок в процессе эксплуатации. В результате мониторинга обнаруживается две категории неисправностей: дефекты, что соответствует сигналам о неисправностях, и аномалии, что означает появление блоков данных с ошибками (Error Blocks – EB). По результатам ЕВ измеряется параметр секунд с ошибочными блоками (ES). Если количество ЕВ составляет более 30% от всех блоков, то делается вывод о том, что данная секунда является секундой, пораженной ошибками (SES). Определение времени готовности канала (AS) делается аналогично методике G.821 по параметру SES. Количество EB и BBER подсчитывается только в минуты готовности канала.

Совокупность методик G.821 и G.826 полностью определяют параметры качества цифровых систем передачи при любых условиях эксплуатации и применительно к любым методикам измерений, соответственно G.821 – с отключением канала, G.826 – в режиме мониторинга канала.

Единственным недостатком комбинированной методики является отсутствие эксплуатационной специфики, поскольку заложенное здесь время проведения измерений составляет 30 дней. Этот период обеспечивает корректную объективность результатов измерения, включая специфические особенности радиочастотных цифровых систем передачи. На практике, однако, измерения в течение такого длительного периода проводятся довольно редко. Эксплуатационные измерения в большинстве случаев выполняются оперативно, потому что для проведения измерений у инженеров есть несколько часов, а иногда и меньше. По этой причине потребовалась доработка методики и включение в нее эксплуатационных норм, которые также называют оперативными. Обычно для эксплуатационных измерений считается достаточным для получения объективных результатов проведение измерений в течение 24 часов, а иногда даже 15 минут, что определено в рек. М2100.

Эксплуатационные методики М.2100/М.2101.

Методика М.2100/М.2101 была разработана с целью расширения методики G.821/G.826 для целей эксплуатации. Отличительной особенностью методик М.2100/М.2101 является ориентация на индикационные измерения, когда в качестве результатов измерения делается вывод о прохождении или не прохождении теста, а не получение количественных величин параметров. В качестве основных параметров для измерений были выбраны параметры ES и SES.

ES G.821/G.826 M.2100

Не прохождение

Не прохождение

«Средняя зона»

Результат нуждается

в уточнении

Прохождение

Прохождение

Рис. 4.8. Методика индикационных измерений М.2100.

Рекомендация М.2100 была впервые опубликована в 1993 г. и определила параметры пороговых значений при проведении измерений для цифровых систем передачи PDH. Развитие цифровой первичной сети и внедрение технологии SDH привело к необходимости доработки методологии и появления рекомендации М.2101, где определены пороговые значения при проведении измерений систем передачи SDH.

Второй важной особенностью методологии М.2100/М.2101 является уменьшение времени проведения измерений до 15 мин. с последующими измерениями в течение 24 час, если результат кратковременного измерения окажется в «средней зоне» (рис. 4.8).

Наконец, третьей отличительной особенностью методологии М.2100/М.2101 является использование не одного, как в G.821/G.826, а двух пороговых значений для выделения «средней зоны». Если результат измерения в нее попадает, он нуждается в дополнительном уточнении методами долговременного анализа по методике G.826.

Создание многофункциональных приборов измерения параметров качества привели к появлению нового подхода – метода гистограмм-хронограммного анализа. Но несмотря на всю прогрессивность этого метода, рекомендации G.821/G.826/M.2100/M.2101 остаются востребованными в настоящее время как единственный принятый всеми операторами метод паспортизации параметров качества. Он используется как для нормирования, так и для отчетности параметров качества. Переход операторов к новым методам нормирования качества услуг на основе соглашения о качестве обслуживания (SLA) мало что изменил в методах измерений и нормирования. Только теперь нормы на параметры качества могут устанавливаться по взаимной договоренности между операторами, но набор параметров в SLA остается прежним: это те же параметры ES, SES, UAS и т. д.