Признаки необходимости синхронизации

Синхронизация в сетях нового поколения: три пути решения проблем

В целом принципы синхронизации призваны обеспечить работу цифровых систем сети в единых временных интервалах. Сбои в синхронизации всегда приводили к снижению качества предоставляемых услуг. В статье рассматриваются три метода организации передачи синхронизации в пакетных сетях нового поколения: частотная, фазовая и временная. Данная тема актуальна, так как на основе транспортной пакетной сети появляется все больше сервисов, критичных к строгим нормам по синхронизации.

Сравнение трех видов синхронизации

Частотная подразумевает, что у всех элементов сети значащие моменты соответствуют одной и той же средней частоте. В развитие этой идеи можно предположить, что частоты всех сетевых элементов равны в точности до фазы. Это называется фазовой синхронизацией, и добиться ее в жизни обычно сложнее, чем представить. И следующее, еще более строгое требование – привязать фазу к какой-то временной шкале. На практике обычно используют шкалу всемирного координированного времени (UTC), не привязанную к вращению Земли, а соотносящую с атомным стандартом времени.

Требование по синхронизации в современных сетях

До недавнего времени потребности в синхронизации по фазе и времени в сетях связи не было, поэтому транспортные сети SDH проектировались только с требованием передачи частоты. Строгих требований, изложенных в рекомендациях G.810, G.811, G.812, G.813, хватало на реализацию любых существующих на тот момент сервисов. Широкое распространение сети CDMA стандарта мобильных сетей, в котором, кроме частотного мультиплексирования (FDD), используется и временное (TDD), а так же специальные способы кодирования, открыли пути широкого использования и фазово-временной синхронизации на сетях электросвязи.

Следует отметить, что передача синхросигнала любого типа осуществляется с некоторой точностью, которая должна подчиняться требованиям технологий новых сервисов или нормативным документам. Таким образом, требования к синхронизации определяются в итоге приложениями и сервисами, которые предоставляются операторами связи, но транспортная сеть должна иметь возможность удовлетворить все потребности и соответствовать даже очень строгим нормам. В таблице представлены разные сетевые элементы, используемые для разных приложений, и соответствующие требования по синхронизации.

Нормы синхронизации для современных сетевых технологий

* – для WiMax TDD базовых станций – обязательное требование, а FDD – опциональное.
** – некоторые сервисы, предоставляемые в сети LTE, требуют более строгих норм – как по частотной, так и по фазовой синхронизации.

Как видно из таблицы, нормы по синхронизации достаточно строгие. На рисунке ниже показаны типовые примеры: имеется транспортная сеть мобильного оператора, сеть доступа PON или оператор кабельного телевидения. Встает вопрос о распространении синхронизации через транспортную среду Ethernet.

Пример типовой сети оператора

Сегодня можно сказать о трех способах решения этой проблемы – с помощью глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS), стандарта Sync Ethernet или протокола PTP. Хотя каждому методу может быть посвящена отдельная статья, вкратце остановимся на них и рассмотрим каждый метод на типовом примере bakhaul сети мобильного оператора. Другие примеры идентичны и не нуждаются в дополнительных пояснениях.

Использование глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS)

По сути, используя GNSS, мы строим распределенную систему тактовой сетевой синхронизации. Каждая базовая станция и контроллеры базовых стаций имеют приемник GNSS. Из передаваемой информации о времени приемник может получить синхросигнал, который удовлетворяет всем самым строгим требованиям, причем как для частотной, так и для фазово-временной синхронизации. К преимуществам метода можно отнести и то, что метод достаточно старый, и, следовательно, на рынке представлены различные модели приемников разных производителей. Помимо приемников, работающих с американской системой определения местоположения GPS, сейчас все большее распространение получают устройства, поддерживающие и ГЛОНАСС.

Типовая схема синхронизации с использованием GNSS

В ближайшем будущем появятся также китайская и европейская системы. Поэтому метод GNSS не будет сильно зависеть от политической обстановки или военных конфликтов (что важно, т.к. все системы используются для военных нужд). К недостаткам можно отнести обязательное использование антенны и то, что система не может работать в закрытых помещениях. Кроме того, резервирование может быть осуществлено только установкой двух приемников на каждую базовую станцию, что удорожает решение.

Что такое синхронизация? Изучаем подробно

Синхронизация — что это?

Сегодня термин «синхронизация» часто применяется в сфере информационных технологий. Под ней понимается процесс, когда между несколькими копиями данных ликвидируются различия.

Проще всего объяснить это на примере часов и даты — если на смартфоне не было настроено время, то при наличии соединения с интернетом произойдёт синхронизация с сервером и время будет отображаться в соответствии с вашим часовым поясом.

Можно выделить несколько основных типов синхронизации данных:

• синхронизация данных приложения;
• синхронизация данных веб-ресурса;
• синхронизация внутриигровых данных.

Рассмотрим каждый из них по отдельности.

Синхронизация в приложении

Условно информацию в приложении можно разделить на два вида — пользовательская и служебная. Пользовательская информация может быть синхронизирована с облаком, в котором хранится её копия. Например, текстовые файлы Microsoft Word можно поместить в облачное хранилище OneDrive и работать с ними при необходимости.

Служебная информация — это настройки. Некоторые приложения дают возможность сохранить настройки в облачном хранилище и при переустановке программы восстановить их одним кликом. Некоторым приложениям требуется синхронизировать данные в реальном времени, а иным — строго по указанию пользователя.

Изначально синхронизация присутствовала только в приложениях для персональных компьютеров, но с развитием технологий она появилась на мобильных устройствах под управлением iOS, Android и Windows, а также на игровых консолях, «умных» часах и во множестве других изобретений.

В режиме реального времени синхронизация происходит, например, в приложениях-мессенджерах. Если собеседник отправил вам сообщение, то его содержимое сразу же станет видно вам при условии подключения к интернету. В Telegram-канале моментально появляются самые свежие публикации от тех каналов, на которые вы подписаны.

Лучшим примером синхронизации являются современные веб-браузеры. Они способны сохранять историю просмотров, избранные страницы, пароли и некоторые другие данные в облачном хранилище. Благодаря этому после переустановки вы можете совершить процедуру синхронизации с облаком и работать с браузером, как и раньше.

Синхронизация на веб-ресурсе

Распространение интернета сегодня достигло колоссальных масштабов. Большинство жителей России имеет постоянный доступ к глобальной сети и пользуется всеми её благами. Для обеспечения их стабильной работы круглосуточно функционируют дата-центры со множеством серверов.

Процедура синхронизации для веб-ресурса является важной, если он имеет дело с динамичными данными, которые могут постоянно меняться. Некоторые сайты вполне могут обойтись и без синхронизации, если на них размещается какой-то статичный контент.

Для обеспечения синхронизации на сайте присутствует база-данных. В ней хранится множество параметров, на которые способны влиять пользователи. Так, например, если в социальной сети вас заблокировали в сообществе, то вы моментально об этом узнаете, лишившись возможности просматривать стену.

Помимо внутренней синхронизации в рамках ресурса, она может происходить и между несколькими сайтами. Если у вас есть друзья в социальной сети Facebook, то вы можете синхронизироваться с ней и социальная сеть ВК добавит тех из них, кого получится найти.

Внутриигровая синхронизация

Игры сегодня выступают одним из любимых способов проведения досуга у множества людей разных возрастов. Есть оффлайновые игры, которые не требуют подключения к интернету, а есть и те, которые с ним неразрывно связаны.

Например, в многопользовательском шутере игрок осуществляет взаимодействие с несколькими десятками других людей. Игра постоянно синхронизирует состояние игрока с остальными людьми на сервере. Поэтому любые изменения становятся видны всем остальным играющим.

В ММОРПГ статистика хранится на сервере, и при заходе в игру происходит синхронизация. Загружаются данные об игровом уровне, количестве каких-то очков, список друзей и иная информация.

Помимо самих игр, есть также приложения для цифровой дистрибуции — Steam, Origin, Uplay. В них присутствует возможность приобретать лицензионные копии игр, а также есть система достижений и некоторые другие данные. Когда пользователь заходит в свой аккаунт Uplay, то сразу же происходит синхронизация — загружается список игр, имеющиеся достижения, очки, список друзей и иная информация.

Специфический только для игр термин — вертикальная синхронизация. Он связан с частотой кадров, которые за секунду способна отобразить игра. При активации данной функции частота кадров фиксируется на уровне 60 fps и не может преодолеть данное значение.

Таким образом, синхронизация крайне важный процесс, без которого многие обычные вещи были бы недоступны пользователям устройств.

Последствия нарушений условий синхронизации

От того, какое именно условие не выполнено, зависят последствия нарушения условий синхронизации. Рассмотрим поочередно нарушение каждого из перечисленных условий.

1. При нарушении первого условия | U| ? | E|.

В этом случае в замкнутой цепи, образованной последовательно включенными через шины ГЭРЩ обмотками статоров СГ, возникнет т.н. уравнительный ток.

Этот ток, протекая через обмотки статоров обоих генераторов, подмагничивает генератор с меньшим напряжением и размагничивает генератор с большим напряжением.

В результате напряжения параллельно включенных генераторов выровняются.

Вместе с тем уравнительный ток нагружает обмотки статоров обоих генераторов, нагревая их и линии электропередачи между генераторами и не позволяя использовать генераторы по току полностью.

2. При нарушении второго условия синхронизации f ? f .

Сразу после включения генератора на шины возникнет переходный процесс, характер которого зависит от значения разности частот обоих генераторов.

Если разность частот менее 0,75 Гц, то после подключения генератора его ротор совершит несколько колебательных движений (качаний) с постепенно убывающей амплитудой и затем под действием собственной синхронизирующей мощности втянется в синхронизм.

После этого роторы обоих генераторов станут вращаться с одинаковой скоростью.

Если эта разность составляет несколько герц, ротор подключенного генератора может не войти в синхронизм, и будет перемещаться относительно ротора другого генератора.

Возникающие при этом механические толчки на валу могут привести к тому, что не только подключенный генератор не войдет в синхронизм, но могут выпасть из синхронизма другие параллельно работающие генераторы.

3. Последствия нарушения третьего условия (ц ? 0°) зависят от взаимного положения роторов в момент включения генератора на параллельную работу.

Рассмотрим 3 характерных случая:

а) генератор включен при положении стрелки синхроноскопа «без пяти минут 12 часов» (при этом стрелка синхроноскопа должна вращаться по часовой стрелке).

В этом случае он сразу же перейдет в генераторный режим и снимет часть нагрузки с работающего генератора.

При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: тормозного характера у подключенного генератора и подкручивающего у работающего.

После этого надо постепенно подачу топлива увеличивать у подключенного генератора и одновременно уменьшать у работающего. В момент времени, когда показания киловаттметров обоих генераторов станут одинаковыми, надо перестать изменять подачу топлива.

б) генератор включен при положении стрелки синхроноскопа «пять минут после 12 часов».

В этом случае он сразу же перейдет в двигательный режим и добавит нагрузку на работающий генератор.

При этом на валах обоих генераторов возникнут динамические моменты: подкручивающий у подключенного и тормозной у работающего генератора.

В результате «подкручивания» подключенный генератор может пойти «вразнос» и будет отключен защитой по обратной мощности.

Если защита не сработала, что может быть при небольшом, неопасном значении обратной мощности подключенного генератора, надо сразу после включения начать увеличивать подачу топлива у подключенного генератора и уменьшать у работающего.

В момент времени, когда показания киловаттметров обоих генераторов станут одинаковыми, надо перестать изменять подачу топлива.

в) генератор включен на шины при положении стрелки синхроноскопа «6 часов».

В этом случае ротор подключенного генератора «перевернут» по отношению к ротору работающего.

При этом в замкнутой цепи, образованной последовательно включенными через шины ГЭРЩ обмотками статоров СГ, напряжение работающего генератора и ЭДС подключенного суммируются (совпадают по фазе).

Поскольку обмотки статоров имеют незначительное сопротивление, под действием двойного напряжения:

U+ E= 220 + 220 = 440В

в цепи возникнет ток короткого замыкания.

В результате отключится один или оба автоматических выключателя (в последнем случае судно обесточится).

Из сказанного следует, что процесс синхронизации генераторов – достаточно ответственный.

В соответствии с Правилами технической эксплуатации электрооборудования судов, именно вахтенный механик должен выполнять все действия, связанные с синхронизацией, переводом и распределением нагрузки при параллельной работе генераторов.

Судовой электромеханик включает на параллельную работу генераторы только в двух случаях – при использовании методов грубой синхронизации или самосинхронизации.