时钟网络与OCXO振荡器的阶层级别定义与应用
已定义的阶层级别
　　名为”数字网络同步接口标准”的美国国家标准协会(ANSI)标准于1987年首次发布.本文档定义了数字网络同步的层次级别和最低性能要求.地层水平的要求如表A所示,该表提供了地层时钟系统漂移和滑动率的比较和总结.
　　地层1被定义为完全自主的定时源,除了每年校准之外,没有其他输入.第一层计时的通常来源是原子标准(铯束或氢脉泽)或参考石英晶体振荡器(OCXO).最小可调范围和最大漂移定义为1x10-11或更小的小数频率偏移f/f.在这种最低精度下,经过适当校准的信号源将提供不会相对于绝对或完美标准每4至5个月滑动一次以上的比特流定时.铯原子钟等原子标准的性能要好得多.
　　地层1时钟是ANSI/T1.101中定义的主要参考源(PRS)的一个示例.另外,PRS源可以是采用协调世界时(UTC)频率和时间服务的直接控制的时钟系统,例如全球定位系统(GPS)导航系统.全球定位系统可用于提供地层1质量的高精度、低成本定时.
　　第二层时钟系统在正常工作条件下跟踪输入,并在受损工作条件下保持输入参考频率的最后最佳估计值.第二层时钟系统要求最小调整(跟踪)范围为1.6×10-8.无输入参考的地层2的漂移在一年内小于1.6×10-8.系统的短期漂移在24小时内小于1×10-10.如果将该规格解释为每24小时1×10-10的漂移,当Stratum2时钟系统处于保持模式时,这相当于7天内大约1次的帧滑移率.每天漂移小于2.5x10-11的Stratum2时钟将导致第一次帧滑动时间超过2个月.第二层时钟的典型例子是铷标准和双烤箱OCXO晶振.
　　第3层被定义为一个时钟系统,它像第2层一样跟踪输入,但范围更广.第三层时钟系统要求最小调整(跟踪)范围为4.6×10-6.系统的短期漂移在24小时内小于3.7x10-7.在系统保持不变的情况下,这相当于在24小时内发生了大约255次帧滑移.一些第三层时钟设备不足以为SONET网络元件计时.
　　贝尔科文件[参考文献3、7和8]中定义的3E地层是由于SONET设备要求而产生的新标准.地层3E跟踪来自地层3或更好的源的1.544兆赫的7.1赫兹内的输入信号.无输入参考的漂移在24小时内小于1x10-8.与地层3的255次滑动相比,24小时内少于4次框架滑动.
　　层4被定义为时钟系统,它跟踪层2或层3中的输入,除了调整和漂移范围是3.2×10-5.此外,Stratum4时钟没有保持能力,在没有基准晶振电压的情况下,在调整范围内自由运行.帧滑动之间的时间可以少至4秒.4E地层是一个提议的新客户驻地时钟标准,它允许一个非自由运行的保持特性.这一新的水平,打算由客户提供的设备在扩展他们的网络中使用,还没有标准化.
阶层层次
　　第1层时钟可以控制第2层,3E,3、4E或4个时钟.层2时钟可以驱动层2、3E,3、4E或4个时钟.Stratum3E时钟可以驱动3E,3、4E或4个时钟层.第3层时钟可以驱动第3、4E或4层时钟.不建议将Stratum4E或4时钟用作任何其他时钟系统的定时源.
　　由于较高层时钟系统的捕获和调整范围较窄(2高于3,依此类推),因此不建议从Stratum3E或3时钟驱动Stratum2时钟.实际上,它在某些传输受损的情况下将无法工作.另外,在使用不止一个Stratum1信号源的网络应用中,必须格外小心,以确保这些信号源准确且可追溯到某些其他标准.通常用于检查Stratum1时钟源准确性的另一个标准是GPS系统.GPS接收器也可以直接用作Stratum1质量的来源.
　　Stratum1时钟的管理,操作和维护可能是一项昂贵的工作.原子源可能没有较长的免维护工作间隔,并且可能会遇到故障,而没有给出源关闭频率的指示.此外,如果显示Stratum1的计时源不准确,则该网络必须能够接受另一个网络的计时,直到问题解决为止.因此,为了确保精度并使成本最小化,GPS具有吸引力.
表A:层时钟需求和层次结构

地层	精度	拉入范围	稳定性	第一帧滑动时间
1	1x10-11	不适用	不适用	72天
2	1.6x10-8	必须能够以+/-1.6x10-8的精度同步时钟	1x10-10/天	7天
3E	1.0x10-6	必须能够以+/-4.6x10-6的精度同步时钟	1x10-8/天	3.5小时
与	4.6x10-6	必须能够以+/-4.6x10-6的精度同步时钟	3.7x10-7/天	6分钟(255in24小时)
4E	32x10-6	必须能够以+/-32x10-6的精度同步时钟	与精度相同	尚未指定
H	32x10-6	必须能够以+/-32x10-6的精度同步时钟	与精度相同	不适用

注意:
　　*为了根据漂移计算滑动率,假设频率偏移等于24小时内的上述漂移,累积比特滑动,直到累积了193个比特.各种原子和进口晶体振荡器的漂移速率是众所周知的,并且通常不是线性的或者不一定持续增加.
网络故障,会发生什么?
　　如果由于时钟系统处于保持状态而导致帧滑移,那么代价是什么?连接的设备停止工作了吗?通常不会.语音设备倾向于快速重新获得帧同步,导致爆音或咔哒声,这通常不是问题.根据传输的数据速率以及是否使用前向纠错,数据电路会丢失一定数量的比特.一些提供分插服务的多路复用设备在获得新的同步源时中断所有输出干线.这种中断,如果是由于电路噪声造成的,可能会使网络暂时无用,因为滑动会导致进一步的下游滑动(误差或滑动倍增).
　　时钟系统在电路损坏时提供稳定的频率源.时钟保持漂移导致滑动之前,连接的设备不会受到影响.一个稳定的时钟会将一个一天经历两三次问题的网络变成一个在大规模干线中断时保持定时的网络.只要修复时间与第一次帧滑移的时间相当(见表A),网络将继续正常运行,直到大修得到修复.
　　因为偶尔的失误总是会发生,所以最好的办法就是将它们的发生率降到最低.通过对时钟系统进行仔细的网络工程设计,可以以合理的成本实现近乎完美的定时,同时具有出色的可靠性和可维护性.
时钟网络与OCXO振荡器的阶层级别定义与应用

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