ככה שומרים על סנכרון אמין ברשתות סלולריות: הצגת הגישה החדשה המבוססת על ®Distributed GM, או “Grandmaster בקצה הרשת”.
תמיכה יעילה של רשתות סלולריות ביישומים ובשירותים מתקדמים מחייבת הפצת שעון מדויקת מאוד לכל תחנות הבסיס. בין אם מדובר בהפצה מרכזית – על ידי שימוש ב-Grandmaster עפ”י תקן IEEE 1588 , מבוזרת ממספר Edge PTP Grandmasters, או שהשעון מסופק על־ידי תחנת הבסיס עצמה, מערכת ניווט לוויינית גלובלית (GNSS בראשי תיבות באנגלית) – שנציגתה המוכרת ביותר, נכון להיום, היא מערכת ה-GPS האמריקאית משמשת תמיד כמקור השעון הראשי.
הסיבה שמערכת ניווט לוויינית גלובלית משמשת כמעט תמיד להפצת שעון בדיוק גבוה נעוצה בכך שהמערכת מפיצה את אותה השעה (עם סטיות קטנות) לכל נקודה על
איור 1. מערכת להפצת מקור שעון ראשי לסנכרון רשת סלולרית
כדור הארץ, וכך משמשת בפועל כמקור שעון ראשי (PRTC, Primary Reference Time Clock) אמין. כל עוד קיים קו ראייה נקי לשמיים, מקלט מודרני של מערכת ניווט לוויינית גלובלית יכול לקבל את שעון הזמן האוניברסלי המתואם (בראשי תיבות באנגלית UTC) בדיוק טוב יותר מ- ננו-שניות. מערכת ניווט לוויינית משמשת כטכנולוגיה המובילה להפצת שעון מדויקת ברשתות סלולריות גדולות, הפרושות על אזורים גיאוגרפיים נרחבים, באמצעות מקלט GNSS הקיים בכל אחת מתחנות הבסיס ואשר מקבל את השעון (והתדר) ישירות “מהשמיים”.
אף־על־פי־כן, תצורת המערכת הזאת היא גם המקור לבעיה הגדולה מכולן – חסימה ושיבוש של מערכת הניווט הלוויינית. שיבוש מערכת הניווט הלוויינית יכול להיגרם בשוגג כתוצאה מהאותות הנפלטים ממכשירים חשמליים ואלקטרוניים שבהם אנחנו משתמשים בשגרה. המכשירים האלה עלולים ליצור רעש שעוצמתו חזקה יותר מזאת של אותות הלוויין. שיבוש שכזה יכול להיגרם אפילו משימוש במכשירים אלקטרוניים נפוצים כגון נגני מוזיקה ניידים או טלפונים סלולריים. אולם, הסכנה האמיתית טמונה בשיבוש מכוון של מערכת הניווט הלוויינית באמצעות ציוד ייעודי. הפעלת ציוד שכזה – שאותו, לדוגמא, אפשר להשיג בקלות ובזול ב-eBay – בסמוך לתחנת בסיס עלולה לשבש את פעילותה ואפילו להשבית אותה באופן זמני. הבעיה חמורה במיוחד באזורים עירוניים שבהם קיימת צפיפות גבוהה של תחנות בסיס ורכבים נעים. ייתכן שבחלק מהרכבים האלה מותקן ציוד לשיבוש מערכת הניווט הלוויינית הגלובלית שבו משתמשים נהגים כדי למנוע מעקב אחרי מיקום הרכב ומהירות נסיעתו, והציוד הזה עלול לגרום לשיבוש פעילותן של תחנות בסיס סמוכות. סוגיית האבטחה של מערכת הניווט הלוויינית הגלובלית עמדה במוקד של מספר כנסים שנערכו לאחרונה בנושאי תדר ושעון, ובהם ITSF באירופה ו־WSTS בארה”ב.
המלצות להגנה מפני חסימה ושיבוש
הפתרון לבעיה מורכב משתי שכבות הגנה. שכבת ההגנה הראשונה מבוססת על טכניקות קליטה חדישות למניעת חסימה של אותות הלוויין במקלט ובאנטנה של מערכת הניווט הלוויינית הגלובלית כדי להקשות על חסימתה. שכבת ההגנה השנייה מבוססת על מערך גיבוי מתאים למערכת הניווט הלוויינית הגלובלית שנכנס לפעולה מיד עם איבוד הקליטה ומשמש כשעון הראשי עד לחידושה. רק באמצעות שתי שכבות ההגנה האלו המפעיל הסלולרי יכול להבטיח את איכות השירות ולמזער את זמן ההשבתה כתוצאה מחסימה או שיבוש של מערכת הניווט הלוויינית הגלובלית.
קיימות בשוק לא מעט שיטות להגנה מפני חסימת מערכת הניווט הלוויינית הגלובלית שבהן אפשר להשתמש כשכבת ההגנה הראשונה. השיטות האלו נעות מסינון אותות
איור 2. MiCLK 1588
ושיטות מתקדמות נוספות להסרת רעשים, ועד למבנה חדשני של אנטנות מערכת הניווט הלוויינית הגלובלית. שכבת ההגנה השנייה היא זאת שמהווה את האתגר הגדול עבור המפעילים של הרשת הסלולרית ונדרש לה תכנון מקיף של ארכיטקטורת הרשת. האתגר המעשי המרכזי הוא מציאת פתרון שיאפשר לתחנת בסיס שאיבדה קליטה של מערכת ניווט לוויינית גלובלית, לשמור על סנכרון עד לחידושה.
הרעיון כאן דומה מאוד לרעיון העומד בבסיס העובדה שאנו נדרשים לכוון את השעה בשעון היד שלנו רק פעם במספר חודשים. בין כוונוני השעון הידניים שלנו, מתנד הקוורץ שבמנגנון השעון (או כל מנגנון יצירת תדר יציב אחר שמפעיל את השעון) ממשיך לקדם את הזמן בשעון באופן מדויק יחסית, כך שהסטייה הנוצרת הינה של שניות מספר בלבד לאורך תקופה של חודשים. רמת הדיוק הנדרשת ברשתות סלולריות גבוהה בשישה סדרי גודל, לכל הפחות, בהשוואה לשעון יד, ולכן נחוץ שעון מרכזי מדויק הרבה יותר, אולם הרעיון הבסיסי זהה. אתגר נוסף הקיים ברשת הסלולרית הוא כמובן הצורך להפיץ את השעון המרכזי המדויק לכל אחת מתחנות הבסיס.
הטכנולוגיה שעונה על כל הדרישות האלו ולכן נדמית כפתרון המושלם היא Sync-E – התקן שנקבע על־ידי ITU-T להפצת תדר מדויק מאוד על גבי השכבה הפיזית של פרוטוקול ה-Ethernet. אולם, רק מיעוט מהרשתות הסלולריות שקיימות כיום תומכות בטכנולוגית ה-Sync-E עד לתחנת הבסיס. לעיתים קרובות Sync-E נתמך באזורי ה-core או aggregation של הרשת הסלולרית בלבד ואינו עושה את דרכו עד לתחנות הקצה הסלולריות דרך רשת הגישה.בנוסף, אפילו כשאפשר לספק שעון מבוסס Sync-E לתחנות הבסיס, רוב תחנות הבסיס לא תומכות בתקן זה או לא תדענה לנצל אותו בשעת הצורך. לפיכך,פרישה של מקלט GNSS בכל תחנת בסיס אינה מאפשרת, בדרך כלל, דרגת הגנה מספקת מפני חסימה או שיבוש של מערכת ניווט לוויינית.
כמענה לאתגר הזה פותחה גישה חדשה המבוססת על ®Distributed GM או “Grandmaster בקצה הרשת”. בשיטה החדשה, מותקן PTP Grandmaster קטן וזול בבסיס של כל רשת (“ענן”) גישה סלולרית על מנת לספק סנכרון באמצעות הפרוטוקול PTP לכל תחנות הבסיס השייכות לאותו “ענן” גישה בלבד. מכיוון שה־Grandmaster שבקצה הרשת ממוקם לרוב בסמוך ליישומי הקצה (לרוב במרחק שאינו גדול משניים עד שלושה דילוגים) הוא מסוגל לספק רמת דיוק גבוהה במיוחד. בו בזמן, מכיוון שה־ Grandmaster שבקצה הרשת ממוקם גבוה יותר בארכיטקטורת הרשת, כשהוא קרוב יותר לרשת ה-core/aggregation מאשר לתחנות הבסיס, יש לו גישה טובה יותר למקור תדר מדויק, כגון Sync-E, שיספק לו את הגיבוי הנדרש במקרה של אובדן קליטה של מערכת ניווט לוויינית גלובלית. שילוב זה הופך את ה-Distributed GM לפתרון יעיל במיוחד להפצת שעון מדויקת ולסנכרון רשתות סלולריות.
הטכנולוגיה החדשנית של רד לסנכרון הרשת
MiCLK–פתרון מוגן בפטנט של חברת רד הינו PTP Grandmaster מלא על גבי התקן נתקע זעיר (SFP). הוא מיועד להתקנה בקצה הרשת ומכיל את כל שכבות ההגנה שהוזכרו לעיל. בשל כך, הוא אופטימלי לשמש כאבן בניין במערכות הפצת שעון מבוזרת. פתרון ה-MiCLK מבוסס על טכנולוגיית מקלט GNSS חדישה, העושה שימוש במספר טכניקות למניעת חסימה ושיבוש של מערכת הניווט הלוויינית. טכניקות אלו כוללות סינון אנלוגי יעיל במיוחד של רעשי רקע, ממירים אנלוגיים־דיגיטליים חזקים וטכניקות סינון דיגיטליות מסתגלות. הסינון הדיגיטלי מבוקר על־ידי תוכנה המאפשרת זיהוי והסרה של אותות חזקים המשבשים את הקליטה ועל ידי כך מיקסום של היחס אות לרעש (SNR) במקלט עבור כל תרחיש. שיטה זאת למניעת חסימה ושיבוש דורשת כוח עיבוד ניכר המסופק על־ידי מעבד ®ARM משובץ.שילוב זה של חומרה ותוכנה מאפשר להפחית את עוצמת הרעש בערך של עד 30 דציבל לעומת מקלטים רגילים של מערכת ניווט לוויינית גלובלית. יתר על כן, ה-MiCLK כולל את מגוון רחב של אפשרויות גיבוי למערכת ניווט לוויינית גלובלית, כגון גיבוי למערכת ה-GNSS באמצעותSync-E (כפי שהוסבר להלן), או PTP (שיטה המוכרת בשם Assisted Partial Timing Support, או בראשי תיבות APTS). מתנד מבוקר התנור (OCXO) הפנימי באיכות Stratum 3E מספק הגנה מלאה מפני הפרעות קצרות טווח לקליטת אותות הלוויין ללא צורך במערכי גיבוי חיצוניים (כגון Sync-E או APTS).
אלון גבע הינו מנהל מחלקת ארכיטקטורת מוצר בחברת רד חבר בוועדת מומחי הסנכרון של ה-ITU-T
