OTN技術(shù)衍生新形態(tài)助推傳輸管道走向智能化

中國移動研究院 | 李允博

OTN技術(shù)衍生新形態(tài)助推傳輸管道走向智能化

中國移動研究院 | 李允博

今后，OTN應(yīng)當(dāng)在有效抑制以太網(wǎng)業(yè)務(wù)單通故障、繼續(xù)提升交叉容量、引入控制平面等方面進一步突破。

在通信領(lǐng)域，智能管道的出發(fā)點是提升網(wǎng)絡(luò)承載能力和管道價值。智能管道對用戶而言表現(xiàn)為兩點：一是智能管道要能為用戶提供有線、無線的一體化融合最優(yōu)接入，二是能夠基于用戶、業(yè)務(wù)、流量等因素實施差異化的服務(wù)。對運營商而言智能管道的優(yōu)勢表現(xiàn)在：一是智能管道能夠更多感知用戶的行為和消費習(xí)慣，為運營商的差異化服務(wù)和業(yè)務(wù)推送提供支撐，二是基于智能管道的資源調(diào)度可以有效提升運營商的資源利用率。

光傳送網(wǎng)（OTN）技術(shù)最初的目標(biāo)是提升傳送網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)組織能力，為大量GE、2.5Gbit/s、10Gbit/s、40Gbit/s甚至100Gbit/s等大顆粒業(yè)務(wù)提供傳輸通道，為客戶信號提供在波長/子波長級別的傳送、復(fù)用、交換和監(jiān)控能力，在提供豐富帶寬的基礎(chǔ)上，增強節(jié)點匯聚和交叉能力、組網(wǎng)保護和OAM管理能力。隨著近幾年新技術(shù)的引入，OTN也在向著業(yè)務(wù)識別、動態(tài)調(diào)整帶寬等智能化方向發(fā)展，構(gòu)建“用戶可識別、業(yè)務(wù)可區(qū)分、流量可調(diào)控、網(wǎng)絡(luò)可管理”的智能傳輸管道。

引入OTN技術(shù)是中國移動打造智能管道的重要一環(huán)。

具備分組調(diào)度的OTN新技術(shù)

OTN技術(shù)在2009年開始完成向“面向全業(yè)務(wù)承載”的轉(zhuǎn)變，加強了對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載，OTN技術(shù)逐步完善對ODU0、ODU3e2、高階/低階光通道數(shù)據(jù)單元（HO/LO ODU）、通用映射規(guī)程（GMP）等技術(shù)方案的標(biāo)準(zhǔn)化，使OTN 滿足了多業(yè)務(wù)承載的需求。同時，OTN也在研究具備分組調(diào)度能力，國際上也適時提出E-OTN、P-OTN和MS-OTN的概念。

固網(wǎng)與移動技術(shù)的快速發(fā)展驅(qū)動了帶寬需求的增長，帶寬需求的爆炸式增長來自于多個方面，包括互聯(lián)網(wǎng)用戶的增長，固網(wǎng)寬帶接入提速，視頻、IPTV 業(yè)務(wù)的普及和其它高帶寬寬帶應(yīng)用的普及，3G & 4G 移動數(shù)據(jù)和視頻應(yīng)用的普及，高帶寬容量的企業(yè)、批發(fā)、移動回程業(yè)務(wù)，基于云的業(yè)務(wù)提供等等。為更有效承載分組業(yè)務(wù)，擴展以太網(wǎng)功能，OTN領(lǐng)域新近出現(xiàn)多種概念，包括E-OTN，P-OTN，還有MS-OTN。

E-OTN

ITU-T在G.798.1標(biāo)準(zhǔn)討論中引入一個新的概念——E-OTN，E-OTN是在OTN基礎(chǔ)上對802.1Q功能進行最小程度地擴展，具有流量工程特性，支持P2P，P2MP，RMP和MP2MP 以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。

E-OTN的實現(xiàn)方式，關(guān)鍵是引入Transport Bridges (TB) 和Transport Edge Bridges (TEB)。TB具備以太網(wǎng)業(yè)務(wù)橋接功能，完成學(xué)習(xí)、轉(zhuǎn)發(fā)和過濾，以及避免環(huán)路(loop) 等3個功能。網(wǎng)橋要基于目標(biāo)MAC地址來做轉(zhuǎn)發(fā)決定，能學(xué)習(xí)到目標(biāo)節(jié)點的MAC地址，并將這些信息放進自己的橋接表中。通過之前學(xué)習(xí)到的橋接表來做轉(zhuǎn)發(fā)決定，基于幀的目標(biāo)MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)。阻止環(huán)路產(chǎn)生的辦法是破壞掉冗余的鏈路，這就要參考生成樹協(xié)議(STP)完成。TEB除了具備以太網(wǎng)業(yè)務(wù)橋接功能外，還具有以太網(wǎng)接口。

目前E-OTN存在的主要問題是來自標(biāo)準(zhǔn)化方面的困擾，需要對IEEE定義的以太網(wǎng)功能進行擴展，以滿足ITU-T關(guān)于以太網(wǎng)傳送的相關(guān)要求。

P-OTN

分組光傳送網(wǎng)——P-OTN，是指PTN和OTN的有效融合。對于P-OTN節(jié)點，功能核心的選擇依賴于對粒度的需求和對用戶業(yè)務(wù)流的管理需求。比較分交叉組核心和ODUk交叉核心，分組核心的粒度較小，到達單用戶業(yè)務(wù)流的層次，但另一方面ODUk交叉核心更加簡單，易于實施和管理。如果P-OTN節(jié)點只需要實現(xiàn)對于多個GE端口透明映射到OTN上的功能，像ADM一樣，而不需要對GE鏈路中的不同用戶業(yè)務(wù)流進行管理，那么選擇OTN核心即可。如果P-OTN的功能要求是要把輸入板上GE端口中的單個業(yè)務(wù)流進行分類，把不同類型的業(yè)務(wù)（如VoIP、IPTV、盡力而為業(yè)務(wù)）流映射到不同的ODU容器，就需要分組核心。

MS-OTN

MS-OTN是指支持多業(yè)務(wù)承載的OTN設(shè)備，OTN多業(yè)務(wù)承載節(jié)點功能應(yīng)具備以下四點。

基于WDM的大帶寬傳輸層。

面向多業(yè)務(wù)OTN統(tǒng)一承載層。

支持多層次、大顆粒的OTN大容量交叉調(diào)度核心。

具備業(yè)務(wù)精細(xì)顆粒的交叉調(diào)度單元，包括：分組（PKT）調(diào)度模塊（以太網(wǎng)XC和MPLS-TP XC）、VC交叉調(diào)度模塊等。

OTN多業(yè)務(wù)承載節(jié)點功能模型可同時提供OCh光層、ODUk電層、PKT調(diào)度或VC調(diào)度能力。波長級別的業(yè)務(wù)可以直接通過OCh交叉調(diào)度；需要多業(yè)務(wù)的統(tǒng)一調(diào)度、匯聚，可通過ODUk和PKT集中交叉調(diào)度或VC交叉調(diào)度，再通過線路接口處理模塊匯聚到ODUk高階容器，最后波分復(fù)用到主光通道。

從MS-OTN實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)上，主要包括三種特性。

其一，通用映射規(guī)程（GMP）和ODUflex。OTN引入GMP解決了客戶信號到LO ODU及LO ODU到HO ODU的映射。MS-OTN針對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)1GE/10GE/40GE/100GE新定義了ODU0/ODU2e/ODU3e2/ODU4，而且為適合100G以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的透明傳輸，ODU4的容器尺寸正好適合100GE LAN業(yè)務(wù)。

其二，ODUflex無損調(diào)整 (HAO)協(xié)議。針對ODUflex，ITU-T目前正在定義一種類似SDH LCAS技術(shù)的ODUflex無損調(diào)整 (HAO)協(xié)議，可以動態(tài)調(diào)整業(yè)務(wù)在線路上速率，提高MS-OTN傳送分組業(yè)務(wù)的帶寬利用率，增強MS-OTN網(wǎng)絡(luò)部署的靈活性。HAO協(xié)議需要ODUflex(GFP)整個鏈路的所有節(jié)點參與，克服了LCAS在管理控制方面及緩存方面的重大問題。

圖2 OTN對直通業(yè)務(wù)的處理

其三，同步功能。OTN在城域網(wǎng)環(huán)境下可以承載CPRI、TD-SCDMA和TD-LTE業(yè)務(wù)，而以上業(yè)務(wù)對時間同步有嚴(yán)格要求，需要OTN設(shè)備支持1588v2功能和頻率同步功能，實現(xiàn)時間同步不受空間、地理位置限制，排除對GPS的依賴，有效提升網(wǎng)絡(luò)安全性，降低維護成本。目前OTN設(shè)備通過帶內(nèi)開銷或帶外OSC實現(xiàn)1588v2傳遞功能，通過同步以太方式實現(xiàn)頻率同步。

OTN干線層的兩大功能

在承載網(wǎng)方面，智能管道的概念也是由來已久，引入PTN、OTN和ASON的目標(biāo)就是要改變以往剛性管道傳輸?shù)呐f理念，推動分組化、業(yè)務(wù)等級劃分、帶寬高利用率等。隨著新技術(shù)在OTN組網(wǎng)架構(gòu)中不斷引入，OTN在傳送網(wǎng)各個層面體現(xiàn)出智能化的趨勢，在引入控制平面實現(xiàn)自動發(fā)現(xiàn)、保護恢復(fù)等智能功能之外，還在與數(shù)據(jù)設(shè)備聯(lián)合組網(wǎng)方面實現(xiàn)傳輸管道智能化，識別業(yè)務(wù)，為不同的業(yè)務(wù)提供差異化服務(wù)。

在干線層面應(yīng)用OTN，可實現(xiàn)分流IP直通業(yè)務(wù)，有效支持云計算等功效。

分流IP直通業(yè)務(wù)

通過對IP骨干網(wǎng)絡(luò)流量進行分析，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過P路由器的流量中大約有50%以上屬于 “直通”中轉(zhuǎn)流量，加重了P路由器的負(fù)擔(dān)，占用了昂貴的路由器線卡，造成了網(wǎng)絡(luò)成本和設(shè)備功耗的快速增長，網(wǎng)絡(luò)流量的整體處理效率較低。

通過OTN設(shè)備對直通業(yè)務(wù)流進行旁路，降低P路由器的處理壓力，減少對路由器堆簇的需求，可使整個網(wǎng)絡(luò)的CAPEX大量節(jié)省。另外OTN設(shè)備提供的靈活保護恢復(fù)機制可以有效解決IP網(wǎng)絡(luò)電路故障問題，減少全部依賴路由器保護場景下的鏈路冗余要求，提高鏈路利用率，提高網(wǎng)絡(luò)生存性同時降低了IP網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。

如圖2所示在IP over OTN架構(gòu)中，OTN節(jié)點識別來自路由器的業(yè)務(wù)走向，實現(xiàn)核心PE路由器之間的大量直通業(yè)務(wù)在傳輸層穿通處理，節(jié)約核心P路由器（PoP B）的接口數(shù)量，降低對其容量的要求，提升業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)效率，原先PoP B需要對超過9G的流量進行處理，現(xiàn)在可以減少為處理6G。結(jié)合控制平面UNI接口的ODUflex技術(shù)，再應(yīng)用G.HAO協(xié)議，實現(xiàn)IP路由器和OTN交叉設(shè)備的帶寬靈活適配和動態(tài)調(diào)整。隨著網(wǎng)絡(luò)的進一步融合，IP和光網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)傳送層、控制層和管理層3個平面實現(xiàn)互通，降低網(wǎng)絡(luò)投資和運營成本。

有效支撐云計算業(yè)務(wù)

云計算是通過網(wǎng)絡(luò)按需提供可動態(tài)伸縮的廉價計算服務(wù)，提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”，“云”中的資源在使用者看來是可以無限擴展的，并且可以隨時獲取，按需使用，隨時擴展，按使用付費。云計算的基礎(chǔ)是寬帶資源：無處不在的寬帶網(wǎng)絡(luò)，解決海量信息的傳送。云計算需要更高的寬帶、更快的時延，更安全的保障，更低的成本，這需要一個扁平化的承載網(wǎng)絡(luò)。

傳送設(shè)備需要克服“大帶寬”，正逐漸向“粗放型”方向發(fā)展，OTN技術(shù)是其必然的選擇，它本身對“跳數(shù)”不敏感，且可以通過“交叉調(diào)度”形成“虛擬光纖網(wǎng)絡(luò)”，幫助實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的扁平化。

OTN構(gòu)造了一個帶寬云的概念，打造一個動態(tài)、共享、超大容量、智能可靠的網(wǎng)絡(luò)：通過10G/40G/100G技術(shù)構(gòu)建了大帶寬通道，T比特OTN交叉技術(shù)讓全網(wǎng)共享這些大帶寬通道，傳輸帶寬脫離某個業(yè)務(wù)的捆綁，實現(xiàn)線路帶寬的共享。引入控制平面技術(shù)讓網(wǎng)絡(luò)更加智能、簡單、可靠，提供客戶化的不同保護方式，保護和恢復(fù)相結(jié)合大幅提升可靠性，簡化了維護。關(guān)鍵是在OTN組成的帶寬云中，業(yè)務(wù)可在任何時間、任何地點接入，即插即用，在需要接入業(yè)務(wù)時，直接將接入點接入到帶寬云網(wǎng)絡(luò)中即可。

OTN有效應(yīng)對城域網(wǎng)扁平化

在城域網(wǎng)OTN組網(wǎng)應(yīng)用中，可直接或間接面向來自基站、集團客戶、家庭寬帶和IPTV業(yè)務(wù)的需求。在核心或匯聚層面引入OTN組網(wǎng)，首先可以解決光纖緊張問題，避免某些跳段光纖瓶頸而導(dǎo)致業(yè)務(wù)難以開通；其次跨地區(qū)的業(yè)務(wù)快速而可靠開通，無需考慮大量長距離熔纖、跳光纜、測距等工作；在端口適配方面，OTN可把GE匯聚為10GE接口，有效解決部分BRAS/SR出GE端口，而CR出10GE端口的匹配問題；此外通過OTN的物理層保護，可解決扁平化過程可能遇到業(yè)務(wù)安全問題。

OTN設(shè)備提供頻率和時間同步，參與時間同步的傳遞，可減少建設(shè)專用時間傳送網(wǎng)絡(luò)的投資，減少BITS和時間源設(shè)備的數(shù)量，減少光纖資源消耗。目前OTN設(shè)備正在逐步實現(xiàn)同步以太功能完成全網(wǎng)頻率同步，并在此基礎(chǔ)上，通過OTN帶內(nèi)開銷或者帶外光監(jiān)控信道（OSC）傳遞時間同步，從而實現(xiàn)OTN和PTN組網(wǎng)環(huán)境下端到端的頻率同步和時間同步。

中國移動自2007年推廣IP over WDM的同時，也在不斷推動OTN的演進和組網(wǎng)應(yīng)用，中國移動已經(jīng)是OTN設(shè)備應(yīng)用最多的運營商之一。從中國移動組織的各種測試結(jié)果來看，國內(nèi)外廠家OTN產(chǎn)品系列齊備，涵蓋了各種交叉容量設(shè)備；接口標(biāo)準(zhǔn)，支持接入多種業(yè)務(wù)；支持不同形式的組網(wǎng)和保護功能，組網(wǎng)靈活，配置方便，網(wǎng)管功能完善，并具備帶內(nèi)ESC和帶外OSC時間同步傳遞功能；互聯(lián)互通方面，不同廠家OTN設(shè)備目前可以實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)域間OTUk互通、基于TCM的多廠家管理互通，以及保護互通。尤其是在2010年11月，在規(guī)范GE業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)映射封裝方式的前提下，首次實現(xiàn)不同廠家GE業(yè)務(wù)基于OTUk的互通。2011年5月，基于ODUflex支持G.HAO協(xié)議的OTN樣機已經(jīng)出現(xiàn)。

記者觀察

OTN已成中國移動承載網(wǎng)、傳送網(wǎng)的核心元素

中國移動作為全球主流的移動運營商，其移動寬帶業(yè)務(wù)是其近年來利潤增長的核心所在，然而固網(wǎng)缺失一直是其最大的短板。伴隨3G、LTE、Wi-Fi等無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)?；袊苿釉械某休d網(wǎng)、傳送網(wǎng)絡(luò)壓力日漸增大，迫切需要提高承載網(wǎng)、傳送網(wǎng)的承載傳送能力，并提高網(wǎng)絡(luò)的利用效率，其對于新型承載方式、傳送方式的研究要明顯快于其他國內(nèi)運營商。

本期我們特邀中國移動研究院長期從事承載網(wǎng)研究的專家李允博撰文談中國移動對OTN技術(shù)的研究進展，從全文來看，中國移動對于具備分組調(diào)度能力的新型OTN技術(shù)非常關(guān)注，這與其城域網(wǎng)中所部屬的PTN網(wǎng)絡(luò)可形成較好的聯(lián)合組網(wǎng)模式，并且能夠有效應(yīng)對城域網(wǎng)的扁平化趨勢。而傳送網(wǎng)方面，中國移動不斷在加速推動WDM的IP化進程，并率先嘗試了OTN的干線部署，引入OTN技術(shù)有效緩解了核心路由器的負(fù)擔(dān)，而且其調(diào)度能力、大容量交叉能力能夠保障對未來云計算業(yè)務(wù)的承載，符合中國移動長遠(yuǎn)的發(fā)展規(guī)劃。（趙光磊）