100G OTN技術分析及應用策略研究

袁夕征，李 倩，熊 臣，劉 光

（1.北京電信規(guī)劃設計院有限公司，北京 100048；2.中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，北京 100048；3.北京市電信工程設計院有限公司，北京 100036）

100G OTN技術分析及應用策略研究

袁夕征1，李 倩2，熊 臣3，劉 光3

（1.北京電信規(guī)劃設計院有限公司，北京 100048；2.中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，北京 100048；3.北京市電信工程設計院有限公司，北京 100036）

本文對100G OTN技術特點和優(yōu)勢進行了研究分析，結合運營商骨干網(wǎng)需求，對100G OTN的部署方案選擇、系統(tǒng)配置方案、保護方式選擇、系統(tǒng)混傳等應用策略給出了建議。

100G系統(tǒng)；光傳送網(wǎng)絡；應用

1 引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等各類新業(yè)務的蓬勃發(fā)展，基于IP的數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)持續(xù)快速增長態(tài)勢，預測未來十年乃至更長時間內(nèi)，數(shù)據(jù)流量仍將保持30%以上的年平均增長率，而且，其業(yè)務流向、類型更加復雜多樣，業(yè)務重要程度、業(yè)務價值日益重要。這就要求傳送網(wǎng)在能夠提供海量帶寬的同時，還要加強安全保障，更需兼?zhèn)潇`活與智能，因此，100G OTN技術成為了當前傳送網(wǎng)特別是骨干傳送網(wǎng)的最佳選擇。本文將結合技術發(fā)展現(xiàn)狀和國內(nèi)運營商的需求，在對100G OTN技術特點和優(yōu)勢研究分析的基礎上，對其應用策略進行初步探討。

2 100G OTN技術現(xiàn)狀及優(yōu)勢

2.1 100G OTN技術現(xiàn)狀

OTN（光傳送網(wǎng)）技術兼有傳統(tǒng)SDH和WDM的優(yōu)勢，OTN在光層采用WDM技術，可以實現(xiàn)大顆粒的傳送；OTN在電層使用異步的映射和復用，支持ODUk（k=0，1，2，3，4，flex）的交叉連接顆粒。相對于SDH的VC-12/VC-4的調(diào)度顆粒，OTN復用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，能夠顯著提升高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務的適配能力和傳送效率。目前，商用化OTN設備支持的最大電交叉容量已可達12.8T或14.4T，完全可滿足當前干線傳送網(wǎng)絡容量要求。

2.2 100G OTN技術優(yōu)勢

相對于其他傳送網(wǎng)技術，當前100G OTN顯現(xiàn)出如下如下優(yōu)勢：

⊙ IEEE，ITU-T，OIF等標準組織幾乎同步推進并發(fā)布100G相關標準，設備廠商也采用了統(tǒng)一的光調(diào)制解調(diào)方案，從而促進了100G OTN產(chǎn)業(yè)鏈的成熟和規(guī)模部署。

⊙ 從網(wǎng)絡建設和后期運維的綜合成本看，100G OTN解決方案顯現(xiàn)出對于10G/40G方案明顯的價格優(yōu)勢。根據(jù)近兩年國內(nèi)運營商100G OTN技術商用試驗的結果分析，100G OTN方案的應用成本在10G成本的5～6倍之間，即每比特成本可降低40%～50%。

⊙ 從業(yè)務發(fā)展角度看，目前國內(nèi)運營商已經(jīng)開始100G路由器的規(guī)模部署，未來100GE路由器將成為核心路由器的發(fā)展趨勢，這也成為100GOTN技術發(fā)展演進的最直接驅動力。

⊙ OTN技術對管道和業(yè)務的解耦，極大地簡化了傳送網(wǎng)絡的業(yè)務邏輯，實現(xiàn)了線路容量的靈活配置、多業(yè)務的靈活接入和調(diào)度，實現(xiàn)了100G大管道的精細運營，使傳送網(wǎng)絡真正的可控可管。

⊙ 從網(wǎng)絡演進方向來看，100G OTN技術的組合應用順應了業(yè)務層對傳送網(wǎng)尤其是骨干網(wǎng)的要求，即大的線路容量、大顆粒調(diào)度能力和多業(yè)務提供，這也是傳送網(wǎng)未來發(fā)展的核心價值和長期目標。

3 100GOTN技術特點

3.1 OTN設備形態(tài)

OTN設備主要從三個方面來界定：具備OTN物理接口（G.709）；具備ODUk級別的交叉連接能力（OTH(O/E/O)）；具備OCh級別的交叉連接能力（ROADM）。據(jù)此，OTN的設備形態(tài)大致分為四類：具有OTN接口的WDM設備（DWDM+G.709），具有OTN光交叉的設備（DWDM+G.709+ROADM），具有OTN電交叉的設備（OTH），具有OTN光電混合交叉的設備（DWDM+G.709+ROADM+OTH）。其中，前兩類屬于OTN在光層的應用形態(tài)，第三類屬于OTN在電層的應用形態(tài)，第四類屬于光電聯(lián)合設備應用形態(tài)。

圖1 OTN光電混合交叉設備系統(tǒng)功能參考模型

第一類即OTN終端復用設備的架構與DWDM基本相同，惟一的區(qū)別只是接口標準的差異。國內(nèi)外主流運營商在近兩年采用DWDM設備建設的骨干網(wǎng)中已經(jīng)引入了G.709接口標準，運營商在建網(wǎng)思路、技術需求等方面也明確提出了投標設備必須采用OTN技術的要求。圖1為同時具備電交叉和光交叉的第四類OTN設備，而第二類設備則沒有ODUk交叉模塊，第三類設備則沒有OCh交叉部分。

目前國內(nèi)運營商和國內(nèi)設備市場，主要以接口化的OTN設備和電交叉OTH設備為主，ROADM設備為輔。

3.2 OTN保護方式

目前商用的OTN設備都能提供較為完善的設備級和網(wǎng)絡級保護。設備級保護主要包括主控板1+1保護、交叉板1+1保護和電源的1+1保護。網(wǎng)絡級保護除了支持傳統(tǒng)的光通道保護（OSNCP）、光復用段保護（OMSP）和光線路保護（OLP）外，還支持基于ODUk的1+1和1∶N保護，基于ODUk的環(huán)網(wǎng)保護和光波長共享保護（基于光通道的環(huán)網(wǎng)保護），其中基于ODUk的環(huán)網(wǎng)保護和光波長共享保護主要應用環(huán)形拓撲結構，其他保護方式的應用則不受拓撲結構的限制。

4 100G OTN技術應用策略

根據(jù)業(yè)務的發(fā)展情況，100G OTN技術可應用于核心路由器之間的接口互聯(lián)、大型數(shù)據(jù)中心間的數(shù)據(jù)交互及干線大容量長距離傳輸?shù)确矫妗?/p>

4.1 100G OTN部署方案

以國內(nèi)運營商為例，中國移動于2013年直接大規(guī)模應用100G OTN系統(tǒng)；中國聯(lián)通和中國電信的布局則更結合其現(xiàn)網(wǎng)需求（如客戶側低速率業(yè)務較少），OTN網(wǎng)絡部署規(guī)模不大，而支持G.709接口的100G WDM系統(tǒng)（即接口化的OTN）將占干線部署主體，然而考慮到100G OTN的后續(xù)演進，對于現(xiàn)階段新建的100G系統(tǒng)，建議原則上能夠支持向100GOTN系統(tǒng)的升級演進，以應對未來的業(yè)務需求。

4.2 100G OTN系統(tǒng)配置方法

對于新建的100G OTN網(wǎng)絡，由于100G對色散、PMD的無限制，使它的系統(tǒng)設計比40G更簡單，重點需要關注衰耗和非線性指標，可根據(jù)仿真計算的OSNR和Q值來估算是否滿足系統(tǒng)傳輸要求。100G OTN系統(tǒng)配置應遵循以下原則：

⊙ 由于100G非線性抑制，當傳輸距離較長時，為避免入纖功率過高帶來的非線性影響，建議適當控制入纖功率，并在有條件的情況下，優(yōu)先選擇低損G.652光纖。

⊙ 為滿足100G系統(tǒng)OSNR指標，小于等于12跨段時，如采用硬判決，則最小OSNR值大于18.5dB；如采用軟判決，則最小OSNR值大于16.5dB，大于12跨段時，如采用硬判決，則最小OSNR值大于19dB；如采用軟判決，則最小OSNR值大于17dB。

⊙ 目前主流設備廠家的無電中繼傳輸距離基本能達到1000～1500km，但站間距離控制在80km左右為宜，超過100km會大大減少無電中繼距離，相應增加投資和建設維護難度。

⊙ 需要注意的是，通常100Gb/s OTU客戶側采用100GBASE-LR4/OTL4.4型光接口與100G路由器互聯(lián)，其工作是在1310nm窗口，不適宜承載在G.655光纖上。

4.3 100G OTN保護方式選擇

由于主要受限于衰減，為了延長無電中繼的傳輸距離，針對需要部署OLP的段落，建議采用基于復用段的OMSP保護方式，避免采用多個光放段級聯(lián)部署OLP方式（由于OLP盤給線路帶來額外插損，多個級聯(lián)會嚴重影響100G的傳輸性能）。

在通道層面，對于帶電層交叉的100G設備，成熟可靠并廣泛應用的保護技術是SNCP保護，通過電層交叉實現(xiàn)對主備用路由的切換；對于不帶電層交叉或主備用路由采用異廠家設備組網(wǎng)時，光通道可采用客戶側1+1保護方式。

5 100G與10G/40G系統(tǒng)混傳方式

由于當前各運營商傳送網(wǎng)絡中存在大量40G平臺，為保護投資，100G OTN與40G混傳模式將在未來一段時間內(nèi)長期存在?；靷鲌鼍爸饕幸韵聝煞N：

早在我國舊石器時代，聰明的遠古人就已經(jīng)會使用和控制火了。在此基礎上，火塘成了最古老的取暖工具?；鹛烈话愣荚O在門口，以此阻擋從門口吹入的寒風。當然，這種方式提供的熱量十分有限，難以抵抗嚴寒。與此同時，人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過火烘烤后的土地能保持較長時間的熱度，于是，大家開始想辦法在房間里升溫取暖。

第一，相干100G（PM-QPSK）和非相干10G/40G既有系統(tǒng)混傳。除個別情況外，現(xiàn)有10G/40G系統(tǒng)均采用線路的DCM模塊，以實現(xiàn)系統(tǒng)的色度色散補償。實驗室測試表明，DCM模塊對相干的100G系統(tǒng)額外的OSNR上的代價很?。ú桓哂?.5dB），影響較小。只需系統(tǒng)OSNR參數(shù)能同時滿足100G和10G/40G的設計要求，即可實現(xiàn)兼容混傳。然而由于10G波分均采用OOK的調(diào)制方式，對采用PM-QPSK編碼調(diào)制的100G系統(tǒng)混傳代價相對較大，10G和100G混傳時需要設置一定數(shù)量的隔離波道。

第二，相干100G和相干40G系統(tǒng)的混傳。對于40G相干系統(tǒng)，目前業(yè)界有兩種主流編碼技術，一種采用2相位調(diào)制PDM-B/SK，碼速率為21.5Gb/s，入纖功率和100G相干接近，是最容易平滑混傳的解決方案；另一種40G相干采用4相位調(diào)制PM-QPSK，碼速率為11.25Gb/s，抗非線性較弱，入纖功率較低，和100G相干混傳代價較大，在此場景下混傳時需慎重選擇，應用時同樣也需要設置一定數(shù)量的隔離波道。

總之，除非現(xiàn)有40G系統(tǒng)利用率不高并且采用2相位調(diào)制相干方案，可選擇混傳方案組網(wǎng)；其他情況下，為了保證傳輸系統(tǒng)性能，同時節(jié)約系統(tǒng)綜合成本，建議最好不采用多速率混傳方案。

6 結束語

在現(xiàn)階段，傳送技術正處在向新一代演進的重要階段，隨著IP業(yè)務的飛速發(fā)展，100G OTN技術展現(xiàn)出了極大的技術、成本優(yōu)勢，標準和設備也基本成熟，100G OTN技術的應用和發(fā)展已經(jīng)成為滿足業(yè)務需求的最佳選擇。

[1] YD 1990-2009-I．光傳送網(wǎng)（OTN）網(wǎng)絡總體技術要求．http://www.ptsn.net.cn.

[2] YDB 077-2012, N×100Gbits．光波分復用(WDM)系統(tǒng)技術要求．http://www.ptsn.net.cn.

[3] 張成良，韋樂平．新一代傳送網(wǎng)關鍵技術和發(fā)展趨勢．電信科學，2013年第1期.

美國衛(wèi)訊實現(xiàn)機載網(wǎng)絡在Ku和Ka波段商業(yè)衛(wèi)星之間的切換

美國衛(wèi)訊公司（ViaSat Inc.）日前宣布，已經(jīng)成功進行了機載網(wǎng)絡在Ku和Ka波段商業(yè)衛(wèi)星之間的切換的演示操作，使用的設備是其創(chuàng)新的雙波段終端和新的天線罩。測試飛行使用商務757-200型飛機，于7月和8月進行，途中演示了空中通信先進的寬帶技術，飛機在6顆衛(wèi)星和3個Ku和Ka網(wǎng)絡的多個衛(wèi)星波束間進行通信切換。

“對于航路機載通信，無縫漫游的最佳寬帶網(wǎng)絡使我們始終能夠為客戶提供持續(xù)的、適應性強的企業(yè)網(wǎng)絡?！泵绹l(wèi)訊公司政府系統(tǒng)部副總裁Ken Peterman說，“該演示為實現(xiàn)這一目標邁出了重大一步?！?/p>

測試驗證了美國衛(wèi)訊的“最佳寬帶服務”的設計理念，這是借鑒了移動蜂窩通信的概念。類似于手機在3G和4G或LTE之間的漫游，當性能更高的衛(wèi)星覆蓋擴展到新的區(qū)域時，無縫的衛(wèi)星網(wǎng)絡切換讓用戶以相似的方式受益。測試飛行證明了在Ku和Ka商業(yè)衛(wèi)星之間以及在不同寬帶機載網(wǎng)絡之間切換的可行性。機載寬帶終端集成了美國衛(wèi)訊的Ku/Ka波段天線和移動寬帶調(diào)制解調(diào)器以及一臺第三方調(diào)制解調(diào)器。

系統(tǒng)測試包含一系列機載通信典型應用，測試展示雙波段系統(tǒng)提供了以下高性能通信：

⊙ 各種網(wǎng)絡應用如IP電話、高清電視會議、電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽、信息發(fā)送和超大文件傳輸可以并發(fā)操作。

⊙ 機載鏈路下載速率高達29Mb/s，終端上行速率7Mb/s，Ku和Ka波段商業(yè)衛(wèi)星包括：SES 1，SES 2，AMC 16，ViaSat 1，WildBlue 1和ANIK F2。

⊙ 使用以下數(shù)據(jù)協(xié)議采集性能信息：UDP，TCP，Web，F(xiàn)TP。

⊙ 視頻流媒體包括實時高清電視和高清視頻點播電影。

Analysis on 100G OTN Technology and Application Strategy

Yuan Xizheng1,Li Qian2,Xiong Chen3,Liu Guang3
(1.Beijing Telecom Planning & Designing Institute Co.,Ltd,Beijing,100048;2.China Unicom Network Technology Research Institute,Beijing,100048;3.Beijing Telecom Engineering Design Institute Co.,Ltd,Beijing,100036)

Based on the analysis of the key technologies of 100G OTN and application characteristics,combined with the operators backbone demand, it gives the specific suggestions for 100G OTN applicationstrategy, such as scheme selection, system configuration, network protection methods, hybrid transmission.

100G; OTN; Application

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.10.005

TN913.7

A

1672-7274（2014）10-0015-04

袁夕征，碩士，工程師，現(xiàn)工作于北京電信規(guī)劃設計院有限公司。

李 倩，碩士，工程師，現(xiàn)工作于中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院。

熊 臣，工程師，現(xiàn)工作于北京市電信工程設計院有限公司。

劉 光，碩士，高級工程師，現(xiàn)工作于北京市電信工程設計院有限公司。