新一代光傳送網(wǎng)
——OTN技術(shù)及應(yīng)用

(天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300240)

一、OTN產(chǎn)生的背景

目前光傳輸網(wǎng)廣泛采用SDH和WDM兩種技術(shù)。其中，SDH是在電域?qū)π盘栠M行處理，以VC-12/VC-4交叉調(diào)度、同步和單通道線路為基本特征，可提供E1/E3/E4/STM-N(10G)信號的接入、復(fù)用、選路、管理以及保護；WDM則是在光域?qū)π盘栠M行處理，以多通道復(fù)用/解復(fù)用和長距離傳輸為基本特征，為波長級業(yè)務(wù)提供低成本傳送。

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，GE、10GE在城域的廣泛使用，以VC調(diào)度為基礎(chǔ)的SDH網(wǎng)絡(luò)在交叉調(diào)度和擴展性方面呈現(xiàn)出不足，不能滿足未來骨干網(wǎng)節(jié)點的Tbit以上大容量業(yè)務(wù)調(diào)度；WDM網(wǎng)絡(luò)雖提高了系統(tǒng)的容量、實現(xiàn)了業(yè)務(wù)透明傳輸，但缺少對光信道精確的監(jiān)視能力，以及靈活的調(diào)度能力和組網(wǎng)能力。

在此情況下，1998年國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門(ITU-T)正式提出了OTN的概念。OTN技術(shù)將SDH的可運營和可管理能力應(yīng)用到WDM系統(tǒng)中，同時具備了SDH的安全與調(diào)度和WDM大容量遠(yuǎn)距離傳送的雙重優(yōu)勢，能最大程度地滿足多業(yè)務(wù)、大顆粒、大容量的傳送需求，同時可以為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供最低的時延抖動，最完善的OAM 能力，近乎無限升級擴容潛力，并節(jié)省大量的光纖資源。

二、OTN的基本概念和特點

OTN(Optical Transport Network)光傳送網(wǎng)是通過G．872、G．709、G．798等一系列ITU-T的建議所規(guī)范的新一代“數(shù)字傳送體系”和“光傳送體系”。它是由一系列光網(wǎng)元經(jīng)光纖鏈路互聯(lián)而成，能提供光通道承載任何客戶信號，并提供客戶信號的傳輸、復(fù)用、路由、管理、監(jiān)控和生存性功能的網(wǎng)絡(luò)。OTN是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)、在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)，是下一代的骨干傳送網(wǎng)。

從技術(shù)本質(zhì)上而言，OTN技術(shù)是對已有的SDH和WDM的傳統(tǒng)優(yōu)勢進行了更為有效的繼承和組合，同時擴展了與業(yè)務(wù)傳送需求相適應(yīng)的組網(wǎng)功能；而從設(shè)備類型上來看，OTN設(shè)備相當(dāng)于SDH和WDM設(shè)備融合為一種設(shè)備，同時拓展了原有設(shè)備類型的優(yōu)勢功能。OTN的特點有：

1.多種客戶信號封裝和透明傳輸

基于ITU-TG.709的OTN幀結(jié)構(gòu)可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸，如SDH、ATM、以太網(wǎng)、存儲域網(wǎng)絡(luò)(SAN)、視頻等。目前對于SDH和ATM可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)封裝和透明傳送，但對于不同速率以太網(wǎng)的支持有所差異。ITU-T為10GE業(yè)務(wù)實現(xiàn)不同程度的透明傳輸提供了補充建議，而對于40GE、100GE以太網(wǎng)、專網(wǎng)業(yè)務(wù)光纖通道(FC)和接入網(wǎng)業(yè)務(wù)吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)(GPON)等，其到OTN幀中標(biāo)準(zhǔn)化的映射方式目前正在討論之中。

2.大顆粒的帶寬復(fù)用、交叉和配置

OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通道數(shù)據(jù)單元(ODU-k，k=1,2,3)，光層的帶寬顆粒為波長，相對于SDH的VC-12/VC-4的調(diào)度顆粒，OTN復(fù)用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務(wù)的適配和傳送效率顯著提升。

3.強大的開銷和維護管理能力

傳統(tǒng)的WDM設(shè)備只能監(jiān)控光功率等少量光層信息，無法實現(xiàn)基于業(yè)務(wù)通道的監(jiān)控，運維管理不便，且無法提供基于業(yè)務(wù)通道的保護等功能。OTN借鑒了SDH的優(yōu)點，在幀結(jié)構(gòu)中定義了完善豐富的監(jiān)控字節(jié)，使其具備同SDH一樣的運維管理能力。其中多層嵌套的串聯(lián)連接監(jiān)視(TCM)功能，可以實現(xiàn)嵌套、級聯(lián)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控。

4.強大的組網(wǎng)和保護能力

通過OTN幀結(jié)構(gòu)、ODU-k交叉和多維度可重構(gòu)光分插復(fù)用器(ROADM)的引入，大大增強了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力，改變了基于SDH VC-12/VC-4調(diào)度帶寬和WDM點到點提供大容量傳送帶寬的現(xiàn)狀。前向糾錯(FEC)技術(shù)的采用，顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務(wù)保護功能，如基于ODU-k層的子網(wǎng)連接保護(SNCP)、基于波長的光通道保護、光子網(wǎng)連接保護和基于ODU-k的環(huán)網(wǎng)保護等。

作為新型的傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，OTN并非盡善盡美。最典型的不足之處就是不支持2.5Gbit/s以下顆粒業(yè)務(wù)的映射與調(diào)度。另外，OTN標(biāo)準(zhǔn)最初制定時并沒有過多考慮以太網(wǎng)完全透明傳送的問題，這使得OTN組網(wǎng)時可能出現(xiàn)一些業(yè)務(wù)透明度不夠或者傳送顆粒速率不匹配等問題。目前ITU-T的相關(guān)研究組正在積極組織討論以解決OTN目前面臨的一些缺陷，例如提出新的ODU-0/ODU-4顆粒，定義基于多種帶寬顆粒的通用映射規(guī)程(GMP)等，以便逐漸建立兼容現(xiàn)有框架體系的新一代OTN(NG-OTN)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

三、OTN 的復(fù)用和映射結(jié)構(gòu)

OTN對于客戶信號的封裝和處理也有完整的層次體系，采用 OPU-k(光通道凈荷單元)、 ODU-k(光通道數(shù)據(jù)單元)、OUT-k(光通道傳送單元)等信號模塊對數(shù)據(jù)進行適配、封裝，其復(fù)用和映射結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.映射

映射是完成各信息單元之間速率適配的過程。在OTN復(fù)用映射結(jié)構(gòu)中，各種客戶層信息經(jīng)過光通道凈荷單元OPU-k的適配，映射到ODU-k中，然后在ODU-k、OTU-k中分別加入光通道數(shù)據(jù)單元和光信道傳送單元的開銷，再映射到光通道層OCh，調(diào)制到光信道載波OCC上。

2.復(fù)用

OTN的復(fù)用以O(shè)TU-k為界，分為時分復(fù)用和波分復(fù)用兩部分。

時分復(fù)用：

OTN的時分復(fù)用采用字節(jié)間插的方式，實現(xiàn)電域三個子層信號的復(fù)用。圖1示出了各種時分復(fù)用單元之間的關(guān)系以及可能的復(fù)用結(jié)構(gòu)。可能的復(fù)用路徑有：最多4個ODU-1信號時分復(fù)用到1個ODTUG-2中，1個ODU-2和16個ODU-1的混合信號可以復(fù)用到ODTUG-3，ODTUG-3再復(fù)用到OPU-3中。GE信號也可稱作OPU-0，兩個OPU-0可以復(fù)用并映射到OPU-1中。隨著IP業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，不久的將來的GE就如同現(xiàn)在的E1，而ODU-0必將如SDH時代的VC-4/VC-12一樣，成為OTN的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)顆粒。

波分復(fù)用：

通過波分復(fù)用將最多n(n≥1)個光通道載波OCCr復(fù)用進一個n階光載波組OCG-nr.m中，OCG-nr.m中的支路時隙可以具有不同的容量。然后形成在OTN網(wǎng)絡(luò)單元之間傳輸?shù)腛TM信號，OTM n.m或OTM nr.m。由OTN的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，可以看出：OTN具有不同的網(wǎng)絡(luò)速率接口，分別是OPU-1(2.5Gbit/s)，OPU-2(10Gbit/s)和OPU-3(40Gbit/s)；可以實現(xiàn)SDH/SONET, Ethernet, ATM, IP等業(yè)務(wù)的透明傳輸；為實現(xiàn)Tbit傳輸，傳輸層采用DWDM技術(shù)(OMS層)。

四、OTN 的設(shè)備類型

依據(jù)《OTN網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點設(shè)備總體要求》，OTN設(shè)備可分為以下兩大類：OTN 終端復(fù)用設(shè)備和OTN交叉連接設(shè)備。

1.OTN 終端復(fù)用設(shè)備

OTN 終端復(fù)用設(shè)備是指支持 OTN 的客戶接口，接口適配、線路接口處理功能的 WDM設(shè)備，其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

這種OTN設(shè)備用白光OUT-k接口代替?zhèn)鹘y(tǒng)傳送設(shè)備SDH和以太網(wǎng)等客戶業(yè)務(wù)接口，實現(xiàn)不同廠商WDM設(shè)備對接。通過OTN的信號開銷可以實現(xiàn)對波長通道端對端的性能和故障監(jiān)測。

目前國內(nèi)大多數(shù)采用OTN終端復(fù)用設(shè)備建設(shè)，但是隨著40G/100G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，OTN終端復(fù)用設(shè)備的多業(yè)務(wù)傳送能力不足，最終會過渡到光電混合交叉OTN設(shè)備。

2.OTN交叉連接設(shè)備

OTN交叉連接設(shè)備又分為OTN 電交叉設(shè)備、OTN 光交叉設(shè)備和OTN光電混合交叉設(shè)備。

OTN 電交叉設(shè)備：

OTN 電交叉設(shè)備完成ODU-k級別的電路交叉功能，為OTN網(wǎng)絡(luò)提供靈活的電路調(diào)度和保護能力，對外提供各種業(yè)務(wù)接口和OUT-k接口，也可與OTN終端復(fù)用功能集成在一起。OTN 電交叉設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 OTN 終端復(fù)用設(shè)備功能示意圖

圖3 OTN 電交叉設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)

OTN 光交叉設(shè)備：

OTN 光交叉設(shè)備(也稱 OCh 設(shè)備)以光波長為交叉顆粒，提供OCh光層調(diào)度能力，實現(xiàn)波長級別業(yè)務(wù)的調(diào)度和保護恢復(fù)。目前這類設(shè)備的形態(tài)為 ROADM ，其功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

OTN光電混合交叉設(shè)備：

OTN電交叉設(shè)備可以與OTN光交叉設(shè)備相結(jié)合，同時提供ODU-k電層和OCh光層調(diào)度能力，兩者配合可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補，又同時規(guī)避各自的劣勢。波長級別的業(yè)務(wù)可以直接通過OCh交叉，其他需要調(diào)度的業(yè)務(wù)經(jīng)過ODU-k交叉。這種大容量的調(diào)度設(shè)備就是OTN光電混合交叉設(shè)備，其功能結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 OTN 光電交叉設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)

OTN光電混合交叉設(shè)備才是完整功能的OTN設(shè)備，也是當(dāng)前和未來OTN的主要設(shè)備形態(tài)，在實際網(wǎng)絡(luò)中也將會大量應(yīng)用。

五、OTN技術(shù)的應(yīng)用

作為承載2.5Gbit/s顆粒以上的傳送網(wǎng)技術(shù)，OTN的最大優(yōu)勢就是提供大顆粒帶寬的調(diào)度與傳送。考慮到現(xiàn)有的傳送網(wǎng)絡(luò)分層關(guān)系和傳送業(yè)務(wù)顆粒分特征，OTN主要應(yīng)用于城域網(wǎng)核心層及骨干傳送網(wǎng)中。OTN在傳送網(wǎng)中的應(yīng)用如圖6所示。

圖6 OTN技術(shù)的應(yīng)用

1.在長途骨干網(wǎng)上的應(yīng)用

隨著長途IP網(wǎng)的發(fā)展，IP業(yè)務(wù)量的激增，長途骨干網(wǎng)的核心節(jié)點面臨著越來越大的業(yè)務(wù)量。并且為了更有效地使用IP網(wǎng)絡(luò)資源，提高中繼電路的利用率或提高網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量，在長途骨干網(wǎng)中采用OTN傳送網(wǎng)是必要的。在長途骨干網(wǎng)上采用OTN光傳送網(wǎng)，可實現(xiàn) GE/10GE、2.5G/10GPOS大顆粒業(yè)務(wù)的安全、可靠傳送；并可實現(xiàn)波長/子波長業(yè)務(wù)交叉調(diào)度與疏導(dǎo)，提供波長/子波長大客戶專線業(yè)務(wù)；還可實現(xiàn)對其它業(yè)務(wù)如STM-1/4/16/64、ATM、FE、DVB、HDTV等的傳送。目前，我國移動京漢廣國家干線、陜西骨干網(wǎng)、以及哈爾濱路局干線網(wǎng)(鐵路首條OTN 干線)均是采用OTN技術(shù)而構(gòu)建的新一代光傳送網(wǎng)絡(luò)。

2.在城域核心網(wǎng)的應(yīng)用

目前城域網(wǎng)也普遍存在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)激增現(xiàn)象，IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和傳輸網(wǎng)往往分而治之。IP數(shù)據(jù)網(wǎng)本身的保護恢復(fù)能力不足以滿足業(yè)務(wù)的需求，且數(shù)據(jù)設(shè)備互聯(lián)消耗了大量的光纖資源。為了提高光纖利用率，在城域核心網(wǎng)中采用OTN技術(shù)是必然的。OTN交叉設(shè)備可實現(xiàn)波長級顆粒的調(diào)度和保護，以及多方向的波長重構(gòu)等。

六、結(jié)語

OTN技術(shù)作為全新的光傳送網(wǎng)技術(shù)，繼承并拓展了已有傳送網(wǎng)絡(luò)的眾多優(yōu)勢特征，是面向?qū)拵Э蛻魯?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的最佳傳送技術(shù)之一。目前，國內(nèi)外通信運營商都非常關(guān)注OTN技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，多數(shù)運營商的WDM傳輸接口已經(jīng)實現(xiàn)了OTN功能。我國華為、北電、烽火等公司已經(jīng)推出了基于ODU-1交叉的商用設(shè)備并投入市場應(yīng)用。我們相信，為了滿足日益增長的IP業(yè)務(wù)的承載需求，適應(yīng)傳送網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，我國必將加快對OTN設(shè)備的研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化和推廣應(yīng)用。

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