基于統(tǒng)一承載平臺的POTN組網(wǎng)方案研究

李 雯，周微微，劉 光

（1.北京電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100048；2.北京歌華有線電視網(wǎng)絡股份有限公司，北京 100007）

1 引言

隨著移動4G的應用，大客戶以太網(wǎng)專線和家庭寬帶業(yè)務的發(fā)展迎來了大數(shù)據(jù)時代。原有3G基站幾十兆的帶寬需求到4G階段已達到上百兆甚至幾百兆，大客戶專線也由原來的2～10M帶寬升級到百兆、千兆，加上OLT上行高帶寬承載的需求，發(fā)達城市原有PTN網(wǎng)絡接入GE/10GE、核心匯聚10GE/40GE的帶寬已經(jīng)明顯不能滿足大數(shù)據(jù)時代的帶寬要求，運營商急迫要求升級或改造分組傳送網(wǎng)，以便能夠提供更高的帶寬。傳統(tǒng)“PTN+OTN” 多層網(wǎng)絡架構(gòu)雖可以解決帶寬問題，但是在向下層延伸時，又遇到了投資高、機房空間和資源消耗大、業(yè)務調(diào)度困難等多種問題。此外，現(xiàn)有“PTN+OTN”的網(wǎng)絡架構(gòu)在業(yè)務快速開通、網(wǎng)絡保護和運維管理上也存在很多瓶頸，因此針對這些問題尋找一個新的解決方案非常重要。

目前，簡化網(wǎng)絡層次、發(fā)展融合性產(chǎn)品成為運營商新的突破口，隨著多種業(yè)務并存帶來的壓力以及POTN設(shè)備商用成熟度越來越高，因此，采用基于統(tǒng)一承載平臺的POTN網(wǎng)絡是傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

2 POTN的關(guān)鍵技術(shù)

POTN融合了光層（WDM/ROADM）、OTN和SDH層、分組傳送層（以太網(wǎng)和/或MPLS-TP）的網(wǎng)絡功能，具有對TDM（ODUk和VC）、分組（MPLS-TP和以太網(wǎng)）和波長的交換調(diào)度，并支持多層間的層間適配和映射復用，實現(xiàn)對分組、OTN、SDH、波長等各類業(yè)務的統(tǒng)一和靈活傳送功能，并具備傳送特征的OAM、保護和管理功能的網(wǎng)絡。POTN分為板卡式交叉技術(shù)和集中式交叉技術(shù)。

2.1 板卡式交叉技術(shù)

板卡式交叉技術(shù)是指分組化功能通過集中交換板卡和相應的分組業(yè)務處理板卡共同實現(xiàn)，SDH、以太網(wǎng)和MPLS-TP業(yè)務通過對應的業(yè)務板卡處理，然后在ODU交叉板卡實現(xiàn)ODUk交叉，之后進入OTN的線路側(cè)，這種技術(shù)提升了設(shè)備對SDH和以太網(wǎng)業(yè)務的精細調(diào)度和處理的能力。

由于板卡式POTN設(shè)備基本不涉及對現(xiàn)有OTN設(shè)備背板總線架構(gòu)、交叉板卡和線路板卡的調(diào)整，因此可通過在現(xiàn)有OTN設(shè)備上部署支持L2、MPLS-TP或VC適配、交叉功能的支路板卡，實現(xiàn)向板卡式POTN設(shè)備的平滑演進，但部分OTN設(shè)備需要進行軟件升級。而且目前大部分廠商中支持分組功能的支路板卡對以太網(wǎng)QoS的支持能力較好，但對以太網(wǎng)OAM的支持能力有待加強。

2.2 集中式交叉技術(shù)

集中式交叉技術(shù)是指不同類型的業(yè)務，通過統(tǒng)一的交叉矩陣完成，其主要特點是將ODUk交叉、VC交叉和分組交換功能集中在統(tǒng)一交叉板上。相較于板卡式POTN設(shè)備，集中式交叉在應對多業(yè)務接入方面調(diào)度更加靈活，分組化集中度高，二層交換能力和多業(yè)務承載能力更強，但無法從現(xiàn)有的OTN設(shè)備直接平滑升級。

根據(jù)交叉功能的不同實現(xiàn)方式，集中交叉式POTN設(shè)備可分為兩種類型：一種采用多核交換結(jié)構(gòu)，即ODUk交叉、VC交叉和分組交換由不同的交換芯片完成，不同的交換芯片部署在統(tǒng)一交叉板上；另一種采用基于切片的統(tǒng)一交換結(jié)構(gòu)，對TDM 業(yè)務和分組業(yè)務進行統(tǒng)一的切片處理，然后根據(jù)控制管理信息實現(xiàn)交換，其最大的特點是分組交換和TDM交叉的容量比例可以任意調(diào)整，具有良好的組網(wǎng)靈活性，但目前這種基于切片交換技術(shù)支持的廠商極少，仍處于研發(fā)階段。

3 POTN設(shè)備

目前，國內(nèi)主流廠家的新型10 0G OT N設(shè)備均支持集中交換技術(shù)，采用統(tǒng)一交叉矩陣平臺（如華為OSN960 0、烽火FONST6000、中興ZXONE9 70 0），傳統(tǒng)OTN設(shè)備平臺均不是統(tǒng)一交叉矩陣，但多數(shù)支持板卡式交叉，可提供少量POTN業(yè)務板卡（如華為OSN880 0、烽火FONST5000、中興ZXONE8700、貝爾1830PSS），中興ZXONE9700基于PTN向POTN演進路線，暫不支持以太網(wǎng)功能；烽火FONST6000通過OTN 向POTN演進，暫不支持MPLS-TP功能。各廠家POTN設(shè)備對ODUk交叉、VC交叉和分組交換支持度的對比情況，如表1所示：

表1 廠家POTN設(shè)備各交叉支持度對比

4 POTN的應用場景

4.1 IP城域網(wǎng)承載

IP城域網(wǎng)內(nèi)BRAS/SR上聯(lián)CR有兩種模式：BRAS/SR通過匯聚路由器上聯(lián)CR和BRAS/SR直連CR。

隨著IP城域網(wǎng)流量模型的變化，BRAS/SR上聯(lián)帶寬的收斂比越來越小，匯聚路由器的流量匯聚功能不斷減弱，網(wǎng)絡扁平化成為發(fā)展趨勢。但網(wǎng)絡扁平化過程中，BRAS/SR的GE上聯(lián)端口與CR的10GE 下聯(lián)端口進行匹配的問題需要解決。與此同時，城域網(wǎng)網(wǎng)絡流量的快速增長，使得40GE/100GE等高速端口開始得到部署。當高速端口用于CR下聯(lián)鏈路時，也將面臨端口匹配的問題。

POTN用于承載BRAS/SR上聯(lián)CR，不僅可以快速開通鏈路并提供鏈路保護，而且可以在靠近CR側(cè)進行端口匯聚，包括GE到10GE的匯聚，以及10GE到40GE/100GE的匯聚，在核心節(jié)點采用10GE/40GE/100GE高速接口與CR進行互聯(lián)。除端口匯聚功能，POTN還可提供帶寬匯聚功能，包括在中間節(jié)點對經(jīng)過同一路徑上的IP業(yè)務進行統(tǒng)計復用，提高鏈路的帶寬利用率。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 POTN承載IP城域骨干網(wǎng)業(yè)務

4.2 OLT上聯(lián)承載

OLT上聯(lián)BRAS/SR主要有如下兩種模式。

（1）OLT直連BRAS/SR。OLT通過上聯(lián)端口區(qū)分到達不同BRAS/SR的業(yè)務。該模式主要適用于單臺OLT流量較大、上聯(lián)的BRAS/SR數(shù)量較少的應用場景。OLT直連BRAS/SR存在的問題包括：占用大量光纖資源，無法進行帶寬收斂；占用大量BRAS/SR的端口資源，上聯(lián)鏈路擴容周期長，鏈路保護困難。

（2）OLT通過匯聚交換機上聯(lián)BRAS/SR。OLT 通過VLAN區(qū)分不同業(yè)務，匯聚交換機進行VLAN 分流、多播復制和流量匯聚。該模式適用于單臺OLT帶寬收斂比較大、承載業(yè)務類型較復雜、上聯(lián)的BRAS/SR數(shù)量較多的應用場景。OLT通過交換機上聯(lián)BRAS/SR存在的問題包括：占用大量光纖資源（當OLT與交換機不在同一局點時），上聯(lián)鏈路擴容周期長，增加IP城域網(wǎng)網(wǎng)絡層次和故障點。

不論上述哪種上聯(lián)方式，當OLT和BRAS/SR之間的光纖資源緊張時，且光纜鋪設(shè)困難的情況下，可采用POTN進行OLT上聯(lián)承載。POTN設(shè)備可提供數(shù)據(jù)鏈路承載和業(yè)務匯聚（包括帶寬匯聚和端口匯聚），網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 POTN承載OLT上聯(lián)BRAS/SR

對于OLT直連BRAS/SR的模式，POTN可以在靠近BRAS/SR側(cè)進行分組處理，通過帶寬匯聚減少BRAS/SR的端口占用，通過端口匯聚實現(xiàn)端口匹配。

對于OLT通過交換機上聯(lián)BRAS/SR的模式，POTN可以在靠近OLT側(cè)進行VLAN分流和統(tǒng)計復用，以提升網(wǎng)絡傳送效率，在靠近BRAS/SR側(cè)進行端口匯聚實現(xiàn)端口匹配。

由于板卡式POTN設(shè)備交換容量較小，不支持板間LAG保護，難以在中間節(jié)點進行分組處理和有效帶寬收斂，在承載OLT上聯(lián)BRAS/SR鏈路時宜采用集中交叉式POTN設(shè)備。

4.3 移動前傳承載

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，移動流量呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長，為了支持這些業(yè)務和流量的增長，需要進一步增加移動網(wǎng)絡覆蓋和數(shù)據(jù)容量，因此需要更多不同類型基站，包括宏基站、拉遠站、小微基站和室分等。

BBU池組化是無線網(wǎng)絡發(fā)展重要方向，可將基帶資源集中起來，在不同BBU間動態(tài)分配無線資源，實現(xiàn)多點協(xié)同（CoMP）、自適應負載均衡、聯(lián)合調(diào)度和干擾消除等，最終實現(xiàn)頻譜資源利用率和網(wǎng)絡容量的提升?；鶐С丶軜?gòu)打破了BBU和RRU間固定連接關(guān)系，每個RRU不再屬于任何一個BBU實體，每個RRU發(fā)送或接收信號的處理都可以在BBU基帶池內(nèi)高性能處理器上完成，這樣系統(tǒng)將具有最大的靈活性?；鶐С鼐W(wǎng)絡架構(gòu)如圖3所示。

圖3 基帶池網(wǎng)絡架構(gòu)

在基帶池網(wǎng)絡架構(gòu)中，承載BBU和RRU之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦途W(wǎng)絡被稱為移動前傳網(wǎng)絡，需要在BBU和RRU間傳輸未經(jīng)處理的無線信號（IQ信號），因此BBU和RRU間的移動前傳鏈路提出了新的挑戰(zhàn)，相對LTE 5G的CPRI前傳接口帶寬有巨大提升，單個RRU到BBU的帶寬將高達10G，時延要求也遠比LTE更為苛刻，將對承載提出巨大挑戰(zhàn)。

目前移動前傳的主要實現(xiàn)方案是光纖直驅(qū)，但隨著5G的來臨，前傳網(wǎng)絡將面臨變革，光纖基礎(chǔ)設(shè)施面臨巨大挑戰(zhàn)，為了應對光纖資源不足和光纜建設(shè)困難等實際情況，需要在移動前傳網(wǎng)絡中引入光傳輸設(shè)備，該傳輸設(shè)備除了必須有“類光纖”的特性，還不需要過多安裝及維護人員配置，能夠自動實現(xiàn)波長匹配、業(yè)務及速率匹配等智能化功能。同時隨著固移融合逐步深入，綜合業(yè)務接入點既作為無線寬帶接入機房又作為固定寬帶接入機房，因此要求BBU池組化中移動前傳解決方案，在支持RRU接入的同時，還必須具備綜合業(yè)務接入能力，尤其是在室內(nèi)型RRU站（樓宇、園區(qū)），會同時存在無線接入需求和固定接入需求（專線用戶等）。

POTN設(shè)備是目前前傳網(wǎng)絡承載可選擇的傳輸設(shè)備之一，可在RRU站點和BBU機房配置城域接入型POTN設(shè)備，通過波分復用系統(tǒng)來連接BBU和RRU，多個RRU可以共享波長或光纖，通過OTN 開銷實現(xiàn)管理和保護，客戶側(cè)接口與無線側(cè)接口互聯(lián)，客戶信號需經(jīng)過OTN成幀過程，線路側(cè)經(jīng)合分波板卡復用后在光纖中傳輸。POTN設(shè)備在支持RRU接入的同時，還具備綜合業(yè)務接入能力，具備TDM業(yè)務、分組業(yè)務和波長業(yè)務的統(tǒng)一匯聚和處理，光電交換共存，可選的環(huán)網(wǎng)和Mesh組網(wǎng)，傳統(tǒng)的ASON/GMPLS以及新型SDN控制平面可靈活選用等特性。但CPRI over OTN接口性能是否滿足無線要求，且OTN成幀引入額外傳輸時延影響RRU 拉遠距離等還有待研究。目前ITU-T SG15 Q11正在討論G.suppl.CPRI over OTN，暫未達成一致，還在討論制定中，雖然列出了CPRI信號的映射方式，但尚有較多問題待解決。

4.4 大客戶專線承載

近年來，以太網(wǎng)專線業(yè)務需求在數(shù)量和帶寬上均呈現(xiàn)快速增長的趨勢。目前，城域網(wǎng)內(nèi)GE以下帶寬的專線業(yè)務多采用MSTP、PTN或路由器承載；而GE及以上帶寬的專線業(yè)務則主要采用光纖出租或WDM/OTN承載。現(xiàn)有承載方式面臨的主要問題包括：MSTP和PTN設(shè)備容量有限，難以滿足大帶寬專線業(yè)務的快速發(fā)展要求；路由器承載成本較高，大帶寬專線業(yè)務承載對網(wǎng)絡的沖擊較大；光纖出租使得運營商對出租電路難以進行有效的管控和保護；WDM/OTN 調(diào)度顆粒較大，業(yè)務開通和調(diào)整不靈活。

POTN技術(shù)比較適用于FE以上任意顆粒均可承載，支持SDH業(yè)務、以太網(wǎng)、波長級，支持點到點專線、點到多點的虛擬專線業(yè)務混合組網(wǎng)，業(yè)務匯聚收斂，減少波道資源，同時具有UTN沒有的剛性管道、低時延特性。

（1）對現(xiàn)有OTN設(shè)備進行改造。OTN設(shè)備通過增加分組支路板卡，平滑升級成為板卡式POTN 設(shè)備。其中，分組處理支路板卡進行以太網(wǎng)交換、QoS和OAM處理，主要用于以太網(wǎng)專線業(yè)務接入，對用戶接入帶寬進行限速或升速調(diào)整，線路側(cè)采用ODUk封裝、調(diào)度和保護。該模式可以為用戶提供更豐富的帶寬業(yè)務選擇，并能提升OTN承載以太網(wǎng)業(yè)務的傳送效率。（2）引入集中交叉式POTN設(shè)備。在用戶接入的OTN節(jié)點引入支持MPLS-TP處理功能的分組板卡或小容量集中交叉式POTN設(shè)備，主要用于MPLS-TP的QoS和OAM處理。在核心調(diào)度節(jié)點引入大容量的集中交叉式POTN設(shè)備，主要進行LSP 或PW交換處理。該模式通過在核心調(diào)度節(jié)點進行分組處理，可以有效提升網(wǎng)絡傳送效率。通過設(shè)置保護拖延時間，能夠?qū)崿F(xiàn)PW、LSP、ODUk或OCh 等不同層次的保護協(xié)同。

當FE以上大顆粒大客戶業(yè)務量較大時，可根據(jù)業(yè)務規(guī)模在現(xiàn)有100G OTN平臺（支持POTN交叉）上預留一至多個100G波道，組建100G POTN 環(huán)，專用承載各種顆粒、各種類型的大客戶業(yè)務（類似現(xiàn)有SDH環(huán)），不應該純?yōu)榇罂蛻魳I(yè)務單獨建設(shè)POTN系統(tǒng)。且根據(jù)需要對該波道進行ODU層面的保護或光層保護，不應該對承載的各種以太網(wǎng)業(yè)務、VC業(yè)務等進行業(yè)務層面的保護。

5 POTN組網(wǎng)實例

某運營商由于馬可尼ATM網(wǎng)面臨退網(wǎng)，需要將承載在馬可尼ATM網(wǎng)上的30個客戶業(yè)務遷移至北電ATM網(wǎng)承載，原馬可尼業(yè)務采用在用戶端安裝MSTP設(shè)備，通過155M、622M或2.5G速率就近上聯(lián)所屬端局MSTP匯聚設(shè)備，經(jīng)MSTP匯聚設(shè)備將業(yè)務轉(zhuǎn)接至馬可尼ATM數(shù)據(jù)網(wǎng)絡核心節(jié)點。但由于馬可尼數(shù)據(jù)網(wǎng)與北電數(shù)據(jù)網(wǎng)核心節(jié)點設(shè)置不完全同址，電路無法進行同址電路割接，需經(jīng)MSTP傳輸網(wǎng)的逐級轉(zhuǎn)接將業(yè)務在不同核心點落地，電路無法實現(xiàn)端到端的便捷管理，且會大量消耗資源已然緊張的MSTP傳輸網(wǎng)資源；根據(jù)ATM網(wǎng)核心點采用155M、622M或2.5G鏈路與數(shù)據(jù)設(shè)備互通的現(xiàn)狀，北電核心點MSTP傳輸設(shè)備面臨落地端口擴容，MSTP設(shè)備端口擴容能力受限。另外結(jié)合金融、證券類客戶業(yè)務帶寬不斷升速，業(yè)務種類不斷更新的趨勢，采用原有單一模式的MSTP設(shè)備承載必然無法應對客戶業(yè)務日新月異的遠景需求。

鑒于上述原因，并結(jié)合客戶節(jié)點設(shè)置分散，業(yè)務終端節(jié)點設(shè)置統(tǒng)一，更重要的是為客戶電路遷移以及未來新業(yè)務需求提供一個快速接入、剛?cè)岵母咂焚|(zhì)傳送通道，所以將馬可尼ATM網(wǎng)的遷移電路承載在城域100G POTN平臺上，該平臺是2015年開始建設(shè)，2016、2017年進行擴容，系統(tǒng)共設(shè)置8個網(wǎng)絡核心節(jié)點、9個業(yè)務核心節(jié)點以及36個匯聚節(jié)點，系統(tǒng)容量為80*100Gb/s，實現(xiàn)市區(qū)及郊區(qū)IP城域網(wǎng)所有區(qū)域核心節(jié)點及重要匯聚節(jié)點的全面覆蓋，主要承載IP城域網(wǎng)、IPTV、移動核心網(wǎng)、移動智能網(wǎng)、網(wǎng)優(yōu)平臺等傳輸鏈路需求。

此次遷移業(yè)務共涉及71條時分電路（63個155Mb/s，8個622Mb/s），考慮用POTN設(shè)備來解決這71條時分電路以及未來潛在的以太網(wǎng)業(yè)務。在客戶機房新裝POTN設(shè)備，就近上聯(lián)匯聚節(jié)點，從而接入100G POTN 平臺，最終經(jīng)平臺上各節(jié)點配置的三混線卡將業(yè)務統(tǒng)一傳送至業(yè)務終端節(jié)點。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)詳見圖4和圖5。

圖4 城域100G POTN網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

圖5 遷移業(yè)務采用POTN平臺承載

6 結(jié)束語

綜上所述，面向業(yè)務發(fā)展對傳送網(wǎng)的挑戰(zhàn)，傳送網(wǎng)必須向“精細化、簡潔化、寬帶化、集成化、高QoS、低時延、高可靠性”方向發(fā)展，全面提升傳送網(wǎng)對各類業(yè)務網(wǎng)的統(tǒng)一承載能力。POTN不僅具備OTN的大容量傳送、剛性管道、G.709映射復用和開銷管理、保護等功能，同時具備PTN的分組標簽轉(zhuǎn)發(fā)、統(tǒng)計復用、OAM、保護、QoS、分組同步等技術(shù)優(yōu)勢。本文通過對POTN技術(shù)的研究，加以實際工程中的提煉總結(jié)，對POTN的應用場景進行了討論，希望為以后的POTN的應用提供參考和幫助。

[1] YD/T 2484-2013分組增強型光傳送網(wǎng)（OTN）設(shè)備技術(shù)要求[S].

[2] YD/T 2939-2015 分組增強型光傳送網(wǎng)網(wǎng)絡總體技術(shù)要求[S].

[3] 李允博.光傳送網(wǎng)（OTN）技術(shù)的原理與測試[M].北京：人民郵電出版社，2013.