超100G OTN 技術(shù)組網(wǎng)策略

文/胡要杰

近幾年，第四代移動(dòng)通信已經(jīng)發(fā)展到了頂峰，第五代移動(dòng)通信即將商用，4K/8K 等大內(nèi)存超高清視頻也已經(jīng)普及，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)云計(jì)算等新型業(yè)務(wù)都已經(jīng)應(yīng)用在我們生活中的方方面面，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)目增長幅度極大，已經(jīng)達(dá)到歷史之最。大量的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和大量的互聯(lián)網(wǎng)用戶必然需要超寬帶和超高速率的支持，OTN 技術(shù)的不斷發(fā)展為這一需求提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

OTN 一種可以實(shí)現(xiàn)超長距離傳輸大容量信號(hào)的一種光傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。OTN 可以滿足各種各樣的業(yè)務(wù)傳輸需求，傳輸過程可以保證信息的安全可靠，可以人為控制和監(jiān)管整個(gè)光傳送網(wǎng)絡(luò)，且實(shí)現(xiàn)起來比較靈動(dòng)，方便管控以防流量單一區(qū)域密集堵塞。基于以上優(yōu)點(diǎn)，OTN 技術(shù)已經(jīng)成為了傳送網(wǎng)絡(luò)中的主要且必須的技術(shù)。

圖1：超100Gbit/s OTN 技術(shù)第二種幀結(jié)構(gòu)示意圖

圖2：QTN 速率演變

1 OTN技術(shù)演進(jìn)

OTN 技術(shù)是波分復(fù)用技術(shù)的基礎(chǔ)，是光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的主要傳送網(wǎng)。超100Gbit/s OTN技術(shù)在剛開始定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，技術(shù)方面的演進(jìn)方向并不統(tǒng)一。其中的一種觀點(diǎn)是超100G OTN 技術(shù)應(yīng)該按照傳統(tǒng)的OTN 技術(shù)決定之后的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)，定義為跟原來一樣的400G OUT5 的線路速度，沿著OTN 原發(fā)展方向繼續(xù)向前前進(jìn)。另一種觀點(diǎn)是采用新的標(biāo)準(zhǔn)新的思路，從靈活性上出發(fā)，把超100G OTN 技術(shù)定義為n×100Gbit/s，定義成100G 的n 次倍數(shù)，而不是原來固定的100G 的四倍。

2012年，國際電信聯(lián)盟把超100G OTN技術(shù)的以上兩種思路列入了研究范疇，分別是傳統(tǒng)的100G 的4 倍OUT5 的傳輸速率和靈活的100G 的n 次倍數(shù)的OUTCn 傳輸速率。把這兩種思路以及其他OTN 領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)一起與超100Gbitps 歸納到一起，方便業(yè)內(nèi)人士的學(xué)習(xí)調(diào)研。時(shí)隔一年，2013年，越來越多的個(gè)人學(xué)者以及相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)更傾向于更靈活的OUTCn 技術(shù)，在學(xué)術(shù)研究中支持超100G OTN 技術(shù)應(yīng)該采用100G 的n 次倍數(shù)的OUTCn 技術(shù)。2013年中，日內(nèi)瓦會(huì)議和國際電信聯(lián)盟都決定采用靈活的100G 的n 次倍數(shù)n×100Gbit/s 作為超100G OTN 技術(shù)的下一步研究重點(diǎn)，之后OUTCn 作為超100G OTN 的靈活帶寬得以確立。2016年，國際電信聯(lián)盟正式發(fā)布了超100G OTN 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著超100G OTN 技術(shù)開始商用。

2 超100G OTN組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

任意網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)過程中，都需要考慮到裝載信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳輸過程中的接口協(xié)議、以太網(wǎng)映射等方面，結(jié)合超100G OTN 技術(shù)，在組網(wǎng)過程中為了更加靈活方便同時(shí)滿足多速率混合傳輸?shù)哪康?，還要考慮到光傳輸技術(shù)對(duì)組網(wǎng)的影響。

2.1 超100G OTN幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

超100G OTN 幀結(jié)構(gòu)的研究也就是分析設(shè)計(jì)OTUCn 幀結(jié)構(gòu)，采用100G 的n 次倍數(shù)的OTUCn 的幀結(jié)構(gòu)分為兩種，兩種思路一種是按照以往的幀結(jié)構(gòu)改進(jìn)幀結(jié)構(gòu)的頻率，另一種是是按照以往的幀頻。第一種思路保留100G OTN 的幀結(jié)構(gòu)，通過改動(dòng)原有固定幀的頻率達(dá)到滿足多個(gè)比特速率的要求。第二種思路跟第一種相反，不改變?cè)袔念l率，改變100G OTN 的原有幀結(jié)構(gòu)，自己搭建一些新的幀結(jié)構(gòu)，從而滿足多個(gè)比特速率的要求。

針對(duì)100G OTN 技術(shù)的第一種幀結(jié)構(gòu)采用了四行乘以三千八百二十四列的矩陣形式構(gòu)成，滿足100Gbitps 的n 次倍數(shù)的比特速率。四行乘以三千八百二十四列的矩陣形式的幀結(jié)構(gòu)是固定的，通過改變幀的頻率來實(shí)現(xiàn)n 次倍數(shù)的比特速率。

圖3：超100Gbit/s OTN 技術(shù)協(xié)議棧

圖1詳細(xì)的描述了第二種思路的幀結(jié)構(gòu)，由圖1可以看出，針對(duì)超100G OTN 技術(shù)的第二種幀結(jié)構(gòu)和第一種幀結(jié)構(gòu)不同，沒有改變幀的頻率，而是把多個(gè)特定頻率的固定的幀結(jié)構(gòu)混合交織到一起，通過改變特定頻率的固定幀結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)達(dá)到改變速率的要求。圖1中是n個(gè)四行乘以三千八百二十四列的矩陣形式的幀結(jié)構(gòu)混合到一起構(gòu)成的，通過改變n 就可以滿足多個(gè)比特速率的要求。

采用以上兩種幀結(jié)構(gòu)可以完美的達(dá)到超100G OTN 要求的100G 的n 次倍數(shù)也就是n×100Gbit/s 的速率需求。同時(shí)，使用上文中提到的兩種幀結(jié)構(gòu)可以完成多個(gè)通道同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的需求。與以往的100G OTN 技術(shù)或者更早的10G OTN 技術(shù)相比，超100G OTN 技術(shù)中沒有前向糾錯(cuò)模塊，將前向糾錯(cuò)模塊從光傳輸網(wǎng)絡(luò)中去掉了。所以在對(duì)超100G OTN技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)的過程中，超100G OTN 技術(shù)與100G OTN 技術(shù)銜接時(shí)，如需同時(shí)用到超100G OTN 技術(shù)和100G OTN 技術(shù)，或者用超100G OTN 技術(shù)代替100G OTN 技術(shù)時(shí)，需要注意啊前向糾錯(cuò)模塊的差別。在組網(wǎng)過程設(shè)計(jì)和工程實(shí)現(xiàn)過程中，必須對(duì)原100G OTN 技術(shù)的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新的封裝。

2.2 超100G OTN技術(shù)的協(xié)議

在設(shè)計(jì)組網(wǎng)過程中，除了需要考慮幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案以達(dá)到超100G OTN 技術(shù)n 乘100的多路速率要求外，還需要考慮用戶端和線路端之間的接口協(xié)議。接口協(xié)議是用戶和線路側(cè)的一個(gè)門限，所以接口協(xié)議嚴(yán)重影響著組網(wǎng)后光傳輸網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

上文已經(jīng)提出，超100G OTN 技術(shù)線路測(cè)采用的100G 的整數(shù)倍數(shù)的速率，也就是n×100Gbit/s，同被否定的思路只能固定的使用400Gbit/s 不一樣，他可以達(dá)到100Gbit/s、200Gbit/s、300Gbit/s、400Gbit/s、500Gbit/s，提供了多種速率的選擇，只要是100Gbit/s 的整數(shù)倍都可以達(dá)到，大大的提升了可選項(xiàng)，更為靈活多變，可以適應(yīng)更多的場(chǎng)景需求?？蛻魝?cè)信息可由圖2反應(yīng)出。

由圖2可以看出，用戶這一端用了更方便的ODUflex。能夠適應(yīng)更多更快速的業(yè)務(wù)要求，同時(shí)能夠在用戶這一端加載出更多超寬帶超速率的業(yè)務(wù)。與之對(duì)應(yīng)的是線路傳輸?shù)哪且欢瞬捎玫妮^為靈活的n×100Gbit/s 的100G 整數(shù)倍的傳輸速率。兩段相互呼應(yīng)，能夠保證運(yùn)營商更好的分配光頻譜的資源，進(jìn)而滿足超大帶寬和超高速率的要求，大大提升光傳輸網(wǎng)絡(luò)的性能。

超100G OTN 技術(shù)的協(xié)議棧是在原100G OTN 技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的，是100G OTN技術(shù)的升級(jí)版本，超100G OTN 技術(shù)的協(xié)議?？捎蓤D3描述。

由圖3可以看出，超100G OTN 技術(shù)引入了RS OTUCn 和MS ODUCn，通過引入這兩個(gè)模塊，可以增加超100G OTN 技術(shù)的自主選擇性。超100G OTN 技術(shù)可以選擇在更多的層次進(jìn)行停止和開始。通過引入這兩個(gè)模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)超100G OTN 技術(shù)更好的監(jiān)管和疏導(dǎo)，保證光傳輸網(wǎng)絡(luò)更加通暢。通過以上的方法客戶端也可自主的控制接收到的速率，更加方便，能適用的場(chǎng)景更多，必然也會(huì)適用將來超高傳輸速率的要求。

2.3 超100G OTN技術(shù)的以太網(wǎng)映射

選擇以太網(wǎng)映射的方式同樣也影響著組網(wǎng)的性能，目前可選的以太網(wǎng)映射方式主要有：25GE 映射、400GE 映射、FlexE 映射。

2.3.1 25GE 映射

目前，以太網(wǎng)25GE 映射也定義了三種標(biāo)準(zhǔn)：第一種是使用RS 帶有前向糾正模塊的MMF25GSR，背板采用25GKP，銅線采用25G-CR-L 接口；第二種是使用帶有前向糾正模塊的BASE 和25G-CR-S 接口；第三種使用不帶前向糾正模塊的25GE 接口。

基于超100G OTN 技術(shù)研究這些以太網(wǎng)映射，可以發(fā)現(xiàn)，在使用第一種方式時(shí)，超100G OTN 技術(shù)的映射處理會(huì)影響到以太網(wǎng)接口的透明性，并且會(huì)使得超100G OTN 技術(shù)有較多的選項(xiàng)，比較混亂。為了去掉超100G OTN 技術(shù)使用第一種方式的負(fù)面影響，可以讓100G OTN 技術(shù)使用幀結(jié)構(gòu)和時(shí)鐘透明的mapping 方式。第二種25GE 映射方式，帶有前向糾錯(cuò)模塊，所以在工作過程中，要不斷的通過前向糾錯(cuò)模塊修正映射中的錯(cuò)誤停止，之后再進(jìn)行映射。而第三種方式的以太網(wǎng)映射，同樣也攜帶著前向糾錯(cuò)模塊，在工作過程中，也需要不斷的通過前向糾錯(cuò)模塊修正映射中的錯(cuò)誤，并停止工作，之后刪除碼字標(biāo)示，重新配置IDLE 碼塊，之后繼續(xù)映射到ODUflex。

2.3.2 40GE 映射

超100G OTN 技術(shù)的參考點(diǎn)是電氣電子工程師協(xié)會(huì)定義的，在使用40GE 以太網(wǎng)映射時(shí)，超100G OTN 技術(shù)的參考點(diǎn)會(huì)對(duì)以太網(wǎng)映射產(chǎn)生很大的影響。在使用40GE 以太網(wǎng)映射時(shí)，首先要停止前向糾錯(cuò)模塊，同時(shí)刪掉AM。之后還要翻譯碼流，然后重新映射到ODUflex，真?zhèn)€映射工作流程特別的繁瑣，工程的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度極高。工程實(shí)現(xiàn)上通常使用RC 速率補(bǔ)償?shù)姆椒āＭㄟ^這種方法可以大大的降低工程復(fù)雜度。

2.3.3 FlexE 映射

FlexE 的以太網(wǎng)映射方式，采用了時(shí)分復(fù)用的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的重復(fù)接入。這種以太網(wǎng)映射方式，被劃分為兩個(gè)層面，分別是服務(wù)端和用戶端。服務(wù)端采用多路100G-R-PHY 的方式，用戶端采用n×25Gbit/s的方式進(jìn)行以太網(wǎng)接入。目前國際電信聯(lián)盟定義的FlexE 以太網(wǎng)映射主要有三種。

第一種是不感知FlexE 以太網(wǎng)映射的方式，這種方法需要將以太網(wǎng)映射的每一路都采用透明映射的方式來降低影響，同時(shí)這種方法還需要采用FlexE 以太網(wǎng)映射的SHIM 來補(bǔ)償穿越超100G OTN 的時(shí)間。

第二種方式是停止FlexE 以太網(wǎng)映射的方法，這種方法不需要考慮以太網(wǎng)映射中的SHIM 穿越超100G OTN 中的時(shí)間。因?yàn)檫@種方法在以太網(wǎng)映射過程中，F(xiàn)LexE 還沒映射超100G OTN 時(shí)，就把SHIM 停止掉，然后解析映射。所以該方法不需要考慮SHIM 設(shè)計(jì)的時(shí)間差。

第三種方式是感知Flex 以太網(wǎng)映射的方式，這種方法與第一種不同，在超100G OTN中保留了SHIM 模塊，刪掉了不能用的FlexE slot 模塊，在以太網(wǎng)映射過程中需要不斷的鑒定FlxexE 的幀結(jié)構(gòu)。

基于超100G OTN 技術(shù)中的三種以太網(wǎng)映射方式，比較實(shí)用的映射方式是第一種基于25GE 的以太網(wǎng)映射方式。目前基于25GE以太網(wǎng)映射方式的研究已經(jīng)比較成熟，以往的100G OTN 技術(shù)或者更早的10G OTN 技術(shù)也對(duì)此有所研究，因此有比較的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)。FLEXE 以太網(wǎng)映射方式，設(shè)計(jì)到了SHIM 經(jīng)過OTN 模塊的時(shí)間差，實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜，相對(duì)25GE 映射方式來說還比較落后。

2.3.4 光傳輸技術(shù)

在光通信傳輸網(wǎng)絡(luò)中，原信號(hào)為一個(gè)電信號(hào)，通過調(diào)制技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎帱c(diǎn)評(píng)信號(hào)，然后通過IQ 調(diào)制器轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾裙庑盘?hào)，之后在光網(wǎng)絡(luò)中傳播。經(jīng)過研究表明，調(diào)制技術(shù)的調(diào)制階數(shù)越高，能處理的信號(hào)適用性就越大，就需要產(chǎn)生更多的幅度數(shù)目，對(duì)調(diào)制解調(diào)器的要求也就越高。

超100G OTN 技術(shù)采用的是16QAM 和64QAM 這樣的高階調(diào)制方式，用以提升每個(gè)信道能裝置數(shù)據(jù)的能力。同時(shí)采用可變柵格技術(shù)，滿足了超100G OTN 多種速率組網(wǎng)的混合組網(wǎng)的要求，可以更加靈活方便。

3 結(jié)束語

本文首先介紹了OTN 技術(shù)的發(fā)展歷史，闡述了超100G OTN 技術(shù)發(fā)展的必然性。隨后詳細(xì)分析了四種超100G OTN 技術(shù)會(huì)用到的關(guān)鍵組網(wǎng)技術(shù)，分別是超100G OTN 技術(shù)中的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接口協(xié)議棧、以太網(wǎng)映射方式以及超100G OTN 技術(shù)中用到的光傳輸技術(shù)。