OTN 與SDH 異構組網技術分析

蔡 玄，吳 艷，廖依晨

［國網益陽供電公司信息通信公司（大數據中心），湖南 益陽 413000］

0 引言

20 世紀90 年代中期，SDH 技術引入我國，以其顯著的優(yōu)勢在諸多領域獲得了較快發(fā)展，如城域網?；贗P 或TDM 技術，同步數字體系不但能達到多業(yè)務分組交換，也能達到復用，靈活調節(jié)傳輸帶寬。伴隨通信技術不斷發(fā)展，同步數字體系逐漸退出服務，資源耗盡。OTN 是一種新的網絡技術，相比于傳送網技術，有著更多實用特點，如大帶寬、智能開通，可以進一步達到傳輸網絡的市場要求。如今，光傳送網正處在發(fā)展初期，就其網絡涉及范圍而言，不能實現和同步數字體系網絡一樣規(guī)模，這對于新科技的推廣而言需面臨較大的挑戰(zhàn)，基于已有條件，怎樣在驅動新技術更新的同時，又可以利用傳統(tǒng)技術資源，推動技術動能轉換已是電力通信系統(tǒng)當下亟須處理的問題。

1 光傳送網技術

（1）電層帶寬顆粒復用。光傳送網OTN（圖1）對于提高傳送速度及適配性有著明顯作用，光傳送網帶寬顆粒大于同步數字體系的VC 顆粒，光傳送網定義的帶寬顆?？梢苑殖桑∣DUk，k 的取值包括0、1、2、3）：ODU0 顆粒（其傳輸速率為1000Mbit/s），ODU1（2.5Gbit/s），ODU2（10Gbit/s），ODU3（40Gbit/s）。

圖1 光傳送網OTN

（2）保護能力。在光層和電層上，光傳送網幀結構明顯改變了基于同步數字體系顆粒的調度帶寬的現狀[1]。

（3）多種客戶信號封裝。光傳送網幀結構能達到對同步數字體系與ATM 的標準封裝，支持多類客戶信號映射及傳輸，如以太網（圖2）。

圖2 以太網

（4）開銷管理能力。光傳送網能達到若干分段與端到端同步開展性能監(jiān)控，光傳送網光通路層的幀結構增強了光傳送網數字化監(jiān)控能力，所以光傳送網具有和同步數字體系類似的開銷管理水平。光傳送網引進了豐富的開銷，讓其擁有OAM&P 管理功能。光傳送網包含有多個光層，其中，光信道層包含以下子層：①凈荷單元，簡稱為OPU。②數據單元，簡稱為ODU。③傳送單元，簡稱為OTU。光信道凈荷單元：實現對信號的映射，涉及IP 分組和ATM 信元等。ODUk 單元：也就是通道層。賦予和數據無關的連通性，保護及監(jiān)控等。OTUk單元，也被稱作數字段層，賦予FEC 和監(jiān)控功能?？蛻粜盘柺莾艉蓡卧由祥_銷之后映射至OPUk，如以太網和MPLS 等，k 可以是0、1、2、3、4，依次對應GE、2.5G、10G、40G 及100G；對于ODUk 而言，其構成一般包括ODU 凈荷及OPUk 開銷；針對數字段層及FEC 區(qū)域，待有效完成疊加后，映射至OTUk；其經過開銷，變?yōu)镺CH[2]。其調制到載波，若干載波復用，進入光復用段層，在合入監(jiān)控信道之后，組成傳輸段。

2 同步數字體系技術

（1）SDH 產生背景。如今為信息社會，要求通信網可以提供多元化的電信業(yè)務，信息量將持續(xù)增加，這需要通信網朝著綜合化趨勢發(fā)展。傳輸系統(tǒng)為通信網不可或缺的成分，其好壞與通信網發(fā)展有關。持續(xù)提升信號速率，延伸傳輸頻帶，猶如一條持續(xù)拓展的可以容納大車流的公路。并且，人們希望具備有接口標準，可以達到便捷通信。傳統(tǒng)的傳輸網，因復用方式難以達到傳輸需求，另一方面，區(qū)域性規(guī)范也使得網絡互連不易實現，所以在當下，PDH 傳輸體制已是通信網瓶頸，影響了傳輸網進一步發(fā)展。傳輸體制不足表現于這些層面，即接口、復用方法、運維及沒有集中的網管接口。因上述種種不足，使得PDH 傳輸體制難以滿足傳輸網發(fā)展需要，在這樣的背景下，美國人提出了同步網絡體制[3]。在1988 年接受了此概念，且重命名為SDH，讓其不但適用光纖傳輸（圖3），也能應用于微波及衛(wèi)星傳輸，是一種重要的通用技術體制。

圖3 光纖傳輸

（2）同步數字體系（SDH）幀結構。針對低速信號，為達到復用及交換目標，也就是便于上/下信號。對STMN 幀進行了規(guī)定，是將字節(jié)當作單位的幀結構，如圖4所示。根據圖中所含信息可知，為一種9 行×270×N 列的結構。這一處的N 值可選擇：1，4，16...，表明這一信號由N 個信號復用而成。顯而易見，對于STM-1 信號來講，其結構屬于一種塊狀幀，復用成信號時，只是把列按間插復用，行數是9。信號傳輸時由bit 進行，同步數字體系信號幀傳送原則：從左至右，從上至下，傳完一行、一幀，再傳下行、下幀。幀周期恒定屬于同步數字體系信號的顯著特征，其幀頻均為8 千幀每秒。因周期恒定，使得信號速率存在其規(guī)律性。此種規(guī)律性為分/插低速信號提供了機會，尤其適用大容量傳輸。STM-N 幀結構包括以下成分，即段開銷（可分成RSON 及MSOH）、管理單元指針及信息凈負荷。①信息凈負荷。將其視為車廂，針對STM-N 而言，其幀結構內有著各類信息碼，把低速信號視為貨物，其被打包進入車廂，承載于同步傳輸模塊N 級貨車上，POH 字節(jié)檢測運輸中貨物有無被損、找出存在問題的貨物。②段開銷，簡稱是SOH。針對同步傳輸模塊N 級貨車，監(jiān)控其運送的所有貨物是否被損[4]。③管理單元指針，簡稱是AU-PTR。在同步傳輸模塊N 級幀結構中，payload 的首個字節(jié)位置，由管理單元指針來指示，它是一種重要的指示符，對指針值進行有效輸送，有助于更好管理payload。

圖4 STM-N 幀結構

（3）同步數字體系信號傳送。即便幀結構為塊狀，而在實際進行傳輸時，仍根據串行碼流順序開展，也就是從左至右，從上至下。對于同步傳輸模塊N 級，其幀頻為8.0×103幀/s，無論是幀長還是幀周期，均是恒定的125μs。在同步傳輸模塊N 級之下，針對信號幀特定字節(jié)進行了規(guī)定，一秒被傳送8000 次，此字節(jié)比特速度為8.0×103×8bit，即64kbit/s，從數字電話來分析，其屬于重要的一路傳輸速率[5]。按照復用線路結構，針對PDH數字信號，可將其復用為STM-N 信號。在傳輸網技術規(guī)定下，將同步數字系列當作同步數字體系的有效負荷，C-4 顆粒對應同步數字系列速率。140M 信號基于速度適配打包進到容器內，其經過通道開銷變?yōu)閂C-4，緊接著其加上AU-PTR，也就是基于定位處理產生AU-4，其結合SOH 復用成一路的AUG，如此一來，便產生STM-1 信號，同步傳輸模塊N 級信號的產生通過字節(jié)間插復用達到。

（4）同步數字體系字節(jié)間插復接特點。對于STM-1同步傳輸模塊來講，其響應速度為155Mbit/s，是同步數字體系基本傳輸結構等級，無論是STM-4 還是STM-16，二者都屬于數字信號，前者響應速度為622Mbit/s，后者響應速度為2.5Gbit/s，將信息模塊當作基準，開展間插復接，例如，STM-4=4×STM-1（155Mbit/s），STM-16=4×STM-4（622Mbit/s），同步復接數量為4 的倍數。

3 SDH 與OTN 混合組網技術及實踐

（1）光傳送網與同步數字體系異構組網技術。伴隨IT 和生物科技的發(fā)展，流量快速增長，諸多應用對傳輸網提出了更高的要求，如短視頻。對于光傳送網技術而言，由于本身技術的局限性，早已無法滿足市場不斷變化的需求。與此同時，同步數字體系及5G 一起推出市場，導致電力通信系統(tǒng)無法快速實現全區(qū)域網絡覆蓋，使得OTN 技術的普及時間相對較長。然而綜合現階段傳送技術的優(yōu)勢及不足，可以看出在靈活性及可靠性方面，OTN 技術具有顯著的優(yōu)勢及較高的價值[6]。從業(yè)務承載方面來分析，OTN 通常運用在超過1G 的大顆粒業(yè)務上。針對低于1G 的小顆粒業(yè)務，可借助同步數字體系和光傳送網異構實現，在2M～100G，針對各種速率的處理，更能滿足傳輸網的資源情況?；诙xVC 適配ODN 幀結構，選擇使用線卡來封裝映射，能促進光傳送網和同步數字體系異構，進一步實現借助OTN 承載SDH 業(yè)務的效果，提供OTN/SDH 交換功能，還有以太網及專業(yè)業(yè)務接入，建立能承載大量業(yè)務的OTN 網絡。借助SDH 成幀，將E1 映射至VC12，再把這些VC12 全部復用至VC4，將其引入交叉矩陣實現有效調度?；谠摤F象，線路卡板往往會將4 個VC4 集合成一個STM-4，在建映射透傳時，STM-4 可以在ODUk 中封裝，在這之中，k 是0、1、2，最終復用至高階ODUk。

根據映射原理來分析，正式轉碼編碼前，串行器接收數據信息，并且達到動態(tài)監(jiān)測信號質量。將信號成幀封裝，以形成通用成幀，獲得GFP 幀信號，它屬于固定比特率信號，在開展信號轉碼之后，將其存儲于中央處理模塊。對于ODUk 的規(guī)則映射器，可以和中央處理模塊開展數據包處理，基于ODUk 幀中完成映射，然后針對多路信號，把其復用到高階中，在OTUk（其中，k 的取值有1、2、4）成幀后就能從接口輸出。對于解復用過程而言，本質上屬于一個相反過程。從信號解映射的層面來分析，基于OTUk（其中，k 的取值有1、2、3、4）信號解復用ODUk（其中，k 的取值有0、1、2）信號，且在緩存區(qū)中接收ODUk（其中，k 的取值有0、1、2），接下來，對時鐘信息進行提煉，把其視為發(fā)送參考時鐘，將ODUk 有效荷載通過STM-N 全部解出來，基于GEP 解映射方式實現，借助信號轉碼對信號進行回復，在有效運用編碼模塊的基礎上，生成CBR 流，以發(fā)送時鐘的手段來完成信號發(fā)送。

（2）案例分析。以某園區(qū)網的網絡改造為例，其中對SDH 和OTN 技術異構開展了實踐。本項目中改造網點涉及800 個，目前所有網點均建設了一條MSTP 線路。網點線路都是利用市級及省級兩層發(fā)送給總部，該項目目前需要對MSTP 線路進行改造，將其建設成OTN 線路，或是建設成OTN 和SDH 相結合的線路。在這一過程中保證網點線路可以直達總部，對地市級線路進行取消，從而實現扁平化組網建設[7]。在網絡優(yōu)化前，所用的OSN3500 等裝置，都是中興同步數字體系裝置。實踐運用期間，針對已有同步數字體系裝置的園區(qū)網使用異構組網方案，僅需構建OTN-1800 匯聚裝置，網點同步數字體系裝置借助光纖接入光傳送網1800線卡，實現信號封裝映射，達到光傳送網+同步數字體系混合組網。針對沒有同步數字體系裝置的網點，應新安裝光傳送網裝置，去總部開通光傳送網通道承載業(yè)務，達到端至端全過程光傳送網組網。在這一過程中，組網應用的9700 系列都是中興OTN 設備。

4 結語

如今，正處在OTN 網絡資源覆蓋不全，同步數字體系資源接近瓶頸的狀態(tài)，針對網絡接入層存在資源冗余的本地網，可通過同步數字體系重要匯聚裝置和光傳送網融合對接，有效盤活存量資源，及時產生業(yè)務接入能力，以體現光傳送網與同步數字體系資源互補優(yōu)勢?；诩夹g異構組網，方可進一步滿足市場發(fā)展需求，從而實現新技術逐步推廣。今后一段時間，OTN 和SDH 異構組網模式，在傳輸網領域，其將是主要研究趨勢及主流選擇。