基于OSU 技術(shù)的OTN 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃分析

［王新賀］

1 引言

隨著運營商在政府、金融、醫(yī)院、能源、交通等政企客戶的持續(xù)深耕，專線業(yè)務(wù)需求量迅速增加，專線業(yè)務(wù)要求的靈活帶寬、低時延、泛在連接等特點愈加突顯，并且大量高價值專線業(yè)務(wù)依舊保持GE 以下的小顆粒屬性[1,2]?，F(xiàn)有OTN 技術(shù)定位于骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)應(yīng)用，主要定位是用于承載大于1 Gbit/s 速率業(yè)務(wù)，很難使用OTN 替換掉原有帶寬較小的專線網(wǎng)絡(luò)[3]。針對業(yè)務(wù)發(fā)展需求和OTN現(xiàn)網(wǎng)存在的問題，本文介紹基于OSU 技術(shù)的下一代OTN網(wǎng)絡(luò)。

2 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及問題分析

運營商現(xiàn)網(wǎng)中包括SDH 網(wǎng)絡(luò)和OTN 網(wǎng)絡(luò)。目前SDH 網(wǎng)絡(luò)因為帶寬瓶頸，功能落后以及運維壓力，已完全停止建設(shè)并有計劃的逐步退網(wǎng)。而具備天然剛性管道，安全隔離，穩(wěn)定時延的OTN 網(wǎng)絡(luò)將成為承載政企專線業(yè)務(wù)的主力軍。由于政企專線業(yè)務(wù)量的逐年增加，驅(qū)動OTN網(wǎng)絡(luò)下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣。政企OTN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 政企OTN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 SDH 網(wǎng)絡(luò)

SDH 網(wǎng)路是一整套可進行同步數(shù)字傳輸、復(fù)用和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號的等級結(jié)構(gòu)。SDH 是單字節(jié)間插結(jié)構(gòu)，交叉采用單字節(jié)調(diào)度，由于芯片工作主頻限制導(dǎo)致交叉調(diào)度容量受限，不符合業(yè)務(wù)帶寬提速對設(shè)備大容量發(fā)展趨勢的訴求。所以，SDH 架構(gòu)不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，整個產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展停滯。目前運營商SDH 網(wǎng)絡(luò)基本處于停建退網(wǎng)狀態(tài)，電信已啟動SDH 退網(wǎng)工作，爭取3 年內(nèi)完成SDH 設(shè)備及配套資源從機房釋放，進而緩解機房空間及電源資源緊張問題。

2.2 OTN 網(wǎng)絡(luò)

OTN 技術(shù)定位于骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)應(yīng)用，主要用于承載大于1 Gbit/s 速率業(yè)務(wù)，針對小顆粒的專線業(yè)務(wù)，則有以下四處不足，如圖2 所示。

圖2 傳統(tǒng)OTN 技術(shù)的不足

（1）管道彈性不足：當(dāng)前OTN 最小管道為ODU0（1.25 Gbit/s），現(xiàn)網(wǎng)存在大量為STM-1/4/FE 等低速率業(yè)務(wù)，如果采用ODU0 承載，會存在帶寬利用率不足，帶寬浪費等問題。

（2）管道連接數(shù)少：以O(shè)DU4 為例，當(dāng)前OTN 最小管道為ODU0，最大只能承載80 個管道。

（3）管道時延相對較大：由于當(dāng)前OTN 的所有通道顆粒都是基于幀格式傳輸，在每一個站點，經(jīng)過交換網(wǎng)之后，需要將交換后的數(shù)據(jù)重新對齊，然后組裝成ODUk 的幀格式，導(dǎo)致OTN 端到端傳輸時延相對較大。

（4）帶寬調(diào)整不靈活：當(dāng)前OTN 僅支持有損調(diào)整，即在不刪除業(yè)務(wù)的情況下，短暫中斷業(yè)務(wù)，然后實現(xiàn)端到端的ODUflex 帶寬增大或減小調(diào)整。

3 OSU 技術(shù)原理及優(yōu)勢

面對專線、視頻等新業(yè)務(wù)對靈活帶寬承載的需求，OSU 技術(shù)應(yīng)運而生

3.1 OSU 技術(shù)原理

3.1.1 OSUflex 基本接口結(jié)構(gòu)

OSU 承載方案在現(xiàn)有OTN 體系上，定義了更低速率的OSUflex容器，按照n*2.6 Mbit/s(n≥1）定義OSUflex帶寬，用于承載客戶信號[4,5]。OSUflex 通道帶寬(bit/s）=每秒分配幀數(shù)量（幀率）*固定幀長*8 bit，結(jié)合實際的應(yīng)用訴求，OSUflex 通道帶寬最小為2.6 Mbit/s，支持帶寬n*2.6 Mbit/s可配，OSU 基本接口結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 OSU 基本接口結(jié)構(gòu)

OSU 在復(fù)接映射路徑上做了優(yōu)化，客戶側(cè)信號既可以通過OSUflex 封裝映射到ODUflex 上，也可以直接映射到高階ODUCn 上，靈活匹配不同業(yè)務(wù)帶寬需求。

路徑1：OSUflex over ODUflex：與現(xiàn)有OTN 網(wǎng)絡(luò)共存和互通；

路徑2：OSUflex over ODUCn：全新OSU 網(wǎng)絡(luò)。

OSU 復(fù)接映射路徑具體如圖4 所示。

圖4 OSU 復(fù)接映射路徑

3.1.2 OSUflex 幀開銷

OSUflex 幀開銷充分考慮了所承載的特性以及業(yè)務(wù)的傳輸效率。OSUflex 幀為定長結(jié)構(gòu)，幀長192 字節(jié)，包括開銷區(qū)域（通用開銷、專用開銷和CRC 校驗）和凈荷區(qū)域兩個部分[6,7]，OSUflex 幀結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 OSUflex 幀結(jié)構(gòu)

通用開銷：4 字節(jié)，定義OSUflex 的通用開銷。

映射開銷：2 字節(jié)，映射開銷和映射的業(yè)務(wù)類型相關(guān)，并根據(jù)承載業(yè)務(wù)的需求不同，設(shè)定不同的開銷功能。

CRC8：1 字節(jié)，CRC 校驗范圍為幀頭。

凈荷區(qū)：185 字節(jié)的業(yè)務(wù)凈荷，用于承載客戶信號。

3.1.3 OSUflex 復(fù)用和映射

設(shè)備支持的復(fù)用結(jié)構(gòu)和映射路徑如圖6 所示。

圖6 復(fù)用結(jié)構(gòu)和映射路徑

3.1.4 OSUflex 映射到OPU

OSU 技術(shù)將現(xiàn)有OTN 體系中的OPUk 凈荷以固定幀長的方式劃分為物理隔離的通信管道。

（1）當(dāng)映射復(fù)用多路OSUflex 到OPUk/flex 凈荷時，為了標(biāo)識OSUflex 幀和支路的對應(yīng)情況，需要基于每路OSUflex 增加TPN（支路端口號，12 bit），以標(biāo)識每路OSUflex 和支路的對應(yīng)關(guān)系。

（2）TPN 需要在服務(wù)層內(nèi)保證標(biāo)識唯一，確保接收端能夠正確區(qū)分支路端口號，相同TPN 的PB（Payload Block，凈荷塊）對應(yīng)1 個OSUflex 管道。TPN 的作用類似于OTN 的MSI 功能，是一種較優(yōu)的方式，就是基于OSUflex 幀增加TPN 正好構(gòu)成一個PB。

OPUk/flex 凈荷區(qū)域被劃分為多個時隙，以O(shè)PU4 為例（共包含m 個標(biāo)準(zhǔn)OTN 幀和n 個時隙）介紹時隙劃分結(jié)構(gòu)，如圖7 所示。

圖7 OPU4 PB 劃分結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.5 OSUflex 帶寬調(diào)整

OSU 支持原路徑無損調(diào)整帶寬。當(dāng)帶寬增大時，先調(diào)整OSUflex 管道帶寬，雙向管道調(diào)整完成后，再調(diào)整客戶側(cè)接入業(yè)務(wù)帶寬；當(dāng)打款減小時，先調(diào)整客戶側(cè)接入業(yè)務(wù)帶寬，再調(diào)整OSUflex 管道帶寬。

本文對帶寬無損調(diào)整以帶寬從20 Gbit/s 調(diào)整到30 Gbit/s 為例進行說明，帶寬從20 Gbit/s 調(diào)整到30 Gbit/s的過程，內(nèi)部實現(xiàn)機制單次調(diào)整步長為1 Gbit/s，需要調(diào)整10 次。

具體步驟如下。

（1）網(wǎng)管給所有網(wǎng)元下發(fā)調(diào)整到目標(biāo)帶寬的預(yù)配置，設(shè)備會根據(jù)單次調(diào)整大小，自動計算調(diào)整次數(shù)。

（2）調(diào)整OSUflex 管道帶寬

①T0 時刻：網(wǎng)管向源節(jié)點NE1 下發(fā)啟動調(diào)整命令，NE1 將OSUflex 帶寬增大1 Gbit/s，并向下游節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)帶寬調(diào)整控制OAM 幀。

② T0+D1 時刻：NE2 收到OAM 幀，將OSUflex 帶寬增大1 Gbit/s，并向下游節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)帶寬調(diào)整控制OAM 幀。

③T0+D2 時刻：末節(jié)點NE3收到OAM 幀，將OSUflex 帶寬增大1 Gbit/s，端到端帶寬增加1 Gbit/s。

④ 重復(fù)以上步驟9 次，完成OSUflex 帶寬端到端增大10 Gbit/s。

（3）調(diào)整客戶側(cè)接入業(yè)務(wù)帶寬，完成帶寬調(diào)整。

原路徑調(diào)整方式是指業(yè)務(wù)的路由不發(fā)生變化，通過調(diào)整原路徑帶寬方式調(diào)整業(yè)務(wù)帶寬，如圖8 所示。

圖8 原路徑無損帶寬調(diào)整

客戶側(cè)接入業(yè)務(wù)帶寬和OSUflex 管道帶寬大小相同，客戶側(cè)帶寬需求增大，需要調(diào)整帶寬，具體步驟如下。

（1）網(wǎng)管向所有網(wǎng)元下發(fā)帶寬調(diào)整預(yù)配置。

（2）網(wǎng)管向源網(wǎng)元下發(fā)帶寬調(diào)整命令，源網(wǎng)元調(diào)整，并向下游轉(zhuǎn)發(fā)帶寬調(diào)整OAM 幀，端到端調(diào)整OSUflex帶寬。

（3）調(diào)整客戶側(cè)接入業(yè)務(wù)帶寬。

3.2 OSU 技術(shù)優(yōu)勢

3.2.1 OSU 技術(shù)與SDH 相比

OSU 作為下一代光傳送技術(shù)，與SDH 相比具有四大關(guān)鍵價值，如表1 所示。

表1 OSU 技術(shù)與SDH 對比表

（1）極簡架構(gòu)

多業(yè)務(wù)、多平面承載向多業(yè)務(wù)接入統(tǒng)一承載演進，簡化承載架構(gòu)。

（2）泛在連接

定義靈活彈性的新容器OSUflex，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)硬切片的顆粒度達到2Mbit/s，網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)增加到1000 以上，相比傳統(tǒng)OTN 提升12.5 倍。

（3）超低時延

大幅簡化網(wǎng)絡(luò)傳輸層次，提供差異化分級時延，降低單站時延，靈活適配各類對時延敏感的業(yè)務(wù)場景。

（4）靈活高效

支持2Mbit/s～ 100Gbit/s 無級無損帶寬調(diào)整，業(yè)務(wù)：“0”中斷，網(wǎng)絡(luò)資源利用率達到100%。

3.2.2 OSU 技術(shù)與傳統(tǒng)OTN 相比

OSU 新增OSUflex 容器，采用定長幀靈活復(fù)接，將ODU 劃分成更小的帶寬顆粒。與傳統(tǒng)OTN 相比具有如下優(yōu)勢，如表2 所示。

表2 OSU 技術(shù)與傳統(tǒng)OTN 對比表

（1）更小顆粒，更多連接，更高帶寬利用率；

（2）更可靠的無損帶寬調(diào)整；

（3）更低時延；

（4）簡化運維。

4 OSU 在網(wǎng)絡(luò)中規(guī)劃應(yīng)用

在城域OTN 網(wǎng)中引入OSU，逐步取代VC 和以太網(wǎng)通道層，由ODU/ETH/VC 三個平面分離承載向ODU/OSU統(tǒng)一承載演進，簡化設(shè)備實現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)運維。

考慮業(yè)務(wù)發(fā)展需求和網(wǎng)絡(luò)投資，建議政企OTN 采用分階段方式引入OSU 平面，最終使全網(wǎng)具備端到端OSU承載業(yè)務(wù)的能力。

階段1（現(xiàn)階段）：采用VC/ODU 雙平面進行多業(yè)務(wù)承載，接入層及以上OTN 設(shè)備采用VC/ODU 兩混線卡；

階段2（初始階段）：OSU 引入初期只支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，根據(jù)客戶業(yè)務(wù)需求選擇相應(yīng)的平面進行承載，對于OSU 已覆蓋的本地網(wǎng)，優(yōu)先采用OSU 平面承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)；接入層以上M-OTN 設(shè)備要求支持VC/ODU/OSU 三混線卡。

階段3（成熟階段）：OSU 進入成熟期，同時支持以太網(wǎng)和STM-1/4 業(yè)務(wù)；VC 平面只承載少量E1/VC-n 業(yè)務(wù)。

5 結(jié)語

本文從OSU 技術(shù)的原理及特性展開，通過與SDH 網(wǎng)絡(luò)、OTN 網(wǎng)絡(luò)的對比，重點介紹了OSU 技術(shù)的優(yōu)勢及在網(wǎng)絡(luò)中的規(guī)劃應(yīng)用。目前各家運營商對于OSU 技術(shù)已經(jīng)進入集采測試階段，一旦OSU 技術(shù)入網(wǎng)運行，將極大提升網(wǎng)絡(luò)利用率。