OTN技术的研究.docx

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OTN技术的研究

OTN技术的研究

1.OTN技术产生的背景

随着电信网向分组化和宽带化发展，All-IP已经成为业务网演进的趋势。

根据预测，在未来5年内，带宽将以每年50％以上的速度增长，2010年，骨干网截面带宽流量将达到50T以上，其中97%以上为数据流量。

带宽流量的飞速增长以及业务的All-IP趋势驱动光传送网进入转折期。

作为基础承载网的光传送网，如何顺应All-IP的发展趋势，高效承载IP业务，同时降低网络建设和运维成本，成为运营商在传送网建设中最关注的问题。

一个高质量、配置灵活、具有高生存性的传送网已经成为运营商的迫切需求。

随着IP承载网所需的电路带宽和颗粒度的不断增大，以VC调度为基础的SDH网络首先在扩展性和效率方面呈现出了明显不足，在光层上直接承载IP的扁平化架构已经成为大势所趋。

IPoverWDM组网架构对光层设备提出了新的需求，原本由SDH网络完成的组网、端到端电路监控管理和保护功能将逐渐由WDM层面承担。

此外，数据业务发展的不确定性要求光层网络具备更多的智能性，以便在网络拓扑及业务分布发生变化时能够快速响应，实现业务的灵活调度。

近年来，通信网络所承载的业务发生了巨大的变化。

数据业务发展非常迅速，特别是宽带、IPTV、视频业务的发展，对运营商的传送网络提出了新的要求。

传送网络要能够提供适应这种增长的海量带宽，更重要的是要求传送网络可以进行快速灵活的业务调度，完善便捷的网络维护管理（OAM功能），以适应业务的需求。

目前传送网使用的主要是SDH和WDM技术，但这2种技术都存在着一定的局限性。

SDH技术偏重于业务的电层处理，具有灵活的调度、管理和保护能力，OAM功能完善。

但是，它以VC4为基本交叉调度颗粒，采用单通道线路，容量增长和调度颗粒大小受到限制，无法满足业务的快速增长。

WDM技术以业务的光层处理为主，多波长通道的传输特性决定了它具有提供大容量传输的天然优势。

但是，目前的WDM网络主要采用点对点的应用方式，缺乏有效的网络维护管理手段。

纯光调度系统（如ROADM）虽然可实现类似于SDH的调度和保护功能，但由于物理受限和波长受限问题，很难在大范围网络中应用。

而且颗粒度单一，灵活性差，不能实现不同厂家设备的互通[1]。

而OTN技术包括了光层和电层的完整体系结构，各层网络都有相应的管理监控机制，光层和电层都具有网络生存性机制，从而可以解决上述存在的问题。

OTN技术可以提供强大的OAM功能，并可实现多达6级的串联连接监测（TCM）功能，提供完善的性能和故障监测功能。

OTN设备基于ODUk的交叉功能使得电路交换粒度由SDH的155M提高到2.5G/10G/40G，从而实现大颗粒业务的灵活调度和保护。

OTN设备还可以引入基于ASON的智能控制平面，提高网络配置的灵活性和生存性。

ITU－T在2000年前后已经制定了多个OTN技术相关的标准，建立了比较完善的OTN标准体系。

但由于传输的业务已经从最初的SDH信号为主发展到IP/Ethernet业务为主，相关OTN标准也在修订当中。

目前OTN的标准化工作主要集中在以下几个方面。

a）适应FC/GE等低速信号传送的帧结构，如最近提出的ODU0；

b）透明的10GE-LAN的传送，如OTU2e超频方式等；

c）更高速的40GE/100GE信号的传送，如正在定义的ODU4；

d）ODUk共享保护环；

e）多种FEC的应用导致的互联互通问题。

2.OTN的基本概念和特点

OTN（光传送网，OpticalTransportNetwork），是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。

OTN通过ROADM技术、OTH技术、G.709封装和控制平面的引入，将解决传统WDM网络无波长/子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力弱等问题。

OTN将是未来最主要的光传送网技术，随着ULH（超长跨距DWDM技术）的发展，使得DWDM系统的无电中继传输距离达到几千公里。

ULH的发展与OTN技术的发展相结合，将可以进一步扩大OTN的组网能力，是现在长途干线中的OTN子网部署，减少OTN子网之间的O/E/O连接，提高DWDM系统的传输效率。

从电域看，OTN保留了许多SDH的优点，如多业务适配、分级复用和疏导、管理监视、故障定位、保护倒换等。

同时OTN扩展了新的能力和领域，例如提供大颗粒的2.5G、10G、40G业务的透明传送，支持带外FEC，支持对多层、多域网络进行级联监视等。

从光域看，OTN将光域划分成Och（光信道层）、OMS（光复用段层）、OTS（光传送段层）三个子层，允许在波长层面管理网络并支持光层提供的OAM（运行、管理、维护）功能。

为了管理跨多层的光网络，OTN提供了带内和带外两层控制管理开销。

ITU-T从1998年左右就启动了OTN系列标准的制定，到2003年OTN主要系列标准已基本完善，如OTN逻辑接口G.709、OTN物理接口G.959.1、设备标准G.798、抖动标准G.8251、保护倒换标准G.873.1等。

另外，对基于OTN的控制平面和管理平面，ITU-T也和基于SDH的控制平面和管理平面一起完成了相应的主要规范。

国内对OTN技术的发展也颇为关注，中国通信标准化协会目前已完成了2个OTN行标（等同G.709和G.959.1）和1个国标（等同G.798），目前正在进行ROADM技术要求和OTN网络总体要求等OTN行标的编写。

OTN技术除了在标准上日臻完善之外，近几年在设备和测试仪表等方面也是进展迅速。

目前的主流传送设备商一般都支持一种或多种类型的OTN设备，除了最基本的第一类OTN、OTM设备一般都支持之外，支持纯光交叉第二类OTN设备（ROADM，从两维到多维）的厂商所占比例较高，部分厂家也支持基于ODUk电交叉的第三类OTN设备或者同时支持光电交叉的第四类OTN设备，而且目前部分厂家也提供基于OTN的智能功能。

另外，目前主流的传送仪表商一般都可提供支持OTN功能的仪表。

随着业务高速发展的强力驱动和OTN技术及其实现的日益成熟，OTN技术目前已局部应用于试验或商用网络。

国外运营商对传送网络的OTN接口的支持能力已提出明显需求，而实际的网络应用当中则以ROADM设备类型为主，这主要与网络管理维护成本和组网规模等因素密切相关。

国内运营商对OTN技术的发展和应用也颇为关注，从2007年开始，中国电信集团、中国网通集团和中国移动集团等已经或者正在开展OTN技术的应用研究与测试验证，而且部分省内或城域网络也局部部署了基于OTN技术的（试验）商用网络，组网节点有基于电层交叉的OTN设备，也有基于ROADM的OTN设备[2]。

3.关键技术

OTN技术是在目前全光组网的一些关键技术（如光缓存、光定时再生、光数字性能监视、波长变换等）不成熟的背景下基于现有光电技术折中提出的传送网组网技术。

OTN在子网内部进行全光处理而在子网边界进行光电混合处理，但目标依然是全光组网，也可认为现在的OTN阶段是全光网络的过渡阶段。

　　按照OTN技术的网络分层，可分为光通道层、光复用段层和光传送段层三个层面。

另外，为了解决客户信号的数字监视问题，光通道层又分为光通道传送单元（OTUk）和光通道数据单元（ODUk）两个子层，类似于SDH技术的段层和通道层。

因此，从技术本质上而言，OTN技术是对已有的SDH和WDM的传统优势进行了更为有效的继承和组合，同时扩展了与业务传送需求相适应的组网功能，而从设备类型上来看，OTN设备相当于SDH和WDM设备融合为一种设备，同时拓展了原有设备类型的优势功能。

　　OTN技术作为一种新型组网技术，相对已有的传送组网技术，其主要优势如下：

（1）多种客户信号封装和透明传输

基于ITU-TG.709的OTN帧结构可以支持多种客户信号的映射和透明传输，如SDH、ATM、以太网等。

目前对SDH和ATM可实现标准封装和透明传送，但对不同速率的以太网的支持有所差异。

ITU-TG.sup43为10GE业务实现不同程度的透明传输提供了补充建议，而对于GE、40GE、100GE以太网和专网业务光纤通道（FC）以及接入网业务吉比特无源光网络（GPON）等，其到OTN帧中标准化的映射方式目前正在讨论之中。

OTN中的帧被称为光信道传送单元（OTU：

OpticalChannelTransportUnit），它是通过数字封包技术向客户信号加入开销OH（Overhead）和FEC部分形成的。

在G.709中，定义了三种不同速率的OTU-k（k=1，2，3）帧结构，速率依次为2.5Gb/s、10Gb/s、40Gb/s。

光通路净荷单元OPU：

业务适配

光通路数据单元ODU：

串联连接监测

光通路传送单元OUT：

传输性能改善

采用定长帧结构：

2.5G：

约2万帧/s

10G:

约8.2万帧/s

40G:

约33万帧/s

图1G.709帧结构

（2）大颗粒的带宽复用、交叉和配置

OTN目前定义的电层带宽颗粒为光通路数据单元（ODUk,k=1,2,3），即ODU1（2.5Gbit/s）、ODU2（10Gbit/s）和ODU3（40Gbit/s），光层的带宽颗粒为波长，相对于SDH的VC-12/VC-4的调度颗粒，OTN复用、交叉和配置的颗粒明显要大很多，对高带宽数据客户业务的适配和传送效率显著提升。

SDH技术与WDM技术相结合

实现方式：

将OTU切分为客户侧和群路侧

特点：

1.大的业务颗粒：

1-100Gb/s

2.大的交叉颗粒：

GE/ODU0/ODU1/ODU2/ODU3/ODU4

3.没有类似与SDHVC4的统一交叉颗粒

4.具有SDH相当的保护调度能力

5.业务接口变化时只需改变接口盘

6.将OTU种类由MxN降低为M+N,减少了单盘种类

图2OTH交叉实现

（3）强大的开销和维护管理能力

　　OTN提供了和SDH类似的开销管理能力，OTN光通路（OCh）层的OTN帧结构大大增强了OCh层的数字监视能力。

另外OTN还提供6层嵌套串联连接监视（TCM）功能，这样使得OTN组网时，采用端到端和多个分段同时进行性能监视的方式成为可能。

（4）增强了组网和保护能力

通过OTN帧结构、ODUk交叉和多维度可重构光分插复用器（ROADM）的引入，大大增强了光传送网的组网能力，改变了目前基于SDHVC-12/VC-4调度带宽和WDM点到点提供大容量传送带宽的现状。

而采用前向纠错（FEC）技术，显著增加了光层传输的距离。

另外，OTN将提供更为灵活的基于电层和光层的业务保护功能，如基于ODUk层的光子网连接保护（SNCP）和共享环网保护、基于光层的光通道或复用段保护等，但目前共享环网技术尚未标准化。

ROADM是相对于DWDM中的固定配置OADM而言，采用可配置的光器件，从而可以方便的实现OTN节点中任意波长、波长组的上下、阻断和直通配置。

根据组网能力的不同，ROADM主要分为：

1.二维ROADM：

支持两个主光线路方向；

2.多维ROADM：

支持3个以上的主光线路方向。

采用ROADM设备可以组成大规模的PXC（光子交叉）设备，从而完成OTN中的光层波长交叉功能，最大可支持8个主光线路方向。

交叉过程全部在光层上进行，没有O/E/O转换，所以设备成本较低。

图3ROADM的三种实现方式

ROADM的三种实现方式[3]：

（1）WB技术

（2）PLC技术

（3）WSS技术

　　作为新型的传送网络技术，OTN并非尽善尽美。

最典型的不足之处就是不支持2.5Gbit/s以下颗粒业务的映射与调度。

另外，OTN标准最初制定时并没有过多考虑以太网完全透明传送的问题，导致目前通过超频方式实现10GELAN业务比特透传后，出现了与ODU2速率并不一致的ODU2e颗粒，40GE也面临着同样的问题。

这使得OTN组网时可能出现