光傳送網（OTN）技術應用分析

OTN技術現狀

    ITU-T從1998年左右就啟動了OTN系列標準的制定，到2003年OTN主要系列標準已基本完善，如OTN邏輯接口G.709、OTN物理接口G.959.1、設備標準G.798、抖動標準G.8251、保護倒換標準G.873.1等。另外，對基于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應的主要規(guī)范。國內對OTN技術的發(fā)展也頗為關注，中國通信標準化協會目前已完成了2個OTN行標（等同G.709和G.959.1）和1個國標（等同G.798），目前正在進行ROADM技術要求和OTN網絡總體要求等OTN行標的編寫。OTN技術除了在標準上日臻完善之外，近幾年在設備和測試儀表等方面也是進展迅速。目前的主流傳送設備商一般都支持一種或多種類型的OTN設備，除了最基本的第一類OTN、OTM設備一般都支持之外，支持純光交叉第二類OTN設備（ROADM，從兩維到多維）的廠商所占比例較高，部分廠家也支持基于ODUk電交叉的第三類OTN設備或者同時支持光電交叉的第四類OTN設備，而且目前部分廠家也提供基于OTN的智能功能。另外，目前主流的傳送儀表商一般都可提供支持OTN功能的儀表。

    隨著業(yè)務高速發(fā)展的強力驅動和OTN技術及其實現的日益成熟，OTN技術目前已局部應用于試驗或商用網絡。國外運營商對傳送網絡的OTN接口的支持能力已提出明顯需求，而實際的網絡應用當中則以ROADM設備類型為主，這主要與網絡管理維護成本和組網規(guī)模等因素密切相關。國內運營商對OTN技術的發(fā)展和應用也頗為關注，從2007年開始，中國電信集團、中國網通集團和中國移動集團等已經或者正在開展OTN技術的應用研究與測試驗證，而且部分省內或城域網絡也局部部署了基于OTN技術的（試驗）商用網絡，組網節(jié)點有基于電層交叉的OTN設備，也有基于ROADM的OTN設備。

    OTN技術本質及優(yōu)勢

    OTN技術是在目前全光組網的一些關鍵技術（如光緩存、光定時再生、光數字性能監(jiān)視、波長變換等）不成熟的背景下基于現有光電技術折中提出的傳送網組網技術。OTN在子網內部進行全光處理而在子網邊界進行光電混合處理，但目標依然是全光組網，也可認為現在的OTN階段是全光網絡的過渡階段。

    按照OTN技術的網絡分層，可分為光通道層、光復用段層和光傳送段層三個層面。另外，為了解決客戶信號的數字監(jiān)視問題，光通道層又分為光通道傳送單元（OTUk）和光通道數據單元(ODUk)兩個子層，類似于SDH技術的段層和通道層。因此，從技術本質上而言，OTN技術是對已有的SDH和WDM的傳統優(yōu)勢進行了更為有效的繼承和組合，同時擴展了與業(yè)務傳送需求相適應的組網功能，而從設備類型上來看，OTN設備相當于SDH和WDM設備融合為一種設備，同時拓展了原有設備類型的優(yōu)勢功能。

    OTN技術作為一種新型組網技術，相對已有的傳送組網技術，其主要優(yōu)勢如下。

    1．多種客戶信號封裝和透明傳輸

基于ITU-TG.709的OTN幀結構可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸，如SDH、ATM、以太網等。目前對SDH和ATM可實現標準封裝和透明傳送，但對不同速率的以太網的支持有所差異。ITU-TG.sup43為10GE業(yè)務實現不同程度的透明傳輸提供了補充建議，而對于GE、40GE、100GE以太網和專網業(yè)務光纖通道（FC）以及接入網業(yè)務吉比特無源光網絡（GPON）等，其到OTN幀中標準化的映射方式目前正在討論之中。

    2．大顆粒的帶寬復用、交叉和配置

OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通路數據單元（ODUk,k=1,2,3），即ODU1(2.5Gbit/s)、ODU2(10Gbit/s)和ODU3(40Gbit/s)，光層的帶寬顆粒為波長，相對于SDH的VC-12/VC-4的調度顆粒，OTN復用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對高帶寬數據客戶業(yè)務的適配和傳送效率顯著提升。

    3．強大的開銷和維護管理能力

OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，OTN光通路(OCh)層的OTN幀結構大大增強了OCh層的數字監(jiān)視能力。另外OTN還提供6層嵌套串聯連接監(jiān)視（TCM）功能，這樣使得OTN組網時，采用端到端和多個分段同時進行性能監(jiān)視的方式成為可能。

    4．增強了組網和保護能力

    通過OTN幀結構、ODUk交叉和多維度可重構光分插復用器（ROADM）的引入，大大增強了光傳送網的組網能力，改變了目前基于SDHVC-12/VC-4調度帶寬和WDM點到點提供大容量傳送帶寬的現狀。而采用前向糾錯（FEC）技術，顯著增加了光層傳輸的距離。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務保護功能，如基于ODUk層的光子網連接保護（SNCP）和共享環(huán)網保護、基于光層的光通道或復用段保護等，但目前共享環(huán)網技術尚未標準化。

    作為新型的傳送網絡技術，OTN并非盡善盡美。最典型的不足之處就是不支持2.5Gbit/s以下顆粒業(yè)務的映射與調度。另外，OTN標準最初制定時并沒有過多考慮以太網完全透明傳送的問題，導致目前通過超頻方式實現10GELAN業(yè)務比特透傳后，出現了與ODU2速率并不一致的ODU2e顆粒，40GE也面臨著同樣的問題。這使得OTN組網時可能出現一些業(yè)務透明度不夠或者傳送顆粒速率不匹配等互通問題。目前ITU-TSG15的相關研究組正在積極組織討論以解決OTN目前面臨的一些缺陷，例如提出新的ODU0/ODU4顆粒，定義高階ODU和低階ODU，定義基于多種帶寬顆粒的通用映射規(guī)程（GMP）等，以便逐漸建立兼容現有框架體系的新一代OTN（NG-OTN）網絡架構。

    OTN技術應用分析

    OTN技術主要的系列標準其實在2003年左右已基本完善，但當時由于受多方面因素的影響，導致OTN技術處在一種標準成熟而無實際設備和應用的尷尬處境。最近幾年隨著高帶寬數據業(yè)務的持續(xù)增長，大帶寬調度和傳送的需求日益明顯，主流傳送設備商對于OTN設備也加大了研發(fā)投入，目前除了支持G.709接口的OTN設備（傳統WDM節(jié)點）之外，基于光(波長)交叉的OTN設備（ROADM）和基于電（ODUk）交叉或者基于光電混合交叉的OTN設備均已成熟研制并得到局部（試）商用。但在實際組網中究竟如何合理地應用和選擇OTN技術及設備，業(yè)界目前的看法并不統一，比較典型的爭論就是采用電交叉的OTN設備合理，還是采用光交叉的OTN設備合理等。本文主要從OTN技術的應用定位、OTN設備的類型選擇、OTN與IP層網絡的關系以及OTN與現有以及未來網絡的關系等方面分析OTN技術應用的相關關鍵問題。

    1．OTN技術的應用定位

    作為承載2.5Gbit/s顆粒以上的傳送網技術，考慮到現有的傳送網絡分層關系和傳送業(yè)務顆粒分布特征，OTN應主要應用于城域核心層及干線傳送網絡，但這并不意味著所有城域匯聚層和接入層都不適用OTN技術組網，而是取決于實際網絡的傳送業(yè)務顆粒大小及其它組網需求（如保護和維護管理等）。作為目前城域匯聚和接入層最主要的客戶業(yè)務GE，當前OTN并沒有標準化歸一的容器或方式映射，待ODU0的容器標準化以后或者基于ODU1顆粒的調度需求明顯時，OTN技術應用的范圍可根據需求適當拓展到城域匯聚和接入層面，構建真正意義上端到端監(jiān)視的傳送網絡。

    2．OTN設備的類型選擇

    作為OTN技術的基本特征，除了強大的維護管理功能之外，就是基于不同類型的OTN設備支持多種的組網方式和保護功能?；诠猓úㄩL）交叉的ROADM設備的主要優(yōu)勢是基于波長調度，子網內部全光操作，省去了O-E-O功能單元。目前最大的容量可達到8到9個維度，單維度支持80波長，有效地實現在增加組網靈活性的同時降低光電變換的組網成本，但組網半徑和物理參數（如色度色散（CD）、偏振模色散(PMD)、非線性效應、光信噪比（OSNR）等）限制等因素在一定程度上妨礙了ROADM在大范圍和傳輸線路復雜環(huán)境下的組網應用?；陔姡∣DUk）交叉的OTN設備正好回避了ROADM設備的這些缺陷，同時支持波長和子波長粒度的調度，但有限的調度容量限制了其在大容量節(jié)點組網中的應用。同時支持光電混合調度的OTN設備可以在一定程度上解決上述這些缺陷，但實際組網應用，尤其是省際干線組網應用時采用單一廠家組網的可能性不大。因此，采用同時支持光電混合調度的OTN設備也并不是任何場景都適用。另外，對于僅需固定提供大容量傳送帶寬的應用場景，基于點到點的OTN傳送設備依然是最佳選擇。

    簡言之，基于OTN的四種設備類型中并沒有哪種設備具有絕對的應用優(yōu)勢，而是應根據其應用的網絡層面、業(yè)務傳送需求和實際組網成本等多方因素綜合選擇，同時可采用分域的方式解決組網的一些限制因素。

    3．OTN與IP層網絡關系

    隨著IP層網絡和傳送層網絡技術的各自發(fā)展，IP層網絡和傳送層網絡的關系變得更為相關和緊密，傳統IP層和傳送層獨立部署的局面將會有所變化。但對于IP層和傳送層如何分擔一些組網功能，業(yè)界依然存在一些爭論，如IP路由器是否可以直接出彩光，IP層是否可以承擔所有保證業(yè)務生存性的功能等。按照目前技術的發(fā)展趨勢，IPoverOTN將是今后組網的發(fā)展趨勢，但IP和部分OTN功能是否集成到路由器（出彩光）上，OTN是否僅提供傳送帶寬而不提供組網和保護等，是值得商榷的問題。路由器直接出彩光將導致網絡維護管理界面模糊，故障定位復雜并難以實施。而節(jié)省掉的黑白光接口的成本所占總體成本比例較小，因此采用這種組網方式的優(yōu)勢并不明顯，同時還會帶來嚴重的缺陷，在較大范圍組網時不建議采用，而在局部城域小范圍網絡路由器互聯時可適當考慮。另外，隨著IP技術的不斷改進和完善，基于IP協議的網絡生存性技術更為豐富，如基于快速的內部網關協議（IGP）收斂、快速重路由（FRR）等?；诖?，有人認為IP層可保證業(yè)務的生存性要求，而傳送（OTN）層僅需要為路由器提供固定帶寬即可。但實際情況并非如此，基于OTN的子波長或者波長的保護無論從業(yè)務受損時間、保護效率，還是從保護可靠性等方面來看，均明顯優(yōu)于基于邏輯層處理的IP網絡，雖然基于OTN的傳送層不能保護路由器自身相關的故障，但對于線路側故障的響應，OTN保護恢復技術是第一的選擇。

    4．OTN與現有網絡及未來網絡的關系

    隨著寬帶數據業(yè)務的大力驅動和OTN技術的日益成熟，采用OTN技術構建更為高效和可靠的傳送網是OTN技術必然的發(fā)展結果?，F有城域核心層及干線的SDH網絡適合傳送的主要為TDM業(yè)務，而目前迅猛增加的主要為具備統計特性的數據業(yè)務，因此在這些網絡層面后續(xù)的網絡建設不可能大規(guī)模新建SDH網絡，但WDM網絡的規(guī)模建設和擴容不可避免，可IP業(yè)務通過POS或者以太網接口直接上載到現有WDM網絡將面臨組網、保護和維護管理等方面的缺陷。鑒于此，基于現有WDM系統的已有網絡，條件具備時可根據需求逐步升級為支持G.709開銷的維護管理功能，而對于現有WDM系統新建或擴容的傳送網絡，在省去SDH網絡層面以后，至少應支持基于G.709開銷的維護管理功能和基于光層的保護倒換功能，也就是說，OTN網絡替代了SDH網絡相應的功能。WDM網絡則應逐漸升級過渡到OTN網絡，而基于OTN技術的組網則應逐漸占據傳送網主導地位。

    另外，為了更好地適應客戶數據業(yè)務的傳送，業(yè)界目前也正在熱烈討論一些基于功能改進和升級的NG-OTN技術。NG-OTN的這些特征討論主要是基于已有OTN技術的基礎上進行的。因此，未來的NG-OTN技術必須兼容現有OTN已有特征，NG-OTN技術的進一步討論與規(guī)范并不阻礙現有OTN的實際組網應用。

    總結

    OTN技術作為全新的光傳送網技術，繼承并拓展了已有傳送網絡的眾多優(yōu)勢特征，是目前面向寬帶客戶數據業(yè)務驅動的最佳傳送技術之一，而OTN技術應用定位、OTN設備類型組網選擇、IP層與OTN層關系以及OTN網絡與其它網絡關系則是OTN技術應用的一些關鍵問題所在。從OTN技術應用定位上來看，OTN技術及設備目前已基本成熟，主要可應用于城域核心及干線傳送層面；而對于OTN設備組網選擇來說，則應根據業(yè)務傳送顆粒、調度需求、組網規(guī)模和成本等因素綜合選擇?；贗PoverOTN是未來組網主要形式，而OTN層提供的組網和保護功能將是保證高層業(yè)務QoS的關鍵措施之一。另外，現有SDH網絡的逐漸淡出并不意味著SDH網絡原有功能的消失，OTN網絡將更為完善地支持這些功能，同時NG-OTN的進一步討論也不會阻礙現有OTN技術的應用。