OTN技术发展与应用.doc

一、OTN技术发展与应用探讨1、OTN技术概述近年来，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。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。2、OTN技术的优势2.1 多种客户信号封装和透明传输OTN可以支持多种客户信号的透明传送，如SDH、GE和10GE等。OTN定义的OPUk容器传送客户信号时不更改其净荷和开销信息，而其采用的异步映射模式保证了客户信号定时信息的透明。10GE接口相对于10G POS接口具有很大的成本优势，路由器采用10GE接口可以大大降低网络建设成本。而目前基于SDH的WDM系统主要是针对SDH信号的传送，无法实现对10GE LAN信号的透明传送。因此，WDM系统引入OTN接口是路由器采用10GE接口的前提条件。2.2 大颗粒调度和保护恢复OTN技术提供3种交叉颗粒，即ODU1（2.5 Gbit/s）、ODU2（10 Gbit/s）和ODU3（40 Gbit/s）。高速率的交叉颗粒具有更高的交叉效率，使得设备更容易实现大的交叉连接能力，降低设备成本。经过测算，基于OTN交叉设备的网络投资将低于基于SDH交叉设备的网络投资。在OTN大容量交叉的基础上，通过引入ASON智能控制平面，可以提高光传送网的保护恢复能力，改善网络调度能力。2.3 完善的性能和故障监测能力目前基于SDH的WDM系统只能依赖SDH的B1和J0进行分段的性能和故障监测。当一条业务通道跨越多个WDM系统时，无法实现端到端的性能和故障监测，以及快速的故障定位。而OTN引入了丰富的开销，具备完善的性能和故障监测机制。OTUk层的段监测字节（SM）可以对电再生段进行性能和故障监测；ODUk层的通道监测字节（PM）可以对端到端的波长通道进行性能和故障监测。从而使WDM系统具备类似SDH的性能和故障监测能力。OTN还可以提供6级连接监视功能（TCM），对于多运营商/多设备商/多子网环境，可以实现分级和分段管理。适当配置各级TCM，可以为端到端通道的性能和故障监测提供有效的监视手段，实现故障的快速定位。因此在WDM系统中引入OTN接口，可以实现对波长通道端到端的性能和故障监测，而不需要依赖于所承载的业务信号（SDH/10GE等）的OAM机制。从而使基于OTN的WDM网络成为一个具备OAM功能的独立传送网。2.4 FEC能力G.709为OTN帧结构定义了标准的带外FEC纠错算法，FEC校验字节长达4256字节，使用RS（255,239）算法，可以带来最大6.2 dB（BER10-15）编码增益，降低OSNR容限，延长电中继距离，减少系统站点个数，降低建网成本。G.975.1定义了非标准FEC，进一步提高了编码增益，实现更长距离的传送，但是因为多种编码方式不能兼容，不利于不同厂家设备的对接，通常只能应用于IaDI接口互联。3、OTN设备形态和发展现状OTN设备应具备客户接口、接口适配、线路接口处理等功能，OTN设备存在以下几种形态。3.1 OTN终端复用设备OTN终端复用设备即支持OTN接口的WDM设备，这里的OTN接口包括线路接口和支路接口（也称为业务接口或域间互联接口）。用于域间互联的OTN IrDI接口的FEC应采用G.709定义的标准FEC，或者关闭FEC方式。采用白光OTUk接口用于不同厂家传送设备的互联，代替传统传送设备采用SDH和以太网等客户业务接口对接的方式，可以实现对波长通道端到端的性能和故障监测。目前主流厂家的波分系统在线路侧已基本上采用了OTN结构，并均已支持符合G.709标准的OTN接口，因此都属于OTN终端复用设备。图1示出的是OTN终端复用设备功能模型。3.2 OTN电交叉设备类似于现在的SDH交叉设备，OTN电交叉设备完成ODUk级别的电路交叉功能，为OTN网络提供灵活的电路调度和保护能力。OTN电交叉设备可以独立存在，类似于SDH DXC设备，对外提供各种业务接口和OTUk接口（包括IrDI接口）。也可以与OTN终端复用功能集成在一起，同时提供光复用段和光传输段功能，支持WDM传输。Infinera公司的DTN WDM设备就是一种集成了OTN终端复用功能的OTN电交叉设备，支持ODU1级别的交叉，交叉容量为400G，还支持GMPLS控制协议。图2示出的是OTN电交叉设备的功能模型。3.3 OTN光电混合交叉设备OTN电交叉设备可以与OCh交叉设备（ROADM或PXC）相结合，同时提供ODUk电层和OCh光层调度能力。波长级别的业务可以直接通过OCh交叉，其他需要调度的业务经过ODUk交叉。两者配合可以优势互补，又同时规避各自的劣势。这种大容量的调度设备就是OTN光电混合交叉设备。这种设备的一个典型产品就是华为推出的OSN6800设备，该设备同时支持基于ROADM的OCh交叉和ODU1/GE交叉，其中ODU1交叉容量为320G，支持ASON控制平面。其他厂家如烽火和中兴通讯也在开发类似的产品。图3示出的是OTN光电混合交叉调度设备的功能模型。4、OTN应用方式探讨基于OTN设备存在的不同形态，OTN在网络建设中也存在着不同的应用方式。下面就对OTN的几种应用方式进行探讨。4.1 波分系统的全OTN化根据对国内外厂家设备的调研，目前主流厂家的波分系统在线路侧已基本上采用了OTN结构，并均已支持符合G.709标准的OTN接口，可以实现不同系统的互通。多数厂家支持STM-64/OTU2信号的网管指配选择，便于实现OUT应用方式的选择（上下业务或中继）。在WDM系统中引入OTN接口，可以实现对波长通道端到端的性能和故障监测。OTN可以实现对多种客户信号的透明传送，是路由器采用10GE接口的前提条件。逐步在WDM系统中引入OTN接口，可以为未来引入大容量的OTN交叉设备做准备。 因此，标准OTN域间互通接口将是未来波分系统进行互通的主要接口形式。建议在今后的长途WDM系统建设中提出对符合G.709标准OTN接口支持的要求，要求提供标准域间互通接口OTU2（10 Gbit/s）。4.2 OTN交叉设备在长途骨干网的应用随着长途IP网的发展，IP业务量的激增，长途骨干网的核心节点面临着越来越大的业务量。而且为了更有效地使用IP网络资源，提高中继电路的利用率或提高网络运行质量，在长途骨干网中应用大容量的OTN交叉设备是必要的。利用大容量OTN交叉设备，可以实现大颗粒波长通道业务的快速开通，提高业务响应速度。加载了ASON智能控制平面后，还可以提供基于ASON的多种保护恢复方式，提高骨干传送网的可靠性。同时，引入OTN交叉设备可以优化现有IP网络的组网结构，大幅度节省路由器组建IP承载网络的成本。其应用方式为：IP网络的转接业务不再进入路由器实现中转，而是通过OTN设备在传输层直接完成转接，从而节约路由器的接口数量并降低对路由器容量的要求。OTN设备提供的灵活保护恢复机制可以有效解决IP网络中继电路故障问题，提高网络生存性，可以减少全部依赖路由器保护场景下的链路冗余要求，提高链路利用率，降低IP网络的建设成本。4.3 OTN交叉设备在城域网的应用城域网中的情况比较复杂，相应的竞争技术也比较多。为了提高光纤利用率，在城域网/本地网中建设波分系统是必然的，基于波长级颗粒调度的OADM/ROADM是目前比较切合实际的选择。但对于子波长颗粒GE、2.5G等业务，OADM/ROADM并不是一种很好的解决办法。加之它本身存在的波长受限、恢复速度慢等缺陷，该方式需要与其他技术配合应用才可以实现城域网的多方面需求。在城域网中采用OTN交叉设备，由OADM/ROADM实现波长级的调度和保护，由 OTN交叉设备完成子波长级（GE，2.5 Gbit/s）的调度和保护是一种比较可行的应用方式（见图4）。同时，还需要结合业务的未来发展情况，与其他正在发展中的城域网传送技术（如T-MPLS和PBT等）进行进一步的技术对比和成本分析，以便选择适合的建网方式。5、OTN与现有传送网络的关系5.1 OTN与现有SDH网络的关系国内运营商的现网部署有大量的SDH网络，包括线性系统、环网系统、1+1 MSP系统和基于ASON的网状网等。未来OTN网络与SDH网络可以有以下2种共存关系。a） 相互独立关系：OTN网络与SDH网络独立运行，承载不同类型的业务，原则上SDH网络仅用于承载小颗粒业务（小于GE），大颗粒业务（GE及以上颗粒）推荐直接用OTN承载。b） 客户服务关系：适用于OTN线路速率高于SDH线路速率的情况，可以提高链路资源的利用率；同时利用OTN网络的调度和保护能力，可以提高SDH系统的生存性。基于SDH的ASON与OTN网络在传送平面的关系与传统SDH网络一致，当OTN具备智能控制平面（称为基于OTN的ASON），两者的智能控制平面应该支持互通，在客户服务模型中还应该具备跨层次的保护恢复功能协调机制。5.2 OTN与现有WDM网络的关系国内现网部署有大量的WDM网络，这些WDM系统主要是线性系统，个别地区部署了少量固定OADM或者ROADM节点组成环网系统。由于早期技术限制，已经部署的传统WDM网络调度能力较差，虽然也采用了G.709封装结构，但是目前系统对接都是采用客户接口，OTN具有的强大OAM功能没有得到应用。未来WDM网络应该向基于OTN的WDM网络发展。首先应该完善WDM设备对OTN开销的处理能力，并采用OTUk白光口进行系统间对接。其次可采用OTN调度设备和现网WDM系统相配合的方式扩展WDM网络的灵活调度和保护能力。从降低网络建设和运维难度考虑，OTN网络的演进应首先在单域、单厂家网络内使用，与传统WDM系统对接可依旧采用SDH、以太网等业务接口，在设备标准化后可逐渐考虑在多域、多厂家环境使用。6、结束语目前，国内外主流运营商都非常关注OTN技术的发展和应用，多数运营商的WDM传输接口已经实现OTN功能。一些欧洲运营商在建网思路、标书需求等方面对OTN提出了明确要求，例如德国电信（DT）和意大利电信（TI）的网络设备招标需求中明确要求波分设备具有ODU1调度能力、并可扩展到ODU2调度，开始提出传送网全面OTN化的需求。同时，一些厂家正在进行ODU颗粒调度能力的研发，华为和Infinera等公司已经推出了基于ODU1交叉的商用设备并投入市场应用。因此，为了满足日益增长的IP业务的承载需求，适应传送网技术的发展趋势，我国通信行业应增加OTN技术的研发投入，加快OTN设备的研发、标准化和推广应用。二、光传送网标准化进展针对传送网发展的两个趋势，下面将从标准化的角度进行分析和研究。OTN技术是在SDH和WDM技术的基础上发展起来的，兼有两种技术的优点，从电域和光域来看，又可以分为OTH和ROADM两种方式。1、OTH技术和标准OTH的主要优势体现在：支持比SDH更加强大的维护管理能力；支持大颗粒业务的交叉和传送（ODU1ODU3）；组网不受传送距离限制，支持灵活组网、调度和保护恢复能力。存在的主要问题：不适合小颗粒容量业务调度，受器件的影响目前商用交叉矩阵的容量最大为320Gbit/s，因此调度业务量还不能太大，同时一些生存性相关的保护和恢复技术也正处在发展中。作为ITU-T提出的一项新技术，OTN在9年前开始了标准化的工作，目前已经形成了一套完整的体系结构，如图1所示。图1 ITU-T OTN标准体系OTH的标准体系可以分为以下几个方面。体系结构：G.871定义了光传送网建议的框架结构。G.872使用ITU-T建议G.805的建模方法描述了光传送网的体系结构，从网络角度描述光传送网功能，内容包括光网络的分层结构、客户特征信息、客户/服务器关联、网络拓扑和层网络功能提供光信号传输、复用、选路、监控、性能评估和网络生存性。结构和映射：G.709定义了光传送网络的网络节点接口，G.7041定义了通用成帧协议，G.7042定义了虚级联信号的自动链路容量调整方案。光传送网（OTN）接口（G.709）规范了在光传送网点到点、环形和网状网结构下的OTH支持的操作和管理，定义了在光网络子网内和子网之间的光传送网接口，包括OTH、支持多波长光网络的开销功能、帧结构、比特率、客户信号的映射格式等。功能特性方面：G.798定义了传输网络设备功能描述。这些功能包括光传输段终结和线路放大功能、光复用段终结功能、光通路终结功能、光通路交叉连接功能等。物理接口方面：G.959.1定义了光网络的物理接口，主要目的是在两个管理域间的边界间提供横向兼容性，IrDI规范了无线路放大器的局内、短距和长距应用。G.693定义了局内系统的光接口。规定了标称比特率10Gbit/s和40Gbit/s、链路距离最多2km的局内系统光接口的指标，目标是保证横向兼容性。网络性能方面：G.8251定义了OTNNNI的抖动和漂移要求，G.optperf定义了光传送网国际通道的误码和可用度性能参数，M.24OTN定义了光传送网投入业务和维护的误码性能目标和程序。网络保护方面：G.808.1定义了通用保护倒换技术要求，G.873.1和G.873.2分别定义了ODUk线性保护技术要求和共享保护环技术要求。网络安全方面：G.664定义了光传送网安全要求。国内在OTH方面的标准化工作已经开始，结构和映射、物理接口、网络安全等方面已经制定了相关标准，网络保护、网络性能等方面的标准需要进一步完善。OTH经过多年的发展，目前还没有在网络中得到广泛的应用，这与现有网络的业务需求有关，与OTH技术本身一些亟待解决的问题也有关。例如：目前以支持ODU1的交叉为主，目前交叉容量为320Gbit/s，对于大容量系统显然还是不够的，需要进一步扩大交叉容量；同时在交叉颗粒方面也需要向ODU2/ODU3的颗粒逐步演进；另外，由于ODU容器与数据业务的映射颗粒不是完全匹配，解决GE/10GE/40GE/100GE等以太网业务的高效透明传送也是一个问题；利用OTH的开销等进一步完善保护恢复功能也是下一步的课题。随着业务的进一步发展，OTH与智能控制平面的结合也是需要从发展角度考虑的问题。2、ROADM技术和标准ROADM作为一种可重构的光分叉复用设备，近年来得到了业界的广泛重视，它的主要优势体现在：可以实现纯光域组网，业务透明性好；无OEO变换，可降低网络成本；波长级的处理粒度，适合大颗粒业务，如10Gbit/s、40Gbit/s的传送；支持灵活组网、业务调度能力；易于网络扩展，随业务扩展而逐步增加投资；易于网络规划，适合多种网络拓扑（链路/环网/