OTN技术体系介绍

1、一.OTN技术体系介绍1. 概述从1998年ITU-T正是提出OTN的概念到现在，OTN勺标准体系已经完善，技术也 已经成熟。OTN标准体系主要由如下标准组成：G.872:定义了光传送网的网络架构。采用基于G.805的分层方法描述了 OTN的功能结构，规范了光传送网的分层结构、特征信息、客户 / 服务层之间的关联、网络拓 扑和分层网络功能，包括光信号传输、复用、选路、监控、性能评估和网络生存性等G.709:其地位类似于SDH体制的G.707。定义了光网络的网络节点接口。建议规范了光传送网的光网络节点接口，保证了光传送网的互连互通，支持不同类型的客户 信号。建议主要定义光传送模块 n（OTM-n

2、） 及其结构，采用了 “数字封包 ”技术定义各种 开销功能、映射方法和客户信号复用方法。通过定义帧结构开销，可以实施光通路层 功能，例如保护、选路、性能监测等； 通过确定各种业务信号到光网络层的映射方法， 实现光网络层面的互联互通，因为未来的光网络工作在多运营商环境下，并不仅仅是 各业务客户信号接口的互通。其地位类似于SDH体制的G.707。G.798:建议采用G.806规定的传输设备的分析方法，对基于G.872规定的光传送网结构和基于 G.709 规定的光传送网网络节点接口的传输网络设备进行分析。定义 了 OTN的原子功能模块，各个层网络的功能，包括客户/服务层的适配功能、层网络的 终结功能

3、、连接功能等。其地位类似于SDH体制的G.783。G.7710：通用设备管理功能需求，适用于 SDH OTNG.874: OTN网络管理信息模型和功能需求。G.7710：描述 OTN的五大管理功能（FCAPS Fault故障、Con figuration配置、Accounting 计费、 Performance 性能、 Security 安全）。G.808.1 ：通用保护倒换 -线性保护，适用于 SDH、 OTN。G.873.1 :定义了 OTN线性（linear ）ODUk保护。ODUk保护。未正式发布G.8251 ：根据 G.709 定义的比特率和帧结构定义 了 OTNNNI 的抖动和漂移

4、要求。G.8201:定义了 OTN误码性能。OTN物理层特性在G.959.1及G.664等中规定。下面将主要介绍一下 OTN的网络架构（G.872）及接口（ G.709）。图2.1-1 OTN标准体系。2. OTN网络架构G.872 (architecture of optical transport networks)主要包含三个方面的内容：一是光传送网络的分层结构，二是网络管理，三是生存性技术。2.1光传送网分层结构光传送网络共分为三层：光信道层、光复用段层和光传送段层见图2.2.1-1。图2.2.1-1 OTN 分层结构1、光信道层 (Optical channel layer) :为各

5、种客户 信号(如 SDH STM-N cell-based ATM GE等)提供透明的端到端的光传输通道，提供包括：连接、交叉调 度、监测、配置、备份、和光层保护与恢复等功能。主要功能：(1) 光信道的重新连接功能(optical cha nnel conn ecti on rearra ngeme nt)以保证网络路由的灵活性(2) 光信道层包头的处理(3) 光信道层的操作、维护、管理由于目前光元器件技术水平的限制，光信道层的功能无法全部在光层完成，为此，G.872 增加了 OTN的电层(Digital OTN layered Structure ):(1) OTU 层(Optical ch

6、a nnel Tran sport Unit):在 OTN 网络的两个3R(Reamplification, Reshaping and Retiming)点之间传输 ODU言号。(2) ODlg( Optical channel Data Unit ):为客户信号提供端到端的传输。2、 光复用段层（Optical multiplex section layer）:支持波长的复用，以信道 的形式管理每一种信号。提供包括波分复用、复用段保护和恢复等服务功能。主要功能：（1）光复用段层包头处理（2）光复用段层的操作、管理、维护3、 光传送段层 （Optical transmission secti

7、on layer network）:为光信号在 不同类型的光媒质（G652、G653 G655光纤等）上提供传输功能，光传输段层用来确 保光传输段适配信息的完整性，同时实现光放大器或中继器的检测和控制功能。（1）光传送段层包头处理（2）光传送段层的操作、管理、维护OTNS次结构及信息流之间的关系见图2.2.1-2 。图2.2.1-2 OTN层次结构及信息流之间的关系2.2光网络管理G.872针对OTN提出的光网络管理需求主要包括八个方面：1、连续性监视2、连通性监视3、维护信息4、信号质量监测5、适配管理&保护控制7、子网/级联/未用连接监测8、管理通信表2.2.2-1 光网络管理需求管理能力

8、过程功能网络层次OCHOMSOTS连续性监视连续性丢失检测TTRRR连通性监视路径踪迹识别TTRNRR维护信息前向检测显示TTRRR后向检测显示TTRRR后向质量显示TTFFSFFSFFS信号质量监测性能监视TTRFFSR适配管理净负荷类型显示ARFFSFFS保护控制自动保护倒换规程A/TFFSFFSNR管理能力过程功能网络层次OCHOMSOTS子网/级联/未用连接监测连接监测A/TFFSFFSFFS管理通信信息通道ANRFFSR辅助通道ANRNRO操作者规范ANRNRR国家使用ANRNRFFSR:需要 Required;NR 不需要 Not required;O:可选择 Optional;F

9、FS:待研究 For furtherstudy;NA 不适用 Not applicable;TT：路径终端功能Trail terminal function; A:适配功能adaptation function;A/T:过程可分配给一个或多个功能，分配待研究The process can be allocatedto one or more functions and the allocation is for further study.；P： 端至 U端通道End-to-endpath2.3光网络生存性技术2、基于ODUkODU的线性保护。3、基于ODUk的环网保护：用于分布式业务环型组网

10、，通过占用 2个ODUkffi道实 现对所有站点间业务的保护。类似 SDH勺MSP呆护。4、波长共享保护（基于光通道的环网保护）：用于分布式业务环型组网，通过占用2个光通道实现对所有站点间业务的保护。类似SDH勺MSP保护。3. OTN帧结构、映射及开销3.1网络接口G.709定义了 2类网络接口：域间网络接口（ IrDI ）和域内网络接口（ IaDI ）。图2.3.1-1 OTN 网络接口示意图不同管理域之间的接口为IrDI ,具有3R再生能力；同一管理域之间的接口为IaDI 在ITU标准中IrDI接口是一个完全标准化的接口，而IaDI不是一个具备互通性的标准接口。3.2 OTN信号的映射及

11、复用3.2.1 OTN信号速率G.709 为 OPUk ODUk OTUk各分别规定了 3 种速率，见表 2.3.2OPUk、ODUk OTUk的 帧频见表2.3.2-4 。表2.3.2-1 OTUk 类型及速率表2.3.2-2 ODUk 类型及速率表 2.3.2-3 OPUk 类型及速率表 2.3.2-4 OTUk/ODUk/OPUk 帧频255/238x2488320kbit/s 可以参考后文 OTUk的帧结构及 STM-N客户信号的映射。对于 OTU1 帧长 4080x4 个字节，净荷长度 3808x4 个字节（4080x4）/（3808x4） =255/238。对于OTU2帧长4080

12、x4个字节，由于插入了帧定位字节 FAS净荷长度（3808-16）x4 个字节， 4080/（3080-16） =255/237）3.2.2 OTN 信号的映射及复用1、电层信号的映射及复用各种客户层信息经过光信道净荷单元 OPUk/OPUK-X啲适配，映射到 ODUI中，然 后在ODUk OTUk中分别加入光信道数据单元和光信道传送单元的开销，再映射到光通道层OCh调制到光信道载波 OCC上。电层信号的映射及复用见图 232-1 。图 2.3.2-1 电层信号的映射及复用2、光层信号的映射及复用多至n（n 1）个OCCr使用波分复用被复用进一个OCG-nr.m 中，OCGnr.m 中的OCC

13、r支路时隙可以具有不同的容量； 对于完整功能的 OTMh.m接口，OSC 通过波分复用被复用进 OTM-n.m中。光层信号的映射及复用见图 232-2。图232-2光层（OTM信号的映射及复用3.2.3电层（OPUk ODUk OTUk信号的帧结构及开销G.709 定义的帧结构如下：光信道净荷单元（OPUk :实现客户信号映射进一个固定的帧结构（数字包封） 的功能，包括但不限于 STM-N IP分组，ATM信元，以太网帧。光信道数据单元（ODUk :提供与信号无关的连通性，连接保护和监控等功能， 这一层也叫数据通道层。光信道传送单元（OTUkV）:提供FEC，光段层保护和监控功能，这一层也叫数

14、 字段层。图 2.3.2-3 电层帧结构图各开销字节如下图:图 2.3.2-4 电层开销字节示意图（1）FAS:帧定位单元FAS（第一行1-6列）；（2） MFAS:复帧定位MFAS单元（第一行第7列）；最多支持由256个帧构成 的复帧（3）SM:段监视：SM的字段的结构见图 2.3.3-3（TTI :路径跟踪标识，提供链接监测功能，SAPI-源接入点标识，DAPI-宿接入点标识，这两个标识必须全球唯一，以便于全网的管理和运营）BIP-8 :比特间差奇偶校验8位码，一种误码检测方式，SDH也是采用这种误码检 测方式。BEI:后向错误指示。向上游节点提供信号误码指示。用来统计采用BIP-8检测出

15、来的误码块的数量。BDI:后向缺陷指示。向上游节点提供信号失效（SF）信息IAE:入局帧定位错误。向它对应的出口节点提供帧定位错误警告。图 2.3.2-5 SM 字段结构GCC0通用通信通道。RES预留字节TCM ACT连接监视的激活和去激活；TCM1-6：6 层的连接监视；同 PMFTFL:故障类型和故障定位；PM通道监视。作用与SM类似，只是所在层次不一样。PM字段的结构见图233-4 。 相比SM字段的结构，多了 STAT字段，STAT字段用于指示维护信号。图 2.3.2-6 PM 字段结构EXP试验用字节GCC1 通用通信通道GCC2 通用通信通道APS/PCC 自动保护倒换和保护通信

16、信道字节；JC:码速调整控制；JC、NJO PJO三个字节由映射过程产生，映射表见G.709 oPSI :载荷结构标识，256字节的复帧结构，其中 PSI0为PT字节，用于指示客 户信号类型（如04为ATM 05为GFP详细情况可参考 G.709），其余字节为保留字 节。NJO用于正码速调整；PJO用于负码速调整3.2.4 OOS （ OTM Overhead Signal ）G.709提出了 OOS的功能需求（见图2.3.3-1 ），并未具体规定具体的 OOS帧结构、速 率及实现标准。图232-7 OOS 中OTS OMS OCh开销字节示意图BDI: Backward Defect Ind

17、icationFDI-O: Forward Defect Indication - OverheadFDI-P: Forward Defect Indication - PayloadOCI: Open Connection IndicationPMI: Payload Missing IndicationTTI: Trail Trace Identifier3.2.5 OTN 的虚级联OPUk-Xv其中k=1.3 , X=1.256，即最多支持 256个OPUk的虚级联。虚级联的 主要用途：(1) 通过虚级联来传送 STM-64或STM-256通过OPU1-4V传送STM-64,通过OPU2

18、-4V 或 OPU1-16V 传送 STM-256 等(2) 实现灵活的带宽调整：通过 OPU1-XVOPU2-XV OPU3-XV 提供 X * 2.5 G10G、40G 带宽；通过 LCAS ( Link Capacity Adjustment Scheme)提供链路带宽自动调整，业务经过两个或多个不同的路由，以提高业务安全性。3.2.6 客户信号的映射3.2.6.1 STM 16/64/256 信号的映射G.709提供两种STM-N的映射方式：1、 异步映射：OPUk信号由OTN设备本身的时钟产生，与 CBR信号无关，并使用正/负/ 零调整机制以容忍一定的频偏；2、比特同步：OPUk时钟

19、来自于CBF客户信号，不使用 OPUk帧内的调整能力；目前大 部分厂家采用比特同步方式。STM 16/64/256 信号至 OPU1/2/3 的映射图分别见图 2.3.2图 2.3.2-8 STM-16 映射至 OPU1图 2.3.2-9 STM-64 映射至 OPU2图 2.3.2-10 STM-256 映射至 OPU33.2.6.2 ATM 信号的映射ATM信元是固定长度的53个字节(其中包头 5个字节，净荷48个字节)，OPUk 的净荷长度是15232个字节(=4*3808)，OPUk的净荷长度不是 ATM信元长度的整数 倍，在映射时，ATM信元可能跨越 OPUk帧边界。图 2.3.2-

20、11 ATM 信号映射至 OPUk3.2.6.3 GE/10GE/40GE/100GE 客户信号的映射G.709只规定了 STM-N ATM等信号的映射，并未规定 GE/10GE/40GE/100GE客户信号 的映 射 。 下面结合目 前 各厂家的 实现技术及最新标准的 发展， 分别介绍GE/10GE/40GE/100GE客户信号的映射。1、GE客户信号目前对于 GE 业务如何映射到 OPU 中的方式还没有统一的标准规定，各厂家采用的方 式都各不相同，大致可以分为两大类：(1) 通过GFP协议将GE业务映射到STM- N中，之后再映射到 OPU中，比如：A、GE-GFP-F-VC4-8C-ST

21、M-64-OPU2-ODU2-OTU2B、GE-GFP-F-VC4-7C-STM-64-OPU2-ODU2-OTU2(2) 通过GFP协议将GE业务映射到 OPU1/OPU2时隙，比如：A GE-GFP-F/T-OPU1 时隙-OPU1- ODU1-OPU2-ODU2-OTU2每个 OPU1 被等分 为16个时隙，一个 GE占用7个时隙，OPU1中可封装2个GE业务。B、GE- GFP-T-OPU2时隙一OPU2-ODU2-OTU2每个 OPU2 中封装 8 个 GE 业务。第一类方案属于比较常规的方法，易于实现厂家之间的互通。但是从GE到OPU需 要经过SDH这个中间环节，因此必须配置SDH

22、成帧器，造成成本增加且效率降低。第二类方案直接将 GE映射到OPU时隙中，减少了 SDH成帧环节，降低成本，提 高了效率。另外一种可能的方式是采用 GFP 扩展头所支持的多通道复用功能，可以实现将多 个GE信号复用到一个 OPU中。这种方式同样可以减少SDH层的处理，提高效率。2、10GE客户信号ITU-T G.Sup43 描述了 OTN以ODU2或非标准类似 ODU2帧格式传送10GELAN信 号的几种不同的方式，简单描述如下：(1) 标准映射：采用标准 ODU2帧格式和速率A、以STM-64形式传送10G base-W (WAN PHY)，再映射为 OPU2格式IEEE 802.3 定义了

23、用于兼容 SDH速率的 WAN接口，ITU-T G.707 定义了该数据 映射为SDH的格式，该接口时钟精度土 20 ppm根据ITU-T G.709定义的映射方法通 过ODU2传送。该方式不能满足 MAC帧满带宽传送。B、以GFP-F方式将10G base-R ( LAN PHY仅有效载荷部分映射为 OPU2格式该方式接收端终结 64B/66B线路码、前同步码、SFD和IPG，通过GFP-F封装后 的信号直接映射到OPU2容器。该方式可实现MAC帧满带宽传送，但不能提供前同步 码、 SFD、 IPG 等透明传送。(2) 非标准映射：采用非标准类似ODU2帧格式A、以比特透明方式将 10G b

24、ase-R信号映射为OPU2e格式该方式采用CBR10G信号映射到OPU2的方案，通过提高帧频的方式将10GbE LANPHY信号映射到 0PU2e 0TU2e信号标称速率11.0957 Gbit/s 。该方式可实现全比特透明传送，但由于以太网信号定时容差土100 ppm,因此ITU-T G.8251规定的有关抖动和漂移的标准控制方法不能适用。B、以比特透明方式将 10G base-R信号映射为OPU1e格式该方式采用CBR2G5信号映射到OPU1的方案，通过提高帧频的方式将10GbE LANPHY信号映射到 OPU1e OTU1e信号标称速率11.0491 Gbit/s ，与方式一的区别是占

25、 用了固定填充字节。该方式可实现全比特透明传送， ITU-T G.8251 规定的有关抖动和 漂移的标准控制方法不能适用。C、以G.709比特率兼容信息透明方式传送有效载荷和前同步码10GELANMAC帧采用GFP-F封装。由于10GbELAN信号不传输定时和同步信息， OPU 开销中的 “映射和串联 ”比特（第 15 列第 1、 2、 3 字节和第 16 列所有字节）可 被用于数据承载；从而实现MAC帧满带宽传送和前同步码透传，但不支持IPG透传以及定时和同步信息的传送。3 40GE 客户信号目前IEEE对40GE的速率和帧结构还没有完成最终定义， ITU-T对40GE的映射 结构也还没有完

26、成标准化， IEEE 802.3 HSSG 和 ITU-T SG15 Q11 正在讨论的 40GE 映 射方式有三种：方式一：限制 40GE MAC速率到38.9 Gbit/s或者更低；方式二：采用比64B/66B更有效的编码方式保持 40.0 Gbit/s的MAC速率；方式三：采用编码转换的方式，64B/66B编码实现 40.0 Gbit/s 的MAC速率，在映射到OPU3之前将其转换为更有效的编码方式（如512B/513B），目前该方式虽然在ITU-T SG15Q11 没有最终达成一致意见， 但2007 年10 月中间会议， 同意写入 G.709LL。鉴于以上情况，我们相信在 2010 年

27、 40GE 相关标准制定的时候， 40GE 如何映射 到ODU3帧结构将有一种标准的方式。具体实现方式待研究。4 100GE 客户信号100G 以太网的标准还在 IEEE 802.3 HSSG 研究中，没有最终完成，将于 2010 年 同 40GE 标准 一起推出 。对于 100GE 的传 输，除了 线路单波速 速率随之 增长到 100Gbit/s 以上的解决方案以外，业界还在积极考虑采用OTN 虚级联的方式支持100GE传输。ITU-T 也在这两个方面努力：一方面在推动新的OPU4/ODU4/OTU速率和帧结构的定义；另一方面还在研究 OPU2-11V、OPU3-3v虚级联方式来支持100G

28、E业 务的映射和传送。具体实现方式待研究。5、GFP封装映射GFP是G.7041规定的一种把任意包信号封装到固定速率信号 （例如，OPUk上的一 种通用方法。GFP帧为可变字节长度，在映射时， GFP帧可能跨越OPUk帧边界。对于 GE业务可以采用 GFP封装。图232-12 GFP 封装映射至OPUkGFP封装可以分为GFP-T（透明映射）和 GFP-F （帧映射）两种方式。 GFP-F把客户帧 映射成它自己的 GFP格式，GFP-T对客户代码解码，然后映射成为一固定长度的GFP格式，在没有接受完一帧信号时就可以立即把数据传输出去。这两种方式的主要区别 如下：（1）传送时延：由于透明映射不需

29、要缓存一帧，对帧进行结构处理，使处理时延很 小,适合FC ESCO等通道性业务。（2） 处理方式：帧映射方式是将业务的MAC层数据重新映射到 GFP包中，因此接受 业务包，需要识别帧头帧尾和一些控制字符，因此对于帧映射方式需要识别接收的业务类型；对于透明映射方式，只根据 8B/10B编码，识别是数据还是控制 字，因此透明映射方式可以满足符合8B/10B编码的任何业务。（3） 帧格式区别：帧映射方式按照包方式处理业务，映射的GFP包长根据输入业务 包长决定，因此包长可变；透明方式则是映射到固定包长中。4. 小结1、通过上述对 OTN技术体系的研究，SDH WDM OTN三种技术体系对比如下：表2

30、.4-1 OTN、SDH WDM技术体系对比技术体系OTNSDHWDM分层结构ODUk（电通道层）、OTUk（电复用段 层）、Och（光通道层）、OM（光复用段层）、OTS （光传送层）通道层、复用段、再生段光通道层、光复用段层、光传送层复用及映射OPU1 OPU2 OPU3及其映射复用 关系，OTN中进入OPU的可能是STM-16 STM-64 G比特以太网 等VC-12、VC-3、VC-4等不同速率的虚容器及其复用映射关系，SDH中进入虚容器的是 PDH或者 是低速率的以太网信号等开销字节GCCGCC2D1 D12APS/PCCK1、K2FASA1、A2SM PMJ0、BIP-8PSIC2TCM16N1光监控通路OSC 1510nmOSC 1510nm生存性技术基于光通道的1+1和1:n保护基于ODUI勺勺1+1保护和1:n保护通道保护环，1+1和1 : n保护基于ODUI勺勺环网保护复用段保护环基于光通道的环网保护传统光层保护（OCP/OLP/OMSP）传统光层保护（OCP/OLP/OMSP）其他技术FEC掺铒光纤放大技术、拉曼放 大技术等FEC掺铒光纤放大技术、拉曼放大技术等从分层结构上看，相比 SDH OTN由于光纤信道可以将复用后的高速数字信号经过多个中间结