第4章光传送网技术

1、第第 四四 章章 光光 传传 送送 网网 技技 术术OTN (Optical Transport Network) 光传送网(OTN)是继PDH、SDH之后的新一代数字光传送技术体制，它能解决传统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以多波长传送、大颗粒调度为基础，综合了SDH的优点及WDM的优点，可在光层及电层实现波长及子波长业务的交叉调度，并实现业务的接入、封装、映射、复用、级联、保护/恢复、管理及维护，形成一个以大颗粒宽带业务传送为特征的大容量传送网络。 本章将介绍光传送网的特点与分层结构，重点讲述光传送网的核心技术G.709标准中的数字包封技术。 O

2、TN是指为客户层信号提供光域处理的传送网络，是指为客户层信号提供光域处理的传送网络，主要功能包括传送、复用、选路、监视和生存性功能主要功能包括传送、复用、选路、监视和生存性功能等。等。OTN处理的最基本的对象是光波长，客户层业务处理的最基本的对象是光波长，客户层业务以光波长形式在光网络上复用、传输、放大，在光域以光波长形式在光网络上复用、传输、放大，在光域上分插复用和交叉连接，为客户信号提供有效和可靠上分插复用和交叉连接，为客户信号提供有效和可靠的传输。的传输。主要特点：主要特点：1多种客户信号封装和透明传输多种客户信号封装和透明传输基于基于ITU-T G.709的的OTN帧结构可以支持多种客

3、户信号帧结构可以支持多种客户信号的映射和透明传输，如的映射和透明传输，如SDH、GE和和10GE等。目前对等。目前对于于SDH和和ATM可实现标准封装和透明传送，但对于不可实现标准封装和透明传送，但对于不同速率以太网的支持有所差异。同速率以太网的支持有所差异。41 光传送网的特点光传送网的特点2大颗粒的带宽复用、交叉和配置大颗粒的带宽复用、交叉和配置OTN目前定义的电层带宽颗粒为光通道数据单元（ODUk，k=1,2,3），即ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)和ODU3(40Gb/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

4、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。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。3强大的开销和维护管理能力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光通道(OCh)层的OTN帧结构大大增强了该层的数字监视能力。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，采取端到端和多个分段同时进行性能监视的方式成为可能。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。4增

5、强了组网和保护能力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，改变了基于SDH VC-12/VC-4调度带宽和WDM点到点提供大容量传送带宽的现状。前向纠错（FEC）技术的采用，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。 42 光传送网的分层结构光传送网的分层结构 定义成一种三层网络结构 光通道层光通道层(OCh）、光复用段层光复用段层(OMSn）和

6、光传输段层光传输段层(OTSn） 光通道层光通道层（Optical Channel Layer，OCh）光通道层为数字客户层信号提供端到端的透明光传输。根据G.709的建议，OCh层又可以进一步分为三个子层，分别是光通道的净荷单元(OPUk）、光通道的数据单元(ODUk)和光通道的传输单元(OTUk)。这种子层的划分方案既是多协议业务适配到光网络传输的需要，也是网络管理和维护的需要。光通道层上应实现的功能光通道层上应实现的功能: 封装客户层信号，建立光通道. 处理光通道开销，为数字客户层信号提供端到端的透明光传输. 提供用于光通道的连续性监视和连通性监视。以保证创建预期的光通道，并且监视创建光

7、通道的工作状态和传输特性。 在网络故障情况下，通过重新选路或者直接把工作业务切换到预定的保护路由来实现网络业务的保护恢复。2. 光复用段层光复用段层 (Optical Multiplexing Section Layer, OMSn) 光复用段层为多波长信号提供网络连接功能，保证多波长光信号的完整传输。该层网络的功能包括： 1)光复用段层开销处理，保证多波长光复用段适配信息的完整性。 2) 实施光复用段监控功能，解决复用段生存性问题。 3) 实现光复用段层的操作和管理。3光传输段层光传输段层 (Optical Transmission Section Layer，OTSn)光传输段层为光复用段

8、的信号在不同类型的光媒质（如G.652, G.653, G.655光纤等）上提供传输功能。光传输段开销OTS的特征信息包括两个独立的逻辑信息：OMS层的适配信息和OTS路径终端专用的管理、维护。OTS层应具备的功能：1) 接收OMS层的适配信息，加入OTS路径终端开销，产生光监控信道，并把光监控信号与主信号复用在一起。路径终端功能以物理媒质上传输的信息为依据，保证光信号符合物理接口要求。2）接收传输段层网络信息，重新调节信息以补偿在物理媒质传输过程中产生的信号劣化，从主光信号中抽取光监控信道，处理光监控信道中包含的OTS路径终端开销，并把适配信息输出。3) 实现对光放大器或中继器的检测和控制。

9、4) 传输缺陷的检测和指示。5）传输质量的评估。光传送网的分层结构和连接类型4-2 光传送网的分层结构示意图光传送网的分层结构示意图 SDHNESDHNEOTSOCh电通信信道NE:网元终端 OXC:光交叉连接器 OADM：光分插复用器OA:光放大器 OCh:光通道 OMS:光复用段 OTS:光传输段OMSOTSOTSOAOAOXC/OADMOXC/OADM4.3 G.709标准中的数字包封技术标准中的数字包封技术 为在光层上提供快速的保护和恢复功能，并能实现为在光层上提供快速的保护和恢复功能，并能实现光路上的交换，针对光传送网的发展趋势，光路上的交换，针对光传送网的发展趋势， ITU-T推出

10、了推出了一系列标准，其中以一系列标准，其中以2001年年2月推出月推出G709建议具有重建议具有重大意义，它指出了光联网的技术基础。大意义，它指出了光联网的技术基础。G709建议的核建议的核心内容就是数字包封技术（心内容就是数字包封技术（DigitalWrapper），它定义），它定义了一种特殊的帧格式，将客户信号封装入帧的载荷单元，了一种特殊的帧格式，将客户信号封装入帧的载荷单元，在头部提供用于运营、管理、监测和保护的开销字节，在头部提供用于运营、管理、监测和保护的开销字节，并在帧尾提供了前向纠错（并在帧尾提供了前向纠错（FEC）字节。在光传送网中，）字节。在光传送网中，光传输段层、光复用段

11、层的开销信息和光通道层的非随光传输段层、光复用段层的开销信息和光通道层的非随路的开销信息可以用光监控信道（路的开销信息可以用光监控信道（OSC)来传送。来传送。 4.3.1 OTN的复用映射结构的复用映射结构1光传送模块的复用映射结构光传送模块的复用映射结构k=1对应对应2.5Gbit/sk=2对应对应10Gbit/sk=3对应对应40Gbit/sODU3OPU3OTU3V11ClientsignalODU2OPU2OTU2V11ClientsignalODU1OPU1OTU1V11Clientsignal1 1OCCrOChr1 1OCCrOChr1 1OCCrOChr1 1OCCOCh1

12、1OCCOCh1 1OCCOChOTS、OMS、OCh、COMMS、OH复用复用映射映射OTM-0.mOTM-0.mOCG-nr.mOCG-nr.mOCG-n.mOCG-n.mOTM-nr.mOTM-nr.mOTM-n.mOTM-n.m1 11 11 1i ij jk ki ij jk k1i+j+k nOSCOOS1 11 11 11 11 11 1k=1对应对应2.5Gbit/sk=2对应对应10Gbit/sk=3对应对应40Gbit/s图图4-4 一种电层复用映射结构一种电层复用映射结构ODUk复用复用例子：例子： 4个个ODU1信号复用成一个信号复用成一个ODU2，如图4-5所示。图4

13、-5表明了多路信号的四个ODU1到ODU2的复用.通过适配的ODU1信号是字节交错复用到OPU2净荷区，而他们的调整控制和机会字节（JC， NJO ）是字节交错复用到OPU2开销区。 一个ODU1浮动装入1/4 OPU2有效载荷区。图图4-5 4个个ODU1信号复用成一个信号复用成一个ODU21 1）光信道净负荷单元）光信道净负荷单元( (Optical Channel Payload Unit k)Optical Channel Payload Unit k) 光信道净负荷单元光信道净负荷单元(OPUk(OPUk）是为使客户层信息能够）是为使客户层信息能够在光信道层上传送提供适配功能，包括客

14、户层信息以在光信道层上传送提供适配功能，包括客户层信息以及用来适配客户层信息和光信道数据单元及用来适配客户层信息和光信道数据单元(ODUk)(ODUk)的净的净负荷速率而需要的所有开销信息。负荷速率而需要的所有开销信息。k k是与客户信号的速是与客户信号的速率有关的阶数（如图率有关的阶数（如图4-34-3所示所示ODU1ODU1，ODU2ODU2，ODU3ODU3）。）。2) 2) 光信道数据单元光信道数据单元(Optical Channel Data Unit k)(Optical Channel Data Unit k) 光信道数据单元光信道数据单元k k（ODUkODUk）是用来支持）是

15、用来支持OPUkOPUk的信息的信息结构，由结构，由OPUkOPUk的信息和光信道数据单元开销的信息和光信道数据单元开销(ODUk OH)(ODUk OH)组成。光信道数据单元支持嵌套的组成。光信道数据单元支持嵌套的1-61-6层的连接监视。层的连接监视。 3)光信道传送单元光信道传送单元 (Optical Channel Transport Unit k) 该层该层(OTUk)在一个或更多的光信道连接的基在一个或更多的光信道连接的基础上支持础上支持ODUk的信息结构，是由光信道数据单的信息结构，是由光信道数据单元元(ODUk),光信道传送单元的光信道传送单元的FEC域和光信道传域和光信道传送

16、单元的开销送单元的开销(OTUk OH)组成的。组成的。简化功能的简化功能的OTM-nr.m和和TM-0.m包括光物理段层（包括光物理段层（OPSn)、简、简化功能的光信道层化功能的光信道层(OChr),标准功能的光信道传送单元标准功能的光信道传送单元(OTUk/OTUkV)和光信道数据单元和光信道数据单元(ODUk)。 图图4-3显示了显示了OTM中各种不同信息结构单元间的关系及其映中各种不同信息结构单元间的关系及其映射和复用结构。根据射和复用结构。根据ITU-TG.709的建议，各种客户层信息的建议，各种客户层信息（SDH, ATM, IP,以太网等）可以按照一定的映射和复用结构接以太网等

17、）可以按照一定的映射和复用结构接入到入到OTM中。由图中。由图4-3可见，各种客户层信息经过光信道净荷可见，各种客户层信息经过光信道净荷单元单元k(OPUk)的适配，映射进一个的适配，映射进一个ODUk,然后在然后在ODUk和和OTUk中分别加入光信道数据单元的开销和传送单元的开销，再被映中分别加入光信道数据单元的开销和传送单元的开销，再被映射到光信道层（射到光信道层（OCh或或OChr），调制到光信道载波），调制到光信道载波(OCC或或OCCr)上。上。k=1对应对应2.5Gbit/s的速率，的速率，k=2对应对应10Gbit/s的速率，的速率，k=3对应对应40Gbit/s的速率的速率。

18、多个光信道载波（例如，多个光信道载波（例如，i个个40Gbit/s的光信号、的光信号、j个个10Gbit/s的光信号、的光信号、k个个2.5Gbit/s的光信号，的光信号，1 i+j+kn）被复用进一）被复用进一个光信道载波组（个光信道载波组（OCG-n.m或或OCG-nr.m）中，）中，OCG-n.m再加再加上光监控信道上光监控信道(OSC)后，构成光传送模块后，构成光传送模块OTM-n.m 。图。图4-4也也给出给出OTM-O.m和和OTM-nr.m的映射和复用结构。的映射和复用结构。 2 OTN 的信息结构的信息结构(information structure)G.709定义定义OTN完

19、全功能光传送模块（完全功能光传送模块（OTM-n.m）的信息结）的信息结构如图构如图4-6所示。从客户业务适配到光通道层（所示。从客户业务适配到光通道层（OCh），信号），信号的处理都是在电域内进行，包含业务负荷的映射复用、的处理都是在电域内进行，包含业务负荷的映射复用、OTN开销的插入，这部分信号处理处于时分复用（开销的插入，这部分信号处理处于时分复用（TDM）的范围。）的范围。首先光通道净负荷单元首先光通道净负荷单元OPUk将各种客户层的信息，如将各种客户层的信息，如IP、Ethernet和和STM-N等信号进行适配，加上等信号进行适配，加上OPUk的开销（的开销（OH）形成形成OPUk信

20、息，然后映射进一个光通道数据单元信息，然后映射进一个光通道数据单元ODUk加入加入光通道数据单元的开销，光通道数据单元的开销，1-6个个ODUk可以实现连接监视，再可以实现连接监视，再映射进传送单元映射进传送单元OTUk中，加入中，加入OTUk的开销，到光通道传送的开销，到光通道传送单元单元OTUk中，再被映射到光通道层（中，再被映射到光通道层（OCh或或OChr），调制），调制到光通道载波到光通道载波(OCC或或OCCr)上。上。k=1对应对应2.5Gbit/s的速率，的速率，k=2对应对应10Gbit/s的速率，的速率，k=3对应对应40Gbit/s的速率。的速率。OCCpOCCpOCCp

21、OCCpOCCpOCCpOCCpOCCp客户层客户层OPUk净荷净荷OHOPUkOPUkODUkOHODUk连接监视连接监视ODUkTCMOHTCMOH1 6 层层的的ODUk连接监视连接监视ODUkTCL1ODUkTCLmODUkTCMOHTCMOHTCMOHTCMOHODUkOChOTSn净荷净荷OMSn净荷净荷OCh净荷净荷OHOTUkV段段OHFECOMU-n.mOMU-n.mOCG-n.mOCG-n.mOTM-n.mOTM-n.mOMSnOMSnOHOTSnOTSnOHOTMCOMMSOTM-n.m的信息结构和包容关系的信息结构和包容关系OOSOCCpOCCpOCCpOCCpOCCp

22、OCCpOCCpOCCp客户层客户层OPUk净荷净荷OHOPUkOPUkODUk通道通道OHODUk连接监视连接监视ODUkTCMOHTCMOH1 6 层层的的ODUk连接监视连接监视ODUkTCL1ODUkTCLmODUkTCMOHTCMOHTCMOHTCMOHODUkOChrOMSn净荷净荷OCh净荷净荷OHOTUkV段段OHFECOCG-nr.mOCG-nr.mOTM-nr.mOTM-nr.m图图4-7 OTM-nr.m的信息结构和包容关系的信息结构和包容关系OCCpOCCp光信道净荷单元的帧结构光信道净荷单元的帧结构如图如图4-8所示，包括所示，包括4行行3810列，列，共共4X381

23、0个字节，主要包括光信道净荷单元的开销和净个字节，主要包括光信道净荷单元的开销和净负荷。负荷。JCJC用于码速调整控制用于码速调整控制NJO :NJO :负码速调整负码速调整PJO :PJO :正码速调整正码速调整PSI :PSI :载荷结构标识载荷结构标识PT :PT :载荷类型标识载荷类型标识图图4-8光信道净荷单元的帧结构光信道净荷单元的帧结构RESRESRESRESRESRESPSIPSIJCJCJCJCJCJCNJONJO PJOPJO1 2 3 4 5 6 7 8JCJCJCJCPTPTRESRES15 16 17 181 2 3 40 1 225 3824行行保留保留PSIPSI

24、 OPUkOPUk净荷净荷OPUkOPUk OHOH图图4-9 光通道数据单元的帧结构光通道数据单元的帧结构1234114 15 16 173824ODUk开销开销 ODUk 净荷净荷( (43808byte)开销开销OPUk帧定位帧定位OTUk开销开销ODUk向OTUk的帧同步映射123414 15 16 1714 15 16TUk开销开销 ODUk 净荷净荷( (43808byte)1234114 15 16 1714 15 16 173824ODUk开销开销 ODUk 净荷净荷( (43808byte)开销开销OPUkOPUk开销开销 OTUk FEC( (42

25、56byte)ODUk开销开销如图所示，光信道传送单元的开销与光信道数据单元如图所示，光信道传送单元的开销与光信道数据单元是部分共享的，是部分共享的，光信道传送单元的专用开销包括：光信道传送单元的专用开销包括：SM（段监视）和通用通信通道（段监视）和通用通信通道（GCC0)。预留了两个字。预留了两个字节节(RES)用作未来国际标准化使用。用作未来国际标准化使用。光信道传送单元光信道传送单元(OTUk）的开销）的开销1234567811129101314FAS 帧定位字节帧定位字节MFASMFASSM 段监视段监视GCC0RES1通用通通用通信通道信通道预留预留OTUk的开销的开销 光信道数据单

26、元的帧结构光信道数据单元的帧结构如图所示，包括如图所示，包括4行行3824列，列，主要包括光信道数据单元的开销、净负荷和主要包括光信道数据单元的开销、净负荷和OPUk的开的开销。块状帧结构中前销。块状帧结构中前14列，除第一行的第列，除第一行的第1-7列是与列是与OTUk共享的帧定位字节、共享的帧定位字节、8-14列用于承载列用于承载OTUk的专的专用开销外，其他都用来传送光信道数据单元的开销。用开销外，其他都用来传送光信道数据单元的开销。光信道数据单元的帧结构光信道数据单元的帧结构1234114 15 16 173824ODUk开销开销 ODUk 净荷净荷( (43808byte)开销开销O

27、PUk帧定位帧定位OTUk开销开销光信道数据单元的开销光信道数据单元的开销如图所示，帧定位信号是与光信道传送单元如图所示，帧定位信号是与光信道传送单元共享的，第共享的，第2- 4行的第行的第1-14字节是字节是ODUk的专用开销，主要用于：的专用开销，主要用于：6层的连接监视（层的连接监视（TCM1-TCM6）、通道监视）、通道监视(PM) ,连接监视的激活和连接监视的激活和去激活开销去激活开销(TCM ACT),自动保护倒换和保护通信信道字节自动保护倒换和保护通信信道字节(APS/PCC）、可以动态地创建与去除通道的通用通信通道字节）、可以动态地创建与去除通道的通用通信通道字节（GCC 1和

28、和GCC2 ),测试测试(EXP)和故障类型及故障定位和故障类型及故障定位(FTFL),此外预此外预留了留了9个字节用于未来的国际标准化。个字节用于未来的国际标准化。 1 2 3 4 5 67 8 9 10 11 1213 14 15 161234帧定位信号帧定位信号OTUk开销开销RESTCMACTTCM6TCM5TCM4TCM3TCM2TCM1PMAPS/PCCGCC1RESEXPFTFLOPUk开开 销销GCC2光信道数据单元的开销光信道数据单元的开销4.3.2 OTN设备情况设备情况在2006年12月的ITU香港世界电信展上，华为首次展示了OSN系列OTN设备，是全球第一款集成全部WDM能力的智能OTN传送和交换系统，产品引起海内外运营商的广泛关注。随后，华为在2007年3月欧洲C5论坛上进行了全球正式商用发布，5月份在江苏电信举办了OTN全球现场会。如今，OTN设备已经实现了海内外主流运营商的规模部署，其稳定性、可靠性得到了充分验证。华为OSN系列OTN产品包括OSN6800、OSN3800和OSN900，形成了从城域接入到干线完整统一的OTN方案。新一代OTN设备，结合了WDM的容量、长距传输和OTN的灵活性、可管理性的优势；系