OTN设备组网与应用

OTN设备组网与应用李文耀内容提要OTN概念OTN帧结构与复用OTN设备OTN组网OTN的保护与恢复OTN（光传送网）ROADMROADM是相对于DWDM中的固定配置OADM而言，其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主要分为二维（支持两个主光线路方向）和多维（支持3个以上的主光线路方向）模式。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。而且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。OTH（光传送系列）一般来说，OTH设备主要指具备波长级电交叉能力的OTN设备，其主要完成电层的波长交叉和调度。交叉的业务颗粒为ODUk（光通道数据单元），速率可以是ODU1（2.5Gb/s）、ODU2（10Gb/s）和ODU3（40Gb/s）。G.709封装与复用G.709是ITU-T为了满足OTN设备基于波长的业务调度和端到端管理而定义的封装协议，定义了OTN光通道层的帧结构和各个层网络（传送网可分为光传输段OTS层、光复用段OMS层和光通道OCh层）的开销功能；并且定义了客户业务到OTN的映射处理方式。OTN子层G.872将OTN划分为OCh、OMS、OTS三层，三层分别与SONET/SDH的通道、线路和段子层的结构和概念类似OTN子层数据结构

G.872同时将OCh层又划分为OPU（光通道信道净荷单元）、ODU（光通道数据单元）、OTU（光通道传输单元）3个子层，OPU用以映射客户信号及相应的开销；ODU用于净荷单元的通道层连接；OTU用于段层连接的性能监测和传输的误码纠错。OTUk帧结构业务净荷经过了OPUk、ODUk、OTUk三层封装最终形成了OTUk单元，而OTUk（K=1、2、3）的帧结构由G.709定义，OTU1、OTU2和OTU3的速率分别约为2.5Gbit/s、10Gbit/s、40Gbit/s。OTUk帧采用标准4行4080列帧格式。头部16列为开销字节，尾部255列为FEC校验字节，中间3808列为净荷。头部开销字节的第一行1～7列为帧定位字节，8～14字节为OTUk开销字节，第2～4行1～14列为ODUk开销字节，第15、16列为OPUk开销字节。对于不同速率的OTUk信号，即OTU1、OTU2和OTU3具有相同的帧长，即都是4×4080个字节，但每帧的周期是不同的，这跟SDH的STM-N帧不同。SDHSTM-N帧周期均为125us，不同速率的信号其帧长是不同的。OTUk帧结构OTUk帧结构光通道净荷单元（OPUk）OPUk包括客户信号净荷和将客户信号映射到净荷单元所需要的开销。任意类型的客户信号都可封装到净荷单元，最常见的如SDH/SONET、ATM、以太网、IP等。光通道数据单元（ODUk）ODUk包括OPUk和提供通道层连接监控功能的相关开销。其中PM开销和TCMi（i=1～6）开销通常用于故障监测。光通道传输单元（OTUk）OTUk包括ODUk和附加的FEC及开销。OTUk提供误码纠错和段层连接监控功能。SM、PM、TCMi开销定义SM、PM、TCMi（i=1～6）开销通常用于故障监测SM、PM、TCMi开销定义TTI：路径踪迹标示SAPI：源接入点标示；DAPI：目的接入点标示。相关告警：TIM，踪迹失配指示，当接收的TTI与期望值不一致时产生。BIP-8：bit奇偶间插字节相关告警：SD，信号劣化。相关性能：CV，误码计数，当接收的BIP_8与本地不一致时产生。BEI：后向误码指示相关告警：BEI_SD，后向信号劣化。相关性能：BEI_CV，后向误码计数。IAE：输入定位错误相关性能：IAES，输入定位错误秒，当SM的IAE开销为1或TCMi的STAT为010时产生。BIAE：后向输入定位错误相关性能：BIAES，后向输入定位错误秒，当BIAE开销为1011时产生。BDI：后向缺陷指示相关告警：BDI，后向缺陷指示，当BDI开销为1时产生。STAT：PM和TCMi的状态字节相关告警1：ODUK_AIS，告警指示信号。当接收的STAT开销为111时产生该告警。相关告警2：ODUK_OCI，连接断开指示。当接收的STAT为开销110时产生该告警。相关告警3：ODUK_LCK，连接锁定指示。当接收的STAT开销为101时产生该告警。相关告警4：LTC，串型连接丢失。当TCMi的STAT开销为000时产生该告警。OTN与SDH帧结构比较从G.709的帧结构可以看到，其帧格式与SDH的帧格式相类似，同样是通过引入大量的开销字节来实现基于波长的端到端业务调度管理和维护功能。业务净荷经过了OPU、ODU、OTU三层封装最终形成了OTUk单元，在OTN系统中，以OTUk为颗粒在OTS中传送，而在OTN的O/E/O交叉时，则以ODUk为单位进行波长级调度。相比与SDH帧结构，G.709的帧结构要更为简单，同时开销更少。由于不需要解析到净荷单元，所以OTN系统可以较容易的实现基于ODUk的交叉。同时我们看到，OTUk的开销中有一大部分是FEC部分，通过引入FEC，OTN系统可以支持更长的距离和更低的OSNR的应用，从而进一步提升网络生存能力和数据业务的QOS。OTM定义OTN中客户信号的传送最终是通过OTM（光传输模块）来实现的。OTM是跨越ONNI（光网络节点接口）而传输的信息结构，用OTM-n.m表示。其中n为复用到OTM的光通道数，目前ITU-T定义的最大n值为16；m表示该接口所支持的比特率，可以为1、2和3，分别表示2.5Gb/s、10Gb/s和40Gb/s左右的客户信号速率。OTM映射及复用结构OTM的形成也必须通过光通道层（OCh）、光复用段（OMS）层和光传输段（OTS）层这3个阶段。OTM的映射和复用结构中客户信号映射到光通道净荷单元OPU1，加上OPU1开销，便构成OPU1，OPU1加上ODU1通道开销，便构成ODU1。ODU1和SDH中的虚容器一样，是可以在网络中传送的、不可分割的单元，只有到达目的地后才能取出净荷。OTM对信号的复用方式有波分复用和时分复用两种如果ODU1直接通过一个波长来传输，就要加上串联连接监视（TCM）开销和前向纠错（FEC）开销，形成光传输单元OTU1，再将OTU1加载到某个波长上，通过波分复用，就形成了OTM。如果ODU1不直接通过一个波长来传输，则可以通过时分复用后形成光通道数据支路单元组ODTUG2或ODTUG3，再送到相应等级的OPUk中传输．OTM映射及复用结构ODUk的时分复用-几种可能的复用结构ODU1到ODU2的复用最多4个ODU1信号通过时分复用到ODTUG2中，ODTUG2再被映射到OPU2中。4个ODU1到OPU2的复用ODU1信号加上调整开销（JOH）异步映射到ODTU12，4个ODTU12信号通过时分复用进入到ODTUG2，之后信号被映射到OPU2。ODU1和ODU2到ODU3的复用j（j≤4）个ODU2和4j～16个ODU1的混合信号可以通过时分复用的方式加载到ODTUG3中，然后ODTUG3再映射到OPU3中。具体为ODU1信号加上帧定位开销，然后使用调整开销异步映射到ODTU13，ODU2信号加上帧定位开销后，也异步映射到ODTU23。这样，x个ODTU23（0≤x≤4）信号和4x～16个ODTU13信号就被时分复用到了ODTUG3，然后信号再映射到OPU3。设备总体框图设备组成三个平面：传送平面、管理平面和控制平面控制平面负责搜集路由信息，并计算出业务的具体路由传送平面按照计算出的路由完成业务的端到端传送管理平面提供对传送平面、控制平面的管理功能以及图形化的业务配置界面，同时完成所有平面间的协调和配合三个平面协同工作，共同实现智能化的业务传送三个平面的功能传送平面是产品的主体，传送平面可分为电层和光层，电层包括支路接口单元、电交叉单元、线路接口单元和光转发单元，主要完成子波长业务的交叉调度，而光层包括光分插复用单元（或光合波和分波单元）及光放大单元，主要完成波长级业务的交叉调度和传送，电层和光层共同完成端到端的业务传送。管理平面的实体即OTNM2000网管系统，能够完成M.3010中定义的管理功能，包括性能管理、故障管理、配置管理、安全管理等。本产品支持控制平面的加载，控制平面对应实体即具备控制平面功能的相关机盘。通过加载控制平面FONST3000将能够实现资源的自动发现、自动端到端的业务配置，并能提供不同等级的QoS保证，使业务的建立变得灵活而便捷，由其构建的网络即基于OTN的智能光网络（ASON）。功能特点优良的可扩展性良好的稳定性高度的可靠性强大的可维护性优良的可扩展性具有48波/96波/192波平滑升级能力，单波长最大支持40Gb/s速率，C波段最大容量可达3.84Tb/s；支持灵活的业务承载，如STM-1/4/16/64/256、GE/10GE/40GE和SAN（存储区域网络）等多种业务，同时支持面向未来的业务扩展。具备360G的子波长业务交叉调度能力（可升级至T比特级交叉）以及灵活的单波长TMUX功能，极大提升了业务承载和调度的灵活性，并具有更高效的带宽利用率。可配置为功能强大的ROADM，支持用户网络平滑升级，单节点最大可支持8维组网。通过加载控制平面，将能够实现资源的自动发现、自动端到端的业务指配功能，并能根据客户需求提供差异化的业务等级划分。良好的稳定性高度的可靠性提供光层的光通道、光复用段的1+1以及光线路的1:1保护，同时提供电层基于通道（1+1、m:n、环网）和ODUk（1+1、m:n、环网）等多种业务保护方式，链形、环形和网格形网络均可灵活选择保护方式，保证了网络的安全性、可靠性。还支持各种设备级的冗余备份，如电源、网元管理单元和电交叉单元。智能风扇单元的各子风扇互为备份，并可独立维护，保证在单个子风扇维护时系统仍具备正常的工作温度。强大的可维护性支持对光功率、OSNR、误码率等性能参数进行统计分析、生成报表并自动优化具有通道光功率和线路光功率的自动监测和调整、定位故障到单盘或光缆段的智能维护能力，并提供单盘的自动发现功能，使运营和维护的工作量大大降低支持标准的G.709接口，波长业务提供丰富的OTN开销字节在传统OSC的基础上，还支持基于单波长的ESC监控通路，这将大大解决传统WDM业务网络保护能力差、网管监控弱的问题。OTN相关标准G.805：传送网通用功能构架，可适用于SDH、OTN。G.806：传送设备特性描述方法和一般功能，可适用于SDH、OTN。G.872：定义3层网络，包含OCh、OMS、OTS，并描述了各个层网络的功能。另外，将OCh层划分为3个子层，包含OTU、ODU、OPU。G.798：规定了OTN的每个原子功能模块，各个层网络的处理，包含客户/服务层的适配功能、层网络的终结功能、连接功能。G.709：定义了OTN帧结构和各个层网络的开销功能；定义了客户业务到OTN的映射处理，包含虚级连映射和OTN的复用处理。G.7710：通用设备管理功能需求，适用于SDH、OTN。G.874：OTN网络管理信息模型和功能需求，基于G.7710所描述的OTN特有的五大管理功能（FCAPS）。：通用保护倒换（linear），适用于SDH、OTN。：OTN领域线性（linear）ODUk保护的定义。OTN物理层特性在G.959.1及G.664等中规定。另外还有部分建议正在制定中，如：（通用保护倒换ring）。产品定位

点到点组网链形组网

ROADM环形组网

ROADM相交环组网

ROADM网状组网

ROADM产品功能交叉调度能力传输容量传输距离业务接入能力管理和辅助接口保护能力网管监控交叉调度能力提供光层波长级、电层子波长级业务的混合调度能力在光层提供FOADM、ROADM两种波长调度方式FOADM即传统波长调度方案，仅能从固定端口输入/出固定波长ROADM作为动态波长调度方案，基于WSS（波长选择开关）方式，可通过网管设置从固定端口输入/出单波长或波长组，并能提供8个方向的多维调度，使业务的快速开通、远程调度以及WDM的网状组网成为可能。在电层提供360G的交叉调度能力，采用严格无阻塞交叉矩阵，支持广播功能。在电层调度能力可升级至1.44Tb/s，并支持基于VLAN的二层交换功能。传输容量本产品可实现C波段192波的接入可配置成40波/48波×10Gb/s、80波/96波×10Gb/s、160波/192波×10Gb/s系统96波以下系统支持波道速率由10Gb/s平滑升级至40Gb/s，使C波段传输总容量达到3.84Tb/s。传输距离业务种类业务接入能力管理和辅助接口保护能力设备级保护提供EMU盘、XCU盘、PWR盘、外接电源、风扇单元的热备份保护。网络级保护根据保护倒换发生的层面可分为电层和光层两类，具体应用时可能存在电层和光层保护的联合应用，其中电层和光层又分别包括多种方式网管监控由OTNM2000子网级网管系统统一管理，该系统具备性能管理、故障管理、配置管理和安全管理等四大管理功能，并且采用图形化用户界面，操作灵活方便。OTNM2000可提供单机、客户端/服务器端、一/二级网管、主备网管等多种组网模式，用户可根据网络规模、安全级别等要求进行选择和配置。在OTNM2000监控的同时，还可通过LCT（本地维护终端）进行设备的本地监控，LCT作为传输、接入设备的辅助管理系统，主要用于一个网块内设备的开通初始化。监控信道方式可提供OSC（OpticalSupervisoryChannel）和ESC（ElectricSupervisoryChannel）两种监控信道，并支持OSC和ESC的混合组网OSC采用单独的波长通道（1510nm波长）传送监控信息，需要配置额外的监控通道处理单元ESC采用OTN的GCC开销字节装载监控信息，使监控信息随某单波通道的主业务信号一起传送。ESC方式虽然无需配置额外的监控通道处理单元，但需要依赖OTU（波长转换单元）的存在，所以对于OLA站点，需采用OSC方式。整机布置机盘分类及定位设备及机盘名称(1)设备及机盘名称(2)设备及机盘名称(3)机盘的定位OTH子框槽位分布机盘配置表-OTH子框波道子框槽位分布波道子框机盘配置支路接口单元支路接口单元:8TDA/8TDG/8TDGF/8TS1/8TA1盘主要功能：将来自客户侧的信号进行光电转换、汇聚为多路STM-16或OTU1电信号，送至XCU盘做交叉处理，同时实现上述转换的逆过程。8TDA/8TDG/8TDGF/8TS1/8TA1盘功能区别电交叉单元（XCU盘）完成144×144个2.5Gb/s或10Gb/s信号的交叉功能，即可实现群路（线路接口单元机盘）和群路、群路与支路（支路接口单元机盘）、支路与支路之间的无阻塞全交叉，交叉能力达到360Gb/s（1.44Tb/s）；处理各个群路盘输出的告警和APS字节，完成保护功能；完成本盘的1+1热备份保护，可实现主备盘的自动或网管切换；支持电层基于OCh和ODUk的1+1、m:n及环网保护倒换，倒换时间小于50ms。线路接口单元（LMS2E盘）LMS2E盘将来自XCU盘的4路STM-16/OTU1信号经过汇聚或转换后，输出1路符合DWDM标准波长的OTU2信号，送至光合波或光分插复用盘进行波分复用；同时实现上述过程的逆过程。光转发单元（OTU2E/OTU2S盘）将接入的1路或多路光信号经光电转换后，汇聚或转换为符合的DWDM标准波长的OTU2信号（10.7Gb/s），送至光合波、光分插复用类机盘进行波分复用，即实现发送光转发单元（TXOTU）功能同时实现上述过程的逆过程，即实现接收光转发单元（RXOTU）功能。整个过程中保证用户信号的透明传输。OTU2E/OTU2S盘功能区别光合波和分波单元光合波和分波单元:OMU系列、VMU系列、ODU系列、ITL50盘、OSCAD盘光合波和分波盘的主要功能是将不同波长的光信号进行合波或分波处理系统合、分波架构96波系统的单方向合、分波架构：本端CE、CO波段合波盘分别进行对应偶数波和奇数波段48波通道间隔为100GHz信号的合波，CE、CO波段两合波盘输出信号再经过ITL50盘合波输出96波通道间隔为50GHZ的合波信号，该信号经OA盘放大后，与本监控信号经OSCAD盘合波输出至对端；对端OSCAD盘分离出主信道光信号和本地监控信号，本地监控信号送OSC盘处理，主信道光信号为2个波段96波通道间隔为50GHz的合波信号，送至PA盘进行放大，放大后由ITL50盘分离出1路CO波段和1路CE波段信号，两路信号分别送至对应波段分波盘进行分波处理。本设备在引入50GHZ/25GHZ信道间插盘后即可扩展至192波。OMU系列、VMU系列、ODU系列包括的机盘及各机盘具体功能ITL50盘当FONST3000配置为80或96波系统时，需使用ITL50盘实现100GHz通道间隔和50GHz通道间隔的转换。在发送方向，本盘将CO波段、CE波段合波盘输出的2路信号（通道间隔均为100GHZ）,合波后输出一路CO+CE波段、通道间隔为50GHZ的信号，再送至放大盘；在接收方向，本盘将来自放大盘的CO+CE波段、通道间隔为50GHZ的信号分波，分离出CO和CE波段的信号分别送至对应波段的分波盘。软件结构网管软件OTM相关的功能单元及选配说明组成及信号流TXOTU:发送光转换单元;XCU：时钟交叉盘;RXOTU:接收光转换单元;OMU:光合波单元;ODU:光分波单元;OA:光放大单元;OSC:单向光监控信道盘;OSCAD:1510/1550合分波盘FOADMROADM三种实现方式区别WSS8M方式WSS8D盘方式WSS8M和WSS8D方式OLA的组成及信号流向图光通道1+1波长保护光通道1+1路由保护示意图1+1光复用段保护光线路1:1保护OCh1+1保护OCh1:2保护OChRing保护ODUk1+1保护ODUk1:2保护ODUk1:2保护示意图（倒换）ODUkRing保护ODUkRing保护近端倒换ODUkRing保护远端倒换FOADM应用-组网图FOADM应用-业务需求图FOADM应用-A站点信号流向图FOADM应用-B站点信号流向图ROADM应用-组网与业务需求图ROADM应用-A站点下话信号流向图ROADM应用-A站点上话信号流向图ROADM应用-B站点信号流向图电层调度应用-组网与业务需求图电层调度应用-电层机盘选配表电层调度应用-A站点信号流向图电层调度应用-B站点信号流向图与SDH、WDM网络互通的实现方案缩略语(1)3RReamplifying,ReshapingandRetiming再放大，再整形，再定时ADMAdd/DropMultiplexer分插复用器APRAutomaticPowerReduction自动功率降低APSAutomaticProtectionSwitching自动保护倒换ASONAutomaticallySwitchedOpticalNetwork自动交换光网络ATMAsynchronousTransferMode异步转移模式BERBitErrorRatio误码率BMUBoardManagementUnit盘管理单元CORBACommonObjectRequestBrokerArchitecture公共对象请求代理结构DCCDataCommunicationChannel数据通信通路DCMDispersionCompensationModule色散补偿模块DCNDataCommunicationNetwork数据通信网DVBDigitalVideoBroadcasting数字视频广播DWDMDenseWavelengthDivisionMultiplexing密集波分复用EDFAErbium-DopedFiberAmplifier掺铒光纤放大器EMCElectromagneticCompatibility电磁兼容性缩略语(2)EMIElectroMagneticInterference电磁干扰性EMSElementManagementSystem网元管理系统EOSEthernetoverSDHSDH上的以太网业务ESCONEnterpriseSystemConnectionArchitecture企业系统连接体系结构ETSIEuropeanTelecommunicationStandardsInstitute欧洲电信标准协会FCFiberChannel光纤通道FECForwardErrorCorrection前向纠错FICONFiber-ChannelConnection光纤通道连接FOADMFixedOpticalAdd/DropMultiplexer固定光分插复用器GCCGeneralCommunicationChannel通用通信信道GEGigabitEthernet千兆以太网缩略语(3)GFPGenericFramingProcedure通用成帧规程HDB3HighDensityBipolarofOrder3三阶高密度双极性码IPInternetProtocol网际协议ITU-TInternationalTelecommunicationUnion–TelecommunicationStandardizationSector国际电信联盟-电信标准部LLong-haul长距离LCTLocalCraftTerminal本地终端NENetworkElement网元NNINetworkNodeInterface网络节点接口O/E/OOptical/Electrical/OpticalConversion光/电/光转换OAOpticalAmplifier光放大器OADMOpticalAdd/DropMultiplexer光分插复用器OAMOperation,AdministrationandMaintenance操作、维护和管理OChOpticalChannel光通道层OCPOpticalChannelProtection光通道保护ODUOpticalDemultiplexerUnit光分波单元ODUkOpticalChannelDataUnit-kK级光通道数据单元OLAOpticalLineAmplifier光线路放大器OMSOpticalMultiplexSection光复用段层OMUOpticalMultiplexerUnit光合波单元OPAOpticalPre-amplifier光前置放大器缩略语(