OTN技术与组网应用
1、引言 近年来，通信网络所承载的业务发生了巨大的变化，宽带数据业务正在蓬勃发展，用户数量飞速增长，以IP交换为基础的分组业务大量涌现，对运营商的传送网络提出了新的要求。 目前广泛应用的传送技术中，MSTP/SDH技术偏重于业务的电层处理，具有良好的调度、管理和保护能力，OAM功能完善。但是，它以VC4为主要交叉颗粒，采用单通道线路，其交叉颗粒和容量增长对于大颗粒、高速率、以分组业务为主的承载逐渐力不从心。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，缺乏灵活的业务调度手段。作为下一代传送网发展方向之一的OTN（Optical Transport Network）技术，将SDH的可运营和可管理能力应用到WDM系统中，同时具备了SDH和WDM的优势。更大程度地满足多业务、大容量、高可靠、高质量的传送需求，可为数据业务提供电信级的网络保护，更好地满足目前电信运营商的需求。 2、OTN技术的体系结构及发展历程 OTN概念和整体技术架构是在1998年由ITU.T正式提出的，在2000年之前，OTN的标准化基本采用了与SDH相同的思路，以G.872光网络分层结构为基础，分别从网络节点接口（G.709）、物理层接口（G.959.1）、网络抖动性能（G.8251）等方面定义了OTN。此后，OTN作为继PDH、SDH之后的新一代数字光传送技术体制。经过近10年的发展，其标准体系日趋完善，目前已形成一系列框架性标准，如图1所示。
图1 ITU－T OTN标准体系图
国内几大运营商已经开展OTN技术的应用研究与测试验证，而且部分省内或城域传送网也局部部署了基于OTN技术的网络，组网节点有基于电层交叉的OTN设备，也有基于ROADM的OTN设备。目前在国内得到应用的支持OTN电交叉的设备主要包括Infinera公司的DTN设备，华为的OSN 6800/OSN 8800设备，中兴的ZXMP M800和烽火FONST 3000等，部分设备的电交叉能力已经达到了Tbit/s量级。 3、OTN技术本质及其优势 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。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。 按照OTN技术的网络分层，可分为光通道层、光复用段层和光传送段层三个层面。另外，为了解决客户信号的数字监视问题，光通道层又分为光通道传送单元（OTUk）和光通道数据单元（ODUk）两个子层，类似于SDH技术的段层和通道层。因此，从技术本质上而言，OTN技术是对已有的SDH和WDM的传统优势进行了更为有效的继承和组合，同时扩展了与业务传送需求相适应的组网功能，而从设备类型上来看，OTN拓展了原有SDH和WDM设备的优势功能。 OTN技术作为一种新型组网技术，相对已有的传送组网技术，其主要优势如下： （1）多种客户信号封装和透明传输 基于ITU－T G.709的OTN帧结构可以支持多种客户信号的映射和透明传输，如SDH、ATM、以太网等。目前对SDH和ATM可实现标准封装和透明传送，但对不同速率的以太网的支持有所差异。ITU－TG.sup43为10GE业务实现不同程度的透明传输提供了补充建议，而对于GE、40GE、100GE以太网和专网业务光纤通道（FC）以及接入网业务吉比特无源光网络（GPON）等，其到OTN帧中标准化的映射方式目前正在讨论之中。 （2）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路数据单元（ODUk，k＝1，2，3），即ODU1（2.5Gbit/s）、ODU2（10Gbit/s）和ODU3（40Gbit/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。 （3）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光通路（OCh）层的OTN帧结构大大增强了OCh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，采用端到端和多个分段同时进行性能监视的方式成为可能。 （4）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，改变了目前基于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。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。 作为新型的传送网络技术，OTN并非尽善尽美，最典型的不足之处就是目前不支持2.5Gbit/s以下颗粒业务的映射与调度，相关标准正在制定中。另外，OTN标准最初制定时并没有过多考虑以太网完全透明传送的问题，导致目前通过超频方式实现10GE LAN业务比特透传后，出现了与ODU2速率并不一致的ODU2e颗粒，40GE也面临着同样的问题。这使得OTN组网时可能出现一些业务透明度不够或者传送颗粒速率不匹配等互通问题。目前ITU－T SG15的相关研究组正在积极组织讨论以解决OTN目前面临的一些缺陷，例如提出新的ODU0/ODU4颗粒，定义高阶ODU和低阶ODU，定义基于多种带宽颗粒的通用映射规程（GMP）等，以便逐渐建立兼容现有框架体系的新一代OTN（NG－OTN）网络架构。 4、OTN设备的组网应用 OTN技术目前主要承载2.5Gbit/s颗粒以上电路，综合考虑现有传送网络的分层关系和传送业务颗粒分布特征，以及OTN设备存在的不同形态，OTN设备应用在长途传送网或城域传送网的核心层具有更加明显的优势。下面就对OTN设备这两种组网应用方式进行探讨。 4.1 OTN设备在长途传送网的应用 随着长途IP网的发展，IP业务量的激增，长途传送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，在长途传送网中应用大容量的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。 对目前骨干网大量激增的数据业务而言，OTN能够透明传送信号，使路由器不必采用昂贵的POS接口，转而采用10GE等数据接口。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。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网络的综合建设成本。 长途传送网主要是承担业务的上下和传送，不需要进行复杂的业务调度和交叉。因此长途传送网上使用的OTN设备一般应支持OTU级别单通道CLI、全面的OTN开销（要求符合G．709规范）、OSC光监控信道管理（包括公务电话和OTS、OMS、OCh层开销管理）、波长上下功能等，目前华为、阿尔卡特朗讯、烽火等主流厂商提供的WDM系统设备基本都支持。如图2所示为XX运营商省内长途OTN网络，在全省14个核心节点部署了OTN设备（其中8个为OTM站点，6个为OLA站点），配置系统容量为80×40G，使用C波段80波，并采用光线路1＋1保护（光放段）实现保护，计划承载的业务主要有供10G、40G、GE等三种类型的业务。
图2 XX运营商省内长途OTN网络拓扑结构图
4.2 OTN设备在城域传送网的应用 目前城域核心网普遍存在数据业务激增现象，城域数据网和传输网往往分而治之。在城域网范围内，IP网络设备多采用光纤直连方式互连，随着IP网带宽不断增长，骨干设备端口甚至达到10Gbit/s速率，采用裸光纤直连承载大颗粒业务模式的缺点逐步显露出来。首先，路由器10Gbit/s接口的价格随着传输距离的增加成倍提高；其次，可管理性和安全性比较弱，光路故障的处理耗时、耗力。因此运营商纷纷在距离较长的局点间建设城域波分（WDM）系统，局部替代裸光纤，解决大颗粒IP业务的传送问题。 虽然WDM系统极大地提高了光纤传送效率，能够支持大颗粒业务的传送，但是受波分技术限制，波长以点对点形式配置，业务调整灵活性不够，一旦业务的流向发生变化，调整起来非常复杂。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，2.5Gbit/s）的调度和保护是一种比较可行的应用方式。 如图3所示为XX运营商城域OTN网络结构图，核心层目前采用环形网络结构，待后期条件成熟后核心节点可优化为Mesh的组网结构，汇聚层网络分片区单节点下挂在核心节点下。核心层交叉能力强，核心层设备交叉容量达到T比特以上；汇聚层跨环业务按照电交叉设计，实现全网无阻塞任意调度，为业务快速开通和灵活调整提供基础；通过加载ASON软件，更可以节省人工网管操作的工作量，实现业务自动开通。计划承载的业务主要有供10GE、GE等两种类型的业务。
图3 XX运营商城域OTN网络结构拓扑图
5、结束语 OTN技术作为全新的光传送网技术，继承并拓展了已有传送网络的众多优势特征，是目前面向宽带客户数据业务驱动的最佳传送技术之一。从OTN技术应用定位上来看，OTN技术及设备目前已基本成熟，主要可应用于城域核心及长途传送层面；而对于OTN设备组网选择来说，则应根据业务传送颗粒、调度需求、组网规模和成本等因素综合选择。另外，现有SDH网络的逐渐淡出并不意味着SDH网络原有功能的消失，OTN网络将更为完善地支持这些功能，同时NG－OTN的进一步讨论也不会阻碍现有OTN技术的应用。
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