1引言

20世紀80年代末，同步數(shù)字體系（SDH/SONET）問世，SDH在歷史上第一次實現(xiàn)了全球統(tǒng)一的傳送網(wǎng)標準，規(guī)范了光接口，而且定義了對光信號質(zhì)量的監(jiān)控、故障定位和遠程配置等重要的網(wǎng)絡(luò)管理功能。SDH很快進入了實用化階段，在國際上和在我國已得到了廣泛的應(yīng)用，成為信息高速公路的重要支柱之一。但是，在光域，SDH主要起傳輸煤質(zhì)的作用，信息的處理都是在電域完成的，這不僅需要龐大的光/電、電/光變換設(shè)備，而且處理速度受到電子遷移率的限制。在DWDM極大地增加了傳輸容量的情況下，交換節(jié)點的速率瓶頸已日趨嚴重。另外，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸式的增長，基于電路交換的SDH/SONET已不能完全適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求，光網(wǎng)絡(luò)有進一步發(fā)展的迫切要求。

光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)進一步挖掘了光纖的帶寬潛力，極大地增加了光纖的傳輸容量，同時也為光層的聯(lián)網(wǎng)提供了可能。ITU-T提出的光傳送網(wǎng)（OTN）以波長（也可以是波帶或光纖）作為交換粒度，通過光交叉連接設(shè)備（OXC）和光分插復(fù)用設(shè)備（OADM）實現(xiàn)組網(wǎng)，形成具有高度靈活性、透明性和生存性的網(wǎng)絡(luò)。

OTN的主要特點是引入了“光層”概念，在SDH傳送網(wǎng)的電復(fù)用層和物理層之間加入光層。OTN處理的最基本的對象是光波長，客戶層業(yè)務(wù)以光波長形式在光網(wǎng)絡(luò)上復(fù)用、傳輸、選路和放大，在光域上分插復(fù)用和交叉連接，為客戶信號提供有效和可靠的傳輸。

2OTN概念

2.1OTN提出的背景

在20世紀90年代中期，波分復(fù)用（WDM）技術(shù)趨于成熟并開始商用，傳輸系統(tǒng)容量的飛速增長帶來的是對交換系統(tǒng)的壓力和促使其發(fā)展的驅(qū)動力。為了解決電子瓶頸限制問題，全光通信網(wǎng)迅速發(fā)展。

所謂全光通信網(wǎng)是指信號以光的形式穿過整個網(wǎng)絡(luò)，直接在光域內(nèi)進行信號的傳輸、再生、光交叉連接（OXC）、光分插復(fù)用（OADM）和交換/選路，中間不需經(jīng)過光電、電光轉(zhuǎn)換，因此它不受檢測器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對比特速率和調(diào)制方式透明，可以大大提高整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量和交換節(jié)點的吞吐量。

考慮到光信號固有的模擬特性和光器件的水平，目前在光域內(nèi)很難完成3R中繼功能（即再定時、整形和放大），人們暫時放下了全光網(wǎng)絡(luò)的追求，轉(zhuǎn)而用“光傳送網(wǎng)”來代替。其出發(fā)點是子網(wǎng)內(nèi)全光透明，而在子網(wǎng)邊界處采用O/E/O技術(shù)。1998年，ITU-T正式提出光傳送網(wǎng)（OTN）的概念。OTN是指為客戶層信號提供光域處理的傳送網(wǎng)絡(luò)，主要的功能包括傳送、復(fù)用、選路、監(jiān)視和生存性功能等。

2.2OTN標準基礎(chǔ)定義

OTN光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network）由光纖連接的一系列網(wǎng)絡(luò)單元組成，提供光通道承載任何客戶信號、具有客戶無關(guān)性，提供客戶信號的傳輸、復(fù)用、路由、管理、監(jiān)控。OTN借鑒SDH的開銷思想，引入豐富的開銷，使OTN真正具有OAMP能力。OTN定義了OCH、OMSn、OTSn三個光層概念，其中OCH通過數(shù)字域的三個子層OPUk、ODUk、OTUk來實現(xiàn)。此外，OTN還引入了帶外FEC，增強了線路的容差性。

2.3OTN幀結(jié)構(gòu)與開銷

2.3.1OTN幀結(jié)構(gòu)

G.709定義的是OTN的結(jié)構(gòu)和映射，圖1就是G.709的幀結(jié)構(gòu)：

圖1中Client Signal指的是客戶信號，OPUk指的是光通道凈荷單元，ODUk指的是光通道數(shù)據(jù)單元，OTUk指的是光通道傳送單元，Alignm指的是幀定界，其中k代表速率級別，0代表1.25G，1代表2.5G，2代表10G，3代表40G。

由圖1可以看出，G.709幀結(jié)構(gòu)包括了OPUk、ODUk、OTUk、FEC幾個部分，為4行、4080列、固定不變的幀結(jié)構(gòu)，而它的幀速率則可變。

2.3.2OTN開銷

圖2為OTUk/ODUk/OPUk開銷。

可以看到OTUk/ODUk/OPUk開銷內(nèi)容非常豐富，下面就簡單介紹一下這些開銷。FAS：幀對齊信號；MFAS：復(fù)幀對齊信號；SM：段監(jiān)控；RES：保留作后續(xù)國際標準化；TCMACT：TCM激活標志；PM：通道監(jiān)控；EXP：實驗通道；GCC1/2：通用通信通道1/2；APS/PCC：自動保護倒換和保護通信控制通道；PSI：凈荷結(jié)構(gòu)標示符；JC：調(diào)整控制。

3OTN的特點

3.1客戶信號承載的開放性

POS的全稱是IP over SDH，也就是用SDH來傳送IP業(yè)務(wù)。路由器利用POS端口的SDH開銷字節(jié)，快速準確地檢測線路傳輸質(zhì)量，使得線路發(fā)生故障后快速啟動保護倒換。然而，POS端口比特成本較高，路由器直接出LAN端口可大幅降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。通過提供G.709的OTN接口，OTN設(shè)備接入路由器所出的LAN口信號時會疊加類似SDH的開銷字節(jié)（OTU/ODU/OPU），代替了路由器POS端口的開銷字節(jié)功能，從而消除路由器對POS端口的依賴性。

OTN定義的數(shù)字包封（DW：Digital Wrapper）結(jié)構(gòu)，可將任意客戶業(yè)務(wù)包含SDH/SONET、ATM、Ethernet、SAN、Video業(yè)務(wù)適配到數(shù)字包封結(jié)構(gòu)中；加上OTN設(shè)備上集成Any-ADM特性，還可提供任意速率業(yè)務(wù)的疏導(dǎo)功能，使得IP網(wǎng)絡(luò)配置更加靈活，業(yè)務(wù)傳送更加可靠。

3.2靈活的光電層調(diào)度疏導(dǎo)

如果WDM能夠具備類似SDH的波長/子波長調(diào)度能力，并組建一張端到端的WDM承載網(wǎng)絡(luò)，就可以實現(xiàn)GE、10GE、40G等大顆粒業(yè)務(wù)端到端地快速調(diào)度和保護，減少對路由器端口的需求。

ROADM（動態(tài)可重配置光ADM）技術(shù)的出現(xiàn)使得WDM能以非常低廉的成本（無OEO轉(zhuǎn)換）完成超大容量的光波長交換；但受波長沖突、光信噪比、色度色散、偏振模色散限制等難以突破的物理光層限制。而OTN交換技術(shù)，以2.5G或10G為顆粒，可在電層上完成大容量的業(yè)務(wù)調(diào)度。如果將ROADM與OTN結(jié)合，形成“光+電”混合交換結(jié)構(gòu)，就可構(gòu)建一個大容量、大范圍、端到端的WDM網(wǎng)絡(luò)。

3.3大顆粒業(yè)務(wù)的可靠保護

電信級業(yè)務(wù)需要達到50ms的保護倒換時間。傳統(tǒng)電信級IP網(wǎng)中引入SDH層面，一個重要原因就是為了提供50ms的保護恢復(fù)時間。

除傳統(tǒng)WDM設(shè)備均支持的1+1光線路保護（<50ms），1+1光通道保護（<50ms）及波長環(huán)路共享保護(50~150ms)外，基于OTN交換的WDM設(shè)備還可實現(xiàn)波長或子波長級的Mesh保護加恢復(fù)、Mesh恢復(fù)，子波長SNCP（<50ms）、子波長環(huán)網(wǎng)共享保護等，如同SDH/ASON一樣豐富、靈活、可靠。

3.4增強的運維管理能力

如同SDH一樣， OTN也定義了豐富的開銷字節(jié)，具備了SDH相似的運維管理能力。當某個WDM網(wǎng)絡(luò)使用字節(jié)TCMi時，一旦出現(xiàn)誤碼將被記錄到TCMi。GCC0可以用于承載某設(shè)備商自己的通信管理信息，類似SDH的DCC字節(jié)。至于GCC1、GCC2，可以用來透傳其他設(shè)備商的通信管理信息，有利于多個設(shè)備商共同組建一個端到端的WDM網(wǎng)絡(luò)。

4OTN與SDH及WDM技術(shù)的關(guān)系

4.1OTN與SDH及WDM技術(shù)的對比

針對IP業(yè)務(wù)適配到WDM光層進行傳輸，業(yè)界曾提出過多種實現(xiàn)方案。IP是網(wǎng)絡(luò)層（L3）協(xié)議，而WDM是物理層（L1）技術(shù)，IP業(yè)務(wù)要想在WDM網(wǎng)絡(luò)中直接傳輸，必須經(jīng)過中間的數(shù)據(jù)鏈路層（L2）進行適配，如IP over SDH（即POS）和IP over GE/10GE等等。

SDH是目前骨干、城域核心網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的傳輸技術(shù)，能夠提供多種不同速率的復(fù)用和業(yè)務(wù)整合、調(diào)度功能，且具有強大的故障恢復(fù)和保護能力。IP與SDH的結(jié)合是將IP數(shù)據(jù)包通過GFP/PPP（數(shù)據(jù)鏈路層）等協(xié)議封裝映射到SDH幀，取代原有的ATM層，從而簡化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，提高了傳輸效率，易于實現(xiàn)網(wǎng)間互連，是一種較為現(xiàn)實和高效的IP傳送方式，已在現(xiàn)網(wǎng)中獲得廣泛的應(yīng)用驗證。

然而，與正在蓬勃發(fā)展的IP over GE方案相比，IP over SDH方案存在以下弊端：（1）鏈路帶寬調(diào)整靈活性不足(只能四倍速提升)，（2）缺乏必要的服務(wù)質(zhì)量優(yōu)先級策略（GE支持IEEE 802.1Q/1P服務(wù)等級策略），（3）不具備成本優(yōu)勢（路由器中千兆比特線路卡提供與SDH相當?shù)娜萘繒r，成本只是SDH的1/6~1/4左右)。從長遠的觀點來看，不是非常有效的IP到WDM的適配方式。

IP over GE方案也有自己的短板：（1）缺乏成熟、可規(guī)模部署的網(wǎng)絡(luò)保護機制；（2）缺乏完善的OAM能力，特別是傳送性能監(jiān)控方面完全缺乏；（3）與WDM光波長相比，早期部署的GE速率較低，卻要獨占一個本可達到10G/40G速率的波長，沒有一個能充分利用波長帶寬的子波長（小于10G）業(yè)務(wù)復(fù)用、整合和調(diào)度的適配技術(shù)。

因此ITU-T標準組織提出OTN（光傳送網(wǎng)）這樣一套全新的傳送網(wǎng)絡(luò)體制，期望通過它來消除運營商對于上述兩種方案在抉擇上的困擾。通過對SDH和WDM兩種技術(shù)優(yōu)勢功能的擇取、融合和優(yōu)化提升，OTN在同一技術(shù)體制下兼具了SDH和WDM復(fù)用整合、保護調(diào)度、性能監(jiān)控、拉遠擴展、開放性和多業(yè)務(wù)接入能力。完整功能的OTN設(shè)備本質(zhì)上可看作為傳統(tǒng)WDM+ADM+MSTP設(shè)備的組合。

4.2OTN對SDH技術(shù)的繼承與發(fā)展

4.2.1分層結(jié)構(gòu)及其演進

OTN可以在光域?qū)蛻粜盘柼峁﹤魉?、?fù)用、選路、監(jiān)控和生存性功能。從某種意義上講，我們可將OTN看成是傳送SDH信號的光段層擴展。繼承SDH在電域的分層結(jié)構(gòu)，ITU-T G.872標準，將OTN光域也分為三個子層：它們是光通道層（OCH），負責(zé)對電復(fù)用段層客戶信號路由和分配波長，選路和監(jiān)測管理、保護恢復(fù)；光復(fù)用段層（OMS），負責(zé)對單波長光層信號復(fù)用和監(jiān)測控制；和光傳送段層（OTS），負責(zé)為光信號在不同類型光傳輸媒介上提供傳輸功能，同時對WDM光放大器實施監(jiān)測和管理。

4.2.2數(shù)字包封幀結(jié)構(gòu)

SDH信號有一種基本的塊狀幀結(jié)構(gòu)STM-1，更高速率的信號則由N*STM-1信號字節(jié)同步間插構(gòu)成，這樣在不同速率情況下每一幀傳送所需的時間相同。同樣，OTUk也有一種基本的塊狀幀結(jié)構(gòu)，但不同速率情況下，均采用固定的幀格式和幀大小，這樣不同速率時每一幀傳送所需的時間是不同的，換句話說就是單位時間內(nèi)傳送的幀數(shù)不同。

4.2.3串聯(lián)連接監(jiān)視TCM

相對于SDH只能提供單級TCM能力，OTN可以提供6級連接監(jiān)視功能。對于多運營商/設(shè)備商/子網(wǎng)環(huán)境，可實現(xiàn)分級分段管理。TCM字節(jié)幀格式與SM/PM字節(jié)基本相同，不同的是TCM監(jiān)測點的起始位置、使能狀態(tài)完全由網(wǎng)管隨意控制。6個TCM段可以以嵌套、重疊和串聯(lián)的方式實現(xiàn)。

4.3OTN對WDM技術(shù)的繼承與發(fā)展

OTN技術(shù)體制中的光域部分其實就是傳統(tǒng)WDM設(shè)備光復(fù)用/解復(fù)用過程，光放大過程的繼承和數(shù)字化。相對于傳統(tǒng)WDM技術(shù)體制，OTN的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在光層的管理能力上。

4.3.1增強的保護方案

OTN定義了三種類別的保護，分別是：路徑保護、子網(wǎng)連接保護和共享保護環(huán)，而傳統(tǒng)點對點WDM只有路徑保護這一種保護方式。路徑保護為專屬端到端保護機制，可用于任何物理結(jié)構(gòu)（網(wǎng)、環(huán)和混合）。如果工作路徑失效或性能跌至最低要求，工作路徑將由保護路徑代替。

4.3.2完善的光層OAM

OTN電層的維護管理依賴于OTU/ODU的開銷字節(jié)，其作用已在前面章節(jié)做了分析，這里主要說明光層的維護管理。OTN相對于傳統(tǒng)WDM，在光層管理上相對傳統(tǒng)技術(shù)體制有較大提升，傳統(tǒng)點對點WDM設(shè)備基本上只實現(xiàn)了連續(xù)性監(jiān)控和部分管理通信功能（通道信息管理）。

5OTN應(yīng)用前景

OTN是WDM發(fā)展的必由之路。新一代大容量傳送系統(tǒng)需要完成從簡單的P2PWDM技術(shù)向E2E自動交換OTN系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，才能全面解決了從業(yè)務(wù)變化和組網(wǎng)功能轉(zhuǎn)移的多維度難題，所以點對點WDM向OTN組網(wǎng)演進是必然趨勢。

各廠家OTN設(shè)備也正在逐步實現(xiàn)，如華為、阿爾卡特朗訊、英飛朗、愛立信、諾基亞西門子、烽火和中興都在研發(fā)與測試OTN設(shè)備。下面主要列舉阿爾卡特朗訊與華為兩家廠家的OTN設(shè)備當前的研發(fā)測試情況，其中阿爾卡特朗訊的1850系列設(shè)備已在上海移動正式使用。

阿爾卡特朗訊1850 TSS-160、1850 TSS-320、1850 TSS-640支持多業(yè)務(wù)：FE/GE/10GE（對于10GE LAN支持ODU2/1e/2e）、STM-64/16/4/1、FE、E1/E3、DS1/DS3、C/DWDM 2.5G/10G、OUT-1，OUT-2，OUT-3；支持SWXC電交叉功能：ODU1/ODU2交叉，今后會實現(xiàn)ODU0/ODU3交叉，G.709的TCM字段；光層C/DWDM/ROADM功能：8波CWDM/10G44波DWDM，4-8維基于WSS的ROADM；控制平面支持TDM、分組業(yè)務(wù)的電路建立和資源管理。

華為OSN1800，OSN3800，OSN6800，OSN8800當前支持SWXC的ODU1電交叉（暫不支持ODU0/ODU2），對10GE LAN支持ODU2/1e/2e（OSN6800），并計劃支持OTU3線路板（NS3單板）、40G POS/OTN接入支路板（TSXL單板）、單子架T級別交叉，提升單板端口密度。

6結(jié)論與展望

無論固定通信還是移動通信領(lǐng)域，基于IP的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都在逐漸成為業(yè)務(wù)的主導(dǎo)。波分復(fù)用（WDM）技術(shù)由于能夠提供巨大的帶寬，無可爭議地成為骨干網(wǎng)與城域核心網(wǎng)最主要的傳輸技術(shù)。而簡單來說，OTN=WDM大容量傳送＋SDH豐富OAM＋其他。目前，已經(jīng)實施了IP over SDH向IP over WDM的演進、解決了IP大顆粒業(yè)務(wù)的傳送、1+1保護等問題，但尚有一些需求與挑戰(zhàn)，例如全業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)的大力發(fā)展將導(dǎo)致傳輸容量劇增、去掉SDH層面后，WDM層面要承擔(dān)起傳送網(wǎng)的管理維護、靈活組網(wǎng)、保護和調(diào)度功能、集團客戶專線業(yè)務(wù)運營要求傳送網(wǎng)成為調(diào)度型網(wǎng)絡(luò)等。

OTN在速率體系、復(fù)用體系、映射方式等方面的演進已經(jīng)更加適應(yīng)全業(yè)務(wù)和IP化發(fā)展。在工信部的領(lǐng)導(dǎo)下，中國的運營商和設(shè)備制造商推動了OTN演進，主導(dǎo)了OTN標準的制定。而隨著全業(yè)務(wù)的發(fā)展和OTN技術(shù)的成熟，OTN必將在干線和城域網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用。