李海量 ，張 紅 ，張晶晶

（1.中國電信股份有限公司河南分公司 鄭州 450000；2.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司 北京 100048；3.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司 北京 100140）

1 前言

伴隨IP業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，波分網(wǎng)絡(luò)扮演了越來越重要的角色，以往在電層實(shí)現(xiàn)的多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)顆粒也將下移到波分層面，與之相伴的是網(wǎng)絡(luò)的靈活調(diào)度和生存性問題日益突出，傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)WDM（波分復(fù)用）傳輸已經(jīng)不能滿足需求，OTN（optical transport network，光傳送網(wǎng)）技術(shù)因此得以快速發(fā)展。OTN技術(shù)自2010年開始規(guī)模應(yīng)用，目前各運(yùn)營商在現(xiàn)網(wǎng)均已部署大量城域OTN設(shè)備?，F(xiàn)網(wǎng)常用的OTN設(shè)備類型包括OTN光終端復(fù)用設(shè)備（OTM）、OTN電交叉連接設(shè)備和OTN光交叉連接設(shè)備。目前主流傳送設(shè)備商都支持以上3種類型。

隨著大顆粒帶寬業(yè)務(wù)的持續(xù)強(qiáng)勁驅(qū)動(dòng)和OTN設(shè)備的逐漸應(yīng)用，OTN將朝著逐步提升OTN設(shè)備功能、性能的方向發(fā)展，主要體現(xiàn)為大容量交叉、多粒度調(diào)度、長(zhǎng)距離傳輸、智能化演進(jìn)和分組化融合等。本文在簡(jiǎn)要描述OTN技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了OTN技術(shù)的未來演進(jìn)方向。

2 OTN技術(shù)特點(diǎn)

OTN技術(shù)主要有以下特點(diǎn)。

（1）多種客戶信號(hào)綜合承載

OTN幀可以接入多種業(yè)務(wù)信號(hào)，這就使得OTN成為以太網(wǎng)、MPLS、光纖通道、HDLC/PPP、PRP、IP、FICON、ESCON及DVB ASI視頻信號(hào)等多業(yè)務(wù)綜合承載的傳送平臺(tái)。

（2）業(yè)務(wù)透明傳輸

OTN 定義的 OPUk（overhead processing unit k，開銷處理單元k）容器在業(yè)務(wù)映射和傳輸中一般不更改它們的任何凈荷和開銷信息，異步映射模式也保證了客戶信號(hào)定時(shí)信息的“透明”。

（3）FEC 標(biāo)準(zhǔn)化

在OTN標(biāo)準(zhǔn)體系中，明確了前向糾錯(cuò) （FEC）技術(shù)。FEC可以顯著增加光層傳輸?shù)木嚯x：采用標(biāo)準(zhǔn)G.709的FEC編碼，光信噪比（OSNR）容限可降低 5～7 dB；采用增強(qiáng)型FEC編碼，OSNR容限可降低7～9 dB。

另外，通過對(duì)FEC糾錯(cuò)前誤碼率的在線實(shí)時(shí)測(cè)試，豐富了OTN的在線維護(hù)指標(biāo)和技術(shù)手段。隨著WDM波道速率的不斷提升，系統(tǒng)性能也不能簡(jiǎn)單通過OSNR進(jìn)行判斷。

（4）大顆粒的業(yè)務(wù)復(fù)用、交叉和配置

OTN 定義的 ODU0（1.25 Gbit/s）、ODUflex（N×1.25 Gbit/s）、ODU1（2.5 Gbit/s）、ODU2(10 Gbit/s)、ODU2e(10.39 Gbit/s)、ODU3(40 Gbit/s)、ODU3e(42 Gbit/s)、ODU4（104.79 Gbit/s），相對(duì)于SDH的VC-12/VC-4的業(yè)務(wù)顆粒，OTN處理的顆粒明顯要大很多。

多樣的高速率顆粒使得OTN的業(yè)務(wù)封裝成本低、交叉效率高、帶寬利用率高，設(shè)備也更容易實(shí)現(xiàn)大的交叉連接。

（5）強(qiáng)大的開銷和維護(hù)管理能力

OTN提供類似SDH的開銷管理能力：

·OTUk（optical channel transport unit k）層的段監(jiān)控（section monitoring，SM）字節(jié)可以對(duì)電再生段進(jìn)行性能和故障監(jiān)測(cè)；

·ODUk（optical channel data unit k）層的通道監(jiān)測(cè)（path monitoring，PM）字節(jié)可以對(duì)端到端的波長(zhǎng)通道進(jìn)行性能和故障監(jiān)測(cè)。

這些豐富的開銷使OTN具備類似SDH的性能和故障監(jiān)測(cè)能力。

（6）涵蓋光層和電層兩個(gè)層面，增強(qiáng)了組網(wǎng)和保護(hù)能力

通過OTN電交叉連接設(shè)備和多維光交叉連接設(shè)備（如ROADM（可重配置的光分插復(fù)用器）），大大增強(qiáng)了光層的組網(wǎng)能力。光層交叉連接設(shè)備的應(yīng)用將大大減少對(duì)OTU的需求，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本。

能夠提供比較靈活的基于電層和光層的業(yè)務(wù)保護(hù)功能，如基于ODU層的 SNCP（sub network connection protection，子網(wǎng)連接保護(hù)）和共享環(huán)網(wǎng)保護(hù)、基于光層的光通道或復(fù)用段保護(hù)等。

（7）多樣化的設(shè)備類型，滿足各種場(chǎng)景的應(yīng)用需要

OTN技術(shù)能夠提供終端復(fù)用設(shè)備、電交叉連接設(shè)備、光交叉連接設(shè)備、光電混合交叉連接設(shè)備等多種類型，滿足鏈型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

3 OTN技術(shù)的分組化演進(jìn)

由于業(yè)務(wù)網(wǎng)IP化的不斷發(fā)展，OTN技術(shù)分組化將是OTN技術(shù)未來發(fā)展的方向。2010年5月在ITU-T全會(huì)上討論了E-OTN的應(yīng)用場(chǎng)景，在此基礎(chǔ)上，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)于2011年開始制定分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備技術(shù)要求，目前該標(biāo)準(zhǔn)已進(jìn)入報(bào)批稿階段。在2012年9月的ITU-T SG15會(huì)議上，也明確將CCSA定義的分組增強(qiáng)型OTN相關(guān)內(nèi)容引入G.709和G.798.1等標(biāo)準(zhǔn)中。

分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備是OTN設(shè)備和分組設(shè)備的進(jìn)一步融合，采用多平面或統(tǒng)一交叉模型實(shí)現(xiàn)ODU時(shí)隙的TDM交叉和分組交換功能，深化多業(yè)務(wù)的綜合接入。分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備技術(shù)要求明確定義了分組增強(qiáng)型OTN的兩種設(shè)備架構(gòu)，包括板卡式和集中交叉式，分別如圖1和圖2所示。

板卡式設(shè)備架構(gòu)類似傳統(tǒng)MSTP的架構(gòu)，在OTN設(shè)備上增加具有分組業(yè)務(wù)處理能力的板卡，實(shí)現(xiàn)板卡級(jí)分組業(yè)務(wù)的接入、交換、匯聚和傳送；ODUk級(jí)的交換通過OTN設(shè)備電交叉矩陣完成。這種方式屬于分組增強(qiáng)型OTN技術(shù)的初級(jí)階段，單板分組業(yè)務(wù)的吞吐量可達(dá)到100 Gbit/s。

集中交叉式設(shè)備架構(gòu)采用統(tǒng)一交換矩陣技術(shù)，基于該技術(shù)的產(chǎn)品發(fā)展很快，也促進(jìn)分組交換和ODUk交叉融合，相應(yīng)產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，部分設(shè)備廠商已經(jīng)能夠提供基于該技術(shù)的初級(jí)產(chǎn)品，但在分組業(yè)務(wù)處理方面的功能和性能都還不完善。

近期中國電信、中國聯(lián)通等運(yùn)營商都將進(jìn)行分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備和組網(wǎng)測(cè)試，預(yù)計(jì)在2013年底，分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備將在現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行部署。

4 OTN技術(shù)的智能化演進(jìn)

無論是ITU-T、IETF還是國內(nèi)的CCSA，都在OTN標(biāo)準(zhǔn)體系中提到智能控制平面的要求。在2010年中國電信、中國聯(lián)通組織的OTN技術(shù)測(cè)試中，多數(shù)廠商都能夠支持智能控制技術(shù)，但目前在OTN上的智能控制技術(shù)的功能與基于SDH的ASON（自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)）相比，還需更多改進(jìn)。

在電層 ，OTN包括 ODU0、ODU1、ODU2、ODU3、ODU4等多種顆粒，比基于SDH的ASON的VC4顆粒多，而OTN多顆粒的業(yè)務(wù)在復(fù)用和時(shí)隙占用上有較多的限制，如何通過智能控制選擇時(shí)隙和通道，避免系統(tǒng)資源的不合理利用，是需要智能控制技術(shù)解決的問題。

在光層，全光層智能控制技術(shù)WSON（wavelength switchedopticalnetwork）主要采用通用多協(xié)議標(biāo)簽交換（GMPLS）技術(shù)和路徑計(jì)算單元（PCE）技術(shù)等控制平面技術(shù)，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)路由的動(dòng)態(tài)調(diào)度，通過光層自身自動(dòng)完成波長(zhǎng)路由計(jì)算和波長(zhǎng)分配，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)度的智能化，提高WDM網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的靈活性和網(wǎng)絡(luò)管理的效率。但在WSON中，光路徑的配置受到底層物理傳輸系統(tǒng)和鏈路層物理特性的諸多限制。例如：路由和波長(zhǎng)分配需要考慮的設(shè)備單元包括波分復(fù)用鏈路、可調(diào)諧激光器、ROADM以及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。對(duì)于光層的損傷，在接入、城域和長(zhǎng)距WSON系統(tǒng)中考慮的技術(shù)因素各不相同。因此，在WSON中，為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的光路徑建立，就需要對(duì)現(xiàn)有的GMPLS和PCE控制平面協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，通過靜態(tài)配置或者動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等手段，獲取底層的物理層信息，通過動(dòng)態(tài)信令和路由控制，完成端到端光路徑的配置。

基于上述原因，WSON目前需要重點(diǎn)研究和解決以下問題。

·WSON的路由和波長(zhǎng)分配體系架構(gòu)，主要分析WSON系統(tǒng)架構(gòu)及WSON中的路由和波長(zhǎng)分配（RWA）問題。

·WSON的信息建模主要分析WSON中傳輸物理層的限制條件，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)和鏈路進(jìn)行信息建模，便于實(shí)現(xiàn)GMPLS以及PCE的路由和信令擴(kuò)展。

·WSON的信令擴(kuò)展主要包括標(biāo)簽擴(kuò)展機(jī)制和標(biāo)簽分配機(jī)制，用于指示建立底層的波長(zhǎng)交叉，WSON的信令擴(kuò)展重點(diǎn)關(guān)注WSON中雙向路徑建立的標(biāo)簽分配機(jī)制。

·WSON的路由擴(kuò)展主要考慮路由消息的洪泛機(jī)制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)和鏈路信息的高效廣播傳送。

·WSON的損傷感知機(jī)制主要考慮物理層的特性，如色散、損耗等，同時(shí)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)提供的損傷補(bǔ)償機(jī)制以及路由控制技術(shù)，在路徑計(jì)算的過程中避免有損傷的物理鏈路。

5 向光子集成技術(shù)方向發(fā)展

電子集成電路目前應(yīng)用普遍，但光子集成電路（photonic integrated circuit，PIC）還比較少，導(dǎo)致現(xiàn)在的光通信系統(tǒng)設(shè)備體積大、耗電大，部件和板卡之間的連纖量大、難以管理，很難滿足業(yè)務(wù)對(duì)帶寬不斷高速增長(zhǎng)的需求。光子集成技術(shù)是光通信技術(shù)未來發(fā)展的主要方向之一。

光子集成技術(shù)通過材料生長(zhǎng)技術(shù)和光刻技術(shù)將不同功能分離的光器件，例如激光器、檢測(cè)器、光調(diào)制解調(diào)器等集成在單個(gè)襯底上，構(gòu)成單片集成電路。這種光子集成技術(shù)器件結(jié)構(gòu)緊湊小巧，性能可以滿足大多數(shù)光纖通信系統(tǒng)的需求。目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)4對(duì)OTU、10對(duì)OTU和40對(duì)OTU的集成芯片。每個(gè)OTU的速率為10 Gbit/s，甚至為40 Gbit/s。

從上述光子集成技術(shù)特點(diǎn)來看，光通信技術(shù)從分離光器件向光子集成器件的演進(jìn)可以與當(dāng)年電子產(chǎn)品從晶體管向集成電路的演進(jìn)相類比，其優(yōu)勢(shì)也可以類比，與傳統(tǒng)光通信技術(shù)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)如下。

·根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，光層系統(tǒng)70%的故障問題都是光纖耦合導(dǎo)致的，光子集成將大量的光纖耦合集成在PIC中，大大減少了光纖連接的數(shù)量，從而大幅度提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。采用PIC的40×10 Gbit/s WDM系統(tǒng)僅需要一個(gè)子架即可，傳統(tǒng)40×10 Gbit/s WDM系統(tǒng)需要2個(gè)機(jī)架。

·大量的光纖連接和光子器件集成在PIC中，大幅度減少了器件和板卡的數(shù)量，從而降低了維護(hù)工作量。

·PIC大大降低了設(shè)備的尺寸，大幅度降低對(duì)機(jī)房面積的需求（目前產(chǎn)品不足傳統(tǒng)設(shè)備的1/4），間接降低網(wǎng)絡(luò)成本。

·PIC大大降低了設(shè)備功耗（目前產(chǎn)品不足傳統(tǒng)設(shè)備的1/3），減少日常運(yùn)維支出。

自2004年第一款集成了50個(gè)光子器件的PIC出現(xiàn)，光子集成技術(shù)迅速發(fā)展，目前英飛朗公司、CIP技術(shù)公司、OneChip Photonic和Enablence Technology等公司的光子集成產(chǎn)品相繼進(jìn)入市場(chǎng)。

國內(nèi)部分設(shè)備廠商在其OTN產(chǎn)品上也開發(fā)出基于光子集成技術(shù)的產(chǎn)品，將12個(gè)或20個(gè)10 Gbit/s線路側(cè)光模塊、合分波器等器件集成到一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)120 Gbit/s/200 Gbit/s容量傳輸，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速部署，可應(yīng)用于小容量匯聚層網(wǎng)絡(luò)或業(yè)務(wù)發(fā)展較快的邊緣層網(wǎng)絡(luò)。

6 超100 Gbit/s時(shí)代的OTN承載模式

400GE作為400 Gbit/s OTN的主要客戶側(cè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)著OTN向400 Gbit/s演進(jìn)，400 Gbit/s OTN如何有效承載400GE將成為亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。同時(shí)400 Gbit/s OTN的定義也必須兼容已有低階的ODU業(yè)務(wù)，即如何做到有效承載 ODU0、ODU1、ODU2、ODU2e、ODU3、ODU3e1、ODU3e2及ODU4等低速業(yè)務(wù)信號(hào)。隨著速率的提升，以小顆粒劃分時(shí)隙，在一定程度上使400 Gbit/s OTN時(shí)隙管理復(fù)雜化以及低階到高階的映射復(fù)用復(fù)雜化。

2012年9月的ITU-T SG15會(huì)議上，明確提出了OTN速率達(dá)到100 Gbit/s后的兩種演進(jìn)方案，一是傳統(tǒng)的OTN演進(jìn)思路，引入一種新的400 Gbit/s速率等級(jí)的OTU5；二是向著flex-OTN演進(jìn)，引入一種新的速率靈活可變的OTUflex，可兼容400GE業(yè)務(wù)的有效傳送。

（1）固定比特率OTU5

固定比特率承載模式如圖3所示。對(duì)于400GE客戶信號(hào)，可以通過GMP方式完成400GE業(yè)務(wù)的映射及封裝到OTU5，實(shí)現(xiàn)400GE的串行比特透?jìng)?。?duì)于低速率信號(hào)，可將400 Gbit/s OTN劃分為多個(gè)時(shí)隙 （如320個(gè)等），通過GMP方式進(jìn)行低階到高階的映射復(fù)用，兼容現(xiàn)有的OTN體系架構(gòu)，可以承載所有低階ODUk信號(hào)。

該方式延用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和維護(hù)方式，技術(shù)實(shí)現(xiàn)較容易。但是也存在網(wǎng)絡(luò)速率升級(jí)造成組網(wǎng)的復(fù)雜性、低速接口的再利用問題等，并且在400 Gbit/s之后，速率的升級(jí)并不能顯著提高頻譜效率。

（2）靈活比特流flex-OTN

靈活比特率承載模式如圖4所示。flex-OTN承載模式需要定義N倍基準(zhǔn)速率的高階ODUflex/OTUflex，其中基準(zhǔn)速率可以考慮選擇為 25Gbit/s、50Gbit/s、100Gbit/s、200 Gbit/s、400 Gbit/s等。針對(duì)各種不同的高階OTUflex線路速率，不再考慮類似PDH的層層復(fù)用功能，僅需要復(fù)用現(xiàn)有的低階ODU到高階ODUflex/OTUflex。靈活多樣的線路速率能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)傳送帶寬的需求。

圖3 400 Gbit/s OTN承載模式——固定比特率

圖4 400 Gbit/s OTN承載模式——靈活比特率

該方式可以避免運(yùn)營商速率選擇的風(fēng)險(xiǎn)，可根據(jù)業(yè)務(wù)帶寬需求靈活配置接口速率，提高設(shè)備和頻譜資源利用率。但該方式將改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和維護(hù)方式，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度較大。

7 結(jié)束語

OTN技術(shù)作為高帶寬傳送技術(shù)，在多業(yè)務(wù)承載和分組化演進(jìn)方面符合融合網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。預(yù)計(jì)在未來幾年，將會(huì)不斷有更大交叉容量（超過10 Tbit/s）的OTN交叉設(shè)備面世，在適應(yīng)全業(yè)務(wù)發(fā)展的同時(shí)，其有力的網(wǎng)絡(luò)支撐能力也將對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展起到強(qiáng)大的推動(dòng)作用，屆時(shí)能夠提供大顆粒帶寬的調(diào)度與管理的OTN將真正成為能夠靈活調(diào)度、具備保護(hù)恢復(fù)功能的新一代光網(wǎng)絡(luò)。