程 明 ，蔣 銘 ，朱 俊 ，楊煒杰

（1.中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122；2.中國電信股份有限公司上海分公司 上海 200120）

1 引言

近年來，隨著寬帶、移動數(shù)據(jù)、專線、IPTV、OTT等業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，城域網(wǎng)承受著流量高速增長帶來的巨大壓力。根據(jù)Cisco的研究報告，2012-2017年亞太地區(qū)公眾用戶互聯(lián)網(wǎng)流量的CAGR（compound annual growth rate，年均復(fù)合增長率）為27%，移動數(shù)據(jù)流量增長最快，CAGR將達(dá)到76%，而商業(yè)用戶流量的CAGR也將有23%。為了更好地適應(yīng)流量的快速增長和多業(yè)務(wù)承載的差異化需求，一些主流運營商在對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容和對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的同時，開始探索傳輸網(wǎng)技術(shù)的演進(jìn)及其對整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的影響。分組增強(qiáng)型OTN（optical transport network，光傳送網(wǎng)）技術(shù)通過整合OTN、以太網(wǎng)、MPLS-TP（multi-protocol label switching transport profile，多協(xié)議標(biāo)記交換傳送子集）和SDH（synchronous digital hierarchy，同步數(shù)字體系）等技術(shù)，增加層間適配，形成層次化的結(jié)構(gòu)，成為傳輸方向的研究熱點。

2 分組增強(qiáng)型OTN技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，分組增強(qiáng)型OTN技術(shù)的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展較快，主要由CCSA TC6 WG1傳輸網(wǎng)組研究和制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 2484-2013《分組增強(qiáng)型光傳送網(wǎng)（OTN）設(shè)備技術(shù)要求》和技術(shù)報告YDB 076-2012《光傳送網(wǎng)（OTN）多業(yè)務(wù)承載技術(shù)要求》。主流運營商和傳輸廠商均參與了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和討論。

分組增強(qiáng)型OTN技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展較慢。2011年，多家運營商和設(shè)備商向ITU-T提出OTN分組交換功能的應(yīng)用場景及多層融合網(wǎng)絡(luò)的研究需求，IEEE進(jìn)行了OTN與以太網(wǎng)融合技術(shù)（E-OTN）可行性的討論。2012年，ITU-T同意在G.798.1（OTN設(shè)備類型及功能）中引入分組增強(qiáng)型OTN等OTN融合技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，并邀請更多文稿進(jìn)行討論。

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義，分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備是指具有ODUk（optical channel data unit-k，光通路數(shù)據(jù)單元k）交叉、分組交換、VC（virtual container，虛容器）交叉和 OCh（optical channel，光通路）交叉等處理能力，可實現(xiàn)對TDM和分組等業(yè)務(wù)統(tǒng)一傳送的設(shè)備。

分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備由傳送平面模塊、控制平面模塊、管理平面模塊和 DCN（data communication network，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)）模塊組成，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。相比OTN設(shè)備，分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備主要增加了以下功能。

·層間適配功能:提供VC、分組到ODUk的適配功能。

·分組處理功能:包括以太網(wǎng)處理或/和MPLS-TP處理功能，提供分組業(yè)務(wù)的適配、QoS和OAM處理等功能。

·分組交換功能:提供基于以太網(wǎng)端口、VLAN和MAC地址的交換能力，或者基于MPLS-TP LSP和PW的交換能力。

·VC交叉功能:支持高階通道VC4級別的調(diào)度功能，并提供級聯(lián)條件下的VC通道交叉處理能力。

·保護(hù)功能:提供基于以太網(wǎng)、MPLS-TP的分組業(yè)務(wù)保護(hù)功能和基于VC4、ODUk、OCh的通道層保護(hù)功能以及層間保護(hù)協(xié)調(diào)能力。

根據(jù)傳送平面不同的具體實現(xiàn)，分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備可分為兩種類型:板卡式和集中交叉式。

板卡式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備的邏輯功能模型如圖2(a)所示。相較于OTN設(shè)備邏輯功能模型，板卡式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備在支路側(cè)增加了VC適配/交叉、分組處理、分組交換和層間適配等功能模塊，提升了設(shè)備對SDH和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)度和處理的能力。由于板卡式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備基本不涉及對現(xiàn)有OTN設(shè)備背板總線架構(gòu)、交叉板卡和線路板卡的調(diào)整，因此OTN設(shè)備可以通過加載支持分組處理、交換、適配功能或VC適配、交叉功能的支路板卡，實現(xiàn)向板卡式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備的平滑演進(jìn)（部分設(shè)備需要進(jìn)行軟件升級）。

主流傳輸廠商基本都能提供支持以太網(wǎng)處理、分組交換和層間適配的支路板卡。支持分組功能的支路板卡對以太網(wǎng)QoS的支持能力較好，但對以太網(wǎng)OAM的支持能力有待加強(qiáng)。受限于分組交換芯片的集成度，相關(guān)支路板卡的分組交換能力基本小于100 Gbit/s，背板總線不大于40 Gbit/s。部分廠商支持板內(nèi)LAG（link aggregation group，鏈路聚合組）保護(hù)，支持通過設(shè)定時延實現(xiàn)對不同層次保護(hù)的協(xié)調(diào)。

圖1 分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 兩種分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備功能模型

集中交叉式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備的邏輯功能模型如圖2(b)所示。其主要特點在于ODUk交叉、VC交叉和分組交換功能集中在交叉板上完成。相較于板卡式設(shè)備，集中交叉式設(shè)備在功能和性能方面更加強(qiáng)大，業(yè)務(wù)調(diào)度更加靈活。根據(jù)交叉功能的不同實現(xiàn)方式，集中交叉式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備可分為兩種類型:一種采用多核交換結(jié)構(gòu)，即分組交換、ODUk交叉和VC交叉由不同的交換芯片完成，是對現(xiàn)有交換技術(shù)的整合；另一種采用基于切片的統(tǒng)一交換結(jié)構(gòu)，對TDM業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一的切片處理，然后根據(jù)控制管理信息實現(xiàn)交換，其特點是分組交換和TDM交叉的容量比例可以任意調(diào)整，具有良好的組網(wǎng)靈活性，能較好地適應(yīng)業(yè)務(wù)的發(fā)展。

基于多核交換結(jié)構(gòu)的集中交叉式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備僅有個別廠商能夠提供商用版本，基本繼承了原有OTN設(shè)備架構(gòu)，主要對背板總線和交叉板進(jìn)行了改造，交叉板卡同時支持ODUk交叉、VC交叉和分組交換功能，能夠兼容原有OTN設(shè)備的支路、線路板卡。經(jīng)過實驗室驗證，該型設(shè)備支持以太網(wǎng)和MPLS-TP處理，對以太網(wǎng)及MPLS-TP的OAM和QoS功能支持較好。由于該型設(shè)備在線路板卡上實現(xiàn)分組與ODUk的層間適配功能，其對分組業(yè)務(wù)進(jìn)行分組處理和交換后不能直接通過背板總線進(jìn)入交叉板卡進(jìn)行ODUk交叉，故在承載需要進(jìn)行分組處理的業(yè)務(wù)時，只能使用特定的分組支、線路板卡。該型設(shè)備現(xiàn)有的分組支路、線路板卡類型較少，受限于支路板卡的分組業(yè)務(wù)接入能力，其實際有效處理分組交換的能力小于1 Tbit/s。雖然該型設(shè)備支持VC交叉，但并無實現(xiàn)VC與ODUk層間適配的線路板卡，因此在進(jìn)行VC處理時并不完全符合標(biāo)準(zhǔn)定義的架構(gòu)。

基于切片的統(tǒng)一交換結(jié)構(gòu)的集中交叉式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備已有部分廠商能夠提供商用設(shè)備，但支持分組處理的相關(guān)板卡仍處于研發(fā)階段，現(xiàn)有商用的支路、線路板卡只支持傳統(tǒng)OTN功能。

目前，板卡式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備在整體架構(gòu)和以太網(wǎng)QoS處理方面已經(jīng)比較成熟，后續(xù)將主要提升板卡的分組交換容量，完善對以太網(wǎng)OAM的處理，并根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求實現(xiàn)對MPLS-TP功能的支持。集中交叉式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備的整體架構(gòu)已基本成熟，但相關(guān)支路、線路板卡類型需要進(jìn)一步豐富，其分組處理能力也有待加強(qiáng)。

3 分組增強(qiáng)型OTN在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

分組增強(qiáng)型OTN技術(shù)重點增加了分組處理、分組交換和層間適配等特性，能夠同時滿足精細(xì)化的業(yè)務(wù)調(diào)度和大帶寬的業(yè)務(wù)承載及保護(hù)需求，能夠滿足城域網(wǎng)業(yè)務(wù)分組化和IP網(wǎng)絡(luò)扁平化的發(fā)展趨勢，其在城域網(wǎng)中的主要應(yīng)用場景包括以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)承載、IP城域網(wǎng)承載和基站回傳承載。

3.1 以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)承載

近年來，以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)需求在數(shù)量和帶寬上均呈現(xiàn)快速增長的趨勢。目前，城域網(wǎng)內(nèi)GE以下帶寬的專線業(yè)務(wù)多采用 MSTP（multi service transport platform，多業(yè)務(wù)傳送平臺）、PTN（packet transport network，分組傳送網(wǎng)）或路由器承載；而GE及以上帶寬的專線業(yè)務(wù)則主要采用光纖出租或WDM/OTN承載?，F(xiàn)有承載方式面臨的主要問題包括:MSTP和PTN設(shè)備容量有限，難以滿足大帶寬專線業(yè)務(wù)的快速發(fā)展要求；路由器承載成本較高，大帶寬專線業(yè)務(wù)承載對網(wǎng)絡(luò)的沖擊較大；光纖出租使得運營商對出租電路難以進(jìn)行有效的管控和保護(hù)；WDM/OTN調(diào)度顆粒較大，業(yè)務(wù)開通和調(diào)整不靈活。

分組增強(qiáng)型OTN技術(shù)同時具備了OTN技術(shù)對大帶寬業(yè)務(wù)的端到端傳送能力以及以太網(wǎng)和MPLS-TP技術(shù)對分組業(yè)務(wù)的精細(xì)化調(diào)度和QoS處理功能，比較適用于FE及以上以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)的承載。在承載以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)時，可根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀采用以下不同模式。

（1）對現(xiàn)有OTN設(shè)備進(jìn)行改造

OTN設(shè)備通過增加分組支路板卡，平滑升級成為板卡式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備。其中，分組處理支路板卡進(jìn)行以太網(wǎng)交換、QoS和OAM處理，主要用于以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)接入，對用戶接入帶寬進(jìn)行限速或升速調(diào)整，線路側(cè)采用ODUk封裝、調(diào)度和保護(hù)。該模式可以為用戶提供更豐富的帶寬業(yè)務(wù)選擇，并能提升OTN承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳送效率。

（2）引入集中交叉式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備

在用戶接入的OTN節(jié)點引入支持MPLS-TP處理功能的分組板卡或小容量集中交叉式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備，主要用于MPLS-TP的QoS和OAM處理。在核心調(diào)度節(jié)點引入大容量的集中交叉式OTN設(shè)備，主要進(jìn)行LSP或PW交換處理。該模式通過在核心調(diào)度節(jié)點進(jìn)行分組處理，可以有效提升網(wǎng)絡(luò)傳送效率。通過設(shè)置保護(hù)拖延時間，能夠?qū)崿F(xiàn)PW、LSP、ODUk或OCh等不同層次的保護(hù)協(xié)同。

3.2 IP城域網(wǎng)承載

分組增強(qiáng)型OTN技術(shù)在IP城域網(wǎng)中的主要應(yīng)用場景包括:承載 OLT（optical line terminal，光線路終端）上聯(lián)BRAS（broadband remote access server，寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器）/SR（service router，業(yè)務(wù)路由器）鏈路和承載 BRAS/SR上聯(lián)CR（core router，核心路由器）鏈路。分組增強(qiáng)型OTN承載IP城域網(wǎng)相關(guān)鏈路后的總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 分組增強(qiáng)型OTN承載IP城域網(wǎng)

3.2.1 分組增強(qiáng)型OTN承載OLT上聯(lián)BRAS/SR

IP城域網(wǎng)內(nèi)OLT上聯(lián)BRAS/SR主要有如下兩種模式。

（1）OLT 直連 BRAS/SR

OLT通過上聯(lián)端口區(qū)分到達(dá)不同BRAS/SR的業(yè)務(wù)。該模式主要適用于單臺OLT流量較大、上聯(lián)的BRAS/SR數(shù)量較少的應(yīng)用場景。

OLT直連BRAS/SR存在的問題包括:占用大量光纖資源，無法進(jìn)行帶寬收斂；占用大量BRAS/SR的端口資源，上聯(lián)鏈路擴(kuò)容周期長，鏈路保護(hù)困難。

（2）OLT通過匯聚交換機(jī)上聯(lián)BRAS/SR

OLT通過VLAN區(qū)分不同業(yè)務(wù)，匯聚交換機(jī)進(jìn)行VLAN分流、多播復(fù)制和流量匯聚。該模式適用于單臺OLT帶寬收斂比較大、承載業(yè)務(wù)類型較復(fù)雜、上聯(lián)的BRAS/SR數(shù)量較多的應(yīng)用場景。

OLT通過交換機(jī)上聯(lián)BRAS/SR存在的問題包括:占用大量光纖資源 （當(dāng)OLT與交換機(jī)不在同一局點時），上聯(lián)鏈路擴(kuò)容周期長，增加IP城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層次和故障點。

分組增強(qiáng)型OTN能夠快速提供OLT上聯(lián)鏈路，實現(xiàn)對相關(guān)鏈路的監(jiān)控和保護(hù)。通過分組交換，可以節(jié)省BRAS/SR端口資源的消耗，并能夠完成端口匹配（如OLT上聯(lián)GE端口，而BRAS/SR下聯(lián)可以采用10GE端口）。

對于OLT直連BRAS/SR的模式，分組增強(qiáng)型OTN可以在靠近BRAS/SR側(cè)進(jìn)行分組處理，通過流量匯聚減少BRAS/SR的端口占用，通過端口匯聚實現(xiàn)端口匹配。

對于OLT通過交換機(jī)上聯(lián)BRAS/SR的模式，分組增強(qiáng)型OTN可以在靠近OLT側(cè)進(jìn)行VLAN分流和統(tǒng)計復(fù)用，以提升網(wǎng)絡(luò)傳送效率，在靠近BRAS/SR側(cè)進(jìn)行端口匯聚實現(xiàn)端口匹配。

由于板卡式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備交換容量較小，不支持板間LAG保護(hù)，難以在中間節(jié)點進(jìn)行分組處理和有效帶寬收斂，在承載OLT上聯(lián)BRAS/SR鏈路時宜采用集中交叉式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備。

3.2.2 分組增強(qiáng)型OTN承載BRAS/SR上聯(lián)CR

IP城域網(wǎng)內(nèi)BRAS/SR上聯(lián)CR有兩種模式:BRAS/SR通過匯聚路由器上聯(lián)CR和BRAS/SR直連CR。

隨著IP城域網(wǎng)流量模型的變化，BRAS/SR上聯(lián)帶寬的收斂比越來越小，匯聚路由器的流量匯聚功能不斷減弱，網(wǎng)絡(luò)扁平化成為發(fā)展趨勢。但網(wǎng)絡(luò)扁平化過程中，BRAS/SR的GE上聯(lián)端口與CR的10GE下聯(lián)端口進(jìn)行匹配的問題需要解決。與此同時，城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)流量的快速增長，使得40GE/100GE等高速端口開始得到部署。當(dāng)高速端口用于CR下聯(lián)鏈路時，也將面臨端口匹配的問題。

分組增強(qiáng)型OTN用于承載BRAS/SR上聯(lián)CR，不僅可以快速開通鏈路并提供鏈路保護(hù)，而且可以在靠近CR側(cè)進(jìn)行端口匯聚，實現(xiàn)BRAS/SR上聯(lián)端口與CR下聯(lián)端口的匹配 （BRAS/SR上聯(lián)采用GE/10GE端口，CR下聯(lián)可以引入10GE/40GE/100GE端口）。

3.3 基站回傳承載

早期的基站回傳主要采用MSTP技術(shù)，其能夠較好地滿足2G時代以語音為主的低帶寬、高質(zhì)量保障業(yè)務(wù)要求。隨著智能移動終端的普及和移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，回傳網(wǎng)絡(luò)向分組方向快速演進(jìn)，3G基站回傳帶寬需求達(dá)到30～50 Mbit/s。傳統(tǒng)的以MSTP為主的無線回傳網(wǎng)絡(luò)難以適應(yīng)新時期高速帶寬、靈活組網(wǎng)、高效運營等要求。在快速臨近的LTE時代，基站回傳帶寬需求將達(dá)到100～300 Mbit/s，這將對基于IP路由器或PTN的回傳網(wǎng)絡(luò)造成壓力。

分組增強(qiáng)型OTN能夠通過OTN技術(shù)提供大帶寬的鏈路承載，通過以太網(wǎng)技術(shù)解決OTN接入分組業(yè)務(wù)效率低的問題，也可以采用MPLS-TP over OTN模式進(jìn)行精細(xì)化的分組處理。通過設(shè)置保護(hù)拖延時間，完成PW、LSP或ODUk等不同層次的保護(hù)協(xié)同。分組增強(qiáng)型OTN具有時鐘集中處理模塊，支持定時輸入和輸出接口，可以通過物理層方式恢復(fù)定時信號，完成頻率同步信號的傳遞。同時，可以通過OSC凈荷傳送IEEE 1588-2008報文，完成時間同步信號的傳送。

分組增強(qiáng)型OTN進(jìn)行基站回傳承載主要有以下模式。

（1）配合承載基站回傳鏈路

由IP路由器或PTN的回傳網(wǎng)絡(luò)完成基站回傳流量的接入，分組增強(qiáng)型OTN提供回傳網(wǎng)絡(luò)的鏈路承載，并可按需為基站或回傳網(wǎng)絡(luò)提供時間/頻率同步信號。其中，對于PTN回傳方案，在完成MPLS-TP互通后，分組增強(qiáng)型OTN也可采用MPLS-TP over OTN的模式進(jìn)行承載，實現(xiàn)MPLS-TP層的端到端管理、維護(hù)與保護(hù)。

（2）獨立承載基站回傳信號

當(dāng)基站采用BBU （base band unit，基帶處理單元）與RRU（remote radio unit，射頻拉遠(yuǎn)模塊）分離的架構(gòu)，RRU部署在基站或天線，BBU集中部署在局站機(jī)房時，單局站回傳流量可能突破GE。此時分組增強(qiáng)型OTN可以發(fā)揮其端到端、精細(xì)化調(diào)度、大帶寬傳送的優(yōu)勢，采用MPLS-TP over OTN的模式進(jìn)行承載，由MPLS-TP技術(shù)解決回傳業(yè)務(wù)的承載和保護(hù)，中間節(jié)點可以進(jìn)行分組處理，OTN層則為MPLS-TP層提供鏈路保護(hù)，也可考慮采用Ethernet over OTN的模式進(jìn)行回傳承載，以太網(wǎng)主要用于回傳業(yè)務(wù)的接入，OTN層提供線路保護(hù)。分組增強(qiáng)型OTN可以直接為基站提供時間/頻率同步信號。

4 結(jié)束語

分組增強(qiáng)型OTN技術(shù)通過融合OTN、以太網(wǎng)、MPLS-TP和SDH等技術(shù)，形成了層次化的結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)業(yè)務(wù)大帶寬和分組化的要求。隨著分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備功能和性能的不斷完善以及業(yè)務(wù)需求和應(yīng)用場景的逐步清晰，分組增強(qiáng)型OTN技術(shù)將在城域網(wǎng)內(nèi)發(fā)揮重要作用。

1 Cisco visual networking index:forecast and methodology,2012-2017.http://www.cisco.com/

2 CCSA YD/T 2484-2013.分組增強(qiáng)型光傳送網(wǎng)（OTN）設(shè)備技術(shù)要求，2013

3 CCSA YD/T 1990-2009.光傳送網(wǎng)(OTN)網(wǎng)絡(luò)總體技術(shù)要求，2009