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        新一代光傳送網(wǎng)
        ——OTN技術(shù)及應(yīng)用

        2014-09-20 09:47:36
        關(guān)鍵詞:波長交叉調(diào)度

        (天津鐵道職業(yè)技術(shù)學院,天津 300240)

        一、OTN產(chǎn)生的背景

        目前光傳輸網(wǎng)廣泛采用SDH和WDM兩種技術(shù)。其中,SDH是在電域?qū)π盘栠M行處理,以VC-12/VC-4交叉調(diào)度、同步和單通道線路為基本特征,可提供E1/E3/E4/STM-N(10G)信號的接入、復用、選路、管理以及保護;WDM則是在光域?qū)π盘栠M行處理,以多通道復用/解復用和長距離傳輸為基本特征,為波長級業(yè)務(wù)提供低成本傳送。

        隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展,GE、10GE在城域的廣泛使用,以VC調(diào)度為基礎(chǔ)的SDH網(wǎng)絡(luò)在交叉調(diào)度和擴展性方面呈現(xiàn)出不足,不能滿足未來骨干網(wǎng)節(jié)點的Tbit以上大容量業(yè)務(wù)調(diào)度;WDM網(wǎng)絡(luò)雖提高了系統(tǒng)的容量、實現(xiàn)了業(yè)務(wù)透明傳輸,但缺少對光信道精確的監(jiān)視能力,以及靈活的調(diào)度能力和組網(wǎng)能力。

        在此情況下,1998年國際電信聯(lián)盟電信標準化部門(ITU-T)正式提出了OTN的概念。OTN技術(shù)將SDH的可運營和可管理能力應(yīng)用到WDM系統(tǒng)中,同時具備了SDH的安全與調(diào)度和WDM大容量遠距離傳送的雙重優(yōu)勢,能最大程度地滿足多業(yè)務(wù)、大顆粒、大容量的傳送需求,同時可以為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供最低的時延抖動,最完善的OAM 能力,近乎無限升級擴容潛力,并節(jié)省大量的光纖資源。

        二、OTN的基本概念和特點

        OTN(Optical Transport Network)光傳送網(wǎng)是通過G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建議所規(guī)范的新一代“數(shù)字傳送體系”和“光傳送體系”。它是由一系列光網(wǎng)元經(jīng)光纖鏈路互聯(lián)而成,能提供光通道承載任何客戶信號,并提供客戶信號的傳輸、復用、路由、管理、監(jiān)控和生存性功能的網(wǎng)絡(luò)。OTN是以波分復用技術(shù)為基礎(chǔ)、在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng),是下一代的骨干傳送網(wǎng)。

        從技術(shù)本質(zhì)上而言,OTN技術(shù)是對已有的SDH和WDM的傳統(tǒng)優(yōu)勢進行了更為有效的繼承和組合,同時擴展了與業(yè)務(wù)傳送需求相適應(yīng)的組網(wǎng)功能;而從設(shè)備類型上來看,OTN設(shè)備相當于SDH和WDM設(shè)備融合為一種設(shè)備,同時拓展了原有設(shè)備類型的優(yōu)勢功能。OTN的特點有:

        1.多種客戶信號封裝和透明傳輸

        基于ITU-TG.709的OTN幀結(jié)構(gòu)可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸,如SDH、ATM、以太網(wǎng)、存儲域網(wǎng)絡(luò)(SAN)、視頻等。目前對于SDH和ATM可實現(xiàn)標準封裝和透明傳送,但對于不同速率以太網(wǎng)的支持有所差異。ITU-T為10GE業(yè)務(wù)實現(xiàn)不同程度的透明傳輸提供了補充建議,而對于40GE、100GE以太網(wǎng)、專網(wǎng)業(yè)務(wù)光纖通道(FC)和接入網(wǎng)業(yè)務(wù)吉比特無源光網(wǎng)絡(luò)(GPON)等,其到OTN幀中標準化的映射方式目前正在討論之中。

        2.大顆粒的帶寬復用、交叉和配置

        OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通道數(shù)據(jù)單元(ODU-k,k=1,2,3),光層的帶寬顆粒為波長,相對于SDH的VC-12/VC-4的調(diào)度顆粒,OTN復用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多,對高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務(wù)的適配和傳送效率顯著提升。

        3.強大的開銷和維護管理能力

        傳統(tǒng)的WDM設(shè)備只能監(jiān)控光功率等少量光層信息,無法實現(xiàn)基于業(yè)務(wù)通道的監(jiān)控,運維管理不便,且無法提供基于業(yè)務(wù)通道的保護等功能。OTN借鑒了SDH的優(yōu)點,在幀結(jié)構(gòu)中定義了完善豐富的監(jiān)控字節(jié),使其具備同SDH一樣的運維管理能力。其中多層嵌套的串聯(lián)連接監(jiān)視(TCM)功能,可以實現(xiàn)嵌套、級聯(lián)等復雜網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控。

        4.強大的組網(wǎng)和保護能力

        通過OTN幀結(jié)構(gòu)、ODU-k交叉和多維度可重構(gòu)光分插復用器(ROADM)的引入,大大增強了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力,改變了基于SDH VC-12/VC-4調(diào)度帶寬和WDM點到點提供大容量傳送帶寬的現(xiàn)狀。前向糾錯(FEC)技術(shù)的采用,顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外,OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務(wù)保護功能,如基于ODU-k層的子網(wǎng)連接保護(SNCP)、基于波長的光通道保護、光子網(wǎng)連接保護和基于ODU-k的環(huán)網(wǎng)保護等。

        作為新型的傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù),OTN并非盡善盡美。最典型的不足之處就是不支持2.5Gbit/s以下顆粒業(yè)務(wù)的映射與調(diào)度。另外,OTN標準最初制定時并沒有過多考慮以太網(wǎng)完全透明傳送的問題,這使得OTN組網(wǎng)時可能出現(xiàn)一些業(yè)務(wù)透明度不夠或者傳送顆粒速率不匹配等問題。目前ITU-T的相關(guān)研究組正在積極組織討論以解決OTN目前面臨的一些缺陷,例如提出新的ODU-0/ODU-4顆粒,定義基于多種帶寬顆粒的通用映射規(guī)程(GMP)等,以便逐漸建立兼容現(xiàn)有框架體系的新一代OTN(NG-OTN)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

        三、OTN 的復用和映射結(jié)構(gòu)

        OTN對于客戶信號的封裝和處理也有完整的層次體系,采用 OPU-k(光通道凈荷單元)、 ODU-k(光通道數(shù)據(jù)單元)、OUT-k(光通道傳送單元)等信號模塊對數(shù)據(jù)進行適配、封裝,其復用和映射結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        1.映射

        映射是完成各信息單元之間速率適配的過程。在OTN復用映射結(jié)構(gòu)中,各種客戶層信息經(jīng)過光通道凈荷單元OPU-k的適配,映射到ODU-k中,然后在ODU-k、OTU-k中分別加入光通道數(shù)據(jù)單元和光信道傳送單元的開銷,再映射到光通道層OCh,調(diào)制到光信道載波OCC上。

        2.復用

        OTN的復用以O(shè)TU-k為界,分為時分復用和波分復用兩部分。

        時分復用:

        OTN的時分復用采用字節(jié)間插的方式,實現(xiàn)電域三個子層信號的復用。圖1示出了各種時分復用單元之間的關(guān)系以及可能的復用結(jié)構(gòu)??赡艿膹陀寐窂接校鹤疃?個ODU-1信號時分復用到1個ODTUG-2中,1個ODU-2和16個ODU-1的混合信號可以復用到ODTUG-3,ODTUG-3再復用到OPU-3中。GE信號也可稱作OPU-0,兩個OPU-0可以復用并映射到OPU-1中。隨著IP業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展,不久的將來的GE就如同現(xiàn)在的E1,而ODU-0必將如SDH時代的VC-4/VC-12一樣,成為OTN的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)顆粒。

        波分復用:

        通過波分復用將最多n(n≥1)個光通道載波OCCr復用進一個n階光載波組OCG-nr.m中,OCG-nr.m中的支路時隙可以具有不同的容量。然后形成在OTN網(wǎng)絡(luò)單元之間傳輸?shù)腛TM信號,OTM n.m或OTM nr.m。由OTN的復用映射結(jié)構(gòu),可以看出:OTN具有不同的網(wǎng)絡(luò)速率接口,分別是OPU-1(2.5Gbit/s),OPU-2(10Gbit/s)和OPU-3(40Gbit/s);可以實現(xiàn)SDH/SONET, Ethernet, ATM, IP等業(yè)務(wù)的透明傳輸;為實現(xiàn)Tbit傳輸,傳輸層采用DWDM技術(shù)(OMS層)。

        四、OTN 的設(shè)備類型

        依據(jù)《OTN網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點設(shè)備總體要求》,OTN設(shè)備可分為以下兩大類:OTN 終端復用設(shè)備和OTN交叉連接設(shè)備。

        1.OTN 終端復用設(shè)備

        OTN 終端復用設(shè)備是指支持 OTN 的客戶接口,接口適配、線路接口處理功能的 WDM設(shè)備,其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        這種OTN設(shè)備用白光OUT-k接口代替?zhèn)鹘y(tǒng)傳送設(shè)備SDH和以太網(wǎng)等客戶業(yè)務(wù)接口,實現(xiàn)不同廠商WDM設(shè)備對接。通過OTN的信號開銷可以實現(xiàn)對波長通道端對端的性能和故障監(jiān)測。

        目前國內(nèi)大多數(shù)采用OTN終端復用設(shè)備建設(shè),但是隨著40G/100G網(wǎng)絡(luò)建設(shè),OTN終端復用設(shè)備的多業(yè)務(wù)傳送能力不足,最終會過渡到光電混合交叉OTN設(shè)備。

        2.OTN交叉連接設(shè)備

        OTN交叉連接設(shè)備又分為OTN 電交叉設(shè)備、OTN 光交叉設(shè)備和OTN光電混合交叉設(shè)備。

        OTN 電交叉設(shè)備:

        OTN 電交叉設(shè)備完成ODU-k級別的電路交叉功能,為OTN網(wǎng)絡(luò)提供靈活的電路調(diào)度和保護能力,對外提供各種業(yè)務(wù)接口和OUT-k接口,也可與OTN終端復用功能集成在一起。OTN 電交叉設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

        圖2 OTN 終端復用設(shè)備功能示意圖

        圖3 OTN 電交叉設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)

        OTN 光交叉設(shè)備:

        OTN 光交叉設(shè)備(也稱 OCh 設(shè)備)以光波長為交叉顆粒,提供OCh光層調(diào)度能力,實現(xiàn)波長級別業(yè)務(wù)的調(diào)度和保護恢復。目前這類設(shè)備的形態(tài)為 ROADM ,其功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

        OTN光電混合交叉設(shè)備:

        OTN電交叉設(shè)備可以與OTN光交叉設(shè)備相結(jié)合,同時提供ODU-k電層和OCh光層調(diào)度能力,兩者配合可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補,又同時規(guī)避各自的劣勢。波長級別的業(yè)務(wù)可以直接通過OCh交叉,其他需要調(diào)度的業(yè)務(wù)經(jīng)過ODU-k交叉。這種大容量的調(diào)度設(shè)備就是OTN光電混合交叉設(shè)備,其功能結(jié)構(gòu)如圖5所示。

        圖5 OTN 光電交叉設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)

        OTN光電混合交叉設(shè)備才是完整功能的OTN設(shè)備,也是當前和未來OTN的主要設(shè)備形態(tài),在實際網(wǎng)絡(luò)中也將會大量應(yīng)用。

        五、OTN技術(shù)的應(yīng)用

        作為承載2.5Gbit/s顆粒以上的傳送網(wǎng)技術(shù),OTN的最大優(yōu)勢就是提供大顆粒帶寬的調(diào)度與傳送??紤]到現(xiàn)有的傳送網(wǎng)絡(luò)分層關(guān)系和傳送業(yè)務(wù)顆粒分特征,OTN主要應(yīng)用于城域網(wǎng)核心層及骨干傳送網(wǎng)中。OTN在傳送網(wǎng)中的應(yīng)用如圖6所示。

        圖6 OTN技術(shù)的應(yīng)用

        1.在長途骨干網(wǎng)上的應(yīng)用

        隨著長途IP網(wǎng)的發(fā)展,IP業(yè)務(wù)量的激增,長途骨干網(wǎng)的核心節(jié)點面臨著越來越大的業(yè)務(wù)量。并且為了更有效地使用IP網(wǎng)絡(luò)資源,提高中繼電路的利用率或提高網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量,在長途骨干網(wǎng)中采用OTN傳送網(wǎng)是必要的。在長途骨干網(wǎng)上采用OTN光傳送網(wǎng),可實現(xiàn) GE/10GE、2.5G/10GPOS大顆粒業(yè)務(wù)的安全、可靠傳送;并可實現(xiàn)波長/子波長業(yè)務(wù)交叉調(diào)度與疏導,提供波長/子波長大客戶專線業(yè)務(wù);還可實現(xiàn)對其它業(yè)務(wù)如STM-1/4/16/64、ATM、FE、DVB、HDTV等的傳送。目前,我國移動京漢廣國家干線、陜西骨干網(wǎng)、以及哈爾濱路局干線網(wǎng)(鐵路首條OTN 干線)均是采用OTN技術(shù)而構(gòu)建的新一代光傳送網(wǎng)絡(luò)。

        2.在城域核心網(wǎng)的應(yīng)用

        目前城域網(wǎng)也普遍存在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)激增現(xiàn)象,IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和傳輸網(wǎng)往往分而治之。IP數(shù)據(jù)網(wǎng)本身的保護恢復能力不足以滿足業(yè)務(wù)的需求,且數(shù)據(jù)設(shè)備互聯(lián)消耗了大量的光纖資源。為了提高光纖利用率,在城域核心網(wǎng)中采用OTN技術(shù)是必然的。OTN交叉設(shè)備可實現(xiàn)波長級顆粒的調(diào)度和保護,以及多方向的波長重構(gòu)等。

        六、結(jié)語

        OTN技術(shù)作為全新的光傳送網(wǎng)技術(shù),繼承并拓展了已有傳送網(wǎng)絡(luò)的眾多優(yōu)勢特征,是面向?qū)拵Э蛻魯?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的最佳傳送技術(shù)之一。目前,國內(nèi)外通信運營商都非常關(guān)注OTN技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,多數(shù)運營商的WDM傳輸接口已經(jīng)實現(xiàn)了OTN功能。我國華為、北電、烽火等公司已經(jīng)推出了基于ODU-1交叉的商用設(shè)備并投入市場應(yīng)用。我們相信,為了滿足日益增長的IP業(yè)務(wù)的承載需求,適應(yīng)傳送網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢,我國必將加快對OTN設(shè)備的研發(fā)、標準化和推廣應(yīng)用。

        參考文獻:

        [1]劉濤.面向未來的光傳送網(wǎng)——(OTN)技術(shù)[J].電信建設(shè),2001,(01).

        [2]謝桂月.有線傳輸通信技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,2010.

        [3]朗訊科技中國有限公司光網(wǎng)絡(luò)部.光傳輸技術(shù)[M].北京:清華大學出版社、北方交通大學出版社,2003.

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