光傳送網(wǎng)（OTN）技術(shù)應(yīng)用分析

OTN技術(shù)現(xiàn)狀

    ITU-T從1998年左右就啟動(dòng)了OTN系列標(biāo)準(zhǔn)的制定，到2003年OTN主要系列標(biāo)準(zhǔn)已基本完善，如OTN邏輯接口G.709、OTN物理接口G.959.1、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)G.798、抖動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)G.8251、保護(hù)倒換標(biāo)準(zhǔn)G.873.1等。另外，對(duì)基于OTN的控制平面和管理平面，ITU-T也和基于SDH的控制平面和管理平面一起完成了相應(yīng)的主要規(guī)范。國(guó)內(nèi)對(duì)OTN技術(shù)的發(fā)展也頗為關(guān)注，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)目前已完成了2個(gè)OTN行標(biāo)（等同G.709和G.959.1）和1個(gè)國(guó)標(biāo)（等同G.798），目前正在進(jìn)行ROADM技術(shù)要求和OTN網(wǎng)絡(luò)總體要求等OTN行標(biāo)的編寫。OTN技術(shù)除了在標(biāo)準(zhǔn)上日臻完善之外，近幾年在設(shè)備和測(cè)試儀表等方面也是進(jìn)展迅速。目前的主流傳送設(shè)備商一般都支持一種或多種類型的OTN設(shè)備，除了最基本的第一類OTN、OTM設(shè)備一般都支持之外，支持純光交叉第二類OTN設(shè)備（ROADM，從兩維到多維）的廠商所占比例較高，部分廠家也支持基于ODUk電交叉的第三類OTN設(shè)備或者同時(shí)支持光電交叉的第四類OTN設(shè)備，而且目前部分廠家也提供基于OTN的智能功能。另外，目前主流的傳送儀表商一般都可提供支持OTN功能的儀表。

    隨著業(yè)務(wù)高速發(fā)展的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)和OTN技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)的日益成熟，OTN技術(shù)目前已局部應(yīng)用于試驗(yàn)或商用網(wǎng)絡(luò)。國(guó)外運(yùn)營(yíng)商對(duì)傳送網(wǎng)絡(luò)的OTN接口的支持能力已提出明顯需求，而實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用當(dāng)中則以ROADM設(shè)備類型為主，這主要與網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)成本和組網(wǎng)規(guī)模等因素密切相關(guān)。國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商對(duì)OTN技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也頗為關(guān)注，從2007年開始，中國(guó)電信集團(tuán)、中國(guó)網(wǎng)通集團(tuán)和中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)等已經(jīng)或者正在開展OTN技術(shù)的應(yīng)用研究與測(cè)試驗(yàn)證，而且部分省內(nèi)或城域網(wǎng)絡(luò)也局部部署了基于OTN技術(shù)的（試驗(yàn)）商用網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)有基于電層交叉的OTN設(shè)備，也有基于ROADM的OTN設(shè)備。

    OTN技術(shù)本質(zhì)及優(yōu)勢(shì)

    OTN技術(shù)是在目前全光組網(wǎng)的一些關(guān)鍵技術(shù)（如光緩存、光定時(shí)再生、光數(shù)字性能監(jiān)視、波長(zhǎng)變換等）不成熟的背景下基于現(xiàn)有光電技術(shù)折中提出的傳送網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。OTN在子網(wǎng)內(nèi)部進(jìn)行全光處理而在子網(wǎng)邊界進(jìn)行光電混合處理，但目標(biāo)依然是全光組網(wǎng)，也可認(rèn)為現(xiàn)在的OTN階段是全光網(wǎng)絡(luò)的過渡階段。

    按照OTN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)分層，可分為光通道層、光復(fù)用段層和光傳送段層三個(gè)層面。另外，為了解決客戶信號(hào)的數(shù)字監(jiān)視問題，光通道層又分為光通道傳送單元（OTUk）和光通道數(shù)據(jù)單元(ODUk)兩個(gè)子層，類似于SDH技術(shù)的段層和通道層。因此，從技術(shù)本質(zhì)上而言，OTN技術(shù)是對(duì)已有的SDH和WDM的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了更為有效的繼承和組合，同時(shí)擴(kuò)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(dāng)于SDH和WDM設(shè)備融合為一種設(shè)備，同時(shí)拓展了原有設(shè)備類型的優(yōu)勢(shì)功能。

    OTN技術(shù)作為一種新型組網(wǎng)技術(shù)，相對(duì)已有的傳送組網(wǎng)技術(shù)，其主要優(yōu)勢(shì)如下。

    1．多種客戶信號(hào)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(hào)的映射和透明傳輸，如SDH、ATM、以太網(wǎng)等。目前對(duì)SDH和ATM可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)封裝和透明傳送，但對(duì)不同速率的以太網(wǎng)的支持有所差異。ITU-TG.sup43為10GE業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)不同程度的透明傳輸提供了補(bǔ)充建議，而對(duì)于GE、40GE、100GE以太網(wǎng)和專網(wǎng)業(yè)務(wù)光纖通道（FC）以及接入網(wǎng)業(yè)務(wù)吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）等，其到OTN幀中標(biāo)準(zhǔn)化的映射方式目前正在討論之中。

    2．大顆粒的帶寬復(fù)用、交叉和配置

OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通路數(shù)據(jù)單元（ODUk,k=1,2,3），即ODU1(2.5Gbit/s)、ODU2(10Gbit/s)和ODU3(40Gbit/s)，光層的帶寬顆粒為波長(zhǎng)，相對(duì)于SDH的VC-12/VC-4的調(diào)度顆粒，OTN復(fù)用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對(duì)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(qiáng)大的開銷和維護(hù)管理能力

OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，OTN光通路(OCh)層的OTN幀結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了OCh層的數(shù)字監(jiān)視能力。另外OTN還提供6層嵌套串聯(lián)連接監(jiān)視（TCM）功能，這樣使得OTN組網(wǎng)時(shí)，采用端到端和多個(gè)分段同時(shí)進(jìn)行性能監(jiān)視的方式成為可能。

    4．增強(qiáng)了組網(wǎng)和保護(hù)能力

    通過OTN幀結(jié)構(gòu)、ODUk交叉和多維度可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）的引入，大大增強(qiáng)了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力，改變了目前基于SDHVC-12/VC-4調(diào)度帶寬和WDM點(diǎn)到點(diǎn)提供大容量傳送帶寬的現(xiàn)狀。而采用前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)，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(hù)功能，如基于ODUk層的光子網(wǎng)連接保護(hù)（SNCP）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，但目前共享環(huán)網(wǎng)技術(shù)尚未標(biāo)準(zhǔn)化。

    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(biāo)準(zhǔn)最初制定時(shí)并沒有過多考慮以太網(wǎng)完全透明傳送的問題，導(dǎo)致目前通過超頻方式實(shí)現(xiàn)10GELAN業(yè)務(wù)比特透?jìng)骱?，出現(xiàn)了與ODU2速率并不一致的ODU2e顆粒，40GE也面臨著同樣的問題。這使得OTN組網(wǎng)時(shí)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互通問題。目前ITU-TSG15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ODU0/ODU4顆粒，定義高階ODU和低階ODU，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)。

    OTN技術(shù)應(yīng)用分析

    OTN技術(shù)主要的系列標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)在2003年左右已基本完善，但當(dāng)時(shí)由于受多方面因素的影響，導(dǎo)致OTN技術(shù)處在一種標(biāo)準(zhǔn)成熟而無實(shí)際設(shè)備和應(yīng)用的尷尬處境。最近幾年隨著高帶寬數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的持續(xù)增長(zhǎng)，大帶寬調(diào)度和傳送的需求日益明顯，主流傳送設(shè)備商對(duì)于OTN設(shè)備也加大了研發(fā)投入，目前除了支持G.709接口的OTN設(shè)備（傳統(tǒng)WDM節(jié)點(diǎn)）之外，基于光(波長(zhǎng))交叉的OTN設(shè)備（ROADM）和基于電（ODUk）交叉或者基于光電混合交叉的OTN設(shè)備均已成熟研制并得到局部（試）商用。但在實(shí)際組網(wǎng)中究竟如何合理地應(yīng)用和選擇OTN技術(shù)及設(shè)備，業(yè)界目前的看法并不統(tǒng)一，比較典型的爭(zhēng)論就是采用電交叉的OTN設(shè)備合理，還是采用光交叉的OTN設(shè)備合理等。本文主要從OTN技術(shù)的應(yīng)用定位、OTN設(shè)備的類型選擇、OTN與IP層網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系以及OTN與現(xiàn)有以及未來網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系等方面分析OTN技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)關(guān)鍵問題。

    1．OTN技術(shù)的應(yīng)用定位

    作為承載2.5Gbit/s顆粒以上的傳送網(wǎng)技術(shù)，考慮到現(xiàn)有的傳送網(wǎng)絡(luò)分層關(guān)系和傳送業(yè)務(wù)顆粒分布特征，OTN應(yīng)主要應(yīng)用于城域核心層及干線傳送網(wǎng)絡(luò)，但這并不意味著所有城域匯聚層和接入層都不適用OTN技術(shù)組網(wǎng)，而是取決于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的傳送業(yè)務(wù)顆粒大小及其它組網(wǎng)需求（如保護(hù)和維護(hù)管理等）。作為目前城域匯聚和接入層最主要的客戶業(yè)務(wù)GE，當(dāng)前OTN并沒有標(biāo)準(zhǔn)化歸一的容器或方式映射，待ODU0的容器標(biāo)準(zhǔn)化以后或者基于ODU1顆粒的調(diào)度需求明顯時(shí)，OTN技術(shù)應(yīng)用的范圍可根據(jù)需求適當(dāng)拓展到城域匯聚和接入層面，構(gòu)建真正意義上端到端監(jiān)視的傳送網(wǎng)絡(luò)。

    2．OTN設(shè)備的類型選擇

    作為OTN技術(shù)的基本特征，除了強(qiáng)大的維護(hù)管理功能之外，就是基于不同類型的OTN設(shè)備支持多種的組網(wǎng)方式和保護(hù)功能。基于光（波長(zhǎng)）交叉的ROADM設(shè)備的主要優(yōu)勢(shì)是基于波長(zhǎng)調(diào)度，子網(wǎng)內(nèi)部全光操作，省去了O-E-O功能單元。目前最大的容量可達(dá)到8到9個(gè)維度，單維度支持80波長(zhǎng)，有效地實(shí)現(xiàn)在增加組網(wǎng)靈活性的同時(shí)降低光電變換的組網(wǎng)成本，但組網(wǎng)半徑和物理參數(shù)（如色度色散（CD）、偏振模色散(PMD)、非線性效應(yīng)、光信噪比（OSNR）等）限制等因素在一定程度上妨礙了ROADM在大范圍和傳輸線路復(fù)雜環(huán)境下的組網(wǎng)應(yīng)用?；陔姡∣DUk）交叉的OTN設(shè)備正好回避了ROADM設(shè)備的這些缺陷，同時(shí)支持波長(zhǎng)和子波長(zhǎng)粒度的調(diào)度，但有限的調(diào)度容量限制了其在大容量節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)中的應(yīng)用。同時(shí)支持光電混合調(diào)度的OTN設(shè)備可以在一定程度上解決上述這些缺陷，但實(shí)際組網(wǎng)應(yīng)用，尤其是省際干線組網(wǎng)應(yīng)用時(shí)采用單一廠家組網(wǎng)的可能性不大。因此，采用同時(shí)支持光電混合調(diào)度的OTN設(shè)備也并不是任何場(chǎng)景都適用。另外，對(duì)于僅需固定提供大容量傳送帶寬的應(yīng)用場(chǎng)景，基于點(diǎn)到點(diǎn)的OTN傳送設(shè)備依然是最佳選擇。

    簡(jiǎn)言之，基于OTN的四種設(shè)備類型中并沒有哪種設(shè)備具有絕對(duì)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，而是應(yīng)根據(jù)其應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)層面、業(yè)務(wù)傳送需求和實(shí)際組網(wǎng)成本等多方因素綜合選擇，同時(shí)可采用分域的方式解決組網(wǎng)的一些限制因素。

    3．OTN與IP層網(wǎng)絡(luò)關(guān)系

    隨著IP層網(wǎng)絡(luò)和傳送層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的各自發(fā)展，IP層網(wǎng)絡(luò)和傳送層網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系變得更為相關(guān)和緊密，傳統(tǒng)IP層和傳送層獨(dú)立部署的局面將會(huì)有所變化。但對(duì)于IP層和傳送層如何分擔(dān)一些組網(wǎng)功能，業(yè)界依然存在一些爭(zhēng)論，如IP路由器是否可以直接出彩光，IP層是否可以承擔(dān)所有保證業(yè)務(wù)生存性的功能等。按照目前技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，IPoverOTN將是今后組網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，但I(xiàn)P和部分OTN功能是否集成到路由器（出彩光）上，OTN是否僅提供傳送帶寬而不提供組網(wǎng)和保護(hù)等，是值得商榷的問題。路由器直接出彩光將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理界面模糊，故障定位復(fù)雜并難以實(shí)施。而節(jié)省掉的黑白光接口的成本所占總體成本比例較小，因此采用這種組網(wǎng)方式的優(yōu)勢(shì)并不明顯，同時(shí)還會(huì)帶來嚴(yán)重的缺陷，在較大范圍組網(wǎng)時(shí)不建議采用，而在局部城域小范圍網(wǎng)絡(luò)路由器互聯(lián)時(shí)可適當(dāng)考慮。另外，隨著IP技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，基于IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)生存性技術(shù)更為豐富，如基于快速的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）收斂、快速重路由（FRR）等?；诖?，有人認(rèn)為IP層可保證業(yè)務(wù)的生存性要求，而傳送（OTN）層僅需要為路由器提供固定帶寬即可。但實(shí)際情況并非如此，基于OTN的子波長(zhǎng)或者波長(zhǎng)的保護(hù)無論從業(yè)務(wù)受損時(shí)間、保護(hù)效率，還是從保護(hù)可靠性等方面來看，均明顯優(yōu)于基于邏輯層處理的IP網(wǎng)絡(luò)，雖然基于OTN的傳送層不能保護(hù)路由器自身相關(guān)的故障，但對(duì)于線路側(cè)故障的響應(yīng)，OTN保護(hù)恢復(fù)技術(shù)是第一的選擇。

    4．OTN與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)及未來網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系

    隨著寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的大力驅(qū)動(dòng)和OTN技術(shù)的日益成熟，采用OTN技術(shù)構(gòu)建更為高效和可靠的傳送網(wǎng)是OTN技術(shù)必然的發(fā)展結(jié)果。現(xiàn)有城域核心層及干線的SDH網(wǎng)絡(luò)適合傳送的主要為TDM業(yè)務(wù)，而目前迅猛增加的主要為具備統(tǒng)計(jì)特性的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此在這些網(wǎng)絡(luò)層面后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不可能大規(guī)模新建SDH網(wǎng)絡(luò)，但WDM網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模建設(shè)和擴(kuò)容不可避免，可IP業(yè)務(wù)通過POS或者以太網(wǎng)接口直接上載到現(xiàn)有WDM網(wǎng)絡(luò)將面臨組網(wǎng)、保護(hù)和維護(hù)管理等方面的缺陷。鑒于此，基于現(xiàn)有WDM系統(tǒng)的已有網(wǎng)絡(luò)，條件具備時(shí)可根據(jù)需求逐步升級(jí)為支持G.709開銷的維護(hù)管理功能，而對(duì)于現(xiàn)有WDM系統(tǒng)新建或擴(kuò)容的傳送網(wǎng)絡(luò)，在省去SDH網(wǎng)絡(luò)層面以后，至少應(yīng)支持基于G.709開銷的維護(hù)管理功能和基于光層的保護(hù)倒換功能，也就是說，OTN網(wǎng)絡(luò)替代了SDH網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的功能。WDM網(wǎng)絡(luò)則應(yīng)逐漸升級(jí)過渡到OTN網(wǎng)絡(luò)，而基于OTN技術(shù)的組網(wǎng)則應(yīng)逐漸占據(jù)傳送網(wǎng)主導(dǎo)地位。

    另外，為了更好地適應(yīng)客戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送，業(yè)界目前也正在熱烈討論一些基于功能改進(jìn)和升級(jí)的NG-OTN技術(shù)。NG-OTN的這些特征討論主要是基于已有OTN技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。因此，未來的NG-OTN技術(shù)必須兼容現(xiàn)有OTN已有特征，NG-OTN技術(shù)的進(jìn)一步討論與規(guī)范并不阻礙現(xiàn)有OTN的實(shí)際組網(wǎng)應(yīng)用。

    總結(jié)

    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(shì)特征，是目前面向?qū)拵Э蛻魯?shù)據(jù)業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的最佳傳送技術(shù)之一，而OTN技術(shù)應(yīng)用定位、OTN設(shè)備類型組網(wǎng)選擇、IP層與OTN層關(guān)系以及OTN網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)關(guān)系則是OTN技術(shù)應(yīng)用的一些關(guān)鍵問題所在。從OTN技術(shù)應(yīng)用定位上來看，OTN技術(shù)及設(shè)備目前已基本成熟，主要可應(yīng)用于城域核心及干線傳送層面；而對(duì)于OTN設(shè)備組網(wǎng)選擇來說，則應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)傳送顆粒、調(diào)度需求、組網(wǎng)規(guī)模和成本等因素綜合選擇?；贗PoverOTN是未來組網(wǎng)主要形式，而OTN層提供的組網(wǎng)和保護(hù)功能將是保證高層業(yè)務(wù)QoS的關(guān)鍵措施之一。另外，現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)的逐漸淡出并不意味著SDH網(wǎng)絡(luò)原有功能的消失，OTN網(wǎng)絡(luò)將更為完善地支持這些功能，同時(shí)NG-OTN的進(jìn)一步討論也不會(huì)阻礙現(xiàn)有OTN技術(shù)的應(yīng)用。