光传送网(OTN)技术应用分析

工业和信息化部电信研究院通信标准研究所 赵文玉 

OTN技术现状 
    ITU-T从1998年左右就启动了OTN系列标准的制定，到2003年OTN主要系列标准已基本完善，如OTN逻辑接口G.709、OTN物理接口G.959.1、设备标准G.798、抖动标准G.8251、保护倒换标准G.873.1等。另外，对基于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应的主要规范。国内对OTN技术的发展也颇为关注，中国通信标准化协会目前已完成了2个OTN行标(等同G.709和G.959.1)和1个国标(等同G.798)，目前正在进行ROADM技术要求和OTN网络总体要求等OTN行标的编写。OTN技术除了在标准上日臻完善之外，近几年在设备和测试仪表等方面也是进展迅速。目前的主流传送设备商一般都支持一种或多种类型的OTN设备，除了最基本的第一类OTN、OTM设备一般都支持之外，支持纯光交叉第二类OTN设备(ROADM，从两维到多维)的厂商所占比例较高，部分厂家也支持基于ODUk电交叉的第三类OTN设备或者同时支持光电交叉的第四类OTN设备，而且目前部分厂家也提供基于OTN的智能功能。另外，目前主流的传送仪表商一般都可提供支持OTN功能的仪表。 
    随着业务高速发展的强力驱动和OTN技术及其实现的日益成熟，OTN技术目前已局部应用于试验或商用网络。国外运营商对传送网络的OTN接口的支持能力已提出明显需求，而实际的网络应用当中则以ROADM设备类型为主，这主要与网络管理维护成本和组网规模等因素密切相关。国内运营商对OTN技术的发展和应用也颇为关注，从2007年开始，中国电信集团、中国网通集团和中国移动集团等已经或者正在开展OTN技术的应用研究与测试验证，而且部分省内或城域网络也局部部署了基于OTN技术的(试验)商用网络，组网节点有基于电层交叉的OTN设备，也有基于ROADM的OTN设备。 

OTN技术本质及优势 
    OTN技术是在目前全光组网的一些关键技术(如光缓存、光定时再生、光数字性能监视、波长变换等)不成熟的背景下基于现有光电技术折中提出的传送网组网技术。OTN在子网内部进行全光处理而在子网边界进行光电混合处理，但目标依然是全光组网，也可认为现在的OTN阶段是全光网络的过渡阶段。 
    按照OTN技术的网络分层，可分为光通道层、光复用段层和光传送段层三个层面。另外，为了解决客户信号的数字监视问题，光通道层又分为光通道传送单元(OTUk)和光通道数据单元(ODUk)两个子层，类似于SDH技术的段层和通道层。因此，从技术本质上而言，OTN技术是对已有的SDH和WDM的传统优势进行了更为有效的继承和组合，同时扩展了与业务传送需求相适应的组网功能，而从设备类型上来看，OTN设备相当于SDH和WDM设备融合为一种设备，同时拓展了原有设备类型的优势功能。 
    OTN技术作为一种新型组网技术，相对已有的传送组网技术，其主要优势如下。 
1.多种客户信号封装和透明传输 
    基于ITU-TG.709的OTN帧结构可以支持多种客户信号的映射和透明传输，如SDH、ATM、以太网等。目前对SDH和ATM可实现标准封装和透明传送，但对不同速率的以太网的支持有所差异。ITU-TG.sup43为10GE业务实现不同程度的透明传输提供了补充建议，而对于GE、40GE、100GE以太网和专网业务光纤通道(FC)以及接入网业务吉比特无源光网络(GPON)等，其到OTN帧中标准化的映射方式目前正在讨论之中。 
2.大颗粒的带宽复用、交叉和配置 
    OTN目前定义的电层带宽颗粒为光通路数据单元(ODUk,k=1,2,3)，即ODU1(2.5Gbit/s)、ODU2(10Gbit/s)和ODU3(40Gbit/s)，光层的带宽颗粒为波长，相对于SDH的VC-12/VC-4的调度颗粒，OTN复用、交叉和配置的颗粒明显要大很多，对高带宽数据客户业务的适配和传送效率显著提升。 
3.强大的开销和维护管理能力 
    OTN提供了和SDH类似的开销管理能力，OTN光通路(OCh)层的OTN帧结构大大增强了OCh层的数字监视能力。另外OTN还提供6层嵌套串联连接监视(TCM)功能，这样使得OTN组网时，采用端到端和多个分段同时进行性能监视的方式成为可能。 
4.增强了组网和保护能力 
     通过OTN帧结构、ODUk交叉和多维度可重构光分插复用器(ROADM)的引入，大大增强了光传送网的组网能力，改变了目前基于SDHVC-12/VC-4调度带宽和WDM点到点提供大容量传送带宽的现状。而采用前向纠错(FEC)技术，显著增加了光层传输的距离。另外，OTN将提供更为灵活的基于电层和光层的业务保护功能，如基于ODUk层的光子网连接保护(SNCP)和共享环网保护、基于光层的光通道或复用段保护等，但目前共享环网技术尚未标准化。 
     作为新型的传送网络技术，OTN并非尽善尽美。最典型的不足之处就是不支持2.5Gbit/s以下颗粒业务的映射与调度。另外，OTN标准最初制定时并没有过多考虑以太网完全透明传送的问题，导致目前通过超频方式实现10GELAN业务比特透传后，出现了与ODU2速率并不一致的ODU2e颗粒，40GE也面临着同样的问题。这使得OTN组网时可能出现一些业务透明度不够或者传送颗粒速率不匹配等互通问题。目前ITU-TSG15的相关研究组正在积极组织讨论以解决OTN目前面临的一些缺陷，例如提出新的ODU0/ODU4颗粒，定义高阶ODU和低阶ODU，定义基于多种带宽颗粒的通用映射规程(GMP)等，以便逐渐建立兼容现有框架体系的新一代OTN(NG-OTN)网络架构。 
OTN技术应用分析 
    OTN技术主要的系列标准其实在2003年左右已基本完善，但当时由于受多方面因素的影响，导致OTN技术处在一种标准成熟而无实际设备和应用的尴尬处境。最近几年随着高带宽数据业务的持续增长，大带宽调度和传送的需求日益明显，主流传送设备商对于OTN设备也加大了研发投入，目前除了支持G.709接口的OTN设备(传统WDM节点)之外，基于光(波长)交叉的OTN设备(ROADM)和基于电(ODUk)交叉或者基于光电混合交叉的OTN设备均已成熟研制并得到局部(试)商用。但在实际组网中究竟如何合理地应用和选择OTN技术及设备，业界目前的看法并不统一，比较典型的争论就是采用电交叉的OTN设备合理，还是采用光交叉的OTN设备合理等。本文主要从OTN技术的应用定位、OTN设备的类型选择、OTN与IP层网络的关系以及OTN与现有以及未来网络的关系等方面分析OTN技术应用的相关关键问题。 

1.OTN技术的应用定位 
    作为承载2.5Gbit/s颗粒以上的传送网技术，考虑到现有的传送网络分层关系和传送业务颗粒分布特征，OTN应主要应用于城域核心层及干线传送网络，但这并不意味着所有城域汇聚层和接入层都不适用OTN技术组网，而是取决于实际网络的传送业务颗粒大小及其它组网需求(如保护和维护管理等)。作为目前城域汇聚和接入层最主要的客户业务GE，当前OTN并没有标准化归一的容器或方式映射，待ODU0的容器标准化以后或者基于ODU1颗粒的调度需求明显时，OTN技术应用的范围可根据需求适当拓展到城域汇聚和接入层面，构建真正意义上端到端监视的传送网络。 
2.OTN设备的类型选择 
    作为OTN技术的基本特征，除了强大的维护管理功能之外，就是基于不同类型的OTN设备支持多种的组网方式和保护功能。基于光(波长)交叉的ROADM设备的主要优势是基于波长调度，子网内部全光操作，省去了O-E-O功能单元。目前最大的容量可达到8到9个维度，单维度支持80波长，有效地实现在增加组网灵活性的同时降低光电变换的组网成本，但组网半径和物理参数(如色度色散(CD)、偏振模色散(PMD)、非线性效应、光信噪比(OSNR)等)限制等因素在一定程度上妨碍了ROADM在大范围和传输线路复杂环境下的组网应用。基于电(ODUk)交叉的OTN设备正好回避了ROADM设备的这些缺陷，同时支持波长和子波长粒度的调度，但有限的调度容量限制了其在大容量节点组网中的应用。同时支持光电混合调度的OTN设备可以在一定程度上解决上述这些缺陷，但实际组网应用，尤其是省际干线组网应用时采用单一厂家组网的可能性不大。因此，采用同时支持光电混合调度的OTN设备也并不是任何场景都适用。另外，对于仅需固定提供大容量传送带宽的应用场景，基于点到点的OTN传送设备依然是最佳选择。 
     简言之，基于OTN的四种设备类型中并没有哪种设备具有绝对的应用优势，而是应根据其应用的网络层面、业务传送需求和实际组网成本等多方因素综合选择，同时可采用分域的方式解决组网的一些限制因素。 
3.OTN与IP层网络关系 
    随着IP层网络和传送层网络技术的各自发展，IP层网络和传送层网络的关系变得更为相关和紧密，传统IP层和传送层独立部署的局面将会有所变化。但对于IP层和传送层如何分担一些组网功能，业界依然存在一些争论，如IP路由器是否可以直接出彩光，IP层是否可以承担所有保证业务生存性的功能等。按照目前技术的发展趋势，IPoverOTN将是今后组网的发展趋势，但IP和部分OTN功能是否集成到路由器(出彩光)上，OTN是否仅提供传送带宽而不提供组网和保护等，是值得商榷的问题。路由器直接出彩光将导致网络维护管理界面模糊，故障定位复杂并难以实施。而节省掉的黑白光接口的成本所占总体成本比例较小，因此采用这种组网方式的优势并不明显，同时还会带来严重的缺陷，在较大范围组网时不建议采用，而在局部城域小范围网络路由器互联时可适当考虑。另外，随着IP技术的不断改进和完善，基于IP协议的网络生存性技术更为丰富，如基于快速的内部网关协议(IGP)收敛、快速重路由(FRR)等。基于此，有人认为IP层可保证业务的生存性要求，而传送(OTN)层仅需要为路由器提供固定带宽即可。但实际情况并非如此，基于OTN的子波长或者波长的保护无论从业务受损时间、保护效率，还是从保护可靠性等方面来看，均明显优于基于逻辑层处理的IP网络，虽然基于OTN的传送层不能保护路由器自身相关的故障，但对于线路侧故障的响应，OTN保护恢复技术是第一的选择。 
4.OTN与现有网络及未来网络的关系 
    随着宽带数据业务的大力驱动和OTN技术的日益成熟，采用OTN技术构建更为高效和可靠的传送网是OTN技术必然的发展结果。现有城域核心层及干线的SDH网络适合传送的主要为TDM业务，而目前迅猛增加的主要为具备统计特性的数据业务，因此在这些网络层面后续的网络建设不可能大规模新建SDH网络，但WDM网络的规模建设和扩容不可避免，可IP业务通过POS或者以太网接口直接上载到现有WDM网络将面临组网、保护和维护管理等方面的缺陷。鉴于此，基于现有WDM系统的已有网络，条件具备时可根据需求逐步升级为支持G.709开销的维护管理功能，而对于现有WDM系统新建或扩容的传送网络，在省去SDH网络层面以后，至少应支持基于G.709开销的维护管理功能和基于光层的保护倒换功能，也就是说，OTN网络替代了SDH网络相应的功能。WDM网络则应逐渐升级过渡到OTN网络，而基于OTN技术的组网则应逐渐占据传送网主导地位。 
    另外，为了更好地适应客户数据业务的传送，业界目前也正在热烈讨论一些基于功能改进和升级的NG-OTN技术。NG-OTN的这些特征讨论主要是基于已有OTN技术的基础上进行的。因此，未来的NG-OTN技术必须兼容现有OTN已有特征，NG-OTN技术的进一步讨论与规范并不阻碍现有OTN的实际组网应用。 

总结 
　　OTN技术作为全新的光传送网技术，继承并拓展了已有传送网络的众多优势特征，是目前面向宽带客户数据业务驱动的最佳传送技术之一，而OTN技术应用定位、OTN设备类型组网选择、IP层与OTN层关系以及OTN网络与其它网络关系则是OTN技术应用的一些关键问题所在。从OTN技术应用定位上来看，OTN技术及设备目前已基本成熟，主要可应用于城域核心及干线传送层面；而对于OTN设备组网选择来说，则应根据业务传送颗粒、调度需求、组网规模和成本等因素综合选择。基于IPoverOTN是未来组网主要形式，而OTN层提供的组网和保护功能将是保证高层业务QoS的关键措施之一。另外，现有SDH网络的逐渐淡出并不意味着SDH网络原有功能的消失，OTN网络将更为完善地支持这些功能，同时NG-OTN的进一步讨论也不会阻碍现有OTN技术的应用。 (来源：通信世界)