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1、OTN技术1 OTN产生的背景OTN（光传送网，Optical Transport Network），是以WDM为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。众所周知，传统的传送网是基于语音业务而设计和优化的，它提仪2M、155M业务的汇聚，具备分插复用、交叉连接、管理监视以及自动保护倒换等功能。随着宽带业务的发展，特别是VOIP、VOD、IPTV对带宽的巨大需求，原有传送网越来越难以负担对大颗粒业务高效率低成本传送的需求，低的传送效率和复杂的维护管理限制了WDM(波分复用)设备在城域光网络的发展。数字传送网的演化从最初的基于T1/E1的第一代数字传送网，经历了基于SONET/SDH的
2、第二代数字传送网，发展到了目前以OTN为基础的第三代数字传送网。第一、二代传送网最初是为支持话音业务而专门设计的，虽然也可用来传送数据和图像业务，但是传送效率并不高。相比之下，第三代传送网技术，从设计上就支持话音、数据和图像业务，配合其他协议时可支持带宽按需分配（BOD）、可裁剪的服务质量（QoS）及光虚拟专网（OVPN）等功能。 1998年，国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）正式提出了OTN的概念。从其功能上看，OTN在子网内可以以全光形式传输，而在子网的边界处采用光-电-光转换。这样，各个子网可以通过3R再生器联接，从而构成一个大的光网络，如图1所示。因此，OTN可以看作是传送网络向
3、全光网演化过程中的一个过渡应用。 ITU-T在2002年发布G.709（Interfaces for the optical transport network）协议。G.709定义了 Optical Transport Module of order n (OTMn)的以下需求:（1）光传送体系Optical Transport Hierarchy (OTH)（2）支撑多波长传输网络的开销定义（3）帧结构（4）比特速率（5）各种映射方式OTN与SDH相比，OTN是面向传送层的技术，特点是结构简单，内嵌标准FEC，丰富的维护管理开销，只有很少的时隙，只适用于大颗粒业务接入；SDH主要面向接入和
4、汇聚层，结构较为复杂，有丰富的时隙，对于大小颗粒业务都适用，无FEC，维护管理开销较为丰富。OTN设计的初衷就是希望将SDH作为净荷完全封装到OTN中，以弥补SDH在面向传送层时的功能缺乏和维护管理开销的不足。波分和OTN的关系是，WDM是面向传送层的技术，而OTN实际也是更多关注传送层功能的技术，所以OTN基本可以理解为是为WDM量身定制的技术。在G.709标准中已经提到，OMS层就是依靠WDM技术来实现的最初的WDM设备在信号结构上并没有统一的标准，仅仅是将各种业务直接通过O-E-O实现非特定波长到特定波长的转换。OTN标准发布后，由于其非常适合WDM的特点，而且有利于推进不同厂家波分设备
5、的互连互通，所以迅速成为WDM设备的事实标准。OTN对于以太网的支持是，OTN在设计时是面向TDM业务的，对于数据业务的支持并没有过多地考虑。数据业务的发展速度远远超过了TDM业务，OTN必须要考虑对数据业务的支持。在现有技术条件下，OTN有两种方式来支持数据业务：一种为通过GFP适配数据业务，例如多个GE通过GFP封装后再封装到OTN净荷中，此方式适用于低速的GE业务；一种为采用更高速率的OTN帧（Over Clock）将以太网直接作为净荷封装到OTN中，适用于高速以太网业务。例如10GE LAN速率为10.3125Gbps，可以将其映射到11.1Gbps的OTU2帧中实现完全透传。2 OT
6、N的基本概念和特点OTN，通常也称为OTH (Optical Transport Hierarchy)，是通过G872、G709、G798等一系列ITuT的建议所规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”。从居于核心地位的G709协议中可以看出，OTN跨越了传统的电域(数字传送)和光域(模拟传送)，成为管理电域和光域的统一标准。从电域看，OTN保留了许多传统数字传送体系(SDH)行之有效的方面。同时，OTN扩展了新的能力和领域，如提供对更大颗粒的25G、10G、4oG业务的透明传送的支持，通过异步映射同时支持业务和定时的透明传送，对带外FEc的支持，对多层、多域网络连接监视的支持等。从光域看
7、，OTN第一次为波分复用系统提供了标准的物理接口，同时将光域划分成0ch(光信道层)、OMS(光复用段层)、OTS(光传送段层)三个子层，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的特点有：（1）多种客户信号封装和透明传输 基于ITU-TG.7
8、09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）大颗粒调度和保护恢复OTN技术提供3种交叉颗粒，即ODU1（2.5Gbit/s）、ODU2（10Gbit/s）和ODU3（40Gbit/s）。高速率的交叉颗粒具有更高的交叉效率，使得设备更容易
9、实现大的交叉连接能力，降低设备成本。经过测算，基于OTN交叉设备的网络投资将低于基于SDH交叉设备的网络投资。在OTN大容量交叉的基础上，通过引入ASON智能控制平面，可以提高光传送网的保护恢复能力，改善网络调度能力。（3）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。 OTN的交叉分为电交叉
10、和光交叉。光交叉，例如ROADM，OXC。ROADM是波分设备采用的一种较为成熟的光交叉技术。利用现有技术，ROADM可以较为方便的实现4个光方向每个光方向40或80波的交叉，交叉容量1.6T或3.2T，预计将来可以很快支持8个光方向。它适用于大颗粒业务在现有技术条件下，大容量时成本明显低于电交叉技术，在小容量时成本高于电交叉。传输距离可能受到色散，OSNR和非线性等光特性的限制，增加OTU中继可以解决这个问题，但成本过高；电交叉，包括多种实现方式，例如基于SDH TSI时隙交换的交叉，基于ODU1的交叉容量低于光交叉，目前技术最大也就T比特量级支持子波长一级的交叉，适用于大颗粒和小颗粒业务，
11、容量低时有成本优势，容量高时成本很高，O-E-O技术使得传输距离不受色散等光特性限制。（4）完善的性能和故障监测能力 目前基于SDH的WDM系统只能依赖SDH的B1和J0进行分段的性能和故障监测。当一条业务通道跨越多个WDM系统时，无法实现端到端的性能和故障监测，以及快速的故障定位。而OTN引入了丰富的开销，具备完善的性能和故障监测机制。OTUk层的段监测字节（SM）可以对电再生段进性能和故障监测；ODUk层的通道监测字节（PM）可以对端到端的波长通道进行性能和故障监测。从而使WDM系统具备类似SDH的性能和故障监测能力。 OTN还可以提供6级连接监视功能（TCM），对于多运营商/多设备商/多
12、子网环境，可以实现分级和分段管理。适当配置各级TCM，可以为端到端通道的性能和故障监测提供有效的监视手段，实现故障的快速定位。因此在WDM系统中引入OTN接口，可以实现对波长通道端到端的性能和故障监测，而不需要依赖于所承载的业务信号（SDH/10GE等）的OAM机制。从而使基于OTN的WDM网络成为一个具备OAM功能的独立传送网。（5）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
13、传输的距离。G.709为OTN帧结构定义了标准的带外FEC纠错算法，FEC校验字节长达4256字节，使用RS（255,239）算法，可以带来最大6.2dB（BER10-15）编码增益，降低OSNR容限，延长电中继距离，减少系统站点个数，降低建网成本。G.975.1定义了非标准FEC，进一步提高了编码增益，实现更长距离的传送，但是因为多种编码方式不能兼容，不利于不同厂家设备的对接，通常只能应用于IaDI接口互联。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
14、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
15、体系的新一代OTN(NG-OTN)网络架构。 同SDH传送网一样，光传送网也有线形、星形、树形、环形和网孔形五种网络形式，使用波分复用终端设备、光分插复用设备(OADM)和光交叉连接设备（OXC），适用于接入网，城域网和干线网。光传送网，同SDH传送网一样，采用ITUT G805建议所规范的术语、功能体系和图表形式来定义光传送网的功能。据此，可将光传送网分为电路(客户)层网络、光通道层网络、光复用段层网络、光传输段层和媒介层网络。电路（客户）层网络，将来自用户的电信业务信号，转换成为适合于在光传送网中传送的形式，反之亦然。光通道层具有光通道端到端联网功能，透明转换不同格式(如STMN、PDH5
16、65Mbits、ATM信号、lP信号等)的来自电路层信号，不修改来自电路层的信号，但在光传送网输入输出处对电路层信号进行监测和维护。在光传送网发生故障时，电路(客户)层网络应能够进行监测，如同SDH网络要有AIS监测。光复用段层具有多波长f包括一个波长的情况)光信号联网功能。光传输段层的主要功能是实现光信号在各种不同类型光传输媒介（如G652、G653和G655光纤）上传送。物理媒介层网络，由光纤类型决定，是光传输段层的服务者。3 OTN的关键技术31各种业务信号的映射方式目前，在光传送网中，常用的映射方式有：SDH over OTN、ATM over OTN和ATM over SDH over OTN。对于SDH over OTN方式来讲，它具有SDH本身所具备的0A&M功能，具有比较强的保护和恢复能力，可以在SDH的基础上实现各种业务的
