OTN技术衍生新形态助推传输管道走向智能化

中国移动研究院 | 李允博

OTN技术衍生新形态助推传输管道走向智能化

中国移动研究院 | 李允博

今后，OTN应当在有效抑制以太网业务单通故障、继续提升交叉容量、引入控制平面等方面进一步突破。

在通信领域，智能管道的出发点是提升网络承载能力和管道价值。智能管道对用户而言表现为两点：一是智能管道要能为用户提供有线、无线的一体化融合最优接入，二是能够基于用户、业务、流量等因素实施差异化的服务。对运营商而言智能管道的优势表现在：一是智能管道能够更多感知用户的行为和消费习惯，为运营商的差异化服务和业务推送提供支撑，二是基于智能管道的资源调度可以有效提升运营商的资源利用率。

光传送网（OTN）技术最初的目标是提升传送网的网络组织能力，为大量GE、2.5Gbit/s、10Gbit/s、40Gbit/s甚至100Gbit/s等大颗粒业务提供传输通道，为客户信号提供在波长/子波长级别的传送、复用、交换和监控能力，在提供丰富带宽的基础上，增强节点汇聚和交叉能力、组网保护和OAM管理能力。随着近几年新技术的引入，OTN也在向着业务识别、动态调整带宽等智能化方向发展，构建“用户可识别、业务可区分、流量可调控、网络可管理”的智能传输管道。

引入OTN技术是中国移动打造智能管道的重要一环。

具备分组调度的OTN新技术

OTN技术在2009年开始完成向“面向全业务承载”的转变，加强了对以太网业务的承载，OTN技术逐步完善对ODU0、ODU3e2、高阶/低阶光通道数据单元（HO/LO ODU）、通用映射规程（GMP）等技术方案的标准化，使OTN 满足了多业务承载的需求。同时，OTN也在研究具备分组调度能力，国际上也适时提出E-OTN、P-OTN和MS-OTN的概念。

固网与移动技术的快速发展驱动了带宽需求的增长，带宽需求的爆炸式增长来自于多个方面，包括互联网用户的增长，固网宽带接入提速，视频、IPTV 业务的普及和其它高带宽宽带应用的普及，3G & 4G 移动数据和视频应用的普及，高带宽容量的企业、批发、移动回程业务，基于云的业务提供等等。为更有效承载分组业务，扩展以太网功能，OTN领域新近出现多种概念，包括E-OTN，P-OTN，还有MS-OTN。

E-OTN

ITU-T在G.798.1标准讨论中引入一个新的概念——E-OTN，E-OTN是在OTN基础上对802.1Q功能进行最小程度地扩展，具有流量工程特性，支持P2P，P2MP，RMP和MP2MP 以太网业务。

E-OTN的实现方式，关键是引入Transport Bridges (TB) 和Transport Edge Bridges (TEB)。TB具备以太网业务桥接功能，完成学习、转发和过滤，以及避免环路(loop) 等3个功能。网桥要基于目标MAC地址来做转发决定，能学习到目标节点的MAC地址，并将这些信息放进自己的桥接表中。通过之前学习到的桥接表来做转发决定，基于帧的目标MAC地址进行转发。阻止环路产生的办法是破坏掉冗余的链路，这就要参考生成树协议(STP)完成。TEB除了具备以太网业务桥接功能外，还具有以太网接口。

目前E-OTN存在的主要问题是来自标准化方面的困扰，需要对IEEE定义的以太网功能进行扩展，以满足ITU-T关于以太网传送的相关要求。

P-OTN

分组光传送网——P-OTN，是指PTN和OTN的有效融合。对于P-OTN节点，功能核心的选择依赖于对粒度的需求和对用户业务流的管理需求。比较分交叉组核心和ODUk交叉核心，分组核心的粒度较小，到达单用户业务流的层次，但另一方面ODUk交叉核心更加简单，易于实施和管理。如果P-OTN节点只需要实现对于多个GE端口透明映射到OTN上的功能，像ADM一样，而不需要对GE链路中的不同用户业务流进行管理，那么选择OTN核心即可。如果P-OTN的功能要求是要把输入板上GE端口中的单个业务流进行分类，把不同类型的业务（如VoIP、IPTV、尽力而为业务）流映射到不同的ODU容器，就需要分组核心。

MS-OTN

MS-OTN是指支持多业务承载的OTN设备，OTN多业务承载节点功能应具备以下四点。

基于WDM的大带宽传输层。

面向多业务OTN统一承载层。

支持多层次、大颗粒的OTN大容量交叉调度核心。

具备业务精细颗粒的交叉调度单元，包括：分组（PKT）调度模块（以太网XC和MPLS-TP XC）、VC交叉调度模块等。

OTN多业务承载节点功能模型可同时提供OCh光层、ODUk电层、PKT调度或VC调度能力。波长级别的业务可以直接通过OCh交叉调度；需要多业务的统一调度、汇聚，可通过ODUk和PKT集中交叉调度或VC交叉调度，再通过线路接口处理模块汇聚到ODUk高阶容器，最后波分复用到主光通道。

从MS-OTN实现的关键技术上，主要包括三种特性。

其一，通用映射规程（GMP）和ODUflex。OTN引入GMP解决了客户信号到LO ODU及LO ODU到HO ODU的映射。MS-OTN针对以太网业务1GE/10GE/40GE/100GE新定义了ODU0/ODU2e/ODU3e2/ODU4，而且为适合100G以太网数据的透明传输，ODU4的容器尺寸正好适合100GE LAN业务。

其二，ODUflex无损调整 (HAO)协议。针对ODUflex，ITU-T目前正在定义一种类似SDH LCAS技术的ODUflex无损调整 (HAO)协议，可以动态调整业务在线路上速率，提高MS-OTN传送分组业务的带宽利用率，增强MS-OTN网络部署的灵活性。HAO协议需要ODUflex(GFP)整个链路的所有节点参与，克服了LCAS在管理控制方面及缓存方面的重大问题。

图2 OTN对直通业务的处理

其三，同步功能。OTN在城域网环境下可以承载CPRI、TD-SCDMA和TD-LTE业务，而以上业务对时间同步有严格要求，需要OTN设备支持1588v2功能和频率同步功能，实现时间同步不受空间、地理位置限制，排除对GPS的依赖，有效提升网络安全性，降低维护成本。目前OTN设备通过带内开销或带外OSC实现1588v2传递功能，通过同步以太方式实现频率同步。

OTN干线层的两大功能

在承载网方面，智能管道的概念也是由来已久，引入PTN、OTN和ASON的目标就是要改变以往刚性管道传输的旧理念，推动分组化、业务等级划分、带宽高利用率等。随着新技术在OTN组网架构中不断引入，OTN在传送网各个层面体现出智能化的趋势，在引入控制平面实现自动发现、保护恢复等智能功能之外，还在与数据设备联合组网方面实现传输管道智能化，识别业务，为不同的业务提供差异化服务。

在干线层面应用OTN，可实现分流IP直通业务，有效支持云计算等功效。

分流IP直通业务

通过对IP骨干网络流量进行分析，发现在经过P路由器的流量中大约有50%以上属于 “直通”中转流量，加重了P路由器的负担，占用了昂贵的路由器线卡，造成了网络成本和设备功耗的快速增长，网络流量的整体处理效率较低。

通过OTN设备对直通业务流进行旁路，降低P路由器的处理压力，减少对路由器堆簇的需求，可使整个网络的CAPEX大量节省。另外OTN设备提供的灵活保护恢复机制可以有效解决IP网络电路故障问题，减少全部依赖路由器保护场景下的链路冗余要求，提高链路利用率，提高网络生存性同时降低了IP网络的建设成本。

如图2所示在IP over OTN架构中，OTN节点识别来自路由器的业务走向，实现核心PE路由器之间的大量直通业务在传输层穿通处理，节约核心P路由器（PoP B）的接口数量，降低对其容量的要求，提升业务转发效率，原先PoP B需要对超过9G的流量进行处理，现在可以减少为处理6G。结合控制平面UNI接口的ODUflex技术，再应用G.HAO协议，实现IP路由器和OTN交叉设备的带宽灵活适配和动态调整。随着网络的进一步融合，IP和光网络在业务传送层、控制层和管理层3个平面实现互通，降低网络投资和运营成本。

有效支撑云计算业务

云计算是通过网络按需提供可动态伸缩的廉价计算服务，提供资源的网络被称为“云”，“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。云计算的基础是宽带资源：无处不在的宽带网络，解决海量信息的传送。云计算需要更高的宽带、更快的时延，更安全的保障，更低的成本，这需要一个扁平化的承载网络。

传送设备需要克服“大带宽”，正逐渐向“粗放型”方向发展，OTN技术是其必然的选择，它本身对“跳数”不敏感，且可以通过“交叉调度”形成“虚拟光纤网络”，帮助实现网络的扁平化。

OTN构造了一个带宽云的概念，打造一个动态、共享、超大容量、智能可靠的网络：通过10G/40G/100G技术构建了大带宽通道，T比特OTN交叉技术让全网共享这些大带宽通道，传输带宽脱离某个业务的捆绑，实现线路带宽的共享。引入控制平面技术让网络更加智能、简单、可靠，提供客户化的不同保护方式，保护和恢复相结合大幅提升可靠性，简化了维护。关键是在OTN组成的带宽云中，业务可在任何时间、任何地点接入，即插即用，在需要接入业务时，直接将接入点接入到带宽云网络中即可。

OTN有效应对城域网扁平化

在城域网OTN组网应用中，可直接或间接面向来自基站、集团客户、家庭宽带和IPTV业务的需求。在核心或汇聚层面引入OTN组网，首先可以解决光纤紧张问题，避免某些跳段光纤瓶颈而导致业务难以开通；其次跨地区的业务快速而可靠开通，无需考虑大量长距离熔纤、跳光缆、测距等工作；在端口适配方面，OTN可把GE汇聚为10GE接口，有效解决部分BRAS/SR出GE端口，而CR出10GE端口的匹配问题；此外通过OTN的物理层保护，可解决扁平化过程可能遇到业务安全问题。

OTN设备提供频率和时间同步，参与时间同步的传递，可减少建设专用时间传送网络的投资，减少BITS和时间源设备的数量，减少光纤资源消耗。目前OTN设备正在逐步实现同步以太功能完成全网频率同步，并在此基础上，通过OTN带内开销或者带外光监控信道（OSC）传递时间同步，从而实现OTN和PTN组网环境下端到端的频率同步和时间同步。

中国移动自2007年推广IP over WDM的同时，也在不断推动OTN的演进和组网应用，中国移动已经是OTN设备应用最多的运营商之一。从中国移动组织的各种测试结果来看，国内外厂家OTN产品系列齐备，涵盖了各种交叉容量设备；接口标准，支持接入多种业务；支持不同形式的组网和保护功能，组网灵活，配置方便，网管功能完善，并具备带内ESC和带外OSC时间同步传递功能；互联互通方面，不同厂家OTN设备目前可以实现各种业务域间OTUk互通、基于TCM的多厂家管理互通，以及保护互通。尤其是在2010年11月，在规范GE业务标准映射封装方式的前提下，首次实现不同厂家GE业务基于OTUk的互通。2011年5月，基于ODUflex支持G.HAO协议的OTN样机已经出现。

记者观察

OTN已成中国移动承载网、传送网的核心元素

中国移动作为全球主流的移动运营商，其移动宽带业务是其近年来利润增长的核心所在，然而固网缺失一直是其最大的短板。伴随3G、LTE、Wi-Fi等无线网络建设的规模化，中国移动原有的承载网、传送网络压力日渐增大，迫切需要提高承载网、传送网的承载传送能力，并提高网络的利用效率，其对于新型承载方式、传送方式的研究要明显快于其他国内运营商。

本期我们特邀中国移动研究院长期从事承载网研究的专家李允博撰文谈中国移动对OTN技术的研究进展，从全文来看，中国移动对于具备分组调度能力的新型OTN技术非常关注，这与其城域网中所部属的PTN网络可形成较好的联合组网模式，并且能够有效应对城域网的扁平化趋势。而传送网方面，中国移动不断在加速推动WDM的IP化进程，并率先尝试了OTN的干线部署，引入OTN技术有效缓解了核心路由器的负担，而且其调度能力、大容量交叉能力能够保障对未来云计算业务的承载，符合中国移动长远的发展规划。（赵光磊）