新一代光传送网——OTN技术及应用

(天津铁道职业技术学院，天津 300240)

一、OTN产生的背景

目前光传输网广泛采用SDH和WDM两种技术。其中，SDH是在电域对信号进行处理，以VC-12/VC-4交叉调度、同步和单通道线路为基本特征，可提供E1/E3/E4/STM-N(10G)信号的接入、复用、选路、管理以及保护；WDM则是在光域对信号进行处理，以多通道复用/解复用和长距离传输为基本特征，为波长级业务提供低成本传送。

随着数据业务的飞速发展，GE、10GE在城域的广泛使用，以VC调度为基础的SDH网络在交叉调度和扩展性方面呈现出不足，不能满足未来骨干网节点的Tbit以上大容量业务调度；WDM网络虽提高了系统的容量、实现了业务透明传输，但缺少对光信道精确的监视能力，以及灵活的调度能力和组网能力。

在此情况下，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。OTN技术将SDH的可运营和可管理能力应用到WDM系统中，同时具备了SDH的安全与调度和WDM大容量远距离传送的双重优势，能最大程度地满足多业务、大颗粒、大容量的传送需求，同时可以为数据业务提供最低的时延抖动，最完善的OAM 能力，近乎无限升级扩容潜力，并节省大量的光纤资源。

二、OTN的基本概念和特点

OTN(Optical Transport Network)光传送网是通过G．872、G．709、G．798等一系列ITU-T的建议所规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”。它是由一系列光网元经光纤链路互联而成，能提供光通道承载任何客户信号，并提供客户信号的传输、复用、路由、管理、监控和生存性功能的网络。OTN是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。

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.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、存储域网络(SAN)、视频等。目前对于SDH和ATM可实现标准封装和透明传送，但对于不同速率以太网的支持有所差异。ITU-T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40GE、100GE以太网、专网业务光纤通道(FC)和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道数据单元(ODU-k，k=1,2,3)，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

传统的WDM设备只能监控光功率等少量光层信息，无法实现基于业务通道的监控，运维管理不便，且无法提供基于业务通道的保护等功能。OTN借鉴了SDH的优点，在帧结构中定义了完善丰富的监控字节，使其具备同SDH一样的运维管理能力。其中多层嵌套的串联连接监视(TCM)功能，可以实现嵌套、级联等复杂网络的监控。

4.强大的组网和保护能力

通过OTN帧结构、ODU-k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，改变了基于SDH VC-12/VC-4调度带宽和WDM点到点提供大容量传送带宽的现状。前向纠错(FEC)技术的采用，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ODU-k层的子网连接保护(SNCP)、基于波长的光通道保护、光子网连接保护和基于ODU-k的环网保护等。

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，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问题。目前ITU-T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ODU-0/ODU-4颗粒，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。

三、OTN 的复用和映射结构

OTN对于客户信号的封装和处理也有完整的层次体系，采用 OPU-k(光通道净荷单元)、 ODU-k(光通道数据单元)、OUT-k(光通道传送单元)等信号模块对数据进行适配、封装，其复用和映射结构如图1所示。

1.映射

映射是完成各信息单元之间速率适配的过程。在OTN复用映射结构中，各种客户层信息经过光通道净荷单元OPU-k的适配，映射到ODU-k中，然后在ODU-k、OTU-k中分别加入光通道数据单元和光信道传送单元的开销，再映射到光通道层OCh，调制到光信道载波OCC上。

2.复用

OTN的复用以OTU-k为界，分为时分复用和波分复用两部分。

时分复用：

OTN的时分复用采用字节间插的方式，实现电域三个子层信号的复用。图1示出了各种时分复用单元之间的关系以及可能的复用结构。可能的复用路径有：最多4个ODU-1信号时分复用到1个ODTUG-2中，1个ODU-2和16个ODU-1的混合信号可以复用到ODTUG-3，ODTUG-3再复用到OPU-3中。GE信号也可称作OPU-0，两个OPU-0可以复用并映射到OPU-1中。随着IP业务的迅猛发展，不久的将来的GE就如同现在的E1，而ODU-0必将如SDH时代的VC-4/VC-12一样，成为OTN的基础业务颗粒。

波分复用：

通过波分复用将最多n(n≥1)个光通道载波OCCr复用进一个n阶光载波组OCG-nr.m中，OCG-nr.m中的支路时隙可以具有不同的容量。然后形成在OTN网络单元之间传输的OTM信号，OTM n.m或OTM nr.m。由OTN的复用映射结构，可以看出：OTN具有不同的网络速率接口，分别是OPU-1(2.5Gbit/s)，OPU-2(10Gbit/s)和OPU-3(40Gbit/s)；可以实现SDH/SONET, Ethernet, ATM, IP等业务的透明传输；为实现Tbit传输，传输层采用DWDM技术(OMS层)。

四、OTN 的设备类型

依据《OTN网络对节点设备总体要求》，OTN设备可分为以下两大类：OTN 终端复用设备和OTN交叉连接设备。

1.OTN 终端复用设备

OTN 终端复用设备是指支持 OTN 的客户接口，接口适配、线路接口处理功能的 WDM设备，其功能结构如图2所示。

这种OTN设备用白光OUT-k接口代替传统传送设备SDH和以太网等客户业务接口，实现不同厂商WDM设备对接。通过OTN的信号开销可以实现对波长通道端对端的性能和故障监测。

目前国内大多数采用OTN终端复用设备建设，但是随着40G/100G网络建设，OTN终端复用设备的多业务传送能力不足，最终会过渡到光电混合交叉OTN设备。

2.OTN交叉连接设备

OTN交叉连接设备又分为OTN 电交叉设备、OTN 光交叉设备和OTN光电混合交叉设备。

OTN 电交叉设备：

OTN 电交叉设备完成ODU-k级别的电路交叉功能，为OTN网络提供灵活的电路调度和保护能力，对外提供各种业务接口和OUT-k接口，也可与OTN终端复用功能集成在一起。OTN 电交叉设备的功能结构如图3所示。

图2 OTN 终端复用设备功能示意图

图3 OTN 电交叉设备的功能结构

OTN 光交叉设备：

OTN 光交叉设备(也称 OCh 设备)以光波长为交叉颗粒，提供OCh光层调度能力，实现波长级别业务的调度和保护恢复。目前这类设备的形态为 ROADM ，其功能结构如图4所示。

OTN光电混合交叉设备：

OTN电交叉设备可以与OTN光交叉设备相结合，同时提供ODU-k电层和OCh光层调度能力，两者配合可以实现优势互补，又同时规避各自的劣势。波长级别的业务可以直接通过OCh交叉，其他需要调度的业务经过ODU-k交叉。这种大容量的调度设备就是OTN光电混合交叉设备，其功能结构如图5所示。

图5 OTN 光电交叉设备的功能结构

OTN光电混合交叉设备才是完整功能的OTN设备，也是当前和未来OTN的主要设备形态，在实际网络中也将会大量应用。

五、OTN技术的应用

作为承载2.5Gbit/s颗粒以上的传送网技术，OTN的最大优势就是提供大颗粒带宽的调度与传送。考虑到现有的传送网络分层关系和传送业务颗粒分特征，OTN主要应用于城域网核心层及骨干传送网中。OTN在传送网中的应用如图6所示。

图6 OTN技术的应用

1.在长途骨干网上的应用

随着长途IP网的发展，IP业务量的激增，长途骨干网的核心节点面临着越来越大的业务量。并且为了更有效地使用IP网络资源，提高中继电路的利用率或提高网络运行质量，在长途骨干网中采用OTN传送网是必要的。在长途骨干网上采用OTN光传送网，可实现 GE/10GE、2.5G/10GPOS大颗粒业务的安全、可靠传送；并可实现波长/子波长业务交叉调度与疏导，提供波长/子波长大客户专线业务；还可实现对其它业务如STM-1/4/16/64、ATM、FE、DVB、HDTV等的传送。目前，我国移动京汉广国家干线、陕西骨干网、以及哈尔滨路局干线网(铁路首条OTN 干线)均是采用OTN技术而构建的新一代光传送网络。

2.在城域核心网的应用

目前城域网也普遍存在数据业务激增现象，IP数据网和传输网往往分而治之。IP数据网本身的保护恢复能力不足以满足业务的需求，且数据设备互联消耗了大量的光纤资源。为了提高光纤利用率，在城域核心网中采用OTN技术是必然的。OTN交叉设备可实现波长级颗粒的调度和保护，以及多方向的波长重构等。

六、结语

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，是面向宽带客户数据业务的最佳传送技术之一。目前，国内外通信运营商都非常关注OTN技术的发展和应用，多数运营商的WDM传输接口已经实现了OTN功能。我国华为、北电、烽火等公司已经推出了基于ODU-1交叉的商用设备并投入市场应用。我们相信，为了满足日益增长的IP业务的承载需求，适应传送网技术的发展趋势，我国必将加快对OTN设备的研发、标准化和推广应用。

参考文献：

[1]刘涛．面向未来的光传送网——(OTN)技术[J]．电信建设，2001，(01)．

[2]谢桂月．有线传输通信技术[M]．北京：人民邮电出版社，2010．

[3]朗讯科技中国有限公司光网络部．光传输技术[M]．北京：清华大学出版社、北方交通大学出版社，2003．