基于统一承载平台的POTN组网方案研究

李 雯，周微微，刘 光

（1.北京电信规划设计院有限公司，北京 100048；2.北京歌华有线电视网络股份有限公司，北京 100007）

1 引言

随着移动4G的应用，大客户以太网专线和家庭宽带业务的发展迎来了大数据时代。原有3G基站几十兆的带宽需求到4G阶段已达到上百兆甚至几百兆，大客户专线也由原来的2～10M带宽升级到百兆、千兆，加上OLT上行高带宽承载的需求，发达城市原有PTN网络接入GE/10GE、核心汇聚10GE/40GE的带宽已经明显不能满足大数据时代的带宽要求，运营商急迫要求升级或改造分组传送网，以便能够提供更高的带宽。传统“PTN+OTN” 多层网络架构虽可以解决带宽问题，但是在向下层延伸时，又遇到了投资高、机房空间和资源消耗大、业务调度困难等多种问题。此外，现有“PTN+OTN”的网络架构在业务快速开通、网络保护和运维管理上也存在很多瓶颈，因此针对这些问题寻找一个新的解决方案非常重要。

目前，简化网络层次、发展融合性产品成为运营商新的突破口，随着多种业务并存带来的压力以及POTN设备商用成熟度越来越高，因此，采用基于统一承载平台的POTN网络是传送网的发展趋势。

2 POTN的关键技术

POTN融合了光层（WDM/ROADM）、OTN和SDH层、分组传送层（以太网和/或MPLS-TP）的网络功能，具有对TDM（ODUk和VC）、分组（MPLS-TP和以太网）和波长的交换调度，并支持多层间的层间适配和映射复用，实现对分组、OTN、SDH、波长等各类业务的统一和灵活传送功能，并具备传送特征的OAM、保护和管理功能的网络。POTN分为板卡式交叉技术和集中式交叉技术。

2.1 板卡式交叉技术

板卡式交叉技术是指分组化功能通过集中交换板卡和相应的分组业务处理板卡共同实现，SDH、以太网和MPLS-TP业务通过对应的业务板卡处理，然后在ODU交叉板卡实现ODUk交叉，之后进入OTN的线路侧，这种技术提升了设备对SDH和以太网业务的精细调度和处理的能力。

由于板卡式POTN设备基本不涉及对现有OTN设备背板总线架构、交叉板卡和线路板卡的调整，因此可通过在现有OTN设备上部署支持L2、MPLS-TP或VC适配、交叉功能的支路板卡，实现向板卡式POTN设备的平滑演进，但部分OTN设备需要进行软件升级。而且目前大部分厂商中支持分组功能的支路板卡对以太网QoS的支持能力较好，但对以太网OAM的支持能力有待加强。

2.2 集中式交叉技术

集中式交叉技术是指不同类型的业务，通过统一的交叉矩阵完成，其主要特点是将ODUk交叉、VC交叉和分组交换功能集中在统一交叉板上。相较于板卡式POTN设备，集中式交叉在应对多业务接入方面调度更加灵活，分组化集中度高，二层交换能力和多业务承载能力更强，但无法从现有的OTN设备直接平滑升级。

根据交叉功能的不同实现方式，集中交叉式POTN设备可分为两种类型：一种采用多核交换结构，即ODUk交叉、VC交叉和分组交换由不同的交换芯片完成，不同的交换芯片部署在统一交叉板上；另一种采用基于切片的统一交换结构，对TDM 业务和分组业务进行统一的切片处理，然后根据控制管理信息实现交换，其最大的特点是分组交换和TDM交叉的容量比例可以任意调整，具有良好的组网灵活性，但目前这种基于切片交换技术支持的厂商极少，仍处于研发阶段。

3 POTN设备

目前，国内主流厂家的新型10 0G OT N设备均支持集中交换技术，采用统一交叉矩阵平台（如华为OSN960 0、烽火FONST6000、中兴ZXONE9 70 0），传统OTN设备平台均不是统一交叉矩阵，但多数支持板卡式交叉，可提供少量POTN业务板卡（如华为OSN880 0、烽火FONST5000、中兴ZXONE8700、贝尔1830PSS），中兴ZXONE9700基于PTN向POTN演进路线，暂不支持以太网功能；烽火FONST6000通过OTN 向POTN演进，暂不支持MPLS-TP功能。各厂家POTN设备对ODUk交叉、VC交叉和分组交换支持度的对比情况，如表1所示：

表1 厂家POTN设备各交叉支持度对比

4 POTN的应用场景

4.1 IP城域网承载

IP城域网内BRAS/SR上联CR有两种模式：BRAS/SR通过汇聚路由器上联CR和BRAS/SR直连CR。

随着IP城域网流量模型的变化，BRAS/SR上联带宽的收敛比越来越小，汇聚路由器的流量汇聚功能不断减弱，网络扁平化成为发展趋势。但网络扁平化过程中，BRAS/SR的GE上联端口与CR的10GE 下联端口进行匹配的问题需要解决。与此同时，城域网网络流量的快速增长，使得40GE/100GE等高速端口开始得到部署。当高速端口用于CR下联链路时，也将面临端口匹配的问题。

POTN用于承载BRAS/SR上联CR，不仅可以快速开通链路并提供链路保护，而且可以在靠近CR侧进行端口汇聚，包括GE到10GE的汇聚，以及10GE到40GE/100GE的汇聚，在核心节点采用10GE/40GE/100GE高速接口与CR进行互联。除端口汇聚功能，POTN还可提供带宽汇聚功能，包括在中间节点对经过同一路径上的IP业务进行统计复用，提高链路的带宽利用率。网络结构如图1所示。

图1 POTN承载IP城域骨干网业务

4.2 OLT上联承载

OLT上联BRAS/SR主要有如下两种模式。

（1）OLT直连BRAS/SR。OLT通过上联端口区分到达不同BRAS/SR的业务。该模式主要适用于单台OLT流量较大、上联的BRAS/SR数量较少的应用场景。OLT直连BRAS/SR存在的问题包括：占用大量光纤资源，无法进行带宽收敛；占用大量BRAS/SR的端口资源，上联链路扩容周期长，链路保护困难。

（2）OLT通过汇聚交换机上联BRAS/SR。OLT 通过VLAN区分不同业务，汇聚交换机进行VLAN 分流、多播复制和流量汇聚。该模式适用于单台OLT带宽收敛比较大、承载业务类型较复杂、上联的BRAS/SR数量较多的应用场景。OLT通过交换机上联BRAS/SR存在的问题包括：占用大量光纤资源（当OLT与交换机不在同一局点时），上联链路扩容周期长，增加IP城域网网络层次和故障点。

不论上述哪种上联方式，当OLT和BRAS/SR之间的光纤资源紧张时，且光缆铺设困难的情况下，可采用POTN进行OLT上联承载。POTN设备可提供数据链路承载和业务汇聚（包括带宽汇聚和端口汇聚），网络结构如图2所示。

图2 POTN承载OLT上联BRAS/SR

对于OLT直连BRAS/SR的模式，POTN可以在靠近BRAS/SR侧进行分组处理，通过带宽汇聚减少BRAS/SR的端口占用，通过端口汇聚实现端口匹配。

对于OLT通过交换机上联BRAS/SR的模式，POTN可以在靠近OLT侧进行VLAN分流和统计复用，以提升网络传送效率，在靠近BRAS/SR侧进行端口汇聚实现端口匹配。

由于板卡式POTN设备交换容量较小，不支持板间LAG保护，难以在中间节点进行分组处理和有效带宽收敛，在承载OLT上联BRAS/SR链路时宜采用集中交叉式POTN设备。

4.3 移动前传承载

随着移动互联网的蓬勃发展，移动流量呈现爆发式的增长，为了支持这些业务和流量的增长，需要进一步增加移动网络覆盖和数据容量，因此需要更多不同类型基站，包括宏基站、拉远站、小微基站和室分等。

BBU池组化是无线网络发展重要方向，可将基带资源集中起来，在不同BBU间动态分配无线资源，实现多点协同（CoMP）、自适应负载均衡、联合调度和干扰消除等，最终实现频谱资源利用率和网络容量的提升。基带池架构打破了BBU和RRU间固定连接关系，每个RRU不再属于任何一个BBU实体，每个RRU发送或接收信号的处理都可以在BBU基带池内高性能处理器上完成，这样系统将具有最大的灵活性。基带池网络架构如图3所示。

图3 基带池网络架构

在基带池网络架构中，承载BBU和RRU之间数据传输的新型网络被称为移动前传网络，需要在BBU和RRU间传输未经处理的无线信号（IQ信号），因此BBU和RRU间的移动前传链路提出了新的挑战，相对LTE 5G的CPRI前传接口带宽有巨大提升，单个RRU到BBU的带宽将高达10G，时延要求也远比LTE更为苛刻，将对承载提出巨大挑战。

目前移动前传的主要实现方案是光纤直驱，但随着5G的来临，前传网络将面临变革，光纤基础设施面临巨大挑战，为了应对光纤资源不足和光缆建设困难等实际情况，需要在移动前传网络中引入光传输设备，该传输设备除了必须有“类光纤”的特性，还不需要过多安装及维护人员配置，能够自动实现波长匹配、业务及速率匹配等智能化功能。同时随着固移融合逐步深入，综合业务接入点既作为无线宽带接入机房又作为固定宽带接入机房，因此要求BBU池组化中移动前传解决方案，在支持RRU接入的同时，还必须具备综合业务接入能力，尤其是在室内型RRU站（楼宇、园区），会同时存在无线接入需求和固定接入需求（专线用户等）。

POTN设备是目前前传网络承载可选择的传输设备之一，可在RRU站点和BBU机房配置城域接入型POTN设备，通过波分复用系统来连接BBU和RRU，多个RRU可以共享波长或光纤，通过OTN 开销实现管理和保护，客户侧接口与无线侧接口互联，客户信号需经过OTN成帧过程，线路侧经合分波板卡复用后在光纤中传输。POTN设备在支持RRU接入的同时，还具备综合业务接入能力，具备TDM业务、分组业务和波长业务的统一汇聚和处理，光电交换共存，可选的环网和Mesh组网，传统的ASON/GMPLS以及新型SDN控制平面可灵活选用等特性。但CPRI over OTN接口性能是否满足无线要求，且OTN成帧引入额外传输时延影响RRU 拉远距离等还有待研究。目前ITU-T SG15 Q11正在讨论G.suppl.CPRI over OTN，暂未达成一致，还在讨论制定中，虽然列出了CPRI信号的映射方式，但尚有较多问题待解决。

4.4 大客户专线承载

近年来，以太网专线业务需求在数量和带宽上均呈现快速增长的趋势。目前，城域网内GE以下带宽的专线业务多采用MSTP、PTN或路由器承载；而GE及以上带宽的专线业务则主要采用光纤出租或WDM/OTN承载。现有承载方式面临的主要问题包括：MSTP和PTN设备容量有限，难以满足大带宽专线业务的快速发展要求；路由器承载成本较高，大带宽专线业务承载对网络的冲击较大；光纤出租使得运营商对出租电路难以进行有效的管控和保护；WDM/OTN 调度颗粒较大，业务开通和调整不灵活。

POTN技术比较适用于FE以上任意颗粒均可承载，支持SDH业务、以太网、波长级，支持点到点专线、点到多点的虚拟专线业务混合组网，业务汇聚收敛，减少波道资源，同时具有UTN没有的刚性管道、低时延特性。

（1）对现有OTN设备进行改造。OTN设备通过增加分组支路板卡，平滑升级成为板卡式POTN 设备。其中，分组处理支路板卡进行以太网交换、QoS和OAM处理，主要用于以太网专线业务接入，对用户接入带宽进行限速或升速调整，线路侧采用ODUk封装、调度和保护。该模式可以为用户提供更丰富的带宽业务选择，并能提升OTN承载以太网业务的传送效率。（2）引入集中交叉式POTN设备。在用户接入的OTN节点引入支持MPLS-TP处理功能的分组板卡或小容量集中交叉式POTN设备，主要用于MPLS-TP的QoS和OAM处理。在核心调度节点引入大容量的集中交叉式POTN设备，主要进行LSP 或PW交换处理。该模式通过在核心调度节点进行分组处理，可以有效提升网络传送效率。通过设置保护拖延时间，能够实现PW、LSP、ODUk或OCh 等不同层次的保护协同。

当FE以上大颗粒大客户业务量较大时，可根据业务规模在现有100G OTN平台（支持POTN交叉）上预留一至多个100G波道，组建100G POTN 环，专用承载各种颗粒、各种类型的大客户业务（类似现有SDH环），不应该纯为大客户业务单独建设POTN系统。且根据需要对该波道进行ODU层面的保护或光层保护，不应该对承载的各种以太网业务、VC业务等进行业务层面的保护。

5 POTN组网实例

某运营商由于马可尼ATM网面临退网，需要将承载在马可尼ATM网上的30个客户业务迁移至北电ATM网承载，原马可尼业务采用在用户端安装MSTP设备，通过155M、622M或2.5G速率就近上联所属端局MSTP汇聚设备，经MSTP汇聚设备将业务转接至马可尼ATM数据网络核心节点。但由于马可尼数据网与北电数据网核心节点设置不完全同址，电路无法进行同址电路割接，需经MSTP传输网的逐级转接将业务在不同核心点落地，电路无法实现端到端的便捷管理，且会大量消耗资源已然紧张的MSTP传输网资源；根据ATM网核心点采用155M、622M或2.5G链路与数据设备互通的现状，北电核心点MSTP传输设备面临落地端口扩容，MSTP设备端口扩容能力受限。另外结合金融、证券类客户业务带宽不断升速，业务种类不断更新的趋势，采用原有单一模式的MSTP设备承载必然无法应对客户业务日新月异的远景需求。

鉴于上述原因，并结合客户节点设置分散，业务终端节点设置统一，更重要的是为客户电路迁移以及未来新业务需求提供一个快速接入、刚柔并济的高品质传送通道，所以将马可尼ATM网的迁移电路承载在城域100G POTN平台上，该平台是2015年开始建设，2016、2017年进行扩容，系统共设置8个网络核心节点、9个业务核心节点以及36个汇聚节点，系统容量为80*100Gb/s，实现市区及郊区IP城域网所有区域核心节点及重要汇聚节点的全面覆盖，主要承载IP城域网、IPTV、移动核心网、移动智能网、网优平台等传输链路需求。

此次迁移业务共涉及71条时分电路（63个155Mb/s，8个622Mb/s），考虑用POTN设备来解决这71条时分电路以及未来潜在的以太网业务。在客户机房新装POTN设备，就近上联汇聚节点，从而接入100G POTN 平台，最终经平台上各节点配置的三混线卡将业务统一传送至业务终端节点。网络结构详见图4和图5。

图4 城域100G POTN网络结构

图5 迁移业务采用POTN平台承载

6 结束语

综上所述，面向业务发展对传送网的挑战，传送网必须向“精细化、简洁化、宽带化、集成化、高QoS、低时延、高可靠性”方向发展，全面提升传送网对各类业务网的统一承载能力。POTN不仅具备OTN的大容量传送、刚性管道、G.709映射复用和开销管理、保护等功能，同时具备PTN的分组标签转发、统计复用、OAM、保护、QoS、分组同步等技术优势。本文通过对POTN技术的研究，加以实际工程中的提炼总结，对POTN的应用场景进行了讨论，希望为以后的POTN的应用提供参考和帮助。

[1] YD/T 2484-2013分组增强型光传送网（OTN）设备技术要求[S].

[2] YD/T 2939-2015 分组增强型光传送网网络总体技术要求[S].

[3] 李允博.光传送网（OTN）技术的原理与测试[M].北京：人民邮电出版社，2013.