面向政企专线业务的OSU 技术探讨

［瞿少凯 李勇 贺政 丁一凡 豆晓雷］

1 引言

随着全球5G 商用网络的部署，专线业务需求的差异性和场景的复杂性凸显出来，这也为运营商和产业链带来了新的市场和挑战。由于政企客户对高质量专线业务需求的持续增长和新技术的发展，OTN 逐步替代了MSTP、SDH 网络，实现了对专线、视频、数据中心互联（DCI）等业务的综合承载，同时OTN 也逐渐向城域网的边缘下沉。

目前传统的OTN 技术虽具备高品质承载优势，但随着专线业务的多样化，其存在的短板也显现出来，如OTN 最小颗粒为1.25G 封装小颗粒业务造成带宽浪费、存在五层映射结构时延大、无法支持灵活的专线带宽调整需求等问题。为持续满足网络和业务发展的新需求，业界提出了以OSU（Optical Service Unit，光业务单元）为核心的下一代光传送网NG-OTN 技术体系，旨在提供低时延、硬隔离、灵活配置、高可靠的确定性承载方案。NG-OTN引入了带宽灵活调整的OSU 技术，不仅弥补了传统OTN在小颗粒业务（如2 Mbit/s）承载效率方面的不足，而且减少了网络部署及运维成本，为客户提供各种颗粒的高品质专线业务和差异化SLA 服务。

2 小颗粒专线承载需求

近年来专线带宽整体趋势逐年增大，但现网中仍广泛存在着小颗粒业务需求，表1 为某省运营商专线带宽占比情况，数据及语言专线20 M 以下占比为59%，互联网专线20 M 以下占比为47%，约有超过一半的专线业务为20 M 以内的小颗粒带宽。

表1 某省运营商专线带宽占比情况

除了传统行业专线承载着大量STM-1/4 等低速率业务外，5G+垂直行业的应用也要求承载网提供小颗粒政企业务接入能力。随着现网中的MSTP 和SDH 等设备逐步替换退网，小颗粒业务需考虑迁移到OTN 设备上进行承载，实现端到端的传输与业务保障。传统OTN 一般部署在城域波分环、市县波分环和县乡波分环上，所有通道颗粒都是基于帧格式传输，多层封装导致延时过大，无法实现客户的快速灵活接入。使用传统OTN 承载专线业务的最小颗粒度为ODU0（1.25 Gbit/s），采用ODUk 封装使得GE以下小颗粒业务带宽利用率极低，而面向政企专线的精品OTN 网络要具备全颗粒业务承载能力，适配高价值用户2 M～100 G 的带宽需求，这些需求成为传统OTN 面临的新挑战。

3 OTN OSU 技术及政企专线业务承载方式对比

3.1 OSU 方案简介

日益复杂的专线业务形态不断驱动着OTN 业务适配层向更加灵活的承载方向发展。2020 年ITU-T 正式通过了光业务单元通道层网络（Optical Service Unit path layer network，G.osu）的标准立项。该方案可将MSTP、SDH、以太网以及其他各种固定比特率（CBR，constant bitrate）的业务映射到最小业务容器为2 Mbit/s 的OSU 时隙中，通过OSUflex（OSU 的级联）提供各类颗粒带宽业务。

OSU 的新增技术特征主要有：

（1）实现2 Mbit/s 级至100 Gbit/s 级别的各颗粒业务承载能力，精准匹配业务需求；

（2）简化映射层级，降低业务时延，us 级时延可承诺；

（3）管道连接数量由传统的每100G 线路最多承载80 条业务向k 级别条业务演进；

（4）提供平滑、无损、灵活的带宽调整功能，兼顾传统OTN 网络硬隔离管道的特性。

3.2 OSU 帧结构

NG-OTN 在传统OTN 帧结构上优化引入了OSU 容器，用于承载CBR 业务和分组业务，将当前支撑带宽范围从N*1.25 Gbit/s 扩展为N*2 Mbit/s（N ≥1）任意带宽，业务接口更加多样化，实现承载各级别颗粒业务，效率更高。OSU 帧结构如图1 所示，长度为192 字节，包括7 字节的开销区域和185 字节的净荷区域。开销区域包括通用开销、映射开销和CRC8 校验区三个部分。通用开销包括版本号（VER）、支路端口号（TPN）、帧类型（FT）、连续性校验（CV）、串联连接监视（TCM1/TCM2）、通道监控（PM）和保留开销（RES）。OSU 映射开销分为CBR 映射开销和以太网映射开销。CRC8 校验开销用于对OSU 帧通用开销和专用开销进行循环冗余校验。

图1 OSU 帧结构

OPUk 净载荷区被划分为多个192 字节单元，每个192 字节单元是一个净荷块（PB）。当多个OSU 被复用到OPUk 时，每个OSU 帧需要携带一个TPN 来确定OSU帧和支路端口之间的映射关系，且TPN 在服务层必须是唯一的。

3.3 灵活时隙OTN 映射架构

NG-OTN 简化封装层级，提升带宽效率，降低了封装时延。传统OTN 技术采用5 层逐级映射封装，即VC12-＞VC4-＞ODU0-＞ODU4-＞OTUCn 五 层 封 装 复 用 技术，OSUflex 技术采用3 层简化映射封装，即OSUflex-＞ODU4-＞OTUCn 三层逐级业务封装。映射层级对比如图2所示，较传统OTN 相比，NG-OTN 在业务上减少了2 层封装与解封装的工作，大幅节省业务封装时延，满足银行金融大客户等时延敏感的业务场景。

图2 映射层级对比示意图

3.4 政企专线业务承载技术对比

近年来随着通信技术的不断发展，SDH 设备虽然能满足业务隔离性、安全性和低时延等需求，但设备普遍运行超过10 年，故障率偏高，导致OPEX 上升，同时受带宽制约和产业链萎缩的影响，SDH 设备面临逐步退网，无法高效支撑政企业务的发展。然而目前现网大量高价值客户坚持采用TDM 专线电路，传统OTN 虽能满足业务需求，但只能提供最小颗粒度为1.25 Gbit/s 的刚性管道，存在对承载GE 以下小颗粒业务带宽利用率极低、不够灵活等缺点。而VC-OTN 较NG-OTN 相比，在封装颗粒、时延等指标上存在一定的不足。SDH、传统OTN、VC-OTN 和NG-OTN 承载方案对比如表2 所示，在管道容器、可承载业务带宽、带宽调整灵活性及时延等方面，基于OSU 的NG-OTN 均存在一定优势。

表2 专线承载方案比较

4 NG-OTN 设备定位及现网演进思路

4.1 NG-OTN 设备定位

参考城域网/本地网的机房分类，NG-OTN 设备在网络中的部署位置如图3 所示。根据NG-OTN 设备的形态、技术特征和在网络中的部署位置的不同，将NG-OTN 设备分为固定盒式和插板式两种，其中插板式设备又可以分为小型和大型两种。

图3 NG-OTN 设备在网络重点位置

不同种类NG-OTN 设备的部署位置和主要功能特征如表3 所示。对应现网OTN 设备的分类方法，固定盒式NG-OTN 和小型插板式NG-OTN 又可统称为接入型NGOTN。为了同时支持基于OSU 的业务（如10 Mbit/s～10 Gbit/s 分组业务、STM-1/4 等）和基于ODUk 的业务（如10 Gbit/s 以上分组业务、STM-4 以上的TDM 业务等），城域OTN 应同时支持OSU 和ODUk 交换。城域网可采用OTN 现网升级或新建一个NG-OTN 平面的方式实现对OSU 的支持。为了保护已有网络投资，要求近期新建的城域OTN 设备应支持平滑升级到NG-OTN 设备。在城域OTN 的核心节点设备上，需要将其它城域OTN 的OSU复用到ODUk 中。因此，骨干OTN 只需要支持ODUk 交换即可，可以继续沿用现有OTN。

表3 不同种类NG-OTN 设备的部署位置和主要功能特征

4.2 现网演进思路

基于现有设备平滑演进支持OSU 方案，目前存在两种方式，一个是扩容OSU 桥接交叉板，另外一个是扩容OSU 支线路板件，如图4 所示。

图4 现网设备演进支持OSU 方案示意图

（1）方案1：扩容OSU 桥接交叉板。基于现网设备，通过设备系统升级同时新增低阶OSU 交叉板，可在现有线卡上实现OSU 支持。

（2）方案2：扩容OSU 支线路板件。基于现网设备，交叉盘无需改动和新增，通过设备系统升级，扩容相应OSU 支线路板卡实现OSU支持。

对于方案1，小颗粒业务的客户侧新增OSU-CPE设备，对需要进行OSU 收敛和交叉的城域汇聚OTN 设备进行系统升级，同时新增交叉板实现OSU 交叉，该方案业务桥接处理复杂，增加了业务时延，且无法实现全无阻OSU交叉。VC 到OSU 的适配标准尚未定义，待标准完善后，可按统一标准进行互联互通。

对于方案2，小颗粒业务的客户侧新增OSU-CPE 设备，对需要进行OSU 收敛和交叉的城域汇聚OTN 设备进行系统升级，部署OSU 支线路板卡实现OSU 交叉，OSU与OTN 在城域汇聚设备上进行对接，实现小颗粒业务低时延端到端连通。方案对比如表4 所示。

表4 承载方案比较

根据城域网OTN 向NG-OTN 平滑演进目标，整体来看分三个阶段进行网络部署及演进：第一个阶段是OSU、ODUk、VC-4/VC-12、PKT 交叉并存，扩容小颗粒场景采用OSU 交叉，使用新型客户及线路侧单板，线路侧单板要考虑和传统OTN设备互联互通。第二个阶段是OSU、ODUk、PKT 交叉共存，VC 交叉完全被OSU 交叉替代，部分分组场景被OSU 替换。第三个阶段是支持OSU 和PKT 交叉，ODUk 交叉被OSU 完全替换，部分分组场景被OSU 替换，OSU 预计将占80%的应用场景。

5 总结

政企市场是中国移动业务收入增长的重要支柱，是保障“CHBN”全向发力的关键一环，为适应各类客户的需求，我们需要做等级化的服务质量，按需为政府、金融、医疗等不同品质要求的专线提供不同的网络资源和技术解决方案。OSU 技术的引入将近一步促进OTN 从管道通道向服务通道转变，助力传输网络更为高效、灵活地实现政企专线差异化承载功能。本文对OSU 技术进行探讨，分析对比了专线业务的承载关键技术指标，为实现政企业务低时延、差异化、提高带宽承载效率等方面提供了参考。随着OSU 技术方案的逐步标准化，相关产业链将更加成熟，为政企专线及5G+垂直行业的应用创造有利条件，未来将在全球范围内广泛部署和投入商业应用。