OTN与SDH异构组网技术研究与应用

任 伟

（中国电信股份有限公司广东分公司，广东 广州 510627）

0 引 言

20世纪90年代中期，同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）技术引进我国，凭借其优异的特性，在城域网领域和数字专网领域取得了长足的发展。基于IP技术或时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）技术，SDH不仅可以实现多业务分组交换，还可以实现多业务复用，达到灵活调整传输带宽的目的。

随着通信技术快速迭代与发展，SDH逐步退出服务，资源接近耗尽。光传送网（Optical transport network，OTN）作为一种新型网络技术，相对已有的SDH传送网技术，具有多种客户信号封装、大带宽、低时延、自动开通、支持2M-100G带宽灵活调整等更多实用特性，能够更好地满足对传输网络有高质量要求的市场需要。

当前，国内OTN网络正处于建设初期，OTN网络覆盖范围还无法达到与SDH网络同等覆盖规模，这给新技术的普及带来了挑战，在现有环境条件下，如何既能驱动新技术的发展，又能利旧传统技术资源，加快新旧技术动能转换成为了运营商当前亟需解决的问题。

1 传输网技术分析

1.1 SDH技术分析

1.1.1 SDH的帧结构

（1）信息净负荷（payload）。把payload比作车厢，同步传输模块N级（Synchronous Transport Module Level N，STM-N）的帧结构中存放着各种信息码，低速信号作为货物被打包入车厢，承载在STM-N这辆货车上，通道开销（Path Overhead，POH）字节负责检测运送过程中的货物是否有损坏以及判断具体哪件货物出现了问题[1]。

（2）段开销（Section Overhead，SOH）。监控STM-N这辆货车中运载的全部货物是否有损坏。

（3）管理单元指针（Administration Unit PoinTeR，AU-PTR）。在STM-N帧结构中，信息净负荷的第一个字节的位置，由AU-PTR负责指示，AU-PTR作为位置指示符，把位置指针值发给收端，便于接收端准确控制信息净负荷[2]。

1.1.2 SDH信号的传输

SDH帧结构虽然是块状，但是在传输时依然是以串行码流形式的顺序进行的（从左到右，由上而下）。STM-N帧频是8 000帧/s，帧长或帧周期为恒定的 125 μs[3]。

STM-N的帧频规定了信号帧的某一特定字节，每秒被传送8 000次，该字节的比特速率是8 000×8 bit=64 kb/s，64 kb/s是一路数字电话的传输速率。

根据国际电信联盟规的复用线路结构，可以把准同步数字系列（Plesiochromous Digital Hierarchy，PDH）的数字信号复用成STM-N信号。我国的传输网技术规定了PDH系列作为SDH的有效负荷，以2 Mb/s信号为颗粒C-4的数字4对应相应的PDH速率[4]。

140 M信号通过速率适配打包进C-4容器中，C-4加上通道开销映射为VC-4，VC-4加上AU-PTR，即通过指针定位处理形成AU-4，1路的AU-4加上段开销复用为1路的AUG，这样就形成STM-1信号，STM-N信号的形成通过N路的STM-1的字节间插复用实现。

1.1.3 SDH的字节间插复用特性

STM-1（响应速率155 Mb/s）同步传输模块是SDH基本信号传输结构等级，STM-4（响应速率622 Mb/s）、 STM-16（响应速率2.5 Gb/s）作为高等级数字信号，高等级数字信号以STM-1信息模块为基准，进行字节间插同步复接，比如：STM-4=4×STM-1（155 Mb/s），STM-16=4×STM-4（622 Mb/s），复接的个数是4的倍数[5]。

1.2 OTN技术分析

1.2.1 大颗粒带宽复用

OTN对提升大容量数据的传送效率与适配性有显著效果，OTN的带宽颗粒大于SDH的VC-12、VC-4的颗粒，OTN定义的电层带宽颗粒分为ODU0（GE,1000M/S），ODU1（2.5Gb/s），ODU2（10Gb/s），ODU3（40Gb/s），（ODUk,k=0,1,2,3）。

1.2.2 保护能力

在光层与电层方面，OTN的帧结构极大地改变了基于SDH的VC-12、VC-4的调度带宽和波分点到点大带宽传送的现状。

1.2.3 多种信号封装

OTN帧结构可以实现对SDH和异步转移模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）的标准封装，支持以太网等多种客户信号的映射和传输。

1.2.4 维护管理能力

OTN可实现多个分段和端到端同时进行性能监控，OTN光通路层（Optical Channel layer，OCH）的帧结构提升了OTN数字化监控水平，因此OTN具备与SDH相似的开销管理能力。

OTN技术引入了丰富的开销，使OTN具备真正的OAM & P管理功能。OCH光信道层、光复用段层（Optical Multiplex Section Layer，OMS）、光传输段层（Optical Transmission Section layer，OTS）是OTN的3个光层。光信道净荷单元（Optical channel Payload Unit，OPU）、光信道数据单元（Optical Channel Data Unit，ODU）、光信道传送单元（Optical Channel Transport Unit，OTU）是OCH光信道层的3个电域子层。

OPU：完成对客户信号的映射（数字包封）功能，包括STM-N、IP分组、以太网帧以及ATM信元。

ODU：称作数据通道层。提供与信号无关的连通性，连接保护和监控等功能。

OTU也叫数字段层，提供FEC以及光段层监控功能。

客户信号（如多协议标签交换（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）、ATM、以太网等）作为OPU净荷加上OPU开销后映射到OPUk，此处k可以为0、1、2、3、4，分别对应GE、2.5G、10G、40G和100G； ODUk的组成由作为ODU净荷与ODUk的OPUk开销组成； OTU开销和FEC区域被ODUk叠加后，映射到光通道传送单元OTUk； OTUk加上OCH开销,变成光通道OCH。OCH调制到光通道载波（Optical Channel Carrier，OCC），n个OCC进行复用，进入OMS，OMSn合入光学监控信道（Optical Supervisory Channel，OSC）监控信道后，构成OTS传输段。

2 SDH与OTN异构技术研究

2.1 SDH与OTN混合组网技术研究

随着新一轮信息技术与生物科技变革的兴起，5G流量爆发，短视频、行为分析、安全与算法等应用对传输承载网络的要求越来越高。SDH技术因受到其自身技术的限制，已经难以适应市场的敏捷多变的需要。另一方面，OTN技术与5G技术同时期推出市场，运营商难以在短时间内完成全区域的OTN网络覆盖，OTN技术距离全面普及还需要一些时间。

但综合考虑当下的各种传送技术的优缺点之后能够发现，无论在灵活性还是在可靠性方面，OTN都有着突出优势和较强的应用价值。

在业务承载方面，OTN主要用于1G以上大颗粒业务当中。对于1G以下小颗粒业务，可以采用SDH与OTN技术异构，对2M～100G区间内不同速率的处理工作，更符合我国传输承载网络的资源现状。

通过定义VC适配ODU帧结构，选用混合线卡进行封装映射，可以实现OTN与SDH技术异构，以达到运用OTN承载SDH业务的目的，支持OTN/SDH统一交换功能，以及以太网、TDM、专线业务接入，构成可承载多业务的OTN网络。通过SDH成帧把E1映射到VC12，进而63个VC12复用到VC4，接着VC4颗粒进入到交叉矩阵开展交叉调度。在这种情况下，线路板卡会把4个VC4汇聚成1个STM-4，在实施映射透传的过程中，STM-4会实现在ODUk（k=0,1,2）中的封装，并复用到高阶ODUk中。

具体映射原理，在定时透明转码编码之前，接收串行器对STM-4业务信息进行接收的同时，完成信号质量的实时监测。把STM-N（N=1,4,16,64）信号成帧封装为75字节的通用成帧规程（Generic Framing Procedure，GFP）帧，之后所得到的GFP帧信号是固定比特率信号流，进行固定比特速率（Constant Bitrate，CBR）信号的转码后，存储在中央处理模块（Central Processing Board，CPB）中。ODUk（k=0,1,2）的规则映射器会与CPB进行数据包处理，在ODUk（k=0,1,2）帧中实现映射，接下来将多路ODUk（k=0,1,2）信号复用至高阶ODUk（k=1,2,4）当中，OTUk（k=1,2,4）成帧后便可从发送串行器接口输出。

解复用的过程就是从STM-N到ODUk的一个相反过程。从ODUk信号解映射STM-N（N=1,4,16,64）的角度来看，从OTUk（k=1,2,3,4）信号中解复用出相应的ODUk信号，并于ODUk（k=0,1,2）缓存区中进行ODUk（k=0,1,2）的接收，然后提炼出随路时钟信息，将其比作是发送参考时钟，把ODUk（k=0,1,2）有效载荷从STM-N信号解出来，是在GFP解映射方式的过程中完成的，运用信号转码回复STM-N信号，通过对于8B/10B编码模块的应用形成相应的CBR流，采用发送时钟的方式对CBR信号进行发送。

2.2 SDH与OTN混合组网技术应用

笔者通过某商业银行网络改造项目，对SDH与OTN技术异构进行了实践。该项目改造银行营业网点1 478个，现状是每个网点已有1条MSTP线路。全部网点线路通过市级、省级两层汇聚到总部。项目需要现有MSTP线路改造为OTN或OTN+SDH线路。同时实现网点线路直达总部，取消地市级线路汇聚，达到扁平化组网目的。网络改造前使用的Metro100、OSN3500、OSN7500设备均属于华为SDH设备。

实践中，对于已有SDH设备的银行采用SDH与OTN技术异构组网方案，只需在地市新建OTN-1800汇聚设备，银行网点SDH设备通过光纤接入OTN 1800混合线卡，完成SDH与OTN信号的封装映射，实现SDH+OTN混合组网。

对于不具备SDH设备的银行网点，在银行网点新装OTN设备，到总部全程开通OTN通道承载客户业务，实现端到端全程OTN组网。组网使用的C810、OSN1800、OSN9600设备均属于华为OTN设备。

3 结 论

当前，我国正处于OTN网络资源覆盖不足，SDH网络资源达到瓶颈的阶段，对于SDH网络接入层有一定资源冗余的本地网，运营商可以考虑通过SDH核心汇聚设备与OTN融合对接，充分盘活现有SDH网络存量资源，快速形成广泛业务接入能力，以发挥OTN与SDH资源互补的优势。通过更灵活的新旧技术异构组网，才能更好地适应当前市场发展需要，进而达到新技术逐步普及的目的。

未来一段时间，OTN与SDH技术异构组网的模式，将会成为传输网领域的重点研究方向和市场的主流选择。