OTN 与SDH 异构组网技术分析

蔡 玄，吴 艳，廖依晨

［国网益阳供电公司信息通信公司（大数据中心），湖南 益阳 413000］

0 引言

20 世纪90 年代中期，SDH 技术引入我国，以其显著的优势在诸多领域获得了较快发展，如城域网。基于IP 或TDM 技术，同步数字体系不但能达到多业务分组交换，也能达到复用，灵活调节传输带宽。伴随通信技术不断发展，同步数字体系逐渐退出服务，资源耗尽。OTN 是一种新的网络技术，相比于传送网技术，有着更多实用特点，如大带宽、智能开通，可以进一步达到传输网络的市场要求。如今，光传送网正处在发展初期，就其网络涉及范围而言，不能实现和同步数字体系网络一样规模，这对于新科技的推广而言需面临较大的挑战，基于已有条件，怎样在驱动新技术更新的同时，又可以利用传统技术资源，推动技术动能转换已是电力通信系统当下亟须处理的问题。

1 光传送网技术

（1）电层带宽颗粒复用。光传送网OTN（图1）对于提高传送速度及适配性有着明显作用，光传送网带宽颗粒大于同步数字体系的VC 颗粒，光传送网定义的带宽颗粒可以分成（ODUk，k 的取值包括0、1、2、3）：ODU0 颗粒（其传输速率为1000Mbit/s），ODU1（2.5Gbit/s），ODU2（10Gbit/s），ODU3（40Gbit/s）。

图1 光传送网OTN

（2）保护能力。在光层和电层上，光传送网帧结构明显改变了基于同步数字体系颗粒的调度带宽的现状[1]。

（3）多种客户信号封装。光传送网帧结构能达到对同步数字体系与ATM 的标准封装，支持多类客户信号映射及传输，如以太网（图2）。

图2 以太网

（4）开销管理能力。光传送网能达到若干分段与端到端同步开展性能监控，光传送网光通路层的帧结构增强了光传送网数字化监控能力，所以光传送网具有和同步数字体系类似的开销管理水平。光传送网引进了丰富的开销，让其拥有OAM&P 管理功能。光传送网包含有多个光层，其中，光信道层包含以下子层：①净荷单元，简称为OPU。②数据单元，简称为ODU。③传送单元，简称为OTU。光信道净荷单元：实现对信号的映射，涉及IP 分组和ATM 信元等。ODUk 单元：也就是通道层。赋予和数据无关的连通性，保护及监控等。OTUk单元，也被称作数字段层，赋予FEC 和监控功能。客户信号是净荷单元加上开销之后映射至OPUk，如以太网和MPLS 等，k 可以是0、1、2、3、4，依次对应GE、2.5G、10G、40G 及100G；对于ODUk 而言，其构成一般包括ODU 净荷及OPUk 开销；针对数字段层及FEC 区域，待有效完成叠加后，映射至OTUk；其经过开销，变为OCH[2]。其调制到载波，若干载波复用，进入光复用段层，在合入监控信道之后，组成传输段。

2 同步数字体系技术

（1）SDH 产生背景。如今为信息社会，要求通信网可以提供多元化的电信业务，信息量将持续增加，这需要通信网朝着综合化趋势发展。传输系统为通信网不可或缺的成分，其好坏与通信网发展有关。持续提升信号速率，延伸传输频带，犹如一条持续拓展的可以容纳大车流的公路。并且，人们希望具备有接口标准，可以达到便捷通信。传统的传输网，因复用方式难以达到传输需求，另一方面，区域性规范也使得网络互连不易实现，所以在当下，PDH 传输体制已是通信网瓶颈，影响了传输网进一步发展。传输体制不足表现于这些层面，即接口、复用方法、运维及没有集中的网管接口。因上述种种不足，使得PDH 传输体制难以满足传输网发展需要，在这样的背景下，美国人提出了同步网络体制[3]。在1988 年接受了此概念，且重命名为SDH，让其不但适用光纤传输（图3），也能应用于微波及卫星传输，是一种重要的通用技术体制。

图3 光纤传输

（2）同步数字体系（SDH）帧结构。针对低速信号，为达到复用及交换目标，也就是便于上/下信号。对STMN 帧进行了规定，是将字节当作单位的帧结构，如图4所示。根据图中所含信息可知，为一种9 行×270×N 列的结构。这一处的N 值可选择：1，4，16...，表明这一信号由N 个信号复用而成。显而易见，对于STM-1 信号来讲，其结构属于一种块状帧，复用成信号时，只是把列按间插复用，行数是9。信号传输时由bit 进行，同步数字体系信号帧传送原则：从左至右，从上至下，传完一行、一帧，再传下行、下帧。帧周期恒定属于同步数字体系信号的显著特征，其帧频均为8 千帧每秒。因周期恒定，使得信号速率存在其规律性。此种规律性为分/插低速信号提供了机会，尤其适用大容量传输。STM-N 帧结构包括以下成分，即段开销（可分成RSON 及MSOH）、管理单元指针及信息净负荷。①信息净负荷。将其视为车厢，针对STM-N 而言，其帧结构内有着各类信息码，把低速信号视为货物，其被打包进入车厢，承载于同步传输模块N 级货车上，POH 字节检测运输中货物有无被损、找出存在问题的货物。②段开销，简称是SOH。针对同步传输模块N 级货车，监控其运送的所有货物是否被损[4]。③管理单元指针，简称是AU-PTR。在同步传输模块N 级帧结构中，payload 的首个字节位置，由管理单元指针来指示，它是一种重要的指示符，对指针值进行有效输送，有助于更好管理payload。

图4 STM-N 帧结构

（3）同步数字体系信号传送。即便帧结构为块状，而在实际进行传输时，仍根据串行码流顺序开展，也就是从左至右，从上至下。对于同步传输模块N 级，其帧频为8.0×103帧/s，无论是帧长还是帧周期，均是恒定的125μs。在同步传输模块N 级之下，针对信号帧特定字节进行了规定，一秒被传送8000 次，此字节比特速度为8.0×103×8bit，即64kbit/s，从数字电话来分析，其属于重要的一路传输速率[5]。按照复用线路结构，针对PDH数字信号，可将其复用为STM-N 信号。在传输网技术规定下，将同步数字系列当作同步数字体系的有效负荷，C-4 颗粒对应同步数字系列速率。140M 信号基于速度适配打包进到容器内，其经过通道开销变为VC-4，紧接着其加上AU-PTR，也就是基于定位处理产生AU-4，其结合SOH 复用成一路的AUG，如此一来，便产生STM-1 信号，同步传输模块N 级信号的产生通过字节间插复用达到。

（4）同步数字体系字节间插复接特点。对于STM-1同步传输模块来讲，其响应速度为155Mbit/s，是同步数字体系基本传输结构等级，无论是STM-4 还是STM-16，二者都属于数字信号，前者响应速度为622Mbit/s，后者响应速度为2.5Gbit/s，将信息模块当作基准，开展间插复接，例如，STM-4=4×STM-1（155Mbit/s），STM-16=4×STM-4（622Mbit/s），同步复接数量为4 的倍数。

3 SDH 与OTN 混合组网技术及实践

（1）光传送网与同步数字体系异构组网技术。伴随IT 和生物科技的发展，流量快速增长，诸多应用对传输网提出了更高的要求，如短视频。对于光传送网技术而言，由于本身技术的局限性，早已无法满足市场不断变化的需求。与此同时，同步数字体系及5G 一起推出市场，导致电力通信系统无法快速实现全区域网络覆盖，使得OTN 技术的普及时间相对较长。然而综合现阶段传送技术的优势及不足，可以看出在灵活性及可靠性方面，OTN 技术具有显著的优势及较高的价值[6]。从业务承载方面来分析，OTN 通常运用在超过1G 的大颗粒业务上。针对低于1G 的小颗粒业务，可借助同步数字体系和光传送网异构实现，在2M～100G，针对各种速率的处理，更能满足传输网的资源情况。基于定义VC 适配ODN 帧结构，选择使用线卡来封装映射，能促进光传送网和同步数字体系异构，进一步实现借助OTN 承载SDH 业务的效果，提供OTN/SDH 交换功能，还有以太网及专业业务接入，建立能承载大量业务的OTN 网络。借助SDH 成帧，将E1 映射至VC12，再把这些VC12 全部复用至VC4，将其引入交叉矩阵实现有效调度。基于该现象，线路卡板往往会将4 个VC4 集合成一个STM-4，在建映射透传时，STM-4 可以在ODUk 中封装，在这之中，k 是0、1、2，最终复用至高阶ODUk。

根据映射原理来分析，正式转码编码前，串行器接收数据信息，并且达到动态监测信号质量。将信号成帧封装，以形成通用成帧，获得GFP 帧信号，它属于固定比特率信号，在开展信号转码之后，将其存储于中央处理模块。对于ODUk 的规则映射器，可以和中央处理模块开展数据包处理，基于ODUk 帧中完成映射，然后针对多路信号，把其复用到高阶中，在OTUk（其中，k 的取值有1、2、4）成帧后就能从接口输出。对于解复用过程而言，本质上属于一个相反过程。从信号解映射的层面来分析，基于OTUk（其中，k 的取值有1、2、3、4）信号解复用ODUk（其中，k 的取值有0、1、2）信号，且在缓存区中接收ODUk（其中，k 的取值有0、1、2），接下来，对时钟信息进行提炼，把其视为发送参考时钟，将ODUk 有效荷载通过STM-N 全部解出来，基于GEP 解映射方式实现，借助信号转码对信号进行回复，在有效运用编码模块的基础上，生成CBR 流，以发送时钟的手段来完成信号发送。

（2）案例分析。以某园区网的网络改造为例，其中对SDH 和OTN 技术异构开展了实践。本项目中改造网点涉及800 个，目前所有网点均建设了一条MSTP 线路。网点线路都是利用市级及省级两层发送给总部，该项目目前需要对MSTP 线路进行改造，将其建设成OTN 线路，或是建设成OTN 和SDH 相结合的线路。在这一过程中保证网点线路可以直达总部，对地市级线路进行取消，从而实现扁平化组网建设[7]。在网络优化前，所用的OSN3500 等装置，都是中兴同步数字体系装置。实践运用期间，针对已有同步数字体系装置的园区网使用异构组网方案，仅需构建OTN-1800 汇聚装置，网点同步数字体系装置借助光纤接入光传送网1800线卡，实现信号封装映射，达到光传送网+同步数字体系混合组网。针对没有同步数字体系装置的网点，应新安装光传送网装置，去总部开通光传送网通道承载业务，达到端至端全过程光传送网组网。在这一过程中，组网应用的9700 系列都是中兴OTN 设备。

4 结语

如今，正处在OTN 网络资源覆盖不全，同步数字体系资源接近瓶颈的状态，针对网络接入层存在资源冗余的本地网，可通过同步数字体系重要汇聚装置和光传送网融合对接，有效盘活存量资源，及时产生业务接入能力，以体现光传送网与同步数字体系资源互补优势。基于技术异构组网，方可进一步满足市场发展需求，从而实现新技术逐步推广。今后一段时间，OTN 和SDH 异构组网模式，在传输网领域，其将是主要研究趋势及主流选择。