第五章OTN技术讲诉.docx

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第五章OTN技术讲诉

第五章OTN技术

第一节OTN技术概述

一、OTN产生的背景

SDH和WDM技术是目前传送网使用的主要技术。

SDH偏重于电层业务的处理，以VC交叉调度、同步和单通道线路为基本特征，为子速率业务（E1/E3/STM-N）提供接入、复用、传送、灵活的调度、管理以及保护；WDM则专注于光层业务的处理，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。

随着网络带宽的需求越来越大，以VC调度为基础的SDH网络在扩展性方面呈现出了明显不足，传统SDH传输网业务调度颗粒小，传送容量有限，对于大颗粒宽带业务的传送需求显得力不从心；而传统的WDM只解决了传输容量，没有解决节点业务调度的问题；同时，作为点到点扩展容量和距离的工具，WDM组网及业务的保护功能较弱，无法满足大颗粒宽带业务高效、可靠、灵活、动态的传送需要。

为了逃离这一困境，OTN应运而生。

OTN将SDH的可运营可管理能力应用到WDM系统中，同时具备了SDH和WDM的优势。

OTN定义了一套完整的体系结构，对于各层网络都有相应的管理监控机制，光层和电层都具有网络生存性机制，可以真正满足各类运营商的运营及维护需求。

OTN的主要优点是完全的向后兼容，它可以建立在现有的SDH管理功能基础上。

它不仅提供了存在的通信协议的完全透明，而且还为WDM提供端到端的连接和组网能力；为ROADM提供光层互联的规范并补充了子波长汇聚和疏导能力。

OTN有能力支持40Gbit/s和未来的100Gbit/s线路传送能力，是真正面向未来的网络。

OTN是今后传送网技术发展的唯一选择。

可以预计，在不久的将来，光传送网技术会得到广泛应用，将成为运营商营造优异的网络平台，拓展业务市场的首选技术。

二、OTN的技术简介及应用

OTN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”。

从居于核心地位的G.709协议中可以看出，OTN跨越了传统的电域（数字传送）和光域（模拟传送），成为管理电域和光域的统一标准。

OTN处理的基本对象是波长级业务，将传送网推进到真正的多波长光网络阶段。

OTN结合了光域和电域处理的优势，提供巨大的传送容量、完全透明的端到端波长/子波长连接以及电信级的保护，是传送宽带大颗粒业务最优的技术，受到业界青睐。

OTN技术具备了以下几大方面的优势：

（一）通过OPUk容器，实现了真正透明的任意客户业务适配和传送，而不更够比较容易的兼容未来可能出现的各种新业务。

（二）采用了异步映射、异步复用机制，不再需要全网络同步，消除了由于同步带来的限制，简化了系统设计。

（三）通过ODU1通道的交叉连接和复用，使得子速率业务可以在不通OCH通道和客户侧端口间进行灵活的调度，同时兼顾了波长带宽高利用率和端到端的灵活调度两方面的要求。

（四）通过OTN提供的标准FEC功能，实现了最大6.2dB编码增益，降低了光通道的OSNR容限，延长电中继距离，减少系统站点个数，降低建网总成本。

（五）通过选择不同的TCM监测起始点，使不同的运营商和客户可对同一业务的传送质量进行监控，有利于业务的维护和故障定位。

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，导致目前通过超频方式实现10GELAN业务比特透传后，出现了与ODU2速率并不一致的ODU2e颗粒，40GE也面临着同样的问题。

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互通问题。

目前ITU-TSG15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ODU0/ODU4颗粒，定义高阶ODU和低阶ODU，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。

目前，在美国和欧洲，比较大的网络运营商如Verizon、德国电信等，都已经建立了G.709OTN网络作为新一代的传送平台。

预计在未来5年时间里OTN面临着很大的增长机遇。

完整的OTN设备包括以下功能模块：

业务接口（对于以太网接口，还可能包含二层处理模块）、线路接口、波长调度模块（ROADM）、子波长调度模块、光复用/解复用模块、电中继模块、光放大模块、色散补偿模块、光监控信道模块等。

不同功能模块的组合可形成OTN不同的设备形态。

如不含波长调度模块、子波长调度模块时，就是WDM设备；含ODUk调度模块时，就是ODUkADM设备；含GE调度模块时，就是GEADM设备；含波长调度模块时，就是ROADM设备等等。

目前，多数厂家的策略是在原有WDM设备上添加OTN的能力，如接口标准化、增加OTN交叉连接能力和光层OAM能力等。

目前基于OTN的智能光网络将为大颗粒宽带业务的传送提供非常理想的解决方案，它主要有在国家干线光传送网、省内/区域干线光传送网、城域/本地光传送网等应用领域。

1、国家干线光传送网

随着网络及业务的IP化、新业务的开展及宽带用户的迅猛增加，国家干线上的IP流量剧增，带宽需求逐年成倍增长。

波分国家干线承载着PSTN/2G长途业务、NGN/3G长途业务、Internet国家干线业务等。

由于承载业务量巨大，波分国家干线对承载业务的保护需求十分迫切。

采用OTN后，国家干线IPoverOTN的承载模式可实现SNCP保护、类似SDH的环网保护、MESH网保护等多种网络保护方式，其保护能力与SDH相当，而且，设备复杂度及成本也大大降低。

2、省内/区域干线光传送网

省内/区域内的骨干路由器承载着各长途局间的业务（NGN/3G/IPTV/大客户专线等）。

通过建设省内/区域干线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；可组环网、复杂环网、MESH网；网络可按需扩展；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-0/1/4/16/64SDH、ATM、FE、DVB、HDTV、ANY等的传送。

3、城域/本地光传送网

在城域网核心层，OTN光传送网可实现城域汇聚路由器、本地网C4（区/县中心）汇聚路由器与城域核心路由器之间大颗粒宽带业务的传送。

路由器上行接口主要为GE/10GE，也可能为2.5G/10GPOS。

城域核心层的OTN光传送网除可实现GE/10GE、2.5G/10G/40GPOS等大颗粒电信业务传送外，还可接入其他宽带业务，如STM-0/1/4/16/64SDH、ATM、FE、ESCON、FICON、FC、DVB、HDTV、ANY等；对于以太业务可实现二层汇聚，提高以太通道的带宽利用率；可实现波长/各种子波长业务的疏导，实现波长/子波长专线业务接入；可实现带宽点播、光虚拟专网等，从而可实现带宽运营。

从组网上看，还可重整复杂的城域传输网的网络结构，使传输网络的层次更加清晰。

在城域网接入层，随着宽带接入设备的下移，ADSL2+/VDSL2等DSLAM接入设备将广泛应用，并采用GE上行；随着集团GE专线用户不断增多，GE接口数量也将大量增加。

ADSL2+设备离用户的距离为500～1000米，VDSL2设备离用户的距离以500米以内为宜。

大量GE业务需传送到端局的BAS及SR上，采用OTN或OTN+OCDMA-PON相结合的传输方式是一种较好的选择，它将大大节省因光纤直连而带来的光纤资源的快速消耗，同时可利用OTN实现对业务的保护，并增强城域网接入层带宽资源的可管理性及可运营能力。

三、OTN国内外发展状况

ITU-T从1998年左右就启动了OTN系列标准的制定，到2003年OTN主要系列标准已基本完善，如OTN逻辑接口G.709、OTN物理接口G.959.1、设备标准G.798、抖动标准G.8251、保护倒换标准G.873.1等。

另外，对基于OTN的控制平面和管理平面，ITU-T也和基于SDH的控制平面和管理平面一起完成了相应的主要规范。

国内对OTN技术的发展也颇为关注，中国通信标准化协会目前已完成了2个OTN行标（等同G.709和G.959.1）和1个国标（等同G.798），目前正在进行ROADM技术要求和OTN网络总体要求等OTN行标的编写。

OTN技术除了在标准上日臻完善之外，近几年在设备和测试仪表等方面也是进展迅速。

目前的主流传送设备商一般都支持一种或多种类型的OTN设备，除了最基本的第一类OTN、OTM设备一般都支持之外，支持纯光交叉第二类OTN设备（ROADM，从两维到多维）的厂商所占比例较高，部分厂家也支持基于ODUk电交叉的第三类OTN设备或者同时支持光电交叉的第四类OTN设备，而且目前部分厂家也提供基于OTN的智能功能。

另外，目前主流的传送仪表商一般都可提供支持OTN功能的仪表。

随着业务高速发展的强力驱动和OTN技术及其实现的日益成熟，OTN技术目前已局部应用于试验或商用网络。

国外运营商对传送网络的OTN接口的支持能力已提出明显需求，而实际的网络应用当中则以ROADM设备类型为主，这主要与网络管理维护成本和组网规模等因素密切相关。

国内运营商对OTN技术的发展和应用也颇为关注，从2007年开始，中国电信集团、中国网通集团和中国移动集团等已经或者正在开展OTN技术的应用研究与测试验证，而且部分省内或城域网络也局部部署了基于OTN技术的（试验）商用网络，组网节点有基于电层交叉的OTN设备，也有基于ROADM的OTN设备。

第二节OTN设备的功能结构

一、OTN设备的分层

按照OTN技术的网络分层，可分为光通道层、光复用段层和光传送段层三个层面。

另外，为了解决客户信号的数字监视问题，光通道层又分为光通道传送单元（OTUk）和光通道数据单元（ODUk）两个子层，类似于SDH技术的段层和通道层。

因此，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。

其中光通道层OPUk到OCh的映射过程为：

Client

接口

OPUk

映射

OPUk->ODUk

适配

OCh

信号

4×ODUj->

OPUk复用

OPUk->

ODUk适配

OTUk

->OCh适配

客户层设备

图5-1光通道层OPUk到OCh的映射过程

注：

OPUk映射：

OPUkPayload加OPUkOH；

OPUk->ODUk适配：

OPUk加ODUk；

光复用段层：

OMS层网络通过OMS路径实现光通路在接入点之间的传送，其特征信息包括OCh层适配信息的数据流和复用段路径终端开销的数据流，均为逻辑信号，采用n级光复用单元（OMU-n）表示，其中n为光通路个数。

光复用段中的光通路可以承载业务，也可以不承载业务，不承载业务的光通路可以配置或不配置光信号。

OMS层网络的传送功能和实体主要由OMS路径、OMS路径源端（OMS_TT源端）、OMS路径宿端（OMS_TT宿端）、OMS网络连接（OMS_NC）、OMS链路连接（OMS_LC）等组成。

OMS层网络的终端包括路径源端、路径宿端、双向路径终端三种方式，主要实现传输质量的评估、传输缺陷的指示和检测等功能。

光传送段层：

OTS层网络通过OTS路径实现光复用段在接入点之间的传送。

OTS定义了物理接口，包括频率、功率和信噪比等参数，其特征信息可由逻辑信号描述，即OMS层适配信息和特定的OTS路径终端管理/维护开销，也可由物理信号描述，即n级光复用段和光监控通路，具体表示为n级光传输模块（OTM-n）。

OTS层网络的传送功能和实体主要由OTS路径、OTS路径源端（OTS_TT源端）、OTS路径宿端（OTS_TT宿端）、OTS网络连接（OTS_NC）、OTS链路连接（OTS_LC）、OTS子网（OTS_SN）、OTS子网连接（OTS_SNC）等组成，其中OTS_SN和OTS_SNC仅在实现OTS1＋1NC保护时出现。

OTS层网络的终端包括路径源端、路径宿端、双向路径终端三种方式，主要实现OTS连接的完整性验证、传输质量的评估、传输缺陷的指示和检测等功能。

二、OTN常用技术原理

（一）FEC和AFEC技术

FEC技术简单来说是一种纠错编码技术，它采用RS码，在每255字节中最多可以纠错8个任意位置的字节错，具有相当强的纠错能力。

FEC技术的采用，可以纠正信号传输过程中产生的误码，提高接收端光信号的信噪比容限，延长中继段距离。

（二）掺铒光纤放大技术

掺铒光纤放大器采用增益锁定技术和瞬态控制技术，使每个通道的信号增益与光纤内总的通道数量无关，并且在增加通道或减少通道时基本上能避免已有通道突发误码。

（三）拉曼放大技术

光纤拉曼放大器是受激拉曼散射的一个重要应用。

由于石英光纤具有很宽的受激拉曼散射增益谱，且在13THz频率附近有一较宽的主峰。

如果一个弱信号和一个强的泵浦波在光纤中同时传输，并且他们的频率之差处在光纤的拉曼增益谱范围内，弱信号光就可以得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器被称为光纤拉曼放大器。

光纤拉曼放大器总是和掺铒光纤放大器联合使用，位于DWDM系统的接收端。

三、OTN设备的电层保护

（一）通用参数

和保护有关的参数有大家比较熟悉的参数如倒换时间、等待恢复时间等，也有特有的一些参数，如拖延计时器等。

下面简单介绍一下这些参数。

1、拖延计时器

拖延计时器主要用于对于信号的嵌套保护，通常是希望内层保护在外层保护之前完成。

拖延计时器由保护组的SD/SF条件触发运行，并且在运行时不可被重设。

拖延计时器的取值在0到10秒之间，可通过网管界面以100毫秒为步长进行调整。

2、等待恢复时间

在返回工作模式下，为防止抖动的缺陷引起频繁的保护倒换动作，在失效的工作通道的故障消失后，正常业务信号再次使用工作通道之前，应经过一个固定周期时间。

这个周期，称为等待恢复（WTR）周期，它的范围在0－12分钟，可由用户设置。

SF或SD状态的优先级高于WTR，可以覆盖WTR。

在返回工作模式下，当失效的工作通道不再处于SD或SF的情况下，将激活本地的等待恢复状态，将正常业务信号保持在保护通道上，并且进行计时，当计时器溢出时将业务信号倒换到工作通道。

当出现任何较高优先级的请求时，等待恢复计时器应该提前失效。

此时按照较高优先级的请求进行倒换。

3、保护的操作类型

操作类型可以是返回（revertive）操作类型，也可以是不返回（non-revertive）操作类型。

对于返回操作类型，当倒换请求终止时候，业务总是返回到（保持在）工作通道上。

对于外部命令清除的情况，回复操作将立即执行。

对于故障消失的情况，回复操作将等待WTR时间后进行。

对于不返回操作类型，当倒换请求终止的时候，业务不需要返回到工作通道上。

部分保护方案固有地具有返回操作类型，但是也有部分保护方案可以具有返回操作类型，或者不返回操作类型。

不返回操作类型的好处是对于业务的影响较小。

但在某些情况下更适合采用返回操作类型：

保护通道资源可能被用于其它更紧急需求的情况，例如，保护通道资源被用于其它业务恢复操作；

保护通道资源可能被频繁重新规划的情况；

保护通道资源的性能与工作通道资源有显著差别的情况。

例如，与工作通道资源相比，保护通道资源具有糟糕的误码性能，或者具有较长的时延。

4、倒换类型

倒换类型可以是单向倒换（unidirectionalswitching）类型，也可以双向倒换（bidirectionalswitching）类型。

对于单向倒换类型，源端与宿端的选择器操作独立的；对于双向倒换类型，源端与宿端需要进行一定的协调确保两端的桥接、倒换操作是一致的。

双向倒换需要使用APS信令通道进行协议报文交互。

5、倒换性能

对于1+1保护类型，一旦检测到启动倒换事件，保护倒换应在50ms内完成。

对于1：

N保护类型与环网保护类型，在同时满足如下条件的基础上，一旦检测到启动倒换事件，保护倒换应在50ms内完成：

单跨段故障，且节点处于空闲状态

光纤长度小于1200公里

没有额外业务

在对上述参数了解的基础上，下面的章节里依次介绍OTN电层的各种保护。

OTN的保护借鉴于SDH，分为线性保护和环网保护，其中按照告警的层次还分为OCH层保护和ODUk层保护。

（二）OTN设备的电层保护

和原有的波分设备相比，具备电层的交叉功能和保护功能是OTN设备最明显的特点。

OTN设备的保护按照大类可以分为设备级保护和网络级保护，设备级保护包括电源保护、时钟交叉盘的1+1保护和管理盘的1+1保护；网络级保护可以分为光线路保护、光通道保护、光复用段保护和电层的网络级保护。

以下着重介绍电层的网络级保护。

电层的网络级保护按照保护组网的方式分为线性保护和环网保护；按照告警的层次还可以分为OCh层保护和ODUk层保护。

具体有6种保护，分别为：

OCh1+1、OChm:

n、OChRing、ODUk1+1、ODUkm:

n、ODUkRing。

各种保护倒换的执行共有五种触发条件，按照各触发条件的优先级，由高到低依次如下：

清除倒换→锁定倒换→强制倒换→自动倒换→人工倒换，其中自动倒换是系统内部根据倒换条件自动触发的，锁定、强制以及人工倒换需要通过下发网管命令作为系统测试和维护的方法，也可以通过网管下发清除倒换命令清除以上三种人为下发的外部倒换命令。

各种保护倒换触发条件说明如下：

自动倒换：

当业务工作于工作通道光纤上时，如果工作通道失效而保护通道正常时，业务倒换至保护通道；当工作通道和保护通道都失效时，业务停留在后发生故障的通道。

工作方式可设置为返回和不返回两种。

锁定倒换：

无论工作、保护通道是正常还是故障，都可以将业务从当前通道强制切换到另一通道。

即将业务从工作通道强制倒换到保护通道或者从保护通道强制切换到工作通道。

人工倒换：

下发命令人工倒换到工作通道或者保护通道光纤，由于该倒换功能的优先级较自动倒换低，所以人工倒换只在工作、保护通道都正常的情况下有效。

清除倒换：

清除以上的三种外部倒换命令及自动倒换的等待恢复时间。

下发清除倒换命令后系统根据工作及保护通道的状态、保护组设置的恢复模式重新进行判断，确定业务工作的通道及相应的倒换状态。

1、OCh1+1保护

该保护通过电层交叉实现并发选收，保护倒换时间小于50ms。

分为单向/双向，其中双向需要APS协议支持，缺省为单向保护。

支持返回与不返回两种操作类型，并允许用户进行配置。

保护原理：

在本端，将送给线路盘１的待保护ODU1信号经XCU盘并发至线路盘２，两个线路盘转发至主备用线路上的OMU，经OMU合波后传至对端；

在对端，主备用线路上分波盘ODU将从接收线路信号中分波出对应的波长信号，送至两块线路盘，线路盘解复用出待保护ODU1信号，并根据网管配置将待保护的ODU1信号送至XCU盘，XCU盘根据倒换条件选择来自其中一块线路盘的ODU1信号交叉至支路盘。

图5-2OCH1+1组网示意图

保护触发条件：

线路盘不在位：

如插拔、复位线路盘。

SF（信号失效）条件：

线路光信号丢失（LOS）及OTUk层次的SF条件

SD（信号劣化）条件：

基于监视OTUk层次误码得到的缺陷信息（DEG）。

注：

OCH1+1保护采用的是并发选收的原理，和ODUk1+1不同的是，其监测的是OCH层的告警，而ODUk1+1监测的是某个ODUk的告警，在OCH1+1保护下，只要线路侧出现缺陷，就进行倒换。

2、OCHm:

n保护

本保护中m是保护OCH的数目，n是工作OCH的数目。

该保护运用电层交叉以及APS协议实现，保护倒换时间小于50ms。

支持返回与不返回两种操作类型，并允许用户进行配置。

OCH的m:

n保护支持单向倒换与双向倒换，并允许用户进行配置。

不管对于单向倒换还是双向倒换，OCH的m:

n保护都需要在保护组内进行APS协议交互，缺省为双向保护。

保护原理：

在此以OCH的1:

2SNCP为例介绍该保护原理。

在本端，客户业务接入支路盘，经适配后输出至XCU盘，XCU盘将业务分组交叉给n块工作线路盘（n组业务原则上不同），经OMU合波后传至对端。

在对端，ODU从接收线路信号中分波出对应的10G波长信号，送至对应线路盘，当某工作线路出现故障时，XCU盘则根据倒换协议将该盘所有信号切换至保护线路盘，同时把反方向业务也切换到保护线路；此时如果另一个工作线路也出现故障，在m个保护通道还有空余的情况下，将业务也切换到保护通道，当保护通道用完时，对于后出现故障的线路，不再进行保护。

图5-3OCH1:

2组网示意图

3、ODUk1+1保护

该保护通过电层交叉实现并发选收，分为单向/双向，其中双向需要APS协议支持，缺省为单向保护，保护倒换时间小于50ms。

支持返回与不返回两种操作类型，并允许用户进行配置。

保护原理：

在本端，来自支路盘的待保护ODU1信号经XCU盘并发，即通过XCU盘交叉至两块线路盘，线路盘将待保护ODU1信号与其它ODU1信号复用、转发至OMU，经OMU合波后传至对端；

在对端，ODU从接收线路信号中分波出对应的10G波长信号，送至两块线路盘，线路盘解复用出待保护ODU1信号，并根据网管配置将待保护的ODU1信号送至XCU盘，XCU盘根据倒换条件选择来自其中一块线路盘的ODU1信号交叉至支路盘。

注：

ODUk1+1保护主备ODU用不同的线路来传输。

图5-4ODUk1+1组网示意图

保护触发条件：

线路盘不在位：

如插拔、复位线路盘。

SF（信号失效）条件：

线路光信号丢失（LOS）及OTUk层次的SF条件和ODUkT（TCMi）层次的SF条件。

SD（信号劣化）条件：

基于监视OTUk层次及ODUkP/T层次的误码得到的缺陷信息（DEG）。

4、ODUkm:

n保护

本保护中m是保护ODUk的数目，n是工作ODUk的数目。

该保护运用电层交叉以及APS协议实现，保护倒换时间小于50ms。

支持返回与不返回两种操作类型，并允许用户进行配置。

ODUkm:

n保护支持单向倒换与双向倒换，并允许用户进行配置。

不管对于单向倒换还是双向倒换，ODUkm:

n保护都需要在保护组内进行APS协议交互，缺省为双向保护。

保护原理：

在此以ODUk1:

2SNCP为例介绍该保护原理。

在本端，客户业务接入支路盘，经适配后输出至XCU盘，XCU盘将n个ODU业务交叉到工作线路盘（n个ODU业务可以交叉到多个工作线路盘上），经OMU合波后传至对端。

在对端，分波盘从接收线路信号中分波出对应的10G波长信号，送至对应线路盘，当某ODU业务出现故障时，XCU盘则根据倒换协议将该ODU信号切换至保护ODU上，同时把反方向ODU业务也切换到保护ODU上；此时如果另一个ODU业务也出现故障，在m个保护通道还有空余的情况下，将业务也切换到保护ODU，当保护ODU用完时，对于后出现故障的ODU业务，不再进行保护。

注：

n个工作ODUk可以交叉到j个工作线路盘中（j＜n）,j个工作线路必须路由相同，m个保护ODUk也可以交叉到h个保护线路上去（（h＜m），h个保护线路和工作线路不同路由。

图5-5ODUk1:

2组网示意图

保护触发条件

线路盘不在位：

如插拔、复位线路盘。

SF（信号失效）条件：

线路光信号丢失（LOS）及OTUk层次的SF条件和ODUkT（TCMi）层次的SF条件。

SD（信号劣化）条件：

基于监视OTUk层次及ODUkP/T层次的误码得到的缺陷信息（DEG）。

5、OChRing保护

提供基于OCH的环网保护。

该保护类型适用于分布式业务网络，在保护通道可以传送额外业务、所有节点处于空闲态且光纤长度小于1200公里时