OTN原理及关键技术样本.docx
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OTN原理及关键技术样本.docx
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OTN原理及关键技术样本
OTN技术
1OTN产生背景
OTN(光传送网,OpticalTransportNetwork),是以WDM为基本、在光层组织网络传送网,是下一代骨干传送网。
众所周知,老式传送网是基于语音业务而设计和优化,它提仪2M、155M业务汇聚,具备分插复用、交叉连接、管理监视以及自动保护倒换等功能。
随着宽带业务发展,特别是VOIP、VOD、IPTV对带宽巨大需求,原有传送网越来越难以承担对大颗粒业务高效率低成本传送需求,低传送效率和复杂维护管理限制了WDM(波分复用)设备在城域光网络发展。
数字传送网演化从最初基于T1/E1第一代数字传送网,经历了基于SONET/SDH第二代数字传送网,发展到了当前以OTN为基本第三代数字传送网。
第一、二代传送网最初是为支持话音业务而专门设计,虽然也可用来传送数据和图像业务,但是传送效率并不高。
相比之下,第三代传送网技术,从设计上就支持话音、数据和图像业务,配合其她合同时可支持带宽按需分派(BOD)、可裁剪服务质量(QoS)及光虚拟专网(OVPN)等功能。
1998年,国际电信联盟电信原则化部门(ITU-T)正式提出了OTN概念。
从其功能上看,OTN在子网内可以以全光形式传播,而在子网边界处采用光-电-光转换。
这样,各个子网可以通过3R再生器联接,从而构成一种大光网络,如图1所示。
因而,OTN可以看作是传送网络向全光网演化过程中一种过渡应用。
ITU-T在发布G.709(Interfacesfortheopticaltransportnetwork)合同。
G.709定义了OpticalTransportModuleofordern(OTMn)如下需求:
(1)光传送体系OpticalTransportHierarchy(OTH)
(2)支撑多波长传播网络开销定义
(3)帧构造
(4)比特速率
(5)各种映射方式
OTN与SDH相比,OTN是面向传送层技术,特点是构造简朴,内嵌原则FEC,丰富维护管理开销,只有很少时隙,只合用于大颗粒业务接入;SDH重要面向接入和汇聚层,构造较为复杂,有丰富时隙,对于大小颗粒业务都合用,无FEC,维护管理开销较为丰富。
OTN设计初衷就是但愿将SDH作为净荷完全封装到OTN中,以弥补SDH在面向传送层时功能缺少和维护管理开销局限性。
波分和OTN关系是,WDM是面向传送层技术,而OTN实际也是更多关注传送层功能技术,因此OTN基本可以理解为是为WDM量身定制技术。
在G.709原则中已经提到,OMS层就是依托WDM技术来实现
最初WDM设备在信号构造上并没有统一原则,仅仅是将各种业务直接通过O-E-O实现非特定波长到特定波长转换。
OTN原则发布后,由于其非常适合WDM特点,并且有助于推动不同厂家波分设备互连互通,因此迅速成为WDM设备事实原则。
OTN对于以太网支持是,OTN在设计时是面向TDM业务,对于数据业务支持并没有过多地考虑。
数据业务发展速度远远超过了TDM业务,OTN必要要考虑对数据业务支持。
在既有技术条件下,OTN有两种方式来支持数据业务:
一种为通过GFP适配数据业务,例如各种GE通过GFP封装后再封装到OTN净荷中,此方式合用于低速GE业务;一种为采用更高速率OTN帧(OverClock)将以太网直接作为净荷封装到OTN中,合用于高速以太网业务。
例如10GELAN速率为10.3125Gbps,可以将其映射到11.1GbpsOTU2帧中实现完全透传。
2OTN基本概念和特点
OTN,普通也称为OTH(OpticalTransportHierarchy),是通过G.872、G.709、G.798等一系列ITu—T建议所规范新一代“数字传送体系”和“光传送体系”。
从居于核心地位G.709合同中可以看出,OTN跨越了老式电域(数字传送)和光域(模仿传送),成为管理电域和光域统一原则。
从电域看,OTN保存了许多老式数字传送体系(SDH)行之有效方面。
同步,OTN扩展了新能力和领域,如提供对更大颗粒2.5G、10G、4oG业务透明传送支持,通过异步映射同步支持业务和定期透明传送,对带外FEc支持,对多层、多域网络连接监视支持等。
从光域看,OTN第一次为波分复用系统提供了原则物理接口,同步将光域划提成0ch(光信道层)、OMS(光复用段层)、OTS(光传送段层)三个子层,此外,为理解决客户信号数字监视问题,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技术段层和通道层。
因而,从技术本质上而言,OTN技术是对已有SDH和WDM老式优势进行了更为有效继承和组合,同步扩展了与业务传送需求相适应组网功能,而从设备类型上来看,OTN设备相称于SDH和WDM设备融合为一种设备,同步拓展了原有设备类型优势功能。
OTN特点有:
(1)各种客户信号封装和透明传播
基于ITU-TG.709OTN帧构造可以支持各种客户信号映射和透明传播,如SDH、ATM、以太网等。
当前对SDH和ATM可实现原则封装和透明传送,但对不同速率以太网支持有所差别。
ITU-TG.sup43为10GE业务实现不同限度透明传播提供了补充建议,而对于GE、40GE、100GE以太网和专网业务光纤通道(FC)以及接入网业务吉比特无源光网络(GPON)等,其到OTN帧中原则化映射方式当前正在讨论之中。
(2)大颗粒调度和保护恢复
OTN技术提供3种交叉颗粒,即ODU1(2.5Gbit/s)、ODU2(10Gbit/s)和ODU3(40Gbit/s)。
高速率交叉颗粒具备更高交叉效率,使得设备更容易实现大交叉连接能力,减少设备成本。
通过测算,基于OTN交叉设备网络投资将低于基于SDH交叉设备网络投资。
在OTN大容量交叉基本上,通过引入ASON智能控制平面,可以提高光传送网保护恢复能力,改进网络调度能力。
(3)大颗粒带宽复用、交叉和配备
OTN当前定义电层带宽颗粒为光通路数据单元(ODUk,k=1,2,3),即ODU1(2.5Gbit/s)、ODU2(10Gbit/s)和ODU3(40Gbit/s),光层带宽颗粒为波长,相对于SDHVC-12/VC-4调度颗粒,OTN复用、交叉和配备颗粒明显要大诸多,对高带宽数据客户业务适配和传送效率明显提高。
OTN交叉分为电交叉和光交叉。
光交叉,例如ROADM,OXC。
ROADM是波分设备采用一种较为成熟光交叉技术。
运用既有技术,ROADM可以较为以便实现4个光方向每个光方向40或80波交叉,交叉容量1.6T或3.2T,预测将来可以不久支持8个光方向。
它合用于大颗粒业务在既有技术条件下,大容量时成本明显低于电交叉技术,在小容量时成本高于电交叉。
传播距离也许受到色散,OSNR和非线性等光特性限制,增长OTU中继可以解决这个问题,但成本过高;电交叉,涉及各种实现方式,例如基于SDHTSI时隙互换交叉,基于ODU1交叉容量低于光交叉,当前技术最大也就T比特量级支持子波长一级交叉,合用于大颗粒和小颗粒业务,容量低时有成本优势,容量高时成本很高,O-E-O技术使得传播距离不受色散等光特性限制。
(4)完善性能和故障监测能力
当前基于SDHWDM系统只能依赖SDHB1和J0进行分段性能和故障监测。
当一条业务通道跨越各种WDM系统时,无法实现端到端性能和故障监测,以及迅速故障定位。
而OTN引入了丰富开销,具备完善性能和故障监测机制。
OTUk层段监测字节(SM)可以对电再生段进
性能和故障监测;ODUk层通道监测字节(PM)可以对端到端波长通道进行性能和故障监测。
从而使WDM系统具备类似SDH性能和故障监测能力。
OTN还可以提供6级连接监视功能(TCM),对于多运营商/多设备商/多子网环境,可以实现分级和分段管理。
恰当配备各级TCM,可觉得端到端通道性能和故障监测提供有效监视手段,实现故障迅速定位。
因而在WDM系统中引入OTN接口,可以实现对波长通道端到端性能和故障监测,而不需要依赖于所承载业务信号(SDH/10GE等)OAM机制。
从而使基于OTNWDM网络成为一种具备OAM功能独立传送网。
(5)增强了组网和保护能力
通过OTN帧构造、ODUk交叉和多维度可重构光分插复用器(ROADM)引入,大大增强了光传送网组网能力,变化了当前基于SDHVC-12/VC-4调度带宽和WDM点到点提供大容量传送带宽现状。
而采用前向纠错(FEC)技术,明显增长了光层传播距离。
G.709为OTN帧构造定义了原则带外FEC纠错算法,FEC校验字节长达4×256字节,使用RS(255,239)算法,可以带来最大6.2dB(BER=10-15)编码增益,减少OSNR容限,延长电中继距离,减少系统站点个数,减少建网成本。
G.975.1定义了非原则FEC,进一步提高了编码增益,实现更长距离传送,但是由于各种编码方式不能兼容,不利于不同厂家设备对接,普通只能应用于IaDI接口互联。
此外,OTN将提供更为灵活基于电层和光层业务保护功能,如基于ODUk层光子网连接保护(SNCP)和共享环网保护、基于光层光通道或复用段保护等,但当前共享环网技术尚未原则化。
作为新型传送网络技术,OTN并非尽善尽美。
最典型局限性之处就是不支持2.5Gbit/s如下颗粒业务映射与调度。
此外,OTN原则最初制定期并没有过多考虑以太网完全透明传送问题,导致当前通过超频方式实现10GELAN业务比特透传后,浮现了与ODU2速率并不一致ODU2e颗粒,40GE也面临着同样问题。
这使得OTN组网时也许浮现某些业务透明度不够或者传送颗粒速率不匹配等互通问题。
当前ITU-TSG15有关研究组正在积极组织讨论以解决OTN当前面临某些缺陷,例如提出新ODU0/ODU4颗粒,定义高阶ODU和低阶ODU,定义基于各种带宽颗粒通用映射规程(GMP)等,以便逐渐建立兼容既有框架体系新一代OTN(NG-OTN)网络架构。
同SDH传送网同样,光传送网也有线形、星形、树形、环形和网孔形五种网
络形式,使用波分复用终端设备、光分插复用设备(OADM)和光交叉连接设备(OXC),合用于接入网,城域网和干线网。
光传送网,同SDH传送网同样,采用I—TU—TG805建议所规范术语、功能体系和图表形式来定义光传送网功能。
据此,可将光传送网分为电路(客户)层网络、光通道层网络、光复用段层网络、光传播段层和媒介层网络。
电路(客户)层网络,将来自顾客电信业务信号,转换成为适合于在光传送网中传送形式,反之亦然。
光通道层具备光通道端到端联网功能,透明转换不同格式(如STM—N、PDH
565Mbit/s、ATM信号、lP信号等)来自电路层信号,不修改来自电路层信号,
但在光传送网输入/输出处对电路层信号进行监测和维护。
在光传送网发生故
障时,电路(客户)层网络应可以进行监测,犹如SDH网络要有AIS监测。
光复用段层具备多波长f涉及一种波长状况)光信号联网功能。
光传播段层重要功能是实现光信号在各种不同类型光传播媒介(如G652、G653和G655光纤)上传送。
物理媒介层网络,由光纤类型决定,是光传播段层服务者。
3OTN核心技术
3.1各种业务信号映射方式
当前,在光传送网中,惯用映射方式有:
SDHoverOTN、ATMoverOTN和ATMoverSDHoverOTN。
对于SDHoverOTN方式来讲,它具备SDH自身所具备0A&M功能,具备比较强保护和恢复能力,可以在SDH基本上实现各种业务综合,可以按照波长依照发展需要进行扩容,缺陷是各种业务信号在进入SDH后,缺少像ATM那样QoS保证。
对于ATMoverOTN方式来讲,虽然它具备ATM和OTN方式长处,可以提供端到端QoS保证;但由于没有SDH,加之OTN自身限制,使得这种传送方式缺少足够保护和恢复能力及网管功能,进而使得这种方式和应用在当前受到了很大限制。
对于ATMoverSDHoverOTN方式来讲,这种方式在当前技术发展状况下,是技术性能最完善,但也是最复杂,最昂贵。
此外,还可以将以太网(GE)信号直接映射到OTN,这种方式可以使广域网、城域网和局域网作到无缝连接,可大大简化设备、减少成本,在小范畴内抖动与定期性能较好,但这种方式只有有限故障检测和性能管理功能,没有保护倒换能力。
将来光传送网会采用ITU—TG.709建议所规范数字包封(DigitalWrap—per)技术,解决各种信号映射问题。
这种技术不但彻底解决了客户层信号透明传送及网络边沿处故障检测和性能管理问题,并且还解决了光路性能监视和光层保护和恢复指令传送问题。
此外,结合使用带外FEC,可以明显地改进系统光信噪比。
3.2传播技术
对于光传送网,WDM传播技术是比较适当选取。
当前,扩展WDM传播系统容量办法重要侧重于如下三个方面,一种是提高每个通道基本速率,由2.5Gbit/s、10Gbit/s提高到40Gbit/s;另一方面,扩展使用波段,由c波段(1530~
1565(nm))扩展至L波段(1565~1620nm)):
最后,减少通道间隔,增长复用通道数,通道间隔由200GHz、100GHz减少到50GHz乃至25GHz;复用通道数由l6、32扩展至80、100甚至200个通道。
与10Gbit/s速率相比,40Gbids基本速率具备频谱效率高,减少设备成本,减少网管系统复杂性等长处,但在帧同步,特别是PMD补偿方面技术问题有待于解决。
光传送网使用两种再生中继方式,一种是全光再生中继,这种形式在光通道层、光复用段和光传播段层均可使用。
另一种再生中继方式为光电变换再生中继,这种形式仅容许在光通道层中使用。
4OTN网络生存性
G.872为光传送网OTN分层构造作了定义,细分为光通路层(OCh),光复用段层(OMS)和光传播段层(OTS)。
OCh层为各种数字化顾客信号提供接口,它为透明传送SDH、PDH、ATM、IP等业务信号提供点到点以光通路为基本组网功能;OMS层为经DWDM复用多波长信号提供组网功能;OTS层经光接口与传播媒质相连,它提供在光介质上传播光信号功能。
OTN核心设备和业务保护恢复重要载体是光交叉连接设备OXC和光分插复用设备OADM,与SDH最大区别在于SDH是基于时分复用对时隙进行操作“数字网络”,而OTN解决对象是光载波,也就是模仿“频率时隙”或“光通道波长”,是一种“模仿传送网络”。
但是OTN和SDH网络构造同样也是面向连接网络,所使用网络技术和网络单元极为相似,因而它们保护恢复技术基本相似,重要有如下几种;
①点到点线路(光复用段OMS)保护倒换方案,其原理是当工作链路传播中断或性能劣化到一定限度后,系统倒换设备将主信号自动转至备用光纤系统来传播,从而使接受端仍能接受到正常信号而感觉不到网络已浮现了故障。
该保护办法只能保护传播链路,无法提供网络节点失效保护,因而重要合用于点到点应用保护。
a)(1:
1)光层保护方式,是由一种备用保护系统和一种工作系统构成保护网络,系统冗余度显然为100%。
这种设立方式通惯用于低阶Path和路由容量较低系统之中;其收发端发送机和接受机为成对设立,因而在无端障状况下,可以用备用保护信道进行优先级较低通信,借以提高光缆系统运用率,合用于端到端保护和业务保护。
业务流量并不是被永久桥接到工作和保护光纤上,相反,只有浮现故障时,才在工作光纤和保护光纤之间进行一次切换。
b)(1+1)光链路保护方式,是由一种备用保护系统与一种工作系统构成保护网络,与1:
1方式不同是采用了单方向工作方式,即收发信机自身不设备份,但发射机同步要与主备两个传播系统相连,而接受机则要依照主备通道质量状况,选取其中之一作为工作信道,并在没有任何故障返回信令状况下,独立完毕保护切换功能,只能对链路故障中业务进行保护。
这种办法是运用光滤波器来桥接光信号,并把同样两路信号分别送入方向相反工作光纤和保护光纤通道中。
保护倒换完全是在光域实现。
当遇到单一链路故障时,在接受端光开关便把线路切换到保护光纤。
由于在这里没有电层复制和操作,因此除了当发射机和接受机发生故障时会丢失业务外,一切链路故障都可以恢复。
c)(1:
N)光层保护构造与(1:
1)保护构造相类似。
然而在这里,N个工作实体共享同一种保护光纤。
如果有多条工作光纤断裂,那么只有其中一条所承载流量可以恢复。
最先恢复是具备最高优先级故障。
d)M:
N方式,资源共享保护方式,普通采用通道保护方式。
是由m个备用保护系统和n个工作系统构成复用段保护网络;当接受机检出故障后来,需将故障报警信息返回到发射机端,才干实现主备段保护切换。
②核心传播网DWDM自愈环网保护恢复技术-自愈环网SHR(SelfHealingRing)就是无需人为干预,运用网络具备发当代替传播路由并重新建立通信能力,在极短时间内从失效故障中自动恢复所携带业务环网。
环网APS保护方式,涉及两纤单向环、两纤双向环和四纤双向环。
在环网中又分复用段保护和通道共享保护,是运用环网特殊构造来实行一种保护方式,属于对资源保护。
基于通道倒换环是一种单向通道保护环(UPPR)构造,而基于线路倒换环被称为SPRING构造。
5OTN技术发呈现状及发展趋势
随着宽带数据业务大力驱动和OTN技术日益成熟,采用OTN技术构建更为高效和可靠传送网是OTN技术必然发展成果。
既有城域核心层及干线SDH网络适合传送重要为TDM业务,而当前迅猛增长重要为具备记录特性数据业务,因而在这些网络层面后续网络建设不也许大规模新建SDH网络,但WDM网络规模建设和扩容不可避免,可IP业务通过POS或者以太网接口直接上载到既有WDM网络将面临组网、保护和维护管理等方面缺陷。
鉴于此,基于既有WDM系统已有网络,条件具备时可依照需求逐渐升级为支持G.709开销维护管理功能,而对于既有WDM系统新建或扩容传送网络,在省去SDH网络层面后来,至少应支持基于G.709开销维护管理功能和基于光层保护倒换功能,也就是说,OTN网络代替了SDH网络相应功能。
WDM网络则应逐渐升级过渡到OTN网络,而基于OTN技术组网则应逐渐占据传送网主导地位。
国外运营商对传送网络OTN接口支持能力已提出明显需求,而实际网络应用当中则以ROADM设备类型为主,这重要与网络管理维护成本和组网规模等因素密切有关。
国内运营商对OTN技术发展和应用也颇为关注,从开始,中华人民共和国电信集团、中华人民共和国网通集团和中华人民共和国移动集团等已经或者正在开展OTN技术应用研究与测实验证,并且某些省内或城域网络也局部布置了基于OTN技术(实验)商用网络,组网节点有基于电层交叉OTN设备,也有基于ROADMOTN设备。
为了适应业务IP化和网络IP化发展趋势,分组传送网(PTN)技术已成为城域传送网重要发展方向。
PTN技术具备丰富OAM机制、完善多样保护恢复能力,可有效满足基站、大客户等各类业务接入需求。
而光传送网(OTN)技术为客户信号提供在波长/子波长上进行传送、复用、互换、监控和保护恢复技术。
在提供丰富带宽基本上,增强了节点汇聚和交叉能力、组网保护和OAM管理能力,可觉得大量GE、2.5Gbit/s、10Gbit/s甚至40Gbit/s等大颗粒业务提供传播通道。
结合PTN和OTN技术优势,OTN和PTN联合组网模式凭借其IP业务接入、汇聚及灵活调度能力,将有助于推动城域传播网向着统一、融合扁平化网络演进,推动传送网向更加“睿智”方向发展。
OTN还引入ASON控制平面核心技术。
运营商重组和3G将会给通信行业带来新一轮发展,光传播网络作为基本网络,建设需求必然大量增长,从技术发展来看,在核心网络选取设备依然是WDM、OTN以及大容量MSTP设备,并且网络构造复杂限度增长,网络规模扩大化,对于网络安全性规定进一步提高,从基于SDHASON设备应用来看,充分证明了ASON技术可以较好解决以上问题,随着传播网络向大容量方向发展,OTN将逐渐应用到网络来,ASON技术也将逐渐移植到基于ODUk和光波长传播网络中。
OTN技术涉及了光层和电层完整体系构造,光层和电层都具备网络生存性机制,在OTN基本上引入ASON技术,重要需要考虑控制平面在网络资源自动发现技术、路由技术、信令技术实现以及网络保护与恢复技术。
此外,为了更好地适应客户数据业务传送,业界当前也正在热烈讨论某些基于功能改进和升级NG-OTN技术。
NG-OTN这些特性讨论重要是基于已有OTN技术基本上进行。
因而,将来NG-OTN技术必要兼容既有OTN已有特性,NG-OTN技术进一步讨论与规范并不阻碍既有OTN实际组网应用。
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