光传送网技术

第四章光传送网技术OTN OpticalTransportNetwork 光传送网 OTN 是继PDH SDH之后的新一代数字光传送技术体制 它能解决传统WDM网络无波长 子波长业务调度能力 组网能力弱 保护能力弱等问题 OTN以多波长传送 大颗粒调度为基础 综合了SDH的优点及WDM的优点 可在光层及电层实现波长及子波长业务的交叉调度 并实现业务的接入 封装 映射 复用 级联 保护 恢复 管理及维护 形成一个以大颗粒宽带业务传送为特征的大容量传送网络 本章将介绍光传送网的特点与分层结构 重点讲述光传送网的核心技术G 709标准中的数字包封技术 OTN是指为客户层信号提供光域处理的传送网络 主要功能包括传送 复用 选路 监视和生存性功能等 OTN处理的最基本的对象是光波长 客户层业务以光波长形式在光网络上复用 传输 放大 在光域上分插复用和交叉连接 为客户信号提供有效和可靠的传输 主要特点 1 多种客户信号封装和透明传输基于ITU TG 709的OTN帧结构可以支持多种客户信号的映射和透明传输 如SDH GE和10GE等 目前对于SDH和ATM可实现标准封装和透明传送 但对于不同速率以太网的支持有所差异 4 1光传送网的特点 2 大颗粒的带宽复用 交叉和配置OTN目前定义的电层带宽颗粒为光通道数据单元 ODUk k 1 2 3 即ODU1 2 5Gb s ODU2 10Gb s 和ODU3 40Gb s 光层的带宽颗粒为波长 相对于SDH的VC 12 VC 4的调度颗粒 OTN复用 交叉和配置的颗粒明显要大很多 对高带宽数据客户业务的适配和传送效率显著提升 在OTN大容量交叉的基础上 通过引入ASON智能控制平面 可以提高光传送网的保护恢复能力 改善网络调度能力 3 强大的开销和维护管理能力OTN提供了和SDH类似的开销管理能力 OTN光通道 OCh 层的OTN帧结构大大增强了该层的数字监视能力 另外OTN还提供6层嵌套串联连接监视 TCM 功能 这样使得OTN组网时 采取端到端和多个分段同时进行性能监视的方式成为可能 OTUk层的段监测字节 SM 可以对电再生段进行性能和故障监测 ODUk层的通道监测字节 PM 可以对端到端的波长通道进行性能和故障监测 4 增强了组网和保护能力通过OTN帧结构 ODUk交叉和多维度可重构光分插复用器 ROADM 的引入 大大增强了光传送网的组网能力 改变了基于SDHVC 12 VC 4调度带宽和WDM点到点提供大容量传送带宽的现状 前向纠错 FEC 技术的采用 显著增加了光层传输的距离 另外 OTN将提供更为灵活的基于电层和光层的业务保护功能 如基于ODUk层的光子网连接保护 SNCP 和共享环网保护 基于光层的光通道或复用段保护等 但目前共享环网技术尚未标准化 4 2光传送网的分层结构 定义成一种三层网络结构光通道层 OCh 光复用段层 OMSn 和光传输段层 OTSn 光通道层 OpticalChannelLayer OCh 光通道层为数字客户层信号提供端到端的透明光传输 根据G 709的建议 OCh层又可以进一步分为三个子层 分别是光通道的净荷单元 OPUk 光通道的数据单元 ODUk 和光通道的传输单元 OTUk 这种子层的划分方案既是多协议业务适配到光网络传输的需要 也是网络管理和维护的需要 光通道层上应实现的功能 封装客户层信号 建立光通道 处理光通道开销 为数字客户层信号提供端到端的透明光传输 提供用于光通道的连续性监视和连通性监视 以保证创建预期的光通道 并且监视创建光通道的工作状态和传输特性 在网络故障情况下 通过重新选路或者直接把工作业务切换到预定的保护路由来实现网络业务的保护 恢复 2 光复用段层 OpticalMultiplexingSectionLayer OMSn 光复用段层为多波长信号提供网络连接功能 保证多波长光信号的完整传输 该层网络的功能包括 1 光复用段层开销处理 保证多波长光复用段适配信息的完整性 2 实施光复用段监控功能 解决复用段生存性问题 3 实现光复用段层的操作和管理 3 光传输段层 OpticalTransmissionSectionLayer OTSn 光传输段层为光复用段的信号在不同类型的光媒质 如G 652 G 653 G 655光纤等 上提供传输功能 光传输段开销OTS的特征信息包括两个独立的逻辑信息 OMS层的适配信息和OTS路径终端专用的管理 维护 OTS层应具备的功能 1 接收OMS层的适配信息 加入OTS路径终端开销 产生光监控信道 并把光监控信号与主信号复用在一起 路径终端功能以物理媒质上传输的信息为依据 保证光信号符合物理接口要求 2 接收传输段层网络信息 重新调节信息以补偿在物理媒质传输过程中产生的信号劣化 从主光信号中抽取光监控信道 处理光监控信道中包含的OTS路径终端开销 并把适配信息输出 3 实现对光放大器或中继器的检测和控制 4 传输缺陷的检测和指示 5 传输质量的评估 光传送网的分层结构和连接类型 4 2光传送网的分层结构示意图 4 3G 709标准中的数字包封技术为在光层上提供快速的保护和恢复功能 并能实现光路上的交换 针对光传送网的发展趋势 ITU T推出了一系列标准 其中以2001年2月推出G 709建议具有重大意义 它指出了光联网的技术基础 G 709建议的核心内容就是数字包封技术 DigitalWrapper 它定义了一种特殊的帧格式 将客户信号封装入帧的载荷单元 在头部提供用于运营 管理 监测和保护的开销字节 并在帧尾提供了前向纠错 FEC 字节 在光传送网中 光传输段层 光复用段层的开销信息和光通道层的非随路的开销信息可以用光监控信道 OSC 来传送 4 3 1OTN的复用映射结构1 光传送模块的复用映射结构 k 1对应2 5Gbit s k 2对应10Gbit s k 3对应40Gbit s 1 OCCr OChr OTS OMS OCh COMMS OH 复用 映射 OTM 0 m OCG nr m OCG n m OTM nr m OTM n m 1 1 1 i j k i j k 1 i j k n OSC OOS 1 1 1 1 1 1 k 1对应2 5Gbit s k 2对应10Gbit s k 3对应40Gbit s 图4 4一种电层复用映射结构 ODUk复用例子 4个ODU1信号复用成一个ODU2 如图4 5所示 图4 5表明了多路信号的四个ODU1到ODU2的复用 通过适配的ODU1信号是字节交错复用到OPU2净荷区 而他们的调整控制和机会字节 JC NJO 是字节交错复用到OPU2开销区 一个ODU1浮动装入1 4OPU2有效载荷区 图4 54个ODU1信号复用成一个ODU2 1 光信道净负荷单元 OpticalChannelPayloadUnitk 光信道净负荷单元 OPUk 是为使客户层信息能够在光信道层上传送提供适配功能 包括客户层信息以及用来适配客户层信息和光信道数据单元 ODUk 的净负荷速率而需要的所有开销信息 k是与客户信号的速率有关的阶数 如图4 3所示ODU1 ODU2 ODU3 2 光信道数据单元 OpticalChannelDataUnitk 光信道数据单元k ODUk 是用来支持OPUk的信息结构 由OPUk的信息和光信道数据单元开销 ODUkOH 组成 光信道数据单元支持嵌套的1 6层的连接监视 3 光信道传送单元 OpticalChannelTransportUnitk 该层 OTUk 在一个或更多的光信道连接的基础上支持ODUk的信息结构 是由光信道数据单元 ODUk 光信道传送单元的FEC域和光信道传送单元的开销 OTUkOH 组成的 简化功能的OTM nr m和TM 0 m包括光物理段层 OPSn 简化功能的光信道层 OChr 标准功能的光信道传送单元 OTUk OTUkV 和光信道数据单元 ODUk 图4 3显示了OTM中各种不同信息结构单元间的关系及其映射和复用结构 根据ITU TG 709的建议 各种客户层信息 SDH ATM IP 以太网等 可以按照一定的映射和复用结构接入到OTM中 由图4 3可见 各种客户层信息经过光信道净荷单元k OPUk 的适配 映射进一个ODUk 然后在ODUk和OTUk中分别加入光信道数据单元的开销和传送单元的开销 再被映射到光信道层 OCh或OChr 调制到光信道载波 OCC或OCCr 上 k 1对应2 5Gbit s的速率 k 2对应10Gbit s的速率 k 3对应40Gbit s的速率 多个光信道载波 例如 i个40Gbit s的光信号 j个10Gbit s的光信号 k个2 5Gbit s的光信号 1 i j k n 被复用进一个光信道载波组 OCG n m或OCG nr m 中 OCG n m再加上光监控信道 OSC 后 构成光传送模块OTM n m 图4 4也给出OTM O m和OTM nr m的映射和复用结构 2 OTN的信息结构 informationstructure G 709定义OTN完全功能光传送模块 OTM n m 的信息结构如图4 6所示 从客户业务适配到光通道层 OCh 信号的处理都是在电域内进行 包含业务负荷的映射复用 OTN开销的插入 这部分信号处理处于时分复用 TDM 的范围 首先光通道净负荷单元OPUk将各种客户层的信息 如IP Ethernet和STM N等信号进行适配 加上OPUk的开销 OH 形成OPUk信息 然后映射进一个光通道数据单元ODUk加入光通道数据单元的开销 1 6个ODUk可以实现连接监视 再映射进传送单元OTUk中 加入OTUk的开销 到光通道传送单元OTUk中 再被映射到光通道层 OCh或OChr 调制到光通道载波 OCC或OCCr 上 k 1对应2 5Gbit s的速率 k 2对应10Gbit s的速率 k 3对应40Gbit s的速率 OOS 光信道净荷单元的帧结构如图4 8所示 包括4行3810列 共4X3810个字节 主要包括光信道净荷单元的开销和净负荷 ODUk向OTUk的帧同步映射 1234 14151617 3824 4080 1 OTUk开销 ODUk净荷 4 3808byte 1234 1 14151617 3824 ODUk开销 ODUk净荷 4 3808byte 开销 OPUk OPUk 开销 OTUkFEC 4 256byte ODUk开销 如图所示 光信道传送单元的开销与光信道数据单元是部分共享的 光信道传送单元的专用开销包括 SM 段监视 和通用通信通道 GCC0 预留了两个字节 RES 用作未来国际标准化使用 光信道传送单元 OTUk 的开销 11 12 9 10 13 14 FAS帧定位字节 MFAS SM段监视 GCC0 RES 1 通用通信通道 预留 OTUk的开销 光信道数据单元的帧结构如图所示 包括4行3824列 主要包括光信道数据单元的开销 净负荷和OPUk的开销 块状帧结构中前14列 除第一行的第1 7列是与OTUk共享的帧定位字节 8 14列用于承载OTUk的专用开销外 其他都用来传送光信道数据单元的开销 光信道数据单元的开销如图所示 帧定位信号是与光信道传送单元共享的 第2 4行的第1 14字节是ODUk的专用开销 主要用于 6层的连接监视 TCM1 TCM6 通道监视 PM 连接监视的激活和去激活开销 TCMACT 自动保护倒换和保护通信信道字节 APS PCC 可以动态地创建与去除通道的通用通信通道字节 GCC1和GCC2 测试 EXP 和故障类型及故障定位 FTFL 此外预留了9个字节用于未来的国际标准化 123456 789101112 13141516 1234 帧定位信号 OTUk开销 RES TCMACT TCM6 TCM5 TCM4 TCM3 TCM2 TCM1 PM APS PCC GCC1 RES EXP FTFL OPUk开销 GCC2 光信道数据单元的开销 4 3 2OTN设备情况在2006年12月的ITU香港世界电信展上 华为首次展示了OSN系列OTN设备 是全球第一款集成全部WDM能力的智能OTN传送和交换系统 产品引起海内外运营商的广泛关注 随后 华为在2007年3月欧洲C5论坛上进行了全球正式商用发布 5月份在江苏电信举办了OTN全球现场会 如今 OTN设备已经实现了海内外主流运营商的规模部署 其稳定性 可靠性得到了充分验证 华为OSN系列OTN产品包括OSN6800 OSN3800和OSN900 形成了从城域接入到干线完整统一的OTN方案 新一代OTN设备 结合了WDM的容量 长距传输和OTN的灵活性 可管理性的优势 系统支持80个光通道 单波长最大带宽为40G 整个系统容量达到3 2T 系统集成了多维ROADM 完全无阻塞的ODU交叉和GMPLS控制平面 其优势集中体现在如下三个方面 集成WDM的OTN 提供对OTN协议的全面支持 如标准化的G 709封装映射 交叉连接 开销处理 FEC 多层连接监视 TCM 光层OAM等 设备提供独有的三层流量疏导结构 光层的多维ROADM完成端到端波长业务的快速部署 电层的交叉连接矩阵完成本地业务的分插复用 必要