OTN技术体系介绍

1、一.OT啦术体系介绍1.概述从1998年ITU-T正是提出OTN的概念到现在,OTN的标准体系已经完善, 技术也已经成熟.OTNB准体系主要由如下标准组成：:定义了光传送网的网络架构.采用基于 G.805的分层方法描述了 OTN 的功能结构,规了光传送网的分层结构、特征信息、客户/效劳层之间的关联、 网络拓扑和分层网络功能,包括光信号传输、复用、选路、监控、性能评估 和网络生存性等:其地位类似于 SDH体制的.定义了光网络的网络节点接口.建议规了 光传送网的光网络节点接口,保证了光传送网的互连互通,支持不同类型的 客户信号.建议主要定义光传送模块n(OTM-n)与其结构,采用了 数字封包技术定

2、义各种开销功能、映射方法和客户信号复用方法.通过定义帧结构开 销,可以实施光通路层功能,例如保护、选路、性能监测等；通过确定各种 业务信号到光网络层的映射方法,实现光网络层面的互联互通,由于未来的 光网络工作在多运营商环境下,并不仅仅是各业务客户信号接口的互通.其 地位类似于SDHft：制的.:建议采用G.806规定的传输设备的分析方法,对基于 G.872规定的光 传送网结构和基于 G.709规定的光传送网网络节点接口的传输网络设备进展 分析.定义了 OTN勺原子功能模块,各个层网络的功能,包括客户/效劳层的适配功能、层网络的终结功能、连接功能等.其地位类似于SDHft制的.:通用设备治理功能

3、需求,适用于 SDH OTN:OTNR络治理信息模型和功能需求.:描述OTN的五大治理功能FCAPS Fault故障、Configuration 配置、 Accounting 计费、Performance 性育乐 Security 平安.:通用保护倒换-线性保护,适用于 SDH OTNG.808.2 :通用保护倒换-环形保护,适用于 SDH OTN未正式发布:定义了 OTN®性linearODUM呆护.G.873.2 :定义了 OT心形ODUM呆护.未正式发布:根据定义的比特率和帧结构定义了OTN NNI的抖动和漂移要求,:定义了 OTNK码性能.OTN物理层特性在与等中规定.下面将

4、主要介绍一下 OTN的网络架构G.872与接口 G.709图2.1-1 OTN标准体系2. OTNW络架构主要包含三个G.872 architecture of optical transport networks方面的容：一是光传送网络的分层结构,二是网络治理,三是生存性技术.2.1 光传送网分层结构光传送网络共分为三层：光信道层、光复用段层和光传送段层见图2.2.1-1 0叽 ETHERNET.ATM、SDH/SONETOptical Channel layer network光信前层(OCh)光方首净靖单元(0F5先R超的货单7L (0OU)光佑达传送单元Optical Multiple

5、x Sectionlay?r networK光复用域层.呼?Optical Transmission Sectionlayer network光传输段E (0T5>1、光信道层(Optical channel layer):为各种客户信号如 SDHSTM-N cell-based ATM GE等提供透明的端到端的光传输通道,提供包括：连接、 交叉调度、监测、配置、备份、和光层保护与恢复等功能.主要功能：1光信道的重新连接功能optical channel connection rearrangement以保证网络路由的灵活性2光信道层的处理3光信道层的操作、维护、治理由于目前光元器件技术

6、水平的限制,光信道层的功能无法全部在光层完 成,为此,G.872 增加了 OTN的电层Digital OTN layered Structure ：1OTU® C Optical channel Transport Unit ：在 OTN网络的两个 3RReamplification, Reshaping and Retiming 点之间传输 ODUB号.2ODU层Optical channel Data Unit ：为客户信号提供端到端 的传输.2、光复用段层(Optical multiplex section layer):支持波长的复用,以信道的形式治理每一种信号.提供包括波分

7、复用、复用段保护和恢复等服 务功能.主要功能：1光复用段层处理2光复用段层的操作、治理、维护3、光传送段层 (Optical transmission section layer network):为光信号在不同类型的光媒质G652 G653 G655光纤等上提供传输功能,光 传输段层用来保证光传输段适配信息的完整性,同时实现光放大器或中继器 的检测和限制功能.1先传送段层处理2先传送段层的操作、治理、维护OTN层次结构与信息流之间的关系见图2.2.1-2.层,博施18, 电 -图2.2.1-2 OTN 层次结构与信息流之间的关系2.2 光网络治理G.872针又t OTN®出的光网络

8、治理需求主要包括八个方面：1、连续性监视2、连通性监视3、维护信息4、信号质量监测5、适配治理6、保护限制7、子网/级联/未用连接监测8、治理通信表2.2.2-1光网络治理需求治理水平过程功能网络层次OCHOMSOTS连续性监视连续性丧失检测TTRRR连通性监视路径踪迹识别TTRNRR维护信息前向检测显示TTRRR后向检测显示TTRRR后向质量显示TTFFSFFSFFS信号质量监测性能监视TTRFFSR适配治理净负荷类型显示ARFFSFFS保护限制自动保护倒换规程A/TFFSFFSNR子网/级联/未用连 接监测连接监测A/TFFSFFSFFS治理通信信息通道ANRFFSR辅助通道ANRNRO操

9、作者规ANRNRR国家使用ANRNRFFSR:需要 Required; NR 不需要 Not required; O:可选择 Optional;FFS:待研究 For furtherstudy; NA 不适用Not applicable; TT：路径终端功能Trail terminal function; A :适配功能adaptation function; A/T ：过程可分配给一个或多个功能,分配待研究The process can be allocatedto one or more functions and the allocation is for further study.；

10、 P： 端至'惴通道End-to-endpath2.3 光网络生存性技术光网络生存性技术包括保护和恢复.G.872提出了三类保护5种保护方式,恢复由于涉与到重路由的算法,在G.872中未作规定.第一类是路径保护,有1+1路径保护和1:1路径保护两种方式,第二类是子网连接保护,有 1+1子网连接保护和1:N子网连接保护.这两类保护又称为线性保护,线性保护可以用在环、链、网状网等各种网络结构中,其中 1+1保护不需要 APS协议,1: 1或1: N保护需要APS协议,但保护通道可以传输低等级的业务.第 三类是共享保护换技术.G.872只定义了 OTN的几种保护方式,并未对各种保 护方式做具

11、体规定,OTN#种保护方式在 G.873.1、G.873.2、G.808.1、G.808.2 中规定,其中 G.873.2、G.808.2未正式发布.结合目前 OTNR络保护的标准 现状和各厂家设备功能的实现情况,从网络结构层面简要介绍OTN的保护技术.1、基于光通道的1+1保护和1: N保护：G.808.1定义了适合SDH OTN 的线性保护方式,这种保护方式在传统波分上也有应用.2、基于ODUk勺1+1保护和1:n保护：G.873.1规定了 OTN1于ODUk勺 线性保护.3、基于ODUk勺环网保护：用于分布式业务环型组网, 通过占用2个ODUk 通道实现对所有站点间业务的保护.类似SDH

12、的MSP呆护.4、波长共享保护基于光通道的环网保护：用于分布式业务环型组网, 通过占用2个光通道实现对所有站点间业务的保护.类似SDH的MSP呆护.3. OTN帧结构、映射与开销3.1 网络接口G.709定义了 2类网络接口：域间网络接口卜DI和域网络接口IaDI图2.3.1-1 OTN 网络接口示意图不同治理域之间的接口为IrDI ,具有3R再生水平；同一治理域之间的接口为IaDI 0在ITU标准中IrDI接口是一个完全标准化的接口,而 IaDI不是一个具备互通性的标准接口.3.2 OTN信号的映射与复用3.2.1 OTN 信号速率G.709为OPUkODUkOTU3分另I规定了 3种速率,

13、见表2.3.2-1表2.3.2-3 , OPUk ODUk OTUk的帧频见表 2.3.2-4 .表2.3.2-1 OTUk 类型与速率OTU TypeOTU nnniaalbir raff(JTVbit-iate toleranceOTUI255/2382 48320 上MM±20 ppmOTU2255/237 9 953 230OTU；255/236x35SB UOlbiv'sNOTE - Tbf aojuuial OTUkait approximateL. 2 60S 057.143 kbit-i (0T171). 10 "09 22531(5 KbiM(OT

14、m> 43 018 411J5gUHt/i(OTU5).表2.3.2-2 ODUk 类型与速率ODT n peODU noknihJ bir i;但ODU ate tokrfumODU1239/238；* 2 4B8 320kbitsi20 ppmODU2235/237 « 9 953 2£0 kbitsODU3239/236 w39 813 120kbii/iKOTE The noniEBal OUL'k rates are- appiuximatelv: 2 4?8 775.126 IbllS (ODU1), 10 037 273,24 Ibit/s (O

15、DU2) find 402l8,?Si(ODVJ),表2.3.2-3 OPUk 类型与速率GPU typpOFl Pnvloail aotninal bit riteOFU Favload bil rate tele rune? *OPU12 48s 20 kbit s±20 ppmOPS23Q37x 9 953 280 kbit 3OPU523SZ1361 59 SB 12.kbit北OPUl-XvK 2 4S8 320kbim+J0 ppmOPU2-XvX- 238/237 x 9 353 ISOkbiVtOFUS-XvK« 238'23&«

16、39 813 120 kbirsNOTE Tbt mnisai OPUk Favload rates are approxinialv 2 4$S 32.-00ro kbii (0PU1 PavM&d).S> 276 962 kbit tOPUl Payload) and 40 150 519322 Ibn-s (OPU3 Payload) The aominalOPUl-Xv PavJtMdrates mh appixnamaiely; X 2 183 320 000kbit(OPU1 Payload), 3C * $ &95kbit's(OPU2-Xv P町闻

17、 and X > « 150 5及322 kbit s (OPlB-3Cv Pavload；OTI 'ODU/OPl：仃p?Pw iod (Xoce)OTUl.'ODUl OPUI OPUI-Xv4S.971 收OTU2；ODU2 OPU) OPULKv11191 陛QR75 QDU3 0PU3 QPUj -Xv工.於照NOTE - Tae period i; an approiimated value, roundad to S dieick注：2488320kbit/s、9953280kbit/s、39813120kbit/s 分别对应 STM-16 STM

18、-64 STM-256 的速率,对于公式 OTU1 速率=255/238x2488320kbit/s 可以 参考后文OTUkW帧结构与STM-Ng户信号的映射.对于OTU1帧长4080x4个字节,净荷长度 3808x4 个字节(4080x4)/(3808x4 =255/238.对于 OTU2帧 长4080x4个字节,由于插入了帧定位字节FAS,净荷长度3808-16x4个字节,4080/3080-16=255/2373.2.2 OTN信号的映射与复用1、电层信号的映射与复用各种客户层信息经过光信道净荷单元OPUk/OPUK-XV勺适配,映射到ODUk中,然后在ODUk OTUk中分别参加光信道

19、数据单元和光信道传送单元的开销, 再映射到光通道层 OCh调制到光信道载波 OCCt.电层信号的映射与复用见 图 2.3.2-1 .图2.3.2-1电层信号的映射与复用2、光层信号的映射与复用多至n(n > 1)个OCCr使用波分复用被复用进一个 OCG-nr.m中, OCGir.m 中的OCCr支路时隙可以具有不同的容量； 对于完整功能的接口, OSC!过波分复用被复用进中.光层信号的映射与复用见图2.3.2-2 .图2.3.2-2 光层OTM信号的映射与复用3.2.3 电层OPUk ODUk OTUk信号的帧结构与开销G.709定义的帧结构如下：光信道净荷单元OPUk :实现客户信号

20、映射进一个固定的帧结构数 字包封的功能,包括但不限于STM-N IP分组,ATM信元,以太网帧.光信道数据单元ODUk :提供与信号无关的连通性,连接保护和监控 等功能,这一层也叫数据通道层.光信道传送单元OTUkV：提供FEC光段层保护和监控功能,这一 层也叫数字段层.图2.3.2-3 电层帧结构图各开销字节如如下列图:CJ1LK GH门口 in mOUK OH图2.3.2-4电层开销字节示意图1FAS:帧定位单元FAS第一行1-6歹1；2MFAS:复帧定位MFAS元第一行第7歹1；最多支持由256个 帧构成的复帧3SM:TTI:路径跟踪标识,提供监测功能,SAPI-源接入点标识,DAPI-

21、宿接入点标识,这两个标识必须全球唯一,以便于全网的治理和运营BIP-8 :比特问差奇偶校验 8位码,一种误码检测方式,SDH&是采用这种误码检测方式.BEI:后向错误指示.向上游节点提供信号误码指示.用来统计采用BIP-8 检测出来的误码块的数量.BDI:后向缺陷指示.向上游节点提供信号失效 SF信息IAE:入局帧定位错误.向它对应的出口节点提供帧定位错误警告13T-SBEI3IAE£ESDAPI15：531Opijsicrspecific6J图2.3.2-5 SM 字段结构GCC0通用通信通道.RES预留字节TCM ACT连接监视的激活和去激活；TCM1-6 6层的连接监视

22、；同 PMFTFL:故障类型和故障定位；PM通道监视.作用与 SM类似,只是所在层次不一样. PM字段的结构 见图2.3.3-4 .相比SM字段的结构,多了 STAT字段,STAT字段用于指示维 护信号.图2.3.2-6 PM 字段结构EXP试验用字节GCC1通用通信通道GCC2通用通信通道APS/PCC自动保护倒换和保护通信信道字节；JC:码速调整限制；JC、NJO PJO三个字节由映射过程产生,映射表见 G.709.PSI:载荷结构标识,256字节的复帧结构,其中 PSI0为PT字节,用 于指示客户信号类型如 04为ATM 05为GFP详细情况可参考 G.709, 其余字节为保存字节.NJ

23、Q用于正码速调整；PJ.用于负码速调整3.2.4 QOSOTM Overhead SignalG.709提出了 QQS勺功能需求见图2.3.3-1,并未具体规定具体的QQ颤结构、速率与实现标准FDI-OTTIFDI-PBDI-0BDI-0BDI-PBDI-PPMIPMIGun =rm Iccnuniniications图2.3.2-7 OOS 中OTS OMS OCW销字节示意图BDI: Backward Defect IndicationFDI-O: Forward Defect Indication - OverheadFDI-P: Forward Defect Indication -

24、PayloadOCI: Open Connection IndicationPMI: Payload Missing IndicationTTI: Trail Trace Identifier3.2.5 OTN的虚级联OPUk-Xv,其中k=1.3 , X=1.256 ,即最多支持 256个OPUkW虚级联.虚 级联的主要用途：1通过虚级联来传送 STM-64或STM-256:通过OPU1-4v传送STM-64,通 过 OPU2-4v 或 OPU1-16v 传送 STM-256 等2实现灵活的带宽调整：通过 OPU1-XvOPU2-Xv OPU3-Xv提供X * 2.5 G10G、40G带宽；

25、通过 LCASLink Capacity Adjustment Scheme 提 供链路带宽自动调整,业务经过两个或多个不同的路由,以提升业务平安性.3.2.6 客户信号的映射3.2.6.1 STM 16/64/256 信号的映射G.709提供两种 STM-N的映射方式： 1、异步映射：OPUk®号由OTN设备本身的时钟产生,与 CBR言号无关,并使 用正/负/零调整机制以容忍一定的频偏；2、比特同步：OPUkM钟来自于CBR客户信号,不使用 OPUkM的调整水平； 目前大局部厂家采用比特同步方式.STM 16/64/256 信号至 OPU1/2/3 的映射图分别见图 2.3.2-8

26、 图 2.3.2-10 .2xDD3SO5E>D点匚工Lj rDDDDDD£二D3S05OD图 2.3.2-8 STM-16 映射至 OPU13 S 忘芯6 f ££z2ill£16TS119 5cl6口GJ11SX16D16FS119x160q uu H1L8X10D1(5FS119xl(JD工M70g1&D+117X16Dlots119Kl.5口图 2.3.2-9 STM-64 映射至 OPU27SX1I5D1&FST9X1SD30FS79 X 0DM士7& m IfiD16FS79 m 16DlfiDJTX78 K16

27、D16FS79X16D16PS7&X15D£W 15D4 7? X16D16F&79*1601(!FS79X16D图 2.3.2-10 STM-256 映射至 OPU33.2.6.2 ATM信号的映射ATM信元是固定长度的53个字节其中5个字节,净荷48个字节,OPUk 的净荷长度是15232个字节二4*3808,OPUkl勺净荷长度不是 ATM1元长度 的整数倍,在映射时,ATM1元可能跨越 OPUI#边界.图2.3.2-11 ATM 信号映射至 OPUk3.2.6.3 GE/10GE/40GE/100GE 客户信号的映射G.709只规定了 STM-N ATM等信号

28、的映射,并未规定 GE/10GE/40GE/100GE客户信号的映射.下面结合目前各厂家的实现技术与最新标准的开展,分别介绍GE/10GE/40GE/100G哈户信号的映射.目前对于GE业务如何映射到 OPU中的方式还没有统一的标准规定,各厂家 采用的方式都各不一样,大致可以分为两大类：1 通过GFP协议将GE业务映射到STMh N中,之后再映射到 OPU中, 比方：A、GE->GFP-F->VC4-8C->STM-64->OPU2->ODU2->OTU2B、GE->GFP-F->VC4-7C->STM-64->OPU2->OD

29、U2->OTU22通过GFP协议将GE业务映射到 OPU1/OPU2寸隙,比方：A GE->GFP-F/T->OPU1 时隙->OPU1-> ODU1->OPU2->ODU2->OTU®个 OPU1 被 等分为16个时隙,一个 GE占用7个时隙,OPU1中可封装2个GE业务.B、GE- >GFP-T->OPU2时隙一>OPU2->ODU2->OTU2$个 OPU2 中封装 8 个 GE 业务.第一类方案属于比较常规的方法,易于实现厂家之间的互通.但是从GE到 OPU需要经过SDH这个中间环节,因此必须配置

30、SDH成帧器,造本钱钱增加 且效率降低.第二类方案直接将 GE映射到OPU时隙中,减少了 SDH成帧环节,降低 本钱,提升了效率.另外一种可能的方式是采用 GFP扩展头所支持的多通道复用功能, 可以实 现将多个GE信号复用到一个 OPU中.这种方式同样可以减少 SDH层的处理, 提升效率.2、10GE客户信号ITU-T G.Sup43描述了 OTN以ODU2或非标准类似ODU2帧格式传送10GE LAN信号的几种不同的方式,简单描述如下：1标准映射：采用标准 ODU2帧格式和速率A 以STM-64形式传送10G base-W (WAN PHY),再映射为 OPU2格式IEEE 802.3 定义

31、了用于兼容 SDH速率的 WAN接口,ITU-T G.707定义了该数据映射为SDH的格式,该接口时钟精度士 20 ppm,根据ITU-T G.709 定 义的映射方法通过ODU2传送.该方式不能满足 MAC帧满带宽传送.B、以GFP-F方式将10G base-RLAN PHY仅有效载荷局部映射为OPU2格该方式接收端终结 64B/66B线路码、前同步码、SFD和IPG,通过GFP-F封 装后的信号直接映射到 OPU2容器.该方式可实现 MAC帧满带宽传送,但不 能提供前同步码、SFD IPG等透明传送.2非标准映射：采用非标准类似ODU2帧格式A、以比特透明方式将 10G base-R信号映

32、射为OPU2e格式该方式采用 CBR10G信号映射到 OPU2的方案,通过提升帧频的方式将10GbE LAN PHY信号映射至U OPU2e OTU2e1号标称速率 11.0957 Gbit/s .该方式可实现全比特透明传送,但由于以太网信号定时容差士100 ppm,因此ITU-T G.8251规定的有关抖动和漂移的标准限制方法不能适用.B、以比特透明方式将 10G base-R信号映射为OPU1e格式该方式采用 CBR2G5言号映射到 OPU1的方案,通过提升帧频的方式将 10GbE LAN PHY信号映射至U OPU1e OTU1e信号标称速率 11.0491 Gbit/s 与方式一的区别

33、是占用了固定填充字节.该方式可实现全比特透明传送, ITU-T G.8251规定的有关抖动和漂移的标准限制方法不能适用.C、以G.709比特率兼容信息透明方式传送有效载荷和前同步码10GE LAN MAO采用 GFP-F封装.由于10GbE LAN信号不传输定时和同步信息,OPU开销中的 映射和串联比特第 15列第1、2、3字节和第16 列所有字节可被用于数据承载；从而实现MAC帧满带宽传送和前同步码透传,但不支持IPG透传以与定时和同步信息的传送.3 40GE客户信号目前IEEE对40GE的速率和帧结构还没有完成最终定义,ITU-T对40GE的映射结构也还没有完成标准化,IEEE 802.3

34、 HSSG和ITU-T SG15 Q11正在讨论的40GE映射方式有三种：方式一：限制 40GE MAC速率到38.9 Gbit/s 或者更低；方式二：采用比64B/66B更有效的编码方式保持 40.0 Gbit/s 的MAC速率；方式三：采用编码转换的方式,64B/66B编码实现40.0 Gbit/s 的MAC速率,在映射到OPU3之前将其转换为更有效的编码方式如 512B/513B,目前该 方式虽然在ITU-T SG15 Q11没有最终达成一致意见,但 2007年10月中间 会议,同意写入 G.709LL.鉴于以上情况,我们相信在 2021年40GE相关标准制定的时候,40GE如 何映射到

35、ODU3帧结构将有一种标准的方式.具体实现方式待研究.4 100GE客户信号100G以太网的标准还在IEEE 802.3 HSSG研究中,没有最终完成,将于 2021年同40GE标准一起推出.对于100GE的传输,除了线路单波速速率随 之增长到100Gbit/s 以上的解决方案以外,业界还在积极考虑采用OTN虚级联的方式支持100GE传输.ITU-T也在这两个方面努力：一方面在推动新的 OPU4/ODU4/OTU4s率和帧结构的定义；另一方面还在研究 OPU2-11v、 OPU3-3v虚级联方式来支持100GE业务的映射和传送.具体实现方式待研究.5、GFPS寸装映射GFP是G.7041规定的

36、一种把任意包信号封装到固定速率信号 例如,OPUk 上的一种通用方法.GFP帧为可变字节长度,在映射时, GFP帧可能跨越OPUk 帧边界.对于 GElk务可以采用 GFPM装.图2.3.2-12 GFP 封装映射至OPUkGFP封装可以分为 GFP-T透明映射和 GFP-F帧映射两种方式. GFP-F 把客户帧映射成它自己的 GF哈式,GFP-T对客户代码解码,然后映射成为一 固定长度的GFP格式,在没有承受完一帧信号时就可以立即把数据传输出去. 这两种方式的主要区别如下：(1)传送时延：由于透明映射不需要缓存一帧,对帧进展结构处理,使处理 时延很小,适合FG ESCO管通道性业务.(2)处

37、理方式：帧映射方式是将业务的 MAC!数据重新映射到 GFP包中,因 此承受业务包,需要识别帧头帧尾和一些限制字符,因此对于帧映射方式需要识别接收的业务类型；对于透明映射方式,只根据8B/10B编码,识别是数据还是限制字,因此透明映射方式可以满足符合8B/10B编码的任何业务.(3)帧格式区别：帧映射方式根据包方式处理业务,映射的GFP包长根据输入业务包长决定,因此包长可变；透明方式如此是映射到固定包长中.4.小结1、通过上述对OTN技术体系白研究,SDH WDMOTNE种技术体系比照如下:表2.4-1 OTN、SDH WD瞰术体系比照技术体系OTNSDHWDM分层结构ODUk由通道层)、OTUk(电复用段 层)、Och光通道层、OMS光 复用段层、OTS光传送层通道层、复用段、再生段光通道层、光复用段层、光 传送层复用与映射OPU1 OPU2 OPU码其映射复用 关系,OTN中进入OPU的可能是 STM-16 STM-64 G比特以太网 等VC-12、VC-3、VC-4等不同速率的虚容器与其复用映射关系, SDH中进入虚容器的是 PDH者 是低速率的以太网信号等开销字节GCC0-GCC2D1D12APS/PCCK1、K2FASA1、A2SM PMJ0、BIP-8PS