OTN技术体系介绍

1、.OTN技术体系介绍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。 OTN标准体系主要由如下标准组成:G.872 :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/服务层了 OTN的功能结构，规范了光传送网的分层结构、特征信息、客户 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G.709 :其地位类似于 SDH体制的G.707。定义了光网络的网络节点接 口。建议规范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-

2、n)及其结构, 用了“数字封包”技术定义各种开销功能、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，因为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SDH体制的G.707 。G.798 :建议采用G.806规定的传输设备的分析方法，对基于G.872 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SDH备进行分析。定义了 OTN的原子功能模块，各个层网络的功能，包括客户 服务层的适配功能、层网络的终结功能、连接

3、功能等。其地位类似于 制的G.783 。G.7710 :通用设备管理功能需求，适用于SDH、 OTN。G.874 : OTN网络管理信息模型和功能需求。G.7710 :描述OTN的五大管理功能(FCA PS: Fault 故障、Con figuration配置、Accounting 计费、Performanee性能、Security安全）。G.808.1:通用保护倒换-线性保护,适用于 SDH、OTN。G.808.2:通用保护倒换-环形保护,适用于SDH、OTN。未正式发布G.873.1:定义了 OTN线性（linear）ODUk 保护。G.873.2:定义了 OTN环形ODUk保护。未正式发

4、布G.8251 :根据G.709定义的比特率和帧结构定义了 OTN NNI的抖动 和漂移要求。G.8201 :定义了 OTN误码性能。OTN物理层特性在G.959.1及G.664等中规定。F面将主要介绍一下OTN的网络架构（G.872 ）及接口（ G.709 ）。图2.1-1 OTN 标准体系。2. OTN网络架构G.872 (architecture of optical transport networks)主要包含三个方面的内容：一是光传送网络的分层结构，二是网络管理，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 。客户层

5、彳» 3*用妊T忌比住光层分层结构图 2.2.1-1 OTN1、光信道层(Optical channel layer):为各种客户信号(如SDH STM-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(op ticalcha nnelconn ectionrearra ngeme nt )以保证网络路由的灵活性(2)光信道层包头的处理 (3 )光信道层的操作、维护、管理由于目前光元器件技术水平的限制，光信道层的功能无法全部在光层完成，为此，G.8

6、72 增加了 OTN 的电层(Digital OTN layered Structure )：(1) OTU 层(Optical channel Transport Unit):在 OTN 网络的两个 3R( Reamplification, Reshaping and Retiming)点之间传输ODU信号。(2) ODU 层(Optical channel Data Unit):为客户信号提供端到端的传输。2、光复用段层(Op tical mult ip lexsectionlayer):支持波长的复用,以信道的形式管理每一种信号。提供包括波分复用、复用段保护和恢复等服务功能。主要功能:(

7、1)光复用段层包头处理(2)光复用段层的操作、管理、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，光传输段层用来确保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控制功能。(1)光传送段层包头处理(2)光传送段层的操作、管理、维护OTN层次结构及信息流之间的关系见图2.2.1-2 。图221-2 OTN 层次结构及信息流之间的关系2.2光网络管理G.872针对OTN提出的光网络管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

8、4、信号质量监测5、适配管理6、保护控制7、子网/级联/未用连接监测8、管理通信表2.2.2-1光网络管理需求管理能力过程功能OCH网络层次OMSOTS管理能力过程功能网络层次OCHOMSOTS连续性监视连续性丢失检测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适配管理净负荷类型显示ARFFSFFS保护控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管理通信信息通道ANRFFSR辅助通道ANRNRO操作者规范ANRNRR国家

9、使用ANRNRFFSR:需要 Required; NR:不需要 Not required;O:可选择Optional;FFS:待研究 Forfurther study;NA :不适用 Not appiicable;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 beallocated to one or more functions and the allocation is for further study.； P： 端至 U端通道En

10、d-to-end p ath2.3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，恢复由于涉及到重路由的算法，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体规定，OTN各种保护方式在 G.87

11、3.1、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OTN网络 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的1+1保护和1:n保护：G.873.1规定了 OTN基于ODUk 的线性保护。3、基于 ODUk的环网保护：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的MSP保护。4、波长共享保护（基于光通道的

12、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保护。3. OTN帧结构、映射及开销3.1网络接口再生能力；同一管理域之间的不同管理域之间的接口为IrDI，具有3RlaDI 不接口为laDI。在ITU标准中IrDI接口是一个完全标准化的接口，而是一个具备互通性的标准接口。3.2 OTN信号的映射及复用3.2.1 OTN 信号速率G.709为OPUk、ODUk、OTUk各分别规定了 3种速率，见表 2.3.2-1表 232-3 , OPUk、ODUk、OTUk 的帧频见表 232-4。表2.3.2-1 OTUk 类型及速率OTV TypeO

13、TV doidIda tit rateOTV bivriteOTVl255.-2JS 2 45 320 kbi仁±20 ppmOTU2255/237=* 9 953 2S0 libit ?OTUSNOTE The soiuinal OTUk rales are approiiinatelv： 2 fi6& Qj7,143 tbi" (OTVl),70S 225 J16 Lbit/s(OTO，aiid 43 013 413.559(-OTUai表2.3.2-2 ODUk 类型及速率ODV ripeODV nQmiiuU bjr i-areODV hit-r att r

14、ole ranceODUl259/238 « 2 4B8 320 kbits±20 FP 血ODUm239/137 9 953 KOkbit?ODU5y卵'S'Ij lOtbiLKKOTE Tae aoniLsal ODUkaie- jpproxiniately; 2 4?S 775.126 kbit =3 (ODL'l), 10 03? 273.924 tbiVs(ODUJ) and 40 jie 2 lS.ee3-kbit's表2.3.2-3 OPUk 类型及速率?L' tyjKOPV Payload nominal hit 旧怙

15、OFU Payload birrate tokranceOPUL2 4as 320kbits±20 ppmOPU2233237 X'9'953 28Ckbit'sOPU523S236«59SB12OkbiK5OPUL-XvK « J 453 320 阳仏±20 ppiinOPMXM23S；?i7 5*9P53 2£OitbiL'5OPUS-Xv39 SB 120 kbit/sNOTE - The zioniLnal OPUk Payload rate are approsimitelv. 2 4SS 320.0M

16、) kbks (OPUl Pavload.).? 995 27*5.9(52 kbic s COPUi PayJoad) aud 40 150 519322 tdn (OPl；3 Payload) Tlie aoiiinalOPLk咒r Payloadra：e5 Die appro崗umsk：2 +S£ 520.000 kbitw (OPUlTayload), * 9 9忙药6.9处 kbiv's(OPr2-：v Pa.yJoad) and血 150 519.322 kbit灯 QP口-坯v Payb迫.表 2.3.2-4 OTUk/ODUk/OPUk帧频0TI70DL7OF

17、T' typtCSote)Orui/ODLI OPL l OPCl -Xv48 971OTU2JODU2'"OPV：丿 OPU ZOrUj/ODUi OPUj 0PL3 皿3 035 遁MOTE -Tae period an approsiimjled value, rouadd to 3 diEiCs.分别对应STM-16、(注：2488320kbit/s、9953280kbit/s、39813120kbit/sSTM-64、STM-256 的速率，对于公式 0TU1 速率=255/238x2488320kbit/s可以参考后文 OTUk的帧结构及STM-N客户信号

18、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(3808-16)x4 个字节，4080/ ( 3080-16)=255/237 )3.2.2 OTN信号的映射及复用1、电层信号的映射及复用各种客户层信息经过光信道净荷单元OP Uk/O PUK-Xv的适配，映射到ODUk中，然后在 ODUk、OTUk中分别加入光信道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 OCC上。电层信号的映射及复用见图 232-1。图232

19、-1电层信号的映射及复用2、光层信号的映射及复用OCG-nr.m 中,多至n（n > 1）个OCCr使用波分复用被复用进一个OCG nr.m 中的OCCr支路时隙可以具有不同的容量；对于完整功能的OTM n.m接口，OSC通过波分复用被复用进 OTM-n.m 中。光层信号的映 射及复用见图232-2 。图232-2 光层（OTM ）信号的映射及复用3.2.3电层（OPUk、ODUk、OTUk ）信号的帧结构及开销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

20、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。窝o00734图232-3 电层帧结构图Z3 冥浮Z<MiK mi各开销字节如下图:ColumiiRo他14 FASRESrCM3GCC1TCMACTGCC2TCM6TCM2APS.PCCTCM5TCM1PMTCIVWRES - , > IL *j 点IIUaBu KmBISIEXPRESPSIJC；DmiKQH 图232-4电层开销字节示意图（1）FAS:帧定位单元FAS （第一行1-6列）；（2）MFAS:

21、复帧定位MFAS单元（第一行第7列）；最多支持由256个帧构成的复帧（3）SM:段监视：SM的字段的结构见图233-3（TTI:路径跟踪标识，提供链接监测功能，SAPI-源接入点标识，DAPI- 宿接入点标识，这两个标识必须全球唯一，以便于全网的管理和运营）BIP-8 :比特间差奇偶校验 8位码，一种误码检测方式，SDH也是采用 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。图232-5 SM 字段结构

22、GCCO :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；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233-4。相比SM字段的结构，多了 STAT字段，STAT字段用于指 示维护信号。232-6 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:码速调整控制；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 PS

23、l0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）， 其余字节为保留字节。NJO :用于正码速调整;PJO:用于负码速调整3.2.4 OOS ( OTM Overhead Sig nal )，并未具体规定具体的 OOSG.709提出了 OOS的功能需求(见图 233-1帧结构、速率及实现标准。iGeneral niaiiasement coiimiLuiicaTiousJ1 o.70s/Y.im rii>i图 232-7 OOS 中 OTS、OMS、OCh开销字节示意图BDI: Backward Defect In dicatio nFDI

24、-O: Forward Defect In dicati on - OverheadFDI-P: Forward Defect In dicati on - PayloadOCI: Open Connection In dicati onP Ml: P ayload Missi ng In dicationTTI: Trail Trace Ide ntifier3.2.5 OTN的虚级联OPUk-Xv，其中 k=1.3 ,X=1.256，即最多支持256个OPUk的虚级联。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 O

25、PU2-4V 或 OPU1-16V 传送 STM-256 等(2)实现灵活的带宽调整：通过OPU1-XV OPU2-XV OPU3-XV提供X * 2.5 G10G、40G带宽；通过 LCAS ( Link 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，以提高业务安全 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信号由OTN设备本身的时钟产生，与 CBR信号无关, 并使用正/负/零调整机制以容忍一定的频偏;2、比特同步：OPUk时钟

26、来自于CBR客户信号，不使用 OPUk帧内的调整 能力；目前大部分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 图 2.3.2-10 。10B3&05DD匸二 严DDDJ,0D|dI一| UD3SWIF. 9 卜 B1图 2.3.2-8 STM-16 映射至 OPU159 ZuIi6rsiisxteolU M1IIXXIODiiyx ibjj:上 LJ 出u118 X16D16F&119 X15D5 J】刃” 117X 16DI莊SIHX4图 232-9 STM-64 映射至 0PU2工工碍 X leDlOFST9

27、X16DMF氐79xlCjD7S K LSD16bSlebS7Pv IfiDX16D16FS"9X16DIfFS79X15D722£15D+ 7" K16D16FS"9X16DIdFS79X 16D屮9 L23映射至0PU3图 2.3.2-10 STM-2564与326.2 ATM 信号的映射ATM信元是固定长度的53个字节（其中包头5个字节，净荷48个字节），OPUk的净荷长度是15232个字节（=4*3808 ） , OPUk的净荷长度不是 ATM信元长度的整数倍，在映射时，ATM信元可能跨越OPUk帧边界。JS2415LU比3s兰里S4LU 出15

28、 疋 17OPUl ox血诃OPUk paylojdATM cell亍3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及 最新标准的发展，分别介绍 GE/10GE/40GE/100GE 客户信号的映射。1、GE客户信号 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 采用的方式都各不相同，大致可以分为两大类:(1)通过GFP协议将GE业务映射到STM N中，

29、之后再映射到OPU 中, 比如:A、GE->GFP-F->VC4-8C->STM-64->OPU2->ODU2->OTU2B、GE->GFP-F->VC4-7C->STM-64->OPU2->ODU2->OTU2(2)通过GFP协议将GE业务映射到 OPU1/OPU2 时隙，比如:->OP U1->GE->GF P-F/T-> OPU1ODU1->OPU2->ODU2->OTU2。每个 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

30、>GFP-T->OPU2 时隙一>OPU2->ODU2->OTU2。每个 OPU2 中 封装8个GE业务。GE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 到OPU需要经过SDH这个中间环节，因此必须配置 SDH成帧器，造成成 本增加且效率降低。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 低成本，提高了效率。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，提高效率。2、10GE客户信号ITU-T G.Sup43 描述了 OT

31、N 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±20 ppm，根据 ITU-TIEEE 802.3定义了用于兼容SDH速率的WANG.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-R(LAN PHY)仅有效载荷部分映射为 OPU2格式该

32、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 信号映射为OPU2e格式该方式采用CBR10G信号映射到OPU2的方案，通过提高帧频的方式将 10GbE LAN PHY 信号映射到 OPU2e oOTU2e 信号标称速率 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± 100 ppm，因此ITU-T G.8251

33、 规定的有关抖动和漂移的标准控制方法不能适用。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信号映射到OPU1的方案，通过提高帧频的方式将10GbE LAN PHY 信号映射到 OPU1e。OTU1e 信号标称速率11.0491Gbit/s，与方式一的区别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控制方法不能适用。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 MAC 帧采用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

34、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透传以及定时和同步信息的传送。3 40GE客户信号ITU-T 对目前IEEE对40GE的速率和帧结构还没有完成最终定义,40GE的映射结构也还没有完成标准化，IEEE 802.3 HSSG和ITU-T SG15Q11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：米用编码转换的方式,64B/66B

35、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 0鉴于以上情况，我们相信在 2010年40GE相关标准制定的时候，40GE 如何映射到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2010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100G

36、bit/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 OP U4/ODU4/OTU4速率和帧结构的定义；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、GFP封装映射（例如,GFP帧可能GFP是G.7041规定的一种把任意包信号封装到固定速率信号OPUk）上的一种通用方法。GFP帧为可变字节长度，在映射时,跨越OPUk帧边界。对于 GE业务可以采用GFP封装。overheadGFP idk fiaiiirGFPhaioebytes图232-12

37、 GFP 封装映射至OPUk（帧映射）两种方式。GFP-FGFP封装可以分为GFP-T （透明映射）和GFP-F把客户帧映射成它自己的 GFP格式，GFP-T对客户代码解码，然后映射成为一固定长度的GFP格式，在没有接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，对帧进行结构处理，使处理时延很小，适合FC、ESCON等通道性业务。处理方式：帧映射方式是将业务的 MAC层数据重新映射到 GFP包中,因此接受业务包，需要识别帧头帧尾和一些控制字符，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8B/1

38、0B码，识别是数据还是控制字，因此透明映射方式可以满足符合编码的任何业务。帧格式区别：帧映射方式按照包方式处理业务，映射的GFP包长根据输入业务包长决定，因此包长可变；透明方式则是映射到固定包长中。4.小结1、通过上述对 OTN技术体系的研究,SDH、WDM、OTN三种技术体系对比如下:表2.4-1 OTN、SDH、WDM 技术体系对比技术体系OTNSDHWDM分层结构ODUk（电通道层卜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、光传送层复用及映射OPU1、OPU2、OPU3 及其映射 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及其复用映射关系， SDH中进入虚容器的是 PDH或 者是低速率的以太网信号等开销字节GCC0 GCC2D1 D12APS/PCCK1、K2FASA1、A2SM、PMJ0、BIP-8PS