《全光通信网》课件-第4章 光传送网技术

2025/10/17《全光通信网》保护时隙保护时隙保护时隙路由标记载荷同步比特分组头同步比特时隙T:1.646ｕs=128byte(分组头为622Mbit/s)5字节14字节2字节102字节5字节分组头180ns64.3ns26ns64.3ns载荷1311ns时间保护时隙用来补偿光器件的交换时间、净荷在节点处可能的抖动以及在网络节点接口处同步单元的有限的冲突解决能力。载荷比特率在一定程度上是透明的(比特率可变)。光分组的固定时隙长度可简化同步操作。2.5-10G透明光分组的帧格式2025/10/17《全光通信网》OPS节点结构及工作原理光分组的预放大和同步、信头提取、净荷定位和缓存等光分组净荷的输出缓存、定位、同步、放大以及新报头插入、冲突解决等负责光分组路由交换、上/下路、冲突解决等，决定了节点的交换速率、吞吐量、可扩展性等分析、判断报头信息，发出同步、交换路由的控制信号去控制输入模块和交换矩阵，再产生新报头信息输入到输出模块中2025/10/17《全光通信网》交叉矩阵偏置时间12112221突发数据突发数据信道（波长）（波长）控制信道控制分组OBS控制器光/电/光控制分组处理（建立/带宽预留）在OBS中，首先在控制波长上发送控制（连接建立）分组，然后在另一个不同的波长上发送突发数据。光突发交换原理图突发数据从源节点到目的节点始终在光域内传输控制分组在每个节点都需要进行O/E/O的变换以及电处理。2025/10/17《全光通信网》Packet(a)vs.Burst(b)Switching第四章光传送网技术2025/10/17《全光通信网》课堂主要内容一.OTN基本概念二.OTN的分层结构三.OTN的复用和映射四.OTN的信息结构五.数字包封技术六.OTN的技术优势理解理解理解2025/10/17《全光通信网》SDH/SONET已经非常成熟，但在传送层方面存在不足。DWDM的大容量传输及在宽带业务承载方面的局限。互联网、电子商务、移动技术发展迅速，以太网等数据业务发展迅速。Internet业务量的爆炸性增长多种业务种类（如多媒体）的出现新的光器件的出现，如光开关、OXC、OADM等。OTN提出的原因2025/10/17《全光通信网》强大而灵活的交叉调度能力多种完善的保护机制规范的映射、复用，多层次的嵌入式开销丰富的可运营可管理经验SDH的优势——电层处理机制……2025/10/17《全光通信网》

目前的光电混合网络光电混合网电子节点光节点边缘电网络光传输系统核心光网络现有光电混合网SDH在传送层面的不足：

光技术仅用于两个节点间的点对点传输，以VC调度为基础，不能满足未来骨干网节点Tbit/s以上的大容量业务调度2025/10/17《全光通信网》在未来的3～5年之内，新业务的发展将驱动业务量快速增长;快速增长的新业务以大颗粒宽带业务为主；大量的大颗粒宽带业务需要进行有效的调度和管理，提高QOS，满足网络运营的需要。InternetAccessresidential31%BBAccInternet11%Privatelines25%VideoDistribution27%Voice(Fixed+Mobile)4%6X20052010IP化驱动下的网络发展趋势大颗粒宽带业务蓬勃发展，对传送网提出了新的要求！DataServices(ATM/FR,VPN)2%2025/10/17《全光通信网》保护机制不完善简单的OSC，无法对通道进行精确的管理……传统WDM在宽带业务承载方面的局限传统的WDM设备无法满足要求，问题主要在调度、保护、管理等方面。无交叉调度能力，不能成网络复用、映射机制不完善，业务互通能力差2025/10/17《全光通信网》WDM的大容量传送机制＋SDH的电层处理机制OTNOTN（OpticalTransportNetwork）的概念复用传送点对点WDM复用、传送、组网保护、交换同步、管理WDM网络OTN是在现有的传送网中加入光层，提供光交叉连接和分插复用功能，提供有关客户层信号的传送、复用、选路、管理、监控和生存性功能

；OTN在点对点WDM线路系统基础上，增强节点汇聚和交叉能力、组网保护和OAM管理能力。2025/10/17《全光通信网》ADMADMOXCADMOADMADMOADMDXCADMOADMADMOADMOTN网络结构示意图2025/10/17《全光通信网》透明子网不透明节点透明子网中光通道实现端到端的连接不透明节点实现子网间互联，包括电子3R再生随着光子技术的发展，透明子网的范围逐步扩大。透明节点光交换结构电交换结构不透明节点O/EE/O2025/10/17《全光通信网》从功能上看，OTN在子网内可以实现全光传输，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再生器连接，从而构成一个大的光网络。光传送网的发展趋势是逐步采用先进的光器件取代光电转换设备，逐步扩大透明子网的覆盖范围，最终实现全光网络的理想目标。2025/10/17《全光通信网》

SDH传送网的分层模型电路层网络电路层物理层高阶通道层低阶通道层复用段层再生段层VC-12VC-4-XC复用段再生段物理层电路层通道层传输媒质层VC-4VC-3虚容器VC是SDH系统中最重要的信息结构，用来支持SDH通道层的连接2.240Mb/s150.336Mb/s48.960Mb/sX=4,16,64,256SDH的分层结构2025/10/17《全光通信网》

SDH系统的分层结构

再生段TM

REGADMTM再生段复用段复用段通道光缆光缆光缆

再生段:是指两个相邻再生站之间、再生站与相邻ADM站或TM站之间的部分

复用段:是指二个相邻ADM站或TM站的部分

通道:它是针对信息而言，指两个ADM（或TM）之间的所有部分2025/10/17《全光通信网》电路层网络光通道(Och)层光复用段(OMS)层光传输段(OTS)层物理媒介(OMS)层光传送网已存的各种形式的业务，边缘电节点实现端到端的光路径的建立、管理和维护光层信头的处理光信道的监控与电层适配、多种业务的接入OTN的分层结构2025/10/17《全光通信网》电路层网络光通道(Och)层光复用段(OMS)层光传输段(OTS)层物理媒介(OMS)层光传送网实现多波长光信号的联网功能实现光复用段信头开销的处理光复用段的管理与维护OTN的分层结构2025/10/17《全光通信网》电路层网络光通道(Och)层光复用段(OMS)层光传输段(OTS)层物理媒介(OMS)层光传送网实现在不同传输媒介（即光纤）上传送光信号的功能传送段信头开销处理与维护各种光纤及其它物理媒介的传送功能OTN的分层结构2025/10/17《全光通信网》OTN的分层结构与实际设备连接关系示意图SDHNESDHNEOTSOCh电通信信道NE:网元终端OXC:光交叉连接器OADM：光分插复用器OA:光放大器

OCh:光通道OMS:光复用段OTS:光传输段OMSOTSOTSOAOAOXC/OADMOXC/OADM

光通道层提供光的端到端服务，是由一个或多个光复用段层组成。光复用段层是由多个光传输段层组成。2025/10/17《全光通信网》

SDH网络层直接以光纤物理媒介层为传送平台，即SDH信号直接送到各种规定类型的光纤中传输。

在SDH网络层和光纤物理媒质层之间增加了光传送层，SDH网络到光传送网平滑过渡。SDH网络层由光传送网所支持，而光传送网又由最下面的光纤物理媒质层所支持。OTN的分层结构2025/10/17《全光通信网》光通道层又分为三个电域子层：光通道净荷单元(OPU)、光通道数据单元(ODU)、光通道传送单元(OTU)OpticalChannellayernetwork光通道层（OCh）OpticalMultiplexSectionlayernetwork光复用段层（OMS）OpticalTransmissionSectionlayernetwork光传输段层（OTS）客户层光层光通道净菏单元（OPU）光通道数据单元（ODU）光通道送单元（OTU）

光通道OCh光域3个电域子层IP、ETHERNET、ATM、SDH/SONET光通道层的3个子层2025/10/17《全光通信网》

OTN的复用映射结构（简化版）OTN的复用和映射ODU3OPU3OTU3[V]×1×1

客户信号ODU2OPU2OTU2[V]×1×1ODU1OPU1OTU1[V]×1×1×1OCCrOChr×1OCCrOChr×1OCCrOChr×1OCCOCh×1OCCOCh×1OCCOChOTS、OMS、OCh、COMMS、OH复用映射OTM-0.mOCG-nr.mOCG-n.mOTM-nr.mOTM-n.m×1×1×1×i×j×k×i×j×k1≤i+j+k≤nOSCOOS×1×1×1×1×1×1k=1对应2.5Gbit/sk=2对应10Gbit/sk=3对应40Gbit/s

客户信号

客户信号k是以客户信号的速率有关的阶数2025/10/17《全光通信网》各种不同的业务信号映射光通道层（OCh）？+OPUk开销OPUkOTUk映射映射光通道层（OCh或OChr）客户层信号如IP、Ethernet和STM-N信号+ODUk开销ODUk映射+OTUk开销调制光通道载波（OCC或OCCr）2025/10/17《全光通信网》调制光通道传送单元（OTUk）光传送模块OTM-n.m？光通道层（OCh）信号调制光通道载波（OCC)光通道载波开销（OCCo）光通道载波净荷（OCCp）×n波分复用光通道层载波组（OCG-n.m）映射光传送模块（OTM-n.m）+光监控信道光复用单元(OMU-n.m)+OMSn开销2025/10/17《全光通信网》k=1对应2.5Gbit/sk=2对应10Gbit/sk=3对应40Gbit/s

OTN的复用映射结构（完全版）复用/映射原则：从低到高，逐级跨越2025/10/17《全光通信网》ODUk复用通过适配的ODU1信号是字节交错复用到OPU2净荷区，而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。4个ODU1信号复用成一个ODU22025/10/17《全光通信网》OMSnOTSnOTM-n.mFullfunctionalityOChOTUkVOTUkV只能和自己的设备相连，用到了一些自己的技术OTUkODUkClients(e.g.STM-N,ATM,IP,Ethernet)OPUkODUkP：端到端通道监测ODUkT：串联连接监测OPSnOTM-0.mOTM-nr.mReducedfunctionalityOChrOChsubstructureOTUk用于和其他厂家的设备互连，信号格式有确定的标准m：接口所能支持的信号速率类型或组合OTUkV对复帧、ODU同步映射及FEC的支持是可选的客户信号的映射复用、OTN开销的插入OTUk/OTUkV：完全/功能标准化光通路传送单元OCh/OChr：全功能/简化功能光通道透明域内接口透明域间接口n：接口传送系统允许的最低速率信号时所能支持的最多光波长数目OTM-0.m:物理接口只是单个无特定频率的光波，不支持光监控通道电域TDM光域WDM光信号的复用、放大及光监控通道的加入G.709定义的两种光传送模块OTM2025/10/17《全光通信网》全功能OTM-n.m(n>=1)结构：•OpticalTransmissionSection(OTSn)•OpticalMultiplexSection(OMSn)•FullfunctionalityOpticalChannel(OCh)•CompletelyorfunctionallystandardisedOpticalChannelTransportUnit(OTUk/OTUkV)•OpticalChannelDataUnit(ODUk)简化OTM-nr.m，OTM-0.m包含下列的内容:•OpticalPhysicalSection(OPSn)•ReducedfunctionalityOpticalChannel(OChr)•CompletelyorfunctionallystandardisedOpticalChannelTransportUnit(OTUk/OTUkV)•OpticalChannelDataUnit(ODUk)OTM两种格式的区别2025/10/17《全光通信网》OCCpOCCpOCCpOCCp客户层OPUk净荷OHOPUkOPUkODUkPMOHODUk连接监视ODUkTCMOH1–6层的ODUk连接监视ODUkTCL1ODUkTCLmODUkTCMOHTCMOHODUkOChOTSn净荷OMSn净荷OCh净荷OHOTUk[V]段OHFECOMU-n.mOCG-n.mOTM-n.mOMSnOHOTSnOHOTMCOMMSOOSOTM-n.m的信息结构2025/10/17《全光通信网》OCCpOCCpOCCpOCCp客户层OPUk净荷OHOPUkOPUkODUkPMOHODUk连接监视ODUkTCMOH1–6层的ODUk连接监视ODUkTCL1ODUkTCLmODUkTCMOHTCMOHODUkOChrOMSn净荷OCh净荷OTUk[V]段OHFECOCG-nr.mOTM-nr.mOCCpOPSnOTM-nr.mOTM-nr.m的信息结构2025/10/17《全光通信网》

G.959.1定义了简化功能光传送模块(OTM-0.m,OTM-nr.m)的物理接口，分别是单跨距单波长接口(OTM-0.1/2.5G、OTM-0.2/10G和OTM-0.3/40G)及单跨距16波长接口(OTM-16r.1/2.5G、OTM-16r.2/10G和OTM-16r.3/40G)，物理接口的标准化使得域间互通成为可能。简化功能光传送模块2025/10/17《全光通信网》Client数字包封ODUkFECOHOPUkOH随路开销ClientOH电层ClientODUkFECOHOPUkOHClientOHOChPayloadE/OE/OOPS0OPSnOMSnOTSnOTM-nr.mOTM-0.mOTM-n.m非随路开销OOSOSCOHOHOHOChPayloadOCCOCCOCC光层客户侧信号OTUkODUkOPUkOTN的信息结构2025/10/17《全光通信网》OPUk提供客户信号的映射功能，其帧结构为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。JC用于码速调整控制NJO:负码速调整PJO:正码速调整PSI:载荷结构标识PT:载荷类型标识RESRESRESPSIJCJCJCNJOPJO12345678JCJCPTRES151617181234012253824行保留PSI………OPUk净荷OPUk

OHOPUk的帧结构00：无调整，PJO字节装净荷数据；01：信号速率快，需负码速调整，该帧要多装信息，NJO和PJO均装载净荷数据；10：信号速率慢，需正码速调整，要少装信息。2025/10/17《全光通信网》

ODUk帧结构为4行3824列，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。

12341141516173824ODUk开销

ODUk

净荷(4×3808byte)开销OPUk帧定位OTUk开销ODUk的帧结构ODUk提供客户信号的数字包封、OTN的保护倒换、提供踪迹监测、通用通信处理等功能。

2025/10/17《全光通信网》ODUk开销1）TCM1~TCM6串联监控（TandemConnectionMonitoring）TCM1~6字节类似于PM开销字节，用来监测每一级的踪迹字节（TTI）、负荷误码（BIP-8）、远端误码指示（BEI）、反向缺陷指示（BDI）及判断当前信号是否是维护信号等。2025/10/17《全光通信网》2）PM通道监控（PathMonitoring）用来监测通道层的踪迹字节（TTI）、负荷误码（BIP-8）、远端误码指示（BEI）、反向缺陷指示（BDI）及判断当前信号是否是维护信号等。3）TCMACT:连接监视的激活和去激活开销ODUk开销2025/10/17《全光通信网》4）APS/PCC:自动保护倒换和保护通信信道字节。5）GCC1,GCC2:提供任何两个接受ODUk帧结构的网络单元之间的通信信道。6）EXP:测试实验使用的开销字节。7）FTFL:提供故障类型和故障定位信息。8）RES:为将来的标准提供的保留字节。ODUk开销2025/10/17《全光通信网》OTN的串联监控例子（4级）2025/10/17《全光通信网》ODUk向OTUk的帧同步映射123414151617382440801OTUk开销

ODUk

净荷(4×3808byte)12341141516173824ODUk开销

ODUk

净荷(4×3808byte)开销OPUkOPUk开销

OTUkFEC(4×256byte)ODUk开销OTUk提供OTN成帧、FEC处理、通信处理等功能。2025/10/17《全光通信网》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。

1234567811129101314FAS帧定位字节MFASSM段监视GCC0RES1通用通信通道预留OTUk的开销OTUk