第4章光傳送網(wǎng)技術

1、第第 四四 章章 光光 傳傳 送送 網(wǎng)網(wǎng) 技技 術術OTN (Optical Transport Network) 光傳送網(wǎng)(OTN)是繼PDH、SDH之后的新一代數(shù)字光傳送技術體制，它能解決傳統(tǒng)WDM網(wǎng)絡無波長/子波長業(yè)務調度能力、組網(wǎng)能力弱、保護能力弱等問題。OTN以多波長傳送、大顆粒調度為基礎，綜合了SDH的優(yōu)點及WDM的優(yōu)點，可在光層及電層實現(xiàn)波長及子波長業(yè)務的交叉調度，并實現(xiàn)業(yè)務的接入、封裝、映射、復用、級聯(lián)、保護/恢復、管理及維護，形成一個以大顆粒寬帶業(yè)務傳送為特征的大容量傳送網(wǎng)絡。 本章將介紹光傳送網(wǎng)的特點與分層結構，重點講述光傳送網(wǎng)的核心技術G.709標準中的數(shù)字包封技術。 O

2、TN是指為客戶層信號提供光域處理的傳送網(wǎng)絡，是指為客戶層信號提供光域處理的傳送網(wǎng)絡，主要功能包括傳送、復用、選路、監(jiān)視和生存性功能主要功能包括傳送、復用、選路、監(jiān)視和生存性功能等。等。OTN處理的最基本的對象是光波長，客戶層業(yè)務處理的最基本的對象是光波長，客戶層業(yè)務以光波長形式在光網(wǎng)絡上復用、傳輸、放大，在光域以光波長形式在光網(wǎng)絡上復用、傳輸、放大，在光域上分插復用和交叉連接，為客戶信號提供有效和可靠上分插復用和交叉連接，為客戶信號提供有效和可靠的傳輸。的傳輸。主要特點：主要特點：1多種客戶信號封裝和透明傳輸多種客戶信號封裝和透明傳輸基于基于ITU-T G.709的的OTN幀結構可以支持多種客

3、戶信號幀結構可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸，如的映射和透明傳輸，如SDH、GE和和10GE等。目前對等。目前對于于SDH和和ATM可實現(xiàn)標準封裝和透明傳送，但對于不可實現(xiàn)標準封裝和透明傳送，但對于不同速率以太網(wǎng)的支持有所差異。同速率以太網(wǎng)的支持有所差異。41 光傳送網(wǎng)的特點光傳送網(wǎng)的特點2大顆粒的帶寬復用、交叉和配置大顆粒的帶寬復用、交叉和配置OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通道數(shù)據(jù)單元（ODUk，k=1,2,3），即ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)和ODU3(40Gb/s)，光層的帶寬顆粒為波長，相對于SDH的VC-12/VC-4的調度顆粒，OTN復用、交叉和配置的

4、顆粒明顯要大很多，對高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務的適配和傳送效率顯著提升。在OTN大容量交叉的基礎上，通過引入ASON智能控制平面，可以提高光傳送網(wǎng)的保護恢復能力，改善網(wǎng)絡調度能力。3強大的開銷和維護管理能力強大的開銷和維護管理能力 OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，OTN光通道(OCh)層的OTN幀結構大大增強了該層的數(shù)字監(jiān)視能力。另外OTN還提供6層嵌套串聯(lián)連接監(jiān)視（TCM）功能，這樣使得OTN組網(wǎng)時，采取端到端和多個分段同時進行性能監(jiān)視的方式成為可能。OTUk層的段監(jiān)測字節(jié)（SM）可以對電再生段進行性能和故障監(jiān)測；ODUk層的通道監(jiān)測字節(jié)（PM）可以對端到端的波長通道進行性能和故障監(jiān)測。4增

5、強了組網(wǎng)和保護能力增強了組網(wǎng)和保護能力通過OTN幀結構、ODUk交叉和多維度可重構光分插復用器（ROADM）的引入，大大增強了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力，改變了基于SDH VC-12/VC-4調度帶寬和WDM點到點提供大容量傳送帶寬的現(xiàn)狀。前向糾錯（FEC）技術的采用，顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務保護功能，如基于ODUk層的光子網(wǎng)連接保護（SNCP）和共享環(huán)網(wǎng)保護、基于光層的光通道或復用段保護等，但目前共享環(huán)網(wǎng)技術尚未標準化。 42 光傳送網(wǎng)的分層結構光傳送網(wǎng)的分層結構 定義成一種三層網(wǎng)絡結構 光通道層光通道層(OCh）、光復用段層光復用段層(OMSn）和

6、光傳輸段層光傳輸段層(OTSn） 光通道層光通道層（Optical Channel Layer，OCh）光通道層為數(shù)字客戶層信號提供端到端的透明光傳輸。根據(jù)G.709的建議，OCh層又可以進一步分為三個子層，分別是光通道的凈荷單元(OPUk）、光通道的數(shù)據(jù)單元(ODUk)和光通道的傳輸單元(OTUk)。這種子層的劃分方案既是多協(xié)議業(yè)務適配到光網(wǎng)絡傳輸?shù)男枰?，也是網(wǎng)絡管理和維護的需要。光通道層上應實現(xiàn)的功能光通道層上應實現(xiàn)的功能: 封裝客戶層信號，建立光通道. 處理光通道開銷，為數(shù)字客戶層信號提供端到端的透明光傳輸. 提供用于光通道的連續(xù)性監(jiān)視和連通性監(jiān)視。以保證創(chuàng)建預期的光通道，并且監(jiān)視創(chuàng)建光

7、通道的工作狀態(tài)和傳輸特性。 在網(wǎng)絡故障情況下，通過重新選路或者直接把工作業(yè)務切換到預定的保護路由來實現(xiàn)網(wǎng)絡業(yè)務的保護恢復。2. 光復用段層光復用段層 (Optical Multiplexing Section Layer, OMSn) 光復用段層為多波長信號提供網(wǎng)絡連接功能，保證多波長光信號的完整傳輸。該層網(wǎng)絡的功能包括： 1)光復用段層開銷處理，保證多波長光復用段適配信息的完整性。 2) 實施光復用段監(jiān)控功能，解決復用段生存性問題。 3) 實現(xiàn)光復用段層的操作和管理。3光傳輸段層光傳輸段層 (Optical Transmission Section Layer，OTSn)光傳輸段層為光復用段

8、的信號在不同類型的光媒質（如G.652, G.653, G.655光纖等）上提供傳輸功能。光傳輸段開銷OTS的特征信息包括兩個獨立的邏輯信息：OMS層的適配信息和OTS路徑終端專用的管理、維護。OTS層應具備的功能：1) 接收OMS層的適配信息，加入OTS路徑終端開銷，產生光監(jiān)控信道，并把光監(jiān)控信號與主信號復用在一起。路徑終端功能以物理媒質上傳輸?shù)男畔橐罁?jù)，保證光信號符合物理接口要求。2）接收傳輸段層網(wǎng)絡信息，重新調節(jié)信息以補償在物理媒質傳輸過程中產生的信號劣化，從主光信號中抽取光監(jiān)控信道，處理光監(jiān)控信道中包含的OTS路徑終端開銷，并把適配信息輸出。3) 實現(xiàn)對光放大器或中繼器的檢測和控制。

9、4) 傳輸缺陷的檢測和指示。5）傳輸質量的評估。光傳送網(wǎng)的分層結構和連接類型4-2 光傳送網(wǎng)的分層結構示意圖光傳送網(wǎng)的分層結構示意圖 SDHNESDHNEOTSOCh電通信信道NE:網(wǎng)元終端 OXC:光交叉連接器 OADM：光分插復用器OA:光放大器 OCh:光通道 OMS:光復用段 OTS:光傳輸段OMSOTSOTSOAOAOXC/OADMOXC/OADM4.3 G.709標準中的數(shù)字包封技術標準中的數(shù)字包封技術 為在光層上提供快速的保護和恢復功能，并能實現(xiàn)為在光層上提供快速的保護和恢復功能，并能實現(xiàn)光路上的交換，針對光傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢，光路上的交換，針對光傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢， ITU-T推出

10、了推出了一系列標準，其中以一系列標準，其中以2001年年2月推出月推出G709建議具有重建議具有重大意義，它指出了光聯(lián)網(wǎng)的技術基礎。大意義，它指出了光聯(lián)網(wǎng)的技術基礎。G709建議的核建議的核心內容就是數(shù)字包封技術（心內容就是數(shù)字包封技術（DigitalWrapper），它定義），它定義了一種特殊的幀格式，將客戶信號封裝入幀的載荷單元，了一種特殊的幀格式，將客戶信號封裝入幀的載荷單元，在頭部提供用于運營、管理、監(jiān)測和保護的開銷字節(jié)，在頭部提供用于運營、管理、監(jiān)測和保護的開銷字節(jié)，并在幀尾提供了前向糾錯（并在幀尾提供了前向糾錯（FEC）字節(jié)。在光傳送網(wǎng)中，）字節(jié)。在光傳送網(wǎng)中，光傳輸段層、光復用段

11、層的開銷信息和光通道層的非隨光傳輸段層、光復用段層的開銷信息和光通道層的非隨路的開銷信息可以用光監(jiān)控信道（路的開銷信息可以用光監(jiān)控信道（OSC)來傳送。來傳送。 4.3.1 OTN的復用映射結構的復用映射結構1光傳送模塊的復用映射結構光傳送模塊的復用映射結構k=1對應對應2.5Gbit/sk=2對應對應10Gbit/sk=3對應對應40Gbit/sODU3OPU3OTU3V11ClientsignalODU2OPU2OTU2V11ClientsignalODU1OPU1OTU1V11Clientsignal1 1OCCrOChr1 1OCCrOChr1 1OCCrOChr1 1OCCOCh1

12、1OCCOCh1 1OCCOChOTS、OMS、OCh、COMMS、OH復用復用映射映射OTM-0.mOTM-0.mOCG-nr.mOCG-nr.mOCG-n.mOCG-n.mOTM-nr.mOTM-nr.mOTM-n.mOTM-n.m1 11 11 1i ij jk ki ij jk k1i+j+k nOSCOOS1 11 11 11 11 11 1k=1對應對應2.5Gbit/sk=2對應對應10Gbit/sk=3對應對應40Gbit/s圖圖4-4 一種電層復用映射結構一種電層復用映射結構ODUk復用復用例子：例子： 4個個ODU1信號復用成一個信號復用成一個ODU2，如圖4-5所示。圖4

13、-5表明了多路信號的四個ODU1到ODU2的復用.通過適配的ODU1信號是字節(jié)交錯復用到OPU2凈荷區(qū)，而他們的調整控制和機會字節(jié)（JC， NJO ）是字節(jié)交錯復用到OPU2開銷區(qū)。 一個ODU1浮動裝入1/4 OPU2有效載荷區(qū)。圖圖4-5 4個個ODU1信號復用成一個信號復用成一個ODU21 1）光信道凈負荷單元）光信道凈負荷單元( (Optical Channel Payload Unit k)Optical Channel Payload Unit k) 光信道凈負荷單元光信道凈負荷單元(OPUk(OPUk）是為使客戶層信息能夠）是為使客戶層信息能夠在光信道層上傳送提供適配功能，包括客

14、戶層信息以在光信道層上傳送提供適配功能，包括客戶層信息以及用來適配客戶層信息和光信道數(shù)據(jù)單元及用來適配客戶層信息和光信道數(shù)據(jù)單元(ODUk)(ODUk)的凈的凈負荷速率而需要的所有開銷信息。負荷速率而需要的所有開銷信息。k k是與客戶信號的速是與客戶信號的速率有關的階數(shù)（如圖率有關的階數(shù)（如圖4-34-3所示所示ODU1ODU1，ODU2ODU2，ODU3ODU3）。）。2) 2) 光信道數(shù)據(jù)單元光信道數(shù)據(jù)單元(Optical Channel Data Unit k)(Optical Channel Data Unit k) 光信道數(shù)據(jù)單元光信道數(shù)據(jù)單元k k（ODUkODUk）是用來支持）是

15、用來支持OPUkOPUk的信息的信息結構，由結構，由OPUkOPUk的信息和光信道數(shù)據(jù)單元開銷的信息和光信道數(shù)據(jù)單元開銷(ODUk OH)(ODUk OH)組成。光信道數(shù)據(jù)單元支持嵌套的組成。光信道數(shù)據(jù)單元支持嵌套的1-61-6層的連接監(jiān)視。層的連接監(jiān)視。 3)光信道傳送單元光信道傳送單元 (Optical Channel Transport Unit k) 該層該層(OTUk)在一個或更多的光信道連接的基在一個或更多的光信道連接的基礎上支持礎上支持ODUk的信息結構，是由光信道數(shù)據(jù)單的信息結構，是由光信道數(shù)據(jù)單元元(ODUk),光信道傳送單元的光信道傳送單元的FEC域和光信道傳域和光信道傳送

16、單元的開銷送單元的開銷(OTUk OH)組成的。組成的。簡化功能的簡化功能的OTM-nr.m和和TM-0.m包括光物理段層（包括光物理段層（OPSn)、簡、簡化功能的光信道層化功能的光信道層(OChr),標準功能的光信道傳送單元標準功能的光信道傳送單元(OTUk/OTUkV)和光信道數(shù)據(jù)單元和光信道數(shù)據(jù)單元(ODUk)。 圖圖4-3顯示了顯示了OTM中各種不同信息結構單元間的關系及其映中各種不同信息結構單元間的關系及其映射和復用結構。根據(jù)射和復用結構。根據(jù)ITU-TG.709的建議，各種客戶層信息的建議，各種客戶層信息（SDH, ATM, IP,以太網(wǎng)等）可以按照一定的映射和復用結構接以太網(wǎng)等

17、）可以按照一定的映射和復用結構接入到入到OTM中。由圖中。由圖4-3可見，各種客戶層信息經(jīng)過光信道凈荷可見，各種客戶層信息經(jīng)過光信道凈荷單元單元k(OPUk)的適配，映射進一個的適配，映射進一個ODUk,然后在然后在ODUk和和OTUk中分別加入光信道數(shù)據(jù)單元的開銷和傳送單元的開銷，再被映中分別加入光信道數(shù)據(jù)單元的開銷和傳送單元的開銷，再被映射到光信道層（射到光信道層（OCh或或OChr），調制到光信道載波），調制到光信道載波(OCC或或OCCr)上。上。k=1對應對應2.5Gbit/s的速率，的速率，k=2對應對應10Gbit/s的速率，的速率，k=3對應對應40Gbit/s的速率的速率。

18、多個光信道載波（例如，多個光信道載波（例如，i個個40Gbit/s的光信號、的光信號、j個個10Gbit/s的光信號、的光信號、k個個2.5Gbit/s的光信號，的光信號，1 i+j+kn）被復用進一）被復用進一個光信道載波組（個光信道載波組（OCG-n.m或或OCG-nr.m）中，）中，OCG-n.m再加再加上光監(jiān)控信道上光監(jiān)控信道(OSC)后，構成光傳送模塊后，構成光傳送模塊OTM-n.m 。圖。圖4-4也也給出給出OTM-O.m和和OTM-nr.m的映射和復用結構。的映射和復用結構。 2 OTN 的信息結構的信息結構(information structure)G.709定義定義OTN完

19、全功能光傳送模塊（完全功能光傳送模塊（OTM-n.m）的信息結）的信息結構如圖構如圖4-6所示。從客戶業(yè)務適配到光通道層（所示。從客戶業(yè)務適配到光通道層（OCh），信號），信號的處理都是在電域內進行，包含業(yè)務負荷的映射復用、的處理都是在電域內進行，包含業(yè)務負荷的映射復用、OTN開銷的插入，這部分信號處理處于時分復用（開銷的插入，這部分信號處理處于時分復用（TDM）的范圍。）的范圍。首先光通道凈負荷單元首先光通道凈負荷單元OPUk將各種客戶層的信息，如將各種客戶層的信息，如IP、Ethernet和和STM-N等信號進行適配，加上等信號進行適配，加上OPUk的開銷（的開銷（OH）形成形成OPUk信

20、息，然后映射進一個光通道數(shù)據(jù)單元信息，然后映射進一個光通道數(shù)據(jù)單元ODUk加入加入光通道數(shù)據(jù)單元的開銷，光通道數(shù)據(jù)單元的開銷，1-6個個ODUk可以實現(xiàn)連接監(jiān)視，再可以實現(xiàn)連接監(jiān)視，再映射進傳送單元映射進傳送單元OTUk中，加入中，加入OTUk的開銷，到光通道傳送的開銷，到光通道傳送單元單元OTUk中，再被映射到光通道層（中，再被映射到光通道層（OCh或或OChr），調制），調制到光通道載波到光通道載波(OCC或或OCCr)上。上。k=1對應對應2.5Gbit/s的速率，的速率，k=2對應對應10Gbit/s的速率，的速率，k=3對應對應40Gbit/s的速率。的速率。OCCpOCCpOCCp

21、OCCpOCCpOCCpOCCpOCCp客戶層客戶層OPUk凈荷凈荷OHOPUkOPUkODUkOHODUk連接監(jiān)視連接監(jiān)視ODUkTCMOHTCMOH1 6 層層的的ODUk連接監(jiān)視連接監(jiān)視ODUkTCL1ODUkTCLmODUkTCMOHTCMOHTCMOHTCMOHODUkOChOTSn凈荷凈荷OMSn凈荷凈荷OCh凈荷凈荷OHOTUkV段段OHFECOMU-n.mOMU-n.mOCG-n.mOCG-n.mOTM-n.mOTM-n.mOMSnOMSnOHOTSnOTSnOHOTMCOMMSOTM-n.m的信息結構和包容關系的信息結構和包容關系OOSOCCpOCCpOCCpOCCpOCCp

22、OCCpOCCpOCCp客戶層客戶層OPUk凈荷凈荷OHOPUkOPUkODUk通道通道OHODUk連接監(jiān)視連接監(jiān)視ODUkTCMOHTCMOH1 6 層層的的ODUk連接監(jiān)視連接監(jiān)視ODUkTCL1ODUkTCLmODUkTCMOHTCMOHTCMOHTCMOHODUkOChrOMSn凈荷凈荷OCh凈荷凈荷OHOTUkV段段OHFECOCG-nr.mOCG-nr.mOTM-nr.mOTM-nr.m圖圖4-7 OTM-nr.m的信息結構和包容關系的信息結構和包容關系OCCpOCCp光信道凈荷單元的幀結構光信道凈荷單元的幀結構如圖如圖4-8所示，包括所示，包括4行行3810列，列，共共4X381

23、0個字節(jié)，主要包括光信道凈荷單元的開銷和凈個字節(jié)，主要包括光信道凈荷單元的開銷和凈負荷。負荷。JCJC用于碼速調整控制用于碼速調整控制NJO :NJO :負碼速調整負碼速調整PJO :PJO :正碼速調整正碼速調整PSI :PSI :載荷結構標識載荷結構標識PT :PT :載荷類型標識載荷類型標識圖圖4-8光信道凈荷單元的幀結構光信道凈荷單元的幀結構RESRESRESRESRESRESPSIPSIJCJCJCJCJCJCNJONJO PJOPJO1 2 3 4 5 6 7 8JCJCJCJCPTPTRESRES15 16 17 181 2 3 40 1 225 3824行行保留保留PSIPSI

24、 OPUkOPUk凈荷凈荷OPUkOPUk OHOH圖圖4-9 光通道數(shù)據(jù)單元的幀結構光通道數(shù)據(jù)單元的幀結構1234114 15 16 173824ODUk開銷開銷 ODUk 凈荷凈荷( (43808byte)開銷開銷OPUk幀定位幀定位OTUk開銷開銷ODUk向OTUk的幀同步映射123414 15 16 1714 15 16TUk開銷開銷 ODUk 凈荷凈荷( (43808byte)1234114 15 16 1714 15 16 173824ODUk開銷開銷 ODUk 凈荷凈荷( (43808byte)開銷開銷OPUkOPUk開銷開銷 OTUk FEC( (42

25、56byte)ODUk開銷開銷如圖所示，光信道傳送單元的開銷與光信道數(shù)據(jù)單元如圖所示，光信道傳送單元的開銷與光信道數(shù)據(jù)單元是部分共享的，是部分共享的，光信道傳送單元的專用開銷包括：光信道傳送單元的專用開銷包括：SM（段監(jiān)視）和通用通信通道（段監(jiān)視）和通用通信通道（GCC0)。預留了兩個字。預留了兩個字節(jié)節(jié)(RES)用作未來國際標準化使用。用作未來國際標準化使用。光信道傳送單元光信道傳送單元(OTUk）的開銷）的開銷1234567811129101314FAS 幀定位字節(jié)幀定位字節(jié)MFASMFASSM 段監(jiān)視段監(jiān)視GCC0RES1通用通通用通信通道信通道預留預留OTUk的開銷的開銷 光信道數(shù)據(jù)單

26、元的幀結構光信道數(shù)據(jù)單元的幀結構如圖所示，包括如圖所示，包括4行行3824列，列，主要包括光信道數(shù)據(jù)單元的開銷、凈負荷和主要包括光信道數(shù)據(jù)單元的開銷、凈負荷和OPUk的開的開銷。塊狀幀結構中前銷。塊狀幀結構中前14列，除第一行的第列，除第一行的第1-7列是與列是與OTUk共享的幀定位字節(jié)、共享的幀定位字節(jié)、8-14列用于承載列用于承載OTUk的專的專用開銷外，其他都用來傳送光信道數(shù)據(jù)單元的開銷。用開銷外，其他都用來傳送光信道數(shù)據(jù)單元的開銷。光信道數(shù)據(jù)單元的幀結構光信道數(shù)據(jù)單元的幀結構1234114 15 16 173824ODUk開銷開銷 ODUk 凈荷凈荷( (43808byte)開銷開銷O

27、PUk幀定位幀定位OTUk開銷開銷光信道數(shù)據(jù)單元的開銷光信道數(shù)據(jù)單元的開銷如圖所示，幀定位信號是與光信道傳送單元如圖所示，幀定位信號是與光信道傳送單元共享的，第共享的，第2- 4行的第行的第1-14字節(jié)是字節(jié)是ODUk的專用開銷，主要用于：的專用開銷，主要用于：6層的連接監(jiān)視（層的連接監(jiān)視（TCM1-TCM6）、通道監(jiān)視）、通道監(jiān)視(PM) ,連接監(jiān)視的激活和連接監(jiān)視的激活和去激活開銷去激活開銷(TCM ACT),自動保護倒換和保護通信信道字節(jié)自動保護倒換和保護通信信道字節(jié)(APS/PCC）、可以動態(tài)地創(chuàng)建與去除通道的通用通信通道字節(jié)）、可以動態(tài)地創(chuàng)建與去除通道的通用通信通道字節(jié)（GCC 1和

28、和GCC2 ),測試測試(EXP)和故障類型及故障定位和故障類型及故障定位(FTFL),此外預此外預留了留了9個字節(jié)用于未來的國際標準化。個字節(jié)用于未來的國際標準化。 1 2 3 4 5 67 8 9 10 11 1213 14 15 161234幀定位信號幀定位信號OTUk開銷開銷RESTCMACTTCM6TCM5TCM4TCM3TCM2TCM1PMAPS/PCCGCC1RESEXPFTFLOPUk開開 銷銷GCC2光信道數(shù)據(jù)單元的開銷光信道數(shù)據(jù)單元的開銷4.3.2 OTN設備情況設備情況在2006年12月的ITU香港世界電信展上，華為首次展示了OSN系列OTN設備，是全球第一款集成全部WDM能力的智能OTN傳送和交換系統(tǒng)，產品引起海內外運營商的廣泛關注。隨后，華為在2007年3月歐洲C5論壇上進行了全球正式商用發(fā)布，5月份在江蘇電信舉辦了OTN全球現(xiàn)場會。如今，OTN設備已經(jīng)實現(xiàn)了海內外主流運營商的規(guī)模部署，其穩(wěn)定性、可靠性得到了充分驗證。華為OSN系列OTN產品包括OSN6800、OSN3800和OSN900，形成了從城域接入到干線完整統(tǒng)一的OTN方案。新一代OTN設備，結合了WDM的容量、長距傳輸和OTN的靈活性、可管理性的優(yōu)勢；系