城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)維護 課件 5.4 OTN技術

5.4OTN技術5.4.1OTN基本概念OTN（光傳送網，OpticalTransportNetwork）以WDM技術為基礎，在超大傳輸容量的基礎上引入了SDH強大的操作、維護、管理與指配（OAM）能力，同時彌補SDH在面向傳送層時的功能缺乏和維護管理開銷的不足。OTN是以波分復用技術為基礎、在光層組織網絡的傳送網，是下一代的骨干傳送網。OTN是通過G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建議所規(guī)范的新一代“數字傳送體系”和“光傳送體系”，解決了傳統(tǒng)WDM網絡無波長/子波長業(yè)務調度能力差、組網能力弱、保護能力弱等問題。OTN處理的基本對象是波長級業(yè)務，它將傳送網推進到真正的多波長光網絡階段，其結合了光域和電域處理的優(yōu)勢，可以提供巨大的傳送容量、完全透明的端到端波長/子波長連接以及電信級的保護，是傳送寬帶大顆粒業(yè)務的最優(yōu)技術。5.4.2OTN技術發(fā)展歷程OTN國際標準化進程OTN概念和整體技術架構是在1998年由ITU.T正式提出的。2000年以前，OTN的標準化基本采用了與SDH相同的思路，以G.872光網絡分層結構為基礎，分別從網絡節(jié)點接口（G.709）、物理層接口（G.959.1）、網絡抖動性能（G.8251）等方面定義了OTN。此后，OTN作為繼PDH、SDH之后的新一代數字光傳送技術體制。經過近10年的發(fā)展，其標準體系日趨完善，目前已形成一系列框架性標準。5.4.2OTN技術發(fā)展歷程OTN國內標準化進程中國通信標準化協(xié)會（CCSA）傳送網與接入網工作委員會TC6從2004年開始正式啟動OTN相關行業(yè)標準的制定工作，目前已頒布了一個國家標準和兩個通信行業(yè)標準：GB/T20187-2006光傳送網體系設備的功能塊特性（對應于G.7982004版本）；YD/T1462-2006光傳送網（OTN）接口（對應于G.7092003.10版本）；YD/T1634-2007光傳送網（OTN）物理層接口（對應于G.959.12006.2版本）。CCSATC6于2005年8月申請立項了研究課題2006B68《OTN網絡對節(jié)點設備總體要求》在2007年12月TC6WG1標準會上進行了審查。隨著OTN在我國運營商網絡應用需求的不斷明確，2008年開始制定了《OTN網絡總體技術要求》，并立項開始制定《OTN網絡測試方法》。5.4.2OTN技術發(fā)展歷程OTN國內標準化進程《OTN網絡總體技術要求》在2009年4月送稿審查，該標準規(guī)定了基于ITU-TG.872定義的OTN總體技術要求。其主要內容包括OTN網絡功能結構、接口要求、復用結構、性能要求、設備類型、保護要求、DCN實現方式、網絡管理和控制平面要求等；適用于OTN終端復用設備和OTN交叉連接設備，其中OTN交叉設備主要包括OTN電交叉設備、OTN光交叉設備以及同時具有OTN電交叉和光交叉功能的設備。5.4.3OTN技術體系結構OTN技術包括了光層和電層的完整體系結構。各層網絡都有相應的管理監(jiān)控機制，光層和電層都具有網絡生存性機制。OTN技術可以提供強大的OAM功能，并可實現多達6級的串聯連接監(jiān)測（TCM）功能，提供完善的性能和故障監(jiān)測功能。OTN的主要優(yōu)勢包括：多種客戶信號封裝和透明傳輸，支持SDH、ATM、以太網，其它業(yè)務也正在制訂中；大顆粒的帶寬復用、交叉和配置，可以基于電層ODU1（2.5Gb/s）、ODU2（10Gb/s）和ODU3（40Gb/s），遠大于SDH的VC12和VC4；強大的開銷和維護管理能力；增強了組網和保護能力。5.4.3OTN技術體系結構光通道層（OCh）OCh層網絡主要傳送光通路路徑接入點間的數字客戶信號。5.4.3OTN技術體系結構光復用段層（OMS）OMS層網絡通過OMS路徑來負責光通路在接入點間的傳遞。5.4.3OTN技術體系結構光傳輸層（OTS）OTS層網絡通過OTS路徑來負責光復用段在接入點之間的傳送。其定義了包括頻率、功率和信噪比等參數等物理接口。物理媒質層網絡是整個光傳輸段層的服務者，通常會涉及以下問題：EDFA增益控制問題、功率均衡問題以及色散的積累和補償問題。5.4.4OTN組網模型OTN是新一代光傳送網絡技術，OTN組網總體網絡架構分為省際干線傳送網、省內干線傳送網和城域傳送網三部分。5.4.4OTN組網模型省際干線傳送網OTN組網模型國家干線IPoverOTN的承載模式可實現SNCP保護、類似SDH的環(huán)網保護、Mesh網保護等多種網絡保護方式，其保護能力與SDH相當，而且設備復雜度及成本也大大降低。省際干線傳送網部分邊緣省份光纜網絡只有兩個出口方向，其他省份光纜網有3個以上出口方向，OTN組網時可根據光纜網絡拓撲采用網狀網（Mesh）結構，部分邊緣省份通過環(huán)網將業(yè)務接入。5.4.4OTN組網模型省內干線傳送網OTN組網模型省內的骨干路由器承載著各個長途局之間的業(yè)務。通過建設省內干線OTN，可實現以下目的。（1）顆粒業(yè)務的安全、可靠傳送。（2）可組環(huán)網、復雜環(huán)網、Mesh網。（3）網絡可按需拓展。OTN組織為環(huán)形結構，省會城市節(jié)點支持多維，一般地市節(jié)點支持二維。以省會城市節(jié)點為中心，各地市節(jié)點分布在各個環(huán)上。各地市的業(yè)務主要向省會城市節(jié)點匯聚。5.4.4OTN組網模型城域傳送網OTN組網模型城域網覆蓋地理范圍相對較小，信號的傳輸距離并不是光傳送網組網的限制因素，所以在城域網OTN的建設中主要關注組網結構及業(yè)務的多樣性和靈活性。對于大規(guī)模城域傳送網來說，網絡規(guī)模較大，核心節(jié)點數量較多，整體網絡業(yè)務量大。核心層負責提供核心節(jié)點之間的局間中繼電路，并負責各種業(yè)務的調度，實現大容量的業(yè)務調度和多業(yè)務傳送功能。匯聚層負責一定的區(qū)域內各種業(yè)務的匯聚和疏導，匯聚層具有較大的業(yè)務匯聚能力及多業(yè)務傳送能力。用OTN組網時核心層采用網狀組網結構，匯聚層采用環(huán)形組網結構，每個環(huán)跨接到兩個核心節(jié)點上。而對于中小規(guī)模城域傳送網來說，網絡規(guī)模相對較小，核心節(jié)點不多，整體業(yè)務量也相對較少。所以在初期建網時核心層與匯聚層合并建一層OTN，實現業(yè)務的匯聚與調度功能，后期根據業(yè)務量的增加再進行組網。OTN組網時采用環(huán)形組網，每個環(huán)跨接到兩個核心節(jié)點上，該環(huán)完成環(huán)上匯聚節(jié)點業(yè)務匯聚至核心節(jié)點的同時實現兩個核心節(jié)點之間業(yè)務的調度。5.4.5OTN架構及特性OTN的架構OTN網絡架構基于5個主要系統(tǒng)組件：（1）光纜基礎架構。（2）OTN節(jié)點。（3）OTN公共邏輯卡板。（4）OTN接口卡，為業(yè)務提供系統(tǒng)接入。（5）網絡管理系統(tǒng)，亦稱OMS（OTN管理系統(tǒng)）。網絡中的OTN節(jié)點以點到點雙光纖鏈路方式進行互連，從而形成2個光纖反向旋轉環(huán)路。正常運行狀態(tài)下，網絡連接設備的所有數據在—個環(huán)路中傳輸，第二個環(huán)路備用。備用環(huán)路保持同步狀態(tài)以監(jiān)控備用通道的可用性。第二個環(huán)路作為備用，在緊急狀況時完全接管所有數據傳輸。5.4.5OTN架構及特性OTN的架構5.4.5OTN架構及特性最大的網絡可用性環(huán)路可在錯誤情況下以及雙重錯誤情況下自動恢復正常運行，因此可將系統(tǒng)不可用性限制在最低水平。此外，它所需自愈時間極短，例如，環(huán)路的自愈不會導致電話通話中斷。5.4.5OTN架構及特性自動重新配置在斷纖時，網絡自動切換到備用環(huán)路或執(zhí)行相鄰節(jié)點光路環(huán)回而實現網絡重構。5.4.5OTN架構及特性通用節(jié)點每個節(jié)點都是面向網絡同步的潛在主節(jié)點，也就是說，每個節(jié)點都能生成與其它節(jié)點同步的幀。當負責同步功能的主節(jié)點故障中斷時，它的功能將立即被另—個節(jié)點所接管。這項功能同樣適用于發(fā)生雙重錯誤的情況。在這種情況下，網絡將分成兩個獨立網絡，每個網絡中的節(jié)點都能自動接管主節(jié)點的任務。5.4.5OTN架構及特性自動啟動過程網絡可在電源故障發(fā)生后，網絡重新配置之后，或者節(jié)點切換回網絡之后自動啟動。5.4.5OTN架構及特性接口卡接口卡關閉時，可將其插入到節(jié)點中或者將其從節(jié)點中移除，而無需關閉節(jié)點。此時受影響的只是與該接口卡有關的鏈路連接，其余的網絡仍可保持正常運行。5.4.5OTN架構及特性直接接入網絡以及有保證的帶寬OTN可以保證隨時直接接入網絡，從而避免接入時間長的問題，并且支持實時應用。由于骨干網絡上的傳輸容量采用了半永久性的分配方式，這意味著該應用始終能夠使用分配到的帶寬，不受網絡中運行的其他應用的影響，因此，每個應用都擁有自己的虛擬連接。OTN為實時數據和基于數據包的以太網數據提供固定帶寬的最佳組合（固定碼率）。5.4.5OTN架構及特性可靠的通信能力OTN能夠保證辦公室及工業(yè)和交通環(huán)境中的可靠通信。OTN將光纖用作傳輸介質，與傳統(tǒng)的銅纜相比具有更多優(yōu)勢。具有抗電磁干擾（發(fā)射器和雷達信號的干擾、電力設備大功率切換、鄰近線纜及高電壓線纜等），可同時確保辦公室及工業(yè)環(huán)境中極為可靠的通信。與傳統(tǒng)線纜相比，光纖的BER（誤碼率）更低，可確保極為可靠的通信。5.4.5OTN架構及特性接口卡的多樣性OTN提供多種接口卡板以適應各種業(yè)務需求。接口卡板的多樣性可以避免使用額外的轉換設備，如協(xié)議轉換器和其它轉換設備。OTN提供的接口卡可用于：局域網（如千兆以太網和快速以太網）。數據傳輸（如RS232、RS422和RS485）。電話系統(tǒng)（如E1、T1、模擬和數字語音鏈路，包括2線和4線，具備或不具備信令功能）。廣播。視頻應用（視頻分配和視頻監(jiān)控及閉路電視監(jiān)控等）。5.4.5OTN架構及特性廣泛的網絡地理覆蓋范圍OTN網絡能夠覆蓋極大的傳輸距離（如1000公里或更長）。5.4.5OTN架構及特性靈活的帶寬分配高可用的帶寬允許復用大量低速和高速業(yè)務。新業(yè)務可以通過添加接口卡并配置相應的可用帶寬（傳輸信道）來實現。5.4.5OTN架構及特性簡單的網絡調整模塊化網絡架構允許您輕松擴展網絡。當有空閑接口插槽可用時，可通過插入—個或多個全新接口卡來擴展節(jié)點功能。還可通過在網絡中添加新節(jié)點來擴展網絡。由于系統(tǒng)本身具有網絡自動重構能力，擴容過程中造成的環(huán)路中斷不會影響原有連接設備之間的通信。5.4.5OTN架構及特性快速的錯誤檢測和簡單的網絡恢復系統(tǒng)對任何光路故障和接口卡板錯誤均可以本地告警顯示并上傳給中心網管系統(tǒng)。5.4.5OTN架構及特性OTN管理系統(tǒng)（OMS）系統(tǒng)的集中告警信息在OMS上顯示。OMS不間斷地監(jiān)控網絡并接收不同節(jié)點及其相關接口卡板的運行狀態(tài)數據?！﹫箦e，告警信息直接指示故障性質和位置，便于在第—時間排除故障。5.4.5OTN架構及特性直觀顯示系統(tǒng)提供節(jié)點的本地錯誤報告功能。位于BORA前面板上的LE0指示燈能夠顯示環(huán)路和節(jié)點運行情況，而接口卡上的LE0指示燈則顯示相關接口卡的運行情況、狀態(tài)和設置。BORA可以通過字母數字的混合方式來顯示錯誤發(fā)生位置。5.4.5OTN架構及特性模塊化結構如果是因為接口卡問題而導致OMS告警，則通過更換接口卡便能快速解決問題。5.4.6OTN應用案例主要應用場景基于OTN的智能光網絡將為大顆粒寬帶業(yè)務的傳送提供非常理想的解決方案。傳送網主要由省際干線傳送網、省內干線傳送網、城域（本地）傳送網構成，而城域（本地）傳送網可進一步分為核心層、匯聚層和接入層。相對SDH而言，OTN技術的最大優(yōu)勢就是提供大顆粒帶寬的調度與傳送，因此，在不同的網絡層面是否采用OTN技術，取決于主要調度業(yè)務帶寬顆粒的大小。按照網絡現狀，省際干線傳送網、省內干線傳送網以及城域（本地）傳送網的核心層調度的主要顆粒一般在Gb/s及以上，因此，這些層面均可優(yōu)先采用優(yōu)勢和擴展性更好的OTN技術來構建。對于城域（本地）傳送網的匯聚與接入層面，當主要調度顆粒達到Gb/s量級，亦可優(yōu)先采用OTN技術構建。5.4.6OTN應用案例國家干線光傳送網隨著網絡及業(yè)務的IP化、新業(yè)務的開展及寬帶用戶的迅猛增加，國家干線上的IP流量劇增，帶寬需求逐年成倍增長。波分國家干線承載著PSTN/2G長途業(yè)務、NGN/3G長途業(yè)務、Internet國家干線業(yè)務等。由于承載業(yè)務量巨大，波分國家干線對承載業(yè)務的保護需求十分迫切。采用OTN技術后，國家干線IPoverOTN的承載模式可實現SNCP保護、類似SDH的環(huán)網保護、MESH網保護等多種網絡保護方式，其保護能力與SDH相當，而且，設備復雜度及成本也大大降低。5.4.6OTN應用案例省內/區(qū)域干線光傳送網省內/區(qū)域內的骨干路由器承載著各長途局間的業(yè)務（NGN/3G/IPTV/大客戶專線等）。通過建設省內/區(qū)域干線OTN光傳送網，可實現GE/10GE、2.5G/10GPOS大顆粒業(yè)務的安全、可靠傳送;可組環(huán)網、復雜環(huán)網、MESH網;網絡可按需擴展;可實現波長/子波長業(yè)務交叉調度與疏導，提供波長/子波長大客戶專線業(yè)務;還可實現對其它業(yè)務如STM-1/4/16/64SDH、ATM、FE、DVB、HDTV、ANY等的傳送。5.4.6OTN應用案例城域/本地光傳送網在城域網核心層，OTN光傳送網可實現城域匯聚路由器、本地網C4（區(qū)/縣中心）匯聚路由器與城域核心路由器之間大顆粒寬帶業(yè)務的傳送。路由器上行接口主要為GE/10GE，也可能為2.5G/10GPOS。城域核心層的OTN光傳送網除可實現GE/10GE、2.5G/10G/40GPOS等大顆粒電信業(yè)務傳送外，還可接入其他寬帶業(yè)務，如STM-0/1/4/16/64SDH、ATM、FE、ESCON、FICON、FC、DVB、HDTV、ANY等;對于以太業(yè)務可實現二層匯聚，提高以太通道的帶寬利用率;可實現波長/各種子波長業(yè)務的疏導，實現波長/子波長專線業(yè)務接入;可實現帶寬點播、光虛擬專網等，從而可實現帶寬運營。從組網上看，還可重整復雜的城域傳輸網的網絡結構，使傳輸網絡的層次更加清晰。5.4.6OTN應用案例專有網絡的建設隨著企業(yè)網應用需求的增加，大型企業(yè)、政府部門等，也有了大顆粒的電路調度需求，而專網相對于運營商網絡光纖資源十分貧乏，OTN的引入除了增加了大顆粒電路的調度靈活性，也節(jié)約了大量的光纖資源。在城域網接入層，隨著寬帶接入設備的下移，ADSL2+/VDSL2等DSLAM接入設備將廣泛應用，并采用GE上行；隨著集團GE專線用戶不斷增多，GE接口數量也將大量增加。ADSL2+設備離用戶的距離為500～1000米，VDSL2設備離用戶的距離以500米以內為宜。大量GE業(yè)務需傳送到端局的BAS及SR上，采用OTN或OTN+OCDMA-PON相結合的傳輸方式是一種較好的選擇，將大大節(jié)省因光纖直連而帶來的光纖資源的快速消耗，同時可利用OTN實現對業(yè)務的保護，并增強城域網接入層帶寬資源的可管理性及可運營能力。5.4.6OTN應用案例軌道交通應用場景地鐵或輕軌線路長度通常是5-30公里，下轄10-30車站，每個車站可以有多個站臺、人行通道、公共區(qū)域、以及維護、作業(yè)和監(jiān)管人員的專屬區(qū)域，整體網絡拓撲通常由多條軌道線路或軌道區(qū)間組成，由中央控制室掌管線路運營，—個或多個車輛中心負責機車存放和維護。地鐵和輕軌環(huán)境對通