楊靜 顏琨 張勝雄

【摘要】光傳輸網(wǎng)（OTN）是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和發(fā)展方向。本文首先對OTN網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢及相關(guān)技術(shù)發(fā)展進行了簡要介紹，然后對OTN網(wǎng)絡(luò)中所使用的技術(shù)的技術(shù)特征進行了歸納，之后對OTN網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究和分析，最后就其發(fā)展方向進行了討論。

【關(guān)鍵詞】光傳輸網(wǎng)OTN關(guān)鍵技術(shù)

隨著信息技術(shù)和應(yīng)用需求的發(fā)展，現(xiàn)代通信正在逐漸向以IP技術(shù)為核心的高速寬帶以太網(wǎng)分組業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變。為滿足該網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求，光通信技術(shù)被逐漸應(yīng)用到現(xiàn)代通信系統(tǒng)中承載數(shù)據(jù)傳輸。光傳輸網(wǎng)利用相關(guān)技術(shù)，在SDH網(wǎng)的電復(fù)用層和物理層之間添加光層，所添加的光層可負責(zé)大顆粒處理，而在電層中則對原有的映射技術(shù)、復(fù)用技術(shù)等進行改進或者替換，以提供更高的傳輸容量，滿足網(wǎng)絡(luò)通信需求。

一、OTN技術(shù)及其發(fā)展概述

OTN網(wǎng)絡(luò)是一種整體光網(wǎng)絡(luò)，其利用3R再生器對各通信子網(wǎng)進行連接，連接的子網(wǎng)所傳輸?shù)男盘枮楣庑盘枴Ｍ暾腛TN網(wǎng)絡(luò)可以完成多業(yè)務(wù)適配、分級復(fù)用與疏導(dǎo)、交叉調(diào)度、在線監(jiān)測、保護方案制定、開銷插入與處理等多種功能。鑒于OTN網(wǎng)具有上述多種應(yīng)用優(yōu)勢，故其在骨干層、城際網(wǎng)絡(luò)等多個網(wǎng)絡(luò)層面中具有良好的應(yīng)用性能。

OTN網(wǎng)的光通道層到傳輸層以及該過程中所涉及的信號處理都是在光域完成的，OTN網(wǎng)中必須使用路由選擇技術(shù)、傳輸技術(shù)、交叉調(diào)度技術(shù)、光分復(fù)用技術(shù)、光監(jiān)控技術(shù)等實現(xiàn)光信號的處理與調(diào)度。此外，OTN中定義了完善的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)下的信號可以使用相對獨立的模塊完成封裝、適配等操作。信號在OTN網(wǎng)中傳輸還可以得到有效的保護。

二、OTN技術(shù)特征

OTN技術(shù)的主要特點集中在開放性、靈活性、安全性以及高管理性等方面。

2.1信號承載更加開放

SDH網(wǎng)絡(luò)使用POS端口承載IP數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，通信系統(tǒng)中的路由器使用該端口進行通信可有效節(jié)省通信帶寬，減少數(shù)據(jù)開銷，提供高速、高質(zhì)量的線路檢測服務(wù)。但是POS端口的應(yīng)用成本較高，相較于LAN端口而言需要更高的比特成本。

OTN拓展了SDH網(wǎng)絡(luò)的端口設(shè)置，其定義了數(shù)字包封結(jié)構(gòu)，可以介入路由器的LAN端口信號，從而使得網(wǎng)絡(luò)可以提供任意速率業(yè)務(wù)的疏導(dǎo)，進一步提升數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)的可靠性與靈活性。

2.2光電層調(diào)度疏導(dǎo)更加靈活

OTN網(wǎng)絡(luò)中所使用的交換技術(shù)以2.5G和10G為顆粒度，該顆粒度下網(wǎng)絡(luò)可以在電層執(zhí)行相應(yīng)的大容量業(yè)務(wù)調(diào)度功能，避免了傳統(tǒng)WDM網(wǎng)絡(luò)中的ROADM技術(shù)在超大容量光波長處理方面存在的不足，若將OTN網(wǎng)絡(luò)的交換技術(shù)與ROADM技術(shù)進行融合，還能夠進一步拓展了網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。

2.3大顆粒業(yè)務(wù)服務(wù)可靠度更高

為提供可靠、安全的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，電信級的業(yè)務(wù)中必須要保證50ms的保護倒轉(zhuǎn)或保護恢復(fù)時間。傳統(tǒng)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，如SDH層面的IP網(wǎng)、WDM設(shè)備等都可以提供該功能。但是大顆粒業(yè)務(wù)條件下的上述功能在應(yīng)用方面存在一定限制。OTN拓展了WDM設(shè)備的功能，將Mesh保護與恢復(fù)延伸至波長級或子波長級，為子波長SNCP和環(huán)網(wǎng)提供豐富可靠的保護方案。

2.4運維與管理能力進一步提升

OTN網(wǎng)絡(luò)集成了SDH網(wǎng)絡(luò)在開銷字節(jié)方面的優(yōu)勢，可以將誤碼記錄到TCMi中，還可以使用GCC0承載相關(guān)管理信息。除此之外，OTN網(wǎng)絡(luò)還規(guī)定了其他的開銷字節(jié)，如GCC1、GCC2等，這些字節(jié)對于運營商組建端到端的WDM網(wǎng)絡(luò)具有良好的支持性。

三、OTN關(guān)鍵技術(shù)及其分析

依照通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)對OTN網(wǎng)絡(luò)所使用的技術(shù)進行分類可將其分為分層技術(shù)、包封幀技術(shù)、串聯(lián)監(jiān)視技術(shù)、保護技術(shù)以及光層OAM技術(shù)等。

3.1分層技術(shù)

OTN網(wǎng)絡(luò)繼承了SDH網(wǎng)絡(luò)的分層概念并對其進行了進一步的拓展和演進。

對比原有的SDH網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)可以看出，OTN分層相當(dāng)于在不改變電域分層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對SDH網(wǎng)絡(luò)的光層進行了拓展，使其具有數(shù)據(jù)傳輸、信號復(fù)用、線路選擇、數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控等功能。

OTN網(wǎng)絡(luò)的光域分為三層體系，分別為通道層、光復(fù)用層以及光傳輸層等。通道層主要負責(zé)按照通信要求和信號路由關(guān)系為所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)選擇相應(yīng)的光波波長，并為數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)提供監(jiān)測、選路、恢復(fù)等功能；光復(fù)用層主要是將承載數(shù)據(jù)信息的單波長光信號復(fù)用為多波長信號，并對所形成的新的信號進行控制與管理；光傳輸層主要負責(zé)光信號的傳輸與管理服務(wù)，特別是在遠距離光信號放大、多介質(zhì)光信號調(diào)整等方面具有重要作用。

為進一步提升網(wǎng)絡(luò)的透明性、可靠性和兼容性。OTN網(wǎng)絡(luò)還對光通道層進行了單元和功能劃分，使其分為了光凈荷單元OPUk、光數(shù)據(jù)單元ODUk以及光傳送單元OTUk，并為每一數(shù)據(jù)幀分配了相對獨立的開銷字節(jié)，以便于更好的提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)。

3.2數(shù)據(jù)包封幀技術(shù)

OTN網(wǎng)絡(luò)中的OTUk單元定義了一個基本的塊狀幀結(jié)構(gòu)，以該結(jié)構(gòu)為基準，固定幀格式和真大小，更改傳輸速率即可調(diào)整單位時間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)幀數(shù)。

OTN中的幀結(jié)構(gòu)定義與SDH網(wǎng)絡(luò)中的幀結(jié)構(gòu)定義不同之處在于其摒棄了一些應(yīng)用價值不大的字節(jié)開銷，如E1/E2公務(wù)開銷、F1/F2/F3通路開銷等。這些開銷的摒棄可在一定程度上降低傳輸帶寬的占用率。

3.3串聯(lián)連接監(jiān)視TCM技術(shù)

該技術(shù)可以為OTN網(wǎng)絡(luò)提供多達六級的連接監(jiān)視服務(wù)，基于該服務(wù)，運營商或者設(shè)備商可以實現(xiàn)對OTN網(wǎng)絡(luò)的分段、分級管理。OTN網(wǎng)絡(luò)下的TCM監(jiān)測點可依照應(yīng)用與監(jiān)測需求被設(shè)置在不同位置，其使能狀態(tài)也可以得到有效控制與管理，相較于SDH網(wǎng)絡(luò)而言，其所能提供的故障定位服務(wù)更加快速，業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量更好。同時，OTN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的TCM還可以支持多種連接方式，如嵌套、串聯(lián)、重疊等，以滿足不同的應(yīng)用需求，增強整個網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控能力。

3.4保護恢復(fù)技術(shù)

OTN網(wǎng)絡(luò)下的信息保護分為三種類型，分別為路徑保護、子網(wǎng)連接保護以及共享保護環(huán)，不同類型的保護實現(xiàn)技術(shù)不同。（1）第一種保護技術(shù)主要用于對光傳輸鏈路端到端的物理結(jié)構(gòu)提供保護機制，可以將工作路徑失效所帶來的影響降到最低。該保護內(nèi)容中的管理對象既可以面向單路徑也可以面向雙路徑，既可以以1+1的方式進行管理，也可以以1：N的方式進行管理，管理機制非常靈活。（2）第二種保護技術(shù)同樣屬于專屬保護技術(shù)，其主要負責(zé)光網(wǎng)絡(luò)的保護，依照具體保護對象不同還可以進一步分為SNC/I、N、S三種。SNC/I主要是面向服務(wù)層的，其可以為服務(wù)層提供狀態(tài)和質(zhì)量檢測、信息保護倒換等功能；SNC/N主要是面向客戶層的，其可以為服務(wù)層與客戶層之間的信息提供失效保護和劣化保護；SNC/S主要為OTN網(wǎng)絡(luò)子層所創(chuàng)建的通信路徑提供失效保護，其組網(wǎng)方式非常靈活，既可以以嵌套的方式進行組網(wǎng)，也可以以串聯(lián)的方式進行組網(wǎng)。單獨的SNC/S負責(zé)特定的TCM子網(wǎng)保護。（3）第三種保護技術(shù)可以為每一個連接提供1：1的容量保護和路由保護。正常情況下的保護服務(wù)及其相關(guān)連接并不占用系統(tǒng)容量，該容量可用于傳輸其他額外業(yè)務(wù)。

綜合來看，OTN中的保護策略依照是否攜帶APS協(xié)議、支持方式為1：1還是1：N、保護路徑為單向還是雙向等分為五類：不帶APS協(xié)議的1+1單端保護；帶APS協(xié)議的 1：N單/雙端保護；帶APS協(xié)議的1+1單/雙端保護。

3.5傳輸技術(shù)

OTN的應(yīng)用優(yōu)勢在于大容量遠距離傳輸。其所使用的帶外前向糾錯技術(shù)可以幫助提升信號傳輸距離；所使用的調(diào)制與編碼技術(shù)，如強度調(diào)制、相位調(diào)制、聯(lián)合調(diào)制等技術(shù)可以提升單波長的信息容量；所使用的色散補償技術(shù)、均衡技術(shù)等可以提升OTN網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)距離和傳輸速率。

3.6智能控制技術(shù)

傳統(tǒng)的WDM在光層的管理主要為點對點的連續(xù)監(jiān)控和部分通信管理，其面臨著巨大的監(jiān)控壓力。某些情況下，監(jiān)控結(jié)果無法正常反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和狀態(tài)，如接收端光功率正常，但通信鏈路內(nèi)的數(shù)據(jù)卻無法正常接收等。OTN網(wǎng)絡(luò)在G.709標(biāo)準的基礎(chǔ)上使用了光通道檢測技術(shù)、QoS確認技術(shù)、故障定位技術(shù)、關(guān)聯(lián)檢測技術(shù)、基于波長的功率均衡與控制管理技術(shù)、光波長沖突管理技術(shù)等對光通信網(wǎng)絡(luò)的控制與監(jiān)測進行了完善，不僅可以豐富管理功能，還能夠在IP層面完成狀態(tài)檢測與故障感知，提升管理靈活性和可控性。

四、光傳輸網(wǎng)的應(yīng)用分析

光傳輸網(wǎng)是WDM的未來演進趨勢，其可以實現(xiàn)E2E的自動化交換，能夠全面解決組網(wǎng)實現(xiàn)與業(yè)務(wù)承載中存在的多種問題。其發(fā)展及應(yīng)用前景可以從技術(shù)規(guī)范、設(shè)備發(fā)展以及業(yè)務(wù)發(fā)展等幾方面描述。（1）在技術(shù)規(guī)范方面，其在10GE LAN以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、2.5Gb/s業(yè)務(wù)等方面存在一定的不足，而目前補充性文件G.sup43中的規(guī)范與現(xiàn)有的OTN標(biāo)準體系中的部分內(nèi)容存在不兼容等問題。長遠來看，OTN及其關(guān)鍵技術(shù)會以現(xiàn)有的光傳輸體系為基礎(chǔ)進行拓展，向新業(yè)務(wù)映射方式等方向發(fā)展。（2）在設(shè)備發(fā)展方面來看，OTN網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù)所需的設(shè)備仍舊會向大容量、遠距離、自動化、智能化方向發(fā)展，各設(shè)備所支持的技術(shù)功能更加豐富集中。特別的，隨著交叉交換技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，OTH設(shè)備會進一步匹配更大交叉容量和更多交叉顆粒的業(yè)務(wù)。（3）在技術(shù)發(fā)展方面，OTN關(guān)鍵技術(shù)會集中在業(yè)務(wù)接入適配方面、光層調(diào)度方面、傳送能力提升方面、電層調(diào)度方面、OTU3支持方面、光層與電層信號交換方面等。特別是在省級骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)等核心網(wǎng)OTN部署中，基于ROADM、OTH等技術(shù)進行組網(wǎng)才能夠有效實現(xiàn)端到端的OTN傳輸網(wǎng)絡(luò)部署。

五、總結(jié)

總之，隨著IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，光通信技術(shù)以及所具有的大容量、高帶寬性能優(yōu)勢，必然會得到廣泛的應(yīng)用和部署。而OTN網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù)不僅能夠滿足光通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求，還能夠承載全面豐富的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，為IP化通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供支持。隨著OTN技術(shù)的成熟和不斷發(fā)展，OTN必將會在未來的通信網(wǎng)絡(luò)中扮演越來越重要的角色。

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