OTN原理、发展白皮书

OTN技术及华为OTN设备简介 城域波分环四环五即将进行建设，本次工程采用华为华为下一代智能光传送平台OTN设备OptiX OSN 8800和OptiX OSN 6800。本文主要对OTN技术涉及的网络结构、复用方式、帧结构、ROADM技术和OptiX OSN 8800和OptiX OSN 6800设备特点及本次工程配置主要单元盘作个简要介绍。 一、OTN技术 光传送网OTN（Optical Transport Network）是由ITU-T G.872、G.798、G.709 等建议定义的一种全新的光传送技术体制，它包括光层和电层的完整体系结构，对于各层网络都有相应的管理监控机制和网络生存性机制。OTN 的思想来源于SDH/SONET 技术体制（例如映射、复用、交叉连接、嵌入式开销、保护、FEC 等），把SDH/SONET 的可运营可管理能力应用到WDM 系统中，同时具备了SDH/SONET 灵活可靠和WDM 容量大的优势。 除了在 DWDM 网络中进一步增强对 SONET/SDH 操作、管理、维护和供应 (OAM&P) 功能的支持外，OTN核心协议ITU G.709 协议（基于 ITU G.872）主要对以下三方面进行了定义。 首先，它定义了 OTN 的光传输体系； 其次，它定义了 OTN 的开销功能以支持多波长光网络； 第三 ，它定义了用于映射客户端信号的 OTN 的帧结构、比特率和格式。 OTN技术是在目前全光组网的一些关键技术(如光缓存、光定时再生、光数字性能监视、波长变换等)不成熟的背景下基于现有光电技术折中提出的传送网组网技术。OTN在子网内部通过ROADM进行全光处理而在子网边界通过电交叉矩阵进行光电混合处理，但目标依然是全光组网，也可认为现在的OTN阶段是全光网络的过渡阶段。 1.OTN网络结构 按照OTN技术的网络分层，可分为光通道层、光复用段层和光传送段层三个层面。另外，为了解决客户信号的数字监视问题，光通道层又分为光通路净荷单元（OPU）、光通道数据单元(ODUk) 和 光通道传送单元(OTUk)三个子层，类似于SDH技术的段层和通道层。如下图所示： 2.OTN复用结构 OTN复用结构也类似SDH复用结构，如图所示： OTU、ODU（包括 ODU 串联连接）以及 OPU 层都可以被分析和检测。按照 ITU G.709 之规定，当前的测试解决方案可以提供三种线路速率：  OTU1 (255/238 x 2.488 320 Gb/s ≈ 2.666057143 Gb/s) 也称为 2.7 Gb/s  OTU2 (255/237 x 9.953280 Gb/s ≈ 10.709225316 Gb/s) 也称为 10.7 Gb/s  OTU3 (255/236 x 39.813120 Gb/s ≈ 43.018413559 Gb/s) 也称为 43 Gb/s 每种线路速率分别适用于不同的客户端信号： OC-48/STM-16 通过 OTU1 传输 OC-192/STM-64 通过 OTU2 传输 OC-768/STM-256 通过 OTU3 传输 空客户端（全为 0）通过 OTUk (k = 1, 2, 3) 传输 PRBS 231-1 通过 OTUk (k = 1, 2, 3) 传输 对于不同速率的G.709OTUk信号，即OTU1，OTU2，和OTU3具有相同的帧尺寸，即都是4´4080个字节，但每帧的周期是不同的，这跟SDH的STM-N帧不同。SDHSTM-N帧周期均为125微妙，不同速率的信号其帧的大小是不同的。G.709已经定义了OTU1，OTU2和OTU3的速率，关于OTU4速率的制定还在进行中，尚未最终确定。如下表所示： 3.OTN帧结构 当 OTU 帧结构完整（OPU、ODU 和 OTU）时，ITU G.709 提供开销所支持的 OAM&P 功能。  OTN 规定了类似于SDH的复杂帧结构  OTN 有着丰富的开销字节用于OAM  OTN 设备具备和SDH类似的特性，支持子速率业务的映射、复用和交叉连接、虚级联 4. ROADM技术 ROADM是一种类似于SDH ADM光层的网元，它可以在一个节点上完成光通道的上下路(Add/Drop)，以及穿通光通道之间的波长级别的交叉调度。它可以通过软件远程控制网元中的ROADM子系统实现上下路波长的配置和调整。目前，ROADM子系统常见的有三种技术：平面光波电路（Planar Lightwave Circuits，PLC）、波长阻断器（Wavelength Blocker，WB）、波长选择开关（Wavelength Selective Switch，WSS）。 三种ROADM子系统技术，各具特点，采用何种技术，主要视应用而定。根据对北美运营商的统计，超过70%的需求仍然是2维的应用，而只有约10%的ROADM节点，将会采用4维或以上的节点。因此，基于WB/PLC的ROADM，可以充分利用现有的成熟技术，对网络的影响最小，易于实现从FOADM到2维ROADM的升级，具有极高的成本效益。而基于WSS的ROADM，可以在所有方向提供波长粒度的信道，远程可重配置所有直通端口和上下端口，适宜于实现多方向的环间互联和构建Mesh网络。 二、华为OTN设备OptiX OSN 8800和OptiX OSN 6800 OptiX OSN 6800 智能光传送平台（简称OptiX OSN 8800）和OptiX OSN 6800 集成型智 能光传送平台（简称OptiX OSN 3800）统称为华为下一代智能光传送平台。 设备外观如图所示： OptiX OSN 8800 OptiX OSN 6800 1. 产品功能特性 （1）传输容量 .OptiX OSN 8800 I 采用密集波分复用技术，可分为40 波系统，80 波系统： 40 波系统频率间隔为100GHz，单波可支持2.5Gbit/s、10Gbit/s 和40Gbit/s 三种速 率。 80 波系统频率间隔为50GHz，单波可支持10Gbit/s 和40Gbit/s 两种速率。 OptiX OSN 6800 提供两种波分复用技术规格： l 密级波分复用技术DWDM，频率间隔为100GHz 和50GHz，单波可支持2.5Gbit/ s、5Gbit/s、10Gbit/s 和40Gbit/s 四种速率。 l 粗波分复用技术CWDM，波长间隔为20nm，单波可支持5Gbit/s 速率。 (2)交叉能力 OptiX OSN 8800 I 支持ODU1 或ODU2 通过交叉板实现的集中调度：最大集中交叉调度能力为1.28Tbit/s，交叉颗粒为ODU1、ODU2。 OptiX OSN 6800 I支持ODU1、ODU2、GE 业务的电层集中调度，支持GE 业务、ODU1 信号和Any 业务通过位于对偶板位的单板实现的分布式调度： TN11XCS交叉单元对于ODU1 和ODU2 信号，最大可以支持320Gbit/s 的交叉调度容量。对于GE 业务，最大可以支持160Gbit/s 的交叉调度容量。 TN12XCS：交叉单元对于ODU1 和ODU2 信号，最大可以支持360Gbit/s 的交叉调度容量。对于GE 业务，最大可以支持180Gbit/s 的交叉调度容量。 （3）保护机制 OptiX OSN 8800 I 提供完善的网络保护机制，包括光线路保护、光通道保护、 子网连接保护 SNCP（Subnetwork Connection Protection）、 ODUk 环网保护、 光波长共享保护 OWSP（Optical Wavelength Shared Protection）。其中，光通道保护包括： 客户侧1+1 保护、 板内1+1 保护。SNCP 保护可以分为： ODUk SNCP 保护、 支路SNCP 保护 OptiX OSN 6800 提供完善的网络保护机制，包括光线路保护、光通道保护、 子网连接保护 SNCP（Subnetwork Connection Protection）、、 光波长共享保护 OWSP（Optical Wavelength Shared Protection）。其中，光通道保护包括： 客户侧1+1 保护、 板内1+1 保护。SNCP 保护可以分为：SW SNCP 保护、ODUk SNCP 保护、VLAN SNCP。 （4）子架槽位  OptiX OSN 8800 I 子架的单板插放区和子架接口区共提供49 个槽位  OptiX OSN 6800 子架的单板插放区共提供21 个槽位 （5）电源容量  OSN8800子架，在当成电子架使用时，最大功耗在4800W，需要2路50A电流，主备就是4路50A电流，所以当1柜2个8800子架时，PDU的空开都是50A，共8个  由于6800最大功耗在1200W以下，只需提供30A电流即可，所以当8800和2×6800共机柜时，PDU的空开是4个50A＋4个30A 比较OptiX OSN 8800和OptiX OSN 6800的功能特性，所实现的功能基本一致，OptiX OSN 8800和OptiX OSN 6800的主要区别是交叉容量OptiX OSN 8800比OptiX OSN 6800大，OptiX OSN 8800提供槽位比OSN6800多，相应功耗也比OptiX OSN 6800大。OptiX OSN 6800无需交叉盘可通过对偶槽位对业务进行分布式调度，OptiX OSN 8800不支持该功能。 2. 设备系统架构和主要单元盘 设备系统架构如图所示 从系统架构图可以了解华为OTN设备和传统波分设备多出了光层面光交叉调度（红色虚线）和电层面交叉调度（蓝色虚线）。 华为OTN设备支持光层面光交叉调度的单元盘有 RMU9 9 端口ROADM 合波板 ROAM 动态波长接入板 WSD9 9 端口波长选择性倒换分波板 WSM9 9 端口波长选择性倒换合波板 WSMD2 2 端口可配置光分插复用板 WSMD4 4 维可配置光分插复用板 电层面的交叉调度相当于将传统波分的OUT单元盘拆成三个单元盘，业务侧为业务处理单元盘，波分侧为线路单元盘，中间为交叉单元盘。 华为OptiX OSN 8800和OptiX OSN 6800系统按功能单元细分为14 种单 光波长转换类单板 光合波和分波类单板 静态光分插复用类单板 动态光分插复用类单板 支路类单板 线路类单板 交叉类单板 光纤放大器类单板 光监控信道类单板 系统控制与通信类单板 光保护类单板 光谱分析类单板 光可调衰减类单板 光功率和色散均衡类单板 除静态光分插复用类单板、动态光分插复用类单板、支路类单板、线路类单板、交叉类单板外其他类型的单元盘均在传统波分设备上有体现。本次工程没有配置静态光分插复用类单板、动态光分插复用类单板，即不能实现波长调度。现主要对本次工程配置的交叉单元盘、支路单元盘、线路单元盘作简要说明。 （1）交叉单元盘  XCS集中交叉板 ODU1/ODU2电层集中调度（最大360G的交叉调度容量） GE电层集中调度（最大180G的交叉调度容量） （2）支路单元 线路单元盘完成的功能是完成OPUK至ODUK的转换。  TQX：4 路10G 支路业务处理板 实现4 路10GE LAN/10GE WAN/STM-64/OC-192 业务光信号与4 路ODU2 电信号之间的相互转换。 （3）线路单元： 线路单元盘完成的功能是完成ODUK至OUTK的转换。  NS2 单路4×ODU1/1×ODU2 汇聚OTU2 光接口板 实现将交叉调度过来的者4 路ODU1 信号或者1 路ODU2信号或者1 路ODU2e 和符合WDM 系统要求的标准波长的OTU2 光信号或者OTU2e 之间的相互转换。 ND2 单板功能框图如下：  ND2 双路4×ODU1/2×ODU2 汇聚OTU2 光接口板 实现将交叉调度过来的8 路ODU1 信号或者2 路ODU2 信号和2 路符合WDM 系统要求的标准波长的OTU2 光信号之间的相互转换。 ND2 单板功能框图如下： ### OTN原理、发展白皮书 #### 一、OTN技术 **1.1 OTN概述** OTN（Optical Transport Network，光传送网）是ITU-T G.872、G.798、G.709等建议定义的一种全新光传送技术体系。该体系包括光层和电层的完整结构，并且针对每一层都有相应的管理和监控机制，旨在提高网络的生存性和可管理性。OTN的核心思想源自SDH/SONET（Synchronous Digital Hierarchy/Synchronous Optical Networking，同步数字体系/同步光网络）的技术理念，如映射、复用、交叉连接、嵌入式开销等，并将其应用于WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分复用）系统中，既保持了SDH/SONET的灵活性和可靠性，又利用了WDM的大容量优势。 **1.2 OTN的关键协议** OTN的核心协议是ITU G.709协议，该协议基于ITU G.872，主要定义了三个方面： - **光传输体系**：定义了OTN的物理层标准。 - **开销功能**：为了支持多波长光网络而设计的开销功能。 - **帧结构**：定义了映射客户端信号所需的帧结构、比特率和格式。 OTN技术是在当前全光组网的关键技术（如光缓存、光定时再生等）尚不成熟的情况下，基于现有光电技术的一种折中方案。OTN在子网内部通过ROADM（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器）实现全光处理，在子网边界则通过电交叉矩阵进行光电混合处理，尽管如此，其最终目标仍然是实现全光组网。 **1.3 OTN网络结构** OTN的网络结构可分为三层： - **光通道层**（OCh）：包括光通路净荷单元（OPU）、光通道数据单元(ODUk)、光通道传送单元(OTUk)。 - **光复用段层**（OMS）：实现多路光通道信号的复用。 - **光传送段层**（OTS）：处理光信号的物理传输。 **1.4 OTN复用结构** OTN的复用结构类似于SDH复用结构，通过将低速率的信号映射到高速率的OTUk信号中实现复用。主要线路速率包括： - **OTU1**：约2.7 Gb/s，适用于OC-48/STM-16。 - **OTU2**：约10.7 Gb/s，适用于OC-192/STM-64。 - **OTU3**：约43 Gb/s，适用于OC-768/STM-256。 **1.5 OTN帧结构** OTN的帧结构类似于SDH的帧结构，但具有更丰富的开销字节用于OAM（Operation, Administration and Maintenance，操作、管理和维护），支持子速率业务的映射、复用和交叉连接等功能。 **1.6 ROADM技术** ROADM技术允许在一个节点上完成光通道的上下路(Add/Drop)以及穿通光通道之间的波长级别的交叉调度。三种常见的ROADM技术分别是PLC（平面光波电路）、WB（波长阻断器）和WSS（波长选择开关）。这些技术各有优缺点，具体应用取决于实际需求。 #### 二、华为OTN设备OptiX OSN 8800和OptiX OSN 6800 **2.1 设备概述** 华为OptiX OSN 8800和OptiX OSN 6800属于华为下一代智能光传送平台，主要用于实现大容量的数据传输。 **2.2 传输容量** - **OptiX OSN 8800**：支持40波或80波系统，频率间隔分别为100GHz和50GHz。 - **OptiX OSN 6800**：支持DWDM和CWDM两种波分复用技术规格，频率间隔为100GHz/50GHz和20nm。 **2.3 交叉能力** - **OptiX OSN 8800 I**：支持ODU1或ODU2信号的最大1.28Tbit/s集中交叉调度。 - **OptiX OSN 6800 I**：支持ODU1、ODU2信号和GE业务的交叉调度，最大交叉调度容量为360Gbit/s。 **2.4 保护机制** 两者都提供了完善的网络保护机制，包括光线路保护、光通道保护、子网连接保护(SNCP)等。 **2.5 子架槽位与电源容量** - **OptiX OSN 8800 I**：提供49个槽位，最大功耗约为4800W。 - **OptiX OSN 6800**：提供21个槽位，最大功耗在1200W以下。 **2.6 设备系统架构与主要单元盘** 设备系统架构包括光层面的光交叉调度和电层面的交叉调度。主要单元盘包括： - **交叉单元盘**：如XCS集中交叉板，支持ODU1/ODU2信号的交叉调度。 - **支路单元盘**：如TQX板，实现10G业务信号与ODU2电信号之间的转换。 - **线路单元盘**：如NS2板，实现ODU1信号与OTU2光信号之间的转换。 #### 总结 OTN作为一种新型的光传送技术体系，通过结合SDH/SONET的优点和WDM的大容量特性，能够提供高效稳定的大容量数据传输服务。华为的OptiX OSN 8800和OptiX OSN 6800设备则是实现这一技术的具体载体，它们在城域波分环的建设和部署中发挥着重要作用。