OTN技术体系介绍

一.OTN技术体系介绍1.概述从1998年ITU-T正是提出OTN的概念到现在，OTN的标准体系已经完善，技术也已经成熟。OTN标准体系主要由如下标准组成：G.872：定义了光传送网的网络架构。采用基于G.805的分层方法描述了OTN的功能结构，规范了光传送网的分层结构、特征信息、客户/服务层之间的关联、网络拓扑和分层网络功能，包括光信号传输、复用、选路、监控、性能评估和网络生存性等G.709：其地位类似于SDH体制的G.707。定义了光网络的网络节点接口。建议规范了光传送网的光网络节点接口，保证了光传送网的互连互通，支持不同类型的客户信号。建议主要定义光传送模块n(OTM-n)及其结构，采用了“数字封包”技术定义各种开销功能、映射方法和客户信号复用方法。通过定义帧结构开销，可以实施光通路层功能，例如保护、选路、性能监测等；通过确定各种业务信号到光网络层的映射方法，实现光网络层面的互联互通，因为未来的光网络工作在多运营商环境下，并不仅仅是各业务客户信号接口的互通。其地位类似于SDH体制的G.707。G.798：建议采用G.806规定的传输设备的分析方法，对基于G.872规定的光传送网结构和基于G.709规定的光传送网网络节点接口的传输网络设备进行分析。定义了OTN的原子功能模块，各个层网络的功能，包括客户/服务层的适配功能、层网络的终结功能、连接功能等。其地位类似于SDH体制的G.783。G.7710：通用设备管理功能需求，适用于SDH、OTN。G.874：OTN网络管理信息模型和功能需求。G.7710：描述OTN的五大管理功能（FCAPS：Fault故障、Configuration配置、Accounting计费、Performance性能、Security安全）。G.808.1：通用保护倒换-线性保护，适用于SDH、OTN。G.808.2：通用保护倒换-环形保护，适用于SDH、OTN。未正式发布G.873.1：定义了OTN线性（linear）ODUk保护。G.873.2：定义了OTN环形ODUk保护。未正式发布G.8251：根据G.709定义的比特率和帧结构定义了OTNNNI的抖动和漂移要求。G.8201：定义了OTN误码性能。OTN物理层特性在G.959.1及G.664等中规定。下面将主要介绍一下OTN的网络架构（G.872）及接口（G.709）。图2.1-1OTN标准体系。2.OTN网络架构G.872（architectureofopticaltransportnetworks）主要包含三个方面的内容：一是光传送网络的分层结构，二是网络管理，三是生存性技术。2.1光传送网分层结构光传送网络共分为三层：光信道层、光复用段层和光传送段层见图2.2.1-1。网络架构G.872物理特性G.959.1/692/693设备管理功能G.874/7710管理信息模型G.874.1/875抖动/漂移性能G.8251光安全规程G.664误码性能G.8201设备功能G.806/G.798结构/映射/开销G.709保护倒换G.873.1/808.1图2.2.1-1OTN分层结构1、光信道层(Opticalchannellayer)：为各种客户信号（如SDHSTM-N、cell-basedATM、GE等）提供透明的端到端的光传输通道，提供包括：连接、交叉调度、监测、配置、备份、和光层保护与恢复等功能。主要功能：（1）光信道的重新连接功能（opticalchannelconnectionrearrangement）以保证网络路由的灵活性（2）光信道层包头的处理（3）光信道层的操作、维护、管理由于目前光元器件技术水平的限制，光信道层的功能无法全部在光层完成，为此，G.872增加了OTN的电层（DigitalOTNlayeredStructure）：（1）OTU层（OpticalchannelTransportUnit）：在OTN网络的两个3R（Reamplification,ReshapingandRetiming）点之间传输ODU信号。（2）ODU层（OpticalchannelDataUnit）：为客户信号提供端到端的传输。2、光复用段层(Opticalmultiplexsectionlayer)：支持波长的复用，以信道的形式管理每一种信号。提供包括波分复用、复用段保护和恢复等服务功能。主要功能：（1）光复用段层包头处理（2）光复用段层的操作、管理、维护3、光传送段层(Opticaltransmissionsectionlayernetwork):为光信号在不同类型的光媒质（G652、G653、G655光纤等）上提供传输功能，光传输段层用来确保光传输段适配信息的完整性，同时实现光放大器或中继器的检测和控制功能。（1）光传送段层包头处理（2）光传送段层的操作、管理、维护OTN层次结构及信息流之间的关系见图2.2.1-2。图2.2.1-2OTN层次结构及信息流之间的关系2.2光网络管理G.872针对OTN提出的光网络管理需求主要包括八个方面：1、连续性监视2、连通性监视3、维护信息4、信号质量监测5、适配管理6、保护控制7、子网/级联/未用连接监测8、管理通信表2.2.2-1光网络管理需求管理能力过程功能网络层次OCHOMSOTS连续性监视连续性丢失检测TTRRR连通性监视路径踪迹识别TTRNRR维护信息前向检测显示TTRRR后向检测显示TTRRR管理能力过程功能网络层次OCHOMSOTS后向质量显示TTFFSFFSFFS信号质量监测性能监视TTRFFSR适配管理净负荷类型显示ARFFSFFS保护控制自动保护倒换规程A/TFFSFFSNR子网/级联/未用连接监测连接监测A/TFFSFFSFFS管理通信信息通道ANRFFSR辅助通道ANRNRO操作者规范ANRNRR国家使用ANRNRFFSR：需要Required;NR：不需要Notrequired;O：可选择Optional;FFS：待研究Forfurtherstudy;NA：不适用Notapplicable;TT：路径终端功能Trailterminalfunction;A：适配功能adaptationfunction;A/T：过程可分配给一个或多个功能，分配待研究Theprocesscanbeallocatedtooneormorefunctionsandtheallocationisforfurtherstudy.；P：端到端通道End-to-endpath2.3光网络生存性技术光网络生存性技术包括保护和恢复。G.872提出了三类保护5种保护方式，恢复由于涉及到重路由的算法，在G.872中未作规定。第一类是路径保护，有1+1路径保护和1：1路径保护两种方式，第二类是子网连接保护，有1+1子网连接保护和1:N子网连接保护。这两类保护又称为线性保护，线性保护可以用在环、链、网状网等各种网络结构中，其中1+1保护不需要APS协议，1：1或1：N保护需要APS协议，但保护通道可以传输低等级的业务。第三类是共享保护换技术。G.872只定义了OTN的几种保护方式，并未对各种保护方式做具体规定，OTN各种保护方式在G.873.1、G.873.2、G.808.1、G.808.2中规定，其中G.873.2、G.808.2未正式发布。结合目前OTN网络保护的标准现状和各厂家设备功能的实现情况，从网络结构层面简要介绍OTN的保护技术。1、基于光通道的1+1保护和1：N保护：G.808.1定义了适合SDH、OTN的线性保护方式，这种保护方式在传统波分上也有应用。2、基于ODUk的1+1保护和1:n保护：G.873.1规定了OTN基于ODUk的线性保护。3、基于ODUk的环网保护:用于分布式业务环型组网，通过占用2个ODUk通道实现对所有站点间业务的保护。类似SDH的MSP保护。4、波长共享保护（基于光通道的环网保护）：用于分布式业务环型组网，通过占用2个光通道实现对所有站点间业务的保护。类似SDH的MSP保护。3.OTN帧结构、映射及开销3.1网络接口G.709定义了2类网络接口：域间网络接口（IrDI）和域内网络接口（IaDI）。图2.3.1-1OTN网络接口示意图不同管理域之间的接口为IrDI，具有3R再生能力；同一管理域之间的接口为IaDI。在ITU标准中IrDI接口是一个完全标准化的接口，而IaDI不是一个具备互通性的标准接口。3.2OTN信号的映射及复用3.2.1OTN信号速率G.709为OPUk、ODUk、OTUk各分别规定了3种速率，见表2.3.2-1～表2.3.2-3，OPUk、ODUk、OTUk的帧频见表2.3.2-4。表2.3.2-1OTUk类型及速率表2.3.2-2ODUk类型及速率表2.3.2-3OPUk类型及速率表2.3.2-4OTUk/ODUk/OPUk帧频（注：2488320kbit/s、9953280kbit/s、39813120kbit/s分别对应STM-16、STM-64、STM-256的速率，对于公式OTU1速率=255/238x2488320kbit/s可以参考后文OTUk的帧结构及STM-N客户信号的映射。对于OTU1帧长4080x4个字节，净荷长度3808x4个字节(4080x4)/(3808x4）=255/238。对于OTU2帧长4080x4个字节，由于插入了帧定位字节FAS，净荷长度（3808-16）x4个字节，4080/（3080-16）=255/237）3.2.2OTN信号的映射及复用1、电层信号的映射及复用各种客户层信息经过光信道净荷单元OPUk/OPUK-Xv的适配，映射到ODUk中，然后在ODUk、OTUk中分别加入光信道数据单元和光信道传送单元的开销，再映射到光通道层OCh，调制到光信道载波OCC上。电层信号的映射及复用见图2.3.2-1。图2.3.2-1电层信号的映射及复用2、光层信号的映射及复用多至n(n≥1)个OCC[r]使用波分复用被复用进一个OCG-n[r].m中，OCGn[r].m中的OCC[r]支路时隙可以具有不同的容量；对于完整功能的OTMn.m接口，OSC通过波分复用被复用进OTM-n.m中。光层信号的映射及复用见图2.3.2-2。图2.3.2-2光层（OTM）信号的映射及复用3.2.3电层（OPUk、ODUk、OTUk）信号的帧结构及开销G.709定义的帧结构如下：光信道净荷单元（OPUk）：实现客户信号映射进一个固定的帧结构（数字包封）的功能，包括但不限于STM-N，IP分组，ATM信元，以太网帧。光信道数据单元（ODUk）：提供与信号无关的连通性，连接保护和监控等功能，这一层也叫数据通道层。光信道传送单元（OTUk[V]）：提供FEC，光段层保护和监控功能，这一层也叫数字段层。图2.3.2-3电层帧结构图各开销字节如下图：图2.3.2-4电层开销字节示意图（1）FAS:帧定位单元FAS（第一行1-6列）;（2）MFAS:复帧定位MFAS单元（第一行第7列）；最多支持由256个帧构成的复帧（3）SM:段监视：SM的字段的结构见图2.3.3-3（TTI：路径跟踪标识，提供链接监测功能，SAPI-源接入点标识，DAPI-宿接入点标识，这两个标识必须全球唯一，以便于全网的管理和运营）BIP-8：比特间差奇偶校验8位码，一种误码检测方式，SDH也是采用这种误码检测方式。BEI：后向错误指示。向上游节点提供信号误码指示。用来统计采用BIP-8检测出来的误码块的数量。BDI：后向缺陷指示。向上游节点提供信号失效（SF）信息IAE：入局帧定位错误。向它对应的出口节点提供帧定位错误警告。图2.3.2-5SM字段结构GCC0：通用通信通道。RES：预留字节TCMACT：连接监视的激活和去激活；TCM1-6：6层的连接监视；同PMFTFL：故障类型和故障定位；PM：通道监视。作用与SM类似，只是所在层次不一样。PM字段的结构见图2.3.3-4。相比SM字段的结构，多了STAT字段，STAT字段用于指示维护信号。图2.3.2-6PM字段结构EX