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[技术资料] 光传送网OTN [复制链接]

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  列兵

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2009-10-14
发表于 2018-4-2 16:11:11 |显示全部楼层
DWDM技术的应用给传送网带来了质的飞越,优点主要有以下几方面:
1、       单光纤的可传送带宽得到了极大的提升,在业务流量较大的干线、本地网核心汇聚层节省了大量的光纤资源。
2、       扩容便捷性大大提高,传送网系统的扩容只需要增加一些波分板件就可以实现,相比较敷设光缆来说大大缩短了建设周期
3、       波分系统的无电中继距离能够达到几千公里,大大提高了传送网的传输距离。无电中继距离就是信号在途中不经过光电转换,只靠对光信号的放大、补偿整形能够达到的传输距离。如果使用电中继理论上的传输距离是无限远。
可是最初的DWDM(相对于OTN我们一般称之为传统波分)只是简单的将各路信号变换波长后合路传送,到接收方解复用,于是在传统波分的应用过程中就逐渐暴露了一些问题:
1、          业务调度不灵活。DWDM系统只对信号的波长进行转换,不对信号的帧结构进行处理,也就是说每个10G波道的内部帧结构DWDM系统是看不到的,所以传统的10G波分系统就支持10G的客户信号,虽然可以通过TMUX单板将4路2.5G信号合并为1路10G信号,但本质上相当于将SDH的复用功能内置到了DWDM设备中,实际对DWDM来说还是透传10G信号。即便如此传统10G DWDM系统也只能支持10G和2.5G业务颗粒,而GE等一些小颗粒业务则无法直接接入DWDM系统,需要经过SDH设备进行低速信号的交叉复用。
2、          仅支持点-点组网结构,传统DWDM所谓的环实际上是多个点-点系统组成的,同一站点的不同方向的业务调度只能靠尾纤跳接来实现, DWDM和PDH设备一样,也是一对对背靠背的TM组成,组网结构如下图所示:
                              
3、          网络运行维护、管理不灵活,DWDM系统的监控通道仅为2M,前面说过SDH的STM-1的帧结构中各种开销带宽就达到了20多M,而DWDM对整个40或80路10G信号的监控仅仅只有2M,所以可想而知,DWDM如此低的带宽只能对整个光通道的一些非常重要的指标和性能进行监控。
4、          DWDM系统保护方式仅支持对光缆线路和单个波道进行保护,因为DWDM的最小业务单元就是波道,而对于波道以下的低速信号DWDM并不关心,所以自然也无法提供类似SDH通道级别的保护,保护方式不够灵活。
我们不难发现,DWDM的这些问题恰好SDH都曾经很好的解决过,SDH通过体系规定的映射复用方式可以接入并监控各种低速信号,SDH通过交叉单元实现了一台设备上多个光方向之间的业务调度,SDH也提供强大的维护管理功能,支持任意级别的通道的快速倒换保护。
那我们不免会想能否有一个新的技术,可以结合DWDM大容量的优势和SDH的组网灵活、保护完善、管理功能强大的特性,使两者的优点结合起来呢?事实证明鱼与熊掌是可以兼得的,OTN(光传送网)系统就是这样的一个新的技术体制。
OTN做了几件事:
1、       定义了一系列速率等级和帧结构:OTUk、ODUk、OPUk。OTN和DWDM的最大区别也是在于此,OTN有了自己的帧结构,基于不同等级的ODUk颗粒,就可以实现类似SDH的电交叉功能,使小颗粒的信号可以合并在大的通道中传送,OTN的一个波道中也像SDH那样有了大大小小的容器,所以对于2.5G以下的低速信号,OTN从体制上就具备了接入和处理的能力,提高带宽利用效率。而传统DWDM只是简单粗暴的将波长合并和分离。
2、       通过WSS(波长选择开关)等技术实现了波长之间的灵活调度,支持以光波长信号为基础的灵活调度,提升业务调度的灵活性。也就是以波道为颗粒进行交叉,有点像SDH里高阶交叉的概念,但是交叉的单元是光信号,所以叫光交叉。
3、       OTN帧结构中引入了类似SDH的丰富的开销机制,强大了网管能力。既然OTN有了自己的帧结构,那么顺便规定一些字节用于管理,这也是从SDH那的舶来之品。
2.4          OTN电交叉
OTN的业务处理分为光层和电层,电层的处理的是ODUk的颗粒,而光层的基本单元是单个波道。
电层则将单个波道中包含的不同等级的ODUk数据帧进行映射、交叉、复用,光层负责将波道合并、分离,将波长信号在各站点上下、调度。基于ODUk和基于波道的调度分别是OTN的两大功能:电交叉和光交叉。光交叉是OTN特有的概念,因为SDH每个光方向都是单一波长,而波分每个方向上都有多个波长信号,OTN光交叉可以让这些波长信号不经过光电转换,而在各个方向之间自由的“穿行”。
OTN电交叉:
首先明确一个问题,对于电交叉这部分功能,既然我们用DWDM+SDH的方式也可以实现,为什么要制定OTN的帧结构呢?
首先是组网复杂,DWDM+SDH两套设备自然要占用更多的机房空间、功耗,还要多出许多复杂的设备间的连纤。就像我们现在的智能手机一样,一部手机就可以集成了移动电话+MP3+照相机+游戏机等等功能,谁又愿意带着这么多东西在身上呢,高集成度多功能化,这是科技发展的趋势。
另外,SDH的交叉颗粒是从2M-10G,而OTN的业务颗粒是GE以上到100G,颗粒度远远大于SDH,SDH能够解决的也仅仅是GE和2.5G颗粒的交叉,对于10G以上的颗粒无法支持。即便是SDH能够实现的GE和2.5G的交叉,SDH上实现的成本也要高于OTN,就像运输整箱整车的大件货物的话,火车的成本要低于小汽车的成本。
下面言归正传,OTN在电层规定了一系列的速率等级和容器:OTUk、ODUk、 OPUk。这个OTUk就和SDH的STM-N是类似的概念,区别是OTUk的容量和STM-N不在一个级别上,ODUk就相当于SDH中的虚容器VC,OPUk就相当于SDH中的容器C。
ODUk是OTN电交叉的基本单元,对应的速率和业务类型如下表:
    
ODUk等级
    
  
ODUk速率(kbit/s)
  
  
  
对应业务
  

    
ODU0
    
  
1,244,160
  
  
  
GE
  

    
ODU1
    
  
2,498,775
  
  
  
2.5G
  

    
ODU2
    
  
10,037,273
  
  
  
10G
  

    
ODU2e
    
  
10,399,525
  
  
  
10GE
  

    
ODU3
    
  
40,319,218
  
  
  
40GE
  

    
ODU4
    
  
104,794,446
  
  
  
100GE
  


除此之外,为了更灵活适应不同速率的业务颗粒,OTN还支持ODU flex,ODU flex是速率灵活可变的容器,可支持2.5G以上的任何速率(1.25G以下映射到ODU0,1.25G-2.5G映射到ODU1),系统会根据业务速率自动指配相应的ODUk组合,速率间隔是1.25G(因为OTN的最小颗粒就是ODU0--1.25G)。比如客户侧信号是6G,系统自动分配1*0DU0+2*ODU1=6.25G来封装。
OTUk、ODUk、 OPUk的帧结构如下图所示:
OPUk中装载着客户的信息净荷,加上OPUk开销后成为OPUk帧(ODUk净荷),而OPUk帧加上ODUk开销和FA帧(帧定位字节)后成为ODUk帧(OTUk净荷),ODUk帧加上FEC(向前纠错码)后成为OTUk帧。
2.5            OTN光交叉
一个OTN站点有N个(2个或以上)的光方向,每个方向传送过来的都是40个波长合路的光信号,那么这N*40个波长信号在站点中都是何去何从的,是我们这一部分要关注的问题,我们来从简单的二维(2个光方向)来说起。
假设A站点从西向过来的合路光信号中,第1-8波需要在本站下业务,其余9-40波在该站点直通过去,这直通的32波需要人为的在东西向的合分波板之间跳纤,这种站点称之为FOADM(固定光分插复用器),其中的固定是相对ROADM来讲的,哪些波长上下或直通可以通过人为的操作去调整。
如果A站点业务增加,原有8波无法满足需求,需要使用9、10波,就需要工作人员到A站现场,将第9、10波的跳纤拆除,通过OTU板上下业务。而如果第9-16波原本是给B站预留的,在A站做了穿通但是B站没有,那就需要工作人员再到B站将9、10波跳纤直通过去。
这种方式通常在网络建设的时候就将波道资源给各站点划分预留好,需要变更的时候就需要上述的繁琐的人为手动操作过程,而ROADM则可以动态的在网管上配置波长,远程指配每个波长的透传或阻断。ROADM(可重构的光分插复用),顾名思义,是波分系统中的一种具备在波长层面远程控制光信号分插复用状态能力的设备形态,采用可配置的光器件,实现OTN节点任意波长的上下和直通配置。 二维的ROADM可以通过WB(波长阻断器)和PLC(平面光波导)技术来实现,而多维的ROADM通过WSS(波长选择开关)来实现。
波长阻断器的原理是通过使用功分器把全部波长的信号分为两束,一束经过WB模块,传输至下一个站点,另一束则传到下行支路,WB模块的作用是将需要下行的波长阻断。WB模块最常见的结构是使用解复用器-可变光衰减器-复用器结构,即解复用后每个波长都接一个可程控的可变光衰减器,根据需要将已下行的波长衰减掉,剩余的波长在经波分复用器复用后传输到下一个网元。
WB只是能够控制哪些波长的穿通,完整的动态下波长业务还需要借助其他器件来实现,PLC实现的功能和波长阻断器相同,只是将上下波长的功能和穿通部分集成到了一个芯片上,集成度较高,损耗较小。
在上面的例子里面,40波的合波光信号被分成功率不同的两路,两路信号都包含40个波长,下业务的一路经过分波器之后波长1-8下路,而穿通的一路信号经过WB之后1-8波经过较大的损耗而被过滤掉,而9-40波损耗较小可以通过,传到下一站点。将1-8还是1-10波阻断可以通过网管配置来实现,不需要人工操作,大大提高了波长配置的灵活性。
如果该站点有2个以上光方向的话,我们需要在这多个方向之间调度波长信号,只有两个维度的WB和PLC无法实现,可以通过WSS(波长选择开关)可来实现。
WSS是一个多端口的模块,包括一个公共端口和N个与之对应的光口,在公共端口的任意波长可以远程指配到N个光端口中的任意一个,原理如下图所示:
这样我们可以将一个方向来的任意一个波长,通过网管配置到任意一个光方向中的任意波长去(需要使用可调波长的OTU板),业务的配置灵活性又得到了更大的提高。
从需求的角度讲,由于运营商的各大骨干、汇聚节点之间的业务需求相对稳定,目前没有大量的光波长级别的灵活调度需求,所以目前光交叉在我国应用较少,仅在国干层面有少量应用。
需要注意的是,OTN的帧结构与SDH有一点最大的不同,SDH的STM-N帧结构中N不同对应的帧结构不同,STM-4的列数是STM-1的4倍,但是帧频都是8000帧/秒。而OTN的ODUk帧格式不随着k的改变而改变,都是4*4080字节块状帧,但不同ODUk等级对应的帧频不同。
低等级速率的ODUk按照一定的规则映射到高等级的ODUk中,下图以4路ODU1映射到ODU2中为例,从图中可以大致了解映射的过程。




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