OTN技术组网及应用研究
OTN技术组网及应用研究
Research on OTN Technology Networking and Application
摘要：
根据OTN技术特点和实际工程组网经验，对OTN技术的组网及OTN技术与现有网络的关系进行了探讨，并重点探讨了传输网面临的问题，就如何利用OTN技术解决这些问题提出了基本思路
关键词：
OTN；传输网；大颗粒业务；拓扑结构；保护方式
0 前言
OTN概念最早由ITU—T于1998年提出。当初设想的OTN是一种既有WDM大容量又有SDH调度灵活两大优势的新型技术。近年来，随着通信网络IP化和宽带化的不断发展，以及大颗粒业务电路需求的不断增张，OTN技术已逐步受到了人们关注。同时，由于与OTN相关技术标准的飞速发展，以及一些设备厂家也趁势推出了相关产品，使OTN 技术的组网问题成为了目前业界的一个研究热点。
本文根据OTN技术特点和实际工程组网经验，对OTN技术的组网及OTN技术与现有网络的关系进行了探讨。并在通信网络IP化和宽带化的大背景下，重点探讨了传输网所面临的一些问题。以及就如何利用OTN技术解决这些问题提出了基本思路。
1 OTN技术组网研究
1.1拓扑结构的选择
0TN的拓扑结构主要有链形、环形及Mesh等3种类型。下面结合OTN技术的特点对上述3种网络结构的优缺点进行分析。
a)链形结构：链形结构的主要优点是网络结构简单、对线路系统要求较低，主要缺点是无法实施保护、不能完全发挥OTN的技术优势。
b)环形结构：环形结构主要有两大优点：一是OTN提供了类似于SDH的环网保护机制及复用映射机制，可以借助于SDH丰富的组网经验，方便于网络的前期规划及后期维护；二是在环形结构下，OTN技术提供了多样化的保护方式，网络的安全性能得到保障。其主要缺点是，为提高系统的利用率，在进行前期规划时需根据业务的流量流向进行环网设计，并尽量避免业务跨环，网络设计有一定的难度。
c)Mesh结构：Mesh结构的主要优点是业务调度比较灵活，能根据业务的流量流向设置直达电路，网络安全性高。但由于OTN的通路安排将涉及到光层的波道组织和电层的电路组织，在开启智能功能前。通路安排需全部依靠人工进行，不仅增加了通路安排的复杂度，也不便于网络的后期维护。
据上所述并结合实际组网经验，建议在开启智能功能前OTN尽量采用环网结构。随着智能技术的成熟，当OTN加载控制平面时，由环形结构向Mesh结构平滑过渡。
1.2保护方式选择
1.2.1保护方式比较
从目前OTN设备水平来看，OTN的保护方式主要有光子网连接保护(OSNCP)、光复用段保护(OMSP)、光线路保护(OLP)、基于子波长(ODUk)的1+l或1：Ⅳ保护、基于ODUk 的环网保护(ODUk SPRing)和光波长共享保护(OWSP)，(又称为基于OCh的环网保护)等6种。前3种是传统的WDM保护方式，后3种是OTN的特有保护方式。
a)OSNCP方式：该方式保护效果良好，但投资成本太高(通常约为无保护的2倍)。
b)OMSP方式：该方式成本较低，但保护倒换时间达不到电信级要求，只能在一定程度上改善网络的安全性。
c)OLP方式：该方式每一个光放段都要有2条不同路由的光缆来支撑，对光缆线路要求较高，建设成本也较高，且因不同段落保护倒换的线路参数差异较大，使多段落故障下的倒换性能难以保证，故建议慎用。
d)基于ODUk的1+1或1：Ⅳ方式及ODUkSPRing方式：这2种方式都需要使用OTN的电交叉矩阵以一个80xl0 Gbit／s的OTN平台为例，若开通4个方向(再加上支路板卡)，欲做到完全无阻塞的电交叉，至少需要6T以上的电交叉矩阵，而目前设备还远未能达到如此水平。鉴于目前实际商用的只有ODU1的电交叉，所以这2种方式目前主要适用于2.5 Gbit／s及其以下小颗粒业务的保护。
e)0WSP方式：0WSP和ODUk SPRing一样都属于OTN的共享环网保护方式。所不同的是，OWSP保护的是波长，而ODUk SPRing保护的是子波道。OWSP至少需要2个波长来实现保护功能，而ODUk SPRing可采用1个波长中的2个不同子波道来实现保护功能。所以，OWSP方式更适用于10 Gbit／s及其以上大颗粒业务的保护，而ODUk SPRing 方式对2.5 Gbit／s及其以下小颗粒业务有更高的保护效率。
各种保护方式的比较见表1。
1.2.2保护方式选择原则
通过对各种保护方式的比较分析，并结合工程设计实践经验。建议在选择OTN 保护方式时遵循以下基本原则。
a)网络拓扑结构：不同的保护方式适用于不同的网络拓扑结构。应根据网络的实际拓扑结构选择适宜的保护方式。
b)业务颗粒度：不同的保护方式适用于不同的业务颗粒度。根据目前的OTN设备水平，ODUk SPRing方式主要适用于2.5 Gbit／s及其以下颗粒业务的保护。随着OTN 设备水平的不断提高，其电交叉矩阵容量将越来越大。届时ODUk SPRing方式可能会适用于更大颗粒业务的保护。
c)可靠性要求：不同保护方式的保护效果是不同的，应根据业务的可靠性要求选择适宜的保护方式。
d)保护成本：在网络拓扑、业务颗粒度和可靠性要求确定的条件下，应尽量选择保护成本相对较低的保护方式。
1.3 DCN的实现方式
在OTN设备中，DCN用于传送OAM&P所需的管理信息，实现监控信息和APS协议的传送。实现DCN有电监控信道(ESC)、光监控信道(OSC)及带外DCN等3种方式。
a)ESC方式：鉴于该方式主要是利用OTN的GCC通道(GCC0／1／2)实现管理信息与业务信息一起传递的(需依赖波长转换单元的存在)，因此无法对光放站进行管理和监控。
b)OSC方式：该方式必须配置OSC单板。管理信息承载在带外波长上，信号速率可选用STM一1、El、E2(8Mbit／s)或10、100Mbit／s以太网或其他速率，可选的信号速率带宽范围较大。
c)带外DCN方式：该方式由独立的IP网或专用电路组成．DCN和业务网相互独立，一般采用以太网接口。该方式需增加路由器和额外的带宽资源，投资相对较大。
根据上述分析．并结合工程设计实践经验可得出如下结论：
a)ESC方式较OSC的最大缺点是不能对光放站进行管理和监控。干线网络的节点间距一般较长，通常都会有光放站，故建议干线网络不宜采用ESC方式。
b)本地网络的节点间距一般较短，通常不会有光放站，所以可考虑采用ESC方式。但即使采用ESC方式，也建议在OTN设备上配置OSC单板。其理由为：0WSP保护需依赖OSC单板，否则就无法实现OWSP保护：虽然G.872定义了简化功能的OTM，可不需要OSC 和OOS，可不支持光层开销，但从功能的完整性考虑，仍建议配置OSC单板；配置OSC 单板后，在ESC方式失效时可采用OSC方式，以提高网络的安全性。
c)带外DCN方式需增加额外投资，且带外DCN本身也存在着安全性问题，所以一般情况下不建议采用该方式。在网络规模较大时，如在网元数量太多、随路DCC或GCC 通道带宽不够用的情况下，可考虑采用带外DCN方式。如果现网已存在带外DCN。且带外DCN与业务网络相互独立时，可考虑将带外DCN方式作为备用，以提高网络的安全性。
2 OTN与现有网络的关系
经过多年的持续建设，传输网络已存在着大量的SDH／MSTP和传统WDM 系统。下面重点阐述引入OTN技术后现SDH／MSTP、WDM系统与OTN的关系，以及业务承载策略。
2.1OTN与SDH／MSTP的关系
对于OTN和SDH／MSTP来讲，可以采取相互独立和客户一服务2种组网方式OTN和SDH／MSTP网络都能提供完善的保护机制。但目前客户一服务组网方式还没有一套完善的保护协调机制，常用的是拖延(Hold off)机制，即：一旦发现故障，SDH／MSTP
网络的保护先延迟一段时间(如50ms)，如果OTN出现故障则OTN进行保护倒换。Hold of机制存在的问题是，如果OTN网络没有出现故障，SDH／MSTP网络也要先延迟一段时间后才进行保护，从而影响了保护效果．因此该机制并不能增强网络的安全性。所以建议在一般情况下宜采用相互独立的组网方式，在光纤资源紧张的条件下可采用客户一服务的组网方式。从技术上看，SDH／MSTP在处理传统的小颗粒TDM业务方面具有不可取代的地位，故OTN和SDH／MSTP将会呈现出长期共存的局面。
2.2OTN与传统WDM的关系
OTN与传统WDM一般采用相互独立的组网方式。从技术上看，OTN不仅具备传统WDM 的所有功能。还具备强大的OAM，能提供完善的保护机制。并具有更加灵活的业务调度能力。从长远看，OTN将会逐步取代传统的WDM系统。
2.3业务承载策略
在引入OTN技术前，小颗粒业务都承载在SDH／MSTP网络上．大颗粒业务都承载在WDM上，对于安全性要求较高的大颗粒业务则采用SDH／MSTP承载，或者在WDM上配置OCP保护进行承载。但SDH／MSTP承载大颗粒业务时会占用大量的SDH，MSTP资源，而在WDM上配置OCP保护代价也并不菲。面对大颗粒业务需求急剧增长的发展趋势，显然这种传统的业务承载方式是难以适应的。
根据SDH／MSTP、WDM及OTN的技术特点，并考虑现网资源的充分利用，建议采用如下业务承载策略。
a)155 Mbit／s及其以下小颗粒业务承载在SDH／MSTP上。
b)GE及其以上、安全性要求较低的大颗粒业务承载在WDM或光纤上。
c)GE及其以上、安全性要求较高的大颗粒业务承载在OTN上。
这种业务承载方式策略既能充分发挥SDH／MSTP对小颗粒业务和OTN对大颗粒业
务的处理优势，还能充利用现网资源。最大程度地降低业务传输成本。
3 OTN与IP网络
3.1传输网络面临的挑战
目前在城域网层面上，IP路由器一般都采用光纤直连方式，但为了进一步提高网络的安全性和可维护性．IP网络也会逐步承载在传输网络上，希望能在传输层面上提供保护：在干线网层面上，IP网络一般都采用路由器+传统WDM 的组网方式。从近年来新增干线传输需求来看，宽带业务占80％以上，且宽带业务带宽占整个干线带宽的比例呈逐年上升趋势．因此保障宽带业务的带宽需求已逐步成为传输网络的主要任务。随着通信网络IP化和宽带化的推进，传输网络将面临以下挑战：
a)传输容量的挑战：随着近年来IP业务量的激增，IP层路由器端口的最大容量已达40 Gbit／s，急需要相应容量的传输端口与之匹配。就路由器技术来讲，同局向的链路数量最多为32个。链路数量超过32个路由器将无法处理。多条10 Gbit／s 链路的捆绑会降低路由器的处理效率。
b)网络安全性的挑战：目前对于IP业务的保护都是IP网络层面的保护，传输层面一般不提供保护。为进一步提高网络的安全性和可维护性，对传输网络提出了越来越高的可靠性要求。
c)承载效率的挑战：由于IP业务量的激增，IP层的路由器面临着巨大的扩容与处理压力，导致其容量、复杂度与功耗不断提高，骨干路由器已成为网络中最昂贵的设备。在多等级IP网络(CE—PE—P—P—PE—CE)中，分组包从源到目的地要经历多跳．从而导致了大量的中转业务。这些中转业务对本地虽不“增值”，却大大增加了路由器负担，使网络成本和设备功耗快速增长，提高了单位比特的建设成本。
3.2解决思路
随着OTN保护技术和40Gbids技术的逐步成熟与商用，IP网络提出的40Gbit／s 传输需求和网络的可靠性要求都能得到圆满的解决。下面重点阐述解决提高承载效率问题的2种基本思路。
3.2.1合理的网络规划
通过网络规划进行业务分流见图1。
图1 通过网络规划进行业务分流
如图1所示，路由器A—C的业务都需要经过路由器B中转，经合理的网络规划后，路由器A的l号端口的业务流向路由器C，2号端口的业务流向路由器B，这样路由器A —C的业务就不需经路由器B中转．从而有效地降低了路由器B的配置要求。但这一思路的缺点是，流量流向的任何变化都可能需要对传输电路进行重新配置．显得不太灵活。
3.2.2 OTN设备在光层实现中转业务的识别和分流
通过OTN设备进行业务分流见图2。
图2 通过OTN设备进行业务分流
如图2所示，在传统的IP over WDM组网方式下．由于传统的WDM系统不具备灵活的波长和子波长交换能力，且路由器普遍采用STM一64或STM一256 POS接口，在A—C 的业务流量(3 Gbit／s)小于单波长容量(10 Gbit／s)时，通常将A—B和A—C的业务流量配置在一个路由器接口上，通过WDM系统适配到一路波长信号中，因此无法在B 节点的WDM层面上实现A—C业务的直通，仍需由B节点的路由器实施A—C业务流量的转发。为了实现中转业务的路由优化，必须借助于支持ODUk交叉的OTN节点，以及路由器和OTN之间的业务识别和适配映射等关键技术来实现。在A节点。虽然路由器将A —B和A—C的业务流量统一封装在一个STM一64 POS接口中，OTN节点可通过采用MPLS —TP技术来识别路由器POS接口中的IP／MPLS标签，区分A—B和A—C业务，并分别适配映射到不同的ODUk中传送，在B节点将A—C流量通过ODUk交叉功能在光层直通，从而降低了对B节点路由器容量和线卡的配置要求。这一策略能很好地解决承载效率问题，但真正的实现还有待于OTN设备的进一步完善。
4 结束语
根据OTN技术特点和工程组网实践经验，对OTN技术的组网应用进行如下总结。
a)根据OTN的技术特点和目前OTN设备的实际水平，建议尽量采用环网结构组织OTN。随着智能技术的不断成熟，当OTN加载控制平面时，OTN环网可逐步向网状网方向平滑过渡。
b)通过对OTN各种保护方式的对比分析，提出的OTN保护方式选择原则为：应结合工程具体情况，综合考虑网络拓扑结构、业务颗粒度、业务可靠性要求和保护成本等4个方面来选择合适的保护方式。
c)对于DCN的实现方式，建议根据工程的组网情况分别选择ESC或OSC方式。但不论选择何种方式，都建议在设备上配置OSC单板，而带外DCN方式则可作为一种备用方式，以提高网络的安全性。
d)建议在一般情况下，OTN与现有SDH／MSTP、传统WDM 系统采用独立组网方式。根据业务颗粒度大小和安全性要求，可将业务分别承载在OTN系统、现有的SDH／MSTP 系统和传统的WDM系统上。从技术发展角度来看．OTN将会逐步取代传统的WDM，而SDH ／MSTP和OTN将会呈现长期共存的局面。
e)重点探讨了在通信网络IP化和宽带化的大背景下传输网络遇到的挑战，并认为随着OTN保护技术和40 Gbit／s技术的逐步成熟与商用，IP网络容量需求和可靠性要求都能得到圆满的解决。并对于承载效率问题提出了2种基本解决思路。