第4章光传送网技术
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×1 ×1
Client signal Client
OChr ×1 OCh ×1 ×1 OCh ×1
k=3对应40Gbit/s
OTU2[V]
1≤i+j+k ≤n
×i
ODU2
OPU2
OCC
OCC OCC OOS
×1 ×1
k=2对应10Gbit/s
OTU1[V]
×1
signal
Client
OTM-n.m
×1
4．增强了组网和保护能力
通过OTN帧结构、ODUk交叉和多维度可重构光分插复用 器（ROADM）的引入，大大增强了光传送网的组网能力， 改变了基于SDH VC-12/VC-4调度带宽和WDM点到点提供 大容量传送带宽的现状。前向纠错（FEC）技术的采用， 显著增加了光层传输的距离。另外，OTN将提供更为灵活 的基于电层和光层的业务保护功能，如基于ODUk层的光 子网连接保护（SNCP）和共享环网保护、基于光层的光 通道或复用段保护等，但目前共享环网技术尚未标准化。
2. 光复用段层
(Optical Multiplexing Section Layer, OMSn)
• 光复用段层为多波长信号提供网络连接功能，保 证多波长光信号的完整传输。该层网络的功能包 括： • 1)光复用段层开销处理，保证多波长光复用段适 配信息的完整性。 • 2) 实施光复用段监控功能，解决复用段生存性问 题。 • 3) 实现光复用段层的操作和管理。
光传送网的分层结构和连接类型
电通信信道
OCh
OMS
OTS
OXC/ OADM OA
OTS
OA
OTS
SDH NE
OXC/ OADM
SDH NE
NE:网元终端 OA:光放大器
OXC:光交叉连接器 OADM：光分插复用器 OCh:光通道 OMS:光复用段 OTS:光传输段 4-2 光传送网的分层结构示意图
4．2 光传送网的分层结构
定义成一种三层网络结构 光通道层(OCh）、光复用段层(OMSn）和光传输段层(OTSn）
1.
• •
光通道层（Optical Channel Layer，OCh）
光通道层为数字客户层信号提供端到端的透 明光传输。 根据G.709的建议，OCh层又可以进一步分 为三个子层，分别是光通道的净荷单元 (OPUk）、光通道的数据单元(ODUk)和光 通道的传输单元(OTUk)。这种子层的划分 方案既是多协议业务适配到光网络传输的需 要，也是网络管理和维护的需要。
图4-5 4个ODU1信号复用成一个ODU2
1）光信道净负荷单元(Optical Channel Payload Unit k) 光信道净负荷单元(OPUk）是为使客户层信息能够 在光信道层上传送提供适配功能，包括客户层信息以 及用来适配客户层信息和光信道数据单元(ODUk)的净 负荷速率而需要的所有开销信息。k是与客户信号的速 率有关的阶数（如图4-3所示ODU1，ODU2，ODU3）。 2) 光信道数据单元(Optical Channel Data Unit k) 光信道数据单元k（ODUk）是用来支持OPUk的信息 结构，由OPUk的信息和光信道数据单元开销(ODUk OH) 组成。光信道数据单元支持嵌套的1-6层的连接监视。
3)光信道传送单元 (Optical Channel Transport
Unit k)
该层(OTUk)在一个或更多的光信道连接的基 础上支持ODUk的信息结构，是由光信道数据单 元(ODUk),光信道传送单元的FEC域和光信道传 送单元的开销(OTUk OH)组成的。
简化功能的OTM-nr.m和TM-0.m包括光物理段层（OPSn)、简 化功能的光信道层(OChr),标准功能的光信道传送单元 (OTUk/OTUkV)和光信道数据单元(ODUk)。 图4-3显示了OTM中各种不同信息结构单元间的关系及其映 射和复用结构。根据ITU-TG.709的建议，各种客户层信息 （SDH, ATM, IP,以太网等）可以按照一定的映射和复用结构 接入到OTM中。由图4-3可见，各种客户层信息经过光信道净 荷单元k(OPUk)的适配，映射进一个ODUk,然后在ODUk和 OTUk中分别加入光信道数据单元的开销和传送单元的开销， 再被映射到光信道层（OCh或OChr），调制到光信道载波 (OCC或OCCr)上。k=1对应2.5Gbit/s的速率，k=2对应 10Gbit/s的速率，k=3对应40Gbit/s的速率。 多个光信道载波（例如，i个40Gbit/s的光信号、j个10Gbit/s 的光信号、k个2.5Gbit/s的光信号，1 <i+j+k<n）被复用进一 个光信道载波组（OCG-n.m或OCG-nr.m）中，OCG-n.m再加 上光监控信道(OSC)后，构成光传送模块OTM-n.m 。图4-4也 给出OTM-O.m和OTM-nr.m的映射和复用结构。
2．大颗粒的带宽复用、交叉和配置 OTN目前定义的电层带宽颗粒为光通道数据单元（ODUk， k=1,2,3），即ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)和 ODU3(40Gb/s)，光层的带宽颗粒为波长，相对于SDH的 VC-12/VC-4的调度颗粒，OTN复用、交叉和配置的颗粒 明显要大很多，对高带宽数据客户业务的适配和传送效率 显著提升。在OTN大容量交叉的基础上，通过引入ASON 智能控制平面，可以提高光传送网的保护恢复能力，改善 网络调度能力。 3．强大的开销和维护管理能力 OTN提供了和SDH类似的开销管理能力，OTN光通道 (OCh)层的OTN帧结构大大增强了该层的数字监视能力。 另外OTN还提供6层嵌套串联连接监视（TCM）功能，这 样使得OTN组网时，采取端到端和多个分段同时进行性能 监视的方式成为可能。OTUk层的段监测字节（SM）可以 对电再生段进行性能和故障监测；ODUk层的通道监测字 节（PM）可以对端到端的波长通道进行性能和故障监测。
光通道层上应实现的功能: • 封装客户层信号，建立光通道. • 处理光通道开销，为数字客户层信号提供端 到端的透明光传输. • 提供用于光通道的连续性监视和连通性监视。 以保证创建预期的光通道，并且监视创建光 通道的工作状态和传输特性。 • 在网络故障情况下，通过重新选路或者直接 把工作业务切换到预定的保护路由来实现网 络业务的保护／恢复。
ODUk
ODUkTCLm TCMOH
FEC
OChr OH
OCG-nr.m OTM-nr.m OCCp
OCG-n.mபைடு நூலகம்
×j
ODU1
×1
OPU1
signal
k=1对应2.5Gbit/s
×1 OSC
×k
×1
OCh
OTS、OMS、OCh、COMMS、OH
复用 映射
图4-4 一种电层复用映射结构
ODUk复用 例子： 4个ODU1信号复用成一个ODU2，如图4-5所示。 图4-5表明了多路信号的四个ODU1到ODU2的复用.通过适配的ODU1信号 是字节交错复用到OPU2净荷区，而他们的调整控制和机会字节（JC， NJO ）是字节交错复用到OPU2开销区。 一个ODU1浮动装入1/4 OPU2有 效载荷区。
3．光传输段层
(Optical Transmission Section Layer，OTSn)
• 光传输段层为光复用段的信号在不同类型的光媒质（如G.652, G.653, G.655光纤等）上提供传输功能。光传输段开销OTS的特征信息包括两个 独立的逻辑信息：OMS层的适配信息和OTS路径终端专用的管理、维护。
4．1 光传送网的特点
OTN是指为客户层信号提供光域处理的传送网络， 主要功能包括传送、复用、选路、监视和生存性功能 等。OTN处理的最基本的对象是光波长，客户层业务 以光波长形式在光网络上复用、传输、放大，在光域 上分插复用和交叉连接，为客户信号提供有效和可靠 的传输。 主要特点： 1．多种客户信号封装和透明传输 基于ITU-T G.709的OTN帧结构可以支持多种客户信号 的映射和透明传输，如SDH、GE和10GE等。目前对 于SDH和ATM可实现标准封装和透明传送，但对于不 同速率以太网的支持有所差异。
4.3 G.709标准中的数字包封技术
为在光层上提供快速的保护和恢复功能，并能实现 光路上的交换，针对光传送网的发展趋势， ITU-T推出了 一系列标准，其中以2001年2月推出G．709建议具有重 大意义，它指出了光联网的技术基础。G．709建议的核 心内容就是数字包封技术（DigitalWrapper），它定义 了一种特殊的帧格式，将客户信号封装入帧的载荷单元， 在头部提供用于运营、管理、监测和保护的开销字节， 并在帧尾提供了前向纠错（FEC）字节。在光传送网中， 光传输段层、光复用段层的开销信息和光通道层的非随 路的开销信息可以用光监控信道（OSC)来传送。
客户层
OPUk ODUk OH
OH OPUk净荷
OPUk
ODUk
ODUkTCL1TCMOH
ODUk ODUk连接监视 TCMOH
OTUk[V]段 OH
1–6层 的ODUk 连接监视
ODUk
ODUkTCLm TCMOH
FEC
OCh OH
OCG-n.m
OTMCOMMS
OCh净荷
OCCp OCCp OCCp OCCp
2． OTN 的信息结构(information structure)
G.709定义OTN完全功能光传送模块（OTM-n.m）的信息结 构如图4-6所示。从客户业务适配到光通道层（OCh），信号 的处理都是在电域内进行，包含业务负荷的映射复用、OTN 开销的插入，这部分信号处理处于时分复用（TDM）的范围。 首先光通道净负荷单元OPUk将各种客户层的信息，如IP、 Ethernet和STM-N等信号进行适配，加上OPUk的开销（OH） 形成OPUk信息，然后映射进一个光通道数据单元ODUk加入 光通道数据单元的开销，1-6个ODUk可以实现连接监视，再 映射进传送单元OTUk中，加入OTUk的开销，到光通道传送 单元OTUk中，再被映射到光通道层（OCh或OChr），调制 到光通道载波(OCC或OCCr)上。k=1对应2.5Gbit/s的速率， k=2对应10Gbit/s的速率，k=3对应40Gbit/s的速率。
4.3.1 OTN的复用映射结构
1．光传送模块的复用映射结构
k=3对应40Gbit/s
k=2对应10Gbit/s
k=1对应 2.5Gbit/s
OTM-0.m
OCCr ×1 ×1 ×1 OChr
×i ×1 ×j OTM-nr.m OCG-nr.m ×k
×1
OCCr OCCr OChr ×1 OTU3[V]×1 ODU3 ×1 OPU3
第 四 章 光传送网技术
OTN (Optical Transport Network)
• 光传送网(OTN)是继PDH、SDH之后的新一代数 字光传送技术体制，它能解决传统WDM网络无波 长/子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力 弱等问题。OTN以多波长传送、大颗粒调度为基 础，综合了SDH的优点及WDM的优点，可在光层 及电层实现波长及子波长业务的交叉调度，并实 现业务的接入、封装、映射、复用、级联、保护/ 恢复、管理及维护，形成一个以大颗粒宽带业务 传送为特征的大容量传送网络。 • 本章将介绍光传送网的特点与分层结构，重点讲 述光传送网的核心技术G.709标准中的数字包封 技术。
OMU-n.m OTM-n.m
OMSn
OH
OMSn净荷
OTSn净荷
OTM-n.m的信息结构和包容关系
OTSn
OH
OOS
客户层
OPUk ODUk通道 OH
OH OPUk净荷
OPUk
ODUk
ODUkTCL1TCMOH
ODUk ODUk连接监视 TCMOH
OTUk[V]段 OH
1–6层 的ODUk 连接监视
• OTS层应具备的功能：
• 1) 接收OMS层的适配信息，加入OTS路径终端开销，产生光监控信道，并 把光监控信号与主信号复用在一起。路径终端功能以物理媒质上传输的信 息为依据，保证光信号符合物理接口要求。 • 2）接收传输段层网络信息，重新调节信息以补偿在物理媒质传输过程中 产生的信号劣化，从主光信号中抽取光监控信道，处理光监控信道中包含 的OTS路径终端开销，并把适配信息输出。 • 3) 实现对光放大器或中继器的检测和控制。 • 4) 传输缺陷的检测和指示。 • 5）传输质量的评估。
Client signal Client
OChr ×1 OCh ×1 ×1 OCh ×1
k=3对应40Gbit/s
OTU2[V]
1≤i+j+k ≤n
×i
ODU2
OPU2
OCC
OCC OCC OOS
×1 ×1
k=2对应10Gbit/s
OTU1[V]
×1
signal
Client
OTM-n.m
×1
4．增强了组网和保护能力
通过OTN帧结构、ODUk交叉和多维度可重构光分插复用 器（ROADM）的引入，大大增强了光传送网的组网能力， 改变了基于SDH VC-12/VC-4调度带宽和WDM点到点提供 大容量传送带宽的现状。前向纠错（FEC）技术的采用， 显著增加了光层传输的距离。另外，OTN将提供更为灵活 的基于电层和光层的业务保护功能，如基于ODUk层的光 子网连接保护（SNCP）和共享环网保护、基于光层的光 通道或复用段保护等，但目前共享环网技术尚未标准化。
2. 光复用段层
(Optical Multiplexing Section Layer, OMSn)
• 光复用段层为多波长信号提供网络连接功能，保 证多波长光信号的完整传输。该层网络的功能包 括： • 1)光复用段层开销处理，保证多波长光复用段适 配信息的完整性。 • 2) 实施光复用段监控功能，解决复用段生存性问 题。 • 3) 实现光复用段层的操作和管理。
光传送网的分层结构和连接类型
电通信信道
OCh
OMS
OTS
OXC/ OADM OA
OTS
OA
OTS
SDH NE
OXC/ OADM
SDH NE
NE:网元终端 OA:光放大器
OXC:光交叉连接器 OADM：光分插复用器 OCh:光通道 OMS:光复用段 OTS:光传输段 4-2 光传送网的分层结构示意图
4．2 光传送网的分层结构
定义成一种三层网络结构 光通道层(OCh）、光复用段层(OMSn）和光传输段层(OTSn）
1.
• •
光通道层（Optical Channel Layer，OCh）
光通道层为数字客户层信号提供端到端的透 明光传输。 根据G.709的建议，OCh层又可以进一步分 为三个子层，分别是光通道的净荷单元 (OPUk）、光通道的数据单元(ODUk)和光 通道的传输单元(OTUk)。这种子层的划分 方案既是多协议业务适配到光网络传输的需 要，也是网络管理和维护的需要。
图4-5 4个ODU1信号复用成一个ODU2
1）光信道净负荷单元(Optical Channel Payload Unit k) 光信道净负荷单元(OPUk）是为使客户层信息能够 在光信道层上传送提供适配功能，包括客户层信息以 及用来适配客户层信息和光信道数据单元(ODUk)的净 负荷速率而需要的所有开销信息。k是与客户信号的速 率有关的阶数（如图4-3所示ODU1，ODU2，ODU3）。 2) 光信道数据单元(Optical Channel Data Unit k) 光信道数据单元k（ODUk）是用来支持OPUk的信息 结构，由OPUk的信息和光信道数据单元开销(ODUk OH) 组成。光信道数据单元支持嵌套的1-6层的连接监视。
3)光信道传送单元 (Optical Channel Transport
Unit k)
该层(OTUk)在一个或更多的光信道连接的基 础上支持ODUk的信息结构，是由光信道数据单 元(ODUk),光信道传送单元的FEC域和光信道传 送单元的开销(OTUk OH)组成的。
简化功能的OTM-nr.m和TM-0.m包括光物理段层（OPSn)、简 化功能的光信道层(OChr),标准功能的光信道传送单元 (OTUk/OTUkV)和光信道数据单元(ODUk)。 图4-3显示了OTM中各种不同信息结构单元间的关系及其映 射和复用结构。根据ITU-TG.709的建议，各种客户层信息 （SDH, ATM, IP,以太网等）可以按照一定的映射和复用结构 接入到OTM中。由图4-3可见，各种客户层信息经过光信道净 荷单元k(OPUk)的适配，映射进一个ODUk,然后在ODUk和 OTUk中分别加入光信道数据单元的开销和传送单元的开销， 再被映射到光信道层（OCh或OChr），调制到光信道载波 (OCC或OCCr)上。k=1对应2.5Gbit/s的速率，k=2对应 10Gbit/s的速率，k=3对应40Gbit/s的速率。 多个光信道载波（例如，i个40Gbit/s的光信号、j个10Gbit/s 的光信号、k个2.5Gbit/s的光信号，1 <i+j+k<n）被复用进一 个光信道载波组（OCG-n.m或OCG-nr.m）中，OCG-n.m再加 上光监控信道(OSC)后，构成光传送模块OTM-n.m 。图4-4也 给出OTM-O.m和OTM-nr.m的映射和复用结构。
2．大颗粒的带宽复用、交叉和配置 OTN目前定义的电层带宽颗粒为光通道数据单元（ODUk， k=1,2,3），即ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)和 ODU3(40Gb/s)，光层的带宽颗粒为波长，相对于SDH的 VC-12/VC-4的调度颗粒，OTN复用、交叉和配置的颗粒 明显要大很多，对高带宽数据客户业务的适配和传送效率 显著提升。在OTN大容量交叉的基础上，通过引入ASON 智能控制平面，可以提高光传送网的保护恢复能力，改善 网络调度能力。 3．强大的开销和维护管理能力 OTN提供了和SDH类似的开销管理能力，OTN光通道 (OCh)层的OTN帧结构大大增强了该层的数字监视能力。 另外OTN还提供6层嵌套串联连接监视（TCM）功能，这 样使得OTN组网时，采取端到端和多个分段同时进行性能 监视的方式成为可能。OTUk层的段监测字节（SM）可以 对电再生段进行性能和故障监测；ODUk层的通道监测字 节（PM）可以对端到端的波长通道进行性能和故障监测。
光通道层上应实现的功能: • 封装客户层信号，建立光通道. • 处理光通道开销，为数字客户层信号提供端 到端的透明光传输. • 提供用于光通道的连续性监视和连通性监视。 以保证创建预期的光通道，并且监视创建光 通道的工作状态和传输特性。 • 在网络故障情况下，通过重新选路或者直接 把工作业务切换到预定的保护路由来实现网 络业务的保护／恢复。
ODUk
ODUkTCLm TCMOH
FEC
OChr OH
OCG-nr.m OTM-nr.m OCCp
OCG-n.mபைடு நூலகம்
×j
ODU1
×1
OPU1
signal
k=1对应2.5Gbit/s
×1 OSC
×k
×1
OCh
OTS、OMS、OCh、COMMS、OH
复用 映射
图4-4 一种电层复用映射结构
ODUk复用 例子： 4个ODU1信号复用成一个ODU2，如图4-5所示。 图4-5表明了多路信号的四个ODU1到ODU2的复用.通过适配的ODU1信号 是字节交错复用到OPU2净荷区，而他们的调整控制和机会字节（JC， NJO ）是字节交错复用到OPU2开销区。 一个ODU1浮动装入1/4 OPU2有 效载荷区。
3．光传输段层
(Optical Transmission Section Layer，OTSn)
• 光传输段层为光复用段的信号在不同类型的光媒质（如G.652, G.653, G.655光纤等）上提供传输功能。光传输段开销OTS的特征信息包括两个 独立的逻辑信息：OMS层的适配信息和OTS路径终端专用的管理、维护。
4．1 光传送网的特点
OTN是指为客户层信号提供光域处理的传送网络， 主要功能包括传送、复用、选路、监视和生存性功能 等。OTN处理的最基本的对象是光波长，客户层业务 以光波长形式在光网络上复用、传输、放大，在光域 上分插复用和交叉连接，为客户信号提供有效和可靠 的传输。 主要特点： 1．多种客户信号封装和透明传输 基于ITU-T G.709的OTN帧结构可以支持多种客户信号 的映射和透明传输，如SDH、GE和10GE等。目前对 于SDH和ATM可实现标准封装和透明传送，但对于不 同速率以太网的支持有所差异。
4.3 G.709标准中的数字包封技术
为在光层上提供快速的保护和恢复功能，并能实现 光路上的交换，针对光传送网的发展趋势， ITU-T推出了 一系列标准，其中以2001年2月推出G．709建议具有重 大意义，它指出了光联网的技术基础。G．709建议的核 心内容就是数字包封技术（DigitalWrapper），它定义 了一种特殊的帧格式，将客户信号封装入帧的载荷单元， 在头部提供用于运营、管理、监测和保护的开销字节， 并在帧尾提供了前向纠错（FEC）字节。在光传送网中， 光传输段层、光复用段层的开销信息和光通道层的非随 路的开销信息可以用光监控信道（OSC)来传送。
客户层
OPUk ODUk OH
OH OPUk净荷
OPUk
ODUk
ODUkTCL1TCMOH
ODUk ODUk连接监视 TCMOH
OTUk[V]段 OH
1–6层 的ODUk 连接监视
ODUk
ODUkTCLm TCMOH
FEC
OCh OH
OCG-n.m
OTMCOMMS
OCh净荷
OCCp OCCp OCCp OCCp
2． OTN 的信息结构(information structure)
G.709定义OTN完全功能光传送模块（OTM-n.m）的信息结 构如图4-6所示。从客户业务适配到光通道层（OCh），信号 的处理都是在电域内进行，包含业务负荷的映射复用、OTN 开销的插入，这部分信号处理处于时分复用（TDM）的范围。 首先光通道净负荷单元OPUk将各种客户层的信息，如IP、 Ethernet和STM-N等信号进行适配，加上OPUk的开销（OH） 形成OPUk信息，然后映射进一个光通道数据单元ODUk加入 光通道数据单元的开销，1-6个ODUk可以实现连接监视，再 映射进传送单元OTUk中，加入OTUk的开销，到光通道传送 单元OTUk中，再被映射到光通道层（OCh或OChr），调制 到光通道载波(OCC或OCCr)上。k=1对应2.5Gbit/s的速率， k=2对应10Gbit/s的速率，k=3对应40Gbit/s的速率。
4.3.1 OTN的复用映射结构
1．光传送模块的复用映射结构
k=3对应40Gbit/s
k=2对应10Gbit/s
k=1对应 2.5Gbit/s
OTM-0.m
OCCr ×1 ×1 ×1 OChr
×i ×1 ×j OTM-nr.m OCG-nr.m ×k
×1
OCCr OCCr OChr ×1 OTU3[V]×1 ODU3 ×1 OPU3
第 四 章 光传送网技术
OTN (Optical Transport Network)
• 光传送网(OTN)是继PDH、SDH之后的新一代数 字光传送技术体制，它能解决传统WDM网络无波 长/子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力 弱等问题。OTN以多波长传送、大颗粒调度为基 础，综合了SDH的优点及WDM的优点，可在光层 及电层实现波长及子波长业务的交叉调度，并实 现业务的接入、封装、映射、复用、级联、保护/ 恢复、管理及维护，形成一个以大颗粒宽带业务 传送为特征的大容量传送网络。 • 本章将介绍光传送网的特点与分层结构，重点讲 述光传送网的核心技术G.709标准中的数字包封 技术。
OMU-n.m OTM-n.m
OMSn
OH
OMSn净荷
OTSn净荷
OTM-n.m的信息结构和包容关系
OTSn
OH
OOS
客户层
OPUk ODUk通道 OH
OH OPUk净荷
OPUk
ODUk
ODUkTCL1TCMOH
ODUk ODUk连接监视 TCMOH
OTUk[V]段 OH
1–6层 的ODUk 连接监视
• OTS层应具备的功能：
• 1) 接收OMS层的适配信息，加入OTS路径终端开销，产生光监控信道，并 把光监控信号与主信号复用在一起。路径终端功能以物理媒质上传输的信 息为依据，保证光信号符合物理接口要求。 • 2）接收传输段层网络信息，重新调节信息以补偿在物理媒质传输过程中 产生的信号劣化，从主光信号中抽取光监控信道，处理光监控信道中包含 的OTS路径终端开销，并把适配信息输出。 • 3) 实现对光放大器或中继器的检测和控制。 • 4) 传输缺陷的检测和指示。 • 5）传输质量的评估。