第4章 光传送网技术

2020/2/7
《全光通信网》
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OTN（Optical Transport Network）的概念
WDM的大容量传送机制＋SDH的电层处理机制
OTN
OTN是在现有的传送网中加入光层，提供光交叉连接 和分插复用功能，提供有关客户层信号的传送、复用、 选路、管理、监控和生存性功能 ；
OTN在点对点WDM线路系统基础上，增强节点汇聚 和交叉能力、组网保护和OAM管理能力。
2
Switch
1
B
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Data bursts
《全光通信(b网)》
C D
C
D4
第四章 光传送网技术
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课堂主要内容
一. OTN基本概念
二. OTN的分层结构
三. OTN的复用和映射
理解
四. OTN的信息结构
理解
五. 数字包封技术 六. OTN的技术优势
理解
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OTN的复用映射结构（简化版）
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？ 映射
各种不同的业务信号
光通道层（OCh）
客户层信号
+OPUk 开销
OPUk
+ODUk 开销
ODUk
如IP、Ethernet和
映射
STM-N信号
+OTUk 开销 映射
OTUk 映射 光通道层（OCh或OChr） 调制
光通道载波（OCC或OCCr）
OTN提出的原因
❖ SDH/SONET已经非常成熟，但在传送层方面存在不足。 ❖ DWDM的大容量传输及在宽带业务承载方面的局限。 ❖ 互联网、电子商务、移动技术发展迅速，以太网等数据业
务发展迅速。 • Internet 业务量的爆炸性增长 • 多种业务种类（如多媒体）的出现
❖ 新的光器件的出现，如光开关、OXC、OADM等。
所支持。
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光通道层的3个子层
➢ 光通道层又分为三个电域子层： 光通道净荷单元(OPU)、光通道数据单元(ODU)、光通道传送单元(OTU)
客户层 光层
IP、ETHERNET、 ATM、SDH/SONET
Optical Channel layer network 光通道层（OCh）
满足网络运营的需要。
大颗粒宽带业务蓬勃发展，对传送网提出了新的要求！
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传统WDM在宽带业务承载方面的局限
无交叉调度能力，不能成网络
复用、映射机制不完善，业务互通能力差
保护机制不完善
简单的OSC，无法对通道进行精确的管理
……
传统的WDM设备无法满足要求， 问题主要在调度、保护、管理等方面。
•与电层适配、多种业务
的接入
物理媒介(OMS)层
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OTN的分层结构
电路层网络
光 传 送
光通道(Och)层 光复用段(OMS)层
网 光传输段(OTS)层
物理媒介(OMS)层
•实现多波长光信号的 联网功能
•实现光复用段信头开 销的处理
•光复用段的管理与维 护
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点对点 复用 WDM 传送
WDM 网络
复用、传送、组网 保护、交换 同步、管理
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ADM
OTN网络结构示意图
ADM OADM
OADM ADM
OXC DXC
ADM OADM
OADM ADM
ADM
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O/E
E/O
电
光
交 换
透明子网
交 换
结
结
Header recognition, processing, and generation
Setup
1
Switch
1
FDL’s
2 1
Offset time
2
2
New
(a)
headers
O/E/O
2 1
Control packet processing (setup/bandwidth reservation)
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OTN的复用和映射
OTM-0.m
k是以客户信号的速率有关的阶数
×1
×1
×i
OCCr
OChr
×1
OTM-nr.m
OCG-nr.m×j
OCCr ×1 OChr ×1
×1
OTU3[V]
ODU3
×1
OPU3
客户信号
×k 1≤i+j+k ≤n
×1 OCCr OChr ×1
k=3对应40Gbit/s
Alignm
ODU1
ODU1 OH
Client layer signal (e.g. STM-16 , ATM , GFP)
通过适配的ODU1信
号是字节交错复用 到OPU2净荷区，而 调整控制和机会字
Alignm Alignm Alignm
4×
OPU2 OH
OPU1 OH
节（JC , NJO）是 字节交错复用到
Optical Multiplex Section layer network
光复用段层（OMS）
Optical Transmission Section layer network
光传输段层（OTS）
光通道净菏单元（OPU） 光通道数据单元（ODU） 光通道送单元（OTU） 光通道OCh
3个电域子层 光域
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OTN的分层结构
电路层网络
光 传 送
光通道(Och)层 光复用段(OMS)层
•实现在不同传输媒介 （即光纤）上传送光 信号的功能
•传送段信头开销处理
网 光传输段(OTS)层 与维护
物理媒介(OMS)层 各种光纤及其它物理
媒介的传送功能
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光通道层提供光的端到端服务，是由一个或多个光复 用段层组成。光复用段层是由多个光传输段层组成。
光缆
光缆
光缆
TM
REG
ADM
TM
再生段
再生段
复用段
通道
SDH系统的分层结构
复用段
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OTN的分层结构
电路层网络
已存的各种形式的业务， 边缘电节点
光 传 送
光通道(Och)层 •实现端到端的光路径的
光复用段(OMS)层
建立、管理和维护 •光层信头的处理
网
光传输段(OTS)层 •光信道的监控
×1
OTU2[V]
ODU2
×1
OPU2
客户信号
×i OCC ×1 OCh ×1
OTM-n.m
×1 OCG-n.m
×j
OCC
×1
OCh
×1
k=2对应10Gbit/s
×1
OTU1[V]
ODU1
×1
OPU1
客户信号
k=1对应2.5Gbit/s
×1
×k
×1 OCC OCh
×1
复用 映射 OSC
OOS OTS、OMS、OCh、COMMS、OH
构
构
不透明节点
不透明节点
透明节点
透明子网中光通道实现端到端的连接 不透明节点实现子网间互联，包括电子3R再生 随着光子技术的发展，透明子网的范围逐步扩大。
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从功能上看，OTN在子网内可以实现全光传 输，而在子网边界处采用光/电/光转换。这样， 各个子网可以通过3R再生器连接，从而构成 一个大的光网络。
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SDH的优势——电层处理机制
强大而灵活的交叉调度能力 多种完善的保护机制
规范的映射、复用，多层次的嵌入式开销 丰富的可运营可管理经验
……
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目前的光电混合网络
光电混合网
核心光网络
边缘电网络
光节点
光传输系统
电子节点
现有光电混合网
SDH在传送层面的不足：
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OTN的分层结构
在 SDHSD网H络网层络和层光直纤接物 理 媒 质以层光之纤间物增理加媒了介光 传 送 层层，为S传DH送网平络台到，光 传 送 网即平S滑DH过信渡号。直S接DH 网 络 层送由到光各传种送规网定所类支 持 ， 而型光的传光送纤网中又传由输最 下 面 的。光 纤 物 理 媒 质 层
1
…
…
输
出
模
块
N
…
…
…
…
解复用器
光分组的预放大和同 步、信头提取、净荷 定位和缓存等
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光存储器
波长变换器
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复用器
负责光分组路由交换、 上/下路、冲突解决等， 决定了节点的交换速率、 吞吐量、可扩展性等
2
光突发交换原理图
在OBS中，首先在控制波长上发送控制（连接建立）分组，然后在另一个不
光技术仅用于两个节点间的点对点传输，以VC调度为基 础，不能满足未来骨干网节点Tbit/s以上的大容量业务调度
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IP化驱动下的网络发展趋势
BB Acc Internet
11%
Video Distribution 27%
Internet Access residential 31%
ODU2 ODU2 OH
Alignm ODU1 OH
Client layer signal (e.g. STM-16 , ATM , GFP)
OPU2开销区。一个
Oห้องสมุดไป่ตู้U1浮动装入1/4
OPU2有效载荷区。
Alignm
OTU2 OH
光传送模块（OTM-n.m）
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复用/映射原则：从低到高，逐级跨越
k=3对应40Gbit/s
k=2对应10Gbit/s
k=1对应 2.5Gbit/s
OTN的复用映射结构（完全版）
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4个ODU1信号复用成一个ODU2
OPU1 OH
ODUk复用
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OPS节点结构及工作原理
同步控制
… …
1
…
…
输
入
模
N
块
分析、判断报头信息，发出同步、交换路 由的控制信号去控制输入模块和交换矩阵， 再产生新报头信息输入到输出模块中
交换控制 交换矩阵
… …
信头再生
光分组净荷的输出 缓存、定位、同步、 放大以及新报头插 入、冲突解决等
通 道
150.336Mb/s
高阶通道层 层
VC-4 VC-4-XC
复用段层 传
复用段 X=4,16,64,256 再生段层
输 媒
再生段
物理层
质
层
物理层
SDH传送网的分层模型
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再生段:是指两个相邻再生站之间、再生站与相邻ADM站或TM站 之间的部分 复用段:是指二个相邻ADM站或TM站的部分 通道:它是针对信息而言，指两个ADM（或TM）之间的所有部分
光传送网的发展趋势是逐步采用先进的光器 件取代光电转换设备，逐步扩大透明子网的 覆盖范围，最终实现全光网络的理想目标。
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SDH的分层结构
虚容器VC是SDH系统中最重要的信息结构，用来支持 SDH通道层的连接
电路层网络
电路层 电路层
2.240Mb/s VC-12
VC-3 48.960Mb/s 低阶通道层
Voice (Fixed +Mobile)4%
Private lines 25%
Data Services (ATM/FR, VPN)2%
➢ 在未来的3～5年之内，新业务的发展将驱动业务量快速增长; ➢ 快速增长的新业务以大颗粒宽带业务为主； ➢ 大量的大颗粒宽带业务需要进行有效的调度和管理，提高QOS，
电通信信道
OCh
OMS
OTS OTS
OTS
SDH NE
OXC/ OADM
OA
OA
OXC/ OADM
SDH NE
NE:网元终端 OXC:光交叉连接器 OADM：光分插复用器 OA:光放大器 OCh:光通道 OMS:光复用段 OTS:光传输段
OTN的分层结构与实际设备连接关系示意图
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《全光通信网》
同的波长上发送突发数据。
控制信道 （波长）
控制分组 2
控制分组在每个节点都需要进行O/E/O的
变换以及电处理。
OBS控制器
2
光/电/光
1
1
控制分组处理
突发数据信道 （波长）
（建立/带宽预留） 2
2
1
交叉矩阵
突发数据
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1 偏置时间
突发数据从源节点到目的节点始终在光域内 传输
《全光通信网》
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《全光通信网》
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？ 调制
光通道传送单元（OTUk）
光传送模块OTM-n.m
调制
光通道层（OCh）信号
光通道载波
（OCC)
光通道载波开销 （OCCo）
光通道载波净荷 （OCCp）
×n
波分复用 光通道层载波组+OMSn开销
（OCG-n.m）
光复用单元(OMU-n.m)
映射 +光监控信道
透明光分组的帧格式
时隙 T: 1.646ｕs = 128byte (分组头为622Mbit/ s)
分组头同步比特
载荷同步比特
保护 时隙
路由标记
保护 时隙
2.5-10G
保护 时隙
64.3ns
5字节
分组头 180ns
14字节
26ns
2字节
载荷
1311ns
102字节
64.3ns
5字节
时间
保护时隙用来补偿光器件的交换时间、净荷在节点处可能的抖动以及在网 络节点接口处同步单元的有限的冲突解决能力。载荷比特率在一定程度上 是透明的(比特率可变)。光分组的固定时隙长度可简化同步操作。
3
Packet (a) vs. Burst (b) Switching
Payload
A
Header
1
Incoming fibers
2
Fixed-length (but unaligned)
B
A
Control
wavelengths
Data wavelengths
Control packets
2
1
Synchronizer