光通信技术OTN发展的探讨

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摘要：本文首先描述了OTN发展的驱动力，同时介绍了OTN 的技术与标准化进展，讨论了otn 组网的基本要求、应用模式和发展趋势。

关键词：光纤通信；OTN技术发展；OTN组网应用；

中图分类号：E965 文献标识码：A

一 前言

光传输网作为整个信息通信网络和业务发展的基础依托，一直在向着大容量、高速率、多业务和智能化方向演进。随着业务容量的飞速增长，对更大颗粒带宽（2.5G/10G/40G 电路）调度的需求越来越大，实现面向大带宽电路组网的光传送网（OTN）技术应运而生。

二 OTN 发展的驱动力

OTN 的问世和发展是光传输容量不断提升的必然结果， 是由低速电层组网向全光组网演进的必需环节。其驱动力主要有如下几方面。

（1）业务带宽需求持续增长，驱动光传输网向大容量方向演进。尤其是随着视频和多媒体业务的兴起，网络和应用都在向宽带化方向迈进。固定接入已全面宽带化，3G 和LTE 的发展又将移动通信推向了宽带化的轨道。截至2010 年6 月，我国网民规模达到4.2 亿，在使用固网接入互联网的群体中， 宽带普及率达到98%，宽带网民规模超过3.6 亿；我国基础电信企业互联网宽带接入用户总数达到1.15 亿。为此我国三电信大运营商都在加大光纤接入的建设步伐， 各地广电运营商借三网融合的东风，也在全力推进光纤接入的发展，接入网的升级提速必然引发对城域网和骨干网提速的要求。

( 2 )网络和业务的全IP 化趋势使得网络更加扁平化和融合化， 为此不但要求建设统一融合的大容量光传送网，还要求实现对IP 业务更灵活、高效的传送和调度管理， 从而驱动OTN 由以承载SDH 业务为重心转向对多业务的支持。电信网络正在向全IP 方向转型，PSTN 将向NGN 的方向演进，2G 将迈向3G/LTE，IPTV 正在兴起，未来对TDM 电路的需求将下降，传统光传送网（SDH+P2P WDM） 的生存空间将不断被挤压，而IP 网作为承载网与宽带业务网的重要性与日俱增，为此增强OTN 的IP 化特质对于OTN 的可持续发展至关重要。

( 3 )微电子和光电子技术的进步使得实现高集成度、低能耗的大容量交叉成为可能，为OTN 实现提供了技术基础，驱动OTN 由技术标准研究迈向产品研发和商用推广。

三 OTN 标准与技术进展

为弥补SDH 的业务颗粒度和交叉容量小等不足，早在1999 年，ITU 就提出了基于“数字包封” 的OTN技术。当初，OTN 以基于OADM 和OXC 的全光网为目标，但由于全光网的实现一直面临诸多技术困难，OTN的重心也由光层管理和组网转移到了大带宽电层管理和组网。

2001 年，ITU 正式了G.709 系列核心标准。这一版本引入了3 个电域子层， 形成了一个相对稳定的OTN 体系。这种新的光传送网技术最初被定位于解决高速TDM 业务的大容量传送和组网问题，提供了大容量接入调度管理，具备丰富的OAM，同时在透明性、前向纠错（FEC）和串联连接监视（TCM）等方面也具有明显优势。

此外， 还开发了面向GE 业务的ODU0、面向未来100GE 业务的ODU4、支持灵活速率的ODUflex 和通用映射规程（GMP）等。在2009 年10 月的ITU-T SG15全体会议上通过了包含这些特征的G.709 v3， 同时会议上也启动了OTN 设备、OTN 保护等标准的更新。在多业务、分组化、大颗粒、灵活性等业务需求的驱动下，OTN 技术标准完成了新一轮的演进， 再次趋于成熟稳定。

中国通信标准化协会（CCSA）从2004 年开始正式启动OTN 相关行业标准的制订工作，目前已颁布了1个国家标准和2 个通信行业标准，即《光传送网体系设备的功性》（GB/T20187-2006）（对应于G.7982004 版本）、《光传送网（OTN） 接口》（YD/T 1462-2006）（对应于G.709 2003.10 版本）、《光传送网（OTN）物理层接口》（YD/T 1634 2007）（对应于G.959.12006.2版本）， 并正在开展一系列新的OTN 相关技术研究与标准化工作。

综合国内外的标准化状况来看，OTN 技术标准经过10 年的不断演进， 在业务和技术发展的双重驱动下，逐步走向成熟和稳定。OTN 继承了SDH 在组网、管理和保护等方面的优点，同时，能够提供大颗粒的传送和灵活的交叉颗粒度，能够支持多种协议，具备对于多种业务的承载和适配能力。在运营商、设备提供商、芯片制造商的共同推动下，许多设备商的OTN 产品都具备光、电和光电混合交叉能力。我国各大运营商也织进行了OTN 技术及组网测试，并在部分省内及城域网内采用了OTN 设备进行组网。总之， 随着标准的成熟和业务的发展，OTN 组网技术将得到越来越广泛的应用。

四 OTN 组网的基本应用

4.1 OTN组网的最基本有以下几大要素OTN 的组网方案一般包括4 个部分， 即传送平面、控制平面、管理平面以及网络规划系统。在传送平面， 按照其交叉能力划分可以分为光层交叉、电层交叉、光电混合交叉3 种：

（1）光层交叉基于波长或多个波长进行交叉，每个方向可支持40 或80 波，可以实现波长级的灵活调度，组网成本比较小，但存在物理受限问题。光层交叉主要采用WSS、PLC 等器件，目前以WSS 为主。

（2）相比光层交叉，电层交叉具备子波长业务调度能力，也可以进行业务汇聚。通过单级或多级复用方式支持ODUk（k=0，1，2，2e，3，4，flex）子波长业务的灵活调度。电层交叉比光层交叉具备更强的业务调度和管理能力，但是，电层交叉的交叉容量较小，目前业界的普遍水平是Tbit 量级， 多方向调度可以达到10T 左右。如何解决诸如交叉矩阵、机械结构、散热、可靠性等问题，进一步提升交叉容量、减小体积和设备功耗是目前OTN 研发的技术关键。

（3）光电混合交叉结合了上面2 种交叉形式，通过光层交叉来调度大颗粒的波长级业务， 通过电层交叉来调度小颗粒的子波长级业务，光电交叉互为补充。

在控制平面， 主要是实现资源自动发现、资源管理、通道管理等。根据配置业务的参数，自动完成资源发现、路由选择和验证、波长冲突的处理、交叉调度的优化，从而自动实现端到端的业务配置。在控制平面，还可以实现业务的保护和业务的自动恢复， 使业务生存能力更强。

在管理平面，主要是通过网管系统，来支持网络配置管理、业务端到端的调度、网络资源管理、性能管理、故障管理及安全管理等功能，还涉及分层拓扑管理、光电混合业务调度、波长功率管理能力等。

最后，规划系统可辅助客户进行网络资源分析、方案验证等，以支持网络建设方案的制定、选择和决策。OTN 组网技术支持多种保护方式，可根据不同的应用场景进行部署。在电层主要采用基于ODUk 的子网连接保护（SNCP）、环网共享保护等，在光层主要采用光通道1＋1 保护、光通道共享保护和光复用段1＋1保护等。另外还可以基于控制平面实现网络保护和业务自动恢复。

4.2对于OTN 组网发展的趋势

近年来，随着互联网等数据业务的快速发展，IP 网中的数据量急剧增长，IP 层路由器面临着巨大的扩容与处理压力，导致其容量、复杂度与功耗不断攀升。路由器单机已难以承受这样的增长速度，于是出现了路由器堆叠技术， 骨干路由器已经成为网络中最昂贵的设备之一。而未来引入OTN 技术进行IP 数据的承载，可以很大程度缓解骨干路由器的压力。在网络实际部署中， 可通过对IP 层和光层资源进行统一规划， 使得整个网络达到类似路由器直连的效果。由于OTN 设备的每比特成本和功耗约为IP 层路由器的1/3 到1/5，用OTN 节点旁路掉IP 层路由器的中转流量后，可有效降低对核心路由的容量需求，解决网络容量的瓶颈，从而提升整个网络的使用效率。根据国外某知名运营商的现网流量研究分析， 采用该方式可以降低对核心路由器容量需求的25%～50%。特别是今后核心路由器大量使用STM-256 POS 接口或40GE/100GE以太网接口等成本很高的高速接口后， 在光层实现中转业务识别和分流将有更大的价值。随着OTN 的广泛应用，IP over WDM 的组网必将向IP over OTN 的方向演进。未来新一代的OTN 在提高光层的业务调度、组网保护和智能控制能力的同时，将更加适应IP 业务的传送需要，可以更高效地透明传送10GE、40GE 乃至100GE 以太网业务。通过在OTN中集成MPLS-TP 还可进一步实现基于IP over OTN 的传送层与路由层协同优化组网， 在提高网络资源利用率的同时，大大降低网络建设与运行维护的成本。

五 结束语

OTN技术的出现与日益成熟，解决了大颗粒业务传送需求和现有传送网组网模式之间的矛盾，其突出的优势决定其在今后城域(本地)核心层和汇聚层应用的主导地位。同时OTN的大容量交叉能力以及灵活调度能力使其在全业务承载中占据了一席之地。