第4章-全光通信网-光传送网技术

1、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。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。

2、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。41 光传送网的特点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。4增强了组网

3、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。 42 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。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

4、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。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。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。 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

5、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。光传送网的分层结构和连接类型4-2 光传送网的分层结构示意图 SDH NESDH NEOTSOCh电通信信道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OMSOTSOTSOAOA OXC/ OADMOXC/ OADM4.3 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 。G709建议的核心内容就是数字包封技术（ DigitalWrapper），它定义了

6、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。 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=1对应 2.5Gbit/sk=2对应10Gbit/sk=3对应40Gbit/sODU3OPU3OTU3V11ClientsignalODU2OPU2OTU2V11ClientsignalODU1OPU1OTU1V11Clientsignal1OCCrOChr1OCCrOChr1OCCrOChr1OCCOCh1OCCOCh1OCCOChOTS、OMS、OCh、COMMS、OH复用 映射OTM-0.mOCG-nr.mOCG-n.mOTM-nr.mOTM-n.m111i jkijk1i+j+k nOSCOOS111111k=1对应2.5Gbit/sk=2对应10Gbit/sk=3对应40Gbit/s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OD

7、U2，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。图4-5 4个ODU1信号复用成一个ODU21）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(O

8、TUk)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

9、、k个2.5Gbit/s的光信号，1 i+j+kn） 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 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 。OCCpOCCpOCCpOCCp客户层OPUk净荷OHOPUkOPUkODUkOHODUk连接监视ODUk TCMOH1 6 层的ODUk连接监视ODUkTCL1ODUkTCLmODUkTCMOHTCMOHODUkOChOTSn净荷OMSn净荷OCh净荷OHOTUkV段OHFECOMU-n.mOCG-n.mOTM-n.mOMSnOHOTSnOHOTMCOMMSOTM-n.m的信息结构和包容关系OOSOCCpOCCpOCCpOCCp客户层OPUk净荷OHOPUkOPUkODUk通道OHODUk连接监视ODUk TCMOH1 6 层的ODUk连接监视ODUkTCL1ODUkTCLmODUkTCMOHTCMOHODUkOChrOMSn净荷OCh净荷OHOTUkV段OHFECOCG-nr.mOT

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