光傳輸網（OTN）技術特點及分析研究

楊靜 顏琨 張勝雄

【摘要】光傳輸網（OTN）是現代通信系統的發展趨勢和發展方向。本文首先對OTN網的應用優勢及相關技術發展進行了簡要介紹，然后對OTN網絡中所使用的技術的技術特征進行了歸納，之后對OTN網絡中的關鍵技術進行了研究和分析，最后就其發展方向進行了討論。

【關鍵詞】光傳輸網OTN關鍵技術

隨著信息技術和應用需求的發展，現代通信正在逐漸向以IP技術為核心的高速寬帶以太網分組業務轉變。為滿足該網絡發展需求，光通信技術被逐漸應用到現代通信系統中承載數據傳輸。光傳輸網利用相關技術，在SDH網的電復用層和物理層之間添加光層，所添加的光層可負責大顆粒處理，而在電層中則對原有的映射技術、復用技術等進行改進或者替換，以提供更高的傳輸容量，滿足網絡通信需求。

一、OTN技術及其發展概述

OTN網絡是一種整體光網絡，其利用3R再生器對各通信子網進行連接，連接的子網所傳輸的信號為光信號。完整的OTN網絡可以完成多業務適配、分級復用與疏導、交叉調度、在線監測、保護方案制定、開銷插入與處理等多種功能。鑒于OTN網具有上述多種應用優勢，故其在骨干層、城際網絡等多個網絡層面中具有良好的應用性能。

OTN網的光通道層到傳輸層以及該過程中所涉及的信號處理都是在光域完成的，OTN網中必須使用路由選擇技術、傳輸技術、交叉調度技術、光分復用技術、光監控技術等實現光信號的處理與調度。此外，OTN中定義了完善的網絡層次結構，不同結構下的信號可以使用相對獨立的模塊完成封裝、適配等操作。信號在OTN網中傳輸還可以得到有效的保護。

二、OTN技術特征

OTN技術的主要特點集中在開放性、靈活性、安全性以及高管理性等方面。

2.1信號承載更加開放

SDH網絡使用POS端口承載IP數據傳輸業務，通信系統中的路由器使用該端口進行通信可有效節省通信帶寬，減少數據開銷，提供高速、高質量的線路檢測服務。但是POS端口的應用成本較高，相較于LAN端口而言需要更高的比特成本。

OTN拓展了SDH網絡的端口設置，其定義了數字包封結構，可以介入路由器的LAN端口信號，從而使得網絡可以提供任意速率業務的疏導，進一步提升數據傳輸網的可靠性與靈活性。

2.2光電層調度疏導更加靈活

OTN網絡中所使用的交換技術以2.5G和10G為顆粒度，該顆粒度下網絡可以在電層執行相應的大容量業務調度功能，避免了傳統WDM網絡中的ROADM技術在超大容量光波長處理方面存在的不足，若將OTN網絡的交換技術與ROADM技術進行融合，還能夠進一步拓展了網絡的應用范圍和應用領域。

2.3大顆粒業務服務可靠度更高

為提供可靠、安全的數據傳輸服務，電信級的業務中必須要保證50ms的保護倒轉或保護恢復時間。傳統的光傳輸網絡，如SDH層面的IP網、WDM設備等都可以提供該功能。但是大顆粒業務條件下的上述功能在應用方面存在一定限制。OTN拓展了WDM設備的功能，將Mesh保護與恢復延伸至波長級或子波長級，為子波長SNCP和環網提供豐富可靠的保護方案。

2.4運維與管理能力進一步提升

OTN網絡集成了SDH網絡在開銷字節方面的優勢，可以將誤碼記錄到TCMi中，還可以使用GCC0承載相關管理信息。除此之外，OTN網絡還規定了其他的開銷字節，如GCC1、GCC2等，這些字節對于運營商組建端到端的WDM網絡具有良好的支持性。

三、OTN關鍵技術及其分析

依照通信網絡體系結構對OTN網絡所使用的技術進行分類可將其分為分層技術、包封幀技術、串聯監視技術、保護技術以及光層OAM技術等。

3.1分層技術

OTN網絡繼承了SDH網絡的分層概念并對其進行了進一步的拓展和演進。

對比原有的SDH網絡分層結構可以看出，OTN分層相當于在不改變電域分層結構的基礎上對SDH網絡的光層進行了拓展，使其具有數據傳輸、信號復用、線路選擇、數據傳輸監控等功能。

OTN網絡的光域分為三層體系，分別為通道層、光復用層以及光傳輸層等。通道層主要負責按照通信要求和信號路由關系為所傳輸的數據選擇相應的光波波長，并為數據傳輸服務提供監測、選路、恢復等功能；光復用層主要是將承載數據信息的單波長光信號復用為多波長信號，并對所形成的新的信號進行控制與管理；光傳輸層主要負責光信號的傳輸與管理服務，特別是在遠距離光信號放大、多介質光信號調整等方面具有重要作用。

為進一步提升網絡的透明性、可靠性和兼容性。OTN網絡還對光通道層進行了單元和功能劃分，使其分為了光凈荷單元OPUk、光數據單元ODUk以及光傳送單元OTUk，并為每一數據幀分配了相對獨立的開銷字節，以便于更好的提供數據管理服務。

3.2數據包封幀技術

OTN網絡中的OTUk單元定義了一個基本的塊狀幀結構，以該結構為基準，固定幀格式和真大小，更改傳輸速率即可調整單位時間內傳送的數據幀數。

OTN中的幀結構定義與SDH網絡中的幀結構定義不同之處在于其摒棄了一些應用價值不大的字節開銷，如E1/E2公務開銷、F1/F2/F3通路開銷等。這些開銷的摒棄可在一定程度上降低傳輸帶寬的占用率。

3.3串聯連接監視TCM技術

該技術可以為OTN網絡提供多達六級的連接監視服務，基于該服務，運營商或者設備商可以實現對OTN網絡的分段、分級管理。OTN網絡下的TCM監測點可依照應用與監測需求被設置在不同位置，其使能狀態也可以得到有效控制與管理，相較于SDH網絡而言，其所能提供的故障定位服務更加快速，業務服務質量更好。同時，OTN網絡內的TCM還可以支持多種連接方式，如嵌套、串聯、重疊等，以滿足不同的應用需求，增強整個網絡的監控能力。

3.4保護恢復技術

OTN網絡下的信息保護分為三種類型，分別為路徑保護、子網連接保護以及共享保護環，不同類型的保護實現技術不同。（1）第一種保護技術主要用于對光傳輸鏈路端到端的物理結構提供保護機制，可以將工作路徑失效所帶來的影響降到最低。該保護內容中的管理對象既可以面向單路徑也可以面向雙路徑，既可以以1+1的方式進行管理，也可以以1：N的方式進行管理，管理機制非常靈活。（2）第二種保護技術同樣屬于專屬保護技術，其主要負責光網絡的保護，依照具體保護對象不同還可以進一步分為SNC/I、N、S三種。SNC/I主要是面向服務層的，其可以為服務層提供狀態和質量檢測、信息保護倒換等功能；SNC/N主要是面向客戶層的，其可以為服務層與客戶層之間的信息提供失效保護和劣化保護；SNC/S主要為OTN網絡子層所創建的通信路徑提供失效保護，其組網方式非常靈活，既可以以嵌套的方式進行組網，也可以以串聯的方式進行組網。單獨的SNC/S負責特定的TCM子網保護。（3）第三種保護技術可以為每一個連接提供1：1的容量保護和路由保護。正常情況下的保護服務及其相關連接并不占用系統容量，該容量可用于傳輸其他額外業務。

綜合來看，OTN中的保護策略依照是否攜帶APS協議、支持方式為1：1還是1：N、保護路徑為單向還是雙向等分為五類：不帶APS協議的1+1單端保護；帶APS協議的 1：N單/雙端保護；帶APS協議的1+1單/雙端保護。

3.5傳輸技術

OTN的應用優勢在于大容量遠距離傳輸。其所使用的帶外前向糾錯技術可以幫助提升信號傳輸距離；所使用的調制與編碼技術，如強度調制、相位調制、聯合調制等技術可以提升單波長的信息容量；所使用的色散補償技術、均衡技術等可以提升OTN網絡的組網距離和傳輸速率。

3.6智能控制技術

傳統的WDM在光層的管理主要為點對點的連續監控和部分通信管理，其面臨著巨大的監控壓力。某些情況下，監控結果無法正常反應網絡質量和狀態，如接收端光功率正常，但通信鏈路內的數據卻無法正常接收等。OTN網絡在G.709標準的基礎上使用了光通道檢測技術、QoS確認技術、故障定位技術、關聯檢測技術、基于波長的功率均衡與控制管理技術、光波長沖突管理技術等對光通信網絡的控制與監測進行了完善，不僅可以豐富管理功能，還能夠在IP層面完成狀態檢測與故障感知，提升管理靈活性和可控性。

四、光傳輸網的應用分析

光傳輸網是WDM的未來演進趨勢，其可以實現E2E的自動化交換，能夠全面解決組網實現與業務承載中存在的多種問題。其發展及應用前景可以從技術規范、設備發展以及業務發展等幾方面描述。（1）在技術規范方面，其在10GE LAN以太網業務、2.5Gb/s業務等方面存在一定的不足，而目前補充性文件G.sup43中的規范與現有的OTN標準體系中的部分內容存在不兼容等問題。長遠來看，OTN及其關鍵技術會以現有的光傳輸體系為基礎進行拓展，向新業務映射方式等方向發展。（2）在設備發展方面來看，OTN網絡及其關鍵技術所需的設備仍舊會向大容量、遠距離、自動化、智能化方向發展，各設備所支持的技術功能更加豐富集中。特別的，隨著交叉交換技術的應用及發展，OTH設備會進一步匹配更大交叉容量和更多交叉顆粒的業務。（3）在技術發展方面，OTN關鍵技術會集中在業務接入適配方面、光層調度方面、傳送能力提升方面、電層調度方面、OTU3支持方面、光層與電層信號交換方面等。特別是在省級骨干網、城域網等核心網OTN部署中，基于ROADM、OTH等技術進行組網才能夠有效實現端到端的OTN傳輸網絡部署。

五、總結

總之，隨著IP數據業務的發展，光通信技術以及所具有的大容量、高帶寬性能優勢，必然會得到廣泛的應用和部署。而OTN網絡及其關鍵技術不僅能夠滿足光通信網絡的應用需求，還能夠承載全面豐富的數據傳輸業務，為IP化通信網絡發展提供支持。隨著OTN技術的成熟和不斷發展，OTN必將會在未來的通信網絡中扮演越來越重要的角色。

參考文獻

[1]左書佳.光傳送網（OTN）技術研究與應用分析[D].上海：上海交通大學，2011

[2]趙文玉.光傳送網關鍵技術及應用[J].中興通訊技術，2008，14（4）：25-28

[3]沈文靜. OTN技術的研究和應用分析[J].科技傳播，2011，7：219-221

[4]房超.光傳送網（OTN）若干關鍵技術的研究[D].北京：北京郵電大學，2011