POTN技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

馬忠貴

【摘要】隨著移動4G業(yè)務(wù)不斷成熟，5G時代的到來，每天都有大量的信息數(shù)據(jù)需要從一個地方傳送到另一個地方。業(yè)務(wù)種類需求不斷增加，通信網(wǎng)絡(luò)需求是電信運(yùn)營商亟待解決的重要問題，現(xiàn)有的信息運(yùn)輸方式SDH、WDM、OTN、PTN都為單一數(shù)據(jù)傳輸方式，不能同時滿足高速TDM專線、分組交換的全業(yè)務(wù)傳送需求，迫使人們提出了一種新的融合承載信息方案POTN；POTN深度融合分組傳送和光傳送技術(shù)，提供多業(yè)務(wù)、大容量、長距離的信息承載方式；POTN集成OTN、TDM和分組技術(shù)于一身的統(tǒng)一傳送平臺，根據(jù)業(yè)務(wù)的類型選擇最佳的傳送方式，減少網(wǎng)元種類。

【關(guān)鍵詞】5G時代；POTN

【Abstract】With the mobile 4G business continues to mature， 5G era of arrival， every day a lot of information data needs to be transferred from one place to another place. The existing information transportation methods SDH， WDM， OTN， PTN are single data transmission mode， can not meet the high-speed TDM line at the same time， the group exchange of the whole POTN deep integration of packet transmission and optical transmission technology to provide multi-service， high-capacity， long-distance information bearing the way； POTN integrated OTN， TDM and packet technology in the development of a new， A unified transmission platform， according to the type of business to choose the best way to send， reducing the types of network elements.

【Key words】5G times；POTN

1. 前言

POTN的應(yīng)用場景包括城域網(wǎng)統(tǒng)一承載及政府、金融、企業(yè)大客戶業(yè)務(wù)專用需求。通過POTN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究、應(yīng)用等工作的持續(xù)開展，目前POTN的應(yīng)用規(guī)模與用戶數(shù)量均得到了快速提升。于此同時，用戶在信息量、所需業(yè)務(wù)等種類方面需求的增加也對現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)需求有了更高的要求。目前，經(jīng)營的業(yè)務(wù)、成本等因素成為電信運(yùn)營商需承擔(dān)的巨大壓力。近年來，便于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營維護(hù)、降低組網(wǎng)技術(shù)的POTN技術(shù)引起廣大研究者的興趣。POTN技術(shù)結(jié)合PTN和OTN的技術(shù)優(yōu)勢，并具備廣泛的市場需求和組網(wǎng)應(yīng)用場景。

2. POTN的承載網(wǎng)演進(jìn)

POTN承載網(wǎng)演進(jìn)存在兩條路徑，一條是從OTN到MS-0TN/E-OTN，再演進(jìn)到POTN；另一條是從PTN平滑演進(jìn)至POTN。MS-OTN/E-OTN屬于過渡性技術(shù)，是對OTN的改良，存在著數(shù)據(jù)功能弱、IP業(yè)務(wù)支持差等特點(diǎn)，現(xiàn)階段還無法支持全業(yè)務(wù)接入，也無法實(shí)現(xiàn)端到端部署，因此從OTN演進(jìn)至POTN并非坦途。而從PTN演進(jìn)至POTN相對容易。為了實(shí)現(xiàn)平滑演進(jìn)，一些廠商已經(jīng)在現(xiàn)網(wǎng)的PTN設(shè)計中為POTN升級做好了準(zhǔn)備，可以最大限度地保護(hù)現(xiàn)網(wǎng)資源。

3. POTN的應(yīng)用需求分析

（1）POTN的組網(wǎng)方式可減少傳送設(shè)備、降低組網(wǎng)方式、便于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和維護(hù)，并能夠集成WDM/ROADM光層、SDH/OTN層和分組傳送層等優(yōu)良特性，當(dāng)前世界各地多家網(wǎng)絡(luò)通訊運(yùn)營商：如中國移動、加拿大電信等都部署了規(guī)模較大的通信PTN網(wǎng)絡(luò)。隨著視頻業(yè)務(wù)IP流量的不斷增長以及移動互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，管道需求帶來的城域網(wǎng)匯聚和核心帶寬壓力也將進(jìn)一步大幅度增加。為了解決未來這一情況，運(yùn)營商可基于現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級，在現(xiàn)有PTN設(shè)備上新增DEDM接口方式，來提供大容量（如40G/100G）、遠(yuǎn)距離（如100Km）波長的傳輸業(yè)務(wù)。此外，可通過在PTN分組交換平面基礎(chǔ)上增加ODUK進(jìn)行調(diào)度；在業(yè)務(wù)流量需求落地處進(jìn)行分組和ODUK之間的匯聚或者分流。

（2）網(wǎng)絡(luò)流量的增長對POTN的光層功能也提出了更高的需求，為了提升城域匯聚層的傳輸距離和管道容量，一般引入OTN和DWDM接口來實(shí)現(xiàn)，同時利用ODUK交換功能來輔助城域核心層的分組流量調(diào)度。如果已部署的PTN設(shè)備是基于統(tǒng)一分組交換平臺，可通過增加OTN、POTN線卡或者分組與OTN的轉(zhuǎn)換卡等措施來升級現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)。對于采用非統(tǒng)一交換平臺構(gòu)架的設(shè)備，可通過PTN和OTN設(shè)備的堆疊方式來實(shí)現(xiàn)，或者在現(xiàn)有的PTN設(shè)備上集成OTN線卡。

4. POTN的主要功能特征

4.1 POTN設(shè)備的功能特性。POTN實(shí)現(xiàn)L0 WDM/ROADM光層、L1SDH/OTN層和L2分組傳送層（包括以太網(wǎng)和MPLS-TP）的功能集成和有機(jī)融合。

4.2 PTN和OTN的聯(lián)合組網(wǎng)。為了解決分組業(yè)務(wù)的高容量負(fù)載、組網(wǎng)保護(hù)、統(tǒng)一網(wǎng)管及時間同步傳遞的問題，PTN和OTN需要在城域網(wǎng)核心層、匯聚層融合組網(wǎng)，并以此實(shí)現(xiàn)提升傳送網(wǎng)絡(luò)管理效率、減少設(shè)備所占空間、降低設(shè)備總功耗、節(jié)約運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施成本等功能。

4.3 分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備形態(tài) 。在《分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備技術(shù)要求》中規(guī)定了分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備的傳送平面有以下兩種邏輯功能模型。

（1）板卡式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備，即在現(xiàn)有OTN設(shè)備增加支持分組交換和處理的業(yè)務(wù)板卡，實(shí)現(xiàn)對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)匯聚和二層交換功能，有利于從現(xiàn)有的設(shè)備上平滑升級，對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變較小，成本低，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)；endprint

（2）集中交叉式分組增強(qiáng)型OTN設(shè)備，具有統(tǒng)一集中的分組交換平面，SDH業(yè)務(wù)、MPLS業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)等不必再適配成ODUk顆粒，可以通過統(tǒng)一的L2層和ODUk交叉矩陣完成，但是無法從現(xiàn)有OTN設(shè)備直接升級，目前還沒有成熟的商用芯片。

4.4 提高IP和OTN聯(lián)合組網(wǎng)的荷載能力。當(dāng)前，移動數(shù)據(jù)網(wǎng)、以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速發(fā)展導(dǎo)致IP流量高負(fù)載增長。通過對網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)控分析，發(fā)現(xiàn)IP核心路由去間存在的大量中轉(zhuǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是提高核心路由器的容量、數(shù)據(jù)處理壓力、復(fù)雜度及功耗的重要因素，極大影響了網(wǎng)絡(luò)的容量和數(shù)據(jù)的傳輸效率。通過POTN的L1和L2層對中轉(zhuǎn)流量的業(yè)務(wù)分流，實(shí)現(xiàn)對IP和OTN網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合路由規(guī)劃和優(yōu)化，從而解決核心路由器間1000G高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳動的寬帶和可靠性，并實(shí)現(xiàn)降低網(wǎng)絡(luò)綜合成本，提高聯(lián)合組網(wǎng)的荷載及數(shù)據(jù)處理、傳輸效率的目標(biāo)。

4.5 POTN是統(tǒng)一的交換架構(gòu)的平臺。POTN是分組和光融合的平臺，是全業(yè)務(wù)承載、統(tǒng)一管理的平臺，可以實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載，包括2G、3G、LTE、大客戶、家庭寬帶、IPTV、VoIP、VSI和SAN等業(yè)務(wù)；可以簡化網(wǎng)絡(luò)層次，對于現(xiàn)網(wǎng)存在的SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)平面、PTN網(wǎng)絡(luò)平面、WDM平面，POTN可完成兩個或多個平面的功能，極大簡化網(wǎng)絡(luò)層次和網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度；POTN還可提升帶寬和傳輸距離，可實(shí)現(xiàn)GE、10GE、40GE、100GE速率的接入，并能實(shí)現(xiàn)大顆粒業(yè)務(wù)的長距離傳輸。此外，POTN可節(jié)省機(jī)房空間，減少機(jī)房電源、配套資源和人力資源等方面的支出，降低運(yùn)營商的CAPEX和OPEX。

5. POTN的技術(shù)要點(diǎn)

5.1 從OTN 的范疇上看，狹義的POTN的技術(shù)要點(diǎn)是：

（1） 重點(diǎn)涉及ODUflex技術(shù)，通過擴(kuò)展ODUflex 的應(yīng)用范圍以適應(yīng)客戶側(cè)

信號多樣化的需要。

（2） ODUflex支持分組和CBR業(yè)務(wù)承載，可提供靈活可變的速率適配機(jī)制，使得POTN 能夠更高效的承載包括IP在內(nèi)的全業(yè)務(wù)，最大限度提高線路帶寬利用率。

（3） 對ETH、FC、CPRI（通用公共射頻接口，Common Public Radio Interface）、GPON等多業(yè)務(wù)接口具有更好的適配能力。

5.2 廣義的POTN的技術(shù)要點(diǎn)是：

（1）引入新的適應(yīng)以太網(wǎng)傳送的映射方式GMP（通用映射規(guī)程）。

（2）引入ODU0、ODU2e、ODU4等新的容器以適應(yīng)1GbE、10GbE以及100GbE的透明傳送。

（3）引入ODUflex以應(yīng)對任意比特率業(yè)務(wù)的傳送（見圖1）。

6. POTN設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢

（1） 在系統(tǒng)架構(gòu)上，POTN能夠支持基于信元交換的統(tǒng)一交換矩陣，對各種業(yè)務(wù)協(xié)議透明；其融合的集中交換和背板總線架構(gòu)支持OTN以及分組的電層疏導(dǎo)與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)分組數(shù)據(jù)和TDM/OTN之間的靈活適配與互通；同時，POTN具有較強(qiáng)的容量擴(kuò)展性，可從640Gbps擴(kuò)展至10Tbps量級，支持多子架互聯(lián)來靈活擴(kuò)展交換容量和接口容量。

（2） 在OTN上，POTN能支持多種客戶層信號映射、多路復(fù)用至OTN；使用可互通、高可靠性的前向糾錯（FEC）的ODUk上行鏈接；支持L1層保護(hù)；具有根據(jù)需求配置WDM線路傳輸和可重構(gòu)的ROADM；支持SDH作為透明客戶端，根據(jù)需求配置SDH VC交叉復(fù)用功能。

（3） 在PTN上，POTN能支持MPLS-TP分組轉(zhuǎn)發(fā)和以太網(wǎng)交換功能，支持電信級以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和TDM CES業(yè)務(wù)； 支持完善的MPLS-TP OAM故障管理、性能管理和操作維護(hù)功能；支持對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的OAM故障管理和性能管理； 能夠?yàn)槎喾N業(yè)務(wù)提供差異化的QoS保障。

（4） POTN還能支持高精度時鐘和時間同步功能，并具有統(tǒng)一的智能控制平面和網(wǎng)管架構(gòu)。

7. POTN統(tǒng)一承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

POTN實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺的統(tǒng)一承載， 滿足未來城域網(wǎng)絡(luò)IP化的趨勢，實(shí)現(xiàn)簡潔的，低成本，低功耗網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

（1） 固定寬帶 PON承載：

OLT-> BRAS/SR -> CR直連鏈路，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)扁平化；

Packet平面提供完善的匯聚能力，節(jié)省匯聚設(shè)備（交換機(jī)及路由器）投資。

（2）專線業(yè)務(wù)干線承載：

通過ODU和SDH接口可以提供TDM專線；

通過Packet接口可以提供以太網(wǎng)專線，滿足高低端各類客戶的要求。

（3） 移動回傳核心匯聚層帶寬擴(kuò)展：

與PTN環(huán)對接，擴(kuò)展匯聚核心層PTN帶寬。

支持MPLS-TP，省去背靠背PTN設(shè)備，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架（見圖2）。

8. 結(jié)束語

目前，隨著網(wǎng)絡(luò)趨于寬帶化和分組化，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備逐漸具備了分組處理的功能，分組化POTN是未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展需求。從當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)部署來看，城域網(wǎng)主要采用PTN+OTN的組網(wǎng)構(gòu)架。因此，基于該應(yīng)用場景，可利用POTN設(shè)備代替匯聚層和核心層之間的PTN和OTN設(shè)備，形成新的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，降低網(wǎng)絡(luò)成本。可以預(yù)見，隨著POTN技術(shù)與設(shè)備的持續(xù)更新，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善及后續(xù)產(chǎn)業(yè)鏈的不斷更新，其在城域網(wǎng)等方面應(yīng)用將進(jìn)一步加深，POTN技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中將發(fā)揮更重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈文靜.OTN技術(shù)的研究及應(yīng)用分析[J].科技傳播，2011（07）：219～221.

[2] 班超，趙同剛.POTN技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].軟件，2012（12）：227～281.

[3] 上海貝爾 分組增強(qiáng)型光網(wǎng)絡(luò)（OTN）設(shè)備技術(shù)要求.

[文章編號]1619-2737（2017）07-20-661endprint