超100G OTN 技術組網策略

文/胡要杰

近幾年，第四代移動通信已經發展到了頂峰，第五代移動通信即將商用，4K/8K 等大內存超高清視頻也已經普及，物聯網、大數據云計算等新型業務都已經應用在我們生活中的方方面面，互聯網用戶數目增長幅度極大，已經達到歷史之最。大量的互聯網業務和大量的互聯網用戶必然需要超寬帶和超高速率的支持，OTN 技術的不斷發展為這一需求提供了技術基礎。

OTN 一種可以實現超長距離傳輸大容量信號的一種光傳送網絡技術。OTN 可以滿足各種各樣的業務傳輸需求，傳輸過程可以保證信息的安全可靠，可以人為控制和監管整個光傳送網絡，且實現起來比較靈動，方便管控以防流量單一區域密集堵塞。基于以上優點，OTN 技術已經成為了傳送網絡中的主要且必須的技術。

圖1：超100Gbit/s OTN 技術第二種幀結構示意圖

圖2：QTN 速率演變

1 OTN技術演進

OTN 技術是波分復用技術的基礎，是光傳輸網絡中的主要傳送網。超100Gbit/s OTN技術在剛開始定標準時，技術方面的演進方向并不統一。其中的一種觀點是超100G OTN 技術應該按照傳統的OTN 技術決定之后的發展和標準，定義為跟原來一樣的400G OUT5 的線路速度，沿著OTN 原發展方向繼續向前前進。另一種觀點是采用新的標準新的思路，從靈活性上出發，把超100G OTN 技術定義為n×100Gbit/s，定義成100G 的n 次倍數，而不是原來固定的100G 的四倍。

2012年，國際電信聯盟把超100G OTN技術的以上兩種思路列入了研究范疇，分別是傳統的100G 的4 倍OUT5 的傳輸速率和靈活的100G 的n 次倍數的OUTCn 傳輸速率。把這兩種思路以及其他OTN 領域的研究熱點一起與超100Gbitps 歸納到一起，方便業內人士的學習調研。時隔一年，2013年，越來越多的個人學者以及相關的研究機構更傾向于更靈活的OUTCn 技術，在學術研究中支持超100G OTN 技術應該采用100G 的n 次倍數的OUTCn 技術。2013年中，日內瓦會議和國際電信聯盟都決定采用靈活的100G 的n 次倍數n×100Gbit/s 作為超100G OTN 技術的下一步研究重點，之后OUTCn 作為超100G OTN 的靈活帶寬得以確立。2016年，國際電信聯盟正式發布了超100G OTN 技術的標準，標志著超100G OTN 技術開始商用。

2 超100G OTN組網關鍵技術

任意網絡的組網過程中，都需要考慮到裝載信號的幀結構設計、傳輸過程中的接口協議、以太網映射等方面，結合超100G OTN 技術，在組網過程中為了更加靈活方便同時滿足多速率混合傳輸的目的，還要考慮到光傳輸技術對組網的影響。

2.1 超100G OTN幀結構設計

超100G OTN 幀結構的研究也就是分析設計OTUCn 幀結構，采用100G 的n 次倍數的OTUCn 的幀結構分為兩種，兩種思路一種是按照以往的幀結構改進幀結構的頻率，另一種是是按照以往的幀頻。第一種思路保留100G OTN 的幀結構，通過改動原有固定幀的頻率達到滿足多個比特速率的要求。第二種思路跟第一種相反，不改變原有幀的頻率，改變100G OTN 的原有幀結構，自己搭建一些新的幀結構，從而滿足多個比特速率的要求。

針對100G OTN 技術的第一種幀結構采用了四行乘以三千八百二十四列的矩陣形式構成，滿足100Gbitps 的n 次倍數的比特速率。四行乘以三千八百二十四列的矩陣形式的幀結構是固定的，通過改變幀的頻率來實現n 次倍數的比特速率。

圖3：超100Gbit/s OTN 技術協議棧

圖1詳細的描述了第二種思路的幀結構，由圖1可以看出，針對超100G OTN 技術的第二種幀結構和第一種幀結構不同，沒有改變幀的頻率，而是把多個特定頻率的固定的幀結構混合交織到一起，通過改變特定頻率的固定幀結構的個數達到改變速率的要求。圖1中是n個四行乘以三千八百二十四列的矩陣形式的幀結構混合到一起構成的，通過改變n 就可以滿足多個比特速率的要求。

采用以上兩種幀結構可以完美的達到超100G OTN 要求的100G 的n 次倍數也就是n×100Gbit/s 的速率需求。同時，使用上文中提到的兩種幀結構可以完成多個通道同時發送數據的需求。與以往的100G OTN 技術或者更早的10G OTN 技術相比，超100G OTN 技術中沒有前向糾錯模塊，將前向糾錯模塊從光傳輸網絡中去掉了。所以在對超100G OTN技術進行組網的過程中，超100G OTN 技術與100G OTN 技術銜接時，如需同時用到超100G OTN 技術和100G OTN 技術，或者用超100G OTN 技術代替100G OTN 技術時，需要注意啊前向糾錯模塊的差別。在組網過程設計和工程實現過程中，必須對原100G OTN 技術的幀結構進行重新的封裝。

2.2 超100G OTN技術的協議

在設計組網過程中，除了需要考慮幀結構的設計方案以達到超100G OTN 技術n 乘100的多路速率要求外，還需要考慮用戶端和線路端之間的接口協議。接口協議是用戶和線路側的一個門限，所以接口協議嚴重影響著組網后光傳輸網絡的傳輸性能。

上文已經提出，超100G OTN 技術線路測采用的100G 的整數倍數的速率，也就是n×100Gbit/s，同被否定的思路只能固定的使用400Gbit/s 不一樣，他可以達到100Gbit/s、200Gbit/s、300Gbit/s、400Gbit/s、500Gbit/s，提供了多種速率的選擇，只要是100Gbit/s 的整數倍都可以達到，大大的提升了可選項，更為靈活多變，可以適應更多的場景需求。客戶側信息可由圖2反應出。

由圖2可以看出，用戶這一端用了更方便的ODUflex。能夠適應更多更快速的業務要求，同時能夠在用戶這一端加載出更多超寬帶超速率的業務。與之對應的是線路傳輸的那一端采用的較為靈活的n×100Gbit/s 的100G 整數倍的傳輸速率。兩段相互呼應，能夠保證運營商更好的分配光頻譜的資源，進而滿足超大帶寬和超高速率的要求，大大提升光傳輸網絡的性能。

超100G OTN 技術的協議棧是在原100G OTN 技術的基礎上改進而來的，是100G OTN技術的升級版本，超100G OTN 技術的協議棧可由圖3描述。

由圖3可以看出，超100G OTN 技術引入了RS OTUCn 和MS ODUCn，通過引入這兩個模塊，可以增加超100G OTN 技術的自主選擇性。超100G OTN 技術可以選擇在更多的層次進行停止和開始。通過引入這兩個模塊可以實現對超100G OTN 技術更好的監管和疏導，保證光傳輸網絡更加通暢。通過以上的方法客戶端也可自主的控制接收到的速率，更加方便，能適用的場景更多，必然也會適用將來超高傳輸速率的要求。

2.3 超100G OTN技術的以太網映射

選擇以太網映射的方式同樣也影響著組網的性能，目前可選的以太網映射方式主要有：25GE 映射、400GE 映射、FlexE 映射。

2.3.1 25GE 映射

目前，以太網25GE 映射也定義了三種標準：第一種是使用RS 帶有前向糾正模塊的MMF25GSR，背板采用25GKP，銅線采用25G-CR-L 接口；第二種是使用帶有前向糾正模塊的BASE 和25G-CR-S 接口；第三種使用不帶前向糾正模塊的25GE 接口。

基于超100G OTN 技術研究這些以太網映射，可以發現，在使用第一種方式時，超100G OTN 技術的映射處理會影響到以太網接口的透明性，并且會使得超100G OTN 技術有較多的選項，比較混亂。為了去掉超100G OTN 技術使用第一種方式的負面影響，可以讓100G OTN 技術使用幀結構和時鐘透明的mapping 方式。第二種25GE 映射方式，帶有前向糾錯模塊，所以在工作過程中，要不斷的通過前向糾錯模塊修正映射中的錯誤停止，之后再進行映射。而第三種方式的以太網映射，同樣也攜帶著前向糾錯模塊，在工作過程中，也需要不斷的通過前向糾錯模塊修正映射中的錯誤，并停止工作，之后刪除碼字標示，重新配置IDLE 碼塊，之后繼續映射到ODUflex。

2.3.2 40GE 映射

超100G OTN 技術的參考點是電氣電子工程師協會定義的，在使用40GE 以太網映射時，超100G OTN 技術的參考點會對以太網映射產生很大的影響。在使用40GE 以太網映射時，首先要停止前向糾錯模塊，同時刪掉AM。之后還要翻譯碼流，然后重新映射到ODUflex，真個映射工作流程特別的繁瑣，工程的實現復雜度極高。工程實現上通常使用RC 速率補償的方法。通過這種方法可以大大的降低工程復雜度。

2.3.3 FlexE 映射

FlexE 的以太網映射方式，采用了時分復用的方式，能夠實現以太網業務的重復接入。這種以太網映射方式，被劃分為兩個層面，分別是服務端和用戶端。服務端采用多路100G-R-PHY 的方式，用戶端采用n×25Gbit/s的方式進行以太網接入。目前國際電信聯盟定義的FlexE 以太網映射主要有三種。

第一種是不感知FlexE 以太網映射的方式，這種方法需要將以太網映射的每一路都采用透明映射的方式來降低影響，同時這種方法還需要采用FlexE 以太網映射的SHIM 來補償穿越超100G OTN 的時間。

第二種方式是停止FlexE 以太網映射的方法，這種方法不需要考慮以太網映射中的SHIM 穿越超100G OTN 中的時間。因為這種方法在以太網映射過程中，FLexE 還沒映射超100G OTN 時，就把SHIM 停止掉，然后解析映射。所以該方法不需要考慮SHIM 設計的時間差。

第三種方式是感知Flex 以太網映射的方式，這種方法與第一種不同，在超100G OTN中保留了SHIM 模塊，刪掉了不能用的FlexE slot 模塊，在以太網映射過程中需要不斷的鑒定FlxexE 的幀結構。

基于超100G OTN 技術中的三種以太網映射方式，比較實用的映射方式是第一種基于25GE 的以太網映射方式。目前基于25GE以太網映射方式的研究已經比較成熟，以往的100G OTN 技術或者更早的10G OTN 技術也對此有所研究，因此有比較的理論基礎和實踐基礎。FLEXE 以太網映射方式，設計到了SHIM 經過OTN 模塊的時間差，實現起來比較復雜，相對25GE 映射方式來說還比較落后。

2.3.4 光傳輸技術

在光通信傳輸網絡中，原信號為一個電信號，通過調制技術轉變為多點評信號，然后通過IQ 調制器轉變為多幅度光信號，之后在光網絡中傳播。經過研究表明，調制技術的調制階數越高，能處理的信號適用性就越大，就需要產生更多的幅度數目，對調制解調器的要求也就越高。

超100G OTN 技術采用的是16QAM 和64QAM 這樣的高階調制方式，用以提升每個信道能裝置數據的能力。同時采用可變柵格技術，滿足了超100G OTN 多種速率組網的混合組網的要求，可以更加靈活方便。

3 結束語

本文首先介紹了OTN 技術的發展歷史，闡述了超100G OTN 技術發展的必然性。隨后詳細分析了四種超100G OTN 技術會用到的關鍵組網技術，分別是超100G OTN 技術中的幀結構設計、接口協議棧、以太網映射方式以及超100G OTN 技術中用到的光傳輸技術。