Liquid OTN技術(shù)及其應(yīng)用場景分析

王 錚

（92429部隊(duì)，山東 青島 266102）

0 引言

隨著城市建設(shè)向全光化、智能化邁進(jìn)，各類數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，對光傳送網(wǎng)承載能力、穩(wěn)定性、可靠性、低能耗以及智能運(yùn)維方面都提出了新的要求。OTN光網(wǎng)絡(luò)作為信息社會的重要基石和紐帶，具有超大帶寬、硬管道、無擁塞、低時延等特點(diǎn)，正以前所未有的方式與更廣闊的世界互聯(lián)。但是，傳統(tǒng)的OTN技術(shù)受困于連接數(shù)量有限、帶寬顆粒彈性不足、利用率低、時延高導(dǎo)致使用不靈活等缺陷，無法適配客戶對業(yè)務(wù)的靈活性訴求。為了解決上述問題，同時應(yīng)對全光承載和第五代固定網(wǎng)絡(luò)F5G的全面到來，基于光切片為核心的Liquid OTN技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 Liquid OTN技術(shù)

Liquid OTN是華為提出的一種硬管道的OTN技術(shù)，在設(shè)計(jì)時充分融入水的靈活變通、剛?cè)岵?jì)等特質(zhì)。可分配顆粒度更小的管道(2 M~100 G），支持靈活容器，消除時隙限制。幀結(jié)構(gòu)主要由光轉(zhuǎn)換單元開銷(OTU OH）、光路數(shù)據(jù)單元開銷(ODU OH）、光路凈荷開銷(OPU OH）和幀定位信號(FAS）組成，如圖1所示。充分利用了OPUk的凈荷區(qū)域，將其劃分為多個更小的單位凈荷塊PB，每個PB由TPN和OSU flex組成。TPN為通道號標(biāo)識符，OSUflex采用定長幀結(jié)構(gòu)，包括開銷(OH）和凈荷區(qū)域(Payload），多路OSUflex復(fù)接到OPUk時，每路OSUflex增加索引編號作為在服務(wù)層中的唯一通道標(biāo)識，OSUflex可承載各類固定速率和可變速率業(yè)務(wù)，在現(xiàn)有的OTN體系上，按照n×2.4 Mbit/s(n≥1）定義帶寬，用于承載客戶信號。在客戶端將業(yè)務(wù)映射到OSU flex上，再從OSUflex到通道單元容器(TU flex），相同通道號標(biāo)識符(TPN）的PB對應(yīng)一個OSUflex，PB是一個最小帶寬顆粒，OPU凈荷區(qū)被劃分為多個PB承載周期，TU flex在承載周期內(nèi)占用多個PB。N表示在一個幀結(jié)構(gòu)中包含OSUflex的個數(shù)［1］。

圖1 Liquid OTN幀結(jié)構(gòu)

根據(jù)不同的應(yīng)用場景，Liquid OSU有應(yīng)用于業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)、業(yè)務(wù)接入到匯聚核心層次兩種映射方式。前者為業(yè)務(wù)直接映射到高階OSU，隨后高階OSU映射到高階ODUk，如圖2所示；后者首先將低速率業(yè)務(wù)映射到OSU，由OSU映射到低階ODUj，最終由ODUj映射到高階ODUk，如圖3所示。

圖2 業(yè)務(wù)接入點(diǎn)OSU

圖3 匯聚核心層OSU

Liquid OTN映射層級和復(fù)用結(jié)構(gòu)可同時支持ODU和OSU共交叉，將虛容器(VC）、數(shù)據(jù)包(PKT）、ODUk三合一平臺演進(jìn)為純OSU交叉功能，業(yè)務(wù)覆蓋原有OTN的業(yè)務(wù)，如圖4所示。

圖4 三合一OSU交叉

與傳統(tǒng)OTN相比，Liquid OTN最小交叉顆粒為OSU，可支持更多切片，如圖5所示。在承載業(yè)務(wù)方面，傳統(tǒng)OTN需要經(jīng)過VC12－VC4－ODU1－ODU4－OTUCn 5個層次，而通過Liquid OTN承載后只需經(jīng)過OSUODU4－OTUCn 3個層次，通過減少幾層封裝與解封裝的工作，極大地減小時延。Liquid OTN還可通過光數(shù)據(jù)單元和光業(yè)務(wù)單元混合交換兼容傳統(tǒng)OTN，實(shí)現(xiàn)無縫對接和平滑演進(jìn)。Liquid OTN兼顧多種交叉調(diào)度機(jī)制通過ODU＆OSU混合交換，集成ODU＆OSU統(tǒng)一調(diào)度平臺，無縫兼容傳統(tǒng)OTN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)［2］。

圖5 映射層次簡化

2 Liquid OTN技術(shù)優(yōu)勢

Liquid OTN在繼承OTN技術(shù)剛性硬管道優(yōu)勢的同時，引入面向業(yè)務(wù)的OSUflex靈活容器，破除時隙限制，帶寬隨需，簡化封裝層級，統(tǒng)一調(diào)度，最終實(shí)現(xiàn)無處不在的光聯(lián)接［3］，其技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面。

2.1 顆粒方面

OSUflex的新定義，解決了傳統(tǒng)ODU0以1.25 Gbit/s為初速率的顆粒度限制，可以與現(xiàn)有的SDH，PDH，ETH等業(yè)務(wù)顆粒種類進(jìn)行無縫匹配。

2.2 業(yè)務(wù)封裝容器方面

通過引入OSU映射方式，基于Quark交換架構(gòu)可容納多種承載技術(shù)，業(yè)務(wù)帶寬匹配更加靈活。OSU容器提供絕對的隔離能力，能夠有效預(yù)防外部攻擊和不同類型業(yè)務(wù)容器之間的干擾。

2.3 連接數(shù)方面

單波100 G可滿足1 000個ODU0的連接數(shù)，單根光纖可實(shí)現(xiàn)48萬個硬切片，業(yè)務(wù)通聯(lián)能力提高12.5倍。

2.4 時延方面

優(yōu)化封裝層次，減少映射層級，2層封裝架構(gòu)，滿足單站時延＜10 μs的精度要求，足以保障核心業(yè)務(wù)響應(yīng)迅速，免受干擾。2 M業(yè)務(wù)只需兩層就可傳送到線路側(cè)，單站時延降低了70%，有效確保了對時延敏感業(yè)務(wù)的定向需求。

2.5 帶寬調(diào)整方面

具有2 M~100 G帶寬按需調(diào)配特點(diǎn)，支持帶寬無極無損調(diào)整，可較好適配財務(wù)收費(fèi)系統(tǒng)、視頻會議、5G業(yè)務(wù)以及品質(zhì)專線等業(yè)務(wù)的多類型速率接口。

2.6 業(yè)務(wù)形態(tài)包容方面

Liquid OTN可滿足SDH，PCM，PKT和OTN多種業(yè)務(wù)類型，將多種設(shè)備形態(tài)合一，兼容現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)資源的同時，還可滿足未來向更豐富傳輸手段的平滑演進(jìn)，便于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和業(yè)務(wù)生存。

3 Liquid OTN技術(shù)主要應(yīng)用

Liquid OTN是OTN技術(shù)的擴(kuò)展與演進(jìn)，引領(lǐng)下一代光傳送技術(shù)的代際演進(jìn)，可以適應(yīng)于任何網(wǎng)絡(luò)，為專線、5G等先進(jìn)技術(shù)提供支撐。

3.1 品質(zhì)專線

Liquid OTN通過更小顆粒彈性靈活容器，為品質(zhì)專線提供精細(xì)化按需隨選帶寬資源，匹配市場中海量存在的小帶寬、高品質(zhì)、低成本專線訴求，將品質(zhì)專線延伸至更廣泛領(lǐng)域，助力品質(zhì)專線升級。政府、公共事業(yè)、金融等機(jī)構(gòu)將是專線業(yè)務(wù)主要應(yīng)用場景，Liquid OTN用于承載專線業(yè)務(wù)，具有以下優(yōu)勢。

極簡承載架構(gòu)：采用Quark交換架構(gòu)逐步收編多種承載技術(shù)，簡化承載架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)單bit傳輸成本最優(yōu)。

帶寬無損調(diào)整：支持2 Mbit/s到200 Gbit/s無極無損帶寬調(diào)整，面向中小企業(yè)，個人業(yè)務(wù)也可按需保障；還可滿足政企業(yè)務(wù)臨時性、計(jì)劃外帶寬需求，通過選擇相應(yīng)模式，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化資源管控。

可用率大幅提升：采用ASON 2.0技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)專線業(yè)務(wù)秒級自愈，專線可用率達(dá)到99.99%以上。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)置智能運(yùn)算芯片可提前預(yù)測業(yè)務(wù)故障、主動進(jìn)行系統(tǒng)干預(yù)，優(yōu)化配置模式，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維。

極致傳輸時延：在時延指標(biāo)成為彰顯網(wǎng)絡(luò)競爭力重要參數(shù)的當(dāng)下，大幅簡化的網(wǎng)絡(luò)傳輸層次，采用OTN極簡網(wǎng)絡(luò)和Liquid OTN技術(shù)相結(jié)合，提供差異化分級時延，可實(shí)現(xiàn)專線業(yè)務(wù)ms級別超低時延，在時延敏感領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。

TTM(產(chǎn)品上市時間）變現(xiàn)：華為iMaster NCE智能管控系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)時可視化管控，專線業(yè)務(wù)申請開通時間縮短至小時級。

3.2 視頻業(yè)務(wù)承載

OTN網(wǎng)絡(luò)為視頻業(yè)務(wù)提供高品質(zhì)用戶體驗(yàn)，基于Liquid OTN技術(shù)，打造面向VR的最佳視頻承載方案。通過Liquid OTN為VR用戶提供專屬云通道，依據(jù)VR需求快速建立和調(diào)整。通過大帶寬、低時延、零丟包等網(wǎng)絡(luò)能力保障Cloud VR業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用，并為用戶提供極致體驗(yàn)。

3.3 智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)承載

電力作為國家重要的戰(zhàn)略行業(yè)，智能電網(wǎng)需要實(shí)時控制的繼電保護(hù)業(yè)務(wù)，要達(dá)到99.99%的可靠性和小于5 ms的嚴(yán)格時延要求。隨著電網(wǎng)數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長，設(shè)備接口速率從4 Mbps至100 Mbps不等，預(yù)計(jì)在2025年，整網(wǎng)采集數(shù)據(jù)日增量將超過100 TB。當(dāng)前電力的光域網(wǎng)絡(luò)采用多維度方式解決多類型接入業(yè)務(wù)，組網(wǎng)本質(zhì)依然是基于SDH，PTN或者PON技術(shù)，最終在OTN設(shè)備內(nèi)對多種傳輸技術(shù)進(jìn)行疊加組合，這種方式雖然解決了多業(yè)務(wù)承載問題，但同時也存在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜、日常運(yùn)維管理困難的弊端。OTN通過ODU和OSU提供從骨干到變電站互聯(lián)、變電站接入的端到端電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)傳送通道，能夠?qū)崿F(xiàn)多種業(yè)務(wù)的Liquid OTN通用技術(shù)承載。通過OXC＋Liquid OTN光電融合平臺，最大限度抵近光纖傳輸物理極限，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時延最低最穩(wěn)定。能夠有效解決電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)、電力園區(qū)專線、電力視頻監(jiān)控和電力園區(qū)5G業(yè)務(wù)接入［4］。

3.4 軌道交通承載

軌道交通傳輸系統(tǒng)的承載能力直接決定了軌道交通運(yùn)營質(zhì)量的優(yōu)劣。近20年來，軌道交通承載技術(shù)歷經(jīng)多次演變，隨著軌道交通向著數(shù)字化和云化轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)的E1業(yè)務(wù)逐漸消失，但小顆粒以太網(wǎng)業(yè)務(wù)需求大幅提升，在軌道交通智能化運(yùn)營的趨勢驅(qū)動下，傳感器、視頻收集等有關(guān)車輛運(yùn)行安全的設(shè)備對小顆粒業(yè)務(wù)物理管道隔離的敏感性會持續(xù)增加。基于上述需求，為軌道交通行業(yè)Liquid OTN技術(shù)的發(fā)展提供了方向。軌道交通按照網(wǎng)絡(luò)層級劃分可分為線網(wǎng)骨干網(wǎng)和線路骨干網(wǎng)，前者負(fù)責(zé)統(tǒng)籌管理軌道交通線路的運(yùn)力分配，后者作為各種業(yè)務(wù)信息的基礎(chǔ)承載平臺，為各子系統(tǒng)以及其他自動控制管理系統(tǒng)提供傳輸通道。軌道交通的業(yè)務(wù)特殊性決定了軌道交通傳輸網(wǎng)“專網(wǎng)專用”的原則，防止網(wǎng)絡(luò)資源和業(yè)務(wù)級別沖突，保證各系統(tǒng)間不受干擾，業(yè)務(wù)安全可靠運(yùn)行。Liquid OTN技術(shù)對于所承載的OTN，TDM均支持物理隔離，在滿足剛性管道需求，保證重點(diǎn)業(yè)務(wù)形成隔離保護(hù)的同時，還可支持二級交換技術(shù)，解決IP業(yè)務(wù)流量突發(fā)性、大帶寬需求。

3.5 5G綜合承載

5G作為智能世界的信息連接平臺，有超高速、超大連接和低時延等特點(diǎn)，將構(gòu)筑起萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施，推動各行業(yè)深度變革。Liquid OTN光傳送方案支持2 Mbit/s顆粒度的網(wǎng)絡(luò)硬切片，使能垂直行業(yè)應(yīng)用，基于Liquid OTN進(jìn)行光電兩層切片，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片硬隔離，在硬管道基礎(chǔ)上，適配不同類型、不同顆粒的業(yè)務(wù)接入，為垂直行業(yè)提供差異化SLA服務(wù)，全面促進(jìn)5G業(yè)務(wù)創(chuàng)新和高質(zhì)量快速發(fā)展，為用戶帶來極致的品質(zhì)體驗(yàn)。

4 華為OptiXtrans E6600設(shè)備介紹

華為OptiXtrans E6600多業(yè)務(wù)光傳送平臺基于MS-OTN架構(gòu)，采用4－in－1技術(shù)，將現(xiàn)有傳輸承載技術(shù)完美融合，有效簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低TCO。作為業(yè)界首個內(nèi)置Liquid OTN技術(shù)的光傳送平臺，OptiXtrans E6600具有高安全、高集成、智能運(yùn)維的特點(diǎn)，作為智能光網(wǎng)絡(luò)城市建設(shè)的生力軍，能夠適配社會各行業(yè)數(shù)字化業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型需求。

高安全方面：OptiXtrans E6600采用新一代Liquid OTN硬管道光傳送技術(shù)，支持對各行業(yè)核心業(yè)務(wù)通信提供無差別防攻擊保障，達(dá)到國家信息安全強(qiáng)制保護(hù)級別。小于10 μs的設(shè)備設(shè)計(jì)時延特性，全力保證關(guān)鍵系統(tǒng)快速響應(yīng)，高效穩(wěn)定運(yùn)行。

高集成方面：1臺設(shè)備可以從容替換4種不同傳輸特性的通信設(shè)備，整合現(xiàn)有通信資源，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合，空間節(jié)省約60%，有效降低了設(shè)備堆疊和網(wǎng)絡(luò)冗余。

超大帶寬方面：單子架OTN容量可達(dá)2.8 T，單槽位支持200 G接入容量；單波200 G最大支持80波密集波分復(fù)用，單纖容量16 T。

智能運(yùn)維方面：OptiXtrans E6600配置SDN功能，配合華為智能管控平臺，對通信網(wǎng)絡(luò)提供全方位的管理控制分析能力，網(wǎng)絡(luò)資源可視化和業(yè)務(wù)快速發(fā)放的設(shè)計(jì)，將網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率提升30%，搭載網(wǎng)絡(luò)健康診斷預(yù)測功能，網(wǎng)絡(luò)故障判別準(zhǔn)確率高達(dá)90%。

當(dāng)前，交通能源、政府企業(yè)、醫(yī)療教育、金融制造等行業(yè)作為智慧城市生命體的主體軀干，通信網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)必須符合國家信息安全強(qiáng)制要求，擁有Liquid OTN技術(shù)OptiXtrans E6600系列產(chǎn)品，將穩(wěn)固全光城市建設(shè)底座，加速城市智能互聯(lián)的推廣普及。

5 結(jié)語

Liquid OTN將加速光傳送網(wǎng)從物理承載網(wǎng)絡(luò)向業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，以其百倍聯(lián)接、無極變速和毫秒時延的突出技術(shù)亮點(diǎn)滿足各行業(yè)高品質(zhì)聯(lián)接訴求。隨著智簡全光網(wǎng)戰(zhàn)略的不斷縱深，Liquid OTN將成為第五代固定寬帶網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，如水一般融入日常生活，讓光聯(lián)接無處不在，推動全球光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的繁榮，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與商業(yè)創(chuàng)新的協(xié)同發(fā)展。