基于M-OTN的OSU技術(shù)研究及展望

【關(guān)鍵詞】SDH；MSTP；OTN；OSU；光傳輸網(wǎng)

一、光傳輸發(fā)展歷程

隨著通信技術(shù)不斷發(fā)展，用戶對(duì)業(yè)務(wù)的帶寬、種類需求不斷增加，光傳輸技術(shù)也在持續(xù)向IP化、帶寬化演進(jìn)。首個(gè)成熟可用的光傳輸技術(shù)是PDH技術(shù)，通過脈沖調(diào)制對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣、量化、編碼并傳輸，但由于缺乏世界性標(biāo)準(zhǔn)、靈活性不足、運(yùn)維管理能力差等原因，未得到廣泛應(yīng)用；SDH技術(shù)完善了PDH技術(shù)的這些問題，憑借全球統(tǒng)一的接口速率、強(qiáng)大的管理自愈能力、靈活的時(shí)隙交叉優(yōu)勢，短時(shí)間內(nèi)搶占了巨大的通信市場份額；而隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求的激增，傳統(tǒng)的SDH技術(shù)急需轉(zhuǎn)型，MSTP技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，MSTP通過將IP數(shù)據(jù)包封裝為數(shù)據(jù)幀在SDH中傳輸，一段時(shí)間內(nèi)滿足了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，但依然保留了SDH以電路交換為核心的交換模式，調(diào)度靈活性差；至此光傳輸技術(shù)向兩個(gè)方向發(fā)展，一是融合MPLS技術(shù)并吸收SDH強(qiáng)大OAM管理的PTN技術(shù)，為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供基于IP報(bào)文有保護(hù)能力的軟管道；二是融合WDM波分復(fù)用并吸收SDH強(qiáng)大OAM管理、靈活業(yè)務(wù)調(diào)度的OTN技術(shù)，為用戶提供支持光電層調(diào)度、有保護(hù)能力的硬管道。實(shí)際組網(wǎng)中，接入層、匯聚層使用PON、SDH、PTN技術(shù)，匯聚層、骨干層使用PTN、OTN技術(shù)，如圖1光纖通信網(wǎng)系示意圖。

二、光傳輸發(fā)展困境

SDH技術(shù)+OTN技術(shù)的典型光傳輸網(wǎng)組合存在以下弊端：

（1） OTN技術(shù)的ODUk大管道與小顆粒業(yè)務(wù)不匹配，ODUO支持最小業(yè)務(wù)帶寬1.25G，在接入網(wǎng)中使用會(huì)造成資源浪費(fèi)；

（2）使用SDH+OTN組網(wǎng)，業(yè)務(wù)會(huì)經(jīng)過兩個(gè)平面映射封裝，每個(gè)平面都有單獨(dú)的通道層、復(fù)用段、再升段，傳輸效率低；

（3） SDH技術(shù)采用不同的容器承載不同顆粒度的業(yè)務(wù)，對(duì)業(yè)務(wù)顆粒的靈活支持度不夠，易造成碎片化；

（4）使用SDH+OTN組網(wǎng)，業(yè)務(wù)會(huì)經(jīng)過兩個(gè)平面多級(jí)映射調(diào)度，時(shí)延大，配置復(fù)雜；

（5） SDH技術(shù)通道帶寬無損調(diào)整實(shí)現(xiàn)復(fù)雜；

基于以上原因，急需一種下沉式OTN技術(shù)（OSU），在延續(xù)OTN技術(shù)的基礎(chǔ)上，同時(shí)支持接入層小顆粒與匯聚骨干層大顆粒業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度，平滑接替SDH+OTN系統(tǒng)的組網(wǎng)場景。

三、OSU技術(shù)特點(diǎn)

（一）OSU技術(shù)設(shè)計(jì)思路

（1）采用切片的思想：將業(yè)務(wù)切分成小包，由OSU幀（192Byte）承載，方便適配任意速率業(yè)務(wù)；

（2）借鑒標(biāo)簽交換的思想：OSU隨路攜帶支路端口號(hào)（TPN），業(yè)務(wù)調(diào)度配置方便；

（3）借鑒SDH部署的經(jīng)驗(yàn)：OSU基本帶寬參考SDH技術(shù)中VG-12顆粒，通過綁定多個(gè)基本帶寬實(shí)現(xiàn)對(duì)任意速率業(yè)務(wù)調(diào)度；

（4）靈活映射：支持各級(jí)映射至ODUk，當(dāng)TPN條目不夠，可支持分級(jí)映射；

（5）全網(wǎng)無統(tǒng)一TPN：業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)OSU調(diào)度是基于TPN的，逐段更新；

（二）OSU技術(shù)核心特點(diǎn)

（1） OSU動(dòng)態(tài)靈活的彈性硬管道；

（2）最優(yōu)匹配分組業(yè)務(wù)，并同時(shí)兼顧TDM業(yè)務(wù)；

（3）極簡的OSU帶寬無損；

（4）智能化自動(dòng)管控系統(tǒng)調(diào)整，如圖2 0SU與SDH/OTN對(duì)比示意圖。

四、OSU技術(shù)幀結(jié)構(gòu)

OSU幀結(jié)構(gòu)長度192Byte，其中開銷7Byte，凈荷185Byte，如圖3 0SU幀結(jié)構(gòu)圖。

開銷字節(jié)主要分為通用開銷、映射開銷、CRC校驗(yàn)3部分。

（一）通用開銷

Ver：版本號(hào)，長度為2bit，用于標(biāo)識(shí)OSU幀結(jié)構(gòu)版本號(hào)；

TPN：支路端口號(hào)，長度為12bit，用于關(guān)聯(lián)支路端口與OSU關(guān)系，隨路攜帶，分段更新；

CV：連續(xù)性校驗(yàn)，長度為2bit，可以逐端對(duì)OSU進(jìn)行檢測；

FT：幀類型，長度為3bit，用于標(biāo)識(shí)OSU幀類型；

TCM：串聯(lián)連接監(jiān)視，用于提供中間節(jié)點(diǎn)的串聯(lián)監(jiān)視；

PM：通道監(jiān)控，用于提供PM層端到端通道監(jiān)控。

（二）映射開銷：主要分為CBR映射開銷、以太網(wǎng)映射開銷2種。

1．CBR映射開銷

TS：時(shí)戳，長度為8bit，用于表示業(yè)務(wù)時(shí)戳；

PLn：凈荷長度，長度為3bit，用于表示業(yè)務(wù)載荷長度；

SQ：序列號(hào)，長度為2bit，用于對(duì)ODU幀丟失行為進(jìn)行監(jiān)控。如圖40SU CBR映射開銷圖。

2．以太網(wǎng)映射開銷

257b_IND： 257b指示，長度6bit，用于承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在該幀中承載的5或6個(gè)257b頭部的1bit類型指示；

PTR：指針，長度為5bit，用于定位初始位置；

RES：保留字段。如圖5 0SU以太網(wǎng)映射開銷圖。

（三）OSU業(yè)務(wù)速率

OSU通道基準(zhǔn)速率為2.6Mb/s，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，OSU通道帶寬可配置為C倍基準(zhǔn)速率。對(duì)于CBR業(yè)務(wù)，OSU通道帶寬為固定C倍基準(zhǔn)速率；對(duì)于分組業(yè)務(wù)，OSU通道帶寬為承諾支持的最大帶寬，無固定比特速率，速率隨業(yè)務(wù)流量變化而變化，最大支持速率10G。

（四）OSU信號(hào)映射

OSU技術(shù)先將CBR業(yè)務(wù)、分組業(yè)務(wù)映射到OSU，再將OSU復(fù)用到OPU中，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)傳輸。

1．分組業(yè)務(wù)映射到OSU.將以太網(wǎng)業(yè)務(wù)映射成幀結(jié)構(gòu)，并將數(shù)據(jù)幀進(jìn)行256b/257b編碼并發(fā)送。

2.CBR業(yè)務(wù)映射至OSU：將CBR業(yè)務(wù)載荷映射至OSU凈荷區(qū)域中，對(duì)于未承載業(yè)務(wù)的區(qū)域用0字節(jié)填充，并標(biāo)識(shí)實(shí)際映射字節(jié)數(shù)。

3.OSU映射到OPU-PB：傳統(tǒng)OTN技術(shù)中，ODU未每幀攜帶TPN，需要確定時(shí)隙位置，對(duì)于不同速率OPU需要不同時(shí)隙結(jié)構(gòu)，占用時(shí)隙位置固定，優(yōu)先匹配CBR業(yè)務(wù)，使用固定時(shí)隙為業(yè)務(wù)提供帶寬保障，靈活性差。

OSU技術(shù)隨路攜帶TPN，無需確定PB位置，有限匹配分組業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)總速率不超過線路速率，只需要確定業(yè)務(wù)顆粒度，業(yè)務(wù)映射更加靈活，支持海量連接。

五、OSU技術(shù)無損帶寬調(diào)整

增減帶寬時(shí)，OSU源節(jié)點(diǎn)通過OAM幀發(fā)起帶寬調(diào)整請(qǐng)求，按信號(hào)流逐個(gè)節(jié)點(diǎn)排查資源是否充足，傳送至OSU宿節(jié)點(diǎn)，OSU增加客戶側(cè)端口帶寬和正向OSU鏈路帶寬，并由宿節(jié)點(diǎn)反向發(fā)送響應(yīng)ACK，傳送至OSU源節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)增加客戶側(cè)端口帶寬及鏈路帶寬。

相比于OTN技術(shù)調(diào)整通道時(shí)需要重置電路、中斷業(yè)務(wù)相比，OSU技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)帶寬無損調(diào)整，具備安全可靠、資源確認(rèn)、支持回退、配置簡單4個(gè)優(yōu)勢。

（一）安全可靠

在帶寬調(diào)整過程中，帶寬增大或減小，業(yè)務(wù)保持不中斷、不丟包、無誤碼。

OSU帶寬調(diào)整指令信息攜帶原始帶寬和目的帶寬，OSU調(diào)整帶寬可在服務(wù)層帶寬內(nèi)任意調(diào)整；OSU無損帶寬調(diào)整控制幀在節(jié)點(diǎn)之間的控制信令交互，帶寬調(diào)整OAM幀采用按20ms周期持續(xù)發(fā)送方式。

（二）資源確認(rèn)

帶寬增加時(shí)，最先向源端節(jié)點(diǎn)發(fā)送資源確認(rèn)指令，各沿途節(jié)點(diǎn)及宿端節(jié)點(diǎn)進(jìn)入資源確認(rèn)狀態(tài)，并提高宿端帶寬速率；宿端帶寬速率提高后再按照由宿端至源端順序，各沿途節(jié)點(diǎn)依次提高帶寬速率，最后提高源端帶寬速率，實(shí)現(xiàn)整條通道的資源增加；同理，帶寬減少時(shí)，先降低宿端節(jié)點(diǎn)帶寬，再按照由宿端到源端順序，減少沿途節(jié)點(diǎn)帶寬，最后減少源端帶寬速率，完成整條通道的資源減少。

（三）支持回退

如果帶寬調(diào)整失敗，則自動(dòng)回退到原始帶寬。

為保證調(diào)整過程中各站點(diǎn)因故障需要回退，源節(jié)點(diǎn)必須支持定時(shí)器，其他節(jié)點(diǎn)定時(shí)器可選，以便在定時(shí)器超時(shí)后可自動(dòng)回退到初始帶寬；定時(shí)器時(shí)長在源端通過網(wǎng)管進(jìn)行配置，并通過帶寬調(diào)整OAM幀的Timer字段傳送給下游節(jié)點(diǎn)。

（四）配置簡單

無需額外配置交叉連接。

在進(jìn)行帶寬調(diào)整時(shí)，只有OSU的源端、宿端節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行相關(guān)操作，沿途節(jié)點(diǎn)只有在收到上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送的OAM數(shù)據(jù)幀，才進(jìn)行帶寬調(diào)整，并將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)至下游節(jié)點(diǎn)。

六、OSU技術(shù)SNCP保護(hù)

OSU SNCP1+1保護(hù)由單獨(dú)保護(hù)實(shí)體進(jìn)行，保護(hù)倒換動(dòng)作只發(fā)生在宿段，源端永久橋接。支持單向與雙向、可返回與不可返回模式，使用單向倒換場景無需APS協(xié)議，使用雙向倒換場景需要APS協(xié)議。

結(jié)束語

目前基于M-OTN/OSU技術(shù)及其變式的peOTN．fgOTN研究工作已取得突破性進(jìn)展，中國各運(yùn)營商、設(shè)備廠商也在重點(diǎn)推進(jìn)相關(guān)技術(shù)商用實(shí)施，許多地市已完成OSU技術(shù)試點(diǎn)入云工作。M-OTN技術(shù)具有的靈活帶寬、低時(shí)延、多業(yè)務(wù)場景等優(yōu)勢，必將在未來的光傳輸網(wǎng)演進(jìn)與發(fā)展中扮演重要角色。