OTN技術衍生新形態助推傳輸管道走向智能化

中國移動研究院 | 李允博

OTN技術衍生新形態助推傳輸管道走向智能化

中國移動研究院 | 李允博

今后，OTN應當在有效抑制以太網業務單通故障、繼續提升交叉容量、引入控制平面等方面進一步突破。

在通信領域，智能管道的出發點是提升網絡承載能力和管道價值。智能管道對用戶而言表現為兩點：一是智能管道要能為用戶提供有線、無線的一體化融合最優接入，二是能夠基于用戶、業務、流量等因素實施差異化的服務。對運營商而言智能管道的優勢表現在：一是智能管道能夠更多感知用戶的行為和消費習慣，為運營商的差異化服務和業務推送提供支撐，二是基于智能管道的資源調度可以有效提升運營商的資源利用率。

光傳送網（OTN）技術最初的目標是提升傳送網的網絡組織能力，為大量GE、2.5Gbit/s、10Gbit/s、40Gbit/s甚至100Gbit/s等大顆粒業務提供傳輸通道，為客戶信號提供在波長/子波長級別的傳送、復用、交換和監控能力，在提供豐富帶寬的基礎上，增強節點匯聚和交叉能力、組網保護和OAM管理能力。隨著近幾年新技術的引入，OTN也在向著業務識別、動態調整帶寬等智能化方向發展，構建“用戶可識別、業務可區分、流量可調控、網絡可管理”的智能傳輸管道。

引入OTN技術是中國移動打造智能管道的重要一環。

具備分組調度的OTN新技術

OTN技術在2009年開始完成向“面向全業務承載”的轉變，加強了對以太網業務的承載，OTN技術逐步完善對ODU0、ODU3e2、高階/低階光通道數據單元（HO/LO ODU）、通用映射規程（GMP）等技術方案的標準化，使OTN 滿足了多業務承載的需求。同時，OTN也在研究具備分組調度能力，國際上也適時提出E-OTN、P-OTN和MS-OTN的概念。

固網與移動技術的快速發展驅動了帶寬需求的增長，帶寬需求的爆炸式增長來自于多個方面，包括互聯網用戶的增長，固網寬帶接入提速，視頻、IPTV 業務的普及和其它高帶寬寬帶應用的普及，3G & 4G 移動數據和視頻應用的普及，高帶寬容量的企業、批發、移動回程業務，基于云的業務提供等等。為更有效承載分組業務，擴展以太網功能，OTN領域新近出現多種概念，包括E-OTN，P-OTN，還有MS-OTN。

E-OTN

ITU-T在G.798.1標準討論中引入一個新的概念——E-OTN，E-OTN是在OTN基礎上對802.1Q功能進行最小程度地擴展，具有流量工程特性，支持P2P，P2MP，RMP和MP2MP 以太網業務。

E-OTN的實現方式，關鍵是引入Transport Bridges (TB) 和Transport Edge Bridges (TEB)。TB具備以太網業務橋接功能，完成學習、轉發和過濾，以及避免環路(loop) 等3個功能。網橋要基于目標MAC地址來做轉發決定，能學習到目標節點的MAC地址，并將這些信息放進自己的橋接表中。通過之前學習到的橋接表來做轉發決定，基于幀的目標MAC地址進行轉發。阻止環路產生的辦法是破壞掉冗余的鏈路，這就要參考生成樹協議(STP)完成。TEB除了具備以太網業務橋接功能外，還具有以太網接口。

目前E-OTN存在的主要問題是來自標準化方面的困擾，需要對IEEE定義的以太網功能進行擴展，以滿足ITU-T關于以太網傳送的相關要求。

P-OTN

分組光傳送網——P-OTN，是指PTN和OTN的有效融合。對于P-OTN節點，功能核心的選擇依賴于對粒度的需求和對用戶業務流的管理需求。比較分交叉組核心和ODUk交叉核心，分組核心的粒度較小，到達單用戶業務流的層次，但另一方面ODUk交叉核心更加簡單，易于實施和管理。如果P-OTN節點只需要實現對于多個GE端口透明映射到OTN上的功能，像ADM一樣，而不需要對GE鏈路中的不同用戶業務流進行管理，那么選擇OTN核心即可。如果P-OTN的功能要求是要把輸入板上GE端口中的單個業務流進行分類，把不同類型的業務（如VoIP、IPTV、盡力而為業務）流映射到不同的ODU容器，就需要分組核心。

MS-OTN

MS-OTN是指支持多業務承載的OTN設備，OTN多業務承載節點功能應具備以下四點。

基于WDM的大帶寬傳輸層。

面向多業務OTN統一承載層。

支持多層次、大顆粒的OTN大容量交叉調度核心。

具備業務精細顆粒的交叉調度單元，包括：分組（PKT）調度模塊（以太網XC和MPLS-TP XC）、VC交叉調度模塊等。

OTN多業務承載節點功能模型可同時提供OCh光層、ODUk電層、PKT調度或VC調度能力。波長級別的業務可以直接通過OCh交叉調度；需要多業務的統一調度、匯聚，可通過ODUk和PKT集中交叉調度或VC交叉調度，再通過線路接口處理模塊匯聚到ODUk高階容器，最后波分復用到主光通道。

從MS-OTN實現的關鍵技術上，主要包括三種特性。

其一，通用映射規程（GMP）和ODUflex。OTN引入GMP解決了客戶信號到LO ODU及LO ODU到HO ODU的映射。MS-OTN針對以太網業務1GE/10GE/40GE/100GE新定義了ODU0/ODU2e/ODU3e2/ODU4，而且為適合100G以太網數據的透明傳輸，ODU4的容器尺寸正好適合100GE LAN業務。

其二，ODUflex無損調整 (HAO)協議。針對ODUflex，ITU-T目前正在定義一種類似SDH LCAS技術的ODUflex無損調整 (HAO)協議，可以動態調整業務在線路上速率，提高MS-OTN傳送分組業務的帶寬利用率，增強MS-OTN網絡部署的靈活性。HAO協議需要ODUflex(GFP)整個鏈路的所有節點參與，克服了LCAS在管理控制方面及緩存方面的重大問題。

圖2 OTN對直通業務的處理

其三，同步功能。OTN在城域網環境下可以承載CPRI、TD-SCDMA和TD-LTE業務，而以上業務對時間同步有嚴格要求，需要OTN設備支持1588v2功能和頻率同步功能，實現時間同步不受空間、地理位置限制，排除對GPS的依賴，有效提升網絡安全性，降低維護成本。目前OTN設備通過帶內開銷或帶外OSC實現1588v2傳遞功能，通過同步以太方式實現頻率同步。

OTN干線層的兩大功能

在承載網方面，智能管道的概念也是由來已久，引入PTN、OTN和ASON的目標就是要改變以往剛性管道傳輸的舊理念，推動分組化、業務等級劃分、帶寬高利用率等。隨著新技術在OTN組網架構中不斷引入，OTN在傳送網各個層面體現出智能化的趨勢，在引入控制平面實現自動發現、保護恢復等智能功能之外，還在與數據設備聯合組網方面實現傳輸管道智能化，識別業務，為不同的業務提供差異化服務。

在干線層面應用OTN，可實現分流IP直通業務，有效支持云計算等功效。

分流IP直通業務

通過對IP骨干網絡流量進行分析，發現在經過P路由器的流量中大約有50%以上屬于 “直通”中轉流量，加重了P路由器的負擔，占用了昂貴的路由器線卡，造成了網絡成本和設備功耗的快速增長，網絡流量的整體處理效率較低。

通過OTN設備對直通業務流進行旁路，降低P路由器的處理壓力，減少對路由器堆簇的需求，可使整個網絡的CAPEX大量節省。另外OTN設備提供的靈活保護恢復機制可以有效解決IP網絡電路故障問題，減少全部依賴路由器保護場景下的鏈路冗余要求，提高鏈路利用率，提高網絡生存性同時降低了IP網絡的建設成本。

如圖2所示在IP over OTN架構中，OTN節點識別來自路由器的業務走向，實現核心PE路由器之間的大量直通業務在傳輸層穿通處理，節約核心P路由器（PoP B）的接口數量，降低對其容量的要求，提升業務轉發效率，原先PoP B需要對超過9G的流量進行處理，現在可以減少為處理6G。結合控制平面UNI接口的ODUflex技術，再應用G.HAO協議，實現IP路由器和OTN交叉設備的帶寬靈活適配和動態調整。隨著網絡的進一步融合，IP和光網絡在業務傳送層、控制層和管理層3個平面實現互通，降低網絡投資和運營成本。

有效支撐云計算業務

云計算是通過網絡按需提供可動態伸縮的廉價計算服務，提供資源的網絡被稱為“云”，“云”中的資源在使用者看來是可以無限擴展的，并且可以隨時獲取，按需使用，隨時擴展，按使用付費。云計算的基礎是寬帶資源：無處不在的寬帶網絡，解決海量信息的傳送。云計算需要更高的寬帶、更快的時延，更安全的保障，更低的成本，這需要一個扁平化的承載網絡。

傳送設備需要克服“大帶寬”，正逐漸向“粗放型”方向發展，OTN技術是其必然的選擇，它本身對“跳數”不敏感，且可以通過“交叉調度”形成“虛擬光纖網絡”，幫助實現網絡的扁平化。

OTN構造了一個帶寬云的概念，打造一個動態、共享、超大容量、智能可靠的網絡：通過10G/40G/100G技術構建了大帶寬通道，T比特OTN交叉技術讓全網共享這些大帶寬通道，傳輸帶寬脫離某個業務的捆綁，實現線路帶寬的共享。引入控制平面技術讓網絡更加智能、簡單、可靠，提供客戶化的不同保護方式，保護和恢復相結合大幅提升可靠性，簡化了維護。關鍵是在OTN組成的帶寬云中，業務可在任何時間、任何地點接入，即插即用，在需要接入業務時，直接將接入點接入到帶寬云網絡中即可。

OTN有效應對城域網扁平化

在城域網OTN組網應用中，可直接或間接面向來自基站、集團客戶、家庭寬帶和IPTV業務的需求。在核心或匯聚層面引入OTN組網，首先可以解決光纖緊張問題，避免某些跳段光纖瓶頸而導致業務難以開通；其次跨地區的業務快速而可靠開通，無需考慮大量長距離熔纖、跳光纜、測距等工作；在端口適配方面，OTN可把GE匯聚為10GE接口，有效解決部分BRAS/SR出GE端口，而CR出10GE端口的匹配問題；此外通過OTN的物理層保護，可解決扁平化過程可能遇到業務安全問題。

OTN設備提供頻率和時間同步，參與時間同步的傳遞，可減少建設專用時間傳送網絡的投資，減少BITS和時間源設備的數量，減少光纖資源消耗。目前OTN設備正在逐步實現同步以太功能完成全網頻率同步，并在此基礎上，通過OTN帶內開銷或者帶外光監控信道（OSC）傳遞時間同步，從而實現OTN和PTN組網環境下端到端的頻率同步和時間同步。

中國移動自2007年推廣IP over WDM的同時，也在不斷推動OTN的演進和組網應用，中國移動已經是OTN設備應用最多的運營商之一。從中國移動組織的各種測試結果來看，國內外廠家OTN產品系列齊備，涵蓋了各種交叉容量設備；接口標準，支持接入多種業務；支持不同形式的組網和保護功能，組網靈活，配置方便，網管功能完善，并具備帶內ESC和帶外OSC時間同步傳遞功能；互聯互通方面，不同廠家OTN設備目前可以實現各種業務域間OTUk互通、基于TCM的多廠家管理互通，以及保護互通。尤其是在2010年11月，在規范GE業務標準映射封裝方式的前提下，首次實現不同廠家GE業務基于OTUk的互通。2011年5月，基于ODUflex支持G.HAO協議的OTN樣機已經出現。

記者觀察

OTN已成中國移動承載網、傳送網的核心元素

中國移動作為全球主流的移動運營商，其移動寬帶業務是其近年來利潤增長的核心所在，然而固網缺失一直是其最大的短板。伴隨3G、LTE、Wi-Fi等無線網絡建設的規模化，中國移動原有的承載網、傳送網絡壓力日漸增大，迫切需要提高承載網、傳送網的承載傳送能力，并提高網絡的利用效率，其對于新型承載方式、傳送方式的研究要明顯快于其他國內運營商。

本期我們特邀中國移動研究院長期從事承載網研究的專家李允博撰文談中國移動對OTN技術的研究進展，從全文來看，中國移動對于具備分組調度能力的新型OTN技術非常關注，這與其城域網中所部屬的PTN網絡可形成較好的聯合組網模式，并且能夠有效應對城域網的扁平化趨勢。而傳送網方面，中國移動不斷在加速推動WDM的IP化進程，并率先嘗試了OTN的干線部署，引入OTN技術有效緩解了核心路由器的負擔，而且其調度能力、大容量交叉能力能夠保障對未來云計算業務的承載，符合中國移動長遠的發展規劃。（趙光磊）