多業務承載環境下分組化OTN得到全面應用

中國聯通研究院 | 簡偉 師嚴 張沛

中國聯通網建部 | 趙懷罡

中國聯通技術部 | 曹暢

在網絡扁平化和寬帶業務流量快速增長的大背景下，分組化OTN在解決寬帶接入網絡邊緣流量快速靈活匯聚和BRAS/SR向CR大容量傳送等方面具有天然的優勢，并且能進一步地提升寬帶接入網絡整體的傳送質量以及運維和管理的性能。

新型業務的不斷涌現以及以多媒體和IPTV為代表的業務帶寬需求不斷提升，對運營商寬帶接入網絡的發展提出了諸多挑戰。現有的寬帶接入網絡架構已經越來越不能滿足其所承載業務的發展。特別是BRAS/SR基本上采用光纖直連的形式，其傳輸的能力、可靠性以及經濟性已經成為制約寬帶接入網絡發展的重要因素。

傳統的基于TDM交換為核心的OTN技術已經從原先面向MSTP網絡或者干線傳輸等定位，逐步向支持多業務的分組交換為核心的方向發展。目前基于分組交換的OTN已經成為了國內外的研究重點，得到了眾多的運營商、設備廠家以及芯片廠家的關注。運營商期待將新型的分組化OTN設備部署至現有網絡中以滿足多業務大帶寬傳輸的需求，而設備廠家在芯片廠家推出其統一交叉等關鍵技術的解決芯片之后，已經發布了基于分組化交換的OTN設備的原型機，并且正在積極地尋求試商用場景。

分組化OTN標準的演進

隨著通信技術的發展，新涌現的網絡業務類型逐漸多樣化，眾多廠商和運營商開始關注面向多業務的OTN技術。2005年業界提出了面向GE業務新增ODU0解決方案的建議，并在2007年2月再次提出了面向GE/10GE/100GE等多種業務的全方位解決方案。隨著多業務接口的應用，現有的OTN容器以及傳統的映射方式（AMP和BMP）已經不能滿足OTN全業務承載要求。2007年6月的全會上，ODUflex的概念被首次提出，其能夠使光傳送網成為多業務承載的統一平臺。并且逐步通過了包含分組化OTN關鍵技術特征（ODU0、ODU4、ODUflex、GMP）的G.709 V3標準，標志著新一代OTN技術的誕生，之后，除了針對以太網業務1GE/10GE/40GE/100GE新定義了ODU0/ODU2e/ODU3e2/ODU4外，還定義了ODU flex容器，以支持力量任意速率的客戶業務。

在國內，為了滿足業務和網絡發展對OTN多業務承載的要求，CCSA在2010年開始立項研究OTN多業務承載技術。2011年3月，《OTN多業務承載技術報告》在宜昌的CCSA會議上提交送審稿，國內下一代OTN技術標準方面的工作自此拉開帷幕。在此基礎上，由中國電信和中國聯通牽頭提出了《支持多業務的光傳送網（OTN）設備技術要求》（行標），是國內第一份針對下一代OTN技術所立的設備技術規范，其規定了OTN多業務承載的接口適配處理、分組業務處理功能、VC調度功能、OTN時鐘同步和頻率同步要求、OTN多業務承載性能要求及保護、網絡管理、控制平面要求等，預計將會在2012年底之前提交送審稿。

分組化OTN的關鍵技術

為了適應以IP為代表的分組業務量大規模增長趨勢，傳送網需要減少層級劃分，融合承載技術類型，城域傳送設備演進的主要趨勢為多業務統一承載：由 IP over Eth/GFP/ATM over SDH over WDM承載走向 IP/MPLS over OTN over WDM承載。

目前國內外已經提出了多種分組化OTN技術，例如MS-OTN、P-OTN、E-OTN、P-OTS/P-OTP等，其具有各自的技術特點，表1對比了各種分組化OTN技術。

OTN的主要設備形態

就節點功能而言，分組化OTN應具備以下功能，如圖3所示。

● 基于DWDM大帶寬傳輸層，包括光復用段處理模塊、光傳輸段處理模塊；

● 面向多業務OTN統一承載層，包括ODUk接口適配處理模塊、OTUk線路接口處理模塊；

● 大顆粒的OTN交叉調度核心，包括ODUk電交叉調度模塊、OCh光交叉調度模塊。

對于分布式交叉的分組化OTN設備而言，SDH的不同大小的VC顆粒，不同速率的以太網業務和MPLS業務通過所對應的業務由板卡實現處理，然后在ODUk交叉板卡實現集中式數據業務交叉，之后進入OTN的線路側，完成業務分組化的高速傳輸。現網部署的OTN設備可以通過升級板卡實現分組功能，見圖4。

對于集中式交叉的分組化OTN設備而言，通過一塊板卡支持分組交換和業務處理，主要用于實現對以太網業務的匯聚和二層交換功能；對于傳統的二層業務，比如SDH、MPLS和以太網業務，不必再適配成ODUk的顆粒，其交換均可以通過統一的L2層和ODUk交叉矩陣完成，目前還未有成熟的商用芯片。因此，集中式交叉在應對多業務接入方面調度更加靈活，分組化集中度高，二層交換能力和多業務承載能力更強，但是無法從現有的OTN設備直接升級演進。

表1 各種OTN技術

分組化OTN的功能模型

基于分組化包交換的光傳送網絡支持多種業務的綜合承載。通過GMP封裝，對于現有的以太網、SDH和寬帶互聯網業務等業務統一傳輸，適用于未來多場景下，不同協議的多種業務綜合承載，分組化兼容多種骨干、城域、接入業務，適應不同業務場景的部署需要。

分組化OTN的功能模型如圖5所示，引入統一交叉矩陣，支持Packet、SDH的VC以及ODUk的統一交叉和調度，而設備形態上從目前基于二層板卡業務適配和業務交叉向統一交叉矩陣演進，對于不同的業務顆粒進行靈活統一的調度，實現分組化傳送的核心功能，未來光傳送網絡中MPLS-TP、以太網、SDH等不同業務多層次的OAM和保護倒換機制，以及統一協調機制；對于MPLS-TP的隧道和偽線保護、SDH中的線性和環網保護方式以及以太網中LAG收斂保護等，實現統一的多層次化調度。

另一方面，分組化OTN的顯著特點是統一的超大傳輸管道，支持80×100G以上的超強傳送能力，并且逐漸向超100G技術過渡，系統的吞吐量滿足云計算、移動回傳網、IP城域網以及寬帶接入網絡的綜合承載需求，實現統一云化管道的傳送。在系統的客戶側支持(超)100GE、OTU4/5、STM-等大顆粒的業務調度，而在線路側采用OTN接口模型，一方面實現有效的長距離大管道傳輸，同時還可以盡可能地使整個系統的管理簡化統一，方便運營和維護。

應用場景

目前，網絡趨于寬帶化和分組化，因此網絡設備逐漸具備了分組處理功能，分組化OTN是未來OTN技術的發展方向，因此針對寬帶接入業務、分組化OTN在骨干網和城域網提出了相應的應用場景。

接入層實現OLT與BRAS的互通

隨著接入層帶寬升級，寬帶接入設備FTTx OLT、DSLAM消耗大量的GE接口，此外，集團GE專線用戶不斷增多，所以，城域網內GE接口數量會大量增加。大量GE業務需要傳送到局端的BRAS及SR上，因此將分組化OTN引入到接入環中，用以實現OLT與BRAS之間的互通，避免了光纖直連引起的光纖資源的快速消耗，實現子波長級業務匯聚。

骨干網實現IP與光層協同

通過對骨干網絡流量的分析發現，在經過核心路由器的業務流量中，大約有50%以上屬于“過境”的轉發流量。這些“過境”流量大大加重了核心路由器的負擔，如果使用昂貴的路由器線卡處理這類流量，造成了網絡成本和功耗的快速增長。而利用光層和IP層的協同組網調度機制，可以在在光層旁路IP層的“過境”流量，將其通過光傳送管道進行旁路，利用光層大顆粒的調度、疏導和鏈路保護能力，降低核心路由器的處理壓力，可以降低對骨干路由器的容量與復雜度要求，減少核心路由器的功耗，從而降低CAPEX和OPEX。這種IP層與光層之間的融合與統一調度將成網絡演進的方向之一。

為了實現此Bypass機制，可以通過在光傳送層引入P-OTN，由光層來轉發部分由IP層轉發的“過境”業務流量，降低核心路由器的轉發壓力，從而節約核心路由器的端口。如在圖7所示，業務流在PE1被打上不同的標簽，在P-OTN4設備上根據不同的標簽，業務1被下載到客戶側UNI至核心路由器4，業務2和業務3被分別交叉到OTN2和OTN3，然后業務流量1在P4繼續轉發，業務2和業務3分別到PE2和PE3之后，根據需求剝去標簽，然后下路。利用這種方式，可以旁路部分IP層核心路由器的轉發流量，這種方式對現有IP層影響較小，在一定程度上依賴于IP層的協議。

實現LTE移動基站回傳

新增基站和帶寬需求不斷增加，接入容量成倍增長，目前OTN的部署已經被引入到匯聚層。而在接入層，則主要采用MSTP等分組傳送設備實現3G業務的移動基站回傳。

隨著LTE的到來，基站帶寬需求預計在300Mbit/s以上，10Gbit/s速率匯聚層帶寬已經不能滿足業務的要求，MSTP將無法滿足網絡帶寬需求，通過將P-OTN引入到接入層面，對GE/10GE/40GE甚至100GE業務進行匯聚收斂，實現全業務靈活接入，為接入層多業務提供統一的傳送平臺。

隨著基于統一交換、多層次OAM技術的不斷成熟，新型的分組化OTN逐漸在寬帶接入網絡、移動回傳網絡、骨干路由器offloading等方面展現出在傳送帶寬、多業務承載和調度、層次化OAM和管理能力等方面的優勢。特別是在網絡扁平化和寬帶業務流量快速增長的大背景下，分組化OTN在解決寬帶接入網絡邊緣流量快速靈活匯聚和BRAS/SR向CR大容量傳送等方面具有天然的優勢，并且能進一步地提升寬帶接入網絡整體的傳送質量以及運維和管理的性能。另一方面分組化OTN在分擔骨干網路由器流量壓力方面也體現出自己的優勢，在光傳送層引入包交換，即實現大容量靈活轉發，又降低了Bypass機制的成本。對于LTE/LTE-A對接入層的帶寬以及綜合業務承載的需求，分組化OTN在光傳送層下沉的背景下，可以提供更大的吞吐量和靈活的分組交換、統一承載。