淺析OTN技術發展與應用

◆周顯

淺析OTN技術發展與應用

◆周顯

（中國通信建設集團設計院有限公司第四分公司 河南 450000）

近幾年，云服務供應商面臨越來越多的挑戰，用戶的帶寬需求快速增長，機房空間資源不足、光纜纖芯資源緊缺等問題突出，導致用戶在感知上沒有實質性的提升，因此主要以帶寬為驅動的商業模式現在已經沒有辦法支撐運營商收入的增長狀態，同時，承載業務的多樣性造成網絡的復雜度大大提升，眾多運營商的運營成本在總擁有成本中已經超過70%的占比了，并且這個情況仍在保持增長。在另一方面，為了適應各種通信業務的改變以及滿足業務多樣性的需求，OTN技術在營運商的本地網、省干網以及國干網中得到了普遍的應用。

OTN；層次結構；保護方式；組網應用

來自GSMA的預測數據顯示，到2025年5G連接的用戶數量將會達到14億左右，能夠占到全球總規模的15%。傳統的傳送承載網中主要運用WDM和SDH兩種技術，由于技術原因這兩種技術在傳輸網絡中具有局限性，然而在OTN技術中包含光層和電層完整的結構體系，OTN的應用能夠提供網絡保護、提高安全性，還增加了網絡配置的靈活性。能夠非常好的處理上述兩種技術中所產生的相關問題，所以在傳輸網絡的通信業務中能夠廣泛應用。本文將會對OTN技術的概念進行相應的闡述，同時對OTN技術的應用發展進行分析。

1 OTN技術的概論

1.1 OTN系統技術理論

OTN系統技術屬于傳統的光傳輸網絡技術，在通信工程中發揮了顯著的作用。OTN系統技術在保留傳統通信技術優勢的基礎上進行創新，增強了傳輸能力，提升了傳輸速度，擴展了網絡傳輸的使用范圍，顯著改善了數字傳輸形式。不僅如此，OTN系統技術也能夠實現完善的前向糾錯，能夠滿足分層需求或者是多網域的需求，這樣能夠給通信工程的發展和進步提供更加可靠的保障。

OTN網絡系統中存在較多的結構層次，靠近的兩個結構層會促進和客戶之間的聯系，給其提供更加完善的服務。OTN技術具備監測功能，能夠實時監控光信道性能，明確異常位置，便于選擇合理的方法來進行應對。另外，OTN能夠管理各種光纖波長的激光器，能夠更好地滿足網絡通信需求。

1.2 OTN光傳輸網絡技術的特征

光傳送網絡是一個以波分復用為基礎、在光層進行組建網絡的傳送網。OTN技術通過G.709、G.798、G.872等一系列的ITU-T的建議所建設的“光傳送體系”和“數字傳送體系”。伴隨著對業務處理能力更細化和數據業務顆粒度的提升需求，傳送網需要提供較大的管道。OTN技術全面解決了SDH技術基于VC的調度復雜、交叉顆粒偏小、無法適應大顆粒業務的傳輸需求的問題，同時也克服了WDM系統中故障定位困難，網元組網能力弱，單純以點到點互聯為主的組網方式，并且能夠改善網絡生存性能力和手段較弱等相關問題。光傳送網絡面向IP業務以及適配IP業務的需求，現在已經成為光傳輸通信下一步發展方向。

2 OTN傳輸網絡的主要受限要素

2.1 光功率

光功率預算根據衰耗配置放大器：

（1）Fiber loss （dB）+ Margin（3dB）≤ Pout（dBm） - Pin（dBm）

（2）L （km） x a （dB/km）+ Margin（3dB）≤ Pout （dBm） - Pin （dBm）

其中a為光纖衰耗系數，G652/655光纖衰耗系數一般按照a=0.275dB/km估算（通常為 0.2~0.3dB/km）。

2.2 色散

光纖的色散分為兩種：色度色散和偏振模色散。

色散計算：色度色散=距離×色散系數。G.655光纖：色散系數=4.5ps/nm.km，一般按照5ps/nm.km估算；G.652光纖：色散系數=17ps/nm.km，一般按照20ps/nm.km來估算。由于PMD無法補償，在實際工程中主要考慮色度色散的補償問題；在長距離系統中，采用色散補償模塊（DCM/DCU/FBG）進行補償。

偏振模色散：當兩個垂直的偏振輸出脈沖以不同的速度在光纖中進行傳播從而引起的色散稱偏振模色散，作為光纖的重要參數，尤其在40G/100G等高速波分系統。偏振模色散是一個隨機量，難以補償，因為引起偏振模色散的因素是隨機產生的。

2.3 光信噪比

光信噪比是一個十分重要的參數，對估算和測量系統有重大意義。

2.4 非線性效應

非線性效應是指強光作用下由于介質的非線性極化而產生的效應，包括光學諧波，倍頻，受激拉曼散射，雙光子吸收，飽和吸收，自聚焦，自散焦等。在光纖中存在的非線性效應包含：克爾效應相關聯的影響，即是與折射率緊密相關（四波混頻效應FWM、交叉相位調制XPM、自相位調制SPM），散射效應（受激拉曼散射SRS和受激布里淵散射SBS等等），在此之中四波混頻、交叉相位調制對系統的影響比較嚴重。

3 在傳輸網絡系統中OTN的組網應用

3.1 關于OTN網絡的業務需求背景

近年來高價值企業專線業務的帶寬增長幅度，遠比不上家庭寬帶的增長幅度，急迫需要電信運營商提供更高品質的專線業務。隨著云業務的興起，越來越多的企業和政府機關將自己的IT信息遷移到云上。上云專線成為行業新的熱點，對運營商而言挑戰與機遇并存。高價值客戶對專線的品質有著非常高的要求，例如高可用率、高安全、低時延、快速開通等。隨著SDH網絡逐漸停止建設發展，企業專線業務帶寬的速率持續提升和企業業務逐漸“云化”的演進帶來的客戶自管理、快速開通等智能化訴求，體現出OTN技術是打造極致體驗品質專線的最佳承載方案。

3.2 OTN系統建設原則

波分系統可有效解決長距離傳送、纖芯資源受限、時延受限等諸多問題，應合理規劃城域骨干傳送網OTN系統網絡架構，并有節奏、有層次地分步建設。城域骨干傳送網新建OTN系統原則上應選擇100G或支持100G平臺的設備為主；大中城市建議直接采用100G或超100G波分系統，按需配置10G、100G光通道；對于業務量較少的中小城市或縣鄉間的OTN系統，可采用10G OTN平臺，不宜盲目部署大容量OTN系統。

3.3 OTN網絡波道配置

WDM波道配置可劃分為工作波道、冗余波道和備用波道，其中工作波道為已加載業務的波道；冗余波道為未加載業務、但配置有波長轉換器、可以隨時加載業務的波道，設置冗余波道的目的是減小波道開通時間，滿足重要客戶或應急系統需求；備用波道配置有波長轉換器，平時不加載業務，當其他工作波道出現故障時可將其業務臨時人工倒換至備用波道上傳輸。

3.4 保護方案

目前，傳統WDM傳輸系統保護主要是基于光層實現對業務的保護。當從業務分層的角度，WDM傳輸系統保護倒換可以分為光復用段層保護（OMSP）和光通道保護（OCHP）；從保護效率的方面，分為共享保護（OSPR）和專有保護（OEP）；若從網絡結構的角度，又分為環網保護（OPR）和線路保護（OLP）等。

OTN技術規定了環網保護和線性保護兩種方式：（1）環網保護，為了給環路中每一個連接能夠提供保護容量和保護路由，采用1：1方式。在沒有發生故障的條件下，保護沒有傳遞工作連接的備份，而同時可以傳送相對低優先級的額外業務。此時額外業務是沒有受到保護的，該段的保護可以被別的工作通道當作共享的保護通道。環網保護可分為基于光通道的保護環（OCh SPRing）和基于子波長級級別保護環（ODUk SPRing）。（2）線性保護，能夠使用在所有的物理結構。線性保護可分為基于單個光通道的1＋1保護（OCh SNCP）、基于子波長級別ODUk SNC保護等。其工作方式可以是1+1方式，也可以是1:N方式。

OCh SNCP保護：基于單個光通道的保護是采用OCh信號并發選收的原理，一般稱光通道1＋1保護。而且這種保護方式是不需要配置APS協議，可靠性高，倒換速度快（50ms內）。

ODUk SNC保護：子網連接保護是用于保護一個網絡內部相關路徑的保護。同時也是一種專用的保護機制，適用于所有的物理結構，并且對于子網絡連接中的網元數量沒有限制。若當檢測到了啟動倒換事件，保護倒換將會在50ms內完成。

4 OTN技術的發展趨勢

隨著業務的視頻化、云化，帶來的流量持續爆發式增長，無線接入能力從4G最大150M-1Gbps演進至5G大于10Gbps，對骨干網傳輸帶寬提出了更高的要求。然而，帶寬增長的同時需降低單bit建網成本才能維持建網TCO保持在一個合理水平，因此，如何選取高速率傳輸方案，實現網絡大帶寬，提升用戶體驗，且能滿足最低成本建網，成為關注的焦點。提升單波速率是應對光纖上摩爾定律最有效的思路，但香農極限導致相同通道間隔下單波速率越高，傳輸距離越短。在大多數200G的高速傳輸場景，傳輸距離是限制其應用的主要因素。而常規的采取設置更多電中繼站點的辦法會大幅增加網絡的建設成本，削弱200G的成本優勢。因此，提升200G傳輸距離成為200G傳輸的關鍵技術點。

5 結語

隨著移動互聯網、云計算、專線業務縱深發展和爆炸式增長，以及如IoT、5G、VR/AR、4K超高清視頻等業務的不斷涌現，對傳送網絡的帶寬、時延性能、可靠性等都提出了更高的要求。現有網絡架構急需演進升級，如何利用現有資源實現低成本平滑演進，同時提升運維效率，降低OPEX是目前面臨的巨大挑戰。

[1]王建國.DWDM技術在傳輸中的應用[D].南京郵電大學碩士論文，2014.

[2]都明，堯長青，馮濤.現代光傳輸技術趨勢[R].四川省通信學會2009年學術年會論文集，2009.

[3]李雯. OTN技術在城域網中的應用[D].北京郵電大學碩士論文，2012.