以OSU 為核心的M-OTN 技術創新與驗證

古春海

(廣東南方電信規劃咨詢設計院有限公司,廣東深圳 518038)

當前SDH逐漸退出市場的背景下人們開始研究新技術,且投入大量的人力、物力、財力在其中,因此現階段OTN逐漸占領市場,新時期隨著需求的增加,更是呈現出取代SDH網絡的局面。在該技術中OTN技術的發展意義較大,該技術與5G、專線、DCI與視頻等業務結合可以最大程度滿足人們對信息傳輸等方面的需要。現階段OTN傳輸方向主要是城域網延伸。城域網的接入量、接入節點明顯增加,業務需求量變大,這對技術本身提出了更嚴格要求,且對設備成本非常敏感。

1 研究背景

為更好研究OTN設備業務能力,目前運用的分組手段可以增強OTN設備的業務優勢,但是為支持分組、顆粒業務的實現,使用的分組、虛擬容器VC(Virtual Container)、光數據單元ODU(Optical Data Unit)來多平面疊加,這種方式并不先進,而且增加能耗。具體體現在多平面疊加技術的實際運用復雜,在運用中成本高、管理很難、運維麻煩,很難實現。因此人們對其進行深入研究,運用現代先進技術積極創新,結合設備廠商、運營商和科研機構的專業人才,整合現階段高新技術、設備,提出了基于光業務單元(Optical Service Unit,OSU)技術,為實現城域滿足城域需求,提出新的核心技術。根據傳統數據傳輸方面存在的問題,提出新技術的目標主要是圍繞幾個方面開展,需要滿足的內容有降低成本、低時延、低能耗,實現城域網的綜合承載方案。為滿足上述要求,在設計中結合了OSU技術,該技術具備帶寬調整功能,通過結合運用滿足了傳統PTN技術使用中存在的優勢。傳統PTN技術無法實現小顆粒業務承載,新技術的研究彌補了這方面的缺陷,而且在實際使用的過程中設備復雜程度、成本等顯著降低,取得了顯著成績,并且在實際運行的過程中簡化了網絡運行環境。因此最新的M-OTN具備非常優良的品質,支持各種顆粒高品質的專線業務,系統承載性能也顯著提升,甚至能夠與8K HDTV、Cloud VR/AR等結合使用,具備極大作用,可以滿足城域在接入點與承載方面的需要,滿足高通量、高質量的業務需要。因此M-OTN特診管體現在:(1)與靈活的OUS對接,滿足10Mbit/s～10Gbit/s等級的業務需要,滿足業務需求,承載能力明顯提高;(2)可以引入新型低成本接口與以太網光模板,降低了設備接入成本,讓技術面向廣大群眾。(3)接口具備開放性,能實現對多廠商接入性M-OTN設備統一管控。在實際調查資料研究中人們針對接入型OTN設備的統一管控系統原型進行開發、實驗演示,同時對部分型號接口接入示范。2019年中國通信標準化協會通過了OTN設備技術且成立相關標準。2020年的技術創新速度越來越快,日內瓦ITU-T SG15全會通過了光業務單元的通道標準。這證明OTN項目設備在新時期的研究非常成功,能夠滿足新時期國際對不同地區業務擴展。與我國而言,能夠為城域發展提供更直接的支持。目前逐漸完成了OSU的技術方案,針對技術方式所涉及到的標準,也會在很短時間內研究并公布。將會逐漸編制所涉及標準,并且發布[1]。

2 OSU幀結構、開銷

OSU幀結構的結構如圖1所示:

圖1 OSU 幀結構Fig.1 OSU frame structure

圖上OSU幀結構長度為192byte,長度選擇主要取決于綜合業務的需求,比如交換芯片的效率、開銷占比各方面。幀結構包括7byte的開銷區域與185byte的凈荷區[2]。通用開銷版本號、端口、幀類型、串聯連接監視、通道監視、保留開銷等如圖2所示。(1)其中版本號作用為:標識OSU幀結構版本號,正常情況下默認為01,其他數值預留則是備用版本號。(2)支路端口號(TPN),簡稱OPUk,k光通路凈荷單元。支路端口與幀之間的聯系即為k,而TPN通過發揮服務功能體現價值。TPN的長度為12bit,一條TPN的OPUk能夠承載4000條OSU。

圖2 通用開銷Fig.2 General overhead

如圖3所示,在處理中,一條端到端的OSU連接與不同的服務層,TPN需逐層不斷更新。

圖3 TPN 處理方式Fig.3 TPN processing method

(3)連續性校驗(CV),主要運用在OUS所經過的每一個斷層,檢測OSU幀連續性與帶寬之間的匹配[3]。如表1所示,OSU的處理方式與TPN一致,進行連續性校驗的時候,也是逐層進行,依次更新。(4)串聯連接監視(T C M 1/TCM2),OSU支持每一級長度為5bit的TCM,支持兩級TCM。其中TCMI主要運用在分段性能監控、時延測量中;TCM2主要運用在分段保護中,而兩者的具體功能發揮需要配合M32/256復幀的使用,表2所示。

表1 定義幀類型Tab.1 Defines the frame type

表2 串聯連接監視(TCM1/TCM2)Tab.2 Series connection monitoring(TCM1/TCM2)

基于TCM1/TCM2的監控(Monitoring)開銷是功能體現的主要形式,運用該形式提供分段內監控質量性能,TCM1主要是提供監控質量管理功能,進行高精度時延測量的形式可單向、也可以雙向。TCM2層APS字段為滿足倒換協議,倒換協議格式等同于G.873.1。(5)通道監控(PM)的實際長度為5bit,通過提供PM層端到端的通道監控實現對鏈路的管理,包括實現追蹤、識別、自動保護等。路徑蹤跡識別(TTI)使用32byte,其功能兼容G.709定義TTI的前32byte[4]。

OSU的映射開銷體現出OSU的業務實現,根據承載業務的不同,提供不同的開銷功能,在這個過程中主要劃分為兩類開銷模式,分別是CBR與以太網開銷。(1)BR映射開銷囊括內容多方面,如時間戳TS,凈荷長度、序列號SQ。其中凈荷長度表示為PLn(n=1、2、3),主要運用在指示OSU幀凈荷區域內承載的CBR業務占用的凈荷長度。而SQ在這個過程中,實現數據幀的監控功能,以免數據丟失。(2)以太網映射開銷,包含25 7b 指示、指針、保留比特。其中257b(257b_IND)表示網內業務的承載量,一般為5、6個257b的bit類型,在承載中,如果顯示“0”,對應256b的控制碼,如果顯示“1”,表示無控制碼。人們用PTR來表示起始的字節位置[5]。

CRC8主要是進行冗雜校驗中,在校驗中初始值均為1。

3 OUS幀管理

OUS幀還定義了維護管理的OUS管理幀,其中包括客戶故障、狀態維護、保持激活、OUSOAM幀。(1)故障幀,客戶信號失效指示是通過特定的OUS客戶故障幀實現,根據OUS幀的指示字段,人們可以確定管OUS客戶故障。向下游插入OSU客戶故障幀在本次生成后,承載了CBR的業務情況,按照OSU的原始比特速率插入OSU客戶故障。承載以太網業務方面來看,按照最小的寬帶速率插入客戶故障幀,其中最小寬帶速率為10.4Mbit/s。(2)維護狀態幀,維護狀態由不同字段確定,分別對應分段監控與P M不同層次。(3)OSU保持激活幀,使用OSU保持激活幀的方式,能讓OUS與以太網穩定連接,實現傳輸穩定、維持開銷來確保監控功能順利完成[6]。

4 調整機制

ODUflex無損帶寬調整機制體現由調整設備來完成,能夠實現交互、復雜處理等,導致現網部署困難。為避免出現這些問題,基于OSU為核心的無損帶寬調整機制應滿足一下要求:(1)網管或者是控制平面的帶寬調整指令應發給源端節點,通過OSU開銷下發指令,不需要網管參與其中,方便使用在無統一網管的多域網運用。(2)在調整完成之后,源端節點需向網管與控制平面反饋結果。(3)調整目標帶寬通過服務層帶寬進行調整,調整顆粒為n×10Mbit/s。(4)系統支持調整與保護路徑的帶寬,為滿足業務需要而進行倒換。(5)端到端確認機制能夠保證業務傳輸的準確合理,避免調整不全面,有的成功、有的失敗。(6)當因為故障調整失敗的時候應退回到初始帶寬,從而保持網絡的穩定,避免產生冗余連接。

5 結語

綜上,M-OTN/OSU是國內首次聯系推出的光傳送網核心標準,是我國在光傳送國際標準領域突破的重要舉措。M-OTN技術具備靈活帶寬、低時延等特征,能夠滿足現階段實際生產作業需要,將會在未來的發展中扮演重要角色。