OTN與SDH異構組網技術研究與應用

任 偉

（中國電信股份有限公司廣東分公司，廣東 廣州 510627）

0 引 言

20世紀90年代中期，同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）技術引進我國，憑借其優異的特性，在城域網領域和數字專網領域取得了長足的發展。基于IP技術或時分復用（Time Division Multiplexing，TDM）技術，SDH不僅可以實現多業務分組交換，還可以實現多業務復用，達到靈活調整傳輸帶寬的目的。

隨著通信技術快速迭代與發展，SDH逐步退出服務，資源接近耗盡。光傳送網（Optical transport network，OTN）作為一種新型網絡技術，相對已有的SDH傳送網技術，具有多種客戶信號封裝、大帶寬、低時延、自動開通、支持2M-100G帶寬靈活調整等更多實用特性，能夠更好地滿足對傳輸網絡有高質量要求的市場需要。

當前，國內OTN網絡正處于建設初期，OTN網絡覆蓋范圍還無法達到與SDH網絡同等覆蓋規模，這給新技術的普及帶來了挑戰，在現有環境條件下，如何既能驅動新技術的發展，又能利舊傳統技術資源，加快新舊技術動能轉換成為了運營商當前亟需解決的問題。

1 傳輸網技術分析

1.1 SDH技術分析

1.1.1 SDH的幀結構

（1）信息凈負荷（payload）。把payload比作車廂，同步傳輸模塊N級（Synchronous Transport Module Level N，STM-N）的幀結構中存放著各種信息碼，低速信號作為貨物被打包入車廂，承載在STM-N這輛貨車上，通道開銷（Path Overhead，POH）字節負責檢測運送過程中的貨物是否有損壞以及判斷具體哪件貨物出現了問題[1]。

（2）段開銷（Section Overhead，SOH）。監控STM-N這輛貨車中運載的全部貨物是否有損壞。

（3）管理單元指針（Administration Unit PoinTeR，AU-PTR）。在STM-N幀結構中，信息凈負荷的第一個字節的位置，由AU-PTR負責指示，AU-PTR作為位置指示符，把位置指針值發給收端，便于接收端準確控制信息凈負荷[2]。

1.1.2 SDH信號的傳輸

SDH幀結構雖然是塊狀，但是在傳輸時依然是以串行碼流形式的順序進行的（從左到右，由上而下）。STM-N幀頻是8 000幀/s，幀長或幀周期為恒定的 125 μs[3]。

STM-N的幀頻規定了信號幀的某一特定字節，每秒被傳送8 000次，該字節的比特速率是8 000×8 bit=64 kb/s，64 kb/s是一路數字電話的傳輸速率。

根據國際電信聯盟規的復用線路結構，可以把準同步數字系列（Plesiochromous Digital Hierarchy，PDH）的數字信號復用成STM-N信號。我國的傳輸網技術規定了PDH系列作為SDH的有效負荷，以2 Mb/s信號為顆粒C-4的數字4對應相應的PDH速率[4]。

140 M信號通過速率適配打包進C-4容器中，C-4加上通道開銷映射為VC-4，VC-4加上AU-PTR，即通過指針定位處理形成AU-4，1路的AU-4加上段開銷復用為1路的AUG，這樣就形成STM-1信號，STM-N信號的形成通過N路的STM-1的字節間插復用實現。

1.1.3 SDH的字節間插復用特性

STM-1（響應速率155 Mb/s）同步傳輸模塊是SDH基本信號傳輸結構等級，STM-4（響應速率622 Mb/s）、 STM-16（響應速率2.5 Gb/s）作為高等級數字信號，高等級數字信號以STM-1信息模塊為基準，進行字節間插同步復接，比如：STM-4=4×STM-1（155 Mb/s），STM-16=4×STM-4（622 Mb/s），復接的個數是4的倍數[5]。

1.2 OTN技術分析

1.2.1 大顆粒帶寬復用

OTN對提升大容量數據的傳送效率與適配性有顯著效果，OTN的帶寬顆粒大于SDH的VC-12、VC-4的顆粒，OTN定義的電層帶寬顆粒分為ODU0（GE,1000M/S），ODU1（2.5Gb/s），ODU2（10Gb/s），ODU3（40Gb/s），（ODUk,k=0,1,2,3）。

1.2.2 保護能力

在光層與電層方面，OTN的幀結構極大地改變了基于SDH的VC-12、VC-4的調度帶寬和波分點到點大帶寬傳送的現狀。

1.2.3 多種信號封裝

OTN幀結構可以實現對SDH和異步轉移模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）的標準封裝，支持以太網等多種客戶信號的映射和傳輸。

1.2.4 維護管理能力

OTN可實現多個分段和端到端同時進行性能監控，OTN光通路層（Optical Channel layer，OCH）的幀結構提升了OTN數字化監控水平，因此OTN具備與SDH相似的開銷管理能力。

OTN技術引入了豐富的開銷，使OTN具備真正的OAM & P管理功能。OCH光信道層、光復用段層（Optical Multiplex Section Layer，OMS）、光傳輸段層（Optical Transmission Section layer，OTS）是OTN的3個光層。光信道凈荷單元（Optical channel Payload Unit，OPU）、光信道數據單元（Optical Channel Data Unit，ODU）、光信道傳送單元（Optical Channel Transport Unit，OTU）是OCH光信道層的3個電域子層。

OPU：完成對客戶信號的映射（數字包封）功能，包括STM-N、IP分組、以太網幀以及ATM信元。

ODU：稱作數據通道層。提供與信號無關的連通性，連接保護和監控等功能。

OTU也叫數字段層，提供FEC以及光段層監控功能。

客戶信號（如多協議標簽交換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）、ATM、以太網等）作為OPU凈荷加上OPU開銷后映射到OPUk，此處k可以為0、1、2、3、4，分別對應GE、2.5G、10G、40G和100G； ODUk的組成由作為ODU凈荷與ODUk的OPUk開銷組成； OTU開銷和FEC區域被ODUk疊加后，映射到光通道傳送單元OTUk； OTUk加上OCH開銷,變成光通道OCH。OCH調制到光通道載波（Optical Channel Carrier，OCC），n個OCC進行復用，進入OMS，OMSn合入光學監控信道（Optical Supervisory Channel，OSC）監控信道后，構成OTS傳輸段。

2 SDH與OTN異構技術研究

2.1 SDH與OTN混合組網技術研究

隨著新一輪信息技術與生物科技變革的興起，5G流量爆發，短視頻、行為分析、安全與算法等應用對傳輸承載網絡的要求越來越高。SDH技術因受到其自身技術的限制，已經難以適應市場的敏捷多變的需要。另一方面，OTN技術與5G技術同時期推出市場，運營商難以在短時間內完成全區域的OTN網絡覆蓋，OTN技術距離全面普及還需要一些時間。

但綜合考慮當下的各種傳送技術的優缺點之后能夠發現，無論在靈活性還是在可靠性方面，OTN都有著突出優勢和較強的應用價值。

在業務承載方面，OTN主要用于1G以上大顆粒業務當中。對于1G以下小顆粒業務，可以采用SDH與OTN技術異構，對2M～100G區間內不同速率的處理工作，更符合我國傳輸承載網絡的資源現狀。

通過定義VC適配ODU幀結構，選用混合線卡進行封裝映射，可以實現OTN與SDH技術異構，以達到運用OTN承載SDH業務的目的，支持OTN/SDH統一交換功能，以及以太網、TDM、專線業務接入，構成可承載多業務的OTN網絡。通過SDH成幀把E1映射到VC12，進而63個VC12復用到VC4，接著VC4顆粒進入到交叉矩陣開展交叉調度。在這種情況下，線路板卡會把4個VC4匯聚成1個STM-4，在實施映射透傳的過程中，STM-4會實現在ODUk（k=0,1,2）中的封裝，并復用到高階ODUk中。

具體映射原理，在定時透明轉碼編碼之前，接收串行器對STM-4業務信息進行接收的同時，完成信號質量的實時監測。把STM-N（N=1,4,16,64）信號成幀封裝為75字節的通用成幀規程（Generic Framing Procedure，GFP）幀，之后所得到的GFP幀信號是固定比特率信號流，進行固定比特速率（Constant Bitrate，CBR）信號的轉碼后，存儲在中央處理模塊（Central Processing Board，CPB）中。ODUk（k=0,1,2）的規則映射器會與CPB進行數據包處理，在ODUk（k=0,1,2）幀中實現映射，接下來將多路ODUk（k=0,1,2）信號復用至高階ODUk（k=1,2,4）當中，OTUk（k=1,2,4）成幀后便可從發送串行器接口輸出。

解復用的過程就是從STM-N到ODUk的一個相反過程。從ODUk信號解映射STM-N（N=1,4,16,64）的角度來看，從OTUk（k=1,2,3,4）信號中解復用出相應的ODUk信號，并于ODUk（k=0,1,2）緩存區中進行ODUk（k=0,1,2）的接收，然后提煉出隨路時鐘信息，將其比作是發送參考時鐘，把ODUk（k=0,1,2）有效載荷從STM-N信號解出來，是在GFP解映射方式的過程中完成的，運用信號轉碼回復STM-N信號，通過對于8B/10B編碼模塊的應用形成相應的CBR流，采用發送時鐘的方式對CBR信號進行發送。

2.2 SDH與OTN混合組網技術應用

筆者通過某商業銀行網絡改造項目，對SDH與OTN技術異構進行了實踐。該項目改造銀行營業網點1 478個，現狀是每個網點已有1條MSTP線路。全部網點線路通過市級、省級兩層匯聚到總部。項目需要現有MSTP線路改造為OTN或OTN+SDH線路。同時實現網點線路直達總部，取消地市級線路匯聚，達到扁平化組網目的。網絡改造前使用的Metro100、OSN3500、OSN7500設備均屬于華為SDH設備。

實踐中，對于已有SDH設備的銀行采用SDH與OTN技術異構組網方案，只需在地市新建OTN-1800匯聚設備，銀行網點SDH設備通過光纖接入OTN 1800混合線卡，完成SDH與OTN信號的封裝映射，實現SDH+OTN混合組網。

對于不具備SDH設備的銀行網點，在銀行網點新裝OTN設備，到總部全程開通OTN通道承載客戶業務，實現端到端全程OTN組網。組網使用的C810、OSN1800、OSN9600設備均屬于華為OTN設備。

3 結 論

當前，我國正處于OTN網絡資源覆蓋不足，SDH網絡資源達到瓶頸的階段，對于SDH網絡接入層有一定資源冗余的本地網，運營商可以考慮通過SDH核心匯聚設備與OTN融合對接，充分盤活現有SDH網絡存量資源，快速形成廣泛業務接入能力，以發揮OTN與SDH資源互補的優勢。通過更靈活的新舊技術異構組網，才能更好地適應當前市場發展需要，進而達到新技術逐步普及的目的。

未來一段時間，OTN與SDH技術異構組網的模式，將會成為傳輸網領域的重點研究方向和市場的主流選擇。