MS-OTN網(wǎng)絡(luò)不同業(yè)務(wù)類型的時延比較研究

摘要：近幾年“時延（Delay/Latency）”已逐步成為一個重要的傳輸指標，“低時延”是高品質(zhì)傳輸專線的典型需求之一。MS-OTN（Multi-Service Optical Transport Network）網(wǎng)絡(luò)利用其豐富的開銷字節(jié)，強大的網(wǎng)絡(luò)能力和傳輸速率，能為2 Mbps～100 Gbps的不同業(yè)務(wù)類型所承載的高精品用戶專線、云間互聯(lián)、5G等新型業(yè)務(wù)提供服務(wù)。文章通過對MS-OTN網(wǎng)絡(luò)不同業(yè)務(wù)封裝類型的測試分析比較了各業(yè)務(wù)封裝類型對于時延的影響，進而分析OTN時延影響關(guān)鍵因素，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)部署情況，為各類需求提供出合理的業(yè)務(wù)選型方案。

關(guān)鍵詞：MS-OTN；時延；業(yè)務(wù)封裝類型

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.07.010

中圖分類號：TN 948.3 " " " " " " " 文獻標志碼：A " " " " " " " 文章編碼：1672-7274（2023）07-00-03

Comparative Study on Delay of Different Service Types in MS-OTN Networks

YANG Running， ZHANG Feiyang， XU Tianle

（China Telecom Corporation Shanghai Branch， Shanghai 200003， China）

Abstract： In recent years， \"Delay/latency\" has gradually become an important transmission indicator， and \"low latency\" is one of the typical requirements for high-quality transmission dedicated lines. The MS-OTN （Multi Service Optical Transport Network） network utilizes its rich overhead bytes， powerful network capabilities， and transmission rates to provide services between 2M-100G rates and different types of services for high-quality user dedicated lines， cloud interconnection， 5G， and other new types of services. By testing different business encapsulation types in the MS-OTN network， we analyze and compare the impact of each business encapsulation type on latency， and then analyze the key factors affecting OTN network latency. Based on network deployment， we provide reasonable business selection solutions for various needs.

Key words： MS-OTN; time delay; business encapsulation type

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、5G網(wǎng)絡(luò)、電子交易、高端金融市場的深入發(fā)展，大量對于時延有特殊要求的業(yè)務(wù)是運營商無法忽視的市場份額。傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)或是對于時延無法做出承諾保證，或是仍停留在時延大致估算的階段，顯然無法滿足市場的需求。針對這一問題，運營商都不約而同地建設(shè)新型的MS-OTN，通過更貼近傳輸速度物理極限的純光網(wǎng)絡(luò)以及靈活支持多業(yè)務(wù)形態(tài)來滿足不同時延需求的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

但在現(xiàn)有的MS-OTN應(yīng)用方面，目前還面臨著一些問題：①我們網(wǎng)絡(luò)的時延精確度主要在毫秒（ms）級，而類似高頻交易、高端金融等業(yè)務(wù)應(yīng)用對于時延的要求日漸苛刻，已經(jīng)向微秒（μs）級演進；②OTN網(wǎng)內(nèi)不同封裝類型的業(yè)務(wù)，時延缺少系統(tǒng)性的對比數(shù)據(jù)。

本文從MS-OTN業(yè)務(wù)的不同封裝類型出發(fā)，結(jié)合不同封裝技術(shù)原理，并通過實際對于網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)的測試，來分析不同的封裝類型對于現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)時延的影響。

1 " OTN業(yè)務(wù)類型分類

在MS-OTN中，普遍應(yīng)用的業(yè)務(wù)類型主要分為標準OTN業(yè)務(wù)、EoO業(yè)務(wù)和EoS業(yè)務(wù)3類。

（1）標準OTN業(yè)務(wù)。或者叫純O業(yè)務(wù)、Client業(yè)務(wù)，是在源端將標準OTN速率的以太業(yè)務(wù)流映射到OPUk后再映射到ODUk傳輸，宿端解封裝后還原以太業(yè)務(wù)。標準OTN速率包括ODUO（GE）、ODU1（2.5G）、ODU2（10G）、ODU3（40G）、ODU4（100G）。

（2）EoO業(yè)務(wù)。EoO（Ethernet over OTN）是將以太網(wǎng)信號處理后，經(jīng)過封裝、映射到OTN系統(tǒng)，通過WDM通道來傳送的技術(shù)。傳統(tǒng)的OTN承載ETH專線，不支持限速、匯聚等場景。引入EoO技術(shù)后，支持LAG、QoS、OAM等L2層的功能特性，可實現(xiàn)端口限速、業(yè)務(wù)匯聚、寬帶共享以及流量監(jiān)控。

（3）EoS業(yè)務(wù)。EoS（Ethernet over SDH）是以太網(wǎng)映射成SDH進行遠距離傳輸?shù)囊环N技術(shù)方式，應(yīng)用在OTN上也可稱為SoO（SDH over OTN），即將SDH信號通過封裝、映射成ODUk后進行傳輸。現(xiàn)網(wǎng)主要方式有E1（2M）信號通過SDH的成幀封裝進入VC12，63個VC12復(fù)用映射到VC4，再從線路板卡將16個VC4匯聚成1個STM-16映射成ODU1，復(fù)用到ODU4；或VC4顆粒進入交叉矩陣進行交叉調(diào)度，再從線路板卡中將64個VC4匯聚成1個STM-64映射到ODU2，復(fù)用到ODU4兩種。

以上3種業(yè)務(wù)類型，因為接入信號、封裝方式和封裝層級的不同，對于時延上的影響也大不相同。理論上，由于標準OTN業(yè)務(wù)是物理層信號直接映射，時延僅和單板硬件、業(yè)務(wù)配置相關(guān)；EOO業(yè)務(wù)在業(yè)務(wù)上下節(jié)點增加了L2處理，所以時延會有所增加；EOS業(yè)務(wù)除了增加了L2處理，還增加了SDH封裝映射過程，同時除了業(yè)務(wù)上下節(jié)點，在路由中每個對于SDH信號進行處理的點都會產(chǎn)生封裝交叉時延以及逐級映射復(fù)用的時延[1]。

2 " OTN業(yè)務(wù)時延測試

ITU-T G.709 定義了一種時延測試（DM，Delay Measurement）技術(shù)，利用OTN開銷進行端到端時延測試，其原理如圖1所示。

為了更好地貼近實際應(yīng)用，我們使用了現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用較多的國內(nèi)主流傳輸設(shè)備廠商的設(shè)備進行組網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點對于EoO業(yè)務(wù)都進行ODUk交叉，EoS業(yè)務(wù)都按業(yè)務(wù)顆粒進行VC交叉，分別采用了逐段環(huán)回（包括硬環(huán)和軟環(huán)），接實際業(yè)務(wù)開通時使用測試儀表的方式來對業(yè)務(wù)進行測試，同時為了盡可能保證測試的準確性，數(shù)據(jù)取多次測試的平均值。

一般網(wǎng)絡(luò)時延由傳播時延（Propagation Delay）、發(fā)送時延（Transmission Delay）、處理時延（Processing delay）、調(diào)度時延（Queuing Delay）構(gòu)成。傳播時延是指信號在傳輸介質(zhì)中傳播時所花費的時間；發(fā)送時延又叫傳輸時延，是指站點發(fā)送或接收一個數(shù)據(jù)幀需要的時間；處理時延是指數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)花費的時間；調(diào)度時延是指數(shù)據(jù)在輸入和輸出緩沖區(qū)排隊花費的時間。在研究中，我們使用了相同源宿節(jié)點，相同途徑站點及相同途徑板卡端口來配置不同類型的業(yè)務(wù)，因此傳播時延是一致的，通過研究主要來體現(xiàn)不同類型業(yè)務(wù)對于傳輸時延和處理時延的影響。

3 " OTN業(yè)務(wù)時延比較

3.1 EoO和EoS業(yè)務(wù)時延比較

我們選用較典型的幀長為1 518字節(jié)的信號進行測試，比較處理時延。

從表1中的測試數(shù)據(jù)可以看出，同等速率下，EoO業(yè)務(wù)時延要比EoS業(yè)務(wù)時延低很多。我們進一步對于局端單節(jié)點的時延進行測試比較，在局端單節(jié)點中，EoO業(yè)務(wù)沒有二層處理，只有ODUk的交叉，而EoS業(yè)務(wù)除了ODUk交叉，還存在VC交叉及逐級復(fù)用的過程。

通過比較可以看出，因為SDH是逐級復(fù)用，相鄰級別的VC經(jīng)過每個交叉點的時延差異在50 μs左右，而單節(jié)點將SDH映射進ODUk的時延在100 μs左右。

3.2 不同顆粒度EoS業(yè)務(wù)傳輸時延比較

現(xiàn)在我們再來看EoS類型業(yè)務(wù)不同幀長的信號流其幀長對時延的影響，如表3所示。

可以看出，不同幀長的業(yè)務(wù)對于傳輸時延影響明顯。這主要因為SDH虛容器對于有效信息容量是固定且有限的，當信號幀長大于虛容器容量時，需要使用多個虛容器來進行傳送。例如一個C12攜帶有效信息的容量是32 Byte，傳送一個1 518 Byte的以太包需要48個基幀，傳送虛容器又是固定的8 000 幀/秒，所以造成了信號幀越大，時延越大的結(jié)果。

經(jīng)過測試可以看出，EoS的單節(jié)點交叉時延，在同一個交叉等級下，不同的幀長對時延影響不大，如表4所示。

3.3 標準OTN（Client）業(yè)務(wù)和EoO業(yè)務(wù)比較

下面我們再來比較相同速率下，標準OTN（Client）業(yè)務(wù)和EoO業(yè)務(wù)在處理時延上的區(qū)別。

從測試中可以看出，同等業(yè)務(wù)類型，用ODU2的業(yè)務(wù)可以得到比用ODU0的業(yè)務(wù)時延更低。因為現(xiàn)網(wǎng)用戶端上聯(lián)一般采用10 Gbps帶寬，當業(yè)務(wù)為ODU2顆粒時，ANY→ODUK映射只需一次，即10GE→ODU2；而采用ODU0顆粒的話，除了業(yè)務(wù)GE映射到ODU0，還需要有一次ODU0→ODU2的映射。

從測試數(shù)據(jù)可以看出，同等速率下，標準OTN（Client）業(yè)務(wù)端到端時延比EoO業(yè)務(wù)的更低，這是因為這兩種業(yè)務(wù)類型在中間局站因為都是通過ODUk交叉，同一級別的ODUK交叉時延基本沒有差別，實際時延差別存在于最終支路側(cè)端口，EoO業(yè)務(wù)增加了二層封裝，一次封裝解封裝的時延在50 μs左右。

3.4 不同幀長對標準OTN（Client）業(yè)務(wù)和EoO

業(yè)務(wù)的影響

最后我們來比較相同速率下，不同幀長業(yè)務(wù)對標準OTN（Client）業(yè)務(wù)和EoO業(yè)務(wù)類型時延產(chǎn)生的影響。

通過測試發(fā)現(xiàn)，不同的幀長對于EoO類型業(yè)務(wù)時延有明顯影響，但對于標準OTN（Client）業(yè)務(wù)時延幾乎沒有影響。這是因為EoO業(yè)務(wù)要走完整的分組轉(zhuǎn)發(fā)路徑，報文在存儲和緩存過程中會感知到報文長度，報文長度越長，存儲和調(diào)度耗時越長，導(dǎo)致時延隨幀長的加大而變長；Client業(yè)務(wù)則是透明映射，Client端口收到信號流后會直接填充到ODUk的凈荷中，沒有存儲和調(diào)度時延，也不感知報文長度。同時，因為這兩種業(yè)務(wù)類型在中間局站都是ODUk交叉，不再對信號進行解析，所以哪怕信號幀長不同，同一級別的ODUk交叉時延基本沒有差別。

4 " 結(jié)束語

本文依托模擬現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，通過測試分析，整理出在相同路由情況下，不同的業(yè)務(wù)類型產(chǎn)生的不同處理時延和傳輸時延，得出了相對差距值。在現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)中，標準OTN業(yè)務(wù)相對EoO業(yè)務(wù)在時延上還是有優(yōu)勢的，EoS業(yè)務(wù)是時延最大的業(yè)務(wù)。在同一種業(yè)務(wù)類型中，業(yè)務(wù)速率高的業(yè)務(wù)往往時延更小；而對于同一類業(yè)務(wù)，幀長與時延成正比，幀長越小，時延越短。100G標準OTN業(yè)務(wù)應(yīng)是當前實際應(yīng)用中時延最低的業(yè)務(wù)。這也可以為后續(xù)的低時延實際業(yè)務(wù)需求提供參考和推薦方案。

參考文獻

[1] 曹飛，孟超，陸源，等．面向“新基建”業(yè)務(wù)的OTN網(wǎng)絡(luò)時延優(yōu)化方案及實踐[J]．江蘇通信，2020（5）：54-60.