OTN：下一代傳送網(wǎng)發(fā)展方向

文/中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司 李晗、任磊、舒建軍、孫少陵

　IP over WDM架構(gòu)下，OTN能夠很好地解決光層的組網(wǎng)、管理和保護(hù)問(wèn)題，代表了下一代傳送網(wǎng)的發(fā)展方向。

IP over WDM架構(gòu)提出的新需求

當(dāng)前，隨著IP業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，不僅許多骨干網(wǎng)中超過(guò)90%的容量已用于承載IP業(yè)務(wù)，而且IP承載網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)也已經(jīng)由單一的、盡力而為的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，向軟交換、專線、三重播放、互聯(lián)網(wǎng)等多類業(yè)務(wù)發(fā)展。豐富的業(yè)務(wù)類型對(duì)于IP承載網(wǎng)和傳送網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量、安全性和可靠性都提出了更高的要求，但與此同時(shí)，業(yè)務(wù)收入的增長(zhǎng)卻相對(duì)緩慢。如何高效承載IP業(yè)務(wù)，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維成本，成為運(yùn)營(yíng)商在傳送網(wǎng)建設(shè)中最關(guān)注的問(wèn)題。
眾所周知，隨著IP承載網(wǎng)所需的電路帶寬和顆粒度的不斷增大，以VC調(diào)度為基礎(chǔ)的SDH網(wǎng)絡(luò)在擴(kuò)展性和效率方面呈現(xiàn)出明顯不足，在光層上直接承載IP/MPLS的扁平化架構(gòu)已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。
IP over WDM組網(wǎng)架構(gòu)對(duì)光層設(shè)備提出了新的需求。一方面，原本由SDH網(wǎng)絡(luò)完成的組網(wǎng)、端到端電路監(jiān)控管理和保護(hù)功能將逐漸主要由WDM層承擔(dān)。
另一方面，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的不確定性，要求光層網(wǎng)絡(luò)具備更多的智能，以便在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼皹I(yè)務(wù)分布發(fā)生變化時(shí)，能夠快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度，波長(zhǎng)配置、自動(dòng)功率均衡、光層性能監(jiān)控等功能可以為運(yùn)營(yíng)商大大降低運(yùn)維成本，隨著技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本的降低，這些功能也將成為必選功能。
再有，IP層保護(hù)技術(shù)的發(fā)展也將直接挑戰(zhàn)傳送層的保護(hù)技術(shù)，路由器集成彩色光口的組網(wǎng)模式將限制光層組網(wǎng)的靈活性和可管理性。因此，光層和IP層如何分工和協(xié)調(diào)，在保障網(wǎng)絡(luò)可靠性和滿足業(yè)務(wù)QoS需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)總體投資和維護(hù)成本的最優(yōu)化，也是光傳送網(wǎng)發(fā)展面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。
從總體上看，面向IP業(yè)務(wù)的下一代光傳送網(wǎng)的主要發(fā)展趨勢(shì)是：光層將由簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)方式轉(zhuǎn)向光層聯(lián)網(wǎng)方式，以改進(jìn)組網(wǎng)效率和靈活性；光層采用G.709接口，并且引入OTN的開銷功能，提高光傳送網(wǎng)的可管理性和互通性；單通路速率和傳輸鏈路總?cè)萘坷^續(xù)增長(zhǎng)；干線WDM系統(tǒng)向ULH方向發(fā)展；融合L1和L2的交換和保護(hù)功能，提高對(duì)IP業(yè)務(wù)的承載效率和保護(hù)效率；光聯(lián)網(wǎng)將從靜態(tài)聯(lián)網(wǎng)開始向智能化動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展。在IP over WDM架構(gòu)下，首先要解決光層的組網(wǎng)、管理和保護(hù)問(wèn)題。
 
OTN：骨干層面的希望之星
OTN從功能上看，就是在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信號(hào)的傳送、復(fù)用、路由選擇、監(jiān)控，并保證其性能指標(biāo)和生存性，完整的OTN包含電層和光層功能。OTN技術(shù)在提供與WDM同樣充足帶寬的前提下，具備和SDH一樣的組網(wǎng)能力，具有可擴(kuò)展性強(qiáng)、客戶信號(hào)的完全透明傳送、靈活的光電交叉、多級(jí)串聯(lián)連接監(jiān)視（TCM）、強(qiáng)大的前向糾錯(cuò)能力（FEC）等特點(diǎn)，在骨干層面最有希望成為下一代的統(tǒng)一傳送平臺(tái)。

·OTN的組網(wǎng)
在IP over WDM架構(gòu)下，八大區(qū)匯聚型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在傳送網(wǎng)上呈現(xiàn)出十分突出的“長(zhǎng)距離直達(dá)”的特點(diǎn)。ROADM通過(guò)提供節(jié)點(diǎn)的重構(gòu)能力，使得DWDM網(wǎng)絡(luò)可以方便的配置，在無(wú)需人工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配的情況下，實(shí)現(xiàn)任意兩點(diǎn)間的連接和波長(zhǎng)級(jí)的上下路及直通配置，能有效滿足業(yè)務(wù)需要，降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本。此外，結(jié)合ULH WDM技術(shù)，可大大減少全波段的業(yè)務(wù)終結(jié)和不必要的光電再生，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的靈活擴(kuò)展，有效地節(jié)省設(shè)備投資。
雖然早在幾年前，采用WB（波長(zhǎng)阻斷器）技術(shù)的、支持兩個(gè)方向的ROADM就已商用，但并沒(méi)有從本質(zhì)上改變WDM的單環(huán)組網(wǎng)能力；只有在至少支持3-5個(gè)方向、采用WSS（波長(zhǎng)選擇開關(guān)）的ROADM成熟商用，并且解決了線路功率自動(dòng)控制、波長(zhǎng)功率動(dòng)態(tài)均衡、自動(dòng)色散補(bǔ)償、波長(zhǎng)蹤跡監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件等應(yīng)用關(guān)鍵問(wèn)題之后，WDM才能真正實(shí)現(xiàn)多環(huán)、網(wǎng)狀網(wǎng)以及星型的靈活組網(wǎng)能力，快速適應(yīng)未來(lái)業(yè)務(wù)網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性和組網(wǎng)需求。
 在OTN架構(gòu)下，也可以采用OTH（ITU-T G.709）來(lái)構(gòu)建靈活的傳送子層。目前OTH可以對(duì)ODU1（2.5Gb/s）和ODU2（10Gb/s）進(jìn)行電交叉并進(jìn)行匯聚，提高了波長(zhǎng)的利用率。但是受到交叉芯片容量等方面的影響，目前OTN設(shè)備的交叉容量相對(duì)于它的交叉顆粒來(lái)說(shuō)偏小。OTH設(shè)備是否會(huì)被運(yùn)營(yíng)商部署，完全取決于ODUk層的交叉能否顯著降低網(wǎng)絡(luò)總體成本。

·OTN的管理
目前，WDM系統(tǒng)的子網(wǎng)管理功能比較薄弱，基本只能完成資源呈現(xiàn)功能，端到端業(yè)務(wù)配置、性能監(jiān)控和管理能力的嚴(yán)重不足使得IP over WDM網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維面臨著巨大壓力。G.709 OTN提供了豐富的開銷，使得光層具有強(qiáng)大的管理能力。
OTN的維護(hù)信號(hào)用以進(jìn)行故障隔離和告警抑制，可以大大地減輕系統(tǒng)維護(hù)的負(fù)擔(dān)。例如，在OTN網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生光纖中斷事件后，可以避免重復(fù)告警而只上報(bào)一個(gè)告警給網(wǎng)管系統(tǒng)，并且可以進(jìn)行相應(yīng)的故障定位。
此外，在可配置的光網(wǎng)絡(luò)中，強(qiáng)大的監(jiān)控管理尤為重要。運(yùn)營(yíng)商在電路配置中常常發(fā)現(xiàn)接收端的光功率正常，而數(shù)據(jù)信號(hào)卻不能正常接收。在ODU層的TCM支持跨越多個(gè)管理域或網(wǎng)絡(luò)的端到端光信道監(jiān)控和管理，與光通道檢測(cè)技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)光功率監(jiān)控、告警相關(guān)性檢測(cè)、故障定位、QoS確認(rèn)和保護(hù)倒換觸發(fā)等功能。
目前，有一種由路由器直接出彩色光口的IP over WDM組網(wǎng)方案。這種方案實(shí)際上類似于SDH over WDM組網(wǎng)中的OTU的集成模型，能夠減少白色光口（光電變換器件）的數(shù)量；能夠在IP層面直接感知G.709封裝業(yè)務(wù)的端到端故障和EFEC故障累計(jì)，有利于IP層面保護(hù)的實(shí)施。然而，這種組網(wǎng)模式也將限制光層組網(wǎng)的靈活性和可管理性。
總之，在干線網(wǎng)絡(luò)上，光層的組網(wǎng)、傳輸線路和系統(tǒng)的故障和性能監(jiān)控相對(duì)復(fù)雜，大部分運(yùn)營(yíng)商傾向于采用開放式OTU實(shí)現(xiàn)路由器設(shè)備與OTN設(shè)備的互聯(lián)。

·OTN的保護(hù)
在以TDM業(yè)務(wù)為主的網(wǎng)絡(luò)中，傳送層面的通道和線路保護(hù)被廣泛采用。這種L1層面的保護(hù)具有可靠性高、保護(hù)倒換速度快和配置簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但在以分組業(yè)務(wù)為主的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)中，L1層面的保護(hù)將逐漸暴露出其效率低下和靈活性差等不足。例如，從路由器出來(lái)的10Gb/s的業(yè)務(wù)中，也許只有50Mb/s的業(yè)務(wù)需要進(jìn)行保護(hù)，而OTN設(shè)備只能實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)或子波長(zhǎng)級(jí)別的保護(hù)。
IP網(wǎng)絡(luò)能夠更好地對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行感知和處理（可精確到IP五元組），按照業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的選路和轉(zhuǎn)發(fā)，因此效率和靈活性更好。目前，比較成熟實(shí)用的IP層保護(hù)恢復(fù)技術(shù)有FRR和IGP收斂等。FRR基本能滿足50ms的節(jié)點(diǎn)和鏈路保護(hù)要求，但是其配置要求IP鏈路滿足不相關(guān)性，在大型網(wǎng)絡(luò)中非常復(fù)雜。此外，目前 FRR還存在擴(kuò)展性和互通性問(wèn)題，不宜在多廠家環(huán)境下大規(guī)模部署。
目前，傳送網(wǎng)保護(hù)與IP層的保護(hù)恢復(fù)主要為互補(bǔ)關(guān)系。OTN需要提供更加靈活高效的保護(hù)方式，屏蔽線路故障，從而為IP網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)定的傳輸通道，降低FRR部署難度、減少IGP收斂次數(shù)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，各個(gè)層面的保護(hù)之間的定位和協(xié)調(diào)機(jī)制將更加完善，全網(wǎng)生存機(jī)制將在多層網(wǎng)絡(luò)上綜合實(shí)現(xiàn)。
OTN技術(shù)是適應(yīng)IP業(yè)務(wù)的光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)從IP over WDM到IP over OTN的平滑過(guò)渡，OTN節(jié)點(diǎn)設(shè)備將首先在骨干節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署，提高光層的組網(wǎng)和調(diào)度能力。目前，OTN設(shè)備具有不同的產(chǎn)品形態(tài)，ROADM和OTH設(shè)備都具備一定的應(yīng)用場(chǎng)景。隨著OTN對(duì)10GE LAN承載技術(shù)的成熟和管理能力的提升，路由器與OTN之間的POS接口將逐漸被替代，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)成本的降低。近期，OTN的保護(hù)將被大量采用，從而為IP網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)定的傳輸通道，隨著L3和L2層保護(hù)機(jī)制的完善，保護(hù)將在更高層面實(shí)現(xiàn)，而傳輸設(shè)備將融合更多的二層功能并繼續(xù)演進(jìn)。