多業(yè)務(wù)承載環(huán)境下分組化OTN得到全面應(yīng)用

中國(guó)聯(lián)通研究院 | 簡(jiǎn)偉 師嚴(yán) 張沛

中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)建部 | 趙懷罡

中國(guó)聯(lián)通技術(shù)部 | 曹暢

在網(wǎng)絡(luò)扁平化和寬帶業(yè)務(wù)流量快速增長(zhǎng)的大背景下，分組化OTN在解決寬帶接入網(wǎng)絡(luò)邊緣流量快速靈活匯聚和BRAS/SR向CR大容量傳送等方面具有天然的優(yōu)勢(shì)，并且能進(jìn)一步地提升寬帶接入網(wǎng)絡(luò)整體的傳送質(zhì)量以及運(yùn)維和管理的性能。

新型業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)以及以多媒體和IPTV為代表的業(yè)務(wù)帶寬需求不斷提升，對(duì)運(yùn)營(yíng)商寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提出了諸多挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)越來(lái)越不能滿足其所承載業(yè)務(wù)的發(fā)展。特別是BRAS/SR基本上采用光纖直連的形式，其傳輸?shù)哪芰Α⒖煽啃砸约敖?jīng)濟(jì)性已經(jīng)成為制約寬帶接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要因素。

傳統(tǒng)的基于TDM交換為核心的OTN技術(shù)已經(jīng)從原先面向MSTP網(wǎng)絡(luò)或者干線傳輸?shù)榷ㄎ唬鸩较蛑С侄鄻I(yè)務(wù)的分組交換為核心的方向發(fā)展。目前基于分組交換的OTN已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)外的研究重點(diǎn)，得到了眾多的運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備廠家以及芯片廠家的關(guān)注。運(yùn)營(yíng)商期待將新型的分組化OTN設(shè)備部署至現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中以滿足多業(yè)務(wù)大帶寬傳輸?shù)男枨?，而設(shè)備廠家在芯片廠家推出其統(tǒng)一交叉等關(guān)鍵技術(shù)的解決芯片之后，已經(jīng)發(fā)布了基于分組化交換的OTN設(shè)備的原型機(jī)，并且正在積極地尋求試商用場(chǎng)景。

分組化OTN標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，新涌現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類(lèi)型逐漸多樣化，眾多廠商和運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始關(guān)注面向多業(yè)務(wù)的OTN技術(shù)。2005年業(yè)界提出了面向GE業(yè)務(wù)新增ODU0解決方案的建議，并在2007年2月再次提出了面向GE/10GE/100GE等多種業(yè)務(wù)的全方位解決方案。隨著多業(yè)務(wù)接口的應(yīng)用，現(xiàn)有的OTN容器以及傳統(tǒng)的映射方式（AMP和BMP）已經(jīng)不能滿足OTN全業(yè)務(wù)承載要求。2007年6月的全會(huì)上，ODUflex的概念被首次提出，其能夠使光傳送網(wǎng)成為多業(yè)務(wù)承載的統(tǒng)一平臺(tái)。并且逐步通過(guò)了包含分組化OTN關(guān)鍵技術(shù)特征（ODU0、ODU4、ODUflex、GMP）的G.709 V3標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著新一代OTN技術(shù)的誕生，之后，除了針對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)1GE/10GE/40GE/100GE新定義了ODU0/ODU2e/ODU3e2/ODU4外，還定義了ODU flex容器，以支持力量任意速率的客戶業(yè)務(wù)。

在國(guó)內(nèi)，為了滿足業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對(duì)OTN多業(yè)務(wù)承載的要求，CCSA在2010年開(kāi)始立項(xiàng)研究OTN多業(yè)務(wù)承載技術(shù)。2011年3月，《OTN多業(yè)務(wù)承載技術(shù)報(bào)告》在宜昌的CCSA會(huì)議上提交送審稿，國(guó)內(nèi)下一代OTN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面的工作自此拉開(kāi)帷幕。在此基礎(chǔ)上，由中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通牽頭提出了《支持多業(yè)務(wù)的光傳送網(wǎng)（OTN）設(shè)備技術(shù)要求》（行標(biāo)），是國(guó)內(nèi)第一份針對(duì)下一代OTN技術(shù)所立的設(shè)備技術(shù)規(guī)范，其規(guī)定了OTN多業(yè)務(wù)承載的接口適配處理、分組業(yè)務(wù)處理功能、VC調(diào)度功能、OTN時(shí)鐘同步和頻率同步要求、OTN多業(yè)務(wù)承載性能要求及保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)管理、控制平面要求等，預(yù)計(jì)將會(huì)在2012年底之前提交送審稿。

分組化OTN的關(guān)鍵技術(shù)

為了適應(yīng)以IP為代表的分組業(yè)務(wù)量大規(guī)模增長(zhǎng)趨勢(shì)，傳送網(wǎng)需要減少層級(jí)劃分，融合承載技術(shù)類(lèi)型，城域傳送設(shè)備演進(jìn)的主要趨勢(shì)為多業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載：由 IP over Eth/GFP/ATM over SDH over WDM承載走向 IP/MPLS over OTN over WDM承載。

目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)提出了多種分組化OTN技術(shù)，例如MS-OTN、P-OTN、E-OTN、P-OTS/P-OTP等，其具有各自的技術(shù)特點(diǎn)，表1對(duì)比了各種分組化OTN技術(shù)。

OTN的主要設(shè)備形態(tài)

就節(jié)點(diǎn)功能而言，分組化OTN應(yīng)具備以下功能，如圖3所示。

● 基于DWDM大帶寬傳輸層，包括光復(fù)用段處理模塊、光傳輸段處理模塊；

● 面向多業(yè)務(wù)OTN統(tǒng)一承載層，包括ODUk接口適配處理模塊、OTUk線路接口處理模塊；

● 大顆粒的OTN交叉調(diào)度核心，包括ODUk電交叉調(diào)度模塊、OCh光交叉調(diào)度模塊。

對(duì)于分布式交叉的分組化OTN設(shè)備而言，SDH的不同大小的VC顆粒，不同速率的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和MPLS業(yè)務(wù)通過(guò)所對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)由板卡實(shí)現(xiàn)處理，然后在ODUk交叉板卡實(shí)現(xiàn)集中式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)交叉，之后進(jìn)入OTN的線路側(cè)，完成業(yè)務(wù)分組化的高速傳輸?，F(xiàn)網(wǎng)部署的OTN設(shè)備可以通過(guò)升級(jí)板卡實(shí)現(xiàn)分組功能，見(jiàn)圖4。

對(duì)于集中式交叉的分組化OTN設(shè)備而言，通過(guò)一塊板卡支持分組交換和業(yè)務(wù)處理，主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的匯聚和二層交換功能；對(duì)于傳統(tǒng)的二層業(yè)務(wù)，比如SDH、MPLS和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，不必再適配成ODUk的顆粒，其交換均可以通過(guò)統(tǒng)一的L2層和ODUk交叉矩陣完成，目前還未有成熟的商用芯片。因此，集中式交叉在應(yīng)對(duì)多業(yè)務(wù)接入方面調(diào)度更加靈活，分組化集中度高，二層交換能力和多業(yè)務(wù)承載能力更強(qiáng)，但是無(wú)法從現(xiàn)有的OTN設(shè)備直接升級(jí)演進(jìn)。

表1 各種OTN技術(shù)

分組化OTN的功能模型

基于分組化包交換的光傳送網(wǎng)絡(luò)支持多種業(yè)務(wù)的綜合承載。通過(guò)GMP封裝，對(duì)于現(xiàn)有的以太網(wǎng)、SDH和寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)等業(yè)務(wù)統(tǒng)一傳輸，適用于未來(lái)多場(chǎng)景下，不同協(xié)議的多種業(yè)務(wù)綜合承載，分組化兼容多種骨干、城域、接入業(yè)務(wù)，適應(yīng)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的部署需要。

分組化OTN的功能模型如圖5所示，引入統(tǒng)一交叉矩陣，支持Packet、SDH的VC以及ODUk的統(tǒng)一交叉和調(diào)度，而設(shè)備形態(tài)上從目前基于二層板卡業(yè)務(wù)適配和業(yè)務(wù)交叉向統(tǒng)一交叉矩陣演進(jìn)，對(duì)于不同的業(yè)務(wù)顆粒進(jìn)行靈活統(tǒng)一的調(diào)度，實(shí)現(xiàn)分組化傳送的核心功能，未來(lái)光傳送網(wǎng)絡(luò)中MPLS-TP、以太網(wǎng)、SDH等不同業(yè)務(wù)多層次的OAM和保護(hù)倒換機(jī)制，以及統(tǒng)一協(xié)調(diào)機(jī)制；對(duì)于MPLS-TP的隧道和偽線保護(hù)、SDH中的線性和環(huán)網(wǎng)保護(hù)方式以及以太網(wǎng)中LAG收斂保護(hù)等，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的多層次化調(diào)度。

另一方面，分組化OTN的顯著特點(diǎn)是統(tǒng)一的超大傳輸管道，支持80×100G以上的超強(qiáng)傳送能力，并且逐漸向超100G技術(shù)過(guò)渡，系統(tǒng)的吞吐量滿足云計(jì)算、移動(dòng)回傳網(wǎng)、IP城域網(wǎng)以及寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的綜合承載需求，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一云化管道的傳送。在系統(tǒng)的客戶側(cè)支持(超)100GE、OTU4/5、STM-等大顆粒的業(yè)務(wù)調(diào)度，而在線路側(cè)采用OTN接口模型，一方面實(shí)現(xiàn)有效的長(zhǎng)距離大管道傳輸，同時(shí)還可以盡可能地使整個(gè)系統(tǒng)的管理簡(jiǎn)化統(tǒng)一，方便運(yùn)營(yíng)和維護(hù)。

應(yīng)用場(chǎng)景

目前，網(wǎng)絡(luò)趨于寬帶化和分組化，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)備逐漸具備了分組處理功能，分組化OTN是未來(lái)OTN技術(shù)的發(fā)展方向，因此針對(duì)寬帶接入業(yè)務(wù)、分組化OTN在骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)提出了相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景。

接入層實(shí)現(xiàn)OLT與BRAS的互通

隨著接入層帶寬升級(jí)，寬帶接入設(shè)備FTTx OLT、DSLAM消耗大量的GE接口，此外，集團(tuán)GE專(zhuān)線用戶不斷增多，所以，城域網(wǎng)內(nèi)GE接口數(shù)量會(huì)大量增加。大量GE業(yè)務(wù)需要傳送到局端的BRAS及SR上，因此將分組化OTN引入到接入環(huán)中，用以實(shí)現(xiàn)OLT與BRAS之間的互通，避免了光纖直連引起的光纖資源的快速消耗，實(shí)現(xiàn)子波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)匯聚。

骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)IP與光層協(xié)同

通過(guò)對(duì)骨干網(wǎng)絡(luò)流量的分析發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)核心路由器的業(yè)務(wù)流量中，大約有50%以上屬于“過(guò)境”的轉(zhuǎn)發(fā)流量。這些“過(guò)境”流量大大加重了核心路由器的負(fù)擔(dān)，如果使用昂貴的路由器線卡處理這類(lèi)流量，造成了網(wǎng)絡(luò)成本和功耗的快速增長(zhǎng)。而利用光層和IP層的協(xié)同組網(wǎng)調(diào)度機(jī)制，可以在在光層旁路IP層的“過(guò)境”流量，將其通過(guò)光傳送管道進(jìn)行旁路，利用光層大顆粒的調(diào)度、疏導(dǎo)和鏈路保護(hù)能力，降低核心路由器的處理壓力，可以降低對(duì)骨干路由器的容量與復(fù)雜度要求，減少核心路由器的功耗，從而降低CAPEX和OPEX。這種IP層與光層之間的融合與統(tǒng)一調(diào)度將成網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的方向之一。

為了實(shí)現(xiàn)此Bypass機(jī)制，可以通過(guò)在光傳送層引入P-OTN，由光層來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)部分由IP層轉(zhuǎn)發(fā)的“過(guò)境”業(yè)務(wù)流量，降低核心路由器的轉(zhuǎn)發(fā)壓力，從而節(jié)約核心路由器的端口。如在圖7所示，業(yè)務(wù)流在PE1被打上不同的標(biāo)簽，在P-OTN4設(shè)備上根據(jù)不同的標(biāo)簽，業(yè)務(wù)1被下載到客戶側(cè)UNI至核心路由器4，業(yè)務(wù)2和業(yè)務(wù)3被分別交叉到OTN2和OTN3，然后業(yè)務(wù)流量1在P4繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，業(yè)務(wù)2和業(yè)務(wù)3分別到PE2和PE3之后，根據(jù)需求剝?nèi)?biāo)簽，然后下路。利用這種方式，可以旁路部分IP層核心路由器的轉(zhuǎn)發(fā)流量，這種方式對(duì)現(xiàn)有IP層影響較小，在一定程度上依賴(lài)于IP層的協(xié)議。

實(shí)現(xiàn)LTE移動(dòng)基站回傳

新增基站和帶寬需求不斷增加，接入容量成倍增長(zhǎng)，目前OTN的部署已經(jīng)被引入到匯聚層。而在接入層，則主要采用MSTP等分組傳送設(shè)備實(shí)現(xiàn)3G業(yè)務(wù)的移動(dòng)基站回傳。

隨著LTE的到來(lái)，基站帶寬需求預(yù)計(jì)在300Mbit/s以上，10Gbit/s速率匯聚層帶寬已經(jīng)不能滿足業(yè)務(wù)的要求，MSTP將無(wú)法滿足網(wǎng)絡(luò)帶寬需求，通過(guò)將P-OTN引入到接入層面，對(duì)GE/10GE/40GE甚至100GE業(yè)務(wù)進(jìn)行匯聚收斂，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)靈活接入，為接入層多業(yè)務(wù)提供統(tǒng)一的傳送平臺(tái)。

隨著基于統(tǒng)一交換、多層次OAM技術(shù)的不斷成熟，新型的分組化OTN逐漸在寬帶接入網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)、骨干路由器offloading等方面展現(xiàn)出在傳送帶寬、多業(yè)務(wù)承載和調(diào)度、層次化OAM和管理能力等方面的優(yōu)勢(shì)。特別是在網(wǎng)絡(luò)扁平化和寬帶業(yè)務(wù)流量快速增長(zhǎng)的大背景下，分組化OTN在解決寬帶接入網(wǎng)絡(luò)邊緣流量快速靈活匯聚和BRAS/SR向CR大容量傳送等方面具有天然的優(yōu)勢(shì)，并且能進(jìn)一步地提升寬帶接入網(wǎng)絡(luò)整體的傳送質(zhì)量以及運(yùn)維和管理的性能。另一方面分組化OTN在分擔(dān)骨干網(wǎng)路由器流量壓力方面也體現(xiàn)出自己的優(yōu)勢(shì)，在光傳送層引入包交換，即實(shí)現(xiàn)大容量靈活轉(zhuǎn)發(fā)，又降低了Bypass機(jī)制的成本。對(duì)于LTE/LTE-A對(duì)接入層的帶寬以及綜合業(yè)務(wù)承載的需求，分組化OTN在光傳送層下沉的背景下，可以提供更大的吞吐量和靈活的分組交換、統(tǒng)一承載。