POTN技術及網(wǎng)絡架構

馬忠貴

【摘要】隨著移動4G業(yè)務不斷成熟，5G時代的到來，每天都有大量的信息數(shù)據(jù)需要從一個地方傳送到另一個地方。業(yè)務種類需求不斷增加，通信網(wǎng)絡需求是電信運營商亟待解決的重要問題，現(xiàn)有的信息運輸方式SDH、WDM、OTN、PTN都為單一數(shù)據(jù)傳輸方式，不能同時滿足高速TDM專線、分組交換的全業(yè)務傳送需求，迫使人們提出了一種新的融合承載信息方案POTN；POTN深度融合分組傳送和光傳送技術，提供多業(yè)務、大容量、長距離的信息承載方式；POTN集成OTN、TDM和分組技術于一身的統(tǒng)一傳送平臺，根據(jù)業(yè)務的類型選擇最佳的傳送方式，減少網(wǎng)元種類。

【關鍵詞】5G時代；POTN

【Abstract】With the mobile 4G business continues to mature， 5G era of arrival， every day a lot of information data needs to be transferred from one place to another place. The existing information transportation methods SDH， WDM， OTN， PTN are single data transmission mode， can not meet the high-speed TDM line at the same time， the group exchange of the whole POTN deep integration of packet transmission and optical transmission technology to provide multi-service， high-capacity， long-distance information bearing the way； POTN integrated OTN， TDM and packet technology in the development of a new， A unified transmission platform， according to the type of business to choose the best way to send， reducing the types of network elements.

【Key words】5G times；POTN

1. 前言

POTN的應用場景包括城域網(wǎng)統(tǒng)一承載及政府、金融、企業(yè)大客戶業(yè)務專用需求。通過POTN技術標準研究、應用等工作的持續(xù)開展，目前POTN的應用規(guī)模與用戶數(shù)量均得到了快速提升。于此同時，用戶在信息量、所需業(yè)務等種類方面需求的增加也對現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡需求有了更高的要求。目前，經(jīng)營的業(yè)務、成本等因素成為電信運營商需承擔的巨大壓力。近年來，便于網(wǎng)絡運營維護、降低組網(wǎng)技術的POTN技術引起廣大研究者的興趣。POTN技術結合PTN和OTN的技術優(yōu)勢，并具備廣泛的市場需求和組網(wǎng)應用場景。

2. POTN的承載網(wǎng)演進

POTN承載網(wǎng)演進存在兩條路徑，一條是從OTN到MS-0TN/E-OTN，再演進到POTN；另一條是從PTN平滑演進至POTN。MS-OTN/E-OTN屬于過渡性技術，是對OTN的改良，存在著數(shù)據(jù)功能弱、IP業(yè)務支持差等特點，現(xiàn)階段還無法支持全業(yè)務接入，也無法實現(xiàn)端到端部署，因此從OTN演進至POTN并非坦途。而從PTN演進至POTN相對容易。為了實現(xiàn)平滑演進，一些廠商已經(jīng)在現(xiàn)網(wǎng)的PTN設計中為POTN升級做好了準備，可以最大限度地保護現(xiàn)網(wǎng)資源。

3. POTN的應用需求分析

（1）POTN的組網(wǎng)方式可減少傳送設備、降低組網(wǎng)方式、便于網(wǎng)絡運營和維護，并能夠集成WDM/ROADM光層、SDH/OTN層和分組傳送層等優(yōu)良特性，當前世界各地多家網(wǎng)絡通訊運營商：如中國移動、加拿大電信等都部署了規(guī)模較大的通信PTN網(wǎng)絡。隨著視頻業(yè)務IP流量的不斷增長以及移動互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，管道需求帶來的城域網(wǎng)匯聚和核心帶寬壓力也將進一步大幅度增加。為了解決未來這一情況，運營商可基于現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡進行升級，在現(xiàn)有PTN設備上新增DEDM接口方式，來提供大容量（如40G/100G）、遠距離（如100Km）波長的傳輸業(yè)務。此外，可通過在PTN分組交換平面基礎上增加ODUK進行調度；在業(yè)務流量需求落地處進行分組和ODUK之間的匯聚或者分流。

（2）網(wǎng)絡流量的增長對POTN的光層功能也提出了更高的需求，為了提升城域匯聚層的傳輸距離和管道容量，一般引入OTN和DWDM接口來實現(xiàn)，同時利用ODUK交換功能來輔助城域核心層的分組流量調度。如果已部署的PTN設備是基于統(tǒng)一分組交換平臺，可通過增加OTN、POTN線卡或者分組與OTN的轉換卡等措施來升級現(xiàn)有的網(wǎng)絡。對于采用非統(tǒng)一交換平臺構架的設備，可通過PTN和OTN設備的堆疊方式來實現(xiàn)，或者在現(xiàn)有的PTN設備上集成OTN線卡。

4. POTN的主要功能特征

4.1 POTN設備的功能特性。POTN實現(xiàn)L0 WDM/ROADM光層、L1SDH/OTN層和L2分組傳送層（包括以太網(wǎng)和MPLS-TP）的功能集成和有機融合。

4.2 PTN和OTN的聯(lián)合組網(wǎng)。為了解決分組業(yè)務的高容量負載、組網(wǎng)保護、統(tǒng)一網(wǎng)管及時間同步傳遞的問題，PTN和OTN需要在城域網(wǎng)核心層、匯聚層融合組網(wǎng)，并以此實現(xiàn)提升傳送網(wǎng)絡管理效率、減少設備所占空間、降低設備總功耗、節(jié)約運營商網(wǎng)絡硬件設施成本等功能。

4.3 分組增強型OTN設備形態(tài) 。在《分組增強型OTN設備技術要求》中規(guī)定了分組增強型OTN設備的傳送平面有以下兩種邏輯功能模型。

（1）板卡式分組增強型OTN設備，即在現(xiàn)有OTN設備增加支持分組交換和處理的業(yè)務板卡，實現(xiàn)對以太網(wǎng)業(yè)務匯聚和二層交換功能，有利于從現(xiàn)有的設備上平滑升級，對現(xiàn)有網(wǎng)絡結構改變較小，成本低，實現(xiàn)網(wǎng)絡的平滑演進；endprint

（2）集中交叉式分組增強型OTN設備，具有統(tǒng)一集中的分組交換平面，SDH業(yè)務、MPLS業(yè)務和以太網(wǎng)業(yè)務等不必再適配成ODUk顆粒，可以通過統(tǒng)一的L2層和ODUk交叉矩陣完成，但是無法從現(xiàn)有OTN設備直接升級，目前還沒有成熟的商用芯片。

4.4 提高IP和OTN聯(lián)合組網(wǎng)的荷載能力。當前，移動數(shù)據(jù)網(wǎng)、以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)業(yè)務快速發(fā)展導致IP流量高負載增長。通過對網(wǎng)絡流量的監(jiān)控分析，發(fā)現(xiàn)IP核心路由去間存在的大量中轉業(yè)務數(shù)據(jù)是提高核心路由器的容量、數(shù)據(jù)處理壓力、復雜度及功耗的重要因素，極大影響了網(wǎng)絡的容量和數(shù)據(jù)的傳輸效率。通過POTN的L1和L2層對中轉流量的業(yè)務分流，實現(xiàn)對IP和OTN網(wǎng)絡的聯(lián)合路由規(guī)劃和優(yōu)化，從而解決核心路由器間1000G高速互聯(lián)網(wǎng)絡傳動的寬帶和可靠性，并實現(xiàn)降低網(wǎng)絡綜合成本，提高聯(lián)合組網(wǎng)的荷載及數(shù)據(jù)處理、傳輸效率的目標。

4.5 POTN是統(tǒng)一的交換架構的平臺。POTN是分組和光融合的平臺，是全業(yè)務承載、統(tǒng)一管理的平臺，可以實現(xiàn)全業(yè)務的統(tǒng)一承載，包括2G、3G、LTE、大客戶、家庭寬帶、IPTV、VoIP、VSI和SAN等業(yè)務；可以簡化網(wǎng)絡層次，對于現(xiàn)網(wǎng)存在的SDH/MSTP網(wǎng)絡平面、PTN網(wǎng)絡平面、WDM平面，POTN可完成兩個或多個平面的功能，極大簡化網(wǎng)絡層次和網(wǎng)絡復雜度；POTN還可提升帶寬和傳輸距離，可實現(xiàn)GE、10GE、40GE、100GE速率的接入，并能實現(xiàn)大顆粒業(yè)務的長距離傳輸。此外，POTN可節(jié)省機房空間，減少機房電源、配套資源和人力資源等方面的支出，降低運營商的CAPEX和OPEX。

5. POTN的技術要點

5.1 從OTN 的范疇上看，狹義的POTN的技術要點是：

（1） 重點涉及ODUflex技術，通過擴展ODUflex 的應用范圍以適應客戶側

信號多樣化的需要。

（2） ODUflex支持分組和CBR業(yè)務承載，可提供靈活可變的速率適配機制，使得POTN 能夠更高效的承載包括IP在內的全業(yè)務，最大限度提高線路帶寬利用率。

（3） 對ETH、FC、CPRI（通用公共射頻接口，Common Public Radio Interface）、GPON等多業(yè)務接口具有更好的適配能力。

5.2 廣義的POTN的技術要點是：

（1）引入新的適應以太網(wǎng)傳送的映射方式GMP（通用映射規(guī)程）。

（2）引入ODU0、ODU2e、ODU4等新的容器以適應1GbE、10GbE以及100GbE的透明傳送。

（3）引入ODUflex以應對任意比特率業(yè)務的傳送（見圖1）。

6. POTN設備的技術優(yōu)勢

（1） 在系統(tǒng)架構上，POTN能夠支持基于信元交換的統(tǒng)一交換矩陣，對各種業(yè)務協(xié)議透明；其融合的集中交換和背板總線架構支持OTN以及分組的電層疏導與調度，實現(xiàn)分組數(shù)據(jù)和TDM/OTN之間的靈活適配與互通；同時，POTN具有較強的容量擴展性，可從640Gbps擴展至10Tbps量級，支持多子架互聯(lián)來靈活擴展交換容量和接口容量。

（2） 在OTN上，POTN能支持多種客戶層信號映射、多路復用至OTN；使用可互通、高可靠性的前向糾錯（FEC）的ODUk上行鏈接；支持L1層保護；具有根據(jù)需求配置WDM線路傳輸和可重構的ROADM；支持SDH作為透明客戶端，根據(jù)需求配置SDH VC交叉復用功能。

（3） 在PTN上，POTN能支持MPLS-TP分組轉發(fā)和以太網(wǎng)交換功能，支持電信級以太網(wǎng)業(yè)務和TDM CES業(yè)務； 支持完善的MPLS-TP OAM故障管理、性能管理和操作維護功能；支持對以太網(wǎng)業(yè)務的OAM故障管理和性能管理； 能夠為多種業(yè)務提供差異化的QoS保障。

（4） POTN還能支持高精度時鐘和時間同步功能，并具有統(tǒng)一的智能控制平面和網(wǎng)管架構。

7. POTN統(tǒng)一承載網(wǎng)絡架構

POTN實現(xiàn)城域網(wǎng)多業(yè)務平臺的統(tǒng)一承載， 滿足未來城域網(wǎng)絡IP化的趨勢，實現(xiàn)簡潔的，低成本，低功耗網(wǎng)絡架構。

（1） 固定寬帶 PON承載：

OLT-> BRAS/SR -> CR直連鏈路，實現(xiàn)網(wǎng)絡扁平化；

Packet平面提供完善的匯聚能力，節(jié)省匯聚設備（交換機及路由器）投資。

（2）專線業(yè)務干線承載：

通過ODU和SDH接口可以提供TDM專線；

通過Packet接口可以提供以太網(wǎng)專線，滿足高低端各類客戶的要求。

（3） 移動回傳核心匯聚層帶寬擴展：

與PTN環(huán)對接，擴展匯聚核心層PTN帶寬。

支持MPLS-TP，省去背靠背PTN設備，實現(xiàn)網(wǎng)絡構架（見圖2）。

8. 結束語

目前，隨著網(wǎng)絡趨于寬帶化和分組化，網(wǎng)絡設備逐漸具備了分組處理的功能，分組化POTN是未來網(wǎng)絡技術發(fā)展需求。從當前網(wǎng)絡部署來看，城域網(wǎng)主要采用PTN+OTN的組網(wǎng)構架。因此，基于該應用場景，可利用POTN設備代替匯聚層和核心層之間的PTN和OTN設備，形成新的網(wǎng)絡構架，降低網(wǎng)絡成本。可以預見，隨著POTN技術與設備的持續(xù)更新，相關標準的不斷完善及后續(xù)產(chǎn)業(yè)鏈的不斷更新，其在城域網(wǎng)等方面應用將進一步加深，POTN技術在網(wǎng)絡發(fā)展中將發(fā)揮更重要的作用。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2017）07-20-661endprint