OTN與SDH異構(gòu)組網(wǎng)技術(shù)研究與應(yīng)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(jì)90年代中期，同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）技術(shù)引進(jìn)我國，憑借其優(yōu)異的特性，在城域網(wǎng)領(lǐng)域和數(shù)字專網(wǎng)領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展?；贗P技術(shù)或時(shí)分復(fù)用（Time Division Multiplexing，TDM）技術(shù)，SDH不僅可以實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)分組交換，還可以實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)復(fù)用，達(dá)到靈活調(diào)整傳輸帶寬的目的。

隨著通信技術(shù)快速迭代與發(fā)展，SDH逐步退出服務(wù)，資源接近耗盡。光傳送網(wǎng)（Optical transport network，OTN）作為一種新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，相對已有的SDH傳送網(wǎng)技術(shù)，具有多種客戶信號(hào)封裝、大帶寬、低時(shí)延、自動(dòng)開通、支持2M-100G帶寬靈活調(diào)整等更多實(shí)用特性，能夠更好地滿足對傳輸網(wǎng)絡(luò)有高質(zhì)量要求的市場需要。

當(dāng)前，國內(nèi)OTN網(wǎng)絡(luò)正處于建設(shè)初期，OTN網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍還無法達(dá)到與SDH網(wǎng)絡(luò)同等覆蓋規(guī)模，這給新技術(shù)的普及帶來了挑戰(zhàn)，在現(xiàn)有環(huán)境條件下，如何既能驅(qū)動(dòng)新技術(shù)的發(fā)展，又能利舊傳統(tǒng)技術(shù)資源，加快新舊技術(shù)動(dòng)能轉(zhuǎn)換成為了運(yùn)營商當(dāng)前亟需解決的問題。

1 傳輸網(wǎng)技術(shù)分析

1.1 SDH技術(shù)分析

1.1.1 SDH的幀結(jié)構(gòu)

（1）信息凈負(fù)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(jié)構(gòu)中存放著各種信息碼，低速信號(hào)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(jié)負(fù)責(zé)檢測運(yùn)送過程中的貨物是否有損壞以及判斷具體哪件貨物出現(xiàn)了問題[1]。

（2）段開銷（Section Overhead，SOH）。監(jiān)控STM-N這輛貨車中運(yùn)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(jié)構(gòu)中，信息凈負(fù)荷的第一個(gè)字節(jié)的位置，由AU-PTR負(fù)責(zé)指示，AU-PTR作為位置指示符，把位置指針值發(fā)給收端，便于接收端準(zhǔn)確控制信息凈負(fù)荷[2]。

1.1.2 SDH信號(hào)的傳輸

SDH幀結(jié)構(gòu)雖然是塊狀，但是在傳輸時(shí)依然是以串行碼流形式的順序進(jìn)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(guī)定了信號(hào)幀的某一特定字節(jié)，每秒被傳送8 000次，該字節(jié)的比特速率是8 000×8 bit=64 kb/s，64 kb/s是一路數(shù)字電話的傳輸速率。

根據(jù)國際電信聯(lián)盟規(guī)的復(fù)用線路結(jié)構(gòu)，可以把準(zhǔn)同步數(shù)字系列（Plesiochromous Digital Hierarchy，PDH）的數(shù)字信號(hào)復(fù)用成STM-N信號(hào)。我國的傳輸網(wǎng)技術(shù)規(guī)定了PDH系列作為SDH的有效負(fù)荷，以2 Mb/s信號(hào)為顆粒C-4的數(shù)字4對應(yīng)相應(yīng)的PDH速率[4]。

140 M信號(hào)通過速率適配打包進(jìn)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(fù)用為1路的AUG，這樣就形成STM-1信號(hào)，STM-N信號(hào)的形成通過N路的STM-1的字節(jié)間插復(fù)用實(shí)現(xiàn)。

1.1.3 SDH的字節(jié)間插復(fù)用特性

STM-1（響應(yīng)速率155 Mb/s）同步傳輸模塊是SDH基本信號(hào)傳輸結(jié)構(gòu)等級，STM-4（響應(yīng)速率622 Mb/s）、 STM-16（響應(yīng)速率2.5 Gb/s）作為高等級數(shù)字信號(hào)，高等級數(shù)字信號(hào)以STM-1信息模塊為基準(zhǔn)，進(jìn)行字節(jié)間插同步復(fù)接，比如：STM-4=4×STM-1（155 Mb/s），STM-16=4×STM-4（622 Mb/s），復(fù)接的個(gè)數(shù)是4的倍數(shù)[5]。

1.2 OTN技術(shù)分析

1.2.1 大顆粒帶寬復(fù)用

OTN對提升大容量數(shù)據(jù)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(hù)能力

在光層與電層方面，OTN的幀結(jié)構(gòu)極大地改變了基于SDH的VC-12、VC-4的調(diào)度帶寬和波分點(diǎn)到點(diǎn)大帶寬傳送的現(xiàn)狀。

1.2.3 多種信號(hào)封裝

OTN幀結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對SDH和異步轉(zhuǎn)移模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）的標(biāo)準(zhǔn)封裝，支持以太網(wǎng)等多種客戶信號(hào)的映射和傳輸。

1.2.4 維護(hù)管理能力

OTN可實(shí)現(xiàn)多個(gè)分段和端到端同時(shí)進(jìn)行性能監(jiān)控，OTN光通路層（Optical Channel layer，OCH）的幀結(jié)構(gòu)提升了OTN數(shù)字化監(jiān)控水平，因此OTN具備與SDH相似的開銷管理能力。

OTN技術(shù)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(fù)用段層（Optical Multiplex Section Layer，OMS）、光傳輸段層（Optical Transmission Section layer，OTS）是OTN的3個(gè)光層。光信道凈荷單元（Optical channel Payload Unit，OPU）、光信道數(shù)據(jù)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(gè)電域子層。

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

ODU：稱作數(shù)據(jù)通道層。提供與信號(hào)無關(guān)的連通性，連接保護(hù)和監(jiān)控等功能。

OTU也叫數(shù)字段層，提供FEC以及光段層監(jiān)控功能。

客戶信號(hào)（如多協(xié)議標(biāo)簽交換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）、ATM、以太網(wǎng)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(yīng)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(qū)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(diào)制到光通道載波（Optical Channel Carrier，OCC），n個(gè)OCC進(jìn)行復(fù)用，進(jìn)入OMS，OMSn合入光學(xué)監(jiān)控信道（Optical Supervisory Channel，OSC）監(jiān)控信道后，構(gòu)成OTS傳輸段。

2 SDH與OTN異構(gòu)技術(shù)研究

2.1 SDH與OTN混合組網(wǎng)技術(shù)研究

隨著新一輪信息技術(shù)與生物科技變革的興起，5G流量爆發(fā)，短視頻、行為分析、安全與算法等應(yīng)用對傳輸承載網(wǎng)絡(luò)的要求越來越高。SDH技術(shù)因受到其自身技術(shù)的限制，已經(jīng)難以適應(yīng)市場的敏捷多變的需要。另一方面，OTN技術(shù)與5G技術(shù)同時(shí)期推出市場，運(yùn)營商難以在短時(shí)間內(nèi)完成全區(qū)域的OTN網(wǎng)絡(luò)覆蓋，OTN技術(shù)距離全面普及還需要一些時(shí)間。

但綜合考慮當(dāng)下的各種傳送技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)之后能夠發(fā)現(xiàn)，無論在靈活性還是在可靠性方面，OTN都有著突出優(yōu)勢和較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

在業(yè)務(wù)承載方面，OTN主要用于1G以上大顆粒業(yè)務(wù)當(dāng)中。對于1G以下小顆粒業(yè)務(wù)，可以采用SDH與OTN技術(shù)異構(gòu)，對2M～100G區(qū)間內(nèi)不同速率的處理工作，更符合我國傳輸承載網(wǎng)絡(luò)的資源現(xiàn)狀。

通過定義VC適配ODU幀結(jié)構(gòu)，選用混合線卡進(jìn)行封裝映射，可以實(shí)現(xiàn)OTN與SDH技術(shù)異構(gòu)，以達(dá)到運(yùn)用OTN承載SDH業(yè)務(wù)的目的，支持OTN/SDH統(tǒng)一交換功能，以及以太網(wǎng)、TDM、專線業(yè)務(wù)接入，構(gòu)成可承載多業(yè)務(wù)的OTN網(wǎng)絡(luò)。通過SDH成幀把E1映射到VC12，進(jìn)而63個(gè)VC12復(fù)用到VC4，接著VC4顆粒進(jìn)入到交叉矩陣開展交叉調(diào)度。在這種情況下，線路板卡會(huì)把4個(gè)VC4匯聚成1個(gè)STM-4，在實(shí)施映射透傳的過程中，STM-4會(huì)實(shí)現(xiàn)在ODUk（k=0,1,2）中的封裝，并復(fù)用到高階ODUk中。

具體映射原理，在定時(shí)透明轉(zhuǎn)碼編碼之前，接收串行器對STM-4業(yè)務(wù)信息進(jìn)行接收的同時(shí)，完成信號(hào)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測。把STM-N（N=1,4,16,64）信號(hào)成幀封裝為75字節(jié)的通用成幀規(guī)程（Generic Framing Procedure，GFP）幀，之后所得到的GFP幀信號(hào)是固定比特率信號(hào)流，進(jìn)行固定比特速率（Constant Bitrate，CBR）信號(hào)的轉(zhuǎn)碼后，存儲(chǔ)在中央處理模塊（Central Processing Board，CPB）中。ODUk（k=0,1,2）的規(guī)則映射器會(huì)與CPB進(jìn)行數(shù)據(jù)包處理，在ODUk（k=0,1,2）幀中實(shí)現(xiàn)映射，接下來將多路ODUk（k=0,1,2）信號(hào)復(fù)用至高階ODUk（k=1,2,4）當(dāng)中，OTUk（k=1,2,4）成幀后便可從發(fā)送串行器接口輸出。

解復(fù)用的過程就是從STM-N到ODUk的一個(gè)相反過程。從ODUk信號(hào)解映射STM-N（N=1,4,16,64）的角度來看，從OTUk（k=1,2,3,4）信號(hào)中解復(fù)用出相應(yīng)的ODUk信號(hào)，并于ODUk（k=0,1,2）緩存區(qū)中進(jìn)行ODUk（k=0,1,2）的接收，然后提煉出隨路時(shí)鐘信息，將其比作是發(fā)送參考時(shí)鐘，把ODUk（k=0,1,2）有效載荷從STM-N信號(hào)解出來，是在GFP解映射方式的過程中完成的，運(yùn)用信號(hào)轉(zhuǎn)碼回復(fù)STM-N信號(hào)，通過對于8B/10B編碼模塊的應(yīng)用形成相應(yīng)的CBR流，采用發(fā)送時(shí)鐘的方式對CBR信號(hào)進(jìn)行發(fā)送。

2.2 SDH與OTN混合組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

筆者通過某商業(yè)銀行網(wǎng)絡(luò)改造項(xiàng)目，對SDH與OTN技術(shù)異構(gòu)進(jìn)行了實(shí)踐。該項(xiàng)目改造銀行營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)1 478個(gè)，現(xiàn)狀是每個(gè)網(wǎng)點(diǎn)已有1條MSTP線路。全部網(wǎng)點(diǎn)線路通過市級、省級兩層匯聚到總部。項(xiàng)目需要現(xiàn)有MSTP線路改造為OTN或OTN+SDH線路。同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)點(diǎn)線路直達(dá)總部，取消地市級線路匯聚，達(dá)到扁平化組網(wǎng)目的。網(wǎng)絡(luò)改造前使用的Metro100、OSN3500、OSN7500設(shè)備均屬于華為SDH設(shè)備。

實(shí)踐中，對于已有SDH設(shè)備的銀行采用SDH與OTN技術(shù)異構(gòu)組網(wǎng)方案，只需在地市新建OTN-1800匯聚設(shè)備，銀行網(wǎng)點(diǎn)SDH設(shè)備通過光纖接入OTN 1800混合線卡，完成SDH與OTN信號(hào)的封裝映射，實(shí)現(xiàn)SDH+OTN混合組網(wǎng)。

對于不具備SDH設(shè)備的銀行網(wǎng)點(diǎn)，在銀行網(wǎng)點(diǎn)新裝OTN設(shè)備，到總部全程開通OTN通道承載客戶業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)端到端全程OTN組網(wǎng)。組網(wǎng)使用的C810、OSN1800、OSN9600設(shè)備均屬于華為OTN設(shè)備。

3 結(jié) 論

當(dāng)前，我國正處于OTN網(wǎng)絡(luò)資源覆蓋不足，SDH網(wǎng)絡(luò)資源達(dá)到瓶頸的階段，對于SDH網(wǎng)絡(luò)接入層有一定資源冗余的本地網(wǎng)，運(yùn)營商可以考慮通過SDH核心匯聚設(shè)備與OTN融合對接，充分盤活現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)存量資源，快速形成廣泛業(yè)務(wù)接入能力，以發(fā)揮OTN與SDH資源互補(bǔ)的優(yōu)勢。通過更靈活的新舊技術(shù)異構(gòu)組網(wǎng)，才能更好地適應(yīng)當(dāng)前市場發(fā)展需要，進(jìn)而達(dá)到新技術(shù)逐步普及的目的。

未來一段時(shí)間，OTN與SDH技術(shù)異構(gòu)組網(wǎng)的模式，將會(huì)成為傳輸網(wǎng)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向和市場的主流選擇。