OTN技术体系介绍

一. OTN技术体系介绍

1.概述

从1998年ITU-T正是提出OTN的概念到现在，OTN的标准体系已经完善，技术也已经成熟。OTN标准体系主要由如下标准组成：

：定义了光传送网的网络架构。采用基于的分层方法描述了OTN的功能结构，规范了光传送网的分层结构、特征信息、客户/服务层之间的关联、网络拓扑和分层网络功能，包括光信号传输、复用、选路、监控、性能评估和网络生存性等：其地位类似于SDH体制的。定义了光网络的网络节点接口。建议规范了光传送网的光网络节点接口，保证了光传送网的互连互通，支持不同类型的客户信号。建议主要定义光传送模块n(OTM-n)及其结构，采用了“数字封包”技术定义各种开销功能、映射方法和客户信号复用方法。通过定义帧结构开销，可以实施光通路层功能，例如保护、选路、性能监测等；通过确定各种业务信号到光网络层的映射方法，实现光网络层面的互联互通，因为未来的光网络工作在多运营商环境下，并不仅仅是各业务客户信号接口的互通。其地位类似于SDH体制的。

：建议采用规定的传输设备的分析方法，对基于规定的光传送网结构和基于规定的光传送网网络节点接口的传输网络设备进行分析。定义了OTN的原子功能模块，各个层网络的功能，包括客户/服务层的适配功能、层网络的终结功能、连接功能等。其地位类似于SDH体制的。

：通用设备管理功能需求，适用于SDH、OTN。

：OTN网络管理信息模型和功能需求。

：描述OTN的五大管理功能（FCAPS：Fault故障、Configuration配置、Accounting计费、Performance性能、Security安全）。

：通用保护倒换-线性保护，适用于SDH、OTN。

：定义了OTN线性（linear）ODUk保护。

ODUk保护。未正式发布

：根据定义的比特率和帧结构定义了OTN NNI的抖动和漂移要求。

：定义了OTN误码性能。

OTN物理层特性在及等中规定。

下面将主要介绍一下OTN的网络架构（）及接口（）。

图 OTN标准体系。

2.OTN网络架构

（architecture of optical transport networks）主要包含三个方面的内容：一是光传送网络的分层结构，二是网络管理，三是生存性技术。

光传送网分层结构

光传送网络共分为三层：光信道层、光复用段层和光传送段层见图2.2.1-1。

图 2.2.1-1 OTN分层结构

1、光信道层(Optical channel layer)：为各种客户信号（如SDH STM-N、cell-based ATM、GE等）提供透明的端到端的光传输通道，提供包括：连接、交叉调度、监测、配置、备份、和光层保护与恢复等功能。主要功能：（1）光信道的重新连接功能（optical channel connection rearrangement）以保证网络路由的灵活性

（2）光信道层包头的处理

（3）光信道层的操作、维护、管理

由于目前光元器件技术水平的限制，光信道层的功能无法全部在光层完成，为此，增加了OTN的电层（Digital OTN layered Structure）：（1）OTU层（Optical channel Transport Unit）：在OTN网络的两个3R

（Reamplification, Reshaping and Retiming）点之间传输ODU信号。

（2）ODU层（Optical channel Data Unit）：为客户信号提供端到端的传输。

2、光复用段层(Optical multiplex section layer)：支持波长的复用，以信道的形式管理每一种信号。提供包括波分复用、复用段保护和恢复等服务功能。主要功能：

（1）光复用段层包头处理

（2）光复用段层的操作、管理、维护

3、光传送段层(Optical transmission section layer network): 为光信号在不同类型的光媒质（G652、G653、G655光纤等）上提供传输功能，光传输段层用来确保光传输段适配信息的完整性，同时实现光放大器或中继器的检测和控制功能。

（1）光传送段层包头处理

（2）光传送段层的操作、管理、维护

OTN层次结构及信息流之间的关系见图2.2.1-2。

图 2.2.1-2 OTN层次结构及信息流之间的关系

光网络管理

针对OTN提出的光网络管理需求主要包括八个方面：

1、连续性监视

2、连通性监视

3、维护信息

4、信号质量监测

5、适配管理

6、保护控制

7、子网/级联/未用连接监测

8、管理通信

表 2.2.2-1 光网络管理需求

光网络生存性技术

2、基于ODUkODUk的线性保护。

3、基于ODUk的环网保护:用于分布式业务环型组网，通过占用2个ODUk通道实现对所有站点间业务的保护。类似SDH的MSP保护。

4、波长共享保护（基于光通道的环网保护）：用于分布式业务环型组网，通过占用2个光通道实现对所有站点间业务的保护。类似SDH的MSP保护。

3.OTN 帧结构、映射及开销

网络接口

定义了2类网络接口：域间网络接口（IrDI）和域内网络接口（IaDI）。

图 2.3.1-1 OTN网络接口示意图

不同管理域之间的接口为IrDI，具有3R再生能力；同一管理域之间的接口为IaDI。在ITU 标准中IrDI 接口是一个完全标准化的接口，而IaDI不是一个具备互通性的标准接口。

OTN信号的映射及复用

3.2.1 OTN信号速率

为OPUk、ODUk、OTUk各分别规定了3种速率，见表2.3.2OPUk、ODUk、OTUk的帧频见表。

表 2.3.2-1 OTUk类型及速率

表 2.3.2-2 ODUk类型及速率

表 2.3.2-3 OPUk类型及速率

表 2.3.2-4 OTUk/ODUk/OPUk帧频

255/238x2488320kbit/s可以参考后文OTUk的帧结构及STM-N客户信号的映射。对于OTU1帧长4080x4个字节，净荷长度3808x4个字节(4080x4)/(3808x4）

=255/238。对于OTU2帧长4080x4个字节，由于插入了帧定位字节FAS，净荷长度（3808-16）x4个字节，4080/（3080-16）=255/237）

3.2.2 OTN信号的映射及复用

1、电层信号的映射及复用

各种客户层信息经过光信道净荷单元OPUk/OPUK-Xv的适配，映射到ODUk中，然后在ODUk、OTUk中分别加入光信道数据单元和光信道传送单元的开销，再映射到光通道层OCh，调制到光信道载波OCC上。电层信号的映射及复用见图 2.3.2-1。

图 2.3.2-1 电层信号的映射及复用

2、光层信号的映射及复用

多至n(n ≥ 1)个OCC[r] 使用波分复用被复用进一个OCG-n[r].m中，OCG n[r].m中的OCC[r]支路时隙可以具有不同的容量；对于完整功能的OTM 接口，OSC通过波分复用被复用进中。光层信号的映射及复用见图2.3.2-2。

图 2.3.2-2 光层（OTM）信号的映射及复用

3.2.3电层（OPUk、ODUk、OTUk）信号的帧结构及开销

定义的帧结构如下：

光信道净荷单元（OPUk）：实现客户信号映射进一个固定的帧结构（数字包封）的功能，包括但不限于STM-N，IP分组，ATM信元，以太网帧。

光信道数据单元（ODUk）：提供与信号无关的连通性，连接保护和监控等功能，这一层也叫数据通道层。

光信道传送单元（OTUk[V]）：提供FEC，光段层保护和监控功能，这一层也叫数字段层。

图 2.3.2-3 电层帧结构图

各开销字节如下图：

图 2.3.2-4 电层开销字节示意图

（1）FAS: 帧定位单元FAS（第一行1-6列）;

（2）MFAS: 复帧定位MFAS单元（第一行第7列）；最多支持由256个帧构成的复帧

（3）SM: 段监视：SM的字段的结构见图2.3.3-3

（TTI：路径跟踪标识，提供链接监测功能，SAPI-源接入点标识，DAPI-宿接入点标识，这两个标识必须全球唯一，以便于全网的管理和运营）BIP-8：比特间差奇偶校验8位码，一种误码检测方式，SDH也是采用这种误码检测方式。

BEI：后向错误指示。向上游节点提供信号误码指示。用来统计采用BIP-8检测出来的误码块的数量。

BDI：后向缺陷指示。向上游节点提供信号失效（SF）信息

IAE：入局帧定位错误。向它对应的出口节点提供帧定位错误警告。

图 2.3.2-5 SM字段结构

GCC0：通用通信通道。

RES：预留字节

TCM ACT：连接监视的激活和去激活；

TCM1-6：6层的连接监视；同PM

FTFL：故障类型和故障定位；

PM：通道监视。作用与SM类似，只是所在层次不一样。PM字段的结构见图2.3.3-4。相比SM字段的结构，多了STAT字段，STAT字段用于指示维护信号。

图 2.3.2-6 PM字段结构

EXP：试验用字节

GCC1：通用通信通道

GCC2：通用通信通道

APS/PCC：自动保护倒换和保护通信信道字节；

JC：码速调整控制；JC、NJO、PJO三个字节由映射过程产生，映射表见。

PSI：载荷结构标识，256字节的复帧结构，其中PSI[0]为PT字节，用于指示客户信号类型（如04为ATM，05为GFP，详细情况可参考），其余字节为保留字节。

NJO：用于正码速调整；

PJO：用于负码速调整

3.2.4 OOS（OTM Overhead Signal）

提出了OOS的功能需求（见图2.3.3-1），并未具体规定具体的OOS帧结构、速率及实现标准。

图 2.3.2-7 OOS中OTS、OMS、OCh开销字节示意图BDI: Backward Defect Indication

FDI-O: Forward Defect Indication - Overhead

FDI-P: Forward Defect Indication - Payload

OCI: Open Connection Indication

PMI: Payload Missing Indication

TTI: Trail Trace Identifier

3.2.5 OTN的虚级联

OPUk-Xv，其中k=1..3，X=1..256，即最多支持256个OPUk的虚级联。虚级联的主要用途：

（1）通过虚级联来传送STM-64或STM-256：通过OPU1-4v 传送STM-64，通过OPU2-4v 或 OPU1-16v传送 STM-256等

（2）实现灵活的带宽调整：通过OPU1-Xv [OPU2-Xv] [OPU3-Xv] 提供X * 2.5 G[10G、40G] 带宽；通过 LCAS （Link Capacity Adjustment Scheme ）提供链路带宽自动调整，业务经过两个或多个不同的路由，以提高业务安全性。

3.2.6 客户信号的映射

3.2.6.1 STM 16/64/256信号的映射

提供两种STM-N的映射方式：

1、异步映射：OPUk信号由OTN设备本身的时钟产生，与CBR信号无关，并使用正/负/零调整机制以容忍一定的频偏；

2、比特同步：OPUk时钟来自于CBR客户信号，不使用OPUk帧内的调整能力；目前大部分厂家采用比特同步方式。

STM 16/64/256信号至OPU1/2/3的映射图分别见图2.3.2

图2.3.2-8 STM-16映射至OPU1

图 2.3.2-9 STM-64映射至OPU2

图 2.3.2-10 STM-256映射至OPU3

3.2.6.2 ATM信号的映射

ATM信元是固定长度的53个字节（其中包头5个字节，净荷48个字节），OPUk 的净荷长度是15232个字节（=4*3808），OPUk的净荷长度不是ATM信元长度的整数倍，在映射时，ATM信元可能跨越OPUk帧边界。

图 2.3.2-11 ATM信号映射至OPUk

3.2.6.3 GE/10GE/40GE/100GE客户信号的映射

只规定了STM-N、ATM等信号的映射，并未规定GE/10GE/40GE/100GE客户信号的映射。下面结合目前各厂家的实现技术及最新标准的发展，分别介绍GE/10GE/40GE/100GE客户信号的映射。

1、GE客户信号

目前对于GE 业务如何映射到OPU 中的方式还没有统一的标准规定，各厂家采用的方式都各不相同，大致可以分为两大类：

（1）通过GFP 协议将GE 业务映射到STM－N 中，之后再映射到OPU 中，比如：

A、GE->GFP-F->VC4-8C->STM-64->OPU2->ODU2->OTU2

B、GE->GFP-F->VC4-7C->STM-64->OPU2->ODU2->OTU2

（2）通过GFP 协议将GE 业务映射到OPU1/OPU2 时隙，比如：

A、GE->GFP-F/T->OPU1 时隙->OPU1-> ODU1->OPU2->ODU2->OTU2。每个OPU1 被等分为16 个时隙，一个GE 占用7 个时隙，OPU1 中可封装2 个GE 业务。

B、GE－>GFP-T->OPU2 时隙－>OPU2->ODU2->OTU2。每个OPU2 中封装8 个GE 业务。

第一类方案属于比较常规的方法，易于实现厂家之间的互通。但是从GE 到OPU 需要经过SDH 这个中间环节，因此必须配置SDH 成帧器，造成成本增加且效率降低。

第二类方案直接将GE 映射到OPU 时隙中，减少了SDH 成帧环节，降低成本，提高了效率。

另外一种可能的方式是采用GFP 扩展头所支持的多通道复用功能，可以实现将多个GE 信号复用到一个OPU 中。这种方式同样可以减少SDH 层的处理，提高效率。

2、10GE客户信号

ITU-T 描述了OTN 以ODU2 或非标准类似ODU2 帧格式传送10GE LAN 信号的几种不同的方式，简单描述如下：

（1）标准映射：采用标准ODU2 帧格式和速率

A、以STM-64 形式传送10G base-W (WAN PHY)，再映射为OPU2 格式

IEEE 定义了用于兼容SDH 速率的WAN 接口，ITU-T 定义了该数据映射为

SDH 的格式，该接口时钟精度±20 ppm，根据ITU-T 定义的映射方法通过ODU2 传送。该方式不能满足MAC 帧满带宽传送。

B、以GFP-F 方式将10G base-R（LAN PHY）仅有效载荷部分映射为OPU2 格式

该方式接收端终结64B/66B 线路码、前同步码、SFD 和IPG，通过GFP-F 封装后的信号直接映射到OPU2 容器。该方式可实现MAC 帧满带宽传送，但不能提供前同步码、SFD、IPG 等透明传送。

（2）非标准映射：采用非标准类似ODU2 帧格式

A、以比特透明方式将10G base-R 信号映射为OPU2e 格式

该方式采用CBR10G 信号映射到OPU2 的方案，通过提高帧频的方式将10GbE LAN PHY 信号映射到OPU2e。OTU2e信号标称速率 Gbit/s。该方式可实现全比特透明传送，但由于以太网信号定时容差±100 ppm，因此ITU-T 规定的有关抖动和漂移的标准控制方法不能适用。

B、以比特透明方式将10G base-R 信号映射为OPU1e 格式

该方式采用CBR2G5 信号映射到OPU1 的方案，通过提高帧频的方式将10GbE LAN PHY 信号映射到OPU1e。OTU1e 信号标称速率 Gbit/s，与方式一的区别是占用了固定填充字节。该方式可实现全比特透明传送，ITU-T 规定的有关抖动和漂移的标准控制方法不能适用。

C、以比特率兼容信息透明方式传送有效载荷和前同步码

10GE LAN MAC 帧采用GFP-F 封装。由于10GbE LAN 信号不传输定时和同步信息，OPU 开销中的“映射和串联”比特（第15 列第1、2、3 字节和第16 列所有字节）可被用于数据承载；从而实现MAC 帧满带宽传送和前同步码透传，但不支持IPG 透传以及定时和同步信息的传送。

3 40GE客户信号

目前IEEE 对40GE 的速率和帧结构还没有完成最终定义，ITU-T 对40GE 的映射结构也还没有完成标准化，IEEE HSSG 和ITU-T SG15 Q11 正在讨论的40GE 映射方式有三种：

方式一：限制40GE MAC 速率到 Gbit/s 或者更低；

方式二：采用比64B/66B 更有效的编码方式保持 Gbit/s 的MAC 速率；

方式三：采用编码转换的方式，64B/66B 编码实现 Gbit/s 的MAC 速率，在映射到OPU3 之前将其转换为更有效的编码方式（如512B/513B），目前该方式虽然在ITU-T SG15 Q11 没有最终达成一致意见，但2007 年10 月中间会议，同意写入。

鉴于以上情况，我们相信在2010 年40GE 相关标准制定的时候，40GE 如何映射到ODU3 帧结构将有一种标准的方式。具体实现方式待研究。

4 100GE客户信号

100G 以太网的标准还在IEEE HSSG 研究中，没有最终完成，将于2010 年同40GE 标准一起推出。对于100GE 的传输，除了线路单波速速率随之增长到100Gbit/s 以上的解决方案以外，业界还在积极考虑采用OTN 虚级联的方式支持

100GE 传输。ITU-T 也在这两个方面努力：一方面在推动新的OPU4/ODU4/OTU4 速率和帧结构的定义；另一方面还在研究OPU2-11v 、OPU3-3v虚级联方式来支持100GE 业务的映射和传送。具体实现方式待研究。

5、GFP封装映射

GFP是规定的一种把任意包信号封装到固定速率信号(例如，OPUk)上的一种通用方法。GFP帧为可变字节长度，在映射时，GFP帧可能跨越OPUk帧边界。对于GE业务可以采用GFP封装。

图 2.3.2-12 GFP封装映射至OPUk

GFP封装可以分为GFP-T（透明映射）和GFP-F（帧映射）两种方式。GFP-F把客户帧映射成它自己的GFP格式，GFP-T对客户代码解码，然后映射成为一固定长度的GFP格式，在没有接受完一帧信号时就可以立即把数据传输出去。这两种方式的主要区别如下：

（1）传送时延：由于透明映射不需要缓存一帧，对帧进行结构处理，使处理时延很小，适合FC、ESCON等通道性业务。

（2）处理方式：帧映射方式是将业务的MAC层数据重新映射到GFP包中，因此接受业务包，需要识别帧头帧尾和一些控制字符，因此对于帧映射方式需要识别接收的业务类型；对于透明映射方式，只根据8B/10B编码，识别是数据还是控制字，因此透明映射方式可以满足符合8B/10B编码的任何业务。（3）帧格式区别：帧映射方式按照包方式处理业务，映射的GFP包长根据输入

业务包长决定，因此包长可变；透明方式则是映射到固定包长中。

4.小结

1、通过上述对OTN技术体系的研究，SDH、WDM、OTN三种技术体系对比如下：

表 OTN、SDH、WDM技术体系对比