第7章 传输网络新技术

本章内容简介  本章主要介绍了PTN分组传送网技术、OTN光传 送网技术和全光网络技术等传输网络新技术。 简要介绍了PTN、OTN和全光网络技术提出的背 景，重点阐述了PTN、OTN和全光网络技术的定 义和关键技术。

学习重点与要求 PTN的定义与关键技术、OTN的定义与关键技术、 全光网络的定义与关键技术。

7.1 PTN技术 7.1.1 PTN技术提出的背景 在过去的十几年里，城域传输网络主要采用SDH（MSTP）技术组网， SDH/MSTP以其可靠的传送承载能力、灵活的分插复用技术、强大的保 护恢复功能、运营级的维护管理能力一直在本地网/城域网业务传送 中发挥着重大作用。 但是SDH（MSTP）的分组处理或IP化程度不够彻底，其IP化主要体现 在用户接口(即表层分组化)，内核却仍然是电路交换(即内核电路化)。 这就使得MSTP在承载IP分组业务时效率较低，并且无法适应以大量数 据业务为主的3G和全业务时代的需要。 在IP化和融合承载需求的推动下，基于分组交换内核并融合传统传送 网和数据通信网络技术优势的PTN技术自提出后就得到迅猛发展，已 成为城域传输网络承载IP化的主流技术。随着PTN步入商用化阶段， 基于PTN技术的城域传输网络建设已成为各通信运营商关注的焦点。

7.1.2 PTN的定义 PTN (Packet Transport Network)是一种以分组作为传送单位，承载 电信级以太网业务为主，兼容TDM、ATM和FC等业务的综合传送技术。 PTN 技术基于分组的架构，继承了MSTP的理念， 融合了Ethernet和 MSTP的优点，是下一代分组承载的技术。 PTN的核心价值在于PTN 基于面向连接的分组传送技术提供端到端的 分组汇聚通道，PTN 支持多种协议和业务, 提供高QoS保证, 基于硬 件的OAM&P, 全网同步解决方案，统一平台降低 TCO, 继承传统传送 网的管理和智能控制平台, 降低运维难度。 PTN是分组（P）与传送（T）的融合，因此存在两种演进方向，即PTN 成熟的技术主要包括PBB-TE和T-MPLS/MPLS-TP两种。

7.1.2 PTN的定义 2008年，ITU-T和IETF两大国际组织联合开发T-MPLS和 MPLS融合，扩展为MPLS-TP技术。从T-MPLS到MPLS-TP基本 出发点是简化MPLS的分组转发机制，消除复杂的控制及信 令协议，同时开发传输层的OAM。MPLS-TP的架构沿用了T- MPLS的理念，同样是基于MPLS的标准帧格式，去掉不利于 端到端传送的功能，增加OAM、保护机制和清晰的智能控 制面。 MPLS-TP可以较好地满足无线基站回传、高品质数据业务 以及企事业专线/专网等运营级业务需求。

7.1.2 PTN的定义 1．PTN分层 （1）TMC通道层 为客户提供端到端的传送网络业务，表示业务的特性，如 连接的类型和拓扑类型，业务的类型等，也叫PW层。 （2）TMP通路层 提供传送网络通道，将一个或多个客户业务汇聚到一个更 大的隧道中。也叫Tunnel层。 （3）TMS段层 主要保证通道层在两个节点之间信息传递的完整性，表示 物理连接，如SDH、OTH、以太网或者波长通道。 （4）物理媒质层 表示传输的媒质，如光纤、铜缆或无线等。

7.1.2 PTN的定义 2.PTN功能平面 （1）传送平面 传送平面提供两点之间的双向或单向的用户分组信息传送， 也可以提供控制和网络管理信息的传送，并提供信息传送 过程中的OAM和保护恢复功能。 （2）管理平面 管理平面执行传送平面、控制平面以及整个系统的管理功 能，同时提供这些平面之间的协同操作。管理平面执行的 功能包括：性能管理、故障管理、配置管理、计费管理和 安全管理。

7.1.2 PTN的定义 2.PTN功能平面 （3）控制平面 控制平面由提供路由和信令等特定功能的一组控制元件组 成，并由一个信令网络支撑。控制平面元件之间的互操作 性以及元件之间通信需要的信息流可通过接口获得。控制 平面的主要功能包括：通过信令支持建立、拆除和维护端 到端连接的能力，通过选路为连接选择合适的路由，自动 发现连接关系和链路信息，发布链路状态信息以支持连接 建立、拆除和恢复。

7.1.3 PTN关键技术 1.综合业务统一承载技术—PWE3 PWE3技术是一种业务仿真机制，希望以尽量少的功能，按 照给定业务的要求仿真线路。支持TDM E1/ IMA E1/ POS STM-n/ chSTM-n/FE/GE/10GE等多种接口。 采用PWE3技术实现传统业务承载的优势有以下几点： （1）专线仿真，为运营商提供高回报的网络业务。 （2）通用标签，提供统一的多业务网络数据传送平台，减 少运营费用。 （3）保护投资，提供网络业务的前后向兼容性。

7.1.3 PTN关键技术 2.端到端层次化OAM 以太网OAM是一种监控网络故障的工具，用户通过在两个 点到点连接的设备上启用以太网OAM功能，可以监控这两 台设备之间的链路状态。 PTN具备类似SDH网络的操作、管理、维护能力，以满足电 信级网络管理维护的要求： （1）分层架构，如SDH的RSOH、MSOH、POH，等等 （2）端到端的OAM理念，如SDH的端到端OAM监控 （3）反馈机制，如SDH的RDI机制等 （4）基于硬件的OAM，如SDH的OAM由硬件检测和处理

7.1.3 PTN关键技术 3.端到端层次化QoS PTN的QoS技术采纳了IP/MPLS 的QoS技术，有如下功能： 流分类，流是一组具有相同特性的数据报文，业务的区分 可以基于数据报文流进行。 流量监管，流量监管就是流分类后采取某种动作，用于限 制进入网络的流量速率。 优先级标记：标记内容包括TOS、DSCP、802.1p、MPLS EXP等。根据DiffServ规范，PTN一般支持8类优先级。 流量整形：流量整形可以限制流量的突发，使报文流能以 均匀的速率发送，使业务流中的分组延时输出以符合业务 模型的规定。

7.1.3 PTN关键技术 3.端到端层次化QoS 队列调度：当网络发生拥塞现象时，多个报文将同时竞争 使用资源，网络上的转发设备如何制定资源调度策略，决 定报文转发处理次序，这就是拥塞管理。拥塞管理一般采 用队列机制，内容包括队列的创建、决定报文的队列归属 的流分类和队列间的调度策略。 拥塞避免：拥塞避免是指通过监视网络资源（如队列或内 存缓冲区）的使用情况，在网络尚未发生严重过载的情况 下，主动采取丢弃报文的策略，通过降低网络负载来缓解 或解除网络拥塞的一种流控策略。一般采用随机早期检测 RED丢弃算法能避免TCP全局同步现象. 此外，TMPLS网管系统一般提供各层面QoS的核查，即 CAC(连接接入控制)机制。

7.1.3 PTN关键技术 4.全程电信级保护机制 PTN网络保护主要针对线形网络和环形网络进行保护。 （1）线性保护倒换分为1+1和1：1两种。 在1+1保护倒换中，首端永久桥接，保护传送实体专门保 护工作传送实体，通常情况下，业务同时输入到工作和保 护传送实体中，同时传输到接收端，接收端正常情况下接 收工作传送实体传送的业务信号，当工作传送实体发生重 大故障后，接收端接收保护传送实体传送的业务信号。 在1:1结构中，保护传送实体专门保护工作传送实体，正 常情况下，业务信号利用工作传送实体传送，保护传送实 体无业务信号，工作传送实体发生重大故障，业务信号利 用保护传送实体传送，接收端选择接收业务信号。

7.1.3 PTN关键技术 1+1保护倒换连接如下图所示。

7.1.3 PTN关键技术 发生故障后1+1保护倒换如下图所示。

7.1.3 PTN关键技术 1：1保护倒换连接如下图所示。

7.1.3 PTN关键技术 发生故障后1：1保护倒换如下图所示。

7.1.3 PTN关键技术 环网保护分为环回和转向。 环回保护是当检测到网络故障导致业务信号传送失效时， 故障两侧节点发出倒换请求，业务信号将利用倒换开关重 构的路径继续传送，当网络故障清除时，业务信号依据 APS协议返回原工作路径传送。 转向保护是当检测到网络故障导致业务信号传送失效时， 环形网所有节点发生倒换，业务信号利用倒换重构的与原 路径完全相反的路径传送信号，当网络故障清除时，业务 信号依据APS协议重返原工作路径传送。

7.1.3 PTN关键技术 环回保护倒换连接如下图所示。

7.1.3 PTN关键技术 发生故障后环回保护倒换如下图所示。

7.1.3 PTN关键技术 转向保护倒换连接如下图所示。

7.1.3 PTN关键技术 发生故障后转向保护倒换如下图所示。

7.1.3 PTN关键技术 5.时间同步技术—IEEE 1588v2 目前PTN网络普遍采用的时钟同步技术方案有TOP技术、同 步以太网技术和IEEE 1588V2精确时间协议技术3种。 其中TOP技术和同步以太网技术只能支持时钟频率传送， 不支持时间信号传送；IEEE 1588v2同时支持时间和频率 同步，同步精度高，可达亚微秒级，网络报文时延差异 PDV影响可通过逐级恢复方式解决，是业界统一的标准。 IEEE 1588v2技术采用主从时钟方案，对时间进行编码传 送，时戳的产生由靠近物理层的协议层完成，利用网络链 路的对称性和时延测量技术实现主从时钟的频率、相位和 绝对时间的同步。

7.2 OTN技术 7.2.1 OTN技术提出的背景 OTN技术最初提出的目标丰富存放业务信号的各级别容器， 提供比SDH虚容器VC（主要是VC-12和VC-4）更大容器颗粒， 即开发出光通路数据单元ODUk来主要承载TDM业务，此目 标在2001年初步完成，在2004年左右基本成熟。随着以太 网数据业务的与日俱增，从2005年左右开始，OTN的目标 锁定在增加以太网数据业务接口，并利用该类接口透明承 载10GE数据业务及可扩展地灵活承载不同速率级别的以太 网业务等核心问题上，到2009年10月，实现该目标的OTN 接口标准G.709在ITU-TSG15全会上获得通过，标志着OTN 技术的标准化发展步入与最初目标发生较大偏离的，以适 应以太网业务传送为主要目标的新阶段。

7.2 OTN技术 7.2.1 OTN技术提出的背景 作为目前最能代表光传送网发展方向的 OTN技术,最大的 特点在于它以WDM为技术平台，充分吸收了SDH（MSTP）出 色的网络组网保护能力和OAM运行维护管理能力，使SDH和 WDM技术优势综合体现在OTN技术中, 能为大颗粒、大容量 的IP化业务在城域骨干传送网及更高层次的网络结构,提 供电信级网络保护恢复和节点自动发现与自动建立等智能 化功能,并大大提高单根光纤的资源利用率。OTN技术将会 成为今后几年各大运营商建设城域骨干传送网及干线网重 点采用的传送技术，将是有效承载IP化业务、增强全业务 运营核心竞争力的重要手段和保障。

7.2.2 OTN的定义 OTN（光传送网，Optical Transport Network），是以 WDM波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是 下一代的骨干传送网。 OTN 为G.872、G.709、G.798 等一系列ITU-T 建议所规范 的新一代光传送体系，通过ROADM 技术、OTH 技术、 G.709封装和控制平面的引入，将解决传统WDM 网络无波 长/子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力弱等问 题。 ULH的发展与OTN 技术的发展相结合，将可以进一步扩大 OTN 的组网能力，实现在长途干线中的OTN 子网部署，减 少OTN 子网之间的O/E/O 连接，提高DWDM 系统的传输效 率。

7.2.2 OTN的定义 OTN具有以下特点： （1）建立在SDH经验之上，为过渡到NGN指明了方向。 （3）可以对光域中光通道进行管理。 （4）采用FEC技术，提高误码性能，增加了光传输的跨距。 （5）引入了TCM监控功能，一定程度上解决了光通道跨多自 治域监控的互操作问题。 （6）通过光层开销实现简单的光网络管理（业务不需要OEO 转换即可取得开销）。 （7）统一的标准方便各厂家设备在OTN层互连互通。

7.2.2 OTN的定义 OTN与SDH的主要区别： （1）OTN与SDH传送网主要差异在于复用技术不同，但在很 多方面又很相似，例如，都是面向连接的物理网络，网络 上层的管理和生存性策略也大同小异。 （2）由于DWDM技术独立于具体的业务，同一根光纤的不同 波长上接口速率和数据格式相互独立，使得运营商可以在 一个OTN上支持多种业务。OTN可以保持与现有SDH网络的 兼容性。 （3）SDH系统只能管理一根光纤中的单波长传输，而OTN系 统既能管理单波长，也能管理每根光纤中的所有波长。

7.2.2 OTN的定义 OTN主要由传送平面、管理平面和控制平面组成。 控制平面负责搜集路由信息，并计算出业务的具体路由； 控制平面对应实体即具备控制平面功能的相关单板。通过 加载控制平面将能够实现资源的自动发现、自动端到端的 业务配置，并能提供不同等级的QoS 保证，使业务的建立 变得灵活而便捷，由其构建的网络即基于OTN 的智能光网 络（ASON）。 传送平面可分为电层和光层，电层包括支路接口单元、电 交叉单元、线路接口单元和光转发单元，主要完成子波长 业务的交叉调度，而光层包括光分插复用单元（或光合波 和分波单元）及光放大单元，主要完成波长级业务的交叉 调度和传送，电层和光层共同完成端到端的业务传送；

7.2.2 OTN的定义 管理平面提供对传送平面、控制平面的管理功能以及图形 化的业务配置界面，同时完成所有平面间的协调和配合。 管理平面的实体即网管系统，能够完成M.3010 中定义的 管理功能，包括性能管理、故障管理、配置管理、安全管 理等。 三个平面协同工作，共同实现智能化的业务传送。

7.2.3 OTN关键技术 1. G.709帧结构 OTN帧格式与SDH 的帧格式类似，通过引入大量的开销字 节来实现基于波长的端到端业务调度管理和维护功能。业 务净荷经过OPU（光通路净荷单元）、ODU（光通路数据单 元）、OTU（光通路传送单元）三层封装最终形成OTUk 单 元，在OTN 系统中，以OTUk 为颗粒在OTS（光传输段）中 传送，而在OTN 的O/E/O 交叉时，则以ODUk 为单位进行 波长级调度。

7.2.3 OTN关键技术 2.基于光层交叉的ROADM ROADM是OTN采用的一种较为成熟的光交叉技术。ROADM是 相对于DWDM中的固定配置OADM而言，其采用可配置的光器 件，从而可以方便的实现OTN节点中任意波长的上下和直 通配置。 ROADM的主要优点是： （1）可远程重新配置波长上下，降低运维成本； （2）支持快速业务开通，满足波长租赁业务； （3）可自由升级扩容， 实现任意波长到任意端口上下； （4）可实现波长到多个方向，实现多维度波长调度； （5）支持通道功率调整和通道功率均衡。

7.2.3 OTN关键技术 2.基于光层交叉的ROADM 目前ROADM存在的主要问题是： （1）距离：传输距离可能受到色散，OSNR和非线性等光特 性的限制，这一个问题在40G存在的情况下尤其严重适用 于大颗粒业务,无法支持子波长调度； （2）排它性：不支持多厂家环境、不支持多规格网络、不 支持小管道聚合成大管道应用； （3）保护：倒换速度太慢，只能做业务恢复； （4）波长冲突：在大网络中非常严重，导致网络资源分配 的难度增加，不得不采用轻载的方式解决问题。

7.2.3 OTN关键技术 3.基于电层交叉的OTH目前ROADM存在的主要问题是： OTH主要指具备波长级电交叉能力的OTN设备，其主要完成 电层的波长交叉和调度。交叉的业务颗粒为ODUk（光数据 单元），速率可以是2.5G、10G和40G。 目前OTH面临的主要问题是： （1）交叉容量低于光交叉，一般在T比特级以下，在现有技 术条件下做到T比特以上较为困难； （2）目前还没有交叉芯片能提供ODUk的开销检测； （3）ODU1中没有时隙，无法实现更小颗粒业务（例如GE） 的交叉。

7.2.3 OTN关键技术 3.基于电层交叉的OTH目前ROADM存在的主要问题是： OTH的主要优点是： （1）适用于大颗粒和小颗粒业务； （2）支持子波长一级的交叉； （3）O-E-O技术使得传输距离不受色散等光特性限制； （4）ODUk帧结构比SDH简单，和SDH交叉技术相比具有低成 本的优势； （5）具有SDH相当的保护调度能力； （6）业务接口变化时只需改变接口盘； （7）将OTU种类由MxN降低为M+N,减少了单盘种类。

7.2.3 OTN关键技术 4.OTN组网保护 （1）光通道1+1 波长保护

7.2.3 OTN关键技术 4.OTN组网保护 （2）光通道1+1 路由保护

7.2.3 OTN关键技术 4.OTN组网保护 （3）1+1 光复用段保护

7.2.3 OTN关键技术 4.OTN组网保护 （4）光线路1:1 保护

7.2.3 OTN关键技术 4.OTN组网保护 （5）OCh 1+1 保护

7.2.3 OTN关键技术 4.OTN组网保护 （6）OCh 1:2 保护

7.2.3 OTN关键技术 4.OTN组网保护 （7）ODUk 1+1 保护

7.2.3 OTN关键技术 4.OTN组网保护 （8）ODUk 1:2 保护

7.2.4 OTN功能引入策略 （1）接口方面 混合网络：扩容、补网仍然采用原OTU单板，采用原有方式 实现互联互通。 （2）交叉调度 采用光电混合交叉设备实现波长和子波长级别的业务调度。 光层调度：采用ROADM技术。首先环内动态光通道调度功能， 逐步实现复杂网络拓扑环间业务动态调度功能。 电层调度：首先在城域网中引入小容量调度设备，逐步在城 域骨干和干线层引入G/T级别的大容量设备。 （3）控制层面 加载在OTN设备的GMPLS控制层面目前还不成熟。

7.2.4 OTN功能引入策略 OTN技术在各级网络上的组网建议： （1）一干的设备形态以OTM+OADM+OLA为主，2维ROADM有一定 潜在需求，关注低成本，一干对OTH有一定需求，但是大部 分供应商的产品目前还达不到其应用的容量要求； （2）二干的设备形态同国家干线，所不同的是多维ROADM会有 一定需求，OTH容量要求小些 （3）城域网，城域核心应用以波分应用为主，包括多维的 ROADM，OTH部分主要是子波长业务的汇聚功能为主，调度功 能为辅，同时实现灵活的业务保护。随着全业务发展，OTN 网络会延伸到城域汇聚层。

7.3 全光网络 7.3.1 全光网络概述 全光网络指信号以光的形式通过整个网络，直接在光域内进 行信号的传输、再生和交换/选路，中间不经过任何O/E转换， 信息从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域内运行。 全光网络主要由光传送系统和在光域内进行交换/选路的光 节点组成。由于光器件的局限性，目前全光网络的覆盖范围 很小，要扩大网络范围，需通过O/E转换来消除光信号在传 输过程中的损伤。因此，目前所说的“光网络”是由高性能 的O/E转换设备连接众多的全光透明子网的集合，是ITU-T有 关“光传送网”概念的通俗说法。

7.3 全光网络 7.3.1 全光网络概述 全光网络包括光传输、光放大、光再生、光选路、光交换和 光信息处理等先进的全光技术。 1．波长路由 7.3 全光网络 7.3.1 全光网络概述 全光网络包括光传输、光放大、光再生、光选路、光交换和 光信息处理等先进的全光技术。 1．波长路由 通过波长选择性器件实现路由选择，是目前全光网络的主要 方式。而光数据包交换尚不具备条件，其最大的困难来自光 记忆和逻辑器件的缺乏。 2．透明性 由于全光网络中的信号传输全部在光域内进行，不再有电中 继，因此全光网络具有对信号传输的透明性。透明性有两个 含义：信号速率透明和信号格式透明。

7.3.1 全光网络概述 3．网络结构的扩展性 全光网络应当具有扩展性，而且是在尽量不影响已有通信的 同时扩展用户数量、速率容量、信号种类等。因此，目前全 光网络结构和网络单元都强调模块化的扩展能力，即无需改 动原有结构，只要升级网络连接，就能够增添网络单元。 4．可重构性 全光网络的可重构性是指在光波长层次上的重构，包括直接 在光域里对光纤折断或节点损坏作出反应，实现恢复；建立 和拆除光波长连接；自动为突发业务提供临时连接。 5．可操作性 由于全光网络比现有的网络多了一个光路层，因此其管理表 现出一些独有的特征。尽管目前全光网络的控制和管理尚未 定型，但基本要求是相同的，允许在各个不同管理层次上控 制和管理全光网络。

7.3.1 全光网络概述 全光网络纵向可分为客户层、光通道层、光复用段层和光传 送段层，两相邻之间构成客户/服务层关系。

7.3.1 全光网络概述 光通道层负责为来自电复用段层的客户信息如SDH、PDH、 ATM、IP选择路由和分配波长；为灵活的网络选路安排光信 道连接，提供端到端的连接，处理光通道开销，提供光通道 层的检测和管理功能，通过重新选路或直接把工作业务切换 到预定的保护路由来实现保护倒换和网络恢复。 光复用段层保证相邻两个波长复用传输设备间多波长复用光 信号的完整传输，为多波长信号提供网络功能，主要包括： 为灵活多波长网络选路重新安排光复用段功能，为保证多波 长光复用段适配信息的完整性处理光复用段开销，为网络的 运行和维护提供复用段的检测和管理功能。 光传送段层为光信号在不同类型的光传输介质上提供传输功 能，同时实现对光放大器或中继器的检测和控制功能等。通 常涉及功率均衡问题、EDFA增益控制问题、色散的积累和补 偿问题。

7.3.4 全光网络的设备类型 在全光网络中为了实现灵活组网，主要由光分插复用器 （OADM）和光交叉连接器（OXC）组成。 7.3.4 全光网络的设备类型 在全光网络中为了实现灵活组网，主要由光分插复用器 （OADM）和光交叉连接器（OXC）组成。 在环形光传送网中各节点主要采OADM光分插复用器设备，根 据OADM所在点上需要通信信息量的大小，解出相应的光波长 （下路）或插入相应的光波长（上路）。 目前采用的OADM只能在中间局站上、下固定波长的光信号， 使用起来比较死板。未来的OADM对上、下光信号将是完全可 控制的，就像目前的ADM上、下电路一样，通过网管系统就 可以在中间局随意地选择上、下一个或几个波长信道的光信 号，使用起来非常方便，组网十分灵活。

7.3.4 全光网络的设备类型 OXC是光传送网络的重要网络元件，主要设置在集中交换业 务量较大的网络节点上。OXC主要完成光通道的交叉连接和 本地上、下路功能。 本地上、下光路功能与ADM相类似，将某些光路在本地下路 送到SDH设备中或将SDH设备来的光信号进行复用送到主信道 中传送。光通道交叉连接功能根据路由算法选择的不同，进 行光波长选择或光波长的变换，以实现相同波长或不同波长 通道的交叉连接。 与OADM相类似，未来的OXC将像现在的DXC一样，可以利用软 件对各路光信号波长随意灵活进行交叉连接。OXC对全光网 络的调度、业务的集中与疏导、全光网络的保护与恢复等都 会发挥重大的作用。