Lesson18：光传输网新技术（OTN&PTN）介绍

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1 Lesson18：光传输网新技术（OTN&PTN）介绍
OTN: Optical Transport Network 2 PTN: Packet Transport Network

2 传统WDM在宽带业务承载方面的局限 业务调度不灵活 组网能力差 保护机制不完善 简单的OSC，无法对通道进行精确的管理 ……
问题主要在调度、保护、管理等方面。

3 ITU-T为何要制定OTN标准 统一传送网的传送层标准： 传送网可分为接入层，汇聚层和传送层。传送层原来的事实标准是SDH，但SDH太多地兼顾了接入层和汇聚层技术，不太适用于传送层，所以ITU制定了OTN，专门加强了传送层的功能，减弱了接入和汇聚层的功能，希望能将所有业务的传送层统一成一个标准。统一的标准有利于实现不同厂家设备的互通。 提供更好的管理功能：OTN更加强调面向传送层的网络管理和维护功能，为实现这些功能制定了丰富的维护管理开销，并对这些开销的功能和实现给出了详细的定义，有利于实现管理维护信息的互连互通 OTN设计的初衷是希望将SDH作为净荷完全封装到OTN中，以弥补SDH在面向传送层时的功能缺乏和维护管理开销的不足

4 SDH的优势可以弥补WDM的不足 …… SDH的电层处理机制 + WDM的大容量传送机制 = OTN 强大而灵活的交叉调度能力
多种完善的保护机制 规范的映射、复用，多层次的嵌入式开销 丰富的可运营可管理经验 1、加胶片：和SDH的对比（肯定的方式）； …… SDH的电层处理机制 + WDM的大容量传送机制 = OTN

5 OTN的产生背景 OTN G.709 高速数字传输网 第一代 第二代 第三代 主要传送业务 语音 语音，少量数据 数据，少量语音 业务特点
确定 为主 确定+突发 突发为主 业务量 较少 较多 多（爆炸式增长） 业务承载 光纤+单波长 光纤+多波长 典型业务速率 STM-16 OTU2 业务标准 T1/E1 SONET/SDH OTN 标准“法典” G.707 G.709

6 Optical Multiplex Section Optical Transmission Section
OTN的分层结构 IP、ETHERNET、 ATM、SDH/SONET 客户层 Optical Channel layer network 光信道层（OCh） 光信道净荷单元（OPU） 光信道数据单元（ODU） 光信道传送单元（OTU） 3个电域子层 Optical Multiplex Section Layer network 光复用段层（OMS） 光层 Optical Transmission Section Layer network 光传输段层（OTS）

7 OTN网络层次结构 Associated overhead Wrapper Non-associated overhead OPSn
OTUk Optical Channel (OCh) Optical Channel Carrier (OCC) OCC Client ODUk FEC OH OCh Transport Unit (OTUk) OPUk OCh Data Unit (ODUk) Client OCh Payload Unit (OPUk) Wrapper Associated overhead Optical Transport Module OTM Overhead Signal Optical Supervisory Channel OSC OOS OH Non-associated overhead OMSn OTSn Optical Multiplex Section Optical Transmission Section OPS0 Optical Physical Section

8 OTN的分层模型 光信道净荷单元（OPUk）：实现客户层信号映射进一个固定帧结构（数字包装）的功能。（如STM-N信号、IP分组、ATM信元及以太网帧） 光信道数据单元（ODUk）：提供与客户层无关的连通，连接保护和监控等功能。也叫数据通道层。由信息净负荷（OPUk）和相关开销组成。ODUk路径和ODUkTCM 光信道传送单元（OTUk）：提供FEC，光段层保护和监控等功能。也叫数字段层。

9 最终输出的主光信号 由多个波长组成，每个波长都有特定的帧格式（OTUk） m=速率等级

10 与SDH不同，不同速率(k＝0、1、2、3、4)情况下， 帧的大小保持不变，但每一帧传送所需的时间(帧频)不同。
OTN电层帧结构 OPUk  ODUk  OTUk k= ≈ 1.25G (为了适配GE端口) k= ≈2.5G k= ≈ 10G k= ≈ 40G k= ≈ 100G 与SDH不同，不同速率(k＝0、1、2、3、4)情况下， 帧的大小保持不变，但每一帧传送所需的时间(帧频)不同。

11 OTN映射和复用结构 客户信号 复用 OTS, OMS, OCh, COMMS开销 映射 ODTUG3 ODTUG2 OChr OCh
OTU3[V] OTU2[V] OTU1[V] 客户信号 OPU3 ODU3 OCCr OCC OCG-nr.m 1 ≤ i+j+k ≤ n OCG-n.m OPU2 ODU2 1 OPU1 ODU1 OTM-nr.m OTS, OMS, OCh, COMMS开销 OSC OOS OTM-n.m 4 16  i  j  k  1 OTM-0.m

12 OTN帧结构-- OTN开销 OTN帧开销 OPUk OH OPU k Payload ODUk RES FAS Alignm OTUk
MFAS SM GCC0 RES Mapping & Concat Specific RES TCM5 TCM4 TCM3 TCM2 TCM1 TCM6 TCM ACT FTFL PM EXP GCC1 GCC2 APS/PCC PSI Mapping & Concat Specific 255 1 PT

13 OTN帧结构--OTN开销 帧定位 帧定位区为开销部分的第一行的1－7列，包含一个6字节的帧定位信号（FAS）和1字节的复帧定位信号（MFAS）。 帧定位信息（FAS）的结构如图所示，6个字节为3个OA1和3个OA2字节。和SDH相仿，OA1为0xF6，OA2为0x28，即FAS的序列为：F6F6F ；并且是不经扰码进行传输的。 OOF，LOF告警都通过对FAS字节的检测得到。 某些OTUk和ODUk开销字段可能会跨越多个OTU帧。因此定义了MFAS字节。MFAS字节的值随每帧进行增加，因而能够提供一个256帧的复帧，MFAS字节的值需要加扰码。

14 OTN帧结构--OTN开销 OTUk开销 包含3部分： SM GCC0：两个字节，不同的OTUk终端之间的通用通信通道（General Communications Channel）,传输的内容不在G.709规范之内；功能类似SDH中的E1字节。 RES：两个字节的保留字节，全0。

15 OTN帧结构--OTN开销 段监控开销（SM）
a.路径踪迹标示符（TTI）：它是一个复帧传输字节，为64字节的内容。每一个OTUk复帧（256帧）传输4次。64字节TTI的0字节出现在OTUk的复帧位置为： (0X00), (0X40), (0X80), (0XC0)。 b.比特间插校验（BIP-8）：用于比特间插校验，第i帧校验结果写在第i+2帧内。 c.后向差错指示/后向输入定位错误指示BEI/BIAE(1~4)：用于回送OTUk 接收到的BIP-8 错误和定帧错误（IAE） d.后向缺陷指示BDI （5）：用于回送OTUk接收到的信号缺陷（SD）状态 e.输入定位错误IAE(6)：用于指示OTUk接收到的定帧错误状态

16 OTN帧结构--OTN开销 ODUk开销描述 1、ODUk通道监视开销（PM）：TTI、BIP-8、BDI、BEI、STAT
2、ODUk串联连接监视开销（TCM)： TCM使得网络运营商能够让信号从 自己的网络入口点和出口点对该信号进行监控 3、ODUk串联连接监视激活、去激活协议（TCM ACT） 4、ODUk故障类型和故障定位报告通信通道（FTFL） 5、ODU实验开销（EXP） 6、ODUk通用通信通道开销（GCC1、GCC2）：被分配用来支持2个能打开 ODUk帧结构的网元之间的通信 7、自动保护倒换和保护通信通道开销（APS/PCC）

17 OTN帧结构--OPUk开销 JC：调整控制字节： 指示客户数据同OPUk之间的正负调整状态。
同步映射时：NJO为调整字节，PJO为数据字节，JC为00 异步映射时：负调整NJO和PJO为数据字节，JC为01 正调整NJO和PJO为调整字节，JC为11

18 OTN映射——IP和以太网数据信号映射 通用成帧处理帧的映射是通过把具有字节结构得GFP帧按行放置在OPUk净荷区中。
在GFP帧的封装阶段可插入空闲帧，所以GFP帧可以有与OPUk净荷区相同容量的连续比特流输入 不必进行速率适配和扰码。

19 OTN设备完整功能模型 OMS MUX/DMUX OTS OA OCh 光交叉连接 客户侧信号 -> ODUk映射 支路模块 ODUk -> OTUk适配 线路模块 集中式的ODU电交叉模块是OTN调度和保护能力的重要基础，丰富的嵌入式开销支撑了OTN强大而精细化的管理，这是OTN设备的典型特征。 ODUk电交叉连接 交叉模块 ODUk交叉类似于SDH 的VC交叉，但是交叉颗粒更大，另外SDH不具备的是光层的交叉。光层交叉是基于波长级别的交叉，适合于大颗粒的交叉调度，而电层交叉颗粒较小。所以其实OTN技术可以完美地结合电层和光层的调度。 STM-N/GE/10GE/2.5G POS/10G POS/ATM/SAN等

20 OTN电交叉设备 类似于现在的SDH交叉设备，OTN电交叉设备完成ODUk级别的电路交叉功能，为OTN网络提供灵活的电路调度和保护能力。

21 OTN光电混合交叉设备 OTN电交叉设备可以与OCh交叉设备（ROADM或PXC）相结合，同时提供 ODUk电层和OCh光层调度能力。波长级别的业务可以直接通过OCh交叉，其他需要调度的业务经过ODUk交叉。两者配合可以优势互补，又同时规避各自的劣势。这种大容量的调度设备就是OTN光电混合交叉设备。

22 OTN与SDH的对比 SDH OTN 带宽较小 业务封装效率不高 带宽大，扩容方便 大颗粒调度 业务封装效率高 业务透明传送
小颗粒调度 业务封装效率不高 单级监控 没有FEC 带宽大，扩容方便 大颗粒调度 业务封装效率高 业务透明传送 多级串联连接监视 带外FEC

23 OTN与传统WDM的对比 传统WDM OTN 组网能力差 多样的组网能力 强大灵活的调度能力 保护机制不完善 多种完善的保护机制
业务调度不灵活 强大灵活的调度能力 保护机制不完善 多种完善的保护机制 简单的OSC无法对 通道进行精确的管理 丰富的开销管理

24 OTN技术的优势总结

25 PTN: Packet Transport Network
2 PTN: Packet Transport Network

26 为什么要使用PTN 业务IP化和大颗粒化，导致城域网将由主要承载现有E1/STM-1(2M/155M速率)TDM业务逐渐转向承载FE/GE(10M/100M/1000M速率)IP业务。 城域网技术需要由现有“以TDM电路交换为内核”向“以IP分组交换为内核”演进 3G和全业务竞争，导致城域网不仅承载2G/3G语音和数据业务，还需承载集团客户和家庭业务。 城域网需要扩大规模并考虑多业务统一承载对于基站和高价值集团客户等高价值业务和普通集团客户和家庭宽带等低价值业务，需要合理选择组网技术，增强对于大规模数据业务的控制和管理 TD-SCDMA空口精确时钟和时间同步需求，导致城域网需要提供更高精度的同步信号传送能力。 改造现有MSTP/SDH网络成本较高 新建分组化城域网应考虑1588v2等同步功能

27 SDH/MSTP和PTN设备的交换方式 各种技术都具备完善的保护机制、组网灵活、网管能力强
E1 、 STM - N ATM VC交叉连接（TDM） FE GE 客户侧接口 分组交换 SDH MSTP PTN 内核 承载业务类型 技术特点和现状 SDH设备 TDM交换（VC交叉） TDM业务 无法承载分组业务 MSTP设备 TDM业务和分组业务 在分组业务比重较大时承载效率较低 PTN设备 分组交换 在分组业务比重较大时承载效率较高 各种技术都具备完善的保护机制、组网灵活、网管能力强 现网96%的设备支持MSTP功能，满足接口IP化，但内核仍为TDM 为适应分组业务承载，需要推动MSTP向传送IP化技术演进

28 SDH/MSTP和PTN设备的架构 核心差别是交换方式和统计复用能力 与MSTP相比PTN的优势 MSTP与PTN有明确的定位
刚性管道，无统计复用 弹性管道，有统计复用，带宽规划可按收敛比、提高带宽利用率 速率 核心层10G，汇聚层10G/2.5G，接入层622/155M组网 核心层、汇聚层10GE，接入层GE组网 组网 环形、链形、MESH 保护 复用段保护、通道保护、SNCP 保护 1+1/1:1 LSP线路保护 保护性能 50ms电信级保护 控制平面 可升级支持 与MSTP相比PTN的优势 业务IP化，网络设备以太网接口越来越普及 业务量增加，统计复用提高带宽效率 MSTP与PTN有明确的定位 MSTP定位以TDM业务为主、分组业务为辅 PTN在分组业务占主导时（约70％）才体现优势

29 刚性管道演变为弹性管道 Port Lambda 带宽 物理端口 业务端口 VC12 VC3 VC4 ODU 2M 51M 155/622M
2.5G 业务端口 Tunnel/PW 100M 1000M 10G Port Tunnel PW

30 PTN的优势 优势 继承MPLS的转发机制和多业务承载能力(PWE3) 支持分组交换、QoS和统计复用能力（IP化）
采用面向连接技术，提高业务端到端性能保证 继承传送网的OAM和保护能力 去除了IP的复杂的路由协议和面向非连接的特性，更适应城域网环网结构和汇聚型业务需求 去除了SDH的TDM交换和同步 可靠性 可扩展性 多业务承载 OAM和管理 QoS 和 统计复用 高精度同步定时 PTN产品提供两种QoS策略，一种是Diff-Serv的QoS模型，另一种是端到端SLA保障的QoS策略：端到端保证的QoS就是要保证业务传送过程中端到端的带宽、时延、抖动等指标。 为PTN对于QOS保证提出“管道”化的设计理念： 在网络的UNI侧通过H-QoS (层次化QoS) 策略实现业务管道的划分，NNI侧业务的上行“管道”划分为2类，一类是QOS绝对保证的面向连接的管道，根据流量工程（DS-TE）实现带宽等资源的管理；另一类“管道”是普通用户上网等尽力转发的业务，这部分业务根据Diff-Sever的方式实现不同业务优先级的调度； 大管道的链路资源可以是共享或者预留，共享带宽通过转发优先级别在带宽管道内共享带宽。预留带宽通过CIR以及非保证的PIR可设置，保证CIR带宽，某个连接的CIR带宽没有占用时，其他连接的PIR可以占用这部分带宽，这样可以提高带宽利用率。

31 PTN设备思想 PTN = 分组技术 + SDH Operation 体验 PTN Packet Transport Network
technology 统计复用，高带宽利用率 5级 H-QoS PTN Packet Transport Network 面向未来 SDH Transport 体验 时钟同步 硬件 OAM & 快速保护倒换 强大的NMS，端到端业务部署 。。

32 OAM实现方案：SDH-Like PTN具备类似SDH网络的操作、管理、维护能力, 什么是SDH-Like?
MSCG BTS SR PTN PTN PTN NodeB RNC IEEE 802.3ah EFM ITU Y.1731 OAM Connectivity Layer OAM IEEE 802.1ag /ITU Y.1731 Service Layer OAM（UNI to UNI） ITU Y.1730 /ITU Y.1711 OAM LSP PW PTN具备类似SDH网络的操作、管理、维护能力, 什么是SDH-Like? 分层架构，如SDH的 RSOH、MSOH、POH，等等.. 端到端的OAM理念， 如SDH的端到端OAM监控 反馈机制，如SDH的RDI机制等 基于硬件的OAM，如SDH的OAM由硬件检测和处理

33 VS PTN通过HQoS提供差异化业务质量 非层次化QoS 层次化QoS 不同的业务有不同的CIR 不同的业务有不同的优先级
PIR = 6 Mb/s CIR = 6 Mb/s User VLAN CIR，PIR Voice (COS = EF) CIR = 512 kb/s PIR = 16 Mb/s CIR = 2Mb/s PIR = 2Mb/s Video/BTV (COS = AF4) Data (COS = BE) GE POS SDH OTN 不同的业务有不同的CIR 不同的业务有不同的优先级 用户共享大管道带宽 汇聚后的管道可以再次调度 多级调度，多颗粒调度，根据优先级调度 非层次化QoS 层次化QoS VS

34 PTN组网应用—基站E1接入

35 PTN组网应用—基站FE接入

36 PTN组网应用：专线业务

37 PTN组网应用：专网业务

38 PTN组网应用：接入及城域网上行

39 网络更替 分组化驱动 干线光传送网 SDH->OTN 城域传送网 MSTP->PTN

40 OTN+PTN联合组网模式

41 总结 电信IP化：以MSTP为代表 IP电信化：以PTN为代表

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