100G OTN系统架构和建设应用探讨

100G OTN系统架构和建设应用探讨

姚灵智,高昊

中国人民解放军31401部队125分队    辽宁大连 116000

摘要：OTN系统架构为三层，包括光通路层（OCh）、光复用段层（OMS）、光传输段层（OTS），各层之间衔接紧密，相邻层之间是Client/Server关系。其中最重要的为光通路层，OTN系统的主要功能均由该层实现。

关键词：100G；OTN系统；

1 100G OTN系统架构

1.1 光通路层（OCh）网络

光通路层能够通过光通路实现接入节点之间的数字信号的传送，并定义光通路的带宽、光信号的信噪比，还能够实现通路外开销封装。光通路层分为三个子网络层，分别为光通路子层网络、光通路传送单元子层网络、光通路数据单元子层网络。光通路层网络信号均为逻辑信号。

光通路子层网络实现传送OTUk信号的光通路层净荷和相应的光通路层的开销区。其中，OTUk中k的值可分为1、2、3、4。

光通路传送单元子层网络传送ODUk信号的光通路传送单元子层网络净荷区和开销区。其中，ODUk中k的值可分为0、1、2、2e、3、4。

光通路数据单元子层网络传送ODUk净荷区以及与传送相关联的开销。

1.2 光复用段层（OMS）网络

OMS层网络通过OMS路径实现光通路在接入点之间的传送，其特征信息包括OCh层适配信息的数据流和复用段路径终端开销的数据流，均为逻辑信号，采用n级光复用单元（OMU-n）表示，其中n为光通路个数。光复用段中的光通路可以承载业务，也可以不承载业务，不承载业务的光通路可以配置或不配置光信号。

1.3 光传输段层（OTS）网络

OTS层网络通过OTS路径实现光复用段在接入点之间的传送。OTS定义了物理接口，包括频率、功率和信噪比等参数。其特征信息可由逻辑信号描述，即OMS层适配信息和特定的OTS路径终端管理/维护开销；也可由物理信号描述，即n级光复用段和光监控通路，具体表示为n级光传输模块（OTM-n）。

2 设备模型及设备支持比特率

2.1 OTN电交叉设备模型

OTN电交叉设备的功能设备具备以太网接口、STM-N接口、OTUk接口以及其他高速接口，不同速率业务通过接口适配处理后，进行ODUk交叉复用，而后输出至线路侧接口进行处理，最后进行光复用段、光传输段处理后，通过主光通道进行传输。

OTN电交叉设备具备ODUk电交叉功能，能够提供电路保护和调度的功能，可通过OAM信令提供端到端的性能和监控功能，具备电路自动发现建立、保护恢复、重路由的能力，支持波分复用传输功能。

2.2 OTN光电混合交叉调度设备模型

OTN光电混合交叉调度设备的功能具备以太网接口、STM-N接口、OTUk接口以及其他高速接口，不同接口业务通过接口适配模块处理后进行ODUk交叉复用，而后输出至线路侧接口进行处理，经过OCh交叉设备进行业务交叉之后进行光复用段、光传输段处理，最终通过主光通道进行传输。

OTN光电混合交叉调度设备模型具备ODUk电交叉功能，不仅能够提供电路保护和调度的功能，还具备OCh光交叉能力，包括ROADM或PXC功能，支持不同方向的波长任意重构，可通过OAM信令提供端到端的性能和监控功能，可提供ODUk、OCh通道保护、恢复与协调能力，在进行保护和恢复时不会发生冲突。此外，还支持电层、光层的通道自动建立、发现和恢复功能。

2.3 100G OTN系统比特率

100G OTN系统在光层的速率可达到100Gbps，同时向下兼容1.25Gbps、2.5Gbps、10Gbps、40Gbps等速率，可根据业务带宽选择不同速率通道进行传输，支持低速率至高速率的封装，带宽使用率大幅提升。

3 100G OTN系统建设

3.1 100G OTN网络结构

100G OTN系统网络结构与10G OTN组网基本一致，也是由OTM站、OA站、中继站组成。

（1)OTM（光复用终端）站。OTM把SDH、以太网、ATM等不同业务信号通过合波器插入到DWDM的线路上去，进行波分传输，同时在另一侧通过分波器从DWDM线路上分下来。OTM站点主要包含光波长复用/解复用单元、光放大单元、波长转换单元和光监控单元。

（2)OA站。对传输的光信号进行放大。

（3）中继站。中继站也叫再生站，对信号整形、再生、放大，改善传输信噪比。

3.2 100G OTN系统建设原则

3.2.1 扩容改造

当原有10G OTN系统容量不满足使用时，可对原有10G OTN设备进行更换板卡、更换设备等操作，使其升级成为100G OTN，以满足实际使用。在扩容的同时，应注意以下三点。

（1）由于扩容需要新装或更换板卡，电源功耗更高，所以需提前勘察机房电源是否能够支撑。

（2）当需要更换机框时，应查看机架位置是否有空余，是否能够满足新机框放置。

（3）当需要新的光纤接入时，应提前查看是否有富余光纤接入，以满足传输物理资源的需求。

3.2.2 新建站点

当有新建链路时，对新的地点进行站点建设应遵循如下原则。

（1)OTM站建设原则。当有业务需要上下OTN系统时，需要建设OTM站，实现业务收发。

（2)OA站。光信号在光纤中传输时，信号强度会变弱，故需建设光放大站，以实现信号放大。一般距离超过80千米即可建立放大站。

（3）中继站。光信号在光缆中传输时，信噪比劣化，需要重新整形，使信噪比符合传输要求，一般根据需求进行中继站的建设。

4 100G OTN系统应用

集团客户专线业务的增加、超高清视频的普及、各类互联网应用使用人数的巨量增加，以及5G移动通信网的广泛建设使用，使得OTN网络承载的业务类型也在快速增加，不同种类业务对网络带宽、时延抖动等性能指标要求也不同。100G OTN系统设备作为物理层传输设备，具备低时延、高带宽、纠错和管理能力强等特点，能支撑各种业务传输。

4.1 广播电视业务传输

当前广播电视频道数量众多，单频道占用带宽已由原来标清/高清节目的2～20Mbps提高到现在4K/8K的40～200Mbps，单频道占用带宽提高了10～20倍，总带宽提升更多，且直播频道对于实时性要求更高，端到端传输基本在数十毫秒以内。100G OTN系统采用波分技术，单波可达到100Gbps，相对于10G OTN系统，可使用很少的波长传输相同数量的电视节目。100G OTN系统设备可归为物理层设备，其转发速度达到微秒级别，传输速率接近光速，传输时延可满足直播节目端到端时延要求。

4.2 数据业务传输

随着信息技术的迅速发展，互联网内容越来越丰富多样，人们的工作生活也越发离不开网络，消费娱乐阵地也从实体转移到网络上，网络用户爆发式增长，数据传输量也呈指数倍增长。由于数据流量的暴增，数据网设备应具备40G/100G转发能力，才能将数据无拥塞转发。

作为底层网络，100G OTN网络具备高带宽的特点，且具有波分的能力，当单波容量到达极限时，可以通过扩容把业务映射至其他波长，满足数据业务对带宽的需求。数据网设备与100G OTN系统的组网可形成网络基础传输架构，满足人们对于网络的需求。

4.3 5G业务传输

当前，5G建设如火如荼，5G通信具备高带宽、低时延、高可靠性的特点，可根据不同业务特点分配切片。支撑5G RAN的有线网络结构分为前传、中传、回传三部分，均需要具备低时延、高带宽、高可靠性的能力，且5G网络需要大量基站，基站至DU之间（前传）需要大量光纤进行连接，由于物理光纤纤芯数量的限制，需要波分设备划分硬切片进行信号传输。100G OTN系统是波分系统，每个波或多个波可组成一个硬切片，且该系统具备OAM能力，具备电层、光层保护倒换与重路由功能，端到端倒换时延小于50ms，提高了网络的可靠性。综上所述，100G OTN系统可满足5G前传、中传、回传承载需求。

5 总结

随着运营商100G及以上速率OTN采购规模越来越大，产业链也越来越成熟，建设成本相比10G OTN的优势越来越明显。另外，随着双千兆宽带接入、超高清视频、VR、AR、云计算、云游戏等宽带应用的不断出现，促使网络从骨干网到城域网络带宽需求呈指数倍增长，100G及以上速率的OTN大容量传输网络建设将成为缓解带宽压力的最佳手段。

参考文献

[1] 庄海力.100G OTN关键技术及多业务承载方案研究[J].数码世界,2019（11):17.

[2] 谢晖.城域传送网核心层OTN系统规划策略[J].佳木斯大学学报（自然科学版),2018,36（6):961-965.