OTN技术在Sub-ODU1多路复用中的应用

电子设计 发表于 2018-11-06 08:30:00 收藏 已收藏
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OTN技术在Sub-ODU1多路复用中的应用

电子设计 发表于 2018-11-06 08:30:00
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电信级网络正从以TDM为中心的传输结构向一种可简化传输网络且越来越多地依赖于分组交换技术的结构方向转变。从长期看,SONET/SDH作为现有电信级城域与核心骨干网络的基础, 其传输和交换层的地位将会被取代,电信运营商以此大幅降低运营成本。OTN可提供一种比SONET/SDH更简单的传输协议,不仅专门针对传输应用进行了优化,而且不会像SONET/SDH一样受困于客户端信号传输速率低至1.5或2 Mbit/s的高强度配置的交换层功能。

OTN(光传送网,OpticalTransportNetwork),是以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通过G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建议所规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”。OTN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。

光传送网面向IP业务、适配IP业务的传送需求已经成为光通信下一步发展的一个重要议题。光传送网从多种角度和多个方面提供了解决方案,在兼容现有技术的前提下,由于SDH设备大量应用,为了解决数据业务的处理和传送,在SDH技术的基础上研发了MSTP设备,并已经在网络中大量应用,很好地兼容了现有技术,同时也满足了数据业务的传送功能。但是随着数据业务颗粒的增大和对处理能力更细化的要求,业务对传送网提出了两方面的需求:一方面传送网要提供大的管道,这时广义的OTN技术(在电域为OTH,在光域为ROADM)提供了新的解决方案,它解决了SDH基于VC-12/VC4的交叉颗粒偏小、调度较复杂、不适应大颗粒业务传送需求的问题,也部分克服了WDM系统故障定位困难,以点到点连接为主的组网方式,组网能力较弱,能够提供的网络生存性手段和能力较弱等缺点;另一方面业务对光传送网提出了更加细致的处理要求,业界也提出了分组传送网的解决方案,目前涉及的主要技术包括T-MPLS和PBB-TE等。

随着网络业务对带宽的需求越来越大,运营商和系统制造商一直在不断地考虑改进业务传送技术的问题。

数字传送网的演化也从最初的基于T1/E1的第一代数字传送网,经历了基于SONET/SDH的第二代数字传送网,发展到了目前以OTN为基础的第三代数字传送网。第一、二代传送网最初是为支持话音业务而专门设计的,虽然也可用来传送数据和图像业务,但是传送效率并不高。相比之下,第三代传送网技术,从设计上就支持话音、数据和图像业务,配合其他协议时可支持带宽按需分配(BOD)、可裁剪的服务质量(QoS)及光虚拟专网(OVPN)等功能。

OTN 最初旨在支持基础ODU1信号中速率在2.488 Gbit/s(STS-48/STM-160)之上的SONET/SDH信号,因此,较高速率OTN的支路槽(时隙)粒度约为 2.5 Gbit/s。尽管这种粒度大幅简化了传输网络的许多方面,但对传输一些速率显着低于2.488Gbit/s的重要客户端信号而言,效率还是极低的。OTN需要一种更高效的方法来透传上述速率较低的sub-ODU1信号,这样才能作为一种传输技术取代 SONET/SDH 。

在下一代网络(NGN)中极为重要的sub-ODU1速率的客户端信号包括:

传统信号——特别是 SONET STS-3 和 STS-12(SDH STM-1 与 STM-4)

本机数据信号——特别是每秒千兆位以太网 (GE) 以及诸如光纤通道与ESCON的存储区域网 (SAN) 信号

本机视频信号——如 HD-SDI

未指定的未来 CBR 信号

Sub-ODU1 速率客户端信号的透传选择

ITU-T SG15 标准机构就sub-ODU1 速率客户端信号透传的三种方法进行了漫长的讨论:

保持OTN分层不变,但针对点对点应用采用 sub-ODU1速率的多路复用。

改变OTN分层,在ODU1信号范围内针对sub-ODU1速率的容器在 OTN 上采用全新的独立交换层。

扩展OTN分层,在现有分层中采用最新较低速率的ODU信号(ODU0)。

2008年12月,ITU-T最终采用了第三种方法作为长期的解决方案。考虑到ODU0近期的标准化,在网络管理系统中使用ODU0以及外购市场的硅晶圆供应商提供ODU0映射及交换器,都尚需时日。因此,ODU0的部署将需要几年的过渡时期。该过渡期的第一阶段是只将ODU0多路复用至ODU1,交换则在ODU1 层进行。

尽管第二种方法存在一些小范围的实施,但其仍有无法忽视的缺点而最终不获ITU接纳。第一种方法仍是一种可行且重要的选择,适用于每端都采用同一制造商设备的“同端(book-ended)”系统。

目前 OTN 架构中支持点对点多路复用的Sub-ODU1速率信道 Sub-ODU1多路复用的一个重要应用是为企业客户连接客户端设备(CLE)。目前,这种光互连通常使用SONET/SDH,其需要在CLE和/或CPE中实现全面的SONET/SDH功能。为客户部署OTN接口后,便无需CLE和/或CPE支持SONET/SDH了。

Sub-ODU1多路复用的另一个重要应用是在接入和城域网络中实现有效的物理层汇聚。今后几年里,会有来自传统电信运营商接入设备和企业网络接口的SONET/SDH信号。与其维持一个完整的SONET/SDH接入网络,倒不如通过OTN来透传这些信号以大幅简化网络。汇聚和多路复用对于带宽效率的提高具有非常重要的作用,通常物理层汇聚的成本远远低于更高层的汇聚。链路层和网络层汇聚最好在网络更深处进行,以便实现更好的统计多路复用(Statistical Multiplexing)效果。随着GE信号开始逐步取代SONET/SDH用于企业客户连接以及宽带接入系统和无线基站的连接,sub-ODU1多路复用的技术对GE的有效支持同样非常重要。

由于上述应用均在一个电信运营商网络之内,且不会跨越电信运营商间的边界,因此在连接两端都使用相同厂商设备的“同端(book-ended)”解决方案是可行的。因此,也就无需对这种方法加以标准化。针对物理层接入网络和企业客户汇聚的OTN网络通常采用无需插/分功能的点对点或树形结构。

一、Sub-ODU1客户端支持的分阶段模式

传统交换设备和网络管理系统的局限性导致其短期内难以支持ODU0。因此,分三阶段的演进是最可行的,以配合设备和网络管理系统的预期演进:

采用sub-ODU1时隙和/或通用成帧规程(GFP)多路复用的方法来部署同端系统(book-endedsystems)。

采用只将 ODU0 信号多路复用至 ODU1 信号来部署 ODU0。

转向在整个OTN上充分采用ODU0多路复用和交换功能。

第一阶段满足了接入网络中短期的融合要求,甚至能与第二和第三阶段重叠存在。只要还存在用于接入网络和企业连接的大量传统SONET/SDH 接口,这种方法就有其存在价值。

第二阶段作为最终发展至第三阶段的一个过渡会存在很多年。

PMC-Sierra对Sub-ODU1客户端信号传输的支持PMC-Sierra 的 HyPHY 器件有两种方法用于点对点传输sub-ODU1 客户端信号:

用于SONET/SDH客户端可实现TDM多路复用的时隙结构,和用于任意速率 CBR 和数据包客户端的 GFP 帧多路复用。

二、支路时隙技术

该方法是对OTN ODTUjk机制的简单扩展,用于将ODUj信号多路复用至ODUk信号。其主要优势在于带宽效率高、简单易用而且与OTN ODTUjk多路复用相一致。

三、GFP 帧多路复用技术

ITU-T Rec. G.7041中制定的GFP包括了可选的 GFP 帧线性扩展头(Linear Extension Header),可在一个点对点链接上支持多个GFP帧流的多路复用。每个客户端流都用扩展头中的信道ID号加以识别。PMC-Sierra的HyPHY-20G利用这种GFP功能来支持任何sub-ODU1速率CBR客户端(包括SONET/SDH 客户端)的映射和多路复用,或者以分组为导向的客户端信号。这种技术的主要优势在于,它能处理任意CBR速率和分组客户端,但其缺点在于GFP帧开销可导致映射效率有所降低。

我们可通过使用类似于ITU-T G.984.3 GPON支持CBR信号的技术,实现以GFP多路复用支持CBR信号。保持每个客户端的GFP帧长度大致相等,有助于减少抖动。为实现上述目的,每个OPU1 帧期间抵达的CBR客户端字节数量应为GFP 帧平均大小的适合整数倍。

由于GFP帧多路复用类似于分组多路复用,因此我们需要采用其他方法来确保高质量的漂移性能。HyPHY产品可通过测量到达客户端信号的平均速率来解决这一问题。然后控制GFP帧的大小以匹配该平均速率。平均化的过程确保满足客户端信号的漂移要求。

处理分组客户端有两种方法。如果分组客户端需要字符级的GFP-T透明,那么所产生的GFP-T流则映射为CBR客户端。如果分组客户端可作为分组流传输,则每个分组数据包都将封装在一个GFP-F帧中。这些GFP帧将以公平机制通过GFP帧多路复用插入到OPU1有效载荷。

值得注意的是我们既能够将整个OPU1用于GFP帧,也可以在部分时隙正用于支路时隙多路复用技术的情况下将其他部分的时隙用于GFP。GFP多路复用还可应用于特定的时隙。

OTN技术在Sub-ODU1多路复用中的应用

图 1——结合支路时隙和 GFP 帧多路复用的潜在时隙使用情况

四、结论

OTN有望实现一种简化的透传网络,最终在物理层取代SONET/SDH.为了实现这一目标,OTN 必须能够传输一系列具有sub-ODU1速率的重要传统客户端信号,包括GE和SONET/SDH以及新兴客户端信号,如视频信号。

长期来看,新型1.244 Gbit/s ODU0信号有望支持所有sub-ODU0速率客户端,不过,支持交换式 ODU0的技术还需要一定的时间。

点对点多路复用解决方案将继续在接入应用中针对物理层融合长期发挥作用。由于其点对点特性,我们可通过在连接的两端均采用相同厂商的设备来方便地端接这些应用。

PMC-Sierra 的HyPHY器件是独一无二的解决方案,可同时支持 :(1)点对点sub- ODU1 速率客户端映射与多路复用至OTN ,以及(2)大容量 SONET/SDH VCAT 和 STS-n 交换。

PMC-SierraHyPHY产品系列支持的sub-ODU1映射/多路复用技术可在低复杂性、高灵活度和卓越性能之间做适当平衡。HyPHY为城域网设备提供了最高灵活性,同时亦有助推动用于sub- ODU1 速率客户端汇聚和交换的 ODU0 网络部署。

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