光通信技术：fgMTN和fgOTN是什么呢？

今天这篇文章，我们来聊聊光通信。   前段时间，通信行业有一个新闻，相信很多读者都关注到了——   “2023年底，国际电信联盟标准化部门（ITU-T）第15研究组（SG15）的2022-2024研究期第三次全会在瑞士日内瓦召开。在中国代表团的合力推动下，fgMTN和fgOTN的若干项核心标准均报批，标志着新一代细粒度传输核心技术国际标准获得里程碑式进展。”   fgMTN和fgOTN是什么呢？细粒度传输，又是什么意思？   其实，这些概念，和前几年非常热门的OSU技术，有非常密切的关系。它们是光通信技术的一个重要发展方向，也是行业研究热点。   接下来，我就给大家详细科普一下，这些技术的来龙去脉。  

  █ 小颗粒业务的痛点

以前小枣君介绍传输网基础知识（链接）的时候，曾经提到过，80-90年代，行业主流的传输技术，是SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）。   SDH采用的是TDM（时分复用）方式。它的特点，是标准统一、可靠性高、容易运维，可以提供基本的确定性低时延保证。   进入21世纪后，随着时代的发展，SDH技术在带宽（最大仅支持10Gbps）等方面逐渐无法满足需求。于是，一种新型的光通信技术开始崛起。这个技术，就是大名鼎鼎的OTN（Optical Transport Network，光传送网）。  

OTN既融合了SDH在组网和运维上的一些优点，也兼具了WDM（波分复用）的大带宽传送能力。它具备长距离、大容量、硬隔离、低时延、低功耗等优势，是行业公认的新一代主流技术。  

OTN的传输能力很强，带宽极高，所以，率先应用于骨干传输网络，也就是长途干线场景。   传输网也是分为多个层级的。最核心的是骨干网，然后往下是城域网（单个城市范围内的传输网）。城域网再往下，是接入网（PON技术、蜂窝基站）。  

  骨干网采取OTN，那么，城域网怎么办？想办法也用OTN呗！那就是业界常说的“OTN下沉”。   现在运营商的宽带业务，并不是只有家庭用户，也有很多政企用户。有些政企用户，对时延、安全、可靠性等要求较高，用的是专线业务。   大部分政企业务连接，对带宽的要求其实并不高，可能只有几Mbps。而OTN支持的最小业务颗粒度是1.25Gbps。这就导致一个问题——带宽浪费。  

举个例子。一辆卡车，用来运输多个客户的水果。   卡车提供纸箱，让每个客户往纸箱里放水果。卡车司机以为客户的水果很大，提供了1立方米的纸箱。结果，每个客户要运送的水果，只是一个苹果。           这种“大箱装小果”的方式，不仅浪费了空间，还限制了箱子总数量（可以服务的客户数少了）。   老式的SDH呢，就像一个小三轮。它的纸箱小，但是，装不了大水果，而且，总体空间也不足。    

  大卡车存在空间浪费，小三轮运力不足，这就很尴尬。   除了运营商之外，很多政企客户也有自己的专网，例如铁路专网、电力专网、石油专网等。他们也面临这个问题——   自己的大部分业务都是小带宽业务（也就是小颗粒业务），SDH技术比较合适，但这个技术要淘汰了，没得用；OTN技术虽然先进，但不匹配需求。   他们在做承载网方案设计的时候，只能采用“骨干网用OTN，中下层（城域网）用SDH，接入网用PON”的方案，增加了复杂度，也没办法形成一个端到端的“硬管道”。   在这种情况下，行业就急需一种新的技术，提供小颗粒的带宽（更小的纸箱），具备隔离、安全、可靠等特性，能够完全兼容OTN（ITU G.709），弥补OTN的不足，平滑承接SDH（ITU G.707）的业务。  

    █ OSU的出现

OTN技术标准成熟于2010年左右。当时，行业就发现了OTN在小颗粒业务场景上的缺陷。   2011年，国内提出了PeOTN（Packet enhanced OTN，分组增强OTN）技术，进行应对。   PeOTN方案主要包括引入额外的VC交叉（STM-16容器等）或者分组交换（MPLS隧道等），采用多级映射传输业务。  

PeOTN的业务映射层次   这些方式，就像另外找些小盒子，先装水果，然后再往卡车的箱子里放。虽然也能利用空间，但增加了操作步骤（封装次数），提升了运维复杂度和时延。方式还增加了硬件单板，导致成本升高。   因为缺点实在太多，PeOTN一直没能成功，逐渐被行业放弃。  

2018年2月，ITU采纳了OTN小颗粒的需求，并启动相关研究。   很快，一个新的解决方案，逐渐浮出水面，那就是——OSU。   OSU，英文全名叫Optical Service Unit，光业务单元。   它是基于传统OTN的进一步演进升级，通过新增了一个OSU容器，把信号按照N x 2.6Mbps(N=1,2,3....)的方式进行拆分，可以实现从2Mbps到100Gbps的多种颗粒度业务接入和传输需求。  

  传统OTN，采用固定时隙的方式划分业务，分为ODUk（k=0,1,2,3,4）颗粒，时隙中最小颗粒是ODU0（1.25Gbps），最大颗粒是ODU4（100Gbps）。   如果是单个100G线路，接入用户的数量，是80个（100÷1.25）。   OSU，采用非固定时隙的净荷方式划分业务，即业务按照净荷块PB（Payload Block）划分颗粒，一个PB为2.6Mbps，即业务被划分为Nx2.6Mbps（N=1,2,3,4..）颗粒。   采用OSU技术可以灵活设置PB的带宽。PB的带宽决定了OSU可以支持的客户业务的最小颗粒度。   同样是100G线路，采用OSU之后，单个线路接入用户的最大数量可以从80个提升到4000个。更多的业务连接数（通道），能够更好地满足政企市场的需求。  

  还是以卡车运输水果为例。   OSU，等于定制了更小规格的箱子，增加了运输不同类型水果的灵活性，提升了空间利用率。    

  OSU还可以大幅减少时延。在传输业务中，业务每多一次封装，时延都会增加。封装层级越多，则时延越大。   传统OTN技术采用5层逐级映射封装，即VC12‐>VC4‐>ODU0‐>ODU4‐>OTUCn 5层封装复用技术。   OSUflex技术采用3层逐级映射封装，即OSUflex‐>ODUflex‐> OTUCn 3层逐级映射封装。封装次数少，可以大幅降低处理时延，满足时延敏感的业务场景需求。  

  OSU还有一个优点，就是实现秒级无损带宽调整。

传统通信技术通常难以对带宽进行快速调整，而OSU技术的应用，实现了秒级无损带宽调整，提高了网络的灵活性和适应性。（具体原理，下次专题介绍。）  

    █ OSU的标准起步

2019年，国内多家企业，陆续提出了OSU的场景、需求及解决方案。   2019年，华为推出了基于OSU的Liquid OTN方案。2020年9月，中兴推出基于OSU的Pixel OTN解决方案。同年，烽火通信也推出OSU的小颗粒专线解决方案。   2019年12月起，国内CCSA立项了“光业务单元(OSU)技术要求”和“基于OSU的OTN设备技术要求”行标。   2020年1月，在瑞士日内瓦举行的SG15全会上，G.osu作为ITU-T Q11/SG15的一个新的工作项目，得以立项。

  运营商这边，在OSU技术路线上也有动作。   中国电信表现积极，在一开始就牵头和主导了OSU行业标准的制定，并且力推M-OTN（Metro-optimized OTN，城域OTN）/OSU的商用部署。   2022年1月，中国电信研究院和江苏电信联合中兴通讯、格林威尔和华环，在江苏完成业界首次跨厂商、跨地市的OSU现网试点。   2022年5月，中国电信宣布将OSU技术纳入接入型M-OTN集采，共14万端。  

M-OTN架构示意     再看看中国移动。   众所周知，从2018年开始，中国移动一直都是闷头在搞自己的SPN（切片分组网，基于以太网传输架构，继承了PTN传输方案的功能特性）路线。   OSU出现之后，2021年6月16日，中国移动发布了一份白皮书——《中国移动SPN小颗粒技术白皮书》，推出SPN小颗粒技术FGU（Fine Granularity Unit，“Fine Granularity”的中文意思就是“细粒度”）。   FGU对标的，就是OSU。它继承了SPN高效以太网内核，将硬切片的颗粒度从5Gbps细化为10Mbps，以满足小颗粒业务承载需求。   相对来说，那一时期的中国联通，在OSU方面并没有太多动静。    

█ fgOTN和fgMTN

2020年初G.osu在ITU立项之后，国内产业界非常兴奋，以为OSU技术比较稳了。可是，事实上，OSU的标准化，很快遇到了重大挫折。   2021年12月，在SG15全体会议上，SG15当时的主席对OSU提出以下四点质疑，认为G.osu工作项目“没有取得进展”，并建议关闭（"Reset"，清零）该项目。   四点质疑分别是：   1、在每个OSU帧中使用支路端口号（TPN）不是TDM技术； 2、92字节的有效载荷块导致过大的延迟； 3、采用两个独立的sub1G的时分复用复接和交换机理来支持OTN和MTN网络是不必要的； 4、最佳带宽颗粒度不应是2.6Mbps。   面对这种情况，国内产业界迅速做出反应，积极与SG15管理团队、以及Microchip、Nokia等国外公司的参会专家进行沟通，寻找解决方案。   经过十次ITU-T标准会议的反复磋商，最终，事情出现了转机。   2023年4月，在SG15全会上，专家们讨论决定，基于G.osu进行技术改进，并改名为fgOTN。（这个fg，就是刚才的Fine Granularity，有的资料也写作fine grain。）  

  准确来说，Q11/15同意定义两个适配OTN和MTN服务层的sub-1G层网络，即：细粒度OTN（fgOTN）和细粒度MTN（fgMTN）。   fgOTN大家能理解，fgMTN又是啥？   fgMTN是中国移动力推的，还是和他们的SPN有关。MTN是Metro Transport Network，城域传送网。SPN有三个子层（切片分组层、切片通道层和切片传送层），其中，切片通道层对应了MTN的段层（Section）和通路层（Path）。前面提到的SPN小颗粒FGU技术，就是工作在这一层。  

  会议上有些专家本来建议把fgOTN和fgMTN合在一起，搞一个就行。但是，中国移动坚持要保留fgMTN，最终获得成功。这样一来，他们就形成了完整的SPN/MTN技术架构和标准体系。   基于以上种种，WP3/15管理层提出：fgOTN和fgMTN两个标准体系的系列标准文档，应分别集成到各自的服务层标准文档中（fgOTN G.709, fgMTN G8312）。   具体映射关系如下：  

  2023年12月1日，在SG15闭幕全会上，fgOTN/fgMTN第一批核心标准报批，获得同意进入AAP发布流程。   报批的标准（上图绿色字体部分）：   G.709.20（fgOTN总体） G.709.Amd 3（fgOTN接口） G.872 Rev.6（fgOTN架构）   G.8312.20（fgMTN总体） G.8312 Amd.2（fgMTN接口） G.8310 Amd.1（fgMTN架构）   不出意外的话，其余标准有望在2024年7月的全会上获得通过，进入AAP发布流程。  

  █ 最后的话

  好了，以上就是关于小颗粒业务、OSU、fgOTN、fgMTN的介绍。   总结一下：   SDH面临淘汰，OTN接班。但是OTN不能很好地支持小颗粒业务，所以，有了PeOTN。PeOTN问题太多，于是，又有了OSU。   国内搞OSU很积极（尤其是中国电信），但是ITU-T标准推进不顺利。国内产业界团结起来，把OSU改了一下，变成fgOTN。   最开始，中国移动基于SPN搞了FGU，对标OSU。后来，他们又转向了fgMTN。   总而言之，fgOTN是SDH（ITU-T G.707）和 OTN（ITU-G.709）的技术演进，是补足了小颗粒业务短板的升级OTN。   fgOTN是一种具有完全TDM特性的原生TDM技术，完美传承了SDH和OTN高可靠，确定性时延等特点。它采用了以10Mbps带宽为单位的固定时隙分配设计，支持ETH、E1、SDH等多种VBR（可变比特率）和CBR（恒定比特率）业务，可为政企客户业务连接提供基于刚性硬管道的高品质安全硬隔离解决方案。

审核编辑：黄飞