光传输网（OTN）技术特点及分析研究

杨静 颜琨 张胜雄

【摘要】光传输网（OTN）是现代通信系统的发展趋势和发展方向。本文首先对OTN网的应用优势及相关技术发展进行了简要介绍，然后对OTN网络中所使用的技术的技术特征进行了归纳，之后对OTN网络中的关键技术进行了研究和分析，最后就其发展方向进行了讨论。

【关键词】光传输网OTN关键技术

随着信息技术和应用需求的发展，现代通信正在逐渐向以IP技术为核心的高速宽带以太网分组业务转变。为满足该网络发展需求，光通信技术被逐渐应用到现代通信系统中承载数据传输。光传输网利用相关技术，在SDH网的电复用层和物理层之间添加光层，所添加的光层可负责大颗粒处理，而在电层中则对原有的映射技术、复用技术等进行改进或者替换，以提供更高的传输容量，满足网络通信需求。

一、OTN技术及其发展概述

OTN网络是一种整体光网络，其利用3R再生器对各通信子网进行连接，连接的子网所传输的信号为光信号。完整的OTN网络可以完成多业务适配、分级复用与疏导、交叉调度、在线监测、保护方案制定、开销插入与处理等多种功能。鉴于OTN网具有上述多种应用优势，故其在骨干层、城际网络等多个网络层面中具有良好的应用性能。

OTN网的光通道层到传输层以及该过程中所涉及的信号处理都是在光域完成的，OTN网中必须使用路由选择技术、传输技术、交叉调度技术、光分复用技术、光监控技术等实现光信号的处理与调度。此外，OTN中定义了完善的网络层次结构，不同结构下的信号可以使用相对独立的模块完成封装、适配等操作。信号在OTN网中传输还可以得到有效的保护。

二、OTN技术特征

OTN技术的主要特点集中在开放性、灵活性、安全性以及高管理性等方面。

2.1信号承载更加开放

SDH网络使用POS端口承载IP数据传输业务，通信系统中的路由器使用该端口进行通信可有效节省通信带宽，减少数据开销，提供高速、高质量的线路检测服务。但是POS端口的应用成本较高，相较于LAN端口而言需要更高的比特成本。

OTN拓展了SDH网络的端口设置，其定义了数字包封结构，可以介入路由器的LAN端口信号，从而使得网络可以提供任意速率业务的疏导，进一步提升数据传输网的可靠性与灵活性。

2.2光电层调度疏导更加灵活

OTN网络中所使用的交换技术以2.5G和10G为颗粒度，该颗粒度下网络可以在电层执行相应的大容量业务调度功能，避免了传统WDM网络中的ROADM技术在超大容量光波长处理方面存在的不足，若将OTN网络的交换技术与ROADM技术进行融合，还能够进一步拓展了网络的应用范围和应用领域。

2.3大颗粒业务服务可靠度更高

为提供可靠、安全的数据传输服务，电信级的业务中必须要保证50ms的保护倒转或保护恢复时间。传统的光传输网络，如SDH层面的IP网、WDM设备等都可以提供该功能。但是大颗粒业务条件下的上述功能在应用方面存在一定限制。OTN拓展了WDM设备的功能，将Mesh保护与恢复延伸至波长级或子波长级，为子波长SNCP和环网提供丰富可靠的保护方案。

2.4运维与管理能力进一步提升

OTN网络集成了SDH网络在开销字节方面的优势，可以将误码记录到TCMi中，还可以使用GCC0承载相关管理信息。除此之外，OTN网络还规定了其他的开销字节，如GCC1、GCC2等，这些字节对于运营商组建端到端的WDM网络具有良好的支持性。

三、OTN关键技术及其分析

依照通信网络体系结构对OTN网络所使用的技术进行分类可将其分为分层技术、包封帧技术、串联监视技术、保护技术以及光层OAM技术等。

3.1分层技术

OTN网络继承了SDH网络的分层概念并对其进行了进一步的拓展和演进。

对比原有的SDH网络分层结构可以看出，OTN分层相当于在不改变电域分层结构的基础上对SDH网络的光层进行了拓展，使其具有数据传输、信号复用、线路选择、数据传输监控等功能。

OTN网络的光域分为三层体系，分别为通道层、光复用层以及光传输层等。通道层主要负责按照通信要求和信号路由关系为所传输的数据选择相应的光波波长，并为数据传输服务提供监测、选路、恢复等功能；光复用层主要是将承载数据信息的单波长光信号复用为多波长信号，并对所形成的新的信号进行控制与管理；光传输层主要负责光信号的传输与管理服务，特别是在远距离光信号放大、多介质光信号调整等方面具有重要作用。

为进一步提升网络的透明性、可靠性和兼容性。OTN网络还对光通道层进行了单元和功能划分，使其分为了光净荷单元OPUk、光数据单元ODUk以及光传送单元OTUk，并为每一数据帧分配了相对独立的开销字节，以便于更好的提供数据管理服务。

3.2数据包封帧技术

OTN网络中的OTUk单元定义了一个基本的块状帧结构，以该结构为基准，固定帧格式和真大小，更改传输速率即可调整单位时间内传送的数据帧数。

OTN中的帧结构定义与SDH网络中的帧结构定义不同之处在于其摒弃了一些应用价值不大的字節开销，如E1/E2公务开销、F1/F2/F3通路开销等。这些开销的摒弃可在一定程度上降低传输带宽的占用率。

3.3串联连接监视TCM技术

该技术可以为OTN网络提供多达六级的连接监视服务，基于该服务，运营商或者设备商可以实现对OTN网络的分段、分级管理。OTN网络下的TCM监测点可依照应用与监测需求被设置在不同位置，其使能状态也可以得到有效控制与管理，相较于SDH网络而言，其所能提供的故障定位服务更加快速，业务服务质量更好。同时，OTN网络内的TCM还可以支持多种连接方式，如嵌套、串联、重叠等，以满足不同的应用需求，增强整个网络的监控能力。

3.4保护恢复技术

OTN网络下的信息保护分为三种类型，分别为路径保护、子网连接保护以及共享保护环，不同类型的保护实现技术不同。（1）第一种保护技术主要用于对光传输链路端到端的物理结构提供保护机制，可以将工作路径失效所带来的影响降到最低。该保护内容中的管理对象既可以面向单路径也可以面向双路径，既可以以1+1的方式进行管理，也可以以1：N的方式进行管理，管理机制非常灵活。（2）第二种保护技术同样属于专属保护技术，其主要负责光网络的保护，依照具体保护对象不同还可以进一步分为SNC/I、N、S三种。SNC/I主要是面向服务层的，其可以为服务层提供状态和质量检测、信息保护倒换等功能；SNC/N主要是面向客户层的，其可以为服务层与客户层之间的信息提供失效保护和劣化保护；SNC/S主要为OTN网络子层所创建的通信路径提供失效保护，其组网方式非常灵活，既可以以嵌套的方式进行组网，也可以以串联的方式进行组网。单独的SNC/S负责特定的TCM子网保护。（3）第三种保护技术可以为每一个连接提供1：1的容量保护和路由保护。正常情况下的保护服务及其相关连接并不占用系统容量，该容量可用于传输其他额外业务。

综合来看，OTN中的保护策略依照是否携带APS协议、支持方式为1：1还是1：N、保护路径为单向还是双向等分为五类：不带APS协议的1+1单端保护；带APS协议的 1：N单/双端保护；带APS协议的1+1单/双端保护。

3.5传输技术

OTN的应用优势在于大容量远距离传输。其所使用的带外前向纠错技术可以帮助提升信号传输距离；所使用的调制与编码技术，如强度调制、相位调制、联合调制等技术可以提升单波长的信息容量；所使用的色散补偿技术、均衡技术等可以提升OTN网络的组网距离和传输速率。

3.6智能控制技术

传统的WDM在光层的管理主要为点对点的连续监控和部分通信管理，其面临着巨大的监控压力。某些情况下，监控结果无法正常反应网络质量和状态，如接收端光功率正常，但通信链路内的数据却无法正常接收等。OTN网络在G.709标准的基础上使用了光通道检测技术、QoS确认技术、故障定位技术、关联检测技术、基于波长的功率均衡与控制管理技术、光波长冲突管理技术等对光通信网络的控制与监测进行了完善，不仅可以丰富管理功能，还能够在IP层面完成状态检测与故障感知，提升管理靈活性和可控性。

四、光传输网的应用分析

光传输网是WDM的未来演进趋势，其可以实现E2E的自动化交换，能够全面解决组网实现与业务承载中存在的多种问题。其发展及应用前景可以从技术规范、设备发展以及业务发展等几方面描述。（1）在技术规范方面，其在10GE LAN以太网业务、2.5Gb/s业务等方面存在一定的不足，而目前补充性文件G.sup43中的规范与现有的OTN标准体系中的部分内容存在不兼容等问题。长远来看，OTN及其关键技术会以现有的光传输体系为基础进行拓展，向新业务映射方式等方向发展。（2）在设备发展方面来看，OTN网络及其关键技术所需的设备仍旧会向大容量、远距离、自动化、智能化方向发展，各设备所支持的技术功能更加丰富集中。特别的，随着交叉交换技术的应用及发展，OTH设备会进一步匹配更大交叉容量和更多交叉颗粒的业务。（3）在技术发展方面，OTN关键技术会集中在业务接入适配方面、光层调度方面、传送能力提升方面、电层调度方面、OTU3支持方面、光层与电层信号交换方面等。特别是在省级骨干网、城域网等核心网OTN部署中，基于ROADM、OTH等技术进行组网才能够有效实现端到端的OTN传输网络部署。

五、总结

总之，随着IP数据业务的发展，光通信技术以及所具有的大容量、高带宽性能优势，必然会得到广泛的应用和部署。而OTN网络及其关键技术不仅能够满足光通信网络的应用需求，还能够承载全面丰富的数据传输业务，为IP化通信网络发展提供支持。随着OTN技术的成熟和不断发展，OTN必将会在未来的通信网络中扮演越来越重要的角色。

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