以OSU 为核心的M-OTN 技术创新与验证

古春海

(广东南方电信规划咨询设计院有限公司,广东深圳 518038)

当前SDH逐渐退出市场的背景下人们开始研究新技术,且投入大量的人力、物力、财力在其中,因此现阶段OTN逐渐占领市场,新时期随着需求的增加,更是呈现出取代SDH网络的局面。在该技术中OTN技术的发展意义较大,该技术与5G、专线、DCI与视频等业务结合可以最大程度满足人们对信息传输等方面的需要。现阶段OTN传输方向主要是城域网延伸。城域网的接入量、接入节点明显增加,业务需求量变大,这对技术本身提出了更严格要求,且对设备成本非常敏感。

1 研究背景

为更好研究OTN设备业务能力,目前运用的分组手段可以增强OTN设备的业务优势,但是为支持分组、颗粒业务的实现,使用的分组、虚拟容器VC(Virtual Container)、光数据单元ODU(Optical Data Unit)来多平面叠加,这种方式并不先进,而且增加能耗。具体体现在多平面叠加技术的实际运用复杂,在运用中成本高、管理很难、运维麻烦,很难实现。因此人们对其进行深入研究,运用现代先进技术积极创新,结合设备厂商、运营商和科研机构的专业人才,整合现阶段高新技术、设备,提出了基于光业务单元(Optical Service Unit,OSU)技术,为实现城域满足城域需求,提出新的核心技术。根据传统数据传输方面存在的问题,提出新技术的目标主要是围绕几个方面开展,需要满足的内容有降低成本、低时延、低能耗,实现城域网的综合承载方案。为满足上述要求,在设计中结合了OSU技术,该技术具备带宽调整功能,通过结合运用满足了传统PTN技术使用中存在的优势。传统PTN技术无法实现小颗粒业务承载,新技术的研究弥补了这方面的缺陷,而且在实际使用的过程中设备复杂程度、成本等显著降低,取得了显著成绩,并且在实际运行的过程中简化了网络运行环境。因此最新的M-OTN具备非常优良的品质,支持各种颗粒高品质的专线业务,系统承载性能也显著提升,甚至能够与8K HDTV、Cloud VR/AR等结合使用,具备极大作用,可以满足城域在接入点与承载方面的需要,满足高通量、高质量的业务需要。因此M-OTN特诊管体现在:(1)与灵活的OUS对接,满足10Mbit/s～10Gbit/s等级的业务需要,满足业务需求,承载能力明显提高;(2)可以引入新型低成本接口与以太网光模板,降低了设备接入成本,让技术面向广大群众。(3)接口具备开放性,能实现对多厂商接入性M-OTN设备统一管控。在实际调查资料研究中人们针对接入型OTN设备的统一管控系统原型进行开发、实验演示,同时对部分型号接口接入示范。2019年中国通信标准化协会通过了OTN设备技术且成立相关标准。2020年的技术创新速度越来越快,日内瓦ITU-T SG15全会通过了光业务单元的通道标准。这证明OTN项目设备在新时期的研究非常成功,能够满足新时期国际对不同地区业务扩展。与我国而言,能够为城域发展提供更直接的支持。目前逐渐完成了OSU的技术方案,针对技术方式所涉及到的标准,也会在很短时间内研究并公布。将会逐渐编制所涉及标准,并且发布[1]。

2 OSU帧结构、开销

OSU帧结构的结构如图1所示:

图1 OSU 帧结构Fig.1 OSU frame structure

图上OSU帧结构长度为192byte,长度选择主要取决于综合业务的需求,比如交换芯片的效率、开销占比各方面。帧结构包括7byte的开销区域与185byte的净荷区[2]。通用开销版本号、端口、帧类型、串联连接监视、通道监视、保留开销等如图2所示。(1)其中版本号作用为:标识OSU帧结构版本号,正常情况下默认为01,其他数值预留则是备用版本号。(2)支路端口号(TPN),简称OPUk,k光通路净荷单元。支路端口与帧之间的联系即为k,而TPN通过发挥服务功能体现价值。TPN的长度为12bit,一条TPN的OPUk能够承载4000条OSU。

图2 通用开销Fig.2 General overhead

如图3所示,在处理中,一条端到端的OSU连接与不同的服务层,TPN需逐层不断更新。

图3 TPN 处理方式Fig.3 TPN processing method

(3)连续性校验(CV),主要运用在OUS所经过的每一个断层,检测OSU帧连续性与带宽之间的匹配[3]。如表1所示,OSU的处理方式与TPN一致,进行连续性校验的时候,也是逐层进行,依次更新。(4)串联连接监视(T C M 1/TCM2),OSU支持每一级长度为5bit的TCM,支持两级TCM。其中TCMI主要运用在分段性能监控、时延测量中;TCM2主要运用在分段保护中,而两者的具体功能发挥需要配合M32/256复帧的使用,表2所示。

表1 定义帧类型Tab.1 Defines the frame type

表2 串联连接监视(TCM1/TCM2)Tab.2 Series connection monitoring(TCM1/TCM2)

基于TCM1/TCM2的监控(Monitoring)开销是功能体现的主要形式,运用该形式提供分段内监控质量性能,TCM1主要是提供监控质量管理功能,进行高精度时延测量的形式可单向、也可以双向。TCM2层APS字段为满足倒换协议,倒换协议格式等同于G.873.1。(5)通道监控(PM)的实际长度为5bit,通过提供PM层端到端的通道监控实现对链路的管理,包括实现追踪、识别、自动保护等。路径踪迹识别(TTI)使用32byte,其功能兼容G.709定义TTI的前32byte[4]。

OSU的映射开销体现出OSU的业务实现,根据承载业务的不同,提供不同的开销功能,在这个过程中主要划分为两类开销模式,分别是CBR与以太网开销。(1)BR映射开销囊括内容多方面,如时间戳TS,净荷长度、序列号SQ。其中净荷长度表示为PLn(n=1、2、3),主要运用在指示OSU帧净荷区域内承载的CBR业务占用的净荷长度。而SQ在这个过程中,实现数据帧的监控功能,以免数据丢失。(2)以太网映射开销,包含25 7b 指示、指针、保留比特。其中257b(257b_IND)表示网内业务的承载量,一般为5、6个257b的bit类型,在承载中,如果显示“0”,对应256b的控制码,如果显示“1”,表示无控制码。人们用PTR来表示起始的字节位置[5]。

CRC8主要是进行冗杂校验中,在校验中初始值均为1。

3 OUS帧管理

OUS帧还定义了维护管理的OUS管理帧,其中包括客户故障、状态维护、保持激活、OUSOAM帧。(1)故障帧,客户信号失效指示是通过特定的OUS客户故障帧实现,根据OUS帧的指示字段,人们可以确定管OUS客户故障。向下游插入OSU客户故障帧在本次生成后,承载了CBR的业务情况,按照OSU的原始比特速率插入OSU客户故障。承载以太网业务方面来看,按照最小的宽带速率插入客户故障帧,其中最小宽带速率为10.4Mbit/s。(2)维护状态帧,维护状态由不同字段确定,分别对应分段监控与P M不同层次。(3)OSU保持激活帧,使用OSU保持激活帧的方式,能让OUS与以太网稳定连接,实现传输稳定、维持开销来确保监控功能顺利完成[6]。

4 调整机制

ODUflex无损带宽调整机制体现由调整设备来完成,能够实现交互、复杂处理等,导致现网部署困难。为避免出现这些问题,基于OSU为核心的无损带宽调整机制应满足一下要求:(1)网管或者是控制平面的带宽调整指令应发给源端节点,通过OSU开销下发指令,不需要网管参与其中,方便使用在无统一网管的多域网运用。(2)在调整完成之后,源端节点需向网管与控制平面反馈结果。(3)调整目标带宽通过服务层带宽进行调整,调整颗粒为n×10Mbit/s。(4)系统支持调整与保护路径的带宽,为满足业务需要而进行倒换。(5)端到端确认机制能够保证业务传输的准确合理,避免调整不全面,有的成功、有的失败。(6)当因为故障调整失败的时候应退回到初始带宽,从而保持网络的稳定,避免产生冗余连接。

5 结语

综上,M-OTN/OSU是国内首次联系推出的光传送网核心标准,是我国在光传送国际标准领域突破的重要举措。M-OTN技术具备灵活带宽、低时延等特征,能够满足现阶段实际生产作业需要,将会在未来的发展中扮演重要角色。