基于OSU 技术的OTN 网络规划分析

［王新贺］

1 引言

随着运营商在政府、金融、医院、能源、交通等政企客户的持续深耕，专线业务需求量迅速增加，专线业务要求的灵活带宽、低时延、泛在连接等特点愈加突显，并且大量高价值专线业务依旧保持GE 以下的小颗粒属性[1,2]。现有OTN 技术定位于骨干网和城域网应用，主要定位是用于承载大于1 Gbit/s 速率业务，很难使用OTN 替换掉原有带宽较小的专线网络[3]。针对业务发展需求和OTN现网存在的问题，本文介绍基于OSU 技术的下一代OTN网络。

2 网络现状及问题分析

运营商现网中包括SDH 网络和OTN 网络。目前SDH 网络因为带宽瓶颈，功能落后以及运维压力，已完全停止建设并有计划的逐步退网。而具备天然刚性管道，安全隔离，稳定时延的OTN 网络将成为承载政企专线业务的主力军。由于政企专线业务量的逐年增加，驱动OTN网络下沉到网络边缘。政企OTN 网络架构如图1 所示。

图1 政企OTN 网络架构

2.1 SDH 网络

SDH 网路是一整套可进行同步数字传输、复用和交叉连接的标准化数字信号的等级结构。SDH 是单字节间插结构，交叉采用单字节调度，由于芯片工作主频限制导致交叉调度容量受限，不符合业务带宽提速对设备大容量发展趋势的诉求。所以，SDH 架构不能满足产业发展需求，整个产业链发展停滞。目前运营商SDH 网络基本处于停建退网状态，电信已启动SDH 退网工作，争取3 年内完成SDH 设备及配套资源从机房释放，进而缓解机房空间及电源资源紧张问题。

2.2 OTN 网络

OTN 技术定位于骨干网和城域网应用，主要用于承载大于1 Gbit/s 速率业务，针对小颗粒的专线业务，则有以下四处不足，如图2 所示。

图2 传统OTN 技术的不足

（1）管道弹性不足：当前OTN 最小管道为ODU0（1.25 Gbit/s），现网存在大量为STM-1/4/FE 等低速率业务，如果采用ODU0 承载，会存在带宽利用率不足，带宽浪费等问题。

（2）管道连接数少：以ODU4 为例，当前OTN 最小管道为ODU0，最大只能承载80 个管道。

（3）管道时延相对较大：由于当前OTN 的所有通道颗粒都是基于帧格式传输，在每一个站点，经过交换网之后，需要将交换后的数据重新对齐，然后组装成ODUk 的帧格式，导致OTN 端到端传输时延相对较大。

（4）带宽调整不灵活：当前OTN 仅支持有损调整，即在不删除业务的情况下，短暂中断业务，然后实现端到端的ODUflex 带宽增大或减小调整。

3 OSU 技术原理及优势

面对专线、视频等新业务对灵活带宽承载的需求，OSU 技术应运而生

3.1 OSU 技术原理

3.1.1 OSUflex 基本接口结构

OSU 承载方案在现有OTN 体系上，定义了更低速率的OSUflex容器，按照n*2.6 Mbit/s(n≥1）定义OSUflex带宽，用于承载客户信号[4,5]。OSUflex 通道带宽(bit/s）=每秒分配帧数量（帧率）*固定帧长*8 bit，结合实际的应用诉求，OSUflex 通道带宽最小为2.6 Mbit/s，支持带宽n*2.6 Mbit/s可配，OSU 基本接口结构如图3 所示。

图3 OSU 基本接口结构

OSU 在复接映射路径上做了优化，客户侧信号既可以通过OSUflex 封装映射到ODUflex 上，也可以直接映射到高阶ODUCn 上，灵活匹配不同业务带宽需求。

路径1：OSUflex over ODUflex：与现有OTN 网络共存和互通；

路径2：OSUflex over ODUCn：全新OSU 网络。

OSU 复接映射路径具体如图4 所示。

图4 OSU 复接映射路径

3.1.2 OSUflex 帧开销

OSUflex 帧开销充分考虑了所承载的特性以及业务的传输效率。OSUflex 帧为定长结构，帧长192 字节，包括开销区域（通用开销、专用开销和CRC 校验）和净荷区域两个部分[6,7]，OSUflex 帧结构如图5 所示。

图5 OSUflex 帧结构

通用开销：4 字节，定义OSUflex 的通用开销。

映射开销：2 字节，映射开销和映射的业务类型相关，并根据承载业务的需求不同，设定不同的开销功能。

CRC8：1 字节，CRC 校验范围为帧头。

净荷区：185 字节的业务净荷，用于承载客户信号。

3.1.3 OSUflex 复用和映射

设备支持的复用结构和映射路径如图6 所示。

图6 复用结构和映射路径

3.1.4 OSUflex 映射到OPU

OSU 技术将现有OTN 体系中的OPUk 净荷以固定帧长的方式划分为物理隔离的通信管道。

（1）当映射复用多路OSUflex 到OPUk/flex 净荷时，为了标识OSUflex 帧和支路的对应情况，需要基于每路OSUflex 增加TPN（支路端口号，12 bit），以标识每路OSUflex 和支路的对应关系。

（2）TPN 需要在服务层内保证标识唯一，确保接收端能够正确区分支路端口号，相同TPN 的PB（Payload Block，净荷块）对应1 个OSUflex 管道。TPN 的作用类似于OTN 的MSI 功能，是一种较优的方式，就是基于OSUflex 帧增加TPN 正好构成一个PB。

OPUk/flex 净荷区域被划分为多个时隙，以OPU4 为例（共包含m 个标准OTN 帧和n 个时隙）介绍时隙划分结构，如图7 所示。

图7 OPU4 PB 划分结构示意图

3.1.5 OSUflex 带宽调整

OSU 支持原路径无损调整带宽。当带宽增大时，先调整OSUflex 管道带宽，双向管道调整完成后，再调整客户侧接入业务带宽；当打款减小时，先调整客户侧接入业务带宽，再调整OSUflex 管道带宽。

本文对带宽无损调整以带宽从20 Gbit/s 调整到30 Gbit/s 为例进行说明，带宽从20 Gbit/s 调整到30 Gbit/s的过程，内部实现机制单次调整步长为1 Gbit/s，需要调整10 次。

具体步骤如下。

（1）网管给所有网元下发调整到目标带宽的预配置，设备会根据单次调整大小，自动计算调整次数。

（2）调整OSUflex 管道带宽

①T0 时刻：网管向源节点NE1 下发启动调整命令，NE1 将OSUflex 带宽增大1 Gbit/s，并向下游节点转发带宽调整控制OAM 帧。

② T0+D1 时刻：NE2 收到OAM 帧，将OSUflex 带宽增大1 Gbit/s，并向下游节点转发带宽调整控制OAM 帧。

③T0+D2 时刻：末节点NE3收到OAM 帧，将OSUflex 带宽增大1 Gbit/s，端到端带宽增加1 Gbit/s。

④ 重复以上步骤9 次，完成OSUflex 带宽端到端增大10 Gbit/s。

（3）调整客户侧接入业务带宽，完成带宽调整。

原路径调整方式是指业务的路由不发生变化，通过调整原路径带宽方式调整业务带宽，如图8 所示。

图8 原路径无损带宽调整

客户侧接入业务带宽和OSUflex 管道带宽大小相同，客户侧带宽需求增大，需要调整带宽，具体步骤如下。

（1）网管向所有网元下发带宽调整预配置。

（2）网管向源网元下发带宽调整命令，源网元调整，并向下游转发带宽调整OAM 帧，端到端调整OSUflex带宽。

（3）调整客户侧接入业务带宽。

3.2 OSU 技术优势

3.2.1 OSU 技术与SDH 相比

OSU 作为下一代光传送技术，与SDH 相比具有四大关键价值，如表1 所示。

表1 OSU 技术与SDH 对比表

（1）极简架构

多业务、多平面承载向多业务接入统一承载演进，简化承载架构。

（2）泛在连接

定义灵活弹性的新容器OSUflex，实现网络硬切片的颗粒度达到2Mbit/s，网络连接数增加到1000 以上，相比传统OTN 提升12.5 倍。

（3）超低时延

大幅简化网络传输层次，提供差异化分级时延，降低单站时延，灵活适配各类对时延敏感的业务场景。

（4）灵活高效

支持2Mbit/s～ 100Gbit/s 无级无损带宽调整，业务：“0”中断，网络资源利用率达到100%。

3.2.2 OSU 技术与传统OTN 相比

OSU 新增OSUflex 容器，采用定长帧灵活复接，将ODU 划分成更小的带宽颗粒。与传统OTN 相比具有如下优势，如表2 所示。

表2 OSU 技术与传统OTN 对比表

（1）更小颗粒，更多连接，更高带宽利用率；

（2）更可靠的无损带宽调整；

（3）更低时延；

（4）简化运维。

4 OSU 在网络中规划应用

在城域OTN 网中引入OSU，逐步取代VC 和以太网通道层，由ODU/ETH/VC 三个平面分离承载向ODU/OSU统一承载演进，简化设备实现和网络运维。

考虑业务发展需求和网络投资，建议政企OTN 采用分阶段方式引入OSU 平面，最终使全网具备端到端OSU承载业务的能力。

阶段1（现阶段）：采用VC/ODU 双平面进行多业务承载，接入层及以上OTN 设备采用VC/ODU 两混线卡；

阶段2（初始阶段）：OSU 引入初期只支持以太网业务，根据客户业务需求选择相应的平面进行承载，对于OSU 已覆盖的本地网，优先采用OSU 平面承载以太网业务；接入层以上M-OTN 设备要求支持VC/ODU/OSU 三混线卡。

阶段3（成熟阶段）：OSU 进入成熟期，同时支持以太网和STM-1/4 业务；VC 平面只承载少量E1/VC-n 业务。

5 结语

本文从OSU 技术的原理及特性展开，通过与SDH 网络、OTN 网络的对比，重点介绍了OSU 技术的优势及在网络中的规划应用。目前各家运营商对于OSU 技术已经进入集采测试阶段，一旦OSU 技术入网运行，将极大提升网络利用率。