OTN技术在城域传送网的应用分析

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本文摘自《移动通信》2012年16期。作者 王青郁

【摘要】文章首先通过对比分析OTN（Optical Transport Network，光传送网）与WDM、多维ROADM各自的技术特点和使用，得出现阶段OTN组网技术在城域传送网中较为可靠和有效；然后通过对业务承载和网络承载两方面的应用场景分析，较为全面地讨论了OTN技术应用在不同场景的实现方式；最后对现阶段以及未来一段时间内OTN技术的适用性进行了阐述。
　　【关键词】城域传送网 OTN 多维ROADM 业务承载 网络承载
　　1 城域传送网承载业务分析
　　随着全业务的开展，3G业务、集团专线、驻地网以及WLAN等业务的快速发展，城域传送网承载的业务从容量上呈现出爆发性增长的趋势，预计未来3～5年可达到T级别的带宽需求；业务带宽的增长也驱动了网络业务类型的转变，城域传送网将由现有TDM业务（E1/FE/STM—1）逐渐转向承载FE/GE/10GE的IP业务，移动业务IP化趋势明显，在不久的将来城域网中IP业务将成为最大的业务类型，且不同的业务和用户还要求网络必须具备差异化服务、灵活调度和适配性较强的网络能力。
　　1.1 数据业务承载需求
　　随着IP城域网趋向扁平化，BRAS/SR（认证服务/业务路由器）部署的趋势是直接部署在汇聚节点或城域网业务控制层上，这就产生大量的BRAS/SR上行到核心路由器的承载需求；而面向全业务，IPTV、流媒体和大客户专线等业务的增长，城域网中将存在大量GE/10GE带宽的需求，促使城域网的网络节点设备需要具备对大颗粒业务接入和交叉调度能力。
　　1.2 xPON上行承载需求
　　基于xPON技术的FTTx解决方案是建设高带宽、高可靠性光接入网络的必然选择。而目前xPON大都放置在城域网接入层的多业务接入节点，xPON上行的承载如果采用裸光纤方式，就会受制于xPON上行口的传输距离、城域网管线资源。此外，xPON上行链路的安全性也需得到解决。
　　1.3 MSTP/PTN网络承载需求
　　（1）业务承载：业务承载上MSTP网络在应对小颗粒TDM电路和PTN网络应对小颗粒IP化业务方面，其能力都是游刃有余的；但对于大量的2.5G/10G、GE/10GE及以上的业务时，两种网络均存在承载、调度等方面的不足。
　　（2）管线资源利用：MSTP网络由于多年的建设，具有较大的存量，且网络组网较为复杂，环路繁多，一旦网络扩容而引起拆环、组网就会使用大量的城域网管线资源，造成管线不断建设；PTN网络虽然是近年才开始新建的网络，但同样也存在与MSTP网络相似的问题。
　　（3）网络安全性：在城域传送网中部分区域汇聚的MSTP/PTN环路所带2G/3G基站较多，单个环路出现两个节点同时故障将会引起大面积网络中断，网络安全性也需在网络改造及建网中予以重视和考虑。
　　综上所述，在城域传送网采用大容量、宽带化、调度灵活以及业务适配性强的网络技术是城域传送网发展的必然趋势。
　　2 城域传送网组网技术分析
　　在全业务环境下，IP化业务快速增长，网络带宽消耗迅速。面对各种不同的网络所产生的IP化业务，对其承载的城域传送网提出了以下要求：
　　（1）网络层次清晰、区域划分明确、结构扩展灵活；
　　（2）网络节点需引入具有业务交叉调度功能的设备，且交叉能力强、调度灵活，负责区域间的汇聚和调度；
　　（3）区域化组建大容量、宽带化的网络；
　　（4）网络节点提供灵活业务接入的IP化网络接口；
　　（5）组网安全性较高。
　　由表1对比可知，从组网结构、业务调度、网络管理、支线路功能等各方面来看，OTN较WDM组网在技术上有一定的优势。
　　OTN除了以上技术优势之外，还具备有不同类型的OTN设备支持多种组网方式和保护功能。
　　（1）基于光（波长）交叉的ROADM设备的主要优势是基于波长调度，子网内部全光操作，省去了O—E—O功能单元。目前最大的容量可达到8～9个维度，单维度支持80波长，有效地实现在增加组网灵活性的同时降低光电变换的组网成本，但组网半径和物理参数（如色度色散（CD）、偏振模色散（PMD）、非线性效应、光信噪比（OSNR）等）限制等因素，在一定程度上妨碍了ROADM在大范围和传输线路复杂环境下的组网应用。
　　（2）基于电（ODUk）交叉的OTN设备正好回避了ROADM设备的这些缺陷，并支持波长和子波长粒度的调度，但有限的调度容量限制了其在大容量节点组网中的应用。OTN与多维ROADM技术分析详见表2所示：
　　多维ROADM技术目前在国外城域传送网中被广泛采用，却没有在国内市场得到认可。究其原因主要有以下两方面：
　　（1）ROADM技术相对高昂的设备成本，但是带来的快速配置和免人工维护等特性又不是国内迫切需要的；
　　（2）由于波长连续性限制，ROADM在业务调度方面存在极大的限制，不能满足网络运营的要求，在这方面明显不如基于ODUk交叉的OTN电层交叉连接设备。
　　鉴于未来城域网中需要调度的业务颗粒相对多样化（GE、2.5G、10G、10GE为主），采用OTN完成城域网内GE及以上的大颗粒业务调度和对MSTP、PTN、xPON等网络组网承载是一种较佳选择；而对于在城域传送网组网距离不长的情况下，采用OTN电层交叉+多维ROADM组网方式解决电层颗粒调度和光层上的多维保护，也是一种可选的组网模式；在业务仅需点对点传送且均是10G或10GE颗粒度时也可采用WDM，但从业务调度、网络管理、运行维护等方面来看，在后续新建大容量传送网的过程中采用OTN组网，其网络优势相比WDM组网还是比较明显的。
　　3 OTN技术应用分析
　　根据城域网组网技术的分析，OTN技术在城域网中的应用将主要以结合城域WDM、多维ROADM的方式出现。在全业务环境下，OTN应用于GE及以上速率大颗粒业务的承载、区域化的网络化分与保护等就显得十分重要。下面将从业务承载和网络承载两个方面来分析OTN技术应用于网络的情况。

3.1 业务承载和调度应用分析
　　OTN引入的ODUflex技术类似于SDH中的VC级联技术，可以在同一个ODUk（k=0，1，2，3）内提供灵活的业务接入能力，实现对业务带宽的灵活适配，提高带宽利用率，满足用户的不同带宽需求。
　　（1）IP城域网业务
　　IP城域网的BRAS/SR连接核心路由器时，如果采用光纤直连，不但消耗较多的纤缆资源，而且城域网纤缆层层跳接也会影响其连接质量；如果BRAS/SR至核心路由器长距离连接，也会增加路由器接口成本；另外连接的网络安全性和可靠性将直接影响路由器路由故障所引起的收敛性能等。而采用OTN组网承载将会解决纤缆资源、长距离连接和网络连接的安全性，并增强路由器路由故障所引起的快速路由收敛问题。相关应用详见图1所示：
　　（2）IP城域网中转业务（扁平化需求）
　　在多等级IP网络中，业务从源到目的地要经历多跳，导致大量的中转业务，而且核心网的网状互联程度有限，更增加了IP中转业务，因此IP网络规模越大，中转业务量就越大。中转业务一方面导致路由器的容量扩展受到严重挑战；另一方面中转业务实际上不需要三层IP功能，却占用了昂贵的路由器线卡，造成了网络成本和设备功耗的快速增长，网络流量的整体处理效率较低，因此，迫切需要考虑如何降低这种不增值的转发成本，而且这些“过境”流量对本地来说是不增值的。如图2所示，在实际网络运用中，B点为中转设备，A、B、C三点均承载于OTN组网上，采用IP over OTN的方式将有效降低中转路由器的处理压力，减少对路由器堆簇的需求，可使整个网络的CAPEX（Capital Expenditure，资本支出）大量节省。
　　（3）GE及以上专线业务
　　随着客户对带宽需求的不断增长，2M/FE/155M等小颗粒带宽已经不能满足客户需求，GE及以上颗粒的业务将会急剧增长，如果采用已有的MSTP、PTN等网络接入，会造成其网络资源的快速消耗，网络不断扩容改造，影响其网络稳定性并增加网络建设的投资。在城域传送网核心、汇聚乃至接入层中部署OTN，将客户侧的大颗粒带宽直接接入OTN网络，可极大地减少其他网络的投资，实现业务快速开通和调度，并提供可靠的网络稳定性和安全性。
　　3.2 网络承载应用分析
　　在全业务运营环境下，各种话音和数据业务目前都是由各自独立的平台所承载：SDH面对2G基站、PTN针对3G基站、xPON应对集团客户与驻地网，每个平台的组网都会对城域网的纤芯资源造成极大的消耗。随着业务容量的剧增，网络层面不可避免地会面临扩容、优化和拆分，进一步加大了对管线层面的压力。
　　（1）xPON网络上行承载
　　随着xPON的部署，OLT上行至BRAS/SR之间的网络连接也随之呈现。对于OLT上行承载，如果将GE/10GE颗粒业务采用裸光纤方式连接，将带来大量的管线资源消耗，且层层跳接将影响上行网络质量和连接安全性、可靠性。此种情况下，利用OTN网络下沉至汇聚层、接入层的OLT节点上，将OLT上行直接连接就近的OTN网络，可解决OLT上行所面临的困境。网络连接详见图3所示：
　　（2）PTN网络承载
　　对3G的承载，采用OTN和PTN联合组网，即在PTN落地层和核心汇聚层之间引入OTN调度层，目的是利用OTN的调度能力弥补PTN的调度不足问题。这种OTN和PTN联合组网模式一般应用在PTN调度需求很多的场景，比如由于基站到RNC归属地的不断变化，导致落地层PTN之间的调度很多。此时，汇聚层PTN与核心层OTN之间可采用GE或者10GE进行互联。
　　此外，在PTN网络组网密集且汇聚接入层（接入层分汇聚接入层和边缘接入层）所带节点过多的情况下，可以充分利用接入OTN网络实现区域化的PTN组网，简化网络结构，降低PTN网络因庞大化、复杂化所引起的网络故障风险。
　　（3）MSTP网络承载
　　MSTP网络具有较大的存量且网络组网较为复杂，随全业务的开展其现有容量扩容的频次增强，建环、拆环提高容量的方式在实际网络的建设中比较普遍，但这样使得城域管线资源急剧消耗且利用率较低；另外，部分现有MSTP汇聚环路所带接入环路过多，导致汇聚环上出现两个节点中断时引起多个接入节点同时故障，造成通信故障的事故也时有发生。为了减少管线资源消耗，需提高管道单孔和光缆纤芯的利用率以及MSTP组网的安全性、可靠性，在汇聚层、汇聚接入层采用OTN对MSTP网络进行组网承载、区域划分和光路保护（重要汇聚环可对MSTP环路的节点的两个方向使用OP保护），是一种比较可行的组网方式。
　　根据不同业务和组网需求，在城域传送网的核心、汇聚乃至接入采用OTN组网是一种较佳的选择。OTN网络建设采用梯次发展、层层建设、适当超前的策略，打造一张满足业务发展的大容量、宽带化、层次化、高安全性和灵活性的OTN网络平台，形成OTN带宽调度池，将有效地满足各种业务快速发展对城域传送网的带宽容量等方面的需求。
　　4 结束语
　　OTN技术作为新的光传送网技术，继承并拓展了已有传送网络的众多优势特征，是面向宽带化客户、大颗粒数据业务和小颗粒承载网络的最佳传送技术之一。从现阶段OTN技术应用上来看，OTN技术及设备目前已基本成熟，主要可应用于城域核心、汇聚层乃至接入层；而对于OTN设备组网选择来说，则应根据业务传送颗粒、调度需求、组网规模和成本等因素综合选择。基于IP over OTN是未来组网的主要形式，而OTN层提供的组网和保护功能将是保证高层业务QoS的关键措施之一。另外，现有SDH网络的逐渐淡出并不意味着其原有功能的消失，OTN网络将更为完善地支持这些功能，同时NG—OTN的进一步讨论也不会阻碍现有OTN技术的应用。
　　参考文献：
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