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1、OTN基本原理详解,目录：,1.OTN概述2.OTN网络层次结构3.OTN帧结构4.OTN的映射和复用5.OTN的保护,1.OTN概述,Optical Transport Network(OTN)光传送网OTN的产生背景SDH/SONET已经非常成熟，但其在传送层方面存在不足。互联网、电子商务、移动技术发展迅速，为了满足数据带宽爆炸性的增长需求；适合连续性业务，不适合突发业务通过波分功能满足每光纤Tb/s传送带宽需求；,1.1 OTN网络的定位和演进,OTN的技术特性：完善的性能监视、提供多级嵌套重叠的TCM连接监视；带外FEC、大容量、粗颗粒的调度；适合骨干网络的应用；SDH/SONET,E
2、THERNET,ATM,IP,MPLS,GFP 业务都可以透明传输在光层对信号进行处理，例如光信号复用/去复用、光波长交换可扩展的容量很大，最适合组骨干的MESH网络；从未来的理想情况，传送网络应该是全OTN的网络；OTN可以看作是传送网向全光网演化过程中的一个过渡应用,1.1 OTN网络的定位和演进,PDHSDH只有地区性标准，无世界性标准很难从高速信号中识别和提取支路信号（异步复用）OAM开销少SDHOTN太多地兼顾了接入层和汇聚层技术，不太适用于传送层无法实现突发数据流量有效使用带宽,1.1 OTN网络的定位和演进,传送网将朝着更加扁平化和智能化的方向进行演进从协议层次上来看，光网络的主
3、要发展方向是简化IP到WDM的适配过程，主要思想就是结合MPLS为IP提供流量工程和QoS保证，将SDH/SONET的一些帧功能在光传输层中进行实现,1.1 OTN网络的定位和演进,1.1 OTN网络的定位和演进,1.2 OTN、WDM、SDH的关系,光传送单元OTU作为光通道OCh的客户层才是完整的OTN，因为不仅仅是净荷映射复用，还有完善的管理和维护。基于SDH的WDM不能提供与数字客户层信号无关的对光通道完善的管理和维护。,1.1 OTN网络的定位和演进,1.3 OTN相关标准,OTN的相关标准框架 G.871体系架构 G.872 结构和映射 G.709设备功能特征 G.798性能 G.
4、8201,G.8251物理层 G.664,G.693,G.959.1设备管理特性 G.874,G.874.1,G.875,G.7710保护 G.873.1,1.3 OTN相关标准,G.709G.709定义了 Optical Transport Module of order n(OTMn)的以下需求:光传送体系Optical Transport Hierarchy(OTH)支撑多波长传输网络的开销定义帧结构比特速率各种映射方式,2.OTN网络层次结构,1.OTN概述2.OTN网络层次结构3.OTN帧结构4.OTN的映射和复用5.OTN的保护,2.OTN网络层次结构,全功能OTM和简化OTMr:
5、简化n:波长m:速率指示,2.OTN网络层次结构,2.OTN网络层次结构,光学信道（Och）子层光学信道又可分成三种结构。光学信道净荷单元是映射来的客户信号及相应的开销；光学数据单元用于净荷单元的通道层连接；光学传输单元用于段层连接的错误纠正。光学复用段层（OMS）OMS网络层包含OMS净荷以及非相关的OMS开销（OMS-OH）。OMS净荷由复用的OCh组成。OMS-OH的内容通过一个独立的光学辅助信道传输。OMS支持光学复用段层连接和连接监控。OMS的一个例子是上光复用器（MUX）和光去复用器（DeMUX）间的段。利用OMS，服务供应商可以隔离和排除OTN中发生在某个DWDM网络段的故障，同
6、时可对通过多个服务供应商网络的波长组进行监控和管理。光学传输段层（OTS）OTS网络层包含OTS净荷和OTS开销。OTS净荷由n个光学复用段组成。OTS-OH由为光学传输段提供支持的维护和运营功能信息组成。OTS-OH通过一个光学辅助信道传输。OTS的一个例子是一条光学链路上两个放大器间的网络段。OTS层允许服务供应商管理和监控网络单元（如光学分插复用器、放大器或光交换）间的物理光纤段。故障可以在物理光纤一级隔离。同时可以向网络运营商报告诸如激光信号功率水平、色散和信号损失等属性，以方便故障隔离。,2.1 G.709定义的OTUk帧结构,光信道净荷单元（OPUk）：实现客户信号映射进一个固定的
7、帧结构（数字包封）的功能，包括但不限于STM-N，IP分组，ATM信元，以太网帧。光信道数据单元（ODUk）：提供与信号无关的连通性，连接保护和监控等功能，这一层也叫数据通道层。光信道传送单元（OTUkV）：提供FEC，光段层保护和监控功能，这一层也叫数字段层。,与SDH不同，不同速率(k1、2、3)情况下，帧的大小保持不变，但每一帧传送所需的时间(帧频)不同。,2.2 OTM:光传送模块,2.2 OTM:光传送模块,OTM-n.m的结构,2.2 OTM:光传送模块,OTM-0.m的结构,2.3 OTN结构关联关系,2.2 OTM:光传送模块,OOS功能符合标准要求OOS速率和格式无标准要求,
8、2.2 OTM:光传送模块,全功能OTM和简化OTM区别简化信号结构中不需OSC/OOS（光传送模块开销信号）未定义OPS（光物理段）开销，直接在接口位置使用OTUkV SMOH进行监控和管理。OTUk、OTUkV和OTUkv的区别OTUk帧结构，包括OTUk FEC，已完全标准化OTUkV帧结构，包括OTUk FEC，二者仅功能标准化（仅指定了必须的功能）OTUkv，将完全标准化的OTUk帧结构与部分标准化的OTUkV FEC结合。,2.2 OTM:光传送模块,2.4 例子,以下是OTSn,OMSn,OCh,OTUk,ODUk,OPS0分段管理的例子通过OTM-0.m、OTM-n.m和STM
9、-N 线路传送客户信号,DXC,3R,3R,3R,Client,Client,3R,DXC,OTM-0.m,OTM-n.m,STM-N,ODXC,OCADM,LT,R,R,LT,LT：Line Terminal w/optical channel multiplexing,OCADM：Optical Channel Add/Drop Multiplexer 光通道分插复用器,ODXC：ODU Cross-Connect,3R：O/E/O w/Reamplification,Reshaping&Retiming and monitoring,R：Repeater,3.OTN帧结构,1.OTN概述
10、2.OTN网络层次结构3.OTN帧结构4.OTN的映射和复用5.OTN的保护,3.OTN帧结构,OTN帧结构,OTUk bit rate:255/(239-k)*STM-N,ODUk bit rate:239/(239-k)*STM-N,3.OTN帧结构,OPUk帧为实现将业务装入OTUk帧而设计各种业务装入净荷部分开销和业务映射有关,3.OTN帧结构,ODUk帧电层处理时用到对OTUk做电再生处理电层交叉调度OPUk加上一些维护管理开销组成ODUk,3.OTN帧结构,OTUk帧让ODUk帧能在光纤中传输开销用于外部传输,3.OTN帧结构,3.1 OTNk开销,复帧定位信号 MFAS（1 By
11、te）,256帧构成一个复帧序列（256Byte）,帧定位信号 FAS（6 Bytes)OA1F6h，OA228h,3.1 OTNk开销,OTUk SM开销中的 BIP-8字节(1 Byte),OTUk SM开销（3 Bytes),3.1 OTNk开销,OTUk SM开销中的后向错误指示和后向定帧错误(BEI/BIAE)用于回送OTUk接收到的BIP-8错误和定帧错误（IAE），当为“0011”时表示BIAE,3.1 OTNk开销,OTUk SM开销中的后向缺陷指示(BDI)用于回送OTUk接收到的信号缺陷（SD）状态；为“1”时表示缺陷状态，否则为“0”OTUk SM开销中的定帧错误开销（I
12、AE）用于指示OTUk接收到的定帧错误状态；为“1”时表示定帧错误，否则为“0”,3.2 ODUk开销,ODUk PM开销中的 BIP-8字节(1 Byte),ODUk PM开销（3 Bytes),3.2 ODUk开销,ODUk PM开销中的后向错误指示和后向定帧错误(BEI)用于回送ODUk接收到的BIP-8错误,3.2 ODUk开销,ODUk PM开销中的后向缺陷指示(BDI)用于回送ODUk接收到的信号缺陷状态；为“1”时表示缺陷状态，否则为“0”ODUk PM开销中的通道状态指示(STAT)用于指示ODUk通道状态；,3.2 ODUk开销,ODUk通道监视（PM）开销-路径踪迹标识（T
13、TI）-比特间插奇偶校验(BIP-8)-后向缺陷指示（BDI）-后向错误指示（BEI）-维护信号存在的指示比特（STAT）ODUk 串联连接监视（TCM）开销-路径踪迹标识（TTI）-比特间插奇偶校验8（BIP-8）-后向缺陷指示（BDI）-后向错误指示和后向输入对齐错误（BEI/BIAE）-输入对齐错误以及维护信号的状态比特（STAT）,3.2 ODUk开销,ODUk串联连接监视TCM开销（Tandem Connect Monitor）共有6个字段，具体位置、结构见上页图示。TCM使得网络运营商能够让信号从自己的网络入口点和出口点对该信号进行监控。这6个监控字段的结构与PM字段相同，并且支持
14、从下列应用情形中的一个或多个对ODUk连接进行监控。1 通过公用网络对ODUk连接进行UNI到UNI的监控。2 通过网络运营商对ODUk进行NNI到NNI监控。3 为保护切换进行子层监控，以及检测信号故障或劣化状况。4 监控汇接连接，对故障进行定位或验证。六个TCM字段支持一各种各样的网络配置形式进行汇接连接监控，并且可以用于嵌套，重叠和级连拓扑结构。,3.2 ODUk开销,其它ODUk开销TCM ACT(串联连接监视激活/去激活协议)FTFL(故障类型和故障位置开销)EXP(实验开销)GCC1，GCC2(通用通信通道开销)APS/PCC(自动保护倒换和保护通信通道)RES（Reserved）
15、,3.2 ODUk开销,ODUk 故障类型和故障位置开销（FTFL)256帧的FTFL字节构成256Byte的FTFL信息第0127Byte为前向指示区域，第128255Byte为后向指示区域,前向和后向指示区域又分为3个子区域,3.2 ODUk开销,SM/PM/TCM开销的作用域,3.2 ODUk开销,SM/PM/TCM开销的作用域,3.3 OPUk开销,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16,1234,PSI(Payload Structure Identifier)通过复帧构成256Byte的PSI信号,用于传送256字节的净荷结构标识符信号为1个字
16、节，第4行的15列与ODUK的复帧对齐PSI第一个字节为净荷类型（PT），PSI其余255个字节用于映射和级联,01,255,3.3 OPUk开销PT说明,3.3 OPUk开销JC/NJO/PJO,JC:Justification Control 调整控制字节NJO:Negative Justification Opportunity负调整机会字节PJO:Positive Justification Opportunity正调整机会字节,3.3 OPUk开销,OPUk映射调整控制(JC)开销指示客户数据通OPUk之间的正负调整状态OPUk映射分为异步映射和比特同步映射两种比特同步映射时，JC和
17、正负调整字节的关系异步映射时，JC和正负调整字节的关系,3.4 FEC（前向纠错）,OTUk的速率是ODUk的255/239倍，多余的部分用以增加编码方案里德-所罗门RS（255，239）的前向纠错(FEC)开销。能纠正8个字节的随机错误和检测16个字节的随机错误,3.4 FEC（前向纠错）,OTU 的每一行使用字节间插的方法拆分成 16 个子行。每一个 FEC 的编码器或解码器处理其中的一个子行。根据每一个子行的第 1 到第 239 个信息字节计算出来的 FEC 奇偶校验字节被安置在同一个子行的第 240到第 255个字节。,4.OTN的映射和复用,1.OTN概述2.OTN网络层次结构3.O
18、TN帧结构4.OTN的映射和复用5.OTN的保护,4.OTN的映射和复用,4*ODU1-OPU2 Payload-ODU2-OTU2调整后的ODU1信号（ODTU12）通过字节间插的方式复用到OPU2 Payload加入ODU2和OTU2开销及FECODU1和ODU2的速率适配通过正负调整实现ODU1帧将跨越一个ODU2帧的帧边界，占用多个ODU2帧,4.1时分复用ODU2子信号分配,5.OTN的保护,1.OTN概述2.OTN网络层次结构3.OTN帧结构4.OTN的映射和复用5.OTN的保护,缩略语,AMP:Asynchronous Mapping Procedure 异步映射方式ASON:A
19、utomatically Switched Optical Network自动交换光网络BDI:Backward Defect Indication 后向缺陷指示BIP:Bit Interleaved Parity 比特奇偶间插BMP:Bit-synchronous Mapping Procedure 比特同步映射方式CBR:Constant Bit Rate 固定比特速率DWDM:Dense Wavelength Division Multiplex 密集型光波复用FEC：Forward Error Correction 前向误码纠错GCC:General Communication Cha
20、nnel 通用通信通路IAE:Incoming Alignment Error 输入定位误码MSI:Multiplex Structure Identifier 复用结构标识OADM:Optical Add/Drop Multiplexer 光分插复用OAM:Operation Administration and Maintenance操作管理维护OCC:Optical Channel Carrier 光通路载波,缩略语,ODU:Optical Channel Data Unit 光通路数据单元OPU:Optical Channel Payload Unit 光通路净荷单元OTN:Optic
21、al Transport Network 光传送网OTM:Optical Transport Module 光传送模块 OTU:Optical Channel Transport Unit 光通路传送单元OXC:Optical Cross-connector 光交叉互连节点PDH:Presynchronous Digital Hierarchy 准同步数字系列PM:Path Monitoring 通道监测PT:Payload Type 净荷类型SDH:Synchronous Digital Hierarchy 同步数字系列SM:Section Monitoring 段监测TCM:Tandem
22、Connection Monitoring 串型连接监测WDM:Wavelength Division Multiplex 波分复用,参考资料,ITU-T G.709/Y.1331(12/2009)Interfaces for the Optical Transport Network(OTN)光传送网(OTN)接口(征求意见稿)20090608V3.1,结束语：,Thanks,附录1：术语解释,数字包封技术：提供了ITU标准所要求的网络管理功能,即光网络层性能监视,前向纠错(FEC)功能,它把用于解决传输带宽问题的DWDM技术转变为一种实用的网络技术。前向纠错FEC(Forward Erro
23、r Correction):其原理是发送方将要发送的数据附加上一定的冗余纠错码一并发送，接收方则根据纠错码对数据进行差错检测，如发现差错，由接收方进行纠正。自动重传请求（Automatic Repeat reQuest）:通过接收方请求发送方重传出错的数据报文来恢复出错的报文，是通信中用于处理信道所带来差错的方法之一，有时也被称为后向纠错（Backward Error Correction，BEC）；另外一个方法是信道纠错编码。传统自动重传请求分成为三种，即停等式(stop-and-wait）ARQ，回退n帧（go-back-n）ARQ，以及选择性重传（selective repeat）ARQ
24、。后两种协议是滑动窗口技术与请求重发技术的结合，由于窗口尺寸开到足够大时，帧在线路上可以连续地流动，因此又称其为连续ARQ协议。三者的区别在于对于出错的数据报文的处理机制不同。三种ARQ协议中，复杂性递增，效率也递增。除了传统的ARQ，还有混合ARQ（Hybrid-ARQ）。,附录1：术语解释,附录1：术语解释,dB(Decibel，分贝)：是一个纯计数单位，本意是表示两个量的比值大小，没有单位。在工程应用中经常看到貌似不同的定义方式（仅仅是看上去不同）。对于功率，dB=10*lg(A/B)。对于电压或电流，dB=20*lg(A/B)。此处A，B代表参与比较的功率值或者电流、电压值。dB的意义
25、其实再简单不过了，就是把一个很大（后面跟一长串0的）或者很小（前面有一长串0的）的数比较简短地表示出来。8B/10B，也叫做8比特/10比特或8b10b。8b/10b方式最初由IBM公司于1983年发明并应用的。8b/10b编码的特性之一是保证DC 平衡，采用8b/10b编码方式，可使得发送的“0”、“1”数量保持基本一致，连续的“1”或“0”不超过5位，即每5个连续的“1”或“0”后必须插入一位“0”或“1”，从而保证信号DC平衡，它就是说，在链路超时时不致发生DC失调。通过8b/10b编码，可以保证传输的数据串在接收端能够被正确复原。8b/10b编码是将一组连续的8位数据分解成两组数据，一
26、组3位，一组5位，经过编码后分别成为一组4位的代码和一组6位的代码，从而组成一组10位的数据发送出去。相反，解码是将1组10位的输入数据经过变换得到8位数据位。数据值可以统一的表示为DX.Y或KX.Y，其中D表示为数据代码，K表示为特殊的命令代码，X表示输入的原始数据的低5位EDCBA，Y 表示输入的原始数据的高3位HGF。,附录1：术语解释,DPT（Dynamic Packet Transport）动态分组传输：是一种提供SONET/SDH传输经常所需的可靠性和恢复功能而无需增加不必要的IP业务开销的技术。DPT采用两条反向循环的光纤环路，能够使两条光纤同时用于传输数据和控制业务。DPT使用
27、空间复用协议（SRP）在分组环路上提供基本的分组寻址、分组剥离、带宽控制和信息传输控制等功能，SRP是独立于媒体的媒体接入控制层协议，可以在环路配置中实现DPT功能。DPT将IP路由选择高效的带宽利用、丰富的业务功能与光纤环路的大量带宽及自愈功能充分结合起来，提供现有解决方案无法提供的成本和功能优势。SDL（Simple Data Link）简易数据链路:协议是IETF于2000年1月提出的一种新的数据链路层协议，用于对同步或异步传送的可变长度的IP数据包进行高速定界，相对于RFC1662中提出的HDLC和我国2000年10月发布的LAPS帧格式，其定帧速度更快、纠错检错性更好、网络安全可靠性
28、能更高，可以在STM-16以上速率的SDH链路上传送不同的PDU（协议数据单元）信息。FR（Frame Relay）帧中继：是一种以帧为数据单位的传输模式。是基于光纤数字传输和用户设备智能化、简化X.25 网络节点协议功能的一种快速分组交换技术。与 X.25 相比FR 更适合对速率和实时性要求更高的数据应用业务。帧中继使用了统计复用技术，是点对多点的通信服务。帧中继是一种高性能的WAN协议，它运行在OSI参考模型的物理层和数据链路层。帧中继数据传输协议只保留了物理层和数据链路层的核心层的功能。数据以链路层的格式在网络中转发。,附录1：术语解释,3R中继器：传统的光中继器采用的是光-电-光(O-
29、E-O)的模式，光电检测器先将光纤送来的非常微弱的并失真了的光信号转换成电信号，再通过放大、整形、再定时，还原成与原来的信号一样的电脉冲信号。然后用这一电脉冲信号驱动激光器发光，又将电信号变换成光信号，向下一段光纤发送出光脉冲信号。通常把有再放大(re-amplifying)、再整形（re-shaping）、再定时（re-timing）这三种功能的中继器称为“3R”中继器。这种方式过程繁琐，很不利于光纤的高速传输。RS码：又称里所码，即Reed-solomon codes，是一种低速率的前向纠错的信道编码，对由校正过采样数据所产生的多项式有效。编码过程首先在多个点上对这些多项式求冗余，然后将其
30、传输或者存储。对多项式的这种超出必要值得采样使得多项式超定（过限定）。当接收器正确的收到足够的点后，它就可以恢复原来的多项式，即使接收到的多项式上有很多点被噪声干扰失真。RS(Reed-Solomon)码是一类纠错能力很强的特殊的非二进制BCH码。对于任选正整数S可构造一个相应的码长为n=qS-1的 q进制BCH码，而q作为某个素数的幂。当S=1，q2时所建立的码长n=q-1的q进制BCH码，称它为RS码。当q=2m(m1)，其码元符号取自于F(2m)的二进制RS码可用来纠正突发差错，它是最常用的RS码。,附录1：术语解释,附录2：补充说明,目前面向ALL IP平滑演进的传送解决方案,附录2：
31、补充说明,OTN传输层,附录2：OCHOMSOTSMSPRSSPI解释,光学信道（Och）子层光学信道又可分成三种结构。光学信道净荷单元是映射来的客户信号及相应的开销；光学数据单元用于净荷单元的通道层连接；光学传输单元用于段层连接的错误纠正。光学复用段层（OMS）OMS网络层包含OMS净荷以及非相关的OMS开销（OMS-OH）。OMS净荷由复用的OCh组成。OMS-OH的内容通过一个独立的光学辅助信道传输。OMS支持光学复用段层连接和连接监控。OMS的一个例子是上光复用器（MUX）和光去复用器（DeMUX）间的段。利用OMS，服务供应商可以隔离和排除OTN中发生在某个DWDM网络段的故障，同时
32、可对通过多个服务供应商网络的波长组进行监控和管理。光学传输段层（OTS）OTS网络层包含OTS净荷和OTS开销。OTS净荷由n个光学复用段组成。OTS-OH由为光学传输段提供支持的维护和运营功能信息组成。OTS-OH通过一个光学辅助信道传输。OTS的一个例子是一条光学链路上两个放大器间的网络段。OTS层允许服务供应商管理和监控网络单元（如光学分插复用器、放大器或光交换）间的物理光纤段。故障可以在物理光纤一级隔离。同时可以向网络运营商报告诸如激光信号功率水平、色散和信号损失等属性，以方便故障隔离。MSP:Multiplex Section Protection复用段保护复用缎终端功能模块：主要作
33、用时产生复用段开销并构成完整的复用段信号，以及终结复用段开销。恢复处理MSOH字节，同时从MSOH的K1、K2字节中得到复用段保护主备切换信息，产生MSOH字节，形成复用段信号送给RST复用段保护功能模块：主要作用为复用段内STMN信号的失效保护。收到告警信号或者倒换命令时，MSP功能块将保护的部分切换到保护通道的终端模块上，同时，本端的自动保护倒换通路字节K1、K2送入备用保护MST传送给对端.RS Regenerator Section 再生段再生终端功能模块：主要作用是产生和终结再生段开销。来自SPI的逻辑电平和定时信号正常时，RST搜索A1和A2进行帧定位，然后对除再生段开销第一行外的所有字节进行解扰码，提取E1、F1等以及其他未使用的字节送至系统内部开销数据接口；来自复用段终端功能块的带MSOH的STM1信号其RSOH字节未定，通过RST功能块确定RSOH字节。SPI SDH Physical Interface SDH物理接口SDH物理接口：将线路送来的STMN信号转换为内部逻辑电平信号，再生段终端功能块送来的STMN逻辑电平信号转换为线路信号。,附录2：补充说明,OTN网络：域和层域间接口（IrDI）：是指位于不同营运商域或同一个营运商域的不同供应商之间的互连接口域内接口（IaDI）：一个营运商域中的一个供应商网络设备上的互连接口,
