第3章 光传送网（OTN）

3.1 OTN的概念及应用

3.1.1 OTN的概念

随着互联网新业务的不断发展，传输网网络结构也在不断改进。光纤通信自出现以来，得到了迅速的发展。光纤通信作为传送信号的一种方式，其网络的组织一直处于电的层面。为适应新业务的需求，仅仅只在电层处理业务已经远远不能满足现网的要求，于是光通信从电层向光层发展，出现了OTN技术。

SDH属于第一代光网络，其本质上是一种以电层处理为主的网络技术，业务只有在再生段终端之间转移时保持光的形态，而到节点内部侧则必须经过光/电转换，在电层实现信号的分插复用、交叉连接和再生处理等。换句话说，在SDH网络中光纤仅仅作为一类优良的传输媒质，用于跨节点的信息传输，光信号不具有节点透过性。此时，整根光纤被笼统地视为一路载体，就像是一条宽阔的高速公路，由于没有划分车道，所以只能安排一组车流的交通。信号传输与处理的电子瓶颈极大限制了对光纤可用带宽的挖掘利用。

第二代光网络的核心是解决上述电子瓶颈问题，20 世纪 90 年代中期，人们首先提出了“全光网”的概念。发展全光网的本意是信号直接以光的方式穿越整个网络，传输、复用、再生、选路和保护等都在光域上进行，中间不经过任何形式的光/电转换及电层处理过程。这样可以达到全光透明性，实现任意时间、任意地点、任意格式信号的理想目标。全光网络能够克服电子瓶颈，简化控制管理，实现端到端的透明光传输，优点非常突出。然而，由于光信号固有的模拟特性和现有器件水平，目前在光域很难实现高质量的3R再生（再定时、再整形、再放大）功能，大型高速的光子交换技术也不够成熟。人们已逐渐认识到全光网的局限性，提出所谓光的“尽力而为”原则，即业务尽量保留在光域内传输，只有在必要的时候才变换到电上进行处理。这为二代光网络——“光传送网”——的发展指明了方向。

1998年，ITU-T正式提出了光传送网的概念。从功能上看，OTN的出发点是在子网内实现透明的光传输，在子网边界采用光/电/光（O/E/O）的 3R 再生技术，从而构成一个完整的光网络。OTN开创了光层独立于电层发展的新局面，在光层上完成业务信号的传送、复用、选路、交换、监视等，并保证其性能指标和生存性。它能够支持各种上层技术，是使用各种通信网络演进的理想基础传送网络。全光处理的复杂性使得光传送网成为当前历史时期必然的选择，随着技术和器件的进步，人们期待光透明子网的范围将会逐步扩大至全网，在未来最终实现真正意义上的全光网。

OTN是由ITU-T G.872、G.798、G.709等建议定义的一种全新的光传送技术体制，它包括光层和电层的完整体系结构，对于各层网络都有相应的管理监控机制和网络生存性机制。OTN的思想来源于SDH/SONET技术体制（例如映射、复用、交叉连接、嵌入式开销、保护、FEC等），把SDH/SONET的可运营、可管理能力应用到WDM系统中，同时具备了SDH/SONET灵活可靠和WDM容量大的优势。在OTN的功能描述中，光信号是由波长（或中心波长）来表征。光信号的处理可以基于单个波长，或基于一个波分复用组。OTN在光域内可以实现业务信号的传递、复用、路由选择、监控，并保证其性能要求和生存性。OTN可以支持多种上层业务或协议，如SONET/SDH、ATM、Ethernet、IP、PDH、Fiber Channel、GFP、MPLS、OTN虚级联、ODU复用等，是未来网络演进的理想基础。全球范围内越来越多的运营商开始构造基于OTN的新一代传送网络，系统制造商们也推出具有更多OTN功能的产品来支持下一代传送网络的构建。

此外，OTN扩展了新的能力和领域，例如提供大颗粒2.5Gbit/s、10Gbit/s、40Gbit/s业务的透明传送，支持带外 FEC，支持对多层、多域网络的级联监视以及光层和电层的保护等。OTN对于客户信号的封装和处理也有着完整的层次系，采用OPU（光道净荷单元）、ODU、OTU等信号模块对数据进行适配、封装，及其复用和映射。OTN增加了电交叉模块，引入了波长/子波长交叉连接功能，为各类速率客户信号提供复用、调度功能。OTN兼容传统的SDH组网和网管能力，在加入控制层面后可以实现基于OTN的ASON。图3-1所示是OTN设备节点功能模型，包括电层领域内的业务映射、复用和交叉，光层领域的传送和交叉。OTN组网灵活，可以组成点到点、环形和网状网拓扑。

因此，OTN技术集传送、交换、组网、管理能力于一体，代表着下一代传输网的发展方向。其技术特点主要有：能够实现业务信号和定时信息的透明传输；支持多种客户信号封装；支持大颗粒调度保护和恢复；具有丰富的开销字节所支持的完善性能与故障监测能力以及FEC能力；能够与ASON控制平面融为一体。

3.1.2 OTN技术优势

目前城域核心层及干线的SDH（同步数字体系）网络适合传送的主要为TDM业务，但迅猛增加的却是具备统计特性的数据业务，所以，在现有网络层面及其后续的网络建设中不可能大规模地新建SDH网络。这样，自然而然地就考虑到了扩大现有WDM（波分复用系统）网络的规模建设，可IP业务通过POS（基于SDH的分组技术）接口或者以太网接口直接上载到现有 WDM 网络上，将面临组网、保护和维护管理等方面的缺陷。因此，在现有 WDM网络的基础上，当条件具备时，可根据需求逐步升级为具有G.709开销的维护管理功能的OTN设备。即对于现有WDM系统新建或扩容的传送网络，在省去SDH网络层面以后，至少应支持基于G.709开销的维护管理功能和基于光层的保护倒换功能，故WDM网络会逐渐升级过渡到OTN，而基于OTN技术的组网会逐渐占据传送网主导地位。OTN以多波长传送（单波长传送为其特例）、大颗粒调度为基础，综合了SDH的优点及WDM的优点，可在光层及电层实现波长及子波长业务的交叉调度，并实现业务的接入、封装、映射、复用、级联、保护/恢复、管理及维护，形成了一个以大颗粒宽带业务传送为特征的大容量传送网络。

OTN技术的具体特点如下。

① 多种客户信号封装和透明传输：OTN帧可以支持多种客户信号的映射，如SDH、ATM、以太网、ODU复用信号，以及自定义速率数据流，使OTN可以传送这些信号格式，或以这些信号为载体的更高层次的客户信号，如以太网、MPLS、光纤通道、HDLC/PPP、PRP、IP、MPLS、FICON、ESCON及DVBASI视频信号等，不同应用的业务都可统一到一个传送平台上去。此外，OTN还支持无损调整ODUflex（GFP）连接带宽的控制机制（G.HAO）。

② 大容量调度能力：相对于SDH网络只能通过VC调度，提供Gbit/s级的容量而言，OTN的基本处理对象是波长，可以进行大颗粒的调度处理，可提供Tbit/s级的带宽容量。

③ 强大的运行、维护、管理与指配能力：OTN 定义了一系列用于运行、维护、管理与指配的开销，包括随路开销与非随路开销，利用这些开销可以对光传送网进行全面而精细的监测与管理，为用户提供一个可运营，可管理的光网络。为了支持跨不同运营商网络的通道监视功能，OTN提供了6级串联连接监视功能，监视连接可以是嵌套式、重叠式和/或级联式，可以对一根光纤中复用的多个波长同时进行管理。

④ 完善的保护机制：OTN具有与SDH相类似的一整套保护倒换机制，如1+1/1:n路径保护、1+1/1:n的子网连接保护、共享环保护等，可为业务提供可靠的保护，所以大大增强了网络的安全性与健壮性，使网络具有很强的生存能力。

⑤ FEC功能：OTN帧中专门有一个带外FEC区域，通过前向纠错FEC可获得5～6dB的增益，从而降低了对OSNR的要求，增加了系统的传输距离。

⑥ 强大的分组处理能力：随着OTN和PTN的应用与推广，在我国许多大中城市的城域核心层，存在着 PTN 和现有 WDM/OTN 设备背靠背组网的应用场景，目的是既解决大容量传送也实现分组业务的高效处理。从便于网络运维、减少传送设备种类和降低综合成本的角度出发，需要将OTN和PTN的功能特性和设备形态进一步地有机融合，从而催生了新一代光传送网产品形态——分组光传送网（POTN），目的是实现 L0 WDM/ROADM 光层、L1 SDH/OTN层和L2分组传送层（包括以太网和MPLS-TP）的功能集成和有机融合。POTN将最先应用在城域核心和汇聚层，随着接入层容量需求的提升，逐步向接入层延伸。

3.1.3 OTN标准进展

光传送网（OTN）技术作为大容量的光传送技术，已经成为下一代传送网的核心技术。但是像所有的技术一样，从技术诞生到标准成熟，经历了较长时间的研究和讨论，其中中国的运营商和设备商为OTN技术和标准的成熟做出了突出贡献。ITU-T从1997年就开始考虑OTN的标准化问题，从1998年到现在已陆续出台了一系列标准化建议，G.871和G.872（见图3-2）是关于OTN纲领性的建议，G.871给出了关于OTN的一系列标准的总体结构和它们之间的相互关系；G.872给出了OTN的总体结构，包括：OTN的分层结构、特征信息、客户/服务者关系、网络拓扑和网络各层的功能等；其他建议分别规范了 OTN 的各个方面，这些建议涉及OTN的网络节点接口、物理层特性、抖动和漂移性能控制、设备功能块的特性、线性和环形保护、链路容量调整方案、网络管理、智能控制等诸多方面，为将OTN技术推向应用奠定了基础，也对OTN技术的发展起到了积极的促进作用。另外，ASON系列相关标准也适用于OTN。

国内对OTN的发展也颇为关注，中国通信标准化协会目前已完成了相关行业标准的书写（包括OTN基本原则、OTN的NMS系统功能、OTN EMS-NMS系统接口功能、EMS-NMS通用接口信息模型、基于 IDL 的信息模型以及基于 XML 的信息模型技术），目前正在进行ROADM技术要求和OTN总体要求等OTN行标的编写。OTN技术除了在标准上日臻完善之外，近几年在设备和测试仪表等方面也是进展迅速。从2007年开始，中国移动集团、中国电信集团和中国网通集团等已经或者正在开展OTN技术的研究与测试验证，部分地区已经开始OTN 的商用。同时国外运营商对传送网络的 OTN 接口的支持能力已提出明显需求。随着宽带数据业务的大力发展和OTN技术的日益成熟，采用OTN技术构建更为高效和可靠的传送网是通信传输技术发展的必然结果。

本节将从国外和国内两个角度介绍OTN标准化的基本现状，同时将讨论OTN技术的后续发展趋势。

3.1.3.1 国际OTN标准化现状

国际上的OTN系列标准主要由ITU-T SG15来组织开发，其主要由网络架构（SG15 Q12负责）、物理层传输（SG15 Q6负责）、设备功能及保护（SG15 Q9负责）OTN逻辑信号结构（SG15 Q11负责）、OTN抖动与误码（SG15 Q13负责）、OTN管理（SG15 Q14负责）等内容构成。

由于OTN是作为网络技术来开发的，许多SDH传送网中成熟的功能和体系原理都被拿来仿效，包括帧结构、功能模型、网络管理、信息模型、性能要求、物理层接口等系列标准。OTN传送平面标准内容及目前最新进展分别介绍如下。

（1）OTN网络架构

G.871标准定义了光传送网框架结构。其目的是为了协调ITU-T内对OTN标准的开发活动，以使开发的标准包含OTN的各个方面并保证一致性。该标准提供了用于高层特性定义的参考、OTN 各个方面相关标准的说明及相互关系和开发 OTN 标准的工作计划等。该标准为滚动型标准，主要介绍光传送网标准化进程，没有一个稳定文本、标准实时地根据标准化状态更新。G.872标准定义了光传送网结构。其基于G.805的分层方法描述了OTN的功能结构，规范了光传送网的分层结构、特征信息、客户/服务层之间的关联、网络拓扑和分层网络功能，包括光信号传输、复用、监控、选路、性能评估和网络生存性等。

（2）物理层传输

OTN的物理层接口标准主要包括G.959.1和G.693。G.959.1规范了光网络的物理接口，主要目的是在两个管理域间的边界间提供横向兼容性，域间接口（IrDI）规范了无线路放大器的局内、短距和长距应用。G.693 规范了局内系统的光接口，规定了标称比特率 10Gbit/s 和40Gbit/s，链路距离最多2km的局内系统光接口的指标，目标是保证横向兼容性。G.959.1标准定义了光网络物理层接口和要求。其定义了采用WDM技术的pre-OTN物理网络接口，在该情况下不要求OTN网管功能。标准适用于基于G.709接口的光传送网域间接口，主要目的是实现两个管理域之间接口的横向兼容，标准还规范了包括不使用线路放大器的局内系统、短距系统和长距系统。2012年2月1日，ITU-T发布了G.959.1的最新版本G.959.1-2012。G.693标准目前基本稳定。

（3）设备功能及保护

OTN设备功能主要包括G.671、G.798、G798.1、G.806和G.664等规范，保护功能主要由G.873.1和G.873.2来规范。G.671标准定义了光器件和光子系统性能要求。其规范了在长途网和接入网中与传送技术相关的所有类型的光器件特性，涵盖各种类型的光纤器件。标准定义了在所有工作状态下光器件的传输性能，确认各种光器件的参数，定义了各种系统应用下的相关参数值。G.798标准采用G.806规定的传输设备的分析方法，对基于G.872规定的光传送网结构和基于 G.709 规定的光传送网网络节点接口的传输网络设备进行分析。其功能描述是总体性的，不涉及物理功能的具体分配。定义的功能适用于光传送网UNI和NNI，也可应用在光子网接口或与光技术相关的接口。G.798.1主要规范OTN设备的类型，G.806主要规范传送设备功能性能特性的描述方法规范，G.664标准定义了光传送网安全要求，它规定了光网络中光接口在安全工作状态下的技术要求，包括传统SDH系统、WDM系统和光传送网。标准还规范了光接口自动激光关断（ALS）和自动功率降低（APR）等光安全进程，确保在光通道出现故障时激光器功率降到安全功率以下。

G.873.1主要规范OTN的线性保护，主要包括ODUk层面的路径保护、3种不同类型的子网连接保护（SNCP）等类型，规范了保护结构、自动倒换信令（APS）、触发条件、保护倒换时间等内容。G.873.2主要用于规范OTN的环网保护。

（4）OTN逻辑信号结构

OTN逻辑信号结构主要由G.709、G.HAO和G.sup43等来规范。G.709标准定义了光网络的网络节点接口。标准规范了光传送网的光网络节点接口，保证了光传送网的互联互通，支持不同类型的客户信号。标准主要定义OTM-n及其结构，采用了“数字封包”技术定义各种开销功能、映射方法和客户信号复用方法。通过定义帧结构开销，实施光通路层功能；通过确定各种业务信号到光网络层的映射方法，实现光网络层面的互联互通。相对于2003年的版本，2009年10月通过的G.709主要增加了新的带宽容器（ODU0、ODUflex、ODU2e、ODU4）以及对应的映射复用结构、通用映射规程（GMP），1.25Gbit/s 支路时隙、增加时延测试开销等。另外，G.HAO主要定义了基于ODUk带宽灵活无损可调的相关标准，而G.sup43则主要讨论了10GE LAN在OTN中透传的问题。

另外，ITU-T G.7041规范的通用成帧规程（GFP），G.7042规范的虚级联信号的链路容量自动调整机制也同样适用于OTN。G.7042标准定义了虚级联信号的自动容量调整。该标准定义的链路容量调整方案，采用虚级联技术用来增加或减少 SDH/OTN 中的容量。如果网络中一个单元出现失效，可以自动减少容量。当网络修复完成后，可以自动增加容量。

（5）OTN抖动与误码

OTN的抖动和误码主要由G.8251、O.173等标准来规范。G.8251定义了OTN NNI的抖动和漂移要求，其根据 G.709 定义的比特率和帧结构来确定，定义了抖动转移函数、抖动容限和网络抖动参数。OTN技术和SDH技术有所不同，SDH技术需要严格同步以保证数据传送质量，OTN技术则没有这个要求。为了让OTN两端的SDH保持同步，G.8251做了非常详细的规定。O.173则对测试OTN抖动的设备（仪表）功能要求做了规范。

OTN的误码规范主要由G.8201来规范。G.8201主要用来规范OTN的国际多运营商之间的通道误码性能指标。

（6）OTN管理

OTN的管理主要由G.874、G.874.1、G.7710、G.7712和M.2401等标准来规范。G.874标准定义了OTN的一层或多层网络传送功能中的OTN网元的管理。光层网络的管理应与客户层网络分离，使其可以使用与客户层网络不同的管理方法。G.874标准描述了网元管理层操作系统和光网元中的光设备管理功能之间的管理网络组织模型，还描述了NEL操作系统之间以及NEL与NEL之间通信的管理网络组织模型。G.874.1标准定义了光传送网网元信息模型。标准描述了光传送网管理网元的信息模型。该模型包括被管理的对象等级和它们的特征，这些特征可以用来描述按照M3010 TMN进行交换的信息。

G.7710 标准定义了通用设备管理功能要求。该标准定义的单元管理功能对网络中各种复用传送技术是通用的，与具体实现技术无关，这些功能包括日期和时间、故障管理、配置管理和性能管理。网络中的网元不一定全部支持和具备这些功能，其支持程度应根据该网元在网络中的位置与连接功能来确定。G.7712 规范了数据和信令通信网络，M.2401 规范了 OTN运营商投入业务和维护业务的性能指标要求。

2000年之前，OTN标准基本采用了与SDH相同的思路，以G.872光网络分层结构为基础，分别从物理接口、节点接口等几方面定义了OTN。2000年，对于OTN的发展是一个重要的转折，由于ASON的发展使OTN标准化进程改变了方向，从单纯模仿SDH标准向智能ASON 标准化方向发展，其中的重点是控制平面及其相关方面的标准化。作为国际标准化组织，ITU-T 主要从网络的框架结构方面提出要求，定义了自动交换光网络体系结构。同时参照其他标准化组织的成果，开始对分布式呼叫和管理、选路协议和信令等进行规范。另外，对 G.872 也做了较大修正，针对自动交换光网络引入的新情况，对一些标准进行了修改。涉及物理层的部分基本没有变化，例如物理层接口、光网络性能和安全要求、功能模型等。涉及 G.709 光网络节点接口帧结构的部分也没有变化。变化大的部分主要是分层结构和网络管理。另外引入了一大批新标准，特别是控制层面的标准（见图3-3）。

OTN控制平面标准内容介绍如下。

（1）G.8080标准。G.8080标准定义了自动交换光网络结构。标准提出并描述了自动交换光网络的结构特征和要求，不仅适合于G.803定义的SDH，也适用于G.872定义的OTN。标准描述了控制平面的组成单元，这些单元可以通过对传输资源的处理来建立、维护和释放连接。同时将呼叫控制与连接控制分开，选路和信令拆分，其组成单元是抽象的实体，而不是实施软件。

（2）G.7712标准。G.7712定义了数据通信网的体系结构与规范。该标准涉及TMN的分布式管理通信，ASON 的分布式信令通信以及包括公务、语音通信和软件下载在内的其他分布式通信方式。数据通信网的结构可以单独采用 IP、OSI或者两者的结合，其间的互联互通应符合相关规定。数据通信网支持各种应用，包括TMN要求其传输TMN单元之间的管理信息，ASON要求其传送ASON单元之间的信令信息。

（3）G.7713标准。G.7713定义了分布式呼叫和连接管理。G.807/G.8080定义了采用控制平面建立业务的动态光网络的结构和要求，而G.7713确立了ASON控制层面中协议方式的信令进程的具体要求。该标准定义了ASTN的信令方面，适用于UNI和NNI之间的连接管理，包括呼叫控制信令、连接控制和链路资源管理信令的要求及格式。

（4）G.7713.1标准。G.7713.1定义了基于私有网络间接口（PNNI）的分布式呼叫和管理。该标准提供了基于PNNI/Q.2931分布式呼叫和控制DCM协议规范。

（5）G.7713.2标准。G.7713.2标准采用GMPLS RSVP-TE的DCM信令。该标准包含了与ASON相关信令方面的内容，特别是GMPLS RSVP-TE。该标准集中在UNI和E-NNI接口规范上，同时也适用于I-NNI。

（6）G.7713.3标准。G.7713.3标准采用GMPLS CR-LDP的DCM信令，用受限的路由标签分发协议CR-LDP来实现分布式呼叫和连接管理DCM的信令机制。CR-LDP是MPLS框架下的协议，在Y.1310中作为IP在ATM传输的手段。扩展MPLS包括TDM交换和传送、光复用等级，称之为GMPLS。

（7）G.7714标准。G.7714标准定义了ASON中的自动发现技术，其目的在于辅助进行网络资源管理和选路。标准中引入了两个新的重要概念，即“层邻接发现”和“物理介质邻接发现”，它们都用来描述控制平面中不同控制实体之间的逻辑相邻连接关系。

（8）G.7715标准。G.7715标准定义了在ASON中建立SC和SPC连接选路功能的结构和要求。主要内容包括ASON选路结构、通路选择、路由属性、抽象信息和状态图转移等功能组成单元。该标准提供中性协议来描述ASON选路，通过DCN 传输选路信息作为其中的一个选项。

（9）G.7716 标准。控制平面组件的初始化、组件之间的关系建立以及控制平面异常后的处理等内容。

（10）G.7718标准。定义了与协议无关的控制平面管理信息模型。

从 OTN 国际标准的整体发展现状来看，OTN 主要标准目前已趋于成熟，后续的主要工作将集中于现有已立项标准的完善和修订，同时基于更高速率的OTU5及其相关映射复用结构的规范、基于光层损伤感知的智能控制等将也是后续标准发展的主要方向之一。

事实上，传统的OTN主要还是针对大颗粒TDM业务设计的，随着数据业务的蓬勃发展，OTN标准也在持续地演进。2009年10月9日，在瑞士日内瓦召开的ITU-T SG15研究组全体会议上，包含了多业务OTN（MS-OTN）关键技术特征（ODU0、ODU4、ODUflex、GMP等）的G.709v3获得通过。MS-OTN关键技术主要包括通用映射规程（GMP）、ODUflex和ODUflex（GFP）无损调整（G.HAO）。

（1）通用映射规程（GMP）

传统OTN建议中仅定义了CBR业务、GFP业务和ATM业务的适配方案。随着业务种类的不断增加，客户对业务传送的透明性要求也不断提高。目前，客户信号的传送主要有 3个级别的透明性，即帧透明、码字透明和比特透明。帧透明方式将会丢弃前导码和帧间隙信息，而这些字节中可能携带了一些私有运用。同样，码字透明方式也会破坏客户信号的原有信息。这两种透明传送方式均无法满足客户对业务的透明性需求，也无法支撑CBR业务的统一的适配路径。2001版的G.709虽然支持有限的几种比特透明适配方式，但这种方式仅限于SDH业务，无法扩展到其他业务。针对多业务的比特透明需求，OTN新定义了一种通用映射规程（GMP），以支持多业务的混合传送。

GMP能够根据客户信号速率和服务层传送通道的速率，自动计算每个服务帧中需要携带的客户信号数量，并分布式适配到服务帧中。

（2）ODUflex

MS-OTN针对未来不断出现的各种速率级别的业务，定义了两种速率可变的ODUflex容器，具体参见图 3-4。一种是基于固定比特速率（CBR）业务的 ODUflex，这种 ODUflex 的速率有3个范围段，分别是ODU1到ODU2之间、ODU2到ODU3之间和ODU3到ODU4之间，这种 ODUflex 通过同步映射 BMP 适配 CBR 业务；另一种是基于包业务的 ODUflex（GFP），这种ODUflex（GFP）的速率介于1.38～104.134Gbit/s之间，这种ODUflex（GFP）的速率原则上是任意可变的，但是ITU-T推荐采用ODUk时隙的倍数确定速率，这种ODUflex（GFP）通过GFP适配包业务。ODUflex和ODUk（k=0,1,2,2e,3,4）构成了MS-OTN支撑多业务的低阶传送通道，能够覆盖 0～104Gbit/s 范围内的所有业务。ODUflex 容器的提出，使MS-OTN具备了多种业务的适应能力。

（3）ODUflex（GFP）无损调整（HAO）

针对ODUflex（GFP），ITU-T目前正在定义一种类似SDH LCAS技术的ODUflex（GFP）无损调整（HAO）技术。这种技术能够提高MS-OTN传送分组业务的带宽利用率，增强MS-OTN部署的灵活性。ODUflex（GFP）连接中的所有的节点必须要支持HAO协议，否则需要关闭ODUflex（GFP）连接并重新建立。ODUflex（GFP）链路配置的修改必须通过管理或控制平面下发。

HAO技术改善了虚级联LCAS技术存在的几个重大问题：其一，对于业务管理监控方面，ODUflex（GFP）HAO技术监控的是整个传送链路，而虚级联LCAS技术则采用反向复用方式，因此管理开销监视的是不同的传送链路，不利于业务的统一管理；其二，虽然虚级联LCAS技术仅需要首末节点支持，但不同的链路路径在传输过程中引入较大延时，接收端接收后，需要在设备内部设计很大的FIFO，用于对齐不同链路的延时差，这种FIFO的引入将增大设备实现难度，而ODUflex（GFP）HAO技术采用统一路径，消除了延时差，接收端不需要内置FIFO补偿延时差，易于设备实现。

相比虚级联LCAS，HAO虽然需要ODUflex（GFP）整个链路的所有节点参与，但克服了LCAS在管理控制方面及缓存方面的重大问题，能够为运营商带来统一的网络管理及低成本的带宽调整方案，是未来MS-OTN传送分组业务的核心技术之一。

在HAO协议中，最重要的是控制时隙链路带宽变化的LCR协议和控制ODUflex（GFP）带宽变化的BWR协议，具体参见图3-5。这两个协议在带宽增加和带宽减少时执行步骤有些不同。在带宽增加时，先执行LCR协议，完成时隙链路的带宽增加，再执行BWR协议，最终完成ODUflex（GFP）链路带宽增加的操作。在带宽减少时，先启动LCR协议发动减少命令，随后挂起，再执行BWR协议完成ODUflex链路的带宽减少操作，随后重新启动LCR协议，再完成时隙链路的减少。

3.1.3.2 国内OTN标准化现状

国内OTN的标准化工作主要由中国通信标准化协会（CCSA）的传送与接入网工作委员会（TC6）的第一工作组（WG1）来完成。从OTN标准的制定过程来看，基本可分为两个阶段，即国际标准借鉴采用阶段、国内标准自主创新阶段。总体来说，国内OTN标准也处于基本成熟的阶段，后续的标准化工作侧重于现有已立项标准体系的逐渐完善和补充，同时根据OTN技术最新的发展和应用需求情况，逐步立项并制定相关要求标准。

第1阶段主要为OTN国际标准对应转换阶段，主要完成了GB/T 20187-2006《光传送网体系设备的功能块特性》（对应于ITU-T G.798、ITU-T G.709和ITU-T G.959.1等标准）。

第2阶段主要为自主创新制定阶段，目前主要完成了标准YD/T1990-2009《光传送网OTN网络总体技术要求》、YD/T 2003-2009《可重构的光分插复用（ROADM）设备技术要求》、行业标准《光传送网（OTN）测试方法》、《可重构的光分插复用（ROADM）设备测试方法》、《基于OTN的ASON设备技术要求》、技术报告《OTN多业务承载技术要求》等。

国内自主制定的标准主要内容归纳如下。

（1）YD/T 1990-2009标准规定了基于ITU-T G.872定义的《光传送网（OTN）总体技术要求》。主要内容包括：OTN 功能结构、接口要求、复用结构、性能要求、设备类型、保护要求、DCN实现方式、网络管理和控制平面要求等；适用于OTN终端复用设备和OTN交叉连接设备，其中OTN交叉连接设备主要包括：OTN电交叉设备、OTN光交叉设备和同时具有OTN电交叉和光交叉功能的设备。

（2）YD/T 2003-2009标准规定了《可重构的光分插复用（ROADM）设备技术要求》，标准规定了可重构的光分插复用（ROADM）设备的功能和性能，包括 ROADM 设备的参考模型和参考点、ROADM 设备的基本要求、ROADM 设备光接口参数要求、波长转换器和子速率复用/解复用要求、监控通道要求、ROADM设备管理要求等。

（3）《光传送网（OTN）测试方法》是与YD/T 1990-2009对应使用的标准，主要规范了 OTN 相关的测试方法，包括系统参考点定义、开销及维护信号测试、光接口测试、抖动测试、网络性能测试、OTN 设备功能测试、保护倒换测试、网管功能验证和控制平面测试等内容。

（4）技术报告《光传送网（OTN）组网应用研究》的主要内容包括：OTN网络与现有SDH和WDM网络的关系；OTN光电两层交叉在传送网络中的应用方式；OTN在省际干线、省内干线、城域网中的应用方式；OTN与 PTN、IP 承载网络的关系；多厂家互联互通方式等。

《光传送网（OTN）多业务承载技术要求》主要研究OTN多业务承载的接口适配处理、分组业务处理功能、VC调度功能、OTN时钟同步和频率同步要求、OTN多业务承载性能要求及保护、网络管理、控制平面要求等内容，主要侧重是YD/T 1990-2009没有包含且目前发展趋势较为明显的内容。

3.1.3.3 OTN发展趋势分析

继100G之后，光传送标准正在继续演进和支持400G传送。三大国际标准组织IEEE、ITU-T 和 OIF 都已相继成立了相应的工作组开展 400G 相关标准的研究工作，预计 400G传送的相关标准将于 2015—2016 年陆续成熟和发布。400GE 以太网标准由 IEEE 负责。IEEE802.3组织自2011年9月启动下一代以太网接口带宽需求工作以来，先后在2012年9 月成立了“更高速的以太网”特别工作组分析工业界单端口 400GE需求并于 2013年 5月实现400GE标准正式立项，开始Study Group阶段规格讨论。2014年5月在规格目标明确的基础上，开始制定详细方案和规格参数等，预计2016年左右可完成400GE标准正式文稿发布。

与此同时，ITU-T将开发基于n×100G灵活速率的超100G（B100G）OTN技术（见图 3-6）。目前，OTUCn将能够提供n×100G灵活线路速率接口，满足运营商对光频谱带宽资源的精细化运营需求。ITU-T SG15将大部分超100G OTN技术规范形成工作假设：确定帧结构、OTUCn开销、复用架构和比特速率等相关技术；部分技术规范和IEEE 400GE相关，ITU-T需要和IEEE互动；ITU-T已经识别出超100G OTN和IEEE无关及相关部分技术内容；借鉴OTU4承载100GE经验，相关部分需要等待IEEE最终决策。

ITU-T SG15主要关注光传送网（OTN）相关标准的定义。2013年7月ITU-T SG15采纳了关于超100G OTN架构的相关提案，明确定义了n×100Gbit/s速率的OTUCn、B100G（超100G）OTUCn帧结构、开销、比特速率和复用方式等，并已经形成工作假设。目前ITU-T SG15已确定OTUCn第一个标准化的IrDI接口为400G OTUC4，同时将持续推进客户侧信号映射和FEC方面的讨论。

如图3-7所示，超100G OTN协议栈借鉴了SDH的设计思路，将类似PDH的OTN架构改造为类似SDH的架构：

① 将现有的ODU3/ODU4扩展为类似VC3/VC4的容器；

② 将ODUCn扩展为类似SDH的复用段，将OTUCn扩展为类似SDH的再生段；

③ ODUCn不支持层层复用；

④ OTUCn/ODUCn/OPUCn开销每跳终结，并在出口再生；

⑤ 不再支持ODUCn TCM功能。

如图3-8所示，超100G OTN的帧结构会将现有的固定长度OTN帧结构扩展为类似SDH的可变长度帧结构，将n路100G子帧按列间插，方便重用OTU4设计模块。同时将现有的由帧频可变、帧长固定扩展为类似SDH的帧频固定、帧长可变，可方便拆分为n路，支持灵活的n100Gbit/s速率扩展，大部分开销放置在第一路OTUC1的开销位置。ITU-T Q11已经将该帧结构采纳为工作假设。

在超100G OTN复用映射路径中，OPUCn采用10G粒度划分时隙，超100G客户信号先映射到ODUflex，再GMP映射到OPUCn时隙，先终结400GE FEC，再映射到ODUflex，出OTN时再加上 FEC。对于低于 10G的客户信号，采用 GMP 通过 ODU3/ODU4 二级复用到OPUCn时隙。超100G OTN的复用方案也被接纳为工作假设。

ITU-T SG15 Q11工作组进一步确定了OTUCn/ODUCn/OPUCn比特速率，见表3-1。其中，FEC将独立于OTUCn之外，Q11没有限制未来FEC空间的利用。OPUC4需要承载400GE和4ODU4，目前确定的OPUC4速率在承载400GE时存在较大的裕量。OPUCn在划分10G时隙时，存在定义8n列填充和不填充两种方式，Q11确定的工作假设为对8n列进行填充，为后续扩展留余地。

随着Q11讨论持续推进，超100G OTN帧结构、复用映射架构和开销定义等大量技术规范逐渐清晰，大量的超100G OTN技术规范已经固化为Q11工作假设。ITU-T将借鉴100GE over ODU4经验，和IEEE展开良性互动，区分IEEE相关和无关部分，避免标准组织间的技术不兼容。中国运营商、研究院和设备商在超100G OTN领域处于业界领先地位，并在超100G OTN标准化过程中做出巨大贡献，推动超100G产业链健康、持续发展。中国将再次引领基础承载网超100G OTN标准演进。

3.1.4 OTN的应用场景分析

OTN是新一代光传送网络技术，从OTN技术应用定位上来看，OTN技术及设备目前已基本成熟，主要可应用于城域核心及干线传送层面；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。OTN组网总体网络架构分为省际干传送线网、省内干传送线网和城域传送网（核心层和汇聚层）三部分，如图3-10所示。OTN作为透明的传送平台，应为各种业务平台提供各类业务的统一传送。

省际干线传送网和省内干线传送网组网模型按照网络拓扑进行划分，城域传送网组网模型按照网络规模划分大规模城域传送网和中小规模城域传送网。当OTN同步组网时，在城域传送网层面，当时间同步设备部署在核心层面的OTN，并通过OTN给下游各个PTN设备分发1588v2同步信息时，需要OTN设备支持时间同步功能，各节点应工作在BC模式。OTN组网传递时间同步，当主用时间源或与主用时间源相连的 OTN 设备出现故障情况下，OTN应同步于备用时间源。当OTN内部出现节点故障或节点之间连接中断，BMC算法为链路提供保护方案。为保证OTN设备可靠地将时间同步信息传递给PTN设备，OTN设备应提供主备两个时间链路连接到PTN设备。

3.1.4.1 省际干线传送网OTN组网模型

随着网络及业务的IP化、新业务的开展及宽带用户的迅猛增加，国家干线上IP流量剧增，带宽需求逐年成倍增长。波分国家干线承载着PSTN/2G长途业务、NGN/3G长途业务、Internet国家干线业务等。由于承载业务量巨大，波分国家干线对承载业务的保护需求十分迫切。

如果采用IP over SDH over WDM的业务承载模式，可利用SDH实现对业务的保护。但SDH交叉调度颗粒太小，随着IP业务带宽颗粒的进一步增大，这种承载模式将使SDH设备的复杂度大大增加，保护效率降低，成本迅速提高。

如果采用IP over WDM的业务承载模式，可由IP层实现业务的保护。通过采用双平面设计，并引入BFD检测机制、IGP快速路由收敛、IP/LDP/TE/VPN FRR等技术，可实现业务层的50ms的故障恢复，达到SDH的电信级故障恢复水平。

但在IP层的海量业务下，这种保护方式控制的复杂性和成本的经济性都无法得到保障。不仅如此，FRR的实施条件十分苛刻，配置过程也十分复杂，必须分段（每个Span）寻找保护路由，且实际测试结果并没有达到50ms。而且，在这种保护方式下，IP层业务只能做到轻载，网络效率并不高。

OTN可以解决上述问题。国家干线IPover OTN的承载模式可实现SNCP保护、类似SDH的环网保护、Mesh网保护等多种网络保护方式，其保护能力与SDH相当，而且设备复杂度及成本也大大降低。

省际干线传送网（见图 3-11）部分边缘省份光缆网络只有两个出口方向，其他省份光缆网有3个以上出口方向，OTN组网时可根据光缆网络拓扑采用网状网（Mesh）结构，部分边缘省份通过环网将业务接入。

对于多维度的节点，需结合业务的流量流向合理规划各方向的波道，对于同一条电路使用的两个方向波道应规划进入同一交叉单元，避免通过外部跳纤实现通道的连通。

3.1.4.2 省内干线传送网OTN组网模型

省内/区域内的骨干路由器承载着各长途局间的业务（NGN/3G/IPTV/大客户专线等）。通过建设省内/区域干线 OTN（光传送网），可实现颗粒业务的安全、可靠传送；可组环网、复杂环网、Mesh 网；网络可按需扩展；可实现波长/子波长业务交叉调度与疏导，提供波长/子波长大客户专线业务。

（1）场景1（见图3-12）

业务特点：以省会城市节点为中心，各地市的业务主要向省会城市节点汇聚。

光缆网特点：以省会城市节点为中心，各地市节点分布在各环上。

网络组织：OTN组织为环形结构，省会城市节点支持多维，一般地市节点支持两维。

（2）场景2（见图3-13）

业务特点：以省会城市节点为中心，各地市的业务向省会城市节点汇聚。

光缆网特点：以省会城市节点为中心，各地市节点分布在各环上，但环与环间存在共用边。

网络组织：OTN组织为环形结构，各环都经过省会城市两个节点，省会城市节点支持多维，一般地市节点支持两维，公共边的节点支持三维及以上。

（3）场景3（见图3-14）

业务特点：除省会城市为业务出口点外，还具有第二业务出口地市，各地市的业务按归属地分别向省会城市节点或第二出口节点汇聚。

光缆网特点：以省会城市和第二出口城市为中心，各地市节点分布在各环上，省会城市和第二出口城市共处于一个环上。

网络组织：OTN组织为环形结构，省会城市节点和第二出口节点分别带环，且省会城市节点和第二出口节点间需组织环网，业务出口节点应支持多维，一般地市节点支持两维。

（4）场景4（见图3-15）

业务特点：一个区域内各地市节点间有业务流量，其他地市节点的业务向该区域汇聚。

光缆网特点：一个区域内各地市节点间光缆网呈网状结构，其他地市节点呈环状接入该区域。

网络组织：部分区域根据光缆网的联通度以及业务的流量流向组织网状网，其他地市按环网组织连接到该区域。

以环为主的网络，各节点可按环使用交叉单元配置系统，当跨环波道需求较少时，省会节点或第二出口节点用于跨环交叉单元可与用于组建环网的交叉单元共用一个，随着跨环波道需求的增加可单独使用交叉单元用于环间调度；对于网状网络，各节点需结合业务的流量流向合理规划各方向的波道，对于同一条电路使用的两个方向波道，应规划进入同一交叉单元，避免通过外部跳纤实现通道的连通。可考虑按业务波道的一定比例配置冗余波道。

3.1.4.3 城域传送网OTN组网模型

城域网覆盖地理范围相对较小，信号的传输距离并不是光传送网组网的限制因素，因此城域OTN的建设重点不在于OSNR、色散值等系统设计上，而主要关注于组网结构及业务提供的多样性和灵活性，这与长途波分的建设非常不同。城域OTN的基本网络拓扑与WDM网络一样主要有点到点、链形、环形和Mesh 4种。根据网络覆盖区域的形状、节点数量、业务需求、相邻节点间的主要通道截面、网络的安全要求及经济性能等，选用所需的基本拓扑结构，各种基本拓扑结构也可以任意组合从而满足城域网组网要求。

在城域网核心层，OTN 光传送网可实现城域汇聚路由器、本地网 C4（区/县中心）汇聚路由器与城域核心路由器之间大颗粒宽带业务的传送。路由器上行接口主要为GE/10GE，也可能为 2.5G/10GPOS。对于以太业务可实现二层汇聚，提高以太通道的带宽利用率；可实现波长/各种子波长业务的疏导，实现波长/子波长专线业务接入；可实现带宽点播、光虚拟专网等，从而可实现带宽运营；从组网上看，还可重整复杂的城域传输网的网络结构，使传输网络的层次更加清晰。

在城域网接入层，随着宽带接入设备的下移，接入速率越来越高，大量 GE 业务需传送到端局的BRAS及SR上，未来也可采用OTN或OTN+PON相结合的传输方式，它将大大节省因光纤直连而带来的光纤资源的快速消耗，同时可利用OTN实现对业务的保护，并增强城域网接入层带宽资源的可管理性及可运营能力。

城域传送网OTN结构根据网络规模的差异，选择不同的建设方式，主要分为大规模城域传送网和中小规模城域传送网。在波导规划方面，对于多维度的节点，需结合业务的流量流向合理规划各方向的波道，对于同一条电路使用的两个方向波道，应规划进入同一交叉单元，避免通过外部跳纤实现通道的连通。在OTN节点建议业务端到端进入交叉单元。

（1）场景1：大规模城域传送网（见图3-16）

城域传送网网络规模较大，核心节点数量多，整体网络业务量也较大。核心层负责提供核心节点间的局间中继电路，并负责各种业务的调度，实现大容量的业务调度和多业务传送功能。汇聚层负责一定区域内各种业务的汇聚和疏导，汇聚层具有较大的业务汇聚能力及多业务传送能力。核心层、汇聚层可考虑独立组网，在初期根据业务需求可只在核心层采用OTN组网。核心层的光缆资源相对丰富，用 OTN 组网时主要采用网状（Mesh）网络结构。网络结构的组织需根据光缆网的连通度以及业务的流量流向综合考虑。汇聚层主要采用环形组网，每个环跨接到两个核心节点上。

系统容量应根据业务量进行选择，一般说来核心层宜配置40或80波单波道10Gbit/s的系统，甚至可选择单波道 40Gbit/s，汇聚接入层则适用于 4 波、8 波或 16 波等单波道10Gbit/s的系统。在网络建设初期应将整个系统容量一步到位，而OTU板卡则根据业务进行配置。

（2）场景2：中小规模城域传送网（见图3-17）

城域传送网网络规模稍小，核心节点数量不多，整体网络业务量相对较小。在初期将核心层、汇聚层合并组建一层 OTN，实现业务汇聚、调度等功能，后期随着业务量的增加，可分层组织网络。中小规模城域传送网用 OTN 组网时采用环形结构，每个环跨接到两个核心节点上，该环完成环上汇聚节点业务汇聚至核心节点的同时实现两个核心节点间业务的调度。