4.4 分组增强型OTN-POTN

分组传输网技术将光传送的OAM、保护、网管技术与MPLS-TP数据转发技术进行了融合式的应用创新，在城域层面内有效地传送基站和大客户专线等高价值业务，同时可以考虑在骨干层面引入PTN，承载跨省专线业务。OTN作为支持波长和ODUk大颗粒调度和组网保护的大容量传送节点设备，近年来引入了ODUk（k=0,1,2,3,4,flex）、G.HAO和GMP等技术来适应以太网等数据业务的灵活映射和复用，并在IP网和光网络的联合组网架构下逐步增强分组处理功能。

在干线、城域网，存在OTN和PTN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有机融合，分组光传送网（POTN）便应运而生。

4.4.1 POTN概念

POTN（分组光传送网，Packet Optical Transport Network）是深度融合分组传送和光传送技术的一种传送网，它基于统一分组交换平台，可同时支持L2交换（Ethernet/MPLS）和L1交换（OTN/SDH），使得 POTN 在不同的应用和网络部署场景下，功能可被灵活地进行裁减和增添。

综合来说，POTN 需具备统一分组交换矩阵、分组和光网络的有机融合、统一控制和管理平面3个主要功能特征，具体如图4-13所示。

（1）POTN必须基于统一分组交换平台实现OTN和MPLS-TP/Ethemet的交换融合，分组和TDM（ODUk/SDH）业务的交换容量必须能任意调配，这样带来的优点如下。

① 可以有效地解决分组业务/SDH到ODUk隧道的汇聚比问题。

② 可任意调配分组和TDM业务的交换容量，使得POTN在不同的应用和网络部署场景下，可灵活地被裁减和增添分组或者TDM的功能，比如基于统一分组交换下，通过增加或者减少不同交换技术的接口/线路板即可以裁减和增添分组或者TDM（ODUk/SDH）的容量。

③ 在实现大容量ODUk交叉调度时（交叉容量10Tbit/s以上）时，仍能支持ODU0颗粒的无阻调度。

④ 可以方便地实现 ODUk/VC4 和分组混合调度，即实现 OTN/PTN/SDH 混合设备，减少设备种类，降低功耗和设备空间占用。

⑤ 传送平面必须支持L2交换（Ethernet/MPLS-TP/MPLS）在特定节点上的分/插，必须支持L2/L3 VPN；必须支持MS-PW业务，对于MPLS-TP业务，POTN必须支持MPLS LSP和PW标签交换；对于Ethernet业务，POTN必须支持C-Tag、S-Tag交换，可选地支持l-Tag交换，可选地支持PW直接承载在ODUk之上，无需中间的MPLS-TPLSP层，必须支持点到点和环网保护，可选地支持共享MSP保护。

⑥ 必须支持L1交换（OTN/SDH），必须支持点到点和环网保护，可选地支持共享Mesh保护必须支持在特定节点的SDH/ODUk业务的分/插。

⑦ 必须支持WDM/DWDM大容量传输（10G/40G/100G）。

⑧ 应该支持ROADM/WSON，应该支持在特定节点的波长分/插。

⑨ POTN 的线路侧必须支持 OTU 和以太网接口，以太网接口可用于 POTN 与PTN/Ethernet网络互联；OTU接口支持OTU2（10G）、OTU3（40G）和OTU4（100G），支持具有OTU接口的MPLS-TP/Ethernet线路卡，该情况下分组业务必须映射到OTU帧上。

⑩ 应该利用OTN的映射和复用技术，支持Hybrid（混合）线路侧接口，即采用OTN结构化的复用方式实现MPLS-TP/Ethernet管道和电路传输管道的融合传输，在这种情况下，需要支持MPLS-TP/Ethernet到ODUflex的映射。

必须支持OTN的单级映射，可选地支持多级复用（建议两级复用即可），多级复用可选地在板级实现，无需设备堆叠支持ODU0/OUD1/ODU2/ODU3/ODU2e/ODUflex/ODU4信号类型。

ODUk经过POTN节点的统一分组交换后，必须从分组中恢复出ODUk，同时必须恢复出ODUk的时钟频率，要求恢复出的时钟频率的效果必须能做到与OTN的AMP或GMP映射相当。

POTN必须支持以太网的E-LINE（EPL/EVPL）业务，可选地支持E-LAN（EP-LAN/EVP-LAN）和E-TREE（EP-TREE/EV/EVP-TREE）业务。

POTN应该支持通过ODUk隧道或者波长为以太网提供一个透明的点到点传送通道，POTN无需知道以太网业务的具体信息和地址或应该在POTN节点上支持通过MPLS-TP来传送以太网业务。

POTN应该支持IP/MPLS客户信号到MPLS-TP的封装映射方式，采用Overlay模式，即将IP/MPLS视为一个以太网业务进行映射。

对P路由器Bypass的POTN解决方案必须支持通过VLAN区分分组流量。由于路由器难以保证VLAN的全局性问题后，应该支持通过MPLS Label来区分Bypass流量。

POTN应该支持三级时钟服务；应该支持通过OSC或者ODUk带内方式（使用ODUk开销字节或者将1588v2协议报文作为客户业务承载到OPUk）传送时间。可选地支持1588v2 over PTP LSP/PW。

对于电路接口，POTN应该支持native电路方式进行传送，无需TDM业务的电路仿真功能。

大大提升有效带宽和传输中继距离。

具备完善的 QoS 机制，业务层保护能力以及完善的 OAM 手段，方便故障定位及维护。

具备现有网络平滑演进的能力，最大限度保护运营商的现网资源，节省投资。

（2）必须支持GMPLS统一控制平面（MRN/MLN）以及 PWE3控制平面；可选地支持通过GMPLS（OSPF-TE/RSVP-TE）来控制PW层。POTN节点应该支持IP/MPLS/MPLS-TE和GMPLS双协议栈，前者可用来控制MPLS-TP的LSP和PW层，后者用来控制ODUk和OCH或者PBB-TE。

（3）支持通过统一网管来管理POTN，统一网管应该支持分离的分组和TDM网络视图（比如对于POTN节点，分组和TDM的交换容量可通过分离的视图呈现）。

目前POTN主要涉及ITU-T SG15 WP3的多个工作组，包括Q9、Q10、Q11、Q12、Q13和Q14，主要涵盖了PTN和OTN的传送平面技术、OAM和保护以及网络管理和控制。IETF主要拥有MPLS-TP转发平面技术知识产权，涵盖了MPLS转发平面技术，MPLS-TP的OAM、保护和相关协议。IEEE 802.1 涵盖了 Ethernet 的各种技术，包括 802.1Q、802.1ad、802.1ah和802.1qay技术。

基于POTN的架构，Packet和TDM功能可以进行灵活裁剪和组合，因此POTN与PTN可以完美融合，令PTN持续发展；有助于简化网络层次和设备类型，降低综合成本；同时在OTN基础上增加分组功能，可以使得OTN应用场景更为丰富。

4.4.2 POTN设备功能模型

POTN融合了光层（WDM）、OTN和SDH层（可选）、分组传送层（以太网/MPLS-TP）的网络功能，具有对 TDM（ODUk）、分组（MPLS-TP 和以太网）的交换调度，并支持多层间的层间适配和映射复用，实现对分组、OTN、SDH（可选）等各类业务的统一和灵活传送功能，并具备传送特征的OAM、保护和管理功能的网络。

在ITU-T G.798.1 Appendix IV和CCSA《分组增强型光传送网总体技术要求》标准中均对 POTN 的网络分层结构进行了定义，两个标准中均定义了客户业务通过 ETH 到 OTN、MPLS-TP到OTN、SDH到OTN的不同的分层架构的处理方式，如图4-14所示。

CCSA定义的POTN分层架构相对ITU-T定义的标准分层架构，有如下优化。

当分组传送层采用以太网技术时，G.798.1包括S-EC（PB）和B-EC（PBB）两种技术，但是在中国运营商网络中，无PBB的应用，因此进行了简化，不采用B-EC（PBB）技术。

SDH+OTN：SDH功能（Sm、Sn、MS、RS）为可选。

考虑到多层优化、成本、智能等多方面的需求，结合应用场景，POTN设备架构可进一步优化，更加贴近网络的发展需求，其中CES/L2 VPN、IP、L1业务的封装路径分别优化为：

CES/L2 VPN-PW-LSP-ODU-OTU-OCH/OMS；

IP-VPN-LSP-ODU-OTU- OCH/OMS；

L1-ODU-OTU- OCH/OMS。

1.POTN转发平面架构

根据POTN设备的分层架构，可以细化POTN设备转发平面的系统方案，POTN的转发平面由统一信元交换矩阵为内核，提供Packet和OTUk等多种业务接口类型，支持任意比例的Packet和OTUk的业务混合传送功能，如图4-15所示。

2.POTN转发平面的统一信元交换

在POTN转发平面交换系统的传统设计思路中，存在TDM（ODUk）/Packet双平面交换系统设计。双平面交换系统虽然设计简单，易于实现，但分组及 TDM（ODUk）业务通过不同交换平面，业务组织调度非常不灵活，可扩展性差，存在设备功耗大、OPEX高等缺陷。

统一信元交换的系统设计业务调度灵活、可扩展性高，可以实现 TDM（ODUk）业务及分组业务任意比例混合接入，组网灵活，且统一交换平面可大幅降低设备功耗和体积，符合绿色节能的理念。

因此POTN的转发平面需统一信元交换。POTN的统一信元交换矩阵，将完成所有的分组业务及ODUk子波长业务的统一信元交换，实现系统各线卡间业务的无阻交叉，实现任意比例的分组业务和ODUk子波长业务的交换。

为了实现统一信元交换中对于分组业务和ODUk业务的任意比例的混合接入，OIF定义了OPF标准接口，定义了ODUk-to-Packet接口实现任意颗粒ODUk到分组交换网的适配功能，其中SAR技术可以有效保序，并去除分组交换网引入的时延抖动。ODUk-to-Packet接口解决了OTN和PTN业务在统一分组交换网的交叉调度需求，实现100% Packet到100% OTN的任意比例业务的交换。采用OPF标准接口的统一信元交换系统实现超大容量ODUk交叉调度（容量超10Tbit/s）的同时支持ODU0颗粒的无阻调度，获得更加灵活的调度性能。在使用OPF标准接口时更容易实现交换电路的m+n的保护方案，提升系统的安全可靠性能。因此OPF标准接口为POTN的统一信元交换的转发平面提供标准支持。

3.POTN转发平面的hybrid线卡

POTN转发平面有多种类型的管道，其中PTN业务和ODUk子波长业务的传送管道既要能分别处理，还需支持各管道间的相互转换，需具备端到端部署的能力，实现整网的统一配置、统一调度、统一管理、统一运维。

POTN转发平面可配备线路侧hybrid单板实现PTN和OTN的融合，线路侧出彩色n×OTUk光接口信号。PTN业务和ODUk子波长业务到同一个hybrid线路侧线卡可自由无阻调度，实现100% Packet到100% OTN的任意比例业务的交换，减少线路侧线卡种类和槽位占用。

4.POTN控制平面架构

新一代分组化传送网络POTN需要具备向SDN的平滑演进能力。SDN的核心理念是控制与转发分离、控制集中化，网络能力开放化。而POTN从架构上已经实现了控制与转发、应用分离，在POTN上增加控制器及APP应用就可以实现SDN，从而实现网络从封闭到开放性的转变，使得网络更加智能，如图4-16所示。同时对外提供开放的北向接口，通过集中式网管和控制器提升网络智能化，简化多层网络的运维，解决多厂家设备对接协调等问题。

在SDN演进方面，运营商现网部署的PTN设备，可通过网管集中式控制实现存量设备向SDN演进；而对于新建设备，加载SDN控制器，使用标准接口进行集中控制。在集中网管和控制器之上，新增协同层进行统一协同，实现PTN整网的SDN演进。

SDN 控制逻辑集中的特点，使得 SDN 控制器拥有网络全局拓扑和状态，可实施全局优化，提供网络端到端的部署、保障、检测等手段；同时，SDN控制器可集中控制不同层次的网络，实现网络的多层多域协同与优化，如分组网络与光网络的联合调度，非常适合 POTN这种分组和光深度融合的设备。另外，通过集中的SDN控制器实现网络资源的统一管理、整合后，可以将网络资源虚拟化，即将大颗粒的POTN资源虚拟成按需的网络分片，通过规范化的北向接口为上层应用提供服务。

POTN系统架构分为转发、控制和管理3个平面。POTN在转发平面具备统一交换矩阵，支持OPF标准接口，支持hybrid线卡实现不同种类的管道的互相转换；POTN在控制平面具备向SDN的平滑演进能力；再加上管理平面实现图形化管理和运维，构成了完整的POTN系统架构。

4.4.3 POTN关键技术

通过上述的POTN应用需求和应用场景分析，可得出POTN需要研究如下5个方面的关键技术。

（1）多层融合的网络协议架构和设备架构：L0/L1 OTN 与 L2 网络技术融合的将涉及MPLS-TP 和以太网两种分组传送技术，OTN+MPLS-TP 和OTN+Ethernet是两种相对独立的应用场景，为了避免网络设备和运维的复杂性，对于一个运营商来说最好仅选择一种L2技术，但设备制造商希望通过统一灵活的设备架构来满足这两种不同的应用场景，因此需要研究POTN如何支持这两种融合的应用场景。

（2）多层网络保护之间的协调机制：POTN涉及OTN和MPLS-TP/以太网的两层网络保护。目前常用的多层保护协调机制是在分组层面设置Holdoff时间，光缆线路等底层出现故障时，由OTN层来实现保护，但在仅分组层面出现故障时，该层Holdoff时间仍然有效，导致分组层面保护的业务整体受损时间加长，因此多层保护协调机制需要进行改进。并且，目前城域核心和干线主要是网状网或多环互联的复杂拓扑结构，需要进一步研究在POTN中应用共享网状网保护（SMP）技术。

（3）多层网络的OAM协调和联动机制：目前OTN和分组之间是Client和Server的关系，一般通过AIS和CSF实现告警联动，各层均具备完善的OAM功能，但有较大程度的重复，需要研究如何避免各层保护和OAM重复，以及如何实现OTN、MPLS-TP、以太网三层的告警关联和压制。

（4）多层网络的统一管控技术：由于POTN涉及L0波长、L1的ODUk、L0的LSP或 VLAN/MAC，因此需要研发统一网管来更便捷有效地管理 POTN；研究应用 GMPLS的多层多域统一控制技术（MLN/MRN）、集中和分布式结合的路由计算单元（PCE）以及 MPLS LSP和PWE3控制协议。由于POTN的一个应用场景是实现与 IP承载网的协同组网，因此在控制平面可能需要研究 POTN 同时支持 IP/MPLS/MPLS-TE 和 GMPLS的双协议栈，前者用来控制 MPLS-TP的 LSP和 PW层，后者用来控制 ODUk、OCh或以太网。

（5）POTN的同步技术：由于PTN和OTN的频率同步实现技术不同，IEEE 1588v2的时间同步传送方式也存在差异，目前在PTN和OTN进行联合组网实现时间同步时，通常采用1pps+TOD的接口进行互通。因此，需要研究POTN端到端组网以及POTN与PTN联合组网时频率同步以及IEEE 1588v2的时间同步组网技术。

4.4.4 POTN应用场景分析

如图4-17所示，POTN从发展趋势上看更像是全网解决方案，从近期的业务需求及网络现状考虑，POTN会优先应用在干线、城域汇聚（核心）层，未来逐渐下沉以承载OLT上行各类普通家庭宽带业务、专线专网业务。

（1）干线

目前干线主要部署的是路由器、OTN、SDH以及少量分组传送网，POTN的O主要完成大容量大颗粒长距离的传送功能，P 完成基于 L2/L3 的中小颗粒灵活调度汇聚功能，因此属于O强P弱的应用模式。干线集团业务及路由器旁路（bypass）应用：除满足干线所有OTN需求以及传统的STM-n、FE、GE、10GE等集团业务接口需求外，也必须实现针对部分业务的L3 VPN功能，同时具备中转P路由器旁路业务的能力。

（2）城域汇聚（核心）层

城域内的业务及网络情况要比干线复杂，在这个层面对各类中小颗粒业务的灵活调度与汇聚能力要求更高，对P的需求占据主导，必须具备L2 VPN、L3 VPN、以太/VLAN、路由等功能以及高密度P类端口单板，而O主要完成光纤复用及低成本传送的功能，属于P强O弱的应用模式。移动回传业务及与SDH网络对接：完成2G、3G、LTE的移动基站回传功能，并具备对各类小颗粒业务如E1等精细化调度的能力，同时实现与现有SDH网络在接口、保护、时钟、OAM等方面的全面对接。

（3）承载OLT上行各类普通家庭宽带业务

利用POTN中P的功能实现对OLT/DSLAM上行普通家庭宽带业务的收敛整理，同时采用OUD0、OUD1或OUD2等封装对大带宽进行低成本传送和调度，应用POTN中O的功能实现对这些业务的大带宽低成本传送和调度。

（4）专线专网业务

承载集团及普通政企客户的专线或专网业务，具备分组传送网低时延、高可靠性、高灵活性特点的同时，拥有OTN超大带宽长距传送能力，可依据客户需求快速支持提供刚性或弹性管道。对于专线与专网业务，可同时使用P与O的功能，并实现两种管道的任意转换。