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      OTN在移動城域網組網中的應用
      [ 通信界 | 李小燕 | www.sdgj0817.com | 2023/7/23 18:36:25 ]
       

      摘要:通信業務在互聯網技術和服務領域的激烈角逐下,呈現出多元化、帶寬需求爆發的趨勢,可以說,寬帶服務的新時代已經到來。由于現有的城市傳輸網容量較大,現有的城市傳輸網技術難以適應業務發展的需要,建立一個能夠保證快捷穩定的業務調度機制和完善的OAM服務系統是非常有意義的,而OTN技術就被應用到了新一代的傳輸網。

      關鍵詞:OTN技術;中國移動;域網組網

      在通信公司改組后,三足并立的格局逐漸成形,全面經營業務模式已經是目前通信運營商發展的必然選擇。在中國移動,面臨著一個完全商業運作但只有單一經營能力的城市傳輸網絡問題,該怎樣建設一全業務運營的城市傳輸網絡,是當前迫切需要解決的問題。應當根據客戶的需要,綜合已有的資源及自身的優點,進行最大限度的優化和開發,加強企業的創新能力,建立差異化、全方位的中國移動服務模式,同時在工程項目建設中,要綜合考慮投資的有效性、風險性、業務質量、業務兼容性和網絡穩定性。為了適應今后2-3年的全業務運行模式和IP化傳輸網絡的要求,必須建立一種新型的服務外包式城市傳輸網絡。

      一、OTN技術介紹

      OTN(OpticalTransportNetwork)是基于WDM技術在光層上構建的傳輸網,是新一代的主干傳輸網。

      (一)產生的背景及時代要求

      近幾年,隨著通信業務的快速發展,對傳輸網的需求越來越大。為了滿足日益增加的容量需求,傳輸網必須具備迅速、靈活的服務能力和健全方便的網絡維護管理機制。當前傳送網絡主要采用的是SDH技術、分組傳輸技術和WDM技術,但這些技術都有明顯的自身缺陷。目前5G網絡技術不斷推廣,并主要應用在行業專網和企業專網兩個方面,作為社會公共安全和基礎設施領域的重要通信途徑,OTN技術要最大限度地保障傳輸速度和通信質量,同時也要滿足帶寬要求較高、通信延時較低的通信用戶需求。行業專網用戶能夠極大程度體現5G網絡通信的優勢,同時滿足物聯網的需求,并且其發展的根本目的是提升人民生活質量,促進社會經濟穩定發展。目前企業專網的需求并不能得到有效滿足,OTN技術的設備及通信體系架構仍需要進一步完善。目前5G網絡應用環境多變,需要多層級網絡承載,在應用過程中也會有部分應用持續在線,需要滿足低延時、快速響應的需求,網絡調度模式要靈活多變。5G網絡的廣泛普及也需要層次化的網絡切片來支撐,保證滿足不同行業、不同需求的通信業務。雖然5G發展迅速,但實際生活仍離不開4G網絡,因此要保證通信架構的智能協同和混合承載,保證多種類型應用的兼容運行以及兩種網絡的混合運行。

      (二)OTN技術的優勢

      1.多種客戶信號封裝和透明傳輸

      OTN能夠實現SDH、GE、10GE等多種用戶的數據傳輸。OTN所規定的OPUk在不改變負載數據容量的情況下傳輸多種用戶信號,同時它還使用了一種非同步的映射方式來確保用戶信號的透明。

      2.大顆粒調度和保護恢復

      OTN技術可以實現ODU4等多種大顆粒調度,高速的交錯粒子傳輸速度越快、越高效,越容易提供大規模的跨線容量,從而減少了裝置的投資費用。經計算,采用OTN技術進行的網絡投入比以SDH為基礎的網絡投入要少;诖笠幠5腛TN交叉,采用ASON智能控制方案,可以有效地增強光鏈路的防護修復性能,并優化其調度性能。

      3.完善的性能和故障監測能力

      當前SDH的WDM技術主要依靠SDH中的B1和JO來實現對數據的分割和失效監控。OTN具有良好的失效監控機制,OTUk層段監聽字節(SM)能夠監控電氣再生部分的運行和失效,ODUk層的信道監控字節(PM)能夠監控端點到端波信道的工作和失效情況,使得WDM具有與功能和故障監控功能,彌補了SDH技術的缺點,有更為良好的實際運行表現。并且OTN技術具有極強的靈活性,能夠滿足未來運營商運營方向的改變,在三層靜態路由使用方面,OTN技術適應性很強,并且其更為科學的網絡架構使得在通信網絡組建過程中層次性更為明顯,表現更具優勢。

      (三)OTN網絡拓撲

      OTN基于單向點到點、雙向點到點、單向點到多點的方式,可以根據不同的拓撲結構,如線形、環形、樹形和網狀等構建數據運輸體系。

      二、OTN在城域網中的應用

      (一)城域OTN應用定位

      由于城域網絡中的環境較為復雜,因此在局域網中建立一個波分通信網絡,以增加光纜的使用量。在城市網絡中使用OTN交叉裝置,通過OADM/ROADM來進行波段的分配與防護,通過OTN的交叉裝置來進行分波長的分配與防護,是較為切合實際的一種方法。

      (二)城域OTN組網模型

      1.中小城鎮應用場景

      OTN在中小城鎮的城域網中得到了廣泛的運用,它的網絡拓撲結構是以兩個中心為中心的多個集合環為基礎,從中心環至市及縣環。它們的服務主要集中在城市的中心,這是一種聚集式的服務,沒有太多的跨區域服務,也不需要太多的網絡資源。在我國中小城鎮局域網中,GE服務是最為主要的,而各大城市的結點必須具備ODUO的交互性。

      2.大型城市應用場景

      在大規模的熱門區域中,城域的規劃由三個方面組成:城域核心、城域匯聚、城域接入。在核心節點間建立了一個城市的主干網,用于管理核心業務,其核心網可以是環狀網,也可以是MESH,當波道緊張時,為了減輕波道壓力,提出了MESH的方案。該系統采用了雙結點連接模式,實現了SR與CR的數據傳輸,解決了光纜、帶寬、數據安全等問題,并能滿足大用戶的數據傳輸要求。

      三、城域光傳送網現狀

      當前的城市傳送網以網格網和SDH環網為主導,并且由于技術和應用要求的提高,城域光網從原來的基本傳送網向基本的傳輸和服務型傳輸系統轉型。

      現階段城域光傳送網主要應用有以下幾種特點:

      (一)覆蓋范圍及業務

      目前在城域光傳送網主要覆蓋城市、郊區及小規模的縣市級行政區域,能夠為城域的通信業務提供綜合性的通信網絡平臺,一般將光傳送網絡作為基礎結合多種傳輸技術,為多種通信業務及通信協議提供綜合信息傳輸平臺。城域光傳送網主要與省級通信線路連接,并且完成綜合通信業務,包括企業內部、商業區、居民區等的業務通信以及通信線路出租等。

      (二)網絡動態性及擴展性

      城域傳送網動態性較強,能夠滿足多種通信業務的需求,并且符合目前通信網絡的發展趨勢。越來越多的用戶需要更高帶寬,更加靈活的通信業務,需要簡便快捷的業務配置,并且基于QOS的價格將來還會出現帶寬按需分配的措施。

      (三)自動交換光網絡(ASON)

      ASON是一個以服務為導向的網絡,其服務的供給功能非常強大,可以在光級上進行服務的多樣化,可以在光層次上進行動態的服務指派,這樣既能加快企業的部署速度,又能有效地利用網絡的資源。

      (四)現有技術的不足

      目前最為重要的OTN和PTN通信技術,廣泛應用于各個領域和地域,包括核心層、接入層乃至省內二干、一干等網絡運輸架構。隨著5G時代的到來,通信網絡的數據流量在不斷增長,通信運營商也在不斷探索更快速的數據處理模式以及通信解調技術,同時面臨著香農定理的限制,構建高質量光域傳送網絡仍然是解決網絡帶寬需求問題的重要環節。隨著物聯網、智慧家居、光纖到戶等通信行業發展趨勢,城域傳送網絡接入點也在不斷增加。運營商目前也在尋求著高效精細的傳送網,在滿足帶寬需求的同時能夠簡化工程建設程序。隨著近年來我國通信運營的業務發展,已經開啟了PON時代,傳送網的數據流量快速增長及5G前傳技術在不斷推動傳統傳送網技術的發展,在眾多環節引入技術,帶來傳送網負荷的同時要尋求城域光傳送網的發展方向。

      四、OTN城域網規劃和建設過程中的關注點

      (一)清晰的網絡結構

      目前已經提出了“主干+中心+城市融合+城市連接”的管理方式,提高了網絡的可管理性和可維護性。針對具有多個核心節點的網絡,其內部的海量服務可以由核心級網絡來承擔,且具有OTNASON特性,并具有多重中斷功能,能夠確保核心結構的安全性和穩定性。融合層使用雙重歸并模式訪問核心級,通過最短路徑返回到中心節點,以確保整個網絡具有明確的架構和服務載體。各個層次的網絡化工作,使得經營計劃條理分明,此外,為了使核心網與匯流層的頻寬相匹配,采用40*40Gbit/s或80*40Gbit/s,并對其進行優化,以確保整個網的帶寬利用率處于合理的狀態。

      (二)系統容量設計滿足實際業務發展

      由于城市通信的不均衡,使得各中心的網絡中出現了40/80波段的情況,有時還會出現40G/s的單波段。一般的聚合回路可以按服務需求選用40/80波段的方式,也可以采用120/200G/s的SDH波分網絡。在運輸能力的規劃上,可以根據不同地區的網絡發展狀況,選擇不同的網絡容量,提高網絡的投資回報率。

      (三)合理考慮光層簡化

      實際操作中發現OTN技術節點數量多、距離短,因此,在不需要傳輸能力的情況下,通過建立120/200Gbit/s“小系統”(采用PID技術),降低了網絡的跳躍,增加了系統的集成程度。

      (四)關注業務快速開通

      核心層、匯聚層組成一個完整的OTN調度載體。在核心節點與節點之間,使用了帶寬控制和ODUk的調度方式,實現了對終端服務的連接,提高了服務的啟動響應速度。在大規模的光層體系中,可以考慮使用PID技術,簡化波分結構,減少對光纖仿真參量(OSNR、功率、色散)的考慮,優化TM流程。

      (五)網絡安全性與可靠性需求

      在目前的波分級和ODUk-SNCP的基礎上,在服務層次上實現對ODUk-SNCP的保護,并保證其在實際應用中的穩定性與安全性。提出IP化城市網絡業務采用“雙管齊下”的策略,提高了城市網絡中的高端用戶和寬頻業務的安全性和可靠性,并在此基礎上,考慮增設多維路由,以滿足優質業務需求的智能化鏈接,并實施等級保障。通過分支路徑隔離,利用ODUk-SNCP的安全機制,在ODUk粒子基礎上,保證服務進行快速交接。

      (六)業務調度需求

      OTN層次從一個管線到一個可操作帶寬的轉變使得服務規模變大,GE/10GE就變成了一個需要被分配的服務,而這個服務通常是由一個波分裝置來完成的,所以要提高它的調度性能。對于各種需求的服務,管線的帶寬具有相同的容量,而多服務的傳輸則需要各個節點具有靈活性的調度功能。對于不同的服務,管線的帶寬具有相同的容量,而多個服務的傳輸則需要各個節點具有靈活的調度功能,以適應因多種服務需求而產生的網絡調節。近幾年,由于OTN的不斷完善,WDM所展現的調度性能已成為各個電信公司對OTN網絡的基礎需求。在一個核心節點,有6個以上的光路,一般都是80個波段,所以,為了滿足多個不同類型的服務,需要有足夠的帶寬。而在匯聚層面,則要求各結點具有360Gbit/s的跨接容量,利用TOM單板等小型業務單板來實現高集成性,提高單個器件的調度性能。

      (七)多業務統一承載

      OTN的寬帶與服務端分離,轉變了之前復雜的服務方式,服務粒子也從一個單一的管線中分離出來,使得服務端具有不同的粒子訪問功能,并且可以最大限度地支持任意服務進程,在網片上的零件和界面種類的減少,提高了網絡的普遍性。當前,可以利用多通道服務板卡(例如TOM單板)實現100Mbit到2.5Gbit/s的多個服務,實現集成板件、光模塊、統一單板多種業務共同承載,保證更換業務不需要更換波分端口,保護原有資源。

      (八)具備綜合時鐘傳送能力

      目前OTN裝置具有同步時鐘和同步時間的能力,在項目建設前期,根據光纖的實際狀況、數據保護模式等,選擇較為適合的1588v2方式承載。OTN以OTN頻段為基礎,為1588V2的時間服務,并且1588v2工程中應重視補償儀表的要求,盡可能采用免儀表、免補償的建網模式,提高線路的開通速度。

      五、OTN在移動傳送網建設中的發展過程

      隨著城市OTN的不斷推廣,節點間的通信能力得到了極大的提高,而PID技術也得到了極大的進步。

      (一)業務需求使得通信業務增加

      隨著寬帶網絡的快速發展,網絡帶寬的要求也越來越高。目前,家用寬帶的訪問正在由2Mbit/s到30Mbit/s向1000Mbit/s轉變。由于高清晰度和即時游戲等服務所產生的獨特的流量模式使得整個互聯網服務都向著高質量、高速度的服務方向發展,帶寬大、收斂比低是不可避免的。從對服務的頻寬要求來看,今后的接入層將會有較長時間的發展,而核心級的頻寬也會相應增加,這就導致了OTN頻段調度在傳輸網大流量支持中的應用是不可避免的,而在考慮到最終客戶的服務需要后,也會逐漸向下層服務方向移動,形成統一的傳送平臺。

      (二)OTN促進城域網絡扁平化發展

      隨著網絡的頻寬要求得到充分的 提高,網絡的組織架構將會更加平坦。在主干層次,采用T-bitOTN技術,建立了一個集成的大粒子光傳輸系統,從而提高了系統的擴展性、可維護性和可信性,減少了網絡的成本和能耗。由于現有的數據網存在著系統質量低、防護和安全性低等問題,所以將原有的五級架構改為三級架構,針對較大的服務要求,降低了IP路由間傳送所引起的延遲,使整個系統更加穩定,但是在此過程中,由于光纖的調度和接口的聚集,技術要求會大大提高,從而產生了新的問題。在網絡的構建方面,中國移動在各城市之間進行OTN的布局,使得城市內部的路由裝置更加的集中化,從而解決了由于網絡的扁平而造成的傳輸長度問題。此外,通過OTN器件L2的聚合,可以將GE/10GE服務與10GE服務之間的接口匯集,從而降低了網絡中心節點的網絡負載。

      (三)移動回傳網絡需求

      中國移動主要針對TD-SCDMA和LTE網絡,其網絡IP網絡帶寬又有了更大的擴展,OTN的應用已在核心層達到10Gbit/s的服務,但是隨著新基地和頻寬的需求,以及網絡容量呈幾何倍數增長,OTN的布局也在匯聚層中進行,每一個10Gbit/s的服務都可以進行端到端的服務進程排布。

      由于LTE的高頻段要求,GE/10GE的服務粒子在匯聚接入級和接入級PTN器件中都得到了有效的收斂,因此具有充分的帶寬和較少的數據使用壓力。由于采用了路由技術,在核心級和匯聚級之間會產生較多的接口,同時也會消耗IP網絡中的大量資源,從而產生服務沖突。

      在此基礎上,利用OTN技術構建了核心與匯聚的移動回傳網,并在終端進行IP的傳輸,在OTN中進行傳輸。終端接入后,直接由OTN傳輸到核心層進行調度處理,而在匯聚層分組的帶寬分流則由OTN直接傳輸到RNC機房,從而使LTE基地臺的回傳系統更加穩定。

      六、結束語

      當前,隨著網絡傳輸IP化進程的推進,通信網IP技術的發展越來越快,新型技術也在不斷地被開發出來。城域光網是通信網的基本結構,并逐漸向集成型傳輸平臺發展,可以預見,OTN技術將更大程度地適應于將來光纖傳輸網的發展需要,并將會成為通信企業服務建設的第一選擇。

      作者單位:李小燕 中國移動通信集團設計院有限公司上海分公司

      參  考  文  獻

      [1]李婭.OTN技術在5G傳送網中的應用[J].電視技術,2022,46(08):120-123.

      [2]徐子怡.OTN技術在電力通信系統中的應用[J].集成電路應用,2022,39(07):96-97.

      [3]呂永強.試論OTN的保護方式及應用研究[J].中國新通信,2022,24(12):58-60.

      [4]高立坡,康偉,郝軍魁,等.基于OTN技術的電力通信網絡業務路由優化算法[J].自動化技術與應用,2021,40(11):75-79.

      [5]張一銘,成雪敏.基于otn技術的電力通信傳輸網絡優化策略探討[J].信息記錄材料,2021,22(11):61-62.

       

      1作者:李小燕 來源:中國新通信 編輯:顧北

       

      聲明:①凡本網注明“來源:通信界”的內容,版權均屬于通信界,未經允許禁止轉載、摘編,違者必究。經授權可轉載,須保持轉載文章、圖像、音視頻的完整性,并完整標注作者信息并注明“來源:通信界”。②凡本網注明“來源:XXX(非通信界)”的內容,均轉載自其它媒體,轉載目的在于傳遞更多行業信息,僅代表作者本人觀點,與本網無關。本網對文中陳述、觀點判斷保持中立,不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考,并請自行承擔全部責任。③如因內容涉及版權和其它問題,請自發布之日起30日內與本網聯系,我們將在第一時間刪除內容。 
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