超100G OTN 技术组网策略

时间：2024-05-04

文/胡要杰

近几年，第四代移动通信已经发展到了顶峰，第五代移动通信即将商用，4K/8K 等大内存超高清视频也已经普及，物联网、大数据云计算等新型业务都已经应用在我们生活中的方方面面，互联网用户数目增长幅度极大，已经达到历史之最。大量的互联网业务和大量的互联网用户必然需要超宽带和超高速率的支持，OTN 技术的不断发展为这一需求提供了技术基础。

OTN 一种可以实现超长距离传输大容量信号的一种光传送网络技术。OTN 可以满足各种各样的业务传输需求，传输过程可以保证信息的安全可靠，可以人为控制和监管整个光传送网络，且实现起来比较灵动，方便管控以防流量单一区域密集堵塞。基于以上优点，OTN 技术已经成为了传送网络中的主要且必须的技术。

图1：超100Gbit/s OTN 技术第二种帧结构示意图

图2：QTN 速率演变

1 OTN技术演进

OTN 技术是波分复用技术的基础，是光传输网络中的主要传送网。超100Gbit/s OTN技术在刚开始定标准时，技术方面的演进方向并不统一。其中的一种观点是超100G OTN 技术应该按照传统的OTN 技术决定之后的发展和标准，定义为跟原来一样的400G OUT5 的线路速度，沿着OTN 原发展方向继续向前前进。另一种观点是采用新的标准新的思路，从灵活性上出发，把超100G OTN 技术定义为n×100Gbit/s，定义成100G 的n 次倍数，而不是原来固定的100G 的四倍。

2012年，国际电信联盟把超100G OTN技术的以上两种思路列入了研究范畴，分别是传统的100G 的4 倍OUT5 的传输速率和灵活的100G 的n 次倍数的OUTCn 传输速率。把这两种思路以及其他OTN 领域的研究热点一起与超100Gbitps 归纳到一起，方便业内人士的学习调研。时隔一年，2013年，越来越多的个人学者以及相关的研究机构更倾向于更灵活的OUTCn 技术，在学术研究中支持超100G OTN 技术应该采用100G 的n 次倍数的OUTCn 技术。2013年中，日内瓦会议和国际电信联盟都决定采用灵活的100G 的n 次倍数n×100Gbit/s 作为超100G OTN 技术的下一步研究重点，之后OUTCn 作为超100G OTN 的灵活带宽得以确立。2016年，国际电信联盟正式发布了超100G OTN 技术的标准，标志着超100G OTN 技术开始商用。

2 超100G OTN组网关键技术

任意网络的组网过程中，都需要考虑到装载信号的帧结构设计、传输过程中的接口协议、以太网映射等方面，结合超100G OTN 技术，在组网过程中为了更加灵活方便同时满足多速率混合传输的目的，还要考虑到光传输技术对组网的影响。

2.1 超100G OTN帧结构设计

超100G OTN 帧结构的研究也就是分析设计OTUCn 帧结构，采用100G 的n 次倍数的OTUCn 的帧结构分为两种，两种思路一种是按照以往的帧结构改进帧结构的频率，另一种是是按照以往的帧频。第一种思路保留100G OTN 的帧结构，通过改动原有固定帧的频率达到满足多个比特速率的要求。第二种思路跟第一种相反，不改变原有帧的频率，改变100G OTN 的原有帧结构，自己搭建一些新的帧结构，从而满足多个比特速率的要求。

针对100G OTN 技术的第一种帧结构采用了四行乘以三千八百二十四列的矩阵形式构成，满足100Gbitps 的n 次倍数的比特速率。四行乘以三千八百二十四列的矩阵形式的帧结构是固定的，通过改变帧的频率来实现n 次倍数的比特速率。

图3：超100Gbit/s OTN 技术协议栈

图1详细的描述了第二种思路的帧结构，由图1可以看出，针对超100G OTN 技术的第二种帧结构和第一种帧结构不同，没有改变帧的频率，而是把多个特定频率的固定的帧结构混合交织到一起，通过改变特定频率的固定帧结构的个数达到改变速率的要求。图1中是n个四行乘以三千八百二十四列的矩阵形式的帧结构混合到一起构成的，通过改变n 就可以满足多个比特速率的要求。

采用以上两种帧结构可以完美的达到超100G OTN 要求的100G 的n 次倍数也就是n×100Gbit/s 的速率需求。同时，使用上文中提到的两种帧结构可以完成多个通道同时发送数据的需求。与以往的100G OTN 技术或者更早的10G OTN 技术相比，超100G OTN 技术中没有前向纠错模块，将前向纠错模块从光传输网络中去掉了。所以在对超100G OTN技术进行组网的过程中，超100G OTN 技术与100G OTN 技术衔接时，如需同时用到超100G OTN 技术和100G OTN 技术，或者用超100G OTN 技术代替100G OTN 技术时，需要注意啊前向纠错模块的差别。在组网过程设计和工程实现过程中，必须对原100G OTN 技术的帧结构进行重新的封装。

2.2 超100G OTN技术的协议

在设计组网过程中，除了需要考虑帧结构的设计方案以达到超100G OTN 技术n 乘100的多路速率要求外，还需要考虑用户端和线路端之间的接口协议。接口协议是用户和线路侧的一个门限，所以接口协议严重影响着组网后光传输网络的传输性能。

上文已经提出，超100G OTN 技术线路测采用的100G 的整数倍数的速率，也就是n×100Gbit/s，同被否定的思路只能固定的使用400Gbit/s 不一样，他可以达到100Gbit/s、200Gbit/s、300Gbit/s、400Gbit/s、500Gbit/s，提供了多种速率的选择，只要是100Gbit/s 的整数倍都可以达到，大大的提升了可选项，更为灵活多变，可以适应更多的场景需求。客户侧信息可由图2反应出。

由图2可以看出，用户这一端用了更方便的ODUflex。能够适应更多更快速的业务要求，同时能够在用户这一端加载出更多超宽带超速率的业务。与之对应的是线路传输的那一端采用的较为灵活的n×100Gbit/s 的100G 整数倍的传输速率。两段相互呼应，能够保证运营商更好的分配光频谱的资源，进而满足超大带宽和超高速率的要求，大大提升光传输网络的性能。

超100G OTN 技术的协议栈是在原100G OTN 技术的基础上改进而来的，是100G OTN技术的升级版本，超100G OTN 技术的协议栈可由图3描述。

由图3可以看出，超100G OTN 技术引入了RS OTUCn 和MS ODUCn，通过引入这两个模块，可以增加超100G OTN 技术的自主选择性。超100G OTN 技术可以选择在更多的层次进行停止和开始。通过引入这两个模块可以实现对超100G OTN 技术更好的监管和疏导，保证光传输网络更加通畅。通过以上的方法客户端也可自主的控制接收到的速率，更加方便，能适用的场景更多，必然也会适用将来超高传输速率的要求。

2.3 超100G OTN技术的以太网映射

选择以太网映射的方式同样也影响着组网的性能，目前可选的以太网映射方式主要有：25GE 映射、400GE 映射、FlexE 映射。

2.3.1 25GE 映射

目前，以太网25GE 映射也定义了三种标准：第一种是使用RS 带有前向纠正模块的MMF25GSR，背板采用25GKP，铜线采用25G-CR-L 接口；第二种是使用带有前向纠正模块的BASE 和25G-CR-S 接口；第三种使用不带前向纠正模块的25GE 接口。

基于超100G OTN 技术研究这些以太网映射，可以发现，在使用第一种方式时，超100G OTN 技术的映射处理会影响到以太网接口的透明性，并且会使得超100G OTN 技术有较多的选项，比较混乱。为了去掉超100G OTN 技术使用第一种方式的负面影响，可以让100G OTN 技术使用帧结构和时钟透明的mapping 方式。第二种25GE 映射方式，带有前向纠错模块，所以在工作过程中，要不断的通过前向纠错模块修正映射中的错误停止，之后再进行映射。而第三种方式的以太网映射，同样也携带着前向纠错模块，在工作过程中，也需要不断的通过前向纠错模块修正映射中的错误，并停止工作，之后删除码字标示，重新配置IDLE 码块，之后继续映射到ODUflex。

2.3.2 40GE 映射

超100G OTN 技术的参考点是电气电子工程师协会定义的，在使用40GE 以太网映射时，超100G OTN 技术的参考点会对以太网映射产生很大的影响。在使用40GE 以太网映射时，首先要停止前向纠错模块，同时删掉AM。之后还要翻译码流，然后重新映射到ODUflex，真个映射工作流程特别的繁琐，工程的实现复杂度极高。工程实现上通常使用RC 速率补偿的方法。通过这种方法可以大大的降低工程复杂度。

2.3.3 FlexE 映射

FlexE 的以太网映射方式，采用了时分复用的方式，能够实现以太网业务的重复接入。这种以太网映射方式，被划分为两个层面，分别是服务端和用户端。服务端采用多路100G-R-PHY 的方式，用户端采用n×25Gbit/s的方式进行以太网接入。目前国际电信联盟定义的FlexE 以太网映射主要有三种。

第一种是不感知FlexE 以太网映射的方式，这种方法需要将以太网映射的每一路都采用透明映射的方式来降低影响，同时这种方法还需要采用FlexE 以太网映射的SHIM 来补偿穿越超100G OTN 的时间。

第二种方式是停止FlexE 以太网映射的方法，这种方法不需要考虑以太网映射中的SHIM 穿越超100G OTN 中的时间。因为这种方法在以太网映射过程中，FLexE 还没映射超100G OTN 时，就把SHIM 停止掉，然后解析映射。所以该方法不需要考虑SHIM 设计的时间差。

第三种方式是感知Flex 以太网映射的方式，这种方法与第一种不同，在超100G OTN中保留了SHIM 模块，删掉了不能用的FlexE slot 模块，在以太网映射过程中需要不断的鉴定FlxexE 的帧结构。

基于超100G OTN 技术中的三种以太网映射方式，比较实用的映射方式是第一种基于25GE 的以太网映射方式。目前基于25GE以太网映射方式的研究已经比较成熟，以往的100G OTN 技术或者更早的10G OTN 技术也对此有所研究，因此有比较的理论基础和实践基础。FLEXE 以太网映射方式，设计到了SHIM 经过OTN 模块的时间差，实现起来比较复杂，相对25GE 映射方式来说还比较落后。

2.3.4 光传输技术

在光通信传输网络中，原信号为一个电信号，通过调制技术转变为多点评信号，然后通过IQ 调制器转变为多幅度光信号，之后在光网络中传播。经过研究表明，调制技术的调制阶数越高，能处理的信号适用性就越大，就需要产生更多的幅度数目，对调制解调器的要求也就越高。

超100G OTN 技术采用的是16QAM 和64QAM 这样的高阶调制方式，用以提升每个信道能装置数据的能力。同时采用可变栅格技术，满足了超100G OTN 多种速率组网的混合组网的要求，可以更加灵活方便。