陕西广电省干光传输网(OTN)建设浅析.docx

陕西广电省干光传输网（OTN）建设浅析 口文吕晓明马文计周北望（陕西广电网络传媒股份有限公司）【摘要】在三网融合的大趋势下，面对网络带宽需求的快速增长，如何构建基础传输网已成为有线运营商面临的一个重大课题。陕西广电经过深入研究分析，最终选择了OTlxi光网络作为其新一代基础传输网。本文介绍了陕西广电省干0来自WTN的建设思路和技术方案，希望给同行提供一些有益的借鉴和参考。【关键词】SDH WDM IP OTN ASON NGBOTN技术1技术背景近年来，lP骨干网的流量以每年600/080%的速率高速增长，其相当于在未来5年内，带宽总需求量将扩大1018倍，与此同时，网络扁平化的发展趋势则进一步催生了40G、100G及路由器集群技术的应用。为适应这一发展需求，在IP骨干网设备之间大量采用光网络技术作为传输链路已得到业界的广泛认可。而光传输网OTN（Optical Transport Network）正是为适应这一需求而发展的下代传输网技术。SDH和WDM技术是目前传输网中使用最多的两种技术。其中，SDH侧重于业务电层的处理，以VC交叉调度、同步和单通道线路为基本特征，可为子速率业务（E1/Tl/E3/T3/STM-N）提供接入、复用，传送、调度、管理以及保护；WDM则专注于业务光层的处理，以多通道复用解复用和长距离传输为基本特征，为波长级业务提供低成本传送。OTN的技术实质将为SDH的可运营、可管理能力应用到WDM系统中，使其同时具备SDH和WDM的双重优势。2标准体系国际电联ITU-T为OTN定义了一套完整的体系结构，以下是ITU-T关于OTN的相关标准：542010年12月号总第73期G.805：传送网通用功能构架，可适用于SDH、ATM。G871：传送网建议框架结构，可适用于OTN。G806：传送设备特性描述方法和一般功能，可适用于SDH、OTN。G.872：定义了3层网络，包含OCh、OMS、OTS，并描述了各层网络的功能。另外，将OCh层划分为3个子层，包含OTU、ODU、OPU。G.798：规定了OTN的每个原子功能模块及各层网络的处理，包含客户服务层的适配功能、层网络的终结功能及连接功能。其地位类似于SDH体制的G.783。G.709：定义了OTN帧结构和各层网络的开销功能及客户业务到OTN的映射处理，包含虚级连映射和OTN的复用处理。其地位类似于SDH体制中的G.707。G.7710：通用设备管理功能需求，适用于SDH、OTN。G874：OTN网络管理信息模型和功能需求，基于7710所描述的OTN特有的5大管理功能(FCAPS)。G808.1:通用保护倒换(linear)，适用于SDH、OTN。G873.1：OTN领域线性(linear)ODUk保护的定义。G.959.1及G.664中规定了OTN物理层特性。另外，还有部分建议正在制定过程中，如：G.8082（通用保护倒换1:ing）、G.873*2（OTN领域环网ODUk保护）。3，技术特点OTN技术具备以下技术优势：(1)通过OPUk容器，可实现真正透明的任意客户业务适配和传送，无需更改任何净荷及开销信息，可提供有效的管理和业务质量监视，同时可较容易地兼容未来可能出现的各种新业务。(3)采用了异步映射、异步复用机制，不再需要全网络同步，消除了由于同步带来的限制，简化了系统设计。(4)通过ODU1通道的交叉连接和复用，使得子速率业务可以在不同OCh通道及客户侧端口间进行灵活的调度，同时兼顾了波长带宽高利用率和端到端的灵活调度两方面的要求。(5)通过OTN提供的标准FEC功能，实现了最大6.2dB(BER - 10E-15)编码增益，降低了光通道的OSNR容限，延长了电中继距离，减少了系统站点个数，可在降低建网总成本的基础上，同时提高光功率预算增益。(6)通过选择不同的TCM监测起始点，可使不同的运营商和客户对同一业务的传送质量进行监控，有利于业务的维护和故障定位。技术规划1需求分析陕西广电省干线SDH传输网分为陕南、陕北两个环网，一期建设传输容量为2_5G，二期扩容为两套叠加的25C。改造之前，SDH传输网已在网运行了8年，随着SDH设备使用年限的不断增加，设备的部件老化严重，故障次数明显增多，此外由于部分设备厂家已经停产，些维护所需备品、备件出现了短缺甚至断货现象。在SDH传输资源利用方面，陕南、陕北环网资源使用率达到90%，西安市区环网达到87%，其他地市也均在80%以上。以上数据说明：陕西现有的SDH传输网难以继续扩容优化，无法承载更大颗粒的业务传输，只能维持现状。而从有线网络未来业务的发展轨迹来看，模拟电视向数字电视、互动、高清电视及多媒体全业务演进是必然趋势。目前，陕西广电数字电视和数据业务已占用SDH传输容量的87%，下一步互动电视、高清电视、数据业务等将对传输带宽提出更高的要求。根据表1的分析，省干线传输网容量必须达到28G，才能满足陕西省网未来几年业务发展的需求。此外，从宏观环境来看，为了适应三网融合的发展趋势，构建宽带化、IP化、全交换、T级别传输的干线传输网对陕西广电来说势在必行。2技术分析随着IP型业务的迅猛发展，传输网呈现出IP化、宽带化、融合化的发展趋势，同对传输网与所承载的业务网之间的关系正发生着变化。主要表现为以下几种模式：(1) lP over SDH模式IP网在业务发展初期，由于带宽需求较小，因此采用如图1所示的两层应用模式，即IP网通过POS( PacketOver SDH)技术将IP包映射到SDH帧结构（如STM-1）中后再传送。(2) lP ov来自www.Lw5U.coMer SDH over WDM模式即SDH在一芯光纤上只占用一个通道进行信号传输，为了提高干线光纤利用率，WDM波分技术应运而生。WDM利用波分技术在一根光纤上按照不同的波长可同时进行多个通道的信号传输，相当于将一芯光纤变成了若干芯光纤，极大提高了干线光纤的利用率。在SDH之下增加一层WDM波分层，形成如下图2所示的三层应用模式。(3) lP /SDH over OTN WDM模式传统的分WDM技术虽然解决了传输的大带宽问题，但它只适于点对点应用，无法实现SDH的映射、复用、交叉调度和保护配置等功能。为了适应新形势的需求，新一代光传输网OTN应运而生。OTN不仅可直接承载IP业务和SDH数字信号，而且可以象SDH -样在光层实复用、交叉调度和保护等功能，同时兼顾了WDM多通道、大带宽的能力，使网络结构更加扁平化，传输效率更高。应用模式如下图3所示。(4) lP over ASON模式ASON( Automatically SwitchedOptical Network)即自动交换光网络，也称智能光网络。相对于传统传输网，ASON最大的特点是可实现对光传输网的智能化管理：即通过在OTN光传输网之上增加控制、管理层，使得运营商对网络的控制、管理更加自动化、智能化，大大降低了人工维护的成本。如图4所示，IP over ASON应用模式是实现全IP化核心交换的理想选择。通过以上几种传输技术的比较可以看出，OTN光传输网技术既符合未来的宽带化、IP化、融合化的趋势，又能兼容传统的SDH业务，最重要的是可以平滑演进到ASON网络，因此，OTN非常适合陕西广电作为其新一代光传输网技术。3规划方案陕西广电省干OTN光传输网分为3个区域，即关中省干、陕北省干和陕南省干，结构如下图5所示。(1)关中省干结构关中省干由两个环网组成关中A环和关中B环。其中，关申A环由西安太白路、咸阳和宝鸡共3个ROADM（动态光分叉复用）业务站点和4个中继站点组成，站点之间由G.652光纤双纤相连；关中B环由西安太白路、西安北大街、渭南、铜川和成阳共5个ROADM业务站点组成，站点之间由G.652光纤双纤相连。(2)陕北省干结构陕北省干由两个环网组成：陕北A环和陕北B环。陕北A环由延安、子长和榆林共3个ROADM业务站点和7个中继站点组成，站点之间由G.652光纤双纤相连；陕北B环由延安、铜川、胃南和子长共4个ROADM业务站点和6个中继站点组成，站点之间由G.652光纤双纤相连。(3)陕南省干结构陕南省干由两个环网组成：陕南A环和陕南B环。陕南A环由西安太白路、宝鸡、汉中和安康共4个ROADM业务站点和9个中继站点组成，站点之间由G.652光纤双纤相连；陕南B环由西安太白路、安康、商洛和西安北大街共4个ROADM业务站点和6个中继站点组成，站点之间由G.652光纤双纤相连。(4)整体结构省干OTN局部为环形结构，整体为网状( MESH)结构，局部环只是一种逻辑划分，物理上相邻环的边界（合线路和设备）均可共用。(5)技术要求在光层技术方面：+调度能力。动态兆分插复用ROADM实现光层调度、环内调度和环间调度，且具备至少8个维度的调度能力。技术规格。密集波分复用技术DWDM，频率间隔为50CHz和100GHz，单波可支持2.5GbiUs、lOGbit/s和400bit/s3种速率。s传输容量。最多可接入80波，每波最大可支持40Gbit/s速率。t传输距离。对于40Gbit/s速率，支持最大1522dB的无电中继传输规格。对于2.5Gbit/s和lOGbit/s速率，支持最大1922dB的无电中继传输规格。组网能力。支持点到点、链型、环型和网状等组网方式，并可以与其他WDM、SDH设备共同组网。开放式系统。具有光波长转换单元，可将非标准波长的光信号转换成符合ITU-T G.694.1建议的具有标准波长的光信号，实现开放式组网。在电层技术方面：交叉颗粒。支持颗粒为GE、ODU1、ODU2信号的交叉调度。交叉能力。支持GE、ODU1、ODU2通过交叉板实现的集中调度，最大集中交叉调度能力为lTbit/s以上。在接入业务方面：可支持SDH业务、以太网业务、SAN（Storage Area Network）存储业务、OTN业务、视频业务等多种接入业务类型。工程建设经过广泛而深入的调研及严格的招投标程序，陕西广电最终选择华为公司为其省干OTN工程供货商。1工程方案按照省干线OTN规划方案，该系统最多可接人80波，每波最大可支持40Gbit/s速率。考虑到业务渐进以及投入产出比等的因素，省干OTN建设按照“先搭框架，分期扩容”的原则进行，即先搭建一个最多可接入80波，每波最大可支持40Gbit/s速率的网络框架，以后按照业务需求的增加再逐步增配设备板件。根据以上规划，目前陕西省干线OTN工程按照接入40波，每波支持lOGbit/s速率的要求建设，同时，要求系统具备平滑升级到80波，每波支持40Cbit/s速率的能力。在设备方面，采用华为公司新一代OTN设备OSN6800/8800混合组网，其中，OSN6800承担OTN光层功能，OSN8800承担OTN电层功能。OTN区别于传统波分技术最重要的一点是引入了动态光分插复用器ROADM，ROADM通过对波长的阻塞或交叉实现了波长的可重构，从而将静态的波长资源分配变成为灵活的动态分配。本次陕西省干线OTN的12个业务站点全部配备ROADM，以实现波长的灵活调度。OSN6800最大可支持8个维度的光方向，在首期建设中，除了太白路站点使用了4个维度，其他站点均少于4个。电层的集中调度是OTN的另一个重要特性。OSN8800可支持ODU1信号(2.5G)、ODU2( 10G)信号通过XCS单板实现集中调度和4ODU1到ODU2、4ODU2到ODU3( 40G) 的异步复用，最大可支持1.28Tbit/s的ODUl/ODU2信号的交叉调度容量。陕西省干OTN网对波道的规划如下：第一波：承载42.5G SDH业务，由SDH提供复用段保护，网络架构如图6所示。第二第六波：承载广电交互电视业务。中心节点（省中心太白路机房）到各分节点（各分公司中心机房，除西安外共9个分公司节点）采用点对点网络结构，骨干链路带宽为24GE。从中心节点到分节点的骨干链路基于省干OTV输网（不合西安本地节点），2个4GE链路走向为异路由。网络架构如图7所示。第七一第九波：承载数据网业务需求，包括GE及IOGE业务。第十一第四十波：预留。除了波道规划之外，工程规划还应包括以下几方面的内容：OSNR（光信噪比）计算：在满足光功率原则下，还需要考虑每一波的OSNR值是否满足要求。由于陕西省干OTN网配置的OTU（波长转换器）单板均具备AFEC功能，因此单波OSNR值要求大于15dB即可。监控通道：陕西省干arN网选择的Osc（光层监控）方式，在OSN6800上采用SC2单板就可实现对光监控信息的处理，采用FJ单板则可实现主信道与光监控信道的合波与分波功能。、OTU（波长转换器）的选择：陕西省干OTN网要求接入10G、2.5G和GE业务，鉴于此，OTU单板具体配置及功能见表3在具体工程建设实施方面，陕西广电省干OTN工程实施由华为公司总包，陕西广电成立工程小组协调配合。经过5个月的紧张实施，工程于2010年10月份基本完工。2网络评价从设计思路来看，陕西广电省干OTN传输网遵循大带宽、高速率的设计原则，以适应突发性IP业务为主，同时兼顾传统TDM业务，现阶段可完成多业务承载的使命，未来可以较为顺利地演进到智能光网络ASON，可最大限度地发挥基础网络的投资效益。从现阶段全国各地广电网络公司基础传输网的情况来看，陕西广电省干OTN传输网整体性能较高，即使与电信运行商的基础传输网相比，陕西广电省干OTN传输网的整体性能也是较为先进的。业务开通及试运行情况1业务开通情况陕西广电省干OTN工程基本建成后，即开通了从省中心到各地市的GE通道，用于承载互动电视业务。在OTN上，从省中心到各地市分别开通了8个GE通道，形成从省中心到各地市的星型结构，用于承载互动电视业务。在具体模式上，从省中心到每个地市的8个GE通道分成两组，每组4个GE通道，分别承载在两个不同的波道上，这两波再沿不同路由从省中心到达各地市。在互动IP设备上，8个GE端口也分成两组，每组4个GE端口捆绑成一组，分别与OTN的8个GE通道对接，形成如图8所示的结构。其中，OTN只提供通道，不提供保护，保护由互动lP设备启动相关路由协议完成。目前陕西广电除开通GE通道传输互动电视业务之外，在0,rN上构建的多业务传输平台MsIP也已投入运行，MSIP分为4个独立的2.5G环，其中关中两个环，陕北、陕南各个环，采用复用段保护方式。目前在MSIP上从省中心到各地市开通了4条45M电路（单向广播式），用于传输高清节目。2试运行情况从目前的试运行情况来看，OTN在光缆线路状况正常的情况下，系统基本稳定可靠；当光缆线路出现异常波动时，即使没有断纤而只是指标有所劣化，系统均会报警，在运维人员及时排除光缆线路故障后，系统才能恢复正常。因为陕西广电的OTN工程刚刚搭建完成，所以很多新功能、新性能尚有待于探索、开发，笔者相信，随着运维人员运营经验的不断增加，网络将逐渐进入最佳运行状态。几点经验1关于系统受限问题OTN系统受限与单波长SDH系统受限既有相同之处，又有所区别。相同之处在于两者的系统均存在毛受限、色度色散受限与偏振模色散受限，不同之处在于OTN系统还存在着光信噪比（OSNR）受限与非线隆故直受限问题。为此，运营商在进行OTN备配置之前，必须对光缆线路进行调整，其目的一是使光缆线路更加安全，二是使光纤的技术指标更接近于正常值。在具体方式上上，需对使用的纤芯进行端到端的严格测试，如果衰耗指标测试值与理论值相差较大，要分析原因并排除故障。因为良好的光缆线路不仅可为OTN提供安全稳定的运行基础，而且可降低系统投资。而光纤的色散问题主要与其制作材料有关，一般可采用色散补偿的方法来解决，但补偿必须合适，过补或欠补都会引发问题。光信噪比OSNR受限是OTN系统特有的一个问题，如果OSNR过小，会引起系统的误码率增大，导致系统传输效率降低或传输失败。克服OSNR受限的方法之一是采用前向纠错技术，另一个方法是使用噪声系数极低的拉曼放大器。2关于业务保护问题OTN也提供业务保护机制。根据陕西的建网实践，当OTN网络结构简单时（如单环、双环、链），笔者建议可考虑在OTN层面增加保护机带9；当OTN网络结构复杂时（如网状），则建议在业务网层面（如IP网、SDH）启动保护机制，而不在OTN层面增加保护机制。未来当OTN演进到ASON后，其恢复机制可取代基于硬件的保护机制，上层的业务网基本可以依赖底层的恢复机制对业务提供可靠性保护。3关于无电中继传输问题OTN可分为光层和电层两个层面，信号在光层面连续传输时，距离越长，信号劣化越严重，误码率增大，当达到某一个门限值时，将无法继续传输，信号在光层面连续有效传输的最长距离被称为无电中继传输距离。根据陕西的实践，不同厂商的OTN系统，其无电中继传输距离均不同，对于具体网络而言，即使使用同一厂商的OTN设备，其无电中继传输距离也会有所不同。而掌握具体的OTN网络无电中继传输距离的大概范围，对于网络的运行、维护、扩容、优化等又是十分重要的。 为此，笔者建议：对全网进行逻辑区域划分，使信号在逻辑区域内的任何设备间走任意路由均可实现无电中继传输；在相邻逻辑区域边界，设置电再生设备，当信号在逻辑区域内传输时走光层，当信号穿越逻辑区域边界时，到电层进行信号重生，然后在另一个逻辑区域内继续走光层。结论：下一代广播电视网络NGB以高性能宽带信息网3Tnet为技术基础，3Tnet集成了T比特传输、T比特交换、T比特路由的性能，其基础传输网必然要求具备多波道、高速率传送的能力，而OTN及后续ASON智能光网络的出现由于顺应了这一发展趋势，因此对有线运营商来说，将OTN作为基础传输网无疑是一种正确的选择。 -全文完-