基于OTN的新一代传送网络控制技术的研究

OTN（光传送网，OpticalTransportNetwork），是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。

随着电信业务高速发展的驱动和OTN技术日益成熟，OTN网络的部署应用也在不断加速。一些国际运营商开始全国范围内部署兴建新一代OTN网络，还有一些运营商开始研究基于部署控制平面技术的两网融合方案。

数字传送网的演化也从最初的基于T1/E1的第一代数字传送网，经历了基于SONET/SDH的第二代数字传送网，发展到了目前以OTN为基础的第三代数字传送网。第一、二代传送网最初是为支持话音业务而专门设计的，虽然也可用来传送数据和图像业务，但是传送效率并不高。相比之下，第三代传送网技术，从设计上就支持话音、数据和图像业务，配合其他协议时可支持带宽按需分配（BOD）、可裁剪的服务质量（QoS）及光虚拟专网（OVPN）等功能。

1998年，国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）正式提出了OTN的概念。从其功能上看，OTN在子网内可以以全光形式传输，而在子网的边界处采用光-电-光转换。这样，各个子网可以通过3R再生器联接，从而构成一个大的光网络，如图1所示。因此，OTN可以看作是传送网络向全光网演化过程中的一个过渡应用。

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。（基于其他光复用技术，如时分复用，光时分复用，或光码分复用的OTN，还有待研究。）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，FibreChannel，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。 OTN（Oracle技术网络，Oracle Technology Network），oracle公司技术网络。

本文聚焦在OTN网络应用紧密相关的几个基本控制问题。

1.光电混合调度

OTN通过G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建议所规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”。OTN将解决传统WDM网络无波长/子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力弱等问题。

光传送网面向IP业务、适配IP业务的传送需求已经成为光通信下一步发展的一个重要议题。光传送网从多种角度和多个方面提供了解决方案，在兼容现有技术的前提下，由于SDH设备大量应用，为了解决数据业务的处理和传送，在SDH技术的基础上研发了MSTP设备，并已经在网络中大量应用，很好地兼容了现有技术，同时也满足了数据业务的传送功能。但是随着数据业务颗粒的增大和对处理能力更细化的要求，业务对传送网提出了两方面的需求：一方面传送网要提供大的管道，这时广义的OTN技术（在电域为OTH，在光域为ROADM）提供了新的解决方案，它解决了SDH基于VC-12/VC4的交叉颗粒偏小、调度较复杂、不适应大颗粒业务传送需求的问题，也部分克服了WDM系统故障定位困难，以点到点连接为主的组网方式，组网能力较弱，能够提供的网络生存性手段和能力较弱等缺点；另一方面业务对光传送网提出了更加细致的处理要求，业界也提出了分组传送网的解决方案，目前涉及的主要技术包括T-MPLS和PBB-TE等。

OTN技术完整体系结构包括了光层和电层，光层主要是基于WSS器件的多方向光层业务疏导体系，支持任意方向任意速率的光波长级颗粒疏导， 可以通过光层的交叉来减少OEO再生，实现大粒度调度

电层主要是基于ODUk Switch的多方向电层疏导体系ODU0/1/2/3多种业务颗粒的有效疏导，可以通过电层的交叉来实现子波长的调度、解决波长冲突、传输限制、跨域互联等问题。

随着OTN调度粒度的精细化，支持对ODUK粒度的疏导控制，就产生了多层调度和控制问题，需要实现跨层路由计算，连接建立。

同时光电各层网络都有相应的管理监控机制，光层和电层都具有独立生存性机制，对跨层业务的保护，各层的保护动作就需要协同来共同完成保护和恢复功能。

另外，光层非理想的传输介质的特性约束仍然存在，在mesh网络下，寻路动态化，资源分配动态化，连接动态建立，这种情况下这些约束对光路的影响必须要统计考虑。

图1.光电混合调度

1.1. OTN组网模型

对OTN组网模型做一个抽象，可以看到它有以下几个特性：

节点，链路类型多样化，根据节点交换处理能力可划分为三种节点：ODUk节点、OCh节点和混合节点。ODUk节点只包含电交叉设备，OCh节点只包含光交叉设备，而混合节点同时包含电交叉设备和光交叉设备。

根据链路接口类型， OTN设备网络中同时可划分为两种链路：ODUk链路、OCh链路。

网络拓扑mesh化

网络结构层次化，存在客户-服务层关系ODUk层业务需要经过Och层来承载 不同的交换类型和链路类型有不同的拓扑层。

图2.OTN网络组网模型

在该网络模型中中，OTN网络中连接的情况在光信号处理接口间，ODUk信号处理接口之间可以分成三种类型：

OCh Lsp

OCh LSP用于承载OCh信号的业务

ODUk Lsp

ODUk LSP用于承载ODUk信号的业务

FA Lsp

在多层网络中，客户层不是直接连通时，需要在服务层网络中建立一条路径作为客户层链路使用时，该链路可以在客户层网络作为一条TE链路进行泛洪，并且能够用于客户层连接路径计算，该路径称为FA-LSP（Forwarding Adjacency LSP）

图3.OTN网络连接

1.2 OTN网络路径计算

回到前面的拓扑结构，看看如何实现OTN网络路由计算，因为PCE具有全局视野，多个PCE通过PCEP协议互通的协同能力可以实现多层多域的路径计算功能，对于OTN网络，由于OCh层和DOUk层的TE信息会泛洪到同一个TED中，所以可以采用单PCE的模型来实现路径计算。

2.光电生存机制协同

多层网络的生存机制协同在考虑可靠性的同时还要考虑建网成本问题。控制平面业务的恢复能力由于其全网资源利用率高，业务恢复能力强，将会逐步替代传送平面的保护，最终会由控制平面来完成全网业务的保护。但在这发展过程中，有很多技术上的困难。例如：目前ROADM的波长指配和波长调谐器件效率不高，造成光层业务的恢复时间很长，因此光层的恢复时间无法满足OTN保护的50ms要求。因此在光电混合的控制平面演进过程中，必然会存在满足OTN保护要求的过渡方式，就是光电保护恢复的协同。利用光层保护和恢复技术和电层保护恢复技术协同。

在从成熟的WDM网络向OTN网络升级过程中，最可能出现的是在电层首先扩展控制平面以对ODUk业务进行调度。这样，在传送平面中，光层已经具备保护能力的前提下，具有保护属性的ODUk业务，要优先承载到具有保护能力的通道上。这样，一旦发生故障，传送平面的保护首先启动，将ODUk业务倒换到其预先配置的保护通道上。只有当保护通道也发生故障后，再启动电层的恢复，重新选择一条可用的ODUk层路由。这样，第一次故障业务的受损时间<50ms，在第二次故障发生后，业务受损时间取决于电层恢复的时间。具体示意如下图：

图4.光层保护和电层恢复协同

其他方式的协同如电层保护和光层恢复协同等情况类似。

3.基于光层物理特性约束的路由计算

在非理想的光传输介质中，都存在物理特性约束，对于动态寻路，动态分配资源，动态连接的业务必须要考虑这种约束对信号质量的影响。根据不同的网络结构，各种信号类型对质量属性的要求，可以分成几种场景来考虑。

一些情况下，需要动态的考虑物理特性，这时候就需要控制平面的参与。

一种情况下，各种信号对物理特性有特定要求，但有较大余量，可以通过近似估算来验证。还有一些情况下，信号对物理特性有严格要求，需要严格计算和验证。这两种情况都需要控制平面在连接建立过程中实时验证。

从整体上考虑WDM的光损伤情况，各种WDM网络光组件都有各自的物理属性，这些属性都会在光传输过程中决定或影响信号质量，同时各种组件也对信号质量有特定的容限。

光发射机：发射功率等；FEC类型，调制类型

光接收机：接收功率范围、OSNR容限、CD容限、PMD容限等；

光放大器：增益、NF、PMD等；

DCM：补偿距离等；

线路：距离、色散系数、PMD等；

当前，对OSNR，CD，PMD的计算模型相对成熟，主要考虑这几个参数的累计验证

图5.WDM网络物理特性

OTN网络中的业务调度的完整过程，包括路由计算，资源分配和损伤信息验证。

首先，我们根据预置的条件进行路由计算，如根据链路代价计算获得K条路由， 在路由，资源分配，损伤验证的过程中，当验证物理特性不能满足要求时，同时网络具有再生能力的时候，还涉及对损伤控制和再生的管理。

最后，数据和传输的两网融合一直是一个趋势，具体的融合过程包括管理平面，控制平面和设备的融合几个层面，随着控制平面技术的发展，这种融合也在过程也在加速，在目前没有实现统一控制平面的场景下，各层独立控制，利用控制平面的技术实现业务统一调度，充分利用OTN的ODUK和ODUFLEX的刚性和柔性管道来疏导业务。利用UNI接口触发光层自动连接，光层控制平面支持BOD动态带宽调整来适应IP层的业务流量变化。