OTN光传送网（精选8篇）
OTN光传送网 篇1
1 引言
20世纪80年代末, 同步数字体系 (SDH/SONET) 问世, SDH在历史上第一次实现了全球统一的传送网标准, 规范了光接口, 而且定义了对光信号质量的监控、故障定位和远程配置等重要的网络管理功能。SDH很快进入了实用化阶段, 在国际上和在我国已得到了广泛的应用, 成为信息高速公路的重要支柱之一。但是, 在光域, SDH主要起传输煤质的作用, 信息的处理都是在电域完成的, 这不仅需要庞大的光/电、电/光变换设备, 而且处理速度受到电子迁移率的限制。在DWDM极大地增加了传输容量的情况下, 交换节点的速率瓶颈已日趋严重。另外, 随着数据业务的爆炸式的增长, 基于电路交换的SDH/SONET已不能完全适应网络发展的需求, 光网络有进一步发展的迫切要求。
光波分复用 (WDM) 技术进一步挖掘了光纤的带宽潜力, 极大地增加了光纤的传输容量, 同时也为光层的联网提供了可能。ITU-T提出的光传送网 (OTN) 以波长 (也可以是波带或光纤) 作为交换粒度, 通过光交叉连接设备 (OXC) 和光分插复用设备 (OADM) 实现组网, 形成具有高度灵活性、透明性和生存性的网络。
OTN的主要特点是引入了“光层”概念, 在SDH传送网的电复用层和物理层之间加入光层。OTN处理的最基本的对象是光波长, 客户层业务以光波长形式在光网络上复用、传输、选路和放大, 在光域上分插复用和交叉连接, 为客户信号提供有效和可靠的传输。
2 OTN概念
2.1 OTN提出的背景
在20世纪90年代中期, 波分复用 (WDM) 技术趋于成熟并开始商用, 传输系统容量的飞速增长带来的是对交换系统的压力和促使其发展的驱动力。为了解决电子瓶颈限制问题, 全光通信网迅速发展。
所谓全光通信网是指信号以光的形式穿过整个网络, 直接在光域内进行信号的传输、再生、光交叉连接 (OXC) 、光分插复用 (OADM) 和交换/选路, 中间不需经过光电、电光转换, 因此它不受检测器、调制器等光电器件响应速度的限制, 对比特速率和调制方式透明, 可以大大提高整个网络的传输容量和交换节点的吞吐量。
考虑到光信号固有的模拟特性和光器件的水平, 目前在光域内很难完成3R中继功能 (即再定时、整形和放大) , 人们暂时放下了全光网络的追求, 转而用“光传送网”来代替。其出发点是子网内全光透明, 而在子网边界处采用O/E/O技术。1998年, ITU-T正式提出光传送网 (OTN) 的概念。OTN是指为客户层信号提供光域处理的传送网络, 主要的功能包括传送、复用、选路、监视和生存性功能等。
2.2 OTN标准基础定义
OTN光传送网 (Optical Transport Network) 由光纤连接的一系列网络单元组成, 提供光通道承载任何客户信号、具有客户无关性, 提供客户信号的传输、复用、路由、管理、监控。OTN借鉴SDH的开销思想, 引入丰富的开销, 使OTN真正具有OAM&P能力。OTN定义了OCH、OMSn、OTSn三个光层概念, 其中OCH通过数字域的三个子层OPUk、ODUk、OTUk来实现。此外, OTN还引入了带外FEC, 增强了线路的容差性。
2.3 OTN帧结构与开销
2.3.1 O TN帧结构
G.709定义的是OTN的结构和映射, 图1就是G.709的帧结构:
图1中Client Signal指的是客户信号, OPUk指的是光通道净荷单元, ODUk指的是光通道数据单元, OTUk指的是光通道传送单元, Alignm指的是帧定界, 其中k代表速率级别, 0代表1.25G, 1代表2.5G, 2代表10G, 3代表40G。
由图1可以看出, G.709帧结构包括了OPUk、ODUk、OTUk、FEC几个部分, 为4行、4080列、固定不变的帧结构, 而它的帧速率则可变。
2.3.2 O TN开销
图2为OTUk/ODUk/OPUk开销。
可以看到OTUk/ODUk/OPUk开销内容非常丰富, 下面就简单介绍一下这些开销。FAS:帧对齐信号;MFAS:复帧对齐信号;SM:段监控;RES:保留作后续国际标准化;TCMACT:TCM激活标志;PM:通道监控;EXP:实验通道;GCC1/2:通用通信通道1/2;APS/PCC:自动保护倒换和保护通信控制通道;PSI:净荷结构标示符;JC:调整控制。
3 OTN的特点
3.1 客户信号承载的开放性
POS的全称是IP over SDH, 也就是用SDH来传送IP业务。路由器利用POS端口的SDH开销字节, 快速准确地检测线路传输质量, 使得线路发生故障后快速启动保护倒换。然而, POS端口比特成本较高, 路由器直接出LAN端口可大幅降低网络建设成本。通过提供G.709的OTN接口, OTN设备接入路由器所出的LAN口信号时会叠加类似SDH的开销字节 (OTU/ODU/OPU) , 代替了路由器POS端口的开销字节功能, 从而消除路由器对POS端口的依赖性。
OTN定义的数字包封 (DW:Digital Wrapper) 结构, 可将任意客户业务包含SDH/SONET、ATM、Ethernet、SAN、Video业务适配到数字包封结构中;加上OTN设备上集成Any-ADM特性, 还可提供任意速率业务的疏导功能, 使得IP网络配置更加灵活, 业务传送更加可靠。
3.2 灵活的光电层调度疏导
如果WDM能够具备类似SDH的波长/子波长调度能力, 并组建一张端到端的WDM承载网络, 就可以实现GE、10GE、40G等大颗粒业务端到端地快速调度和保护, 减少对路由器端口的需求。
ROADM (动态可重配置光ADM) 技术的出现使得WDM能以非常低廉的成本 (无OEO转换) 完成超大容量的光波长交换;但受波长冲突、光信噪比、色度色散、偏振模色散限制等难以突破的物理光层限制。而OTN交换技术, 以2.5G或10G为颗粒, 可在电层上完成大容量的业务调度。如果将ROADM与OTN结合, 形成“光+电”混合交换结构, 就可构建一个大容量、大范围、端到端的WDM网络。
3.3 大颗粒业务的可靠保护
电信级业务需要达到50ms的保护倒换时间。传统电信级IP网中引入SDH层面, 一个重要原因就是为了提供50ms的保护恢复时间。
除传统WDM设备均支持的1+1光线路保护 (<50ms) , 1+1光通道保护 (<50ms) 及波长环路共享保护 (50～150ms) 外, 基于OTN交换的WDM设备还可实现波长或子波长级的Mesh保护加恢复、Mesh恢复, 子波长SNCP (<50ms) 、子波长环网共享保护等, 如同SDH/ASON一样丰富、灵活、可靠。
3.4 增强的运维管理能力
如同SDH一样, OTN也定义了丰富的开销字节, 具备了SDH相似的运维管理能力。当某个WDM网络使用字节TCMi时, 一旦出现误码将被记录到TCMi。GCC0可以用于承载某设备商自己的通信管理信息, 类似SDH的DCC字节。至于GCC1、GCC2, 可以用来透传其他设备商的通信管理信息, 有利于多个设备商共同组建一个端到端的WDM网络。
4 OTN与SDH及WDM技术的关系
4.1 OTN与SDH及WDM技术的对比
针对IP业务适配到WDM光层进行传输, 业界曾提出过多种实现方案。IP是网络层 (L3) 协议, 而WDM是物理层 (L1) 技术, IP业务要想在WDM网络中直接传输, 必须经过中间的数据链路层 (L2) 进行适配, 如IP over SDH (即POS) 和IP over GE/10GE等等。
SDH是目前骨干、城域核心网络中应用最广泛的传输技术, 能够提供多种不同速率的复用和业务整合、调度功能, 且具有强大的故障恢复和保护能力。IP与SDH的结合是将IP数据包通过GFP/PPP (数据链路层) 等协议封装映射到SDH帧, 取代原有的ATM层, 从而简化网络体系结构, 提高了传输效率, 易于实现网间互连, 是一种较为现实和高效的IP传送方式, 已在现网中获得广泛的应用验证。
然而, 与正在蓬勃发展的IP over GE方案相比, IP over SDH方案存在以下弊端: (1) 链路带宽调整灵活性不足 (只能四倍速提升) , (2) 缺乏必要的服务质量优先级策略 (GE支持IEEE 802.1Q/1P服务等级策略) , (3) 不具备成本优势 (路由器中千兆比特线路卡提供与SDH相当的容量时, 成本只是SDH的1/6~1/4左右) 。从长远的观点来看, 不是非常有效的IP到WDM的适配方式。
IP over GE方案也有自己的短板: (1) 缺乏成熟、可规模部署的网络保护机制; (2) 缺乏完善的OAM能力, 特别是传送性能监控方面完全缺乏; (3) 与WDM光波长相比, 早期部署的GE速率较低, 却要独占一个本可达到10G/40G速率的波长, 没有一个能充分利用波长带宽的子波长 (小于10G) 业务复用、整合和调度的适配技术。
因此ITU-T标准组织提出OTN (光传送网) 这样一套全新的传送网络体制, 期望通过它来消除运营商对于上述两种方案在抉择上的困扰。通过对SDH和WDM两种技术优势功能的择取、融合和优化提升, OTN在同一技术体制下兼具了SDH和WDM复用整合、保护调度、性能监控、拉远扩展、开放性和多业务接入能力。完整功能的OTN设备本质上可看作为传统WDM+ADM+MSTP设备的组合。
4.2 OTN对SDH技术的继承与发展
4.2.1 分层结构及其演进
OTN可以在光域对客户信号提供传送、复用、选路、监控和生存性功能。从某种意义上讲, 我们可将OTN看成是传送SDH信号的光段层扩展。继承SDH在电域的分层结构, ITU-T G.872标准, 将OTN光域也分为三个子层:它们是光通道层 (OCH) , 负责对电复用段层客户信号路由和分配波长, 选路和监测管理、保护恢复;光复用段层 (OMS) , 负责对单波长光层信号复用和监测控制;和光传送段层 (OTS) , 负责为光信号在不同类型光传输媒介上提供传输功能, 同时对WDM光放大器实施监测和管理。
4.2.2 数字包封帧结构
SDH信号有一种基本的块状帧结构STM-1, 更高速率的信号则由N*STM-1信号字节同步间插构成, 这样在不同速率情况下每一帧传送所需的时间相同。同样, OTUk也有一种基本的块状帧结构, 但不同速率情况下, 均采用固定的帧格式和帧大小, 这样不同速率时每一帧传送所需的时间是不同的, 换句话说就是单位时间内传送的帧数不同。
4.2.3 串联连接监视TCM
相对于SDH只能提供单级TCM能力, OTN可以提供6级连接监视功能。对于多运营商/设备商/子网环境, 可实现分级分段管理。TCM字节帧格式与SM/PM字节基本相同, 不同的是TCM监测点的起始位置、使能状态完全由网管随意控制。6个TCM段可以以嵌套、重叠和串联的方式实现。
4.3 OTN对WDM技术的继承与发展
OTN技术体制中的光域部分其实就是传统WDM设备光复用/解复用过程, 光放大过程的继承和数字化。相对于传统WDM技术体制, OTN的优势主要体现在光层的管理能力上。
4.3.1 增强的保护方案
OTN定义了三种类别的保护, 分别是:路径保护、子网连接保护和共享保护环, 而传统点对点WDM只有路径保护这一种保护方式。路径保护为专属端到端保护机制, 可用于任何物理结构 (网、环和混合) 。如果工作路径失效或性能跌至最低要求, 工作路径将由保护路径代替。
4.3.2 完善的光层O AM
OTN电层的维护管理依赖于OTU/ODU的开销字节, 其作用已在前面章节做了分析, 这里主要说明光层的维护管理。OTN相对于传统WDM, 在光层管理上相对传统技术体制有较大提升, 传统点对点WDM设备基本上只实现了连续性监控和部分管理通信功能 (通道信息管理) 。
5 OTN应用前景
OTN是WDM发展的必由之路。新一代大容量传送系统需要完成从简单的P2PWDM技术向E2E自动交换OTN系统的转变, 才能全面解决了从业务变化和组网功能转移的多维度难题, 所以点对点WDM向OTN组网演进是必然趋势。
各厂家OTN设备也正在逐步实现, 如华为、阿尔卡特朗讯、英飞朗、爱立信、诺基亚西门子、烽火和中兴都在研发与测试OTN设备。下面主要列举阿尔卡特朗讯与华为两家厂家的OTN设备当前的研发测试情况, 其中阿尔卡特朗讯的1850系列设备已在上海移动正式使用。
阿尔卡特朗讯1850 TSS-160、1850 TSS-320、1850TSS-640支持多业务:FE/GE/10GE (对于10GE LAN支持ODU2/1e/2e) 、STM-64/16/4/1、FE、E1/E3、DS1/DS3、C/DWDM 2.5G/10G、OUT-1, OUT-2, OUT-3;支持SWXC电交叉功能:ODU1/ODU2交叉, 今后会实现ODU0/ODU3交叉, G.709的TCM字段;光层C/DWDM/ROADM功能:8波CWDM/10G44波DWDM, 4-8维基于WSS的ROADM;控制平面支持TDM、分组业务的电路建立和资源管理。
华为OSN1800, OSN3800, OSN6800, OSN8800当前支持SWXC的ODU1电交叉 (暂不支持ODU0/ODU2) , 对10GE LAN支持ODU2/1e/2e (OSN6800) , 并计划支持O-TU3线路板 (NS3单板) 、40G POS/OTN接入支路板 (TSXL单板) 、单子架T级别交叉, 提升单板端口密度。
6 结论与展望
无论固定通信还是移动通信领域, 基于IP的数据业务都在逐渐成为业务的主导。波分复用 (WDM) 技术由于能够提供巨大的带宽, 无可争议地成为骨干网与城域核心网最主要的传输技术。而简单来说, OTN=WDM大容量传送+SDH丰富OAM+其他。目前, 已经实施了IP over SDH向IP over WDM的演进、解决了IP大颗粒业务的传送、1+1保护等问题, 但尚有一些需求与挑战, 例如全业务和互联网的大力发展将导致传输容量剧增、去掉SDH层面后, WDM层面要承担起传送网的管理维护、灵活组网、保护和调度功能、集团客户专线业务运营要求传送网成为调度型网络等。
OTN在速率体系、复用体系、映射方式等方面的演进已经更加适应全业务和IP化发展。在工信部的领导下, 中国的运营商和设备制造商推动了OTN演进, 主导了OTN标准的制定。而随着全业务的发展和OTN技术的成熟, OTN必将在干线和城域网得到广泛应用。
光传送网中光开关器件的进展 篇2
随着波分复用技术的广泛应用和光联网的发展，光开关将成为组建未来光网络的关键器件。光开关的类型有光微电机械开关、马赫-曾德干涉仪型开关、热光效应光开关、液晶光开关、喷墨气泡光开关、光栅开关和声光开关等。文章概述了这些光开关的原理，并进而介绍了光开关器件的最新进展。
关键词：
光开关；光联网；光微电机械开关；多功能集成
ABSTRACT:
With the wide application of the DWDM technology and the rapid development of the optical transport network, optical switches will become the key components for the construction of future optical networks. At present, various optical switches in terms of micro-opto-electro-mechanical system, Mach-Zender interferometer, thermo-optic effect,liquid crystals, bubbles, holograms and acousto-optic effect are under comprehensive research and development. In this paper, the basic principles of those devices are illustrated and the state-of-the-art advances of optical switches are introduced.
KEY WORDS:
Optical switch;Optical networking;Micro-opto-electro-mechanical system switch; Multi-function integration
1、引言
光传送网(OTN)是当前全光网络的发展趋势, 光联网的实现将依赖于新一代光开关、波分复用器、光衰减器和光放大器等元器件的进展。新一代器件的特征将是它们在光域性能的提高和多功能的集成。其中光开关是实现光传输路径变换的关键器件，被广泛应用于光层的路由选择、波长选择、光交叉连接器(OXC)、光分插复用器(OADM)、光网络监控、器件测试及自愈保护等方面。表征光开关的特性主要有开关速度、开关矩阵规模、损耗、串扰、偏振敏感性、可靠性以及可扩展性等参数。基于不同的应用，采用不同技术的光开关的发展不尽相同。图1展示了不同开关速度和端口数的开关的主要应用领域和发展趋势[1]。
2、光开关的类型和原理
传统的光开关主要有介质波导和机械两种类型。介质波导光开关的开关速度在微秒到亚毫秒量级，体积小且易于集成为大规模的阵列，但插入损耗、隔离度、消光比、偏振敏感性等指标都较差；机械光开关虽然有较低的插入损耗和串扰，但体积庞大，不适合用于大规模开关矩阵及OXC应用。
在传统光开关技术进一步发展和应用的同时涌现了许多新技术，主要包括光微电机械开关、铌酸锂晶体或半导体的马赫－曾德干涉仪型开关、喷墨气泡开关、热光效应光开关、液晶光开关、全息光栅开关和声光开关等[2]。
2.1光微电机械开关
光微电机械开关(MOEMS)通过静电或其他控制力使微镜或光闸产生机械运动，从而改变光的传播方向、实现开关功能。其所示为二维MOEMS 8×8光开关，在芯片上集成了微反射镜阵列，以斜线表示，通过施加静电力控制其旋转，图2中有5个微镜处于反射状态。这种二维光开关阵列插入损耗小于4dB，开关时间小于10 ms。由于受光程损耗的限制，最大可以实现32×32端口。也可采用更先进的三维解决方案，它在N个输入光纤和N个输出光纤之间仅使用2N个微镜，由于每个微镜都有N个可能的位置，从而实现N×N开关阵列，突破二维方案的端口限制[3]，但其驱动结构和监控设备较复杂，成本也随之增加。
MOEMS开关可用类似集成电路的工艺成批生产，成本低、竞争力强。由于其特性与光信号的格式、波长、协议、调制方式、偏振、传输方向等无关，在损耗、扩展性上优于其他类型，因此MOEMS光开关阵列有可能成为核心光交换器件中的主流。美国Xros公司利用两个相对放置的各有1 152个微镜的阵列实现了1 152×1 152的大型交叉互连，总容量比传统电交叉互连提高了约两个量级。朗讯公司推出的WaveStar LamdaRouter光波长路由器，可实现256×256的光交叉互连，节约25%的运行费用和99%的能耗。目前此类器件的提供商有OMM、朗讯、北电、IMM、Cronos、Memscap、 Calient等公司。
2.2马赫-曾德干涉仪型开关
马赫-曾德(M-Z)干涉仪型光开关由两个3 dB耦合器和两个波导臂组成，通常在铌酸锂衬底上制作一对平行光波导，波导两端分别连接一个3 dB的Y形分束器。向波导臂注入电流将改变光开关的折射率，使光程相应变化，形成相干增强或相消，达到开关的目的。其优点是开关速度快，在微秒量级；缺点是消光比仅20 dB左右。
为提高开关速度和实现更低的插入损耗，可利用半导体光放大器集成对称马赫-曾德型全光开关，将半导体光放大器集成在硅基平面干涉仪的两臂上。通过对两臂施加超短控制光脉冲(宽度2 ps，频率10 GHz)，利用半导体光放大器的非线性，实现接近矩形的开关窗口，开关速度不受限于载流子寿命，最快能达到皮秒(ps)量级。
在M-Z干涉仪型开关中采用多模干涉耦合器(MMI)替换3 dB耦合器能得到更好的性能。MMI的原理是利用多模波导中的自映像效应，即在传播方向上周期性出现输入场的映像。贝尔实验室报道了4×4光开关的研究结果[4]，研究中使用1个多模干涉耦合器M-Z代替3个1×2的开关，使得器件结构更加紧凑，随之损耗降低为2.8 dB，串扰为35.2 dB。利用这种结构可很容易扩展到8×8、16×16的开关矩阵。
2.3热光效应光开关
利用热光效应对光场的调制可用于制造小型的如1×2光开关。通过集成多个1×2光开关也可组成较大的阵列。目前有2种类型热光开关：干涉式光开关、数字光开关(DOS)。干涉式光开关主要利用M-Z干涉原理，在两个波导臂上镀有金属薄膜加热器形成相位延时器，通过控制加热器实现干涉的相长或相消，达到开关的目的。干涉式光开关结构紧凑，但对光波长敏感，需要进行精密温度控制。数字光开关的原理和结构都很简单，最基本的1×2热光开关由在硅基底上制做的Y形分支矩形波导构成。在波导分支表面沉积金属钛或铬形成微加热器。当对Y形的一个分支加热时，相应波导的折射率会发生改变，从而阻止光沿该分支的传输。数字光开关的性能稳定在于只要加热到一定温度，光开关就保持同样的状态。它通常用硅或高分子聚合物制备，聚合物的导热率较低而热光系数高，因此需要的功耗小，消光比可达20 dB，但插入损耗较大，一般为3～4 dB。热光开关阵列可以和阵列波导光栅集成在一起组成光分插复用器，并利用聚合物进行规模生产。目前研究开发商有NTT Electronics、JDSU、Corning、阿尔卡特等公司。热光开关的缺点为响应时间较长，在毫秒量级，开关速度受到限制。
2.4液晶光开关
液晶光开关通过电场控制液晶分子的方向实现开关功能。其典型工作原理如图3所示。图3中在相距一定距离的两平板之间均匀排列着向列相液晶，当没有外加电压时(见图3a)，向列相液晶的指向大致平行于平板表面，液晶分子与互相垂直的偏振片A、P的夹角均为45°，此时光透过率最大，开关为通状态；当施加外场E时(见图3b)，液晶分子长轴最终平行于外场(见图3c)，液晶将不影响入射光的偏振特性，此时光的透过率接近于零，开关为断状态；当撤掉外场时，由于表面作用和液晶的弹性作用，液晶分子的排列会恢复到平行于平板表面，从而最终实现开关状态的相互转换。
目前液晶光开关的最大端口数为80，消光比为40～50 dB，被认为更适合用于较小的交换系统中。由于在液晶中光被分成偏振方向不同的两束光，最后再合起来，如果两束光的传播路径稍有不同，便会产生插入损耗(对1×2开关插入损耗为1 dB，对1×8开关插入损耗为2.5 dB)。在开关速度方面，通过加热液晶可以提高速度，但会使设备功耗增加。主要开发制造商包括Corning、Chorum、Kent Optronics等公司。
2.5喷墨气泡光开关
Agilent公司利用其喷墨打印技术的优势，开发了一种利用液体的移动来改变光路全反射条件，实现光传播路径改变的光开关。该器件由多条交叉的硅波导和位于每个交叉点的刻痕组成，刻痕里填充折射率匹配的液体用以允许缺省条件下的无交换传输。其工作原理是：当入射光照入并需要交换时，一个热敏硅片会在液体中产生一个小泡，小泡将光从入射波导中的光信号全反射至输出波导，从而实现开关所需要的两个状态。这种开关具有毫秒的交换速度，优点是对偏振相关损耗和偏振模色散不敏感，由于器件本身没有活动部件，因而可靠性很好。它可应用在光分插复用设备中，实现任意一根光纤或单波长的上下路，也可以用于光交叉连接设备中。由于子系统中任意一根波导可以连接到另外一根波导上，所以，由这种光开关组成的网络具有很好的重构性[5]。
2.6光栅开关
全息光栅开关依靠布拉格光栅实现对光的选择性反射。通过全息的形式在晶体内部生成布拉格光栅，当加电时，布拉格光栅把光反射到输出端口；反之，光就直接通过晶体。该技术可以很容易地组成上千端口的光交换系统，且开关速度快，为纳秒(ns)量级，但器件的功耗比较大并需要高电压供电。
利用液晶与光栅技术相结合也能实现光开关功能，如将液晶微滴置于高分子层面上，然后沉积在硅波导上面，形成液体光栅。当没有施加电压时，光栅把一个特定波长的光反射到输出端口。加电压后，光栅消失致使晶体全透明，光信号将直接通过光波导。液体光栅技术的优点是响应时间可达100 μs，插入损耗小于1 dB。由于没有移动部分，可靠性好。另外该器件的功耗比较低，典型功耗值为50 mW。目前光栅开关制造商有Trellis Photonics和Digilens等公司。
2.7声光开关
利用声光效应制作的光开关类似声光可调谐滤波器，通过在铌酸锂材料中引入射频(RF)声波，形成波长选择性布拉格光栅，输入光波在沿内部有声波的波导传输时，其偏振在波长与声波布拉格光栅匹配时将发生变化，从而利用偏振分束器就可以实现波长选择，并在此基础上实现开关功能。该类器件的消光比主要由横电(TE)模和横磁(TM)模的转换效率决定，一般小于20 dB。目前最大端口为256×256，由于没有机械的运动部分，所以可靠性好。对1×2开关，开关速度比较快，为525 ns，缺点是插入损耗较大且成本较高。目前制造商有Gooch and Housego PLC、Light Management group、Brimcom Inc等开发公司。
3、光开关器件的新进展
目前，光通信网正从高速大容量向智能化方向发展，从长途骨干网向城域网和局域网延伸。通信运营商在提升光网络的容量时，将更加注重光网络的灵活性和可扩展性，以降低运营成本和应对快速变化的市场环境。智能化将是未来光网络发展的主要方向。在器件级上，多项功能集成的器件和参数可调的器件是构建智能化光联网的关键器件。这些可调谐和多项功能集成器件大多与光开关有紧密关系，因此业界对光开关的重视程度在不断加强，促进了各种光开关的发展。
3.1微电子机械开关器件的进展
MEMS(微电子机械开关)在经历了2年前一股热潮之后，正处在一个调整和寻求新突破的时期。为了解决三维MEMS开关阵列所遇到的制造上和使用上的种种难题，新原理和新型器件的研究开发十分活跃，几种新型MEMS方案相继提出。
CMEMS(Compliant MEMS)中采用高弹性的硅酮橡胶材料来改进因硅材料太硬和太脆造成的问题[6]。硅的杨氏模量高达160 GPa, 但屈服极限很低，造成引起硅部件形变所需的驱动电压较高而形变的程度又不能很大，一般要小于1% 以避免破碎。硅酮橡胶是一种已有50年历史的成熟的材料，可靠性在航天飞机等多种应用中已得到证明。其杨氏模量可低至200 kPa，但又有3个数量级的调整范围。大多硅酮橡胶能够承受200%的形变而不致损坏。利用这些优良的特性，在大大改善MEMS性能的同时，能降低成本和提高成品率。 图4为一种用CMEMS技术研制的原型器件的结构。该法-珀腔原理的可调谐滤波器由3块硅基片组成，其上分别淀积有金属电极、介质反射镜和控制位移的硅酮橡胶层。该结构的细度能够达到2 000以上，并有小于2.5 dB的插入损耗。初步成果表明，硅酮橡胶的引入会给MEMS技术包括光开关技术带来一种新的选择和强劲的竞争可能。
DMEMS(Diffractive MEMS)的发展同样是为了避免光MEMS开关中硅反射镜的驱动电压高和控制电路复杂的问题。由于是利用衍射而不是反射的原理，DMEMS光开关的结构简单，可用典型的1.0 μm CMOS 工艺线制造[7]。图5为DMEMS 的基本工作原理。图5a显示在硅基片上由空气隙、二氧化硅层和金属电极等构成的一组电容式结构的折射率分布满足布拉格条件，入射光全被反射。图5b显示的则是在静电作用下的部分金属电极之间空气隙变小，使整体结构的折射率分布发生变化，因而入射光被衍射到特定的方向。DMEMS这种简单的类电容器式结构决定了它牢固和可靠，在实验室中经500亿次操作而无性能的劣化。DMEMS技术在制造光开关和可调光衰减器方面有良好的应用前景。
在解决光开关阵列规模方面，不同的公司采取了不同的解决方案。一些公司仍在继续用三维MEMS技术开发1000×1000以上的大型阵列，但某些制造商已在谋求用小规模的阵列作为模块，以搭积木的方式组合成大规模的阵列。他们认为，这样可以用一些同样的基本模块逐渐按用户需要扩大到相应的规模，成本低、灵活性强。同时可以用二维MEMS避开三维技术中尚未解决的难题。另外，还有人提出用波长选择交叉互连(WXC)方式取代一部分通常的OXC方式，只要用一维MEMS阵列即可，从而可实现复杂程度、功耗和成本的大幅下降[8]。这些用网络结构的改进降低对光开关阵列的要求的思路很有可取之处。
由于MEMS光开关既有传统机械光开关的低损耗、低串扰的优点，又有开关速度高、体积小、易于大规模集成等优点。基于MEMS的光交换技术被广泛考虑应用于干线网或大型交换网。虽然当前遇到一些难题，但对其的研究开发却是方兴未艾。
3.2可调谐器件的进展
可调谐器件是光联网中必需的组成部分，包括可调谐波长的光源、可调光滤波器、可重配置OADM和OXC、动态增益均衡器和瞬态效应抑制的光放大器、自适应动态可调的色散补偿器等。与固定参数的同类器件相比，可调谐器件能够实现遥控或自动带宽管理，使网络更灵活、可靠和高效。可调光滤波器、可重配置OADM和OXC使得光信号路径和目的地的调整成为可能，从而实现光网络流量的实时操纵。光开关对于这些可调谐器件来讲，有的必不可少，如可重配置OADM；有的可提供新的解决方案，如可调谐波长的光源和可调色散补偿器等。据报道，利用MEMS的外腔半导体激光器波长调谐范围达到16 nm，利用MEMS的光纤放大器动态可调增益均衡器的平坦范围达到了40 nm，文献[3]表明MEMS光开关技术在可调谐器件中将有广泛的应用前景。
3.3多功能集成光开关的进展
集成技术主要有三大类：光电集成技术(OEIC)、光子集成技术(PIC)和微光机械技术。光电集成主要实现有源光子器件与电子器件的集成，可将光子元件与它的驱动电子芯片集成在一起；光子集成主要进行无源波导器件的集成，将光开关、可调衰减器和波分复用/解复用器等集成在一起，在一块芯片上实现子系统功能；微光机械则实现微机械结构与光学元件的集成。3种集成技术各有特色，目前都得到重视和发展。与分立器件组成的系统相比，集成器件大大减小了体积，还降低了封装和后续组装工艺的成本。光联网技术的演进对光开关的功能提出了更高的要求。例如在以宽带视频、高清晰度电视和多媒体业务为主的智能化光网中，采用全光的点对多点的连接方式能够极大地扩展网络能力和使用效率[1]。与传统的光/电/光交换或仅具备光点对点连接的光网络相比，全光点对多点连接方式可用最少的波长和波长备份、最少的光收发器实现网络节点间最多的虚连接，使网络得到优化。它的实现要建筑在具有多项功能的光开关器件上。这种器件应具有1×N的开关功能和对通路增益的控制能力，它可以通过把单刀多掷的光开关与可变光衰减器及有关的探测和控制电路集成为一体而得以实现。这种器件在智能光放大器、可重配置OADM和网络检测设备中也将被广泛应用。随着光网络智能化趋势的发展，集成各种有源无源器件的多功能光开关模块将成为研究开发的重点。业界一些领先的公司已在逐渐推出不同集成程度和功能的集成光开关模块或光子交换平台以适应不同厂商的需要。2002年5月，日本NEC公司和美国Tellium公司宣布共同开发了集成光传送-交换单元。其中包括Tellium公司的光开关阵列与StarNet波长管理系统(WMS)以及NEC公司的DWDM光转发器和SpectraWave 网络管理系统(NMS)。据称这是第一个可商用的集成光传送-交换单元，它将节省电信运营商的投资和运行费用，降低功耗和设备的体积。虽然光器件的集成技术尚处于初步发展期，与微电子大规模集成电路技术相比，光电子器件的集成还有很长的路要走，但是它却是使光电子器件包括光开关器件走向小型化、多功能化和生产自动化的必然发展方向。
4、结束语
随着光联网概念的提出，光开关作为一种至关重要的器件正成为人们关注的焦点。光开关器件特别是多功能集成光开关的进展将对全光网络的发展起到重大推动作用。□
参考文献
1 Appelman R. All-optical switches: the evolution of optical functionality. Lightwave, Nov 2001:92—99
2 禹培栋等.光开关技术进展.半导体光电, 2001,22(3):149—154
3 Lin L Y. Opportunities and challenges for MEMS in lightwave communications. IEEE J of Selected Topics in Quantum Electronics, 2002,8(1):163—172
4 Earnshaw M P. Compact, low-loss 4×4 optical switch matrix using multimode interferometers. Electronics Letters, 2001,37(1):115—116
5 Bourne M. MEMS switching and beyond. Lightwave, Mar 2001:204—206
6 Little M. Compliant MEMS provide stiff competition. Laser Focus World, Mar 2002:117—122
7 Godil A. Diffractive MEMS technology offers a new platform for optical networks. Laser Focus World, May 2002
8 Arent D,Staple B. 1-D MEMS approach to dynamic reconfiguration. Lightwave, Nov 2001:65—75
(收稿日期：2002-06-03)
作者简介
谢世钟，清华大学电子工程系责任教授，博士生导师，信息光电子研究所所长，国家“863”计划信息领域专家委员会成员，美国IEEE高级会员和中国电子学会高级会员。研究领域为光电子技术、高速大容量光纤通信系统和宽带光纤网络。
陈明华，清华大学电子工程系副教授，“九五”二期国家“863”计划光电子主题总体技术组成员。东南大学博士毕业。承担和参加了多项国家自然基金、高技术“863”等科研项目，并获多项部委科技进步奖。已在国内外著名期刊和会议上发表论文50余篇。
OTN光传送网 篇3
OTN体现多种优势
OTN大致可分为两个阶段, 第一阶段是2002～2003年期间, 此阶段的OTN可称为传统的O T N, 主要支持SD H的业务, 其标准已经比较完善和成熟。“近几年, 随着以太网业务、40Gbit/s、100Gbit/s的出现, OTN在数据业务方面的标准也有了新进展。今年ITU召开会议已经通过了OTN支持数据业务方面标准的新版本, 完善了OTN对以太网数据业务的支持能力。”中国电信北京研究院传送网专家荆瑞泉向本刊记者表示。
中国移动集团设计院有线所副所长高军诗向记者表示, “与传统WDM相比, OTN的优势在于不仅可提供‘管道’, 还具备了组网功能, 当传送网承载IP网且要求具备网络保护功能时, 网络可去除SDH层面使网络层次得到简化, 由三层变成两层。同时, OTN的应用还增加了网络配置的灵活性, 并能够提供网络保护, 提高安全性。”
荆瑞泉认为, OTN可以提供丰富的开销, 采用OTN接口, 主要是客户侧的接口或者互联接口, 可以实现类似SDH的端到端的性能监控。同时, 在波分里面引入OTN交叉功能, 可以实现支路接口和线路接口的分离。在传统WDM系统中这两种接口是绑定在一起的, 如果速率或者接口类型发生变化, 需要把整个板卡换掉。而如果使用支线路分离方式, 线路接口保持不变, 客户侧的接口可以根据需要灵活选择, 随意更换, 从而可以保护网络投资。
运营商应用差异化
目前国内三家运营商的骨干网思路有所不同。荆瑞泉表示, 中国电信的骨干波分网络主要承载IP业务, 由于数据IP业务占比重比较大, 主要采用IP overWDM方式, 波分层不提供保护, 而是在IP层做保护。中国电信目前对于OTN组网做保护的方式需求并不迫切。随着IP网的网络结构由汇聚型趋向扁平化发展, 省会城市之间有直达电路, 未来对端到端的电路的调度需求比较多, 将会对采用OTN设备进行组网提出一定的需求。OTN网络的另外一种应用是提供GE以上大颗粒的专线业务承载, 但由于目前这种速率的业务需求还较少, 因此, OTN应用在骨干网上的需求并不大。
高军诗表示, “中国移动业务中话音业务比重比较大, 而且其话音业务主要是承载在IP承载网上。因此, 中国移动的IP承载网的基础传输网仍然采用了WDM保护功能。OTN目前主要应用于城域网核心层和省内干线, 但在省际干线网上尚未应用。”高军诗认为, “其原因之一是省际干线上的多厂家环境, 目前OTN的互通性还不完善。”
荆瑞泉称, OTN的引入可以分为三步:其一是引入OTN接口技术, 主要是互联接口, 可实现端到端性能和故障的检测, 其二是引入OTN的交叉功能, 与波分设备结合在一起, 利用交叉实现支线路的分离, 保护网络投资。其三是未来会考虑引入基于OTN的组网方式, 即网状网方式。目前OTN在城域网引入方面, 部分地区已经结合城域波分投入应用, 日后将继续得到推广。
OTN商用全球起步
华为波分营销支持部部长文韬表示, 华为于2006年底率先推出了第一款OTN设备OSN6800之后, OTN在国内外都已经有了规模应用, 受到越来越多的运营商的认可, 呈现快速上升的趋势。在国内, 三大运营商的城域、本地网、省干等网络中均大量采用了OTN设备来建网。预计OTN国家标准在2009年底正式发布, 并且运营商也对OTN建网思路更加明确和清晰, 2010年将会出现OTN全面取代WDM新建的局面。在海外, OTN设备已经进入到欧洲、亚太、中东北非、拉美、独联体等TOP运营商网络中, OTN强大的组网能力为传送网带来的变化获得了广泛的赞誉。
烽火通信产品行销经理张宾也表示, 目前, OTN产品的国内外市场认可度都很高。从全球范围来看, OTN在各种网络层面的应用都比较广泛。国外和国内对于OTN网络的定位以及侧重的功能点略有区别, 国外大量应用了ROADM组建动态的光层网络, 侧重于光交叉, 而国内更看重于电交叉的灵活的业务调度能力。不管是光交叉也好, 电交叉也罢, 随着技术的不断发展, 网络不断演进, OTN技术的不断沿革, 未来的市场反应会更好。
业内专家认为, 目前OTN正处于发展当中, 由于设备和组网技术的成熟、OTN系列标准的最终成型, 以及完整产业链的形成还有待时间完善, 因此真正意义上具备组网功能的OTN有望在2010年下半年逐渐商用。
OTN光传送网 篇4
近年来, 随着新疆电网大集中式的信息业务、高清视频会议、通信资源管理系统以及Ip电话等系统的大量应用, 使新疆电网电力生产和管理对通信网带宽、容量、质量、安全等方面提出了更高的要求, 传统电力调度生产业务类型将由64k、2M等转向GE、10GE等大颗粒IP业务, 以支持TDM业务为主要功能的现有MSTP/SDH光传输网络, 在业务流向、流量、接口扩容能力等方面都无法满足要求, 引进适合IP业务承载的技术规划建设新疆电网省级电力骨干宽带光传输网势在必行。从新疆电力通信网的总体网络发展策略、业务发展定位和发展方向来看, 将来所有业务基本上归并到IP承载网上, 传输网络将主要面向IP承载网的带宽需求, 这意味着传输网今后的业务主要为IP格式, 而且业务颗粒越来越大。对于业务IP化和大颗粒化, SDH功能逐渐稀释, 且逐渐边缘化。大颗粒宽带业务传送需求需要一种能融合SDH的交叉复用、管理保护和WDM的容量扩展等技术来满足正迅速日益增长的带宽需求。在这种情况下, OTN技术的出现给新疆电力传输网的发展带来了新的契机。
二、在新疆地理环境下如何选择传送承载技术分析
新疆位于我国西北部, 地处欧亚大陆中心。面积166多万平方公里, 约占全国面积的1/6, 是我国面积最大的一个省区。新疆的地大物博, 造成了变电站之间的物理距离通常很远, 有的甚至超出300公里, 对于大颗粒业务传送, 在光模块能实现的范围内, 可选择光纤承载或OTN承载, 如何进行选择, 其中重要的一环就是如何降低成本, 下面我们分析下两种承载方式的成本比较, 采用两种方式承载业务, 需由业务需求及光缆环长度两方面因素共同确定:
(1) 当光缆环长大于40公里时, 端口需求数量大于72个时, 随着端口数量的增加, 采用OTN承载GE业务投资更具有优势;
(2) 当光缆环长大于50公里时, 端口需求数量大于40个时, 随着端口数量的增加, 采用OTN承载GE业务投资更具有优势;
(3) 当光缆环长大于80公里时, 端口需求数量大于16个时, 随着端口数量的增加, 采用OTN承载GE业务投资更具有优势;
(4) OTN承载10GE业务, OTN在160公里以上时有明显优势。
而又由于新疆独特的地理环境, 变电站之间距离大部分都是超过50公里以上的, 所以在未来OTN的普及是主流趋势。
三、结论
从图中可以看出, 新疆电力OTN传送还有很长的路要走, 现在只是初具雏形。不过OTN适用于GE及以上业务颗粒传送;超长距离、超大容量、多业务及透明传输;提高光缆纤芯利用率, 节约大量光缆资源, 并且可以和PTN, SDH系统相互配合应用, 这些特质会使OTN技术在新疆电力传送网中的发展越来越好。
后期的OTN建设应选择750k V变电站为骨干节点, 以OPGW光缆作为传输介质, 搭建OTN网络骨干层[4], 各地区供电局以两点接入的方式就近接入骨干层。考虑到各地区供电局主要采用管道光缆出局, 光缆其可靠性较低, 750k V变电站 (或枢纽220k V变电站) 之间则主要采用了可靠性较高的OPGW光缆, 为了充分保障该OTN网络的可靠性与安全性, 特别是网络骨干层的健壮性, 采用“以750k V变电站 (或220k V变电站) +OPGW光缆搭建骨干层, 各地区供电局作为接入层”的拓扑架构规划网络。由地区供电局组成的接入层采用两点接入方式, 就近接入750k V站的原则考虑, 两点接入方式不仅可以便于信息传输、带宽分配、电路调整, 同时也能保证信息传输的安全可靠性, 对主网架影响也较小, 便于今后部分地区供电局新大楼投入使用时的业务割接。
四、结束语
通过以上说明介绍, 可以看出对新疆电网传输网而言, OTN的出现解决了业务IP化和大颗粒化带来的困境, 提高光缆纤芯利用率, 节约大量光缆资源。
作为一种较成熟的光传送网技术, OTN继承并发展了已有传送网络的优势特征, 尽管目前OTN设备还存在一些不尽如人意的地方, 但是可以预计, 在不久的将来, OTN将达到广泛的应用, 使得新疆电网搭建的网络平台更加经济、高效。
参考文献
[1]褚文轩, 楚鹏.骨干层传送网波分化后的运维探讨[J].电信技术, 2010 (4) :36 38.
浅谈光传输网(OTN)技术 篇5
当今社会生活的速度越来越快, 人们对于信息传播速度的要求也越来越高, 数字化和信息化是发展趋势, 移动通信的4G网络已经到来。如今人们进行沟通的主要方式是互联网, 而且可以说现代都市人群已经不能脱离互联网这一信息平台。随着科学技术不断发展, 移动通信的4G网络的到来, 对通信承载网提出了更高要求, 新的先进的通信技术应用将成为一种趋势, 而OTN就是一种适合在通信承载网中应用的性能优良的传输技术。
二、光传输网 (OTN) 技术
OTN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。OTN在我国三大运营商中已得到大规模应用, 并在网络核心汇聚层自上而下逐步推进。目前, OTN 100G电交叉连接设备业已成熟, 并具备商用市场环境, ODU0/1/2/3/4交叉连接都能实现;各厂家OTN都能在网管上直接实现业务端到端建立, 而无需逐点进行业务配置, 应用较灵活。
1、分层技术。OTN网络在SDH网络分层概念的基础上, 对其进行了更深一层的拓展和演进。和原来的SDH网络分层结构相比, 能够知道, OTN分层其实是在没有改变电域分层结构的条件下拓展了SDH网络的光层, 使其具有数据传输、线路选择、信号复用、数据传输监控等功能。2、保护恢复技术。OTN网络下的信息保护分为三种类型, 分别为路径保护、子网连接保护以及共享保护环, 不同类型的保护实现技术不同。3、串联连接监视TCM技术。此技术能够提供给OTN网络的连接监视服务多达六级, 运营商或者设备商能够根据这项服务完成对OTN网络的分段、分级管理。OTN网络下的TCM监测点可以根据应用与监测需求在不同位置设置, 还能够更好地控制和管理它的使能状态, 和SDH网络对比来说, OTN网络能提供更加快速的故障定位服务, 并且其业务服务质量更好。4、数据包封帧技术。OTN网络中的OTUk单元定义了一个基本的块状帧结构, 以该结构为基准, 固定帧格式和真大小, 更改传输速率即可调整单位时间内传送的数据帧数。
三、OTN技术的应用
1、在城域核心网的应用。现在城域网数据业务激增情况变得越来越普遍, IP数据网和传输网一般情况下是分别对其进行治理。IP数据网自身的保护恢复能力不能够满足业务的需求, 并且数据设备的互联会消耗掉非常多的光纤资源。为了提高光纤利用率, 在城域核心网中采用OTN技术是必然的。OTN交叉设备能够实现波长级颗粒的调度和保护, 以及多方向的波长重构等。
2、在长途骨干网上的应用。随着长途IP网的发展, IP的业务量增加的很快, 长途骨干网的核心节点的业务量不断增加。而且为了能够高效地利用IP网络资源, 并增加中继电路的使用效率或增大网络运行质量, 把OTN传输网应用在长途骨干网中是十分必要的。在长途骨干网上使用OTN光传输网, 能够确保GE/10GE、2.5G/10GPOS等大颗粒业务的安全, 保证传送的可靠性;而且能够完成波长/子波长业务的交叉调度和疏导, 为波长/子波长大客户提供专线业务;还能够完成对STM-1/4/16/64、ATM、FE、DVB、HDTV等其它业务的传送。目前, 我国有很多干线、骨干线网都是采用OTN技术来构建的新一代光传输网络。
3、移动通信4G业务的承载。三大运营商都推出了4G业务, 例如资费降价、终端新品推出以及各自对渠道的巨额补贴。4G, 对于三大运营商来说是一个全新的开始, 流量、网速、套餐、4G手机将成为其竞争的武器, 并且, 战场将遍布纸媒、门户、微博、微信以及自媒体平台。
中国电信已完成了其4G试点城市中TD-LTE基站示范站的安装及开通调测, 实现了基础数据业务的服务。中国联通推4G套餐分为8档, 资费范围从75元到596元不等, 基本上各套餐之间相差30元, 但是从106元档开始流量赠送已经开始1GB起了, 这是一大亮点。2013年以来, 中国移动启动了20万个基站的建设和100万部终端的采购, 体验用户接近4万人。2013年10月, 中国移动获准在全国326个城市开展TD-LTE扩大规模试验。4G技术支持100Mbps~150Mbps的下行网络带宽, 也就是4G意味着用户可以体验到最大12.5MB/s~18.75MB/s的下行速度。
四、总结
移动通信4G网络的到来, 对通信承载网提出了更高要求。光传输技术的提高, 是信息传输的需要, 可以为人们生活以及信息交流提供更大的便利, OTN技术作为全新的光传输网技术, 不仅继承了原来传输网络的主要优点, 还拓展了新的优势, 必将成为将来通信技术中的核心技术。
参考文献
[1]黄金土.浅析当代传输技术的发展[J].中国新技术新产品, 2014, (5) :20-20.
[2]卜爱琴.新一代光传送网--OTN技术及应用[J].天津职业院校联合学报, 2014, (2) :80-83, 101.
OTN光传送网 篇6
当前, IPTV、高清视频、3DTV等多种业务的快速发展, 驱动着用户对运营商网络高带宽需求。因此, 更高效、可靠的PTN、IP RAN等分组化技术以及40/100G WDM技术在运营商网络中正实现规模商用或逐渐商用中。
传送网技术的不断发展让业界对构建MS-OTN (MS指Multi-Service) 多业务传送平台达成共识。据本刊记者了解, 作为未来传送网的发展方向, 目前中国电信、德国电信 (DT) 、KDDI等运营商以及华为、烽火、阿尔卡特朗讯等企业均在积极研究MS-OTN, 推动其标准和产业链的成熟。据悉, 该技术可从现网平滑演进, 预计在2012年实现商用。
未来业务传输的“金管道”
在近日召开的“2011中国光网络论坛”上, 中国电信集团科技委主任韦乐平就表示, 三网融合、云计算、移动互联网的发展给宽带光网络发展带来了发展契机, 以有线接入光纤化和移动接入宽带化为核心, 宽带网络发生了新高潮。
实际上, 很早之前的通信业务主要以语音为主, SDH等低带宽传送技术就可满足业务承载需求, 而过去几年, 在3G和数据业务发展的驱动下, PTN、IP RAN以及40G WDM等更高性能的传送网技术得到规模商用。业内人士预测, 在下一个十年, 随着云计算和物联网等多个领域业务快速发展, 移动和固定带宽需求将更进一步增加, 适应多种业务传输要求的MS-OTN已成为未来传送网发展方向。
“如果把光传输网比作铁路系统, 40G、100G就是新增加的‘动车’, 而MS-OTN则是可实现这些‘动车’调度的‘火车站’。”一位业内人士形象地告诉记者, MS-OTN可让老的“火车站”在不重建的情况下做到“动车”调度。
在“2011中国光网络论坛”演讲中, 华为传送网产品线副总裁陈帮华指出, MS-OTN技术的核心就是实现了数据包交换。据记者了解, MS-OTN引入ODUflex (灵活速率光数字单元) 和GMP (一种通用映射规程) 等创新技术, 解决了多种客户业务的混合传送问题, 成功构建下一代多业务传送平台, 可为运营商部署低成本和高效率网络。
“传输网为不断发展的业务网络提供可靠、高效、低成本的管道, 而MS-OTN是未来业务传输的金管道。”陈帮华表示。
MS-OTN时代已开启
据陈帮华介绍, MS-OTN具有四方面的主要优势, 一是满足未来高带宽多业务承载, 二是适应IP化承载需求, 三是可从当前部署的OTN平滑升级, 四是运维管理是统一简单的模式——这些优势可最大限度降低运营商网络的CAPEX和OPEX。
其中, 从业务承载能力看, MS-OTN技术除了针对以太网业务1GE/10GE/40GE/100GE新定义了ODU0/ODU2e/ODU3e2/ODU4外, 还定义了ODUflex容器, 以支持任意客户业务。现阶段的MS-OTN传送平台已经具备了任意CBR业务的传送能力, 包括SDH业务、以太网业务、公共无线接口业务 (CPRI) 和光纤通道业务 (FC) 等。
然而, MS-OTN并不是全新的概念, 它在发展中正在不断丰富。据了解, MS-OTN构想是日本运营商KDDI最早提出的。KDDI结合传送业务的需要, 提出原始构想, 并邀请华为等企业共同基于未来网络规划分析, 对MS-OTN的功能做了深入探讨。
2009年10月9日, 在瑞士日内瓦召开的ITU-TSG15研究组全体会议上, 包含了MS-OTN关键技术特征 (ODU0、ODU4、ODUflex、GMP等) 的G.709V3获得通过。这标志着5年来针对MS-OTN关键技术的争论告一段落, MS-OTN得到业界的高度认可。
物联网、云计算等新业务的发展促进了宽带光网络建设。
明年可投入商用
在融合P-OTN分组业务传送能力后, MS-OTN将进一步简化运营商网络架构, 使网络部署更加灵活和经济。
“随着标准和产业链的不断成熟, MS-OTN技术将在2012年实现商用。”陈帮华预测。
从产业进展方面来看, 在国外, 目前德国电信在MS-OTN上进展很快, 计划今年第三季度进行一次较大规模的设备测试。而KDDI虽然测试计划晚于德国电信, 但也在积极推动。在国内, 中国电信已在积极部署40G OTN——这属于MS-OTN的子集。另悉, 中国电信也将在今年下半年对MS-OTN进行实验室测试。
从标准进展方面来看, 在去年北京召开的SG15 Q11中间会议上, 华为提出了MS-OTN扩展EVPL、EVPT、EVPLAN、EPT和EVPLAN业务 (E-OTN) 的建议, 并且联合阿尔卡特朗讯等单位推动ODUflex HAO技术立项, 推动MS-OTN分组化特性的进一步完善。未来的MS-OTN除了向超高速的400G/1T演进之外, 还将具备分组业务的传送能力 (P-OTN) 。
光传送网技术发展趋势的研究 篇7
光传送网技术近年来也在不断地发展和演进过程中,主要呈现三个方面的发展趋势:一是大容量光传送系统,如DWDM、ROADM、OTN等;第二是分组传送,面向更小颗粒的处理技术;第三是智能化的发展方向,主要在于控制平面的发展基于前两个方面述及的技术作为传送平面。
一、向大容量传送系统发展
为了解决数据业务的处理和传送,光传送网在SDH技术的基础上演进为MSTP设备,并已经在网络中大量应用,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,网络中GE、10G不断增加,传送网要提供更高的传输带宽,这时ITU-T提出的OTN(光传送网络)技术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。OTN技术在电域为OTH,在光域为ROADM。
OTN,通常也称为OTH(光传送体系),是通过G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建议所规范的新一代"光传送体系"。OTN跨越了传统的电域(数字传送)和光域(模拟传送),成为管理电域和光域的统一标准。换言之,OTN处理的基本对象是波长级业务,将传送网推进到真正的多波长光网络阶段。
从电域看,OTN保留了许多传统数字传送体系(SDH)行之有效的方面,如多业务适配、分级的复用和疏导、管理监视、故障定位、保护倒换等。同时,OTN扩展了新的能力和领域,如提供对更大颗粒的2.5G、10G、40G业务的透明传送的支持,通过异步映射同时支持业务和定时的透明传送。
从光域看,OTN第一次为波分复用系统提供了标准的物理接口(服务于多运营商环境下的网络互联),同时将光域划分成光信道层、光复用段层、光传送段层三个子层,允许在波长层面管理网络并支持光层提供的OAM(运行、管理、维护)功能。为了管理跨多层的光网络,OTN提供了带内和带外两层控制管理开销。
OTN的优势:
*更高传送容量:单波长带宽扩展到10G/40G,系统传送和交叉容量扩展到几十个Tbps。
*多业务适配和带宽效率:提供更高容量和带宽效率的映射和封装结构ODU,使OTN既能前向兼容SDH/SONET、ATM业务,又能高效承载IP/MPLS、Ethernet、存储和视频等大颗粒业务。
*端到端的业务连接和高的Qo S保障:提供任意的波长和子波长业务的交叉连接、业务疏导、管理监视和保护倒换,提供从城域到长途干线无缝的端到端的连接。
*电信级的自动保护/恢复能力:为多层、多颗粒的网络提供低于50ms的自动保护倒换。专有或共享保护覆盖了光纤、波长组、波长和子波长等不同级别,可以显著降低数据网络在保护方面的投资。
*对WDM的优化:传统的波分复用设备包括点到点的WDM和城域OADM环网,本质上是扩展容量的线路复用技术,而添加了OTN功能的WDM网络才成为真正意义上的光网络。
OTN的组网
DWDM系统是当前最常见的光层组网技术,通过复用/解复用器可以实现数十波甚至上百波的传送能力,其本质上还是一个点到点的线路系统。可重构光网络ROADM是一种类似于光层中的SDH ADM网元,通过提供节点的重构能力使得DWDM网络可以方便地配置,在无需人工现场调配的情况下实现任意两点间的连接和波长级的上下路及直通配置,有效地满足了业务需要。此外,实现WSS(波长选择开关)的ROADM成熟商用后,至少支持3~5个光方向;并且解决了线路功率自动控制、波长功率动态均衡、自动色散补偿、网络规划软件等应用关键问题之后,OTN才能真正实现多环、网状网以及星形的灵活组网能力,快速适应未来业务网的动态特性和组网需求。
OTN的管理
DWDM系统的子网管理功能比较薄弱,基本只能实现资源呈现功能,端到端业务配置、性能监控和管理能力的严重不足使得IPover WDM网络的运维面临着巨大压力。而OTN提供了丰富的开销,使得光层具有强大的管理能力;此外,在OTN网络中,支持跨越多个管理域或网络的端到端光信道监控和管理,实现光功率监控、告警相关性检测、故障定位、Qo S确认和保护倒换触发等功能。
OTN技术是适应IP业务的光联网技术,具备GE/10GE汇聚和调度能力和多波长传送,配合交换机和路由器完成大带宽业务的传送。OTN在光层中引入开销功能,提高光传送网的可管理性和互通性,同时可提供任意拓扑下的完善组网、保护和端到端管理,有效地支撑传送网对成本、带宽、组网、效率和可靠性的要求,是传送网发展的趋势。
二、向分组化演进
有咨询机构预测到2010年时一个典型城域网络的业务带宽将比2008年增长6倍,同时各类业务的比例也将发生很大的变化三重播放、电信级以太网/可管理的VPN、Vo IP、高速因特网接入和3G等应用位于前列。业务承载的IP化趋势已经在业内形成共识,未来的光传输网络将主要负责IP/以太网流量的传送,向着智能的、融合的、宽带的和综合的分组传送网(PTN)发展。
然而光传送网业务的分组化趋势并不意味着传送网的完全IP化,在经济有效地光层带宽复用和调度技术出现之前,仍然需要一个智能的传送层面将各类业务高效、灵活地填充到光纤巨大的带宽通道中去,IP层与传送层的融合焦点依然是承载效率和业务的可靠性、可管理性和可扩展性。同时,尽管传统TDM业务的比例正逐步减少,但其绝对业务量仍保持继续增长的态势,并将在一个相当长的时期内仍是运营商重要的收入来源。从TDM向分组演进过程中各类流量的发展变化过程也难以预测。PTN分组传送网络是用一个有连接的、支持类SDH端到端性能管理的网络,来实现网络从当前向下一代平滑演进。PTN一方面继承了面向MSTP网络在多业务、高可靠、可管理和时钟等方面的优势,另一方面又具备以太网的低成本和统计复用的特点,是下一代网络核心部件。TDM话音、专线业务和IP接口传送需求长期存在,采用MSTP到PTN的演进是一种低成本和稳妥的方式。
分组传送网(PTN)作为传送网满足下一代网络分组传送需求的解决方案,采用T-MPLS技术,T-MPLS是一种面向连接的分组传送技术,T-MPLS在传送网络中将客户信号映射MPLS帧,利用MPLS机制(例如标签交换、标签堆栈)进行转发。它选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征;抛弃了I-ETF为MPLS定义的繁复的控制协议族;简化了数据平面;去掉了不必要的转发处理;增加了ITU-T传送理念的保护倒换和OAM功能;解决了IP网络扩展性和生存性的问题;增加了故障定位,性能监测等功能;增强了保护和恢复能力,能够满足多业务承载。T-MPLS承载的客户信号可以是IP/MPLS、以太网以及TDM。
T-MPLS将具有和传统传送网络相似的OAM&P能力,端到端的维护、保护和性能监测,能够融合任何L2和L3的协议,构建统一的数据传送平面,能够利用通用的控制平面GMPLS以及现有的传送层面(波长和/或TDM),CAPEX和OPEX将低于MPLS。在城域汇聚网可以率先采用支持完全分组能力的PTN传送节点,彻底打破传统传输网和二层数据网的界限,构建融合的统一网络,承载网络中现有业务和将来可能出现的各种新业务,所有业务都在同一平台上传送,从而形成最佳性能价格比的演进方案。
三.网络向智能化演进
对于通信运营商所要建设的光传输网络,首先要考虑建设一个经济高效的网络基础架构,即充分利用光层的技术,提高系统的容量,降低系统的成本;其次提供多业务的城域接入平台,扩展用户范围,增强业务收入能力;然后发展智能光传输网络,增强网络的适应能力,提供全新的网络业务,提高市场竞争能力。
随着城域网业务和应用的不断发展,其接口呈多样性,流量具有不确定性,这都要求网络具有智能化,能动态分配资源,自动建立连接。自动交换光网络(ASON)是智能光网发展的主流方向,目前国际电信联盟(ITU-T)、IETF、OIF等国际性标准化组织和论坛都在研究智能光网技术,并提出了一些相关的建议或草案。ASON网络结构最核心的特点就是支持电子交换设备动态向光网络申请带宽资源,可以根据网络中业务特性动态变化的需求,通过信令系统或者管理平面自动建立或者拆除光通道,不需要人工干预。
智能光网络具有以下特点:
(1)根据业务特性的变化,动态地自动建立连接;
(2)多粒度交换,充分利用网络资源,为用户快速、高质量地提供各种带宽服务:
(3)支持业务流量工程,适合波长、带宽出租业务,支持灵活VPN的组网;
(4)具有很强的互操作性和可扩展性;
(5)较低的成本和增强的网络功能迎合了城域网的发展方向。智能光网络的特征在于能根据用户的需求动态分配光通道。由于控制平面的引入,使光网络中原本固定静态的连接逐步演变成3种类型:永久性连接(PC)、软永久性连接(SPC)和交换连接(SC)。PC和SC都可由控制平面中的信令和路由技术来实现,唯一的差别在于SPC是在网络边缘存在永久连接,利用网络内部的SC来提供网络边缘PC之间的端到端连接。
智能光网络中,将由控制平面快速有效地配置SPC和SC。正是由于SC的引入,才有了根据用户需求产生恰当光通道的能力。这种能力与ASON中控制平面的作用息息相关,如果没有控制平面,ASON就不具备自动交换能力,就没有智能化的灵魂。控制平面由信令网络支持,它由多种功能部件组成,包括一组通信实体和控制单元。这些功能部件主要用于调用传送平面的资源,以提供与连接的建立、维持和拆除(释放网络资源)有关的功能。
在开放系统互连参考模型(OSI)中,传输层、链路层和网络层相互独立,各自用自己的语言在本层内的设备间沟通,形成各自的标准体系。在GMPLS的体系结构中,没有语言的差异,只有分工不同,GMPLS就是各层设备的共同语言。GMPLS虽然统一了信令,但并没有抹杀网络设备的功能差异,也就是说,GMPLS承认并接受网络设备用户平面的差异。GMPLS把交换划分为分组交换(PSC)、时分复用、波长交换(LSC)和光纤交换(FSC)4种类型。一个网络节点可以只完成其中1种或几种交换功能,人们仍习惯地把GMPLS网络简单地划分为路由网络和光网络二层结构,这两个网络间不再重叠,而是对等的,它们平等地用相同的信令进行沟通。GMPLS协议族包括3个主要组成部分:链路管理协议(LMP和LMP-WDM)定义链路管理功能;路由扩展协议(OSPF-TE和ISIS-TE)定义域内路由功能;标签分发协议(RSVP-TE和CR-LDP)定义信令功能。这些协议族定义完整的协议状态机制和管理信息库。GMPLS要求所有网络节点都必须运行GMPLS才能实现GMPLS功能。
智能化作为传送网发展的必然趋势,从初期的基于SDH和OTN的自动交换光网络概念逐步延伸,进一步将PTN等都作为传送平面纳入进来,对GMPLS协议进行不同的扩展和延伸,以便能够对多种传送颗粒进行控制,达到传送网智能化的目标,同时通过智能路由算法进一步提高网络保护恢复的性能。
四、总结
光传送技术多年来进展相当之快,将传送速率数十上百倍地提高,为上层网络提供了大容量的传输管道,同时传送网也开始面向分组化和智能化的方向发展,但是向全光网络和分组传送过渡的过程中在技术等方面还面临着一些亟待解决的问题,这也是今后传送网发展的热点和难点。
摘要：通信网的发展正在由技术驱动向业务驱动演进,IP业务逐渐成为网络中的主流业务。传统的SDH光传输网络也通过不断的技术创新、标准完善来适应网络的发展,并努力对IP业务进行有效的承载。针对光传送网技术发展趋势,本文将从大容量、分组化和智能化三个方面重点进行研究。
关键词：传送网,OTN,PTN,智能
参考文献
[1]《下一代网络技术与应用》.万晓榆.人民邮电出版社
光传送网中复用映射电路的设计 篇8
文中拟针对异步映射方式,设计一种具有小抖动、缺口均匀的同步设计,将FIFO两端的时钟用与信号同频且最大缺口为一的均匀缺口时钟代替,既保证了FIFO有较小的深度,又使输出端时钟有较小的抖动。
1 总体分析
复用映射电路是子网间业务切换的关键电路,其工作时钟由本地时钟产生。文中将主要以ODU0切换到ODU1或ODU2为例,说明ODUK虚拟时钟的优势。
将低阶的ODU0信号装入到ODU1的帧格式中,便需要本地产生一个ODU1的时钟,装入ODU2时又要产生ODU2的时钟,若需向更大颗粒的帧格式中复用,还需其他时钟,这对于电路的面积控制及FPGA的实现造成了困难。且不同帧格式的时钟之间无固定的分频比例,因此采用一种动态调整分频比的方法,结合不同ODUK时钟与155.52 MHz时钟的固定关系,产生与ODUK同频的时钟进行映射,但分频比需尽量满足最大缺口为1的均匀缺口时钟,故ODU1或ODU2的时钟在
2 模块设计
2.1 ODU1虚拟时钟
由上述ODU1速率得知,ODU1时钟为
为获得较好的时钟性能,FIFO的水量应尽量平稳,故缺口应当越小越好,图2中可控分频计数器的输入是读写地址的差值f(x)。为使读写端速率一致,f(x)应尽量平稳。上图采用缺口最大为1的读时钟,Verilog编写仿真模型得出f(x)变化不超过2,无突发写的情况。若f(x)不理想仍可采用数字低通滤波器得到真实的读写速率差。由f(x)控制快或慢分频的选择,同时可控分频计数器的输出作为填充塞入计数器的使能控制,在每238个有效沿时塞入一个空沿,由其逻辑与控制FIFO的读出。
光标线为1 ms处,freq的计数值为156 174次,虚拟时钟的频率等于freq/1 ms。而ODU1频率为156.174 MHz,则证明此设计能产生与ODU1同频的时钟组合且FIFO深度不超过2,故设计是合理的。
2.2 采用虚拟时钟的通用映射
ODU0通用映射到ODU2帧,当采用通用映射时,由于源、目的时钟不同源,因此其拥有不同的频偏。源时钟的频偏靠目的时钟的字节调整来吸收。ITU-G709中介绍了采用Sigma delta算法的通用映射过程。在实现中,用FIFO的水量来计算下一帧装入的字节数Cm,可通过为FIFO设置上下限阈值,该值用与信号同频的时钟仿真获得。若直接设置阈值在半深度处,虽也能正常工作,但FIFO的深度无法确定,存在较大的浪费。设置阈值在一个范围内不调整,可有效地吸收源时钟或目的时钟在小范围的漂移,此外还可吸收由虚拟时钟引起的时钟相位跳变,通过FIFO的阈值缓冲掉速率差在此小段时间内的突变,映射后的性能将变好。8路ODU0~ODU2的映射实现结构如图3所示。
映射时,采用ODU2虚拟时钟作为读时钟,写入端也可采用虚拟时钟的方法写入数据,只是还需要一级FIFO,因为此处只完成了一级映射且输入数据作为原始数据,因此无变换时钟。若此设计还作为最终的线路侧数据输出,则需将输出的虚拟时钟及数据进行平滑处理,采用受控数字锁相环完成输出时钟的恢复。图4显示的是采用ODU2虚拟时钟将8路ODU0复用到ODU2的波形,光标所示位置为时隙1选通时,时隙1 FIFO 的水线在36上下浮动,FIFO状态良好,长时间仿真电路对FIFO的断言未出错,因此ODU2虚拟时钟可良好的替代ODU2本地时钟。
2.3 虚拟时钟在多级复用映射中的应用
上述虚拟时钟的产生及映射方法使OTN复用映射及去映射的实现变得简单可行。
图5为10 G OTU2复用映射的示意图,ODU0和ODU1为上行低阶ODUK数据,其工作在实际时钟频率下,通过虚拟时钟变换为复用映射电路工作的时钟;复用映射将时隙映射、字节间插、开销插入和ODUK映射均用统一时钟实现,映射使用虚拟时钟替代锁相环,因此大量减少异步FIFO的使用,令设计简单化;前向错误纠错(FEC)也按此插入;若OTU2要输出到线路侧,则通过受控锁相环将OTU2的时钟恢复。
3 结束语
针对映射方式,设计了与信号同频的虚拟时钟电路及采用虚拟时钟的ODU0到ODU2的通用映射。 实验结果表明,该种映射电路可简单有效地实现各种不 同数据单元间的映射,大幅减少锁相环及异步FIFO的使用,且可保证较小的时钟抖动,为OTN在FPGA上的实现提供了一种通用可行的方法。另外,由于在设计中采用Verilog HDL描述电路,大幅缩短了设计周期,提高了设计的可靠性,并且增加了可移植性。
摘要：为了简化光传送网中光数据单元的时钟电路设计、降低成本,提出了一种基于均匀缺口时钟的同步电路。首先,采用异步FIFO实现缺口同步时钟的生成;然后,通过带有缺口的同步时钟设计了一种复用映射电路,处理不同类型的光数据单元,实现信号频偏吸收、时钟数据恢复和前向错误纠错。并通过电路仿真证明,该方案设计的电路可达到与传统方案相同的性能,且设计和实现采用虚拟时钟替代锁相环,使电路更加简单经济。
关键词：复用映射,同步时钟,均匀缺口
参考文献
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