基于OTN的新一代傳送網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的研究

OTN（光傳送網(wǎng)，OpticalTransportNetwork），是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)、在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)，是下一代的骨干傳送網(wǎng)。

隨著電信業(yè)務(wù)高速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)和OTN技術(shù)日益成熟，OTN網(wǎng)絡(luò)的部署應(yīng)用也在不斷加速。一些國(guó)際運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始全國(guó)范圍內(nèi)部署興建新一代OTN網(wǎng)絡(luò)，還有一些運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始研究基于部署控制平面技術(shù)的兩網(wǎng)融合方案。

數(shù)字傳送網(wǎng)的演化也從最初的基于T1/E1的第一代數(shù)字傳送網(wǎng)，經(jīng)歷了基于SONET/SDH的第二代數(shù)字傳送網(wǎng)，發(fā)展到了目前以O(shè)TN為基礎(chǔ)的第三代數(shù)字傳送網(wǎng)。第一、二代傳送網(wǎng)最初是為支持話音業(yè)務(wù)而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，雖然也可用來(lái)傳送數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)，但是傳送效率并不高。相比之下，第三代傳送網(wǎng)技術(shù)，從設(shè)計(jì)上就支持話音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)，配合其他協(xié)議時(shí)可支持帶寬按需分配（BOD）、可裁剪的服務(wù)質(zhì)量（QoS）及光虛擬專(zhuān)網(wǎng)（OVPN）等功能。

1998年，國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門(mén)（ITU-T）正式提出了OTN的概念。從其功能上看，OTN在子網(wǎng)內(nèi)可以以全光形式傳輸，而在子網(wǎng)的邊界處采用光-電-光轉(zhuǎn)換。這樣，各個(gè)子網(wǎng)可以通過(guò)3R再生器聯(lián)接，從而構(gòu)成一個(gè)大的光網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。因此，OTN可以看作是傳送網(wǎng)絡(luò)向全光網(wǎng)演化過(guò)程中的一個(gè)過(guò)渡應(yīng)用。

在OTN的功能描述中，光信號(hào)是由波長(zhǎng)（或中心波長(zhǎng)）來(lái)表征。光信號(hào)的處理可以基于單個(gè)波長(zhǎng)，或基于一個(gè)波分復(fù)用組。（基于其他光復(fù)用技術(shù)，如時(shí)分復(fù)用，光時(shí)分復(fù)用，或光碼分復(fù)用的OTN，還有待研究。）OTN在光域內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信號(hào)的傳遞、復(fù)用、路由選擇、監(jiān)控，并保證其性能要求和生存性。OTN可以支持多種上層業(yè)務(wù)或協(xié)議，如SONET/SDH，ATM，Ethernet，IP，PDH，F(xiàn)ibreChannel，GFP，MPLS，OTN虛級(jí)聯(lián)， ODU復(fù)用等，是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的理想基礎(chǔ)。全球范圍內(nèi)越來(lái)越多的運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始構(gòu)造基于OTN的新一代傳送網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)制造商們也推出具有更多OTN功能的產(chǎn)品來(lái)支持下一代傳送網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。 OTN（Oracle技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，Oracle Technology Network），oracle公司技術(shù)網(wǎng)絡(luò)。

本文聚焦在OTN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用緊密相關(guān)的幾個(gè)基本控制問(wèn)題。

1.光電混合調(diào)度

OTN通過(guò)G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建議所規(guī)范的新一代“數(shù)字傳送體系”和“光傳送體系”。OTN將解決傳統(tǒng)WDM網(wǎng)絡(luò)無(wú)波長(zhǎng)/子波長(zhǎng)業(yè)務(wù)調(diào)度能力、組網(wǎng)能力弱、保護(hù)能力弱等問(wèn)題。

光傳送網(wǎng)面向IP業(yè)務(wù)、適配IP業(yè)務(wù)的傳送需求已經(jīng)成為光通信下一步發(fā)展的一個(gè)重要議題。光傳送網(wǎng)從多種角度和多個(gè)方面提供了解決方案，在兼容現(xiàn)有技術(shù)的前提下，由于SDH設(shè)備大量應(yīng)用，為了解決數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理和傳送，在SDH技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)了MSTP設(shè)備，并已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中大量應(yīng)用，很好地兼容了現(xiàn)有技術(shù)，同時(shí)也滿足了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送功能。但是隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)顆粒的增大和對(duì)處理能力更細(xì)化的要求，業(yè)務(wù)對(duì)傳送網(wǎng)提出了兩方面的需求：一方面?zhèn)魉途W(wǎng)要提供大的管道，這時(shí)廣義的OTN技術(shù)（在電域?yàn)镺TH，在光域?yàn)镽OADM）提供了新的解決方案，它解決了SDH基于VC-12/VC4的交叉顆粒偏小、調(diào)度較復(fù)雜、不適應(yīng)大顆粒業(yè)務(wù)傳送需求的問(wèn)題，也部分克服了WDM系統(tǒng)故障定位困難，以點(diǎn)到點(diǎn)連接為主的組網(wǎng)方式，組網(wǎng)能力較弱，能夠提供的網(wǎng)絡(luò)生存性手段和能力較弱等缺點(diǎn)；另一方面業(yè)務(wù)對(duì)光傳送網(wǎng)提出了更加細(xì)致的處理要求，業(yè)界也提出了分組傳送網(wǎng)的解決方案，目前涉及的主要技術(shù)包括T-MPLS和PBB-TE等。

OTN技術(shù)完整體系結(jié)構(gòu)包括了光層和電層，光層主要是基于WSS器件的多方向光層業(yè)務(wù)疏導(dǎo)體系，支持任意方向任意速率的光波長(zhǎng)級(jí)顆粒疏導(dǎo)， 可以通過(guò)光層的交叉來(lái)減少OEO再生，實(shí)現(xiàn)大粒度調(diào)度

電層主要是基于ODUk Switch的多方向電層疏導(dǎo)體系ODU0/1/2/3多種業(yè)務(wù)顆粒的有效疏導(dǎo)，可以通過(guò)電層的交叉來(lái)實(shí)現(xiàn)子波長(zhǎng)的調(diào)度、解決波長(zhǎng)沖突、傳輸限制、跨域互聯(lián)等問(wèn)題。

隨著OTN調(diào)度粒度的精細(xì)化，支持對(duì)ODUK粒度的疏導(dǎo)控制，就產(chǎn)生了多層調(diào)度和控制問(wèn)題，需要實(shí)現(xiàn)跨層路由計(jì)算，連接建立。

同時(shí)光電各層網(wǎng)絡(luò)都有相應(yīng)的管理監(jiān)控機(jī)制，光層和電層都具有獨(dú)立生存性機(jī)制，對(duì)跨層業(yè)務(wù)的保護(hù)，各層的保護(hù)動(dòng)作就需要協(xié)同來(lái)共同完成保護(hù)和恢復(fù)功能。

另外，光層非理想的傳輸介質(zhì)的特性約束仍然存在，在mesh網(wǎng)絡(luò)下，尋路動(dòng)態(tài)化，資源分配動(dòng)態(tài)化，連接動(dòng)態(tài)建立，這種情況下這些約束對(duì)光路的影響必須要統(tǒng)計(jì)考慮。

圖1.光電混合調(diào)度

1.1. OTN組網(wǎng)模型

對(duì)OTN組網(wǎng)模型做一個(gè)抽象，可以看到它有以下幾個(gè)特性：

節(jié)點(diǎn)，鏈路類(lèi)型多樣化，根據(jù)節(jié)點(diǎn)交換處理能力可劃分為三種節(jié)點(diǎn)：ODUk節(jié)點(diǎn)、OCh節(jié)點(diǎn)和混合節(jié)點(diǎn)。ODUk節(jié)點(diǎn)只包含電交叉設(shè)備，OCh節(jié)點(diǎn)只包含光交叉設(shè)備，而混合節(jié)點(diǎn)同時(shí)包含電交叉設(shè)備和光交叉設(shè)備。

根據(jù)鏈路接口類(lèi)型， OTN設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)可劃分為兩種鏈路：ODUk鏈路、OCh鏈路。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋗esh化

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次化，存在客戶-服務(wù)層關(guān)系ODUk層業(yè)務(wù)需要經(jīng)過(guò)Och層來(lái)承載 不同的交換類(lèi)型和鏈路類(lèi)型有不同的拓?fù)鋵印?/p>

圖2.OTN網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模型

在該網(wǎng)絡(luò)模型中中，OTN網(wǎng)絡(luò)中連接的情況在光信號(hào)處理接口間，ODUk信號(hào)處理接口之間可以分成三種類(lèi)型：

OCh Lsp

OCh LSP用于承載OCh信號(hào)的業(yè)務(wù)

ODUk Lsp

ODUk LSP用于承載ODUk信號(hào)的業(yè)務(wù)

FA Lsp

在多層網(wǎng)絡(luò)中，客戶層不是直接連通時(shí)，需要在服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)中建立一條路徑作為客戶層鏈路使用時(shí)，該鏈路可以在客戶層網(wǎng)絡(luò)作為一條TE鏈路進(jìn)行泛洪，并且能夠用于客戶層連接路徑計(jì)算，該路徑稱為FA-LSP（Forwarding Adjacency LSP）

圖3.OTN網(wǎng)絡(luò)連接

1.2 OTN網(wǎng)絡(luò)路徑計(jì)算

回到前面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，看看如何實(shí)現(xiàn)OTN網(wǎng)絡(luò)路由計(jì)算，因?yàn)镻CE具有全局視野，多個(gè)PCE通過(guò)PCEP協(xié)議互通的協(xié)同能力可以實(shí)現(xiàn)多層多域的路徑計(jì)算功能，對(duì)于OTN網(wǎng)絡(luò)，由于OCh層和DOUk層的TE信息會(huì)泛洪到同一個(gè)TED中，所以可以采用單PCE的模型來(lái)實(shí)現(xiàn)路徑計(jì)算。

2.光電生存機(jī)制協(xié)同

多層網(wǎng)絡(luò)的生存機(jī)制協(xié)同在考慮可靠性的同時(shí)還要考慮建網(wǎng)成本問(wèn)題?？刂破矫鏄I(yè)務(wù)的恢復(fù)能力由于其全網(wǎng)資源利用率高，業(yè)務(wù)恢復(fù)能力強(qiáng)，將會(huì)逐步替代傳送平面的保護(hù)，最終會(huì)由控制平面來(lái)完成全網(wǎng)業(yè)務(wù)的保護(hù)。但在這發(fā)展過(guò)程中，有很多技術(shù)上的困難。例如：目前ROADM的波長(zhǎng)指配和波長(zhǎng)調(diào)諧器件效率不高，造成光層業(yè)務(wù)的恢復(fù)時(shí)間很長(zhǎng)，因此光層的恢復(fù)時(shí)間無(wú)法滿足OTN保護(hù)的50ms要求。因此在光電混合的控制平面演進(jìn)過(guò)程中，必然會(huì)存在滿足OTN保護(hù)要求的過(guò)渡方式，就是光電保護(hù)恢復(fù)的協(xié)同。利用光層保護(hù)和恢復(fù)技術(shù)和電層保護(hù)恢復(fù)技術(shù)協(xié)同。

在從成熟的WDM網(wǎng)絡(luò)向OTN網(wǎng)絡(luò)升級(jí)過(guò)程中，最可能出現(xiàn)的是在電層首先擴(kuò)展控制平面以對(duì)ODUk業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)度。這樣，在傳送平面中，光層已經(jīng)具備保護(hù)能力的前提下，具有保護(hù)屬性的ODUk業(yè)務(wù)，要優(yōu)先承載到具有保護(hù)能力的通道上。這樣，一旦發(fā)生故障，傳送平面的保護(hù)首先啟動(dòng)，將ODUk業(yè)務(wù)倒換到其預(yù)先配置的保護(hù)通道上。只有當(dāng)保護(hù)通道也發(fā)生故障后，再啟動(dòng)電層的恢復(fù)，重新選擇一條可用的ODUk層路由。這樣，第一次故障業(yè)務(wù)的受損時(shí)間<50ms，在第二次故障發(fā)生后，業(yè)務(wù)受損時(shí)間取決于電層恢復(fù)的時(shí)間。具體示意如下圖：

圖4.光層保護(hù)和電層恢復(fù)協(xié)同

其他方式的協(xié)同如電層保護(hù)和光層恢復(fù)協(xié)同等情況類(lèi)似。

3.基于光層物理特性約束的路由計(jì)算

在非理想的光傳輸介質(zhì)中，都存在物理特性約束，對(duì)于動(dòng)態(tài)尋路，動(dòng)態(tài)分配資源，動(dòng)態(tài)連接的業(yè)務(wù)必須要考慮這種約束對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各種信號(hào)類(lèi)型對(duì)質(zhì)量屬性的要求，可以分成幾種場(chǎng)景來(lái)考慮。

一些情況下，需要?jiǎng)討B(tài)的考慮物理特性，這時(shí)候就需要控制平面的參與。

一種情況下，各種信號(hào)對(duì)物理特性有特定要求，但有較大余量，可以通過(guò)近似估算來(lái)驗(yàn)證。還有一些情況下，信號(hào)對(duì)物理特性有嚴(yán)格要求，需要嚴(yán)格計(jì)算和驗(yàn)證。這兩種情況都需要控制平面在連接建立過(guò)程中實(shí)時(shí)驗(yàn)證。

從整體上考慮WDM的光損傷情況，各種WDM網(wǎng)絡(luò)光組件都有各自的物理屬性，這些屬性都會(huì)在光傳輸過(guò)程中決定或影響信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)各種組件也對(duì)信號(hào)質(zhì)量有特定的容限。

光發(fā)射機(jī)：發(fā)射功率等；FEC類(lèi)型，調(diào)制類(lèi)型

光接收機(jī)：接收功率范圍、OSNR容限、CD容限、PMD容限等；

光放大器：增益、NF、PMD等；

DCM：補(bǔ)償距離等；

線路：距離、色散系數(shù)、PMD等；

當(dāng)前，對(duì)OSNR，CD，PMD的計(jì)算模型相對(duì)成熟，主要考慮這幾個(gè)參數(shù)的累計(jì)驗(yàn)證

圖5.WDM網(wǎng)絡(luò)物理特性

OTN網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)調(diào)度的完整過(guò)程，包括路由計(jì)算，資源分配和損傷信息驗(yàn)證。

首先，我們根據(jù)預(yù)置的條件進(jìn)行路由計(jì)算，如根據(jù)鏈路代價(jià)計(jì)算獲得K條路由， 在路由，資源分配，損傷驗(yàn)證的過(guò)程中，當(dāng)驗(yàn)證物理特性不能滿足要求時(shí)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)具有再生能力的時(shí)候，還涉及對(duì)損傷控制和再生的管理。

最后，數(shù)據(jù)和傳輸?shù)膬删W(wǎng)融合一直是一個(gè)趨勢(shì)，具體的融合過(guò)程包括管理平面，控制平面和設(shè)備的融合幾個(gè)層面，隨著控制平面技術(shù)的發(fā)展，這種融合也在過(guò)程也在加速，在目前沒(méi)有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制平面的場(chǎng)景下，各層獨(dú)立控制，利用控制平面的技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)統(tǒng)一調(diào)度，充分利用OTN的ODUK和ODUFLEX的剛性和柔性管道來(lái)疏導(dǎo)業(yè)務(wù)。利用UNI接口觸發(fā)光層自動(dòng)連接，光層控制平面支持BOD動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)整來(lái)適應(yīng)IP層的業(yè)務(wù)流量變化。