光通信技術(shù)：fgMTN和fgOTN是什么呢？

今天這篇文章，我們來聊聊光通信。 ? 前段時間，通信行業(yè)有一個新聞，相信很多讀者都關(guān)注到了—— ? “2023年底，國際電信聯(lián)盟標準化部門（ITU-T）第15研究組（SG15）的2022-2024研究期第三次全會在瑞士日內(nèi)瓦召開。在中國代表團的合力推動下，fgMTN和fgOTN的若干項核心標準均報批，標志著新一代細粒度傳輸核心技術(shù)國際標準獲得里程碑式進展?！?? fgMTN和fgOTN是什么呢？細粒度傳輸，又是什么意思？ ? 其實，這些概念，和前幾年非常熱門的OSU技術(shù)，有非常密切的關(guān)系。它們是光通信技術(shù)的一個重要發(fā)展方向，也是行業(yè)研究熱點。 ? 接下來，我就給大家詳細科普一下，這些技術(shù)的來龍去脈。 ?

? █ 小顆粒業(yè)務的痛點

以前小棗君介紹傳輸網(wǎng)基礎知識（鏈接）的時候，曾經(jīng)提到過，80-90年代，行業(yè)主流的傳輸技術(shù)，是SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系）。 ? SDH采用的是TDM（時分復用）方式。它的特點，是標準統(tǒng)一、可靠性高、容易運維，可以提供基本的確定性低時延保證。 ? 進入21世紀后，隨著時代的發(fā)展，SDH技術(shù)在帶寬（最大僅支持10Gbps）等方面逐漸無法滿足需求。于是，一種新型的光通信技術(shù)開始崛起。這個技術(shù)，就是大名鼎鼎的OTN（Optical Transport Network，光傳送網(wǎng)）。 ?

OTN既融合了SDH在組網(wǎng)和運維上的一些優(yōu)點，也兼具了WDM（波分復用）的大帶寬傳送能力。它具備長距離、大容量、硬隔離、低時延、低功耗等優(yōu)勢，是行業(yè)公認的新一代主流技術(shù)。 ?

OTN的傳輸能力很強，帶寬極高，所以，率先應用于骨干傳輸網(wǎng)絡，也就是長途干線場景。 ? 傳輸網(wǎng)也是分為多個層級的。最核心的是骨干網(wǎng)，然后往下是城域網(wǎng)（單個城市范圍內(nèi)的傳輸網(wǎng)）。城域網(wǎng)再往下，是接入網(wǎng)（PON技術(shù)、蜂窩基站）。 ?

? 骨干網(wǎng)采取OTN，那么，城域網(wǎng)怎么辦？想辦法也用OTN唄！那就是業(yè)界常說的“OTN下沉”。 ? 現(xiàn)在運營商的寬帶業(yè)務，并不是只有家庭用戶，也有很多政企用戶。有些政企用戶，對時延、安全、可靠性等要求較高，用的是專線業(yè)務。 ? 大部分政企業(yè)務連接，對帶寬的要求其實并不高，可能只有幾Mbps。而OTN支持的最小業(yè)務顆粒度是1.25Gbps。這就導致一個問題——帶寬浪費。 ?

舉個例子。一輛卡車，用來運輸多個客戶的水果。 ? 卡車提供紙箱，讓每個客戶往紙箱里放水果。卡車司機以為客戶的水果很大，提供了1立方米的紙箱。結(jié)果，每個客戶要運送的水果，只是一個蘋果。 ? ? ? ? ? 這種“大箱裝小果”的方式，不僅浪費了空間，還限制了箱子總數(shù)量（可以服務的客戶數(shù)少了）。 ? 老式的SDH呢，就像一個小三輪。它的紙箱小，但是，裝不了大水果，而且，總體空間也不足。 ? ?

? 大卡車存在空間浪費，小三輪運力不足，這就很尷尬。 ? 除了運營商之外，很多政企客戶也有自己的專網(wǎng)，例如鐵路專網(wǎng)、電力專網(wǎng)、石油專網(wǎng)等。他們也面臨這個問題—— ? 自己的大部分業(yè)務都是小帶寬業(yè)務（也就是小顆粒業(yè)務），SDH技術(shù)比較合適，但這個技術(shù)要淘汰了，沒得用；OTN技術(shù)雖然先進，但不匹配需求。 ? 他們在做承載網(wǎng)方案設計的時候，只能采用“骨干網(wǎng)用OTN，中下層（城域網(wǎng)）用SDH，接入網(wǎng)用PON”的方案，增加了復雜度，也沒辦法形成一個端到端的“硬管道”。 ? 在這種情況下，行業(yè)就急需一種新的技術(shù)，提供小顆粒的帶寬（更小的紙箱），具備隔離、安全、可靠等特性，能夠完全兼容OTN（ITU G.709），彌補OTN的不足，平滑承接SDH（ITU G.707）的業(yè)務。 ?

? ? █?OSU的出現(xiàn)

OTN技術(shù)標準成熟于2010年左右。當時，行業(yè)就發(fā)現(xiàn)了OTN在小顆粒業(yè)務場景上的缺陷。 ? 2011年，國內(nèi)提出了PeOTN（Packet enhanced OTN，分組增強OTN）技術(shù)，進行應對。 ? PeOTN方案主要包括引入額外的VC交叉（STM-16容器等）或者分組交換（MPLS隧道等），采用多級映射傳輸業(yè)務。 ?

PeOTN的業(yè)務映射層次 ? 這些方式，就像另外找些小盒子，先裝水果，然后再往卡車的箱子里放。雖然也能利用空間，但增加了操作步驟（封裝次數(shù)），提升了運維復雜度和時延。方式還增加了硬件單板，導致成本升高。 ? 因為缺點實在太多，PeOTN一直沒能成功，逐漸被行業(yè)放棄。 ?

2018年2月，ITU采納了OTN小顆粒的需求，并啟動相關(guān)研究。 ? 很快，一個新的解決方案，逐漸浮出水面，那就是——OSU。 ? OSU，英文全名叫Optical Service Unit，光業(yè)務單元。 ? 它是基于傳統(tǒng)OTN的進一步演進升級，通過新增了一個OSU容器，把信號按照N x 2.6Mbps(N=1,2,3....)的方式進行拆分，可以實現(xiàn)從2Mbps到100Gbps的多種顆粒度業(yè)務接入和傳輸需求。 ?

? 傳統(tǒng)OTN，采用固定時隙的方式劃分業(yè)務，分為ODUk（k=0,1,2,3,4）顆粒，時隙中最小顆粒是ODU0（1.25Gbps），最大顆粒是ODU4（100Gbps）。 ? 如果是單個100G線路，接入用戶的數(shù)量，是80個（100÷1.25）。 ? OSU，采用非固定時隙的凈荷方式劃分業(yè)務，即業(yè)務按照凈荷塊PB（Payload Block）劃分顆粒，一個PB為2.6Mbps，即業(yè)務被劃分為Nx2.6Mbps（N=1,2,3,4..）顆粒。 ? 采用OSU技術(shù)可以靈活設置PB的帶寬。PB的帶寬決定了OSU可以支持的客戶業(yè)務的最小顆粒度。 ? 同樣是100G線路，采用OSU之后，單個線路接入用戶的最大數(shù)量可以從80個提升到4000個。更多的業(yè)務連接數(shù)（通道），能夠更好地滿足政企市場的需求。 ?

? 還是以卡車運輸水果為例。 ? OSU，等于定制了更小規(guī)格的箱子，增加了運輸不同類型水果的靈活性，提升了空間利用率。 ? ?

? OSU還可以大幅減少時延。在傳輸業(yè)務中，業(yè)務每多一次封裝，時延都會增加。封裝層級越多，則時延越大。 ? 傳統(tǒng)OTN技術(shù)采用5層逐級映射封裝，即VC12‐>VC4‐>ODU0‐>ODU4‐>OTUCn 5層封裝復用技術(shù)。 ? OSUflex技術(shù)采用3層逐級映射封裝，即OSUflex‐>ODUflex‐> OTUCn 3層逐級映射封裝。封裝次數(shù)少，可以大幅降低處理時延，滿足時延敏感的業(yè)務場景需求。 ?

? OSU還有一個優(yōu)點，就是實現(xiàn)秒級無損帶寬調(diào)整。

傳統(tǒng)通信技術(shù)通常難以對帶寬進行快速調(diào)整，而OSU技術(shù)的應用，實現(xiàn)了秒級無損帶寬調(diào)整，提高了網(wǎng)絡的靈活性和適應性。（具體原理，下次專題介紹。） ?

? ? █ OSU的標準起步

2019年，國內(nèi)多家企業(yè)，陸續(xù)提出了OSU的場景、需求及解決方案。 ? 2019年，華為推出了基于OSU的Liquid OTN方案。2020年9月，中興推出基于OSU的Pixel OTN解決方案。同年，烽火通信也推出OSU的小顆粒專線解決方案。 ? 2019年12月起，國內(nèi)CCSA立項了“光業(yè)務單元(OSU)技術(shù)要求”和“基于OSU的OTN設備技術(shù)要求”行標。 ? 2020年1月，在瑞士日內(nèi)瓦舉行的SG15全會上，G.osu作為ITU-T Q11/SG15的一個新的工作項目，得以立項。

? 運營商這邊，在OSU技術(shù)路線上也有動作。 ? 中國電信表現(xiàn)積極，在一開始就牽頭和主導了OSU行業(yè)標準的制定，并且力推M-OTN（Metro-optimized OTN，城域OTN）/OSU的商用部署。 ? 2022年1月，中國電信研究院和江蘇電信聯(lián)合中興通訊、格林威爾和華環(huán)，在江蘇完成業(yè)界首次跨廠商、跨地市的OSU現(xiàn)網(wǎng)試點。 ? 2022年5月，中國電信宣布將OSU技術(shù)納入接入型M-OTN集采，共14萬端。 ?

M-OTN架構(gòu)示意 ? ? 再看看中國移動。 ? 眾所周知，從2018年開始，中國移動一直都是悶頭在搞自己的SPN（切片分組網(wǎng)，基于以太網(wǎng)傳輸架構(gòu)，繼承了PTN傳輸方案的功能特性）路線。 ? OSU出現(xiàn)之后，2021年6月16日，中國移動發(fā)布了一份白皮書——《中國移動SPN小顆粒技術(shù)白皮書》，推出SPN小顆粒技術(shù)FGU（Fine Granularity Unit，“Fine?Granularity”的中文意思就是“細粒度”）。 ? FGU對標的，就是OSU。它繼承了SPN高效以太網(wǎng)內(nèi)核，將硬切片的顆粒度從5Gbps細化為10Mbps，以滿足小顆粒業(yè)務承載需求。 ? 相對來說，那一時期的中國聯(lián)通，在OSU方面并沒有太多動靜。 ? ?

█ fgOTN和fgMTN

2020年初G.osu在ITU立項之后，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界非常興奮，以為OSU技術(shù)比較穩(wěn)了?？墒牵聦嵣?，OSU的標準化，很快遇到了重大挫折。 ? 2021年12月，在SG15全體會議上，SG15當時的主席對OSU提出以下四點質(zhì)疑，認為G.osu工作項目“沒有取得進展”，并建議關(guān)閉（"Reset"，清零）該項目。 ? 四點質(zhì)疑分別是： ? 1、在每個OSU幀中使用支路端口號（TPN）不是TDM技術(shù)； 2、92字節(jié)的有效載荷塊導致過大的延遲； 3、采用兩個獨立的sub1G的時分復用復接和交換機理來支持OTN和MTN網(wǎng)絡是不必要的； 4、最佳帶寬顆粒度不應是2.6Mbps。 ? 面對這種情況，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界迅速做出反應，積極與SG15管理團隊、以及Microchip、Nokia等國外公司的參會專家進行溝通，尋找解決方案。 ? 經(jīng)過十次ITU-T標準會議的反復磋商，最終，事情出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機。 ? 2023年4月，在SG15全會上，專家們討論決定，基于G.osu進行技術(shù)改進，并改名為fgOTN。（這個fg，就是剛才的Fine Granularity，有的資料也寫作fine grain。） ?

? 準確來說，Q11/15同意定義兩個適配OTN和MTN服務層的sub-1G層網(wǎng)絡，即：細粒度OTN（fgOTN）和細粒度MTN（fgMTN）。 ? fgOTN大家能理解，fgMTN又是啥？ ? fgMTN是中國移動力推的，還是和他們的SPN有關(guān)。MTN是Metro Transport Network，城域傳送網(wǎng)。SPN有三個子層（切片分組層、切片通道層和切片傳送層），其中，切片通道層對應了MTN的段層（Section）和通路層（Path）。前面提到的SPN小顆粒FGU技術(shù)，就是工作在這一層。 ?

? 會議上有些專家本來建議把fgOTN和fgMTN合在一起，搞一個就行。但是，中國移動堅持要保留fgMTN，最終獲得成功。這樣一來，他們就形成了完整的SPN/MTN技術(shù)架構(gòu)和標準體系。 ? 基于以上種種，WP3/15管理層提出：fgOTN和fgMTN兩個標準體系的系列標準文檔，應分別集成到各自的服務層標準文檔中（fgOTN G.709, fgMTN G8312）。 ? 具體映射關(guān)系如下： ?

? 2023年12月1日，在SG15閉幕全會上，fgOTN/fgMTN第一批核心標準報批，獲得同意進入AAP發(fā)布流程。 ? 報批的標準（上圖綠色字體部分）： ? G.709.20（fgOTN總體） G.709.Amd 3（fgOTN接口） G.872 Rev.6（fgOTN架構(gòu)） ? G.8312.20（fgMTN總體） G.8312 Amd.2（fgMTN接口） G.8310 Amd.1（fgMTN架構(gòu)） ? 不出意外的話，其余標準有望在2024年7月的全會上獲得通過，進入AAP發(fā)布流程。 ?

? █?最后的話

? 好了，以上就是關(guān)于小顆粒業(yè)務、OSU、fgOTN、fgMTN的介紹。 ? 總結(jié)一下： ? SDH面臨淘汰，OTN接班。但是OTN不能很好地支持小顆粒業(yè)務，所以，有了PeOTN。PeOTN問題太多，于是，又有了OSU。 ? 國內(nèi)搞OSU很積極（尤其是中國電信），但是ITU-T標準推進不順利。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界團結(jié)起來，把OSU改了一下，變成fgOTN。 ? 最開始，中國移動基于SPN搞了FGU，對標OSU。后來，他們又轉(zhuǎn)向了fgMTN。 ? 總而言之，fgOTN是SDH（ITU-T G.707）和 OTN（ITU-G.709）的技術(shù)演進，是補足了小顆粒業(yè)務短板的升級OTN。 ? fgOTN是一種具有完全TDM特性的原生TDM技術(shù)，完美傳承了SDH和OTN高可靠，確定性時延等特點。它采用了以10Mbps帶寬為單位的固定時隙分配設計，支持ETH、E1、SDH等多種VBR（可變比特率）和CBR（恒定比特率）業(yè)務，可為政企客戶業(yè)務連接提供基于剛性硬管道的高品質(zhì)安全硬隔離解決方案。

審核編輯：黃飛

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