【大话传送网-学习笔记】波分复用与OTN

1.波分复用

1.1 定义

1.2 波分系统

1.3 特点

2.OTN

2.1 定义

2.2 特点

2.3 电交叉

2.4 光交叉

2.5 保护

2.6 OTN设备

1.波分复用

波分网元数量少，可能一个有上万MSTP网元的本地网，但其波分设备不过一两百端，波分不像SDH一样任何人在工作中都能接触到。实际上，与其说波分是高精尖，不如说它是传送网的“大力士”。

1.1 定义

波分复用（WDM）是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的技术，可以大幅度地提高单根光纤中的传输速率。其原理类似三棱镜对光地折射（七色光按照一定的角度入射，通过三棱镜可以合成一束白光），如果七色光各自代表着不同的信号源，那通过类似三棱镜的器件（合波器）就可以将多路信号合并到一起，这样就可以做到在一根光纤中传送多路信号。

根据波长间隔的疏密，波分复用可以分为密集波分复用（DWDM）和粗波分复用（CWDM），简称密波和粗波。CWDM的频率间隔为20nm，波道数支持最大16个。DWDM（密波）的波长间隔为0.4nm或0.8nm左右，其波长间隔小，而温度对于波长的稳定性影响较大，所以密集波分需要使用冷却激光器和温度控制功能。从应用范围来看，粗波分由于波道容量较小，一般应用于传送网的接入层，而密集波分目前大规模应用于各大运营商的省际干线、省内干线和本地网的核心汇聚层。

1.2 波分系统

要在线路上传递多个波长，需要规定每一个波长对应的精准的波长值，而对于MSTP的光线路信号，没有具体波长，只规定了1310nm和1550nm两个窗口，是一个大致的波长范围，通常称之为白光。对于DWDM系统来说，波长差零点几纳米就会“串线”，一边是MSTP的宽波长范围信号，一边是DWDM系统严格精确的波长要求，则需要将MSTP这些“散漫”的信号转换成系统规定的精准波长的信号，完成这个波长转换功能的部分就是光转发单元（OTU），OTU将客户侧信号转换为电信号之后，再通过光模块转换为规定的波长，实现了波长转换的功能。

经过OTU的各路光信号都已经准备就绪，按照波长的顺序整齐地排列开来，接下来要将这若干路信号合在一起，就要通过合波器来实现，到了对端还要通过分波器将线路中的信号分离出来，合、分波器也是复用/解复用器，前者是波分复用，后者是时分复用。合、分波器是无源光器件，不需要电就可以工作。

DWDM系统的核心部件就是OTU和合、分波器，实现了对多路MSTP信号的合并传送的功能，另外，DWDM经常要面临远距离传输的需求，一定会用到放大器。由于各路业务信号在合波的过程中有一定的衰耗，合路的信号在送入光纤之前需要经过光功率放大器（OBA）进行放大。合波信号在到达接收端时经过了长途的传输已经衰耗得很多，为了能够被接收端识别需要经过光前置放大器（OPA）进行放大；而在发端和收端距离过远时，这两个放大器组合起来还是无法弥补传送距离的衰耗，还需要经过若干个光线路放大器（OLA）进行放大。

WDM波分系统按照站型可以分为光终端复用站（OTM）、光分插复用站（OADM）、光线路放大站（OLA）。为了使管理与监控信息不依赖于传输的业务，波分系统使用光监控信道OSC来管理WDM设备。

整个波分系统的工作原理为：从SDH系统过来的信号，通过波分的OTU板转化为固定的波长之后，按照顺序一一排列开来，波分系统的合波板将这多路的信号合成一路之后，传递到下一个站点。到达目的地之后，通过分波板，再将一个个的波长信号分解出来，再通过OTU转换成白光信号（如MSTP信号），各路波长彼此之间互不干扰，就这样不同的业务信号在同一对光纤之中传送到了对端。

1.3 特点

WDM波分技术的三点优势：①使单光纤的传送带宽得到了极大提升。②扩容便携性大大提高。③大大提高了传送网的传输距离。

WDM波分技术的四点不足：①DWDM不能对业务信号的内部进行处理，需要增加MSTP设备才能支持GE、2.5G颗粒业务。②DWDM仅支持点到点的组网结构，所谓的“环”实际上是由多个点到点系统组成的。③用于监控的开销较少，只能对整个光通道的一些非常重要的指标和性能进行监控。④DWDM系统保护方式仅支持对光缆线路和单个波道进行，对于波道以下的低俗信号不作保护。

需要一种改良版的技术，将WDM和SDH的优势接合起来——OTN。

2.OTN

OTN结合了DWDM大容量的优势和SDH的组网灵活、保护完善、管理功能强大的特性。

2.1 定义

光传送网（OTN，Optical Transport Network）是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是DWDM下一代的骨干传送网，可以解决传统WDM网络对于波长/子波长业务调度能力差、组网保护能力弱等问题。

2.2 特点

OTN的四个特点分别为：

①OTN定义了OTUk、ODUk、OPUk一系列速率等级和帧结构，就像MSTP的C、VC、AU、STM-N一样，OTN对WDM的一个波道的内部结构进行了定义，也像SDH那样规定了一些大大小小的箱子，可以容纳各种速率的支路信号。

②OTN实现了电交叉。OTN有了自己的帧结构之后，基于不同等级的ODUk颗粒，就可以实现电交又功能，使小颗粒的信号可以合并在大的通道中传送，不用再通过增加SDH设备实现这部分功能。

③OTN实现了光交叉，光交又是纯光信号的调度，是OTN系统独有的概念，OTN通过波长选择开关等技术，可以在一个站点的各个方向之间自由地调度光波长信号，波长信号在一个站点的穿通不再需要尾纤跳接去实现。

④OTN增强了监控开销。和SDH类似，OTN帧结构中引入了丰富的开销机制，加强了网管能力，OTN从光层到电层支持多达6级的开销监控能力。

2.3 电交叉

OTN的业务处理分为光层和电层，光层的基本单元是单个波道，而电层处理的是波道速率以下的颗粒。光层负责将波道合并、分离，将波长信号在各站点上下、调度；电层则将单个波道中包含的不同等级的数据帧进行映射、交叉、复用。这分别对应OTN的两大功能：光交叉和电交叉

OTN在电层规定了一系列的速率等级和容器：OTUk、ODUk、OPUk，跟SDH的STM-N、VC、C这些是类似的概念，区别是容量不在一个级别上，OTN的最小交叉颗粒是ODU0也就是1.25G，是SDH高阶交叉颗粒VC-4的8倍，是低阶颗粒VC-12的600多倍。OPUk和C类似，是用来封装业务信息的，ODUk就相当于SDH中的虚容器VC，是OTN电交叉的基本单元。

OTN规定了这么多颗粒、容器，目的是让GE、2.5G、10G、40G、100G都在OTN这个大的平台上能够找到自己的位置，相互之间的容纳关系都有明确的说法，一个波长交给我们，我们想要在里面塞多少东西，就可以自由地分配带宽。

2.4 光交叉

OTN电层的工作完成后，最终业务被层层打包完毕形成OTUk，接下来OTUk经过电光转换就成为光通道层的单个波道信号——OCH，OCH（光通道）就是OTN光层的基本单元，也就是我们说的一个波长。
        OTN的光层分为光通道层、光复用段层和光传送层，光通道层对应一个波道的起点、终点，光复用段层对应两个OTM站点之间，而光传送层对应每两个站点之间，包括OTM和OLA站点，这一部分大家可以对照SDH的相关内容去类比理解。
        一个OTN站点如果有N个（N=2）光方向，每个方向传送过来的都是40个波长合路的光信号，那么这Nx40个波长信号在站点中的调度，就是光交叉的职能所在，例如：
        假设A站点从西向过来的合路光信号中，第1~8波需要在本站下业务，第9~40波在该站点直通过去，这直通的32波需要人为地在东西向的合分波板之间跳纤，这种站点称为固定光分插复用器（FOADM，Fixed Optical Add-Drop Multiplexer），其中的固定是相对ROADM来讲的，并不是说无法改变，哪些波长下业务或直通还是可以通过人为的操作去调整的，只是无法在网管上通过波道配置去改变。如果A站业务增加，原有8波无法满足需求，需要使用9、10波，就需要工作人员到A站现场，将第9、10波的跳纤拆除，在A站通过OTU板下业务。

ROADM则可以动态地在网管上配置波长，远程指配每个波长的透传或阻断。可重构的光分插复用（ROADM，Reconfigumble Optical Add-Drop Muliplexer），顾名思义，是波分系统中的一种具备在波长层面远程控制光信号分插复用状态能力的设备形态，采用可配置的光器件，实现OTN节点任意波长的上下和直通配置。

过去光缆承载MSTP，是光缆在MSTP的下层，而通过OTN承载，就是OTN在MSTP的下层，而光缆又在OTN的下层，下层为上层提供服务。从另外一个角度讲，MSTP分为核心、汇聚、接入层，OTN是用来解决系统容量不足的问题。一般接入层通过升级系统就可以解决，完全没有必要动用OTN，所以，OTN一般用于核心汇聚层的系统承载，从设备层面和容量的角度讲，OTN又位于MSTP的上层。综上所述，从信号处理的先后顺序上，OTN在MSTP下层。从设备能力和定位上，OTN在MSTP上层。

2.5 保护

OTN的保护分为单板级保护和网络级保护。网元级的保护相对好理解，就是关键单板采用两块或者多块相同板件互为备份的方式，本节重点学习网络级保护。
OTN的网络级保护可以分为光线路保护（OLP）、光通道保护（OCP）、ODUk保护和客户侧1+1保护。其中，光线路保护、光通道保护、客户侧1+1保护属于传统DWDM保护方式，在OTN中也延续下来，而ODUk保护是OTN特有的保护方式，因为DWDM里没有ODUk。

(1)光线路保护

光线路保护（OLP）顾名思义是对一段光缆进行保护。
本地网的一些汇聚点，地理位置很偏远，OTN没办法形成环路，链形系统的光缆一中断业务也就随之中断，这种情况就要用到OLP保护。若一条链路有两条光缆，则该线路自身就能成环，两点环也是环。另外一种情况，如果是OTN环路，本身有两个方向的路由可以互为主备，但有些地区的光缆路由环境恶劣，有时会发生两处以上同时中断，即开环，此时需要针对容易中断的段落重点加强保护，需要用到OLP保护。
OLP保护对象是整个合波后的线路信号，原理就是将合波放大后的信号通过OP板一分为二，主备信号分别走两条路由，接收端选择一条线路接收，OLP保护与SDH的通道保护的机制——“并发选收”相同。OP板是OTN保护的重要部分，OCP保护也要用到OP板。功能主要就是“并发”和“选收”。

(2)光通道保护

光通道保护（OCP）是以波长为对象的保护方式，保护的是单个波道，分为OTU板内1+1保护及OTU板间1+1保护。

OTU板内1+1保护如下图（右）所示，业务信号通过OTU单板转换波长后，在送入合分波板前，经过OP板分为两路信号，分别送给东西向的合分波板，这样如果东边路由有问题，接收端可以从西向接收。板内1+1保护对象是OTU后端，能够实现对东西向光缆路由的保护，也称为光通道路由保护。OTU板间1+1保护如下图（左）所示，改变了OTU的位置，又称为光通道波长保护。

光波长共享保护（OWSP）以波道为单位，原理和SDH的复用段保护类似，都是双端倒换，需要MSP协议。

(3)ODUk保护

顾名思义，保护对象是ODUk颗粒。信号不再通过OP板复制，而是通过电交叉单元进行电信号的复制，然后分别打包进东西向的OTUk帧中，在接收端进行选收，原理和SDH的SNCP保护相同。

(4)客户侧1+1保护

客户侧1+1保护是将客户侧业务用OP板一分为二，在OTN网络中当作两条业务去对待，是对业务的全程保护。

(5)总结

本质上，传送网保护分为单端倒换和双端倒换两大类。

单端倒换，包括通道保护、SNCP保护、OLP1+1保护、OTU板内板间1+1保护、ODUk SNCP保护，原理就是“并发选收”，特点是速度快，不需要协议，这类保护属于专用保护，保护名称里凡是带“1+1”的就属于此类。信号是双发，所以主备通道同时被占，倒换不需要协议、速度快，是这类保护的优势。

双端倒换，包括复用段保护、0WSP保护、ODUk Spring保护，原理是双端依靠协议切换，比单端倒换慢，实现复杂，但这类保护属于“共享保护”，名字里带1：1的保护都属于这一类。共享保护的备用通道正常时是空闲的，可以用这些备用的通道传输额外的业务，带宽利用率高是这类保护的优点。

2.6 OTN设备

OTN设备外观上和MSTP设备类似，插槽式结构，分为子架、公共单板、业务单板几部分，较醒目的标志特征是合分波板，上面布满了光口。

(1)公共单板

除设备运转所必须的子架、电源、主控、风扇外，公共单板还包括：
        ①交叉单元。OTN的交叉用Gbit/s表示，是设备对电信号处理能力的体现。
        ②合分波板。合分波板分为合波和分波两部分，发送端使用合波，接收端使用分波，因为是成对出现，所以一般称为合分波板。
        ③光放板。

(2)业务类单板

分为线路板（OTN的线路板指OTU板）和支路板（负责客户业务接入，将信号输送到电交叉矩阵），将线路板和支路板功能合到一起，就是支线路合一板。