OTN光传送网（Optical Transport Network）&什么是OTN

OTN 光传送网（Optical Transport Network）总论

OTN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。

OTN设备主要完成的功能就是将客户信号封装在OTN的相应帧格式中，透明、高效的进行传输，同时，通过相应的OTN开销对信号的好坏进行检测。

DWDM（密波）大容量+SDH（同步数字体系）的组网灵活，保护完善，管理功能强大=OTN 光传送网

根据波长之间的疏密，WDM波分复用分为 粗波CWDM 和 密波复用DWDM

OTU 光转发单元

ODU 光数据单元

基于G.709标准接口

基于ROADM（可重构的光分插复用器）

ODUk交叉 （OTH） （K=0 1 2 3 4 flex）

OTN技术背景：

1998年，ITU-T提出OTN的框架标注G.872，2002年，ITU-T发布了OTN接口标准G.709 G.872，定义了OTN分层结构为：光信道层（OCH）、光复用段层（OMS）、光传输层（OTS）、其中OCH又分三个电层：光信道净荷单元（OPUK）、光信道数据单元（ODUk）、光信道传送单元（OTUK）。G.709定义了光传送体系（OTH），支持多波长传输的功能开销，帧结构，比特速率，映射方式等。

一、OTN 概述：

1.1、OTN设备的要点：

光纤线路上采用WDM技术

采用G.709标准封装和管理用户信号，提高管理和互通能力

能对波长/子波长进行交叉连接，提高可组网、保护和调度能力

ITU-T发布G.709主要定义的内容：

光传送体系

光层和电层的开销

帧结构

比特流

各种映射方式

1.2、OTN的特点：

网络包含了光层和电层

超大容量及大容量的调度能力（ODU0/ODU1/ODU2/ODU3/ODU4颗粒）

强大的运行、维护、管理能力

完善的保护机制

全面的支持各种业务类型的承载

多级嵌套串联监控（TCM）能力（TCM1-6）

有信号带外的前向纠错能力FEC（抗干扰能力提高）

OTN速率等级

开销与净荷概念：

• 现代通信中，用户数据传输时都要封装成帧（网络中常称为数据包），一帧中除了用户数据以外还有很多用于控制维护和管理的信息，用来保证通信信号的准确传输，这些维护/管理信息被称为开销。
• 净荷就是纯用户数据。

OTN的网络层次

光传送网OTN的一个主要特征就是网络的层次化。将光传送网划分为多个网络层次，每个层次之间彼此互为服务层与客户层。客户信号在不同层次之间进行传输，每一层次都有着自己的开销，用于检测本层次信号的好坏。

OTN分为客户信号层、光通道净荷单元（OPU）、光通道数据单元（ODU）、光通道传送单元（OTU）、光通道层（OCH）、光复用段层（OMS）、光传输段层（OTS）。以上各层之间，前者是后者的客户层，后者是前者的服务层。下面是对各层的简单说明：

1. 客户信号层：该层主要指OTN网络所要承载的局方信号，主要包括：SDH、以太网、IP业务等。

2. 光通道净荷单元OPU：该层主要是用来适配客户信号以便使其适合在光通道上传输，即：承载客户信号的“容器”。该层的开销主要用来指示客户信号映射到OTN信号的过程。

3. 光通道数据单元ODU：该层是由OPU层和ODU层相关开销构成的，该层的开销可以支持对传输信号质量端到端的检测。

4. 光通道传送单元OTU：该层是在光路上传输信息的基本单元结构，有ODU层和OTU层相关开销构成。

5. 光通道层OCH：该层是具有特定波长和特殊帧格式的光信号，其中特殊帧格式即定义的OTU层。

6. 光复用段层OMS：该层为经过合波处理的多波长光信号。

7. 光传输段层OTS：该层是经过OA放大等处理后的光信号。

1.3、OTN做了以下几件事：

OTN定义了OTUK、ODUK、OPUK一系列速率等级和帧结构

实现了电交叉

实现了光交叉

增强了监控开销

1.3.1、电交叉——灵活调度

OTN在电层规定了一系列的速率等级和容器：OTUK、ODUK、OPUK，OTN最小交叉颗粒是ODU0=1.25G ，OPUK是用来封装业务信息，相当于SDH中的虚拟容器VC，是OTN电交叉的基本单元，OTUK和STM-N一样，OTUK转换成光信号就是OTN的一个波道

可以简单理解为，OTN系统的ODUk(k=0,1,2,3,4,5)相当于SDH系统的VC i（i=1,2,3,4),OTN是颗粒更大，通道更多的SDH系统。

为了适应不同速率的业务颗粒，OTN还支持ODU flex，ODU flex是灵活可变的容器，可以支持2.5G以上的任何速率（1.25G一下映射到ODU0，1.25G-2.5G映射到ODU1），系统会根据业务速率自动指配相应的ODUK组合，速率间隔是1.25G，因为最小颗粒是ODU0=1.25G

OTN规定了那么多的颗粒容器目的是让GE 2.5G 10G 40G 100G都可以在OTN这个平台上能够找到自己的位置

电交叉：

业务信号都装进大车的ODUk箱子后形成一个波长信号，而每个波长在每一个站点有可以进入点交叉变成ODUk信号。

不同方向来的ODUK信号就像若干个箱子，电交叉单元可以将大箱子打开解成小箱子，可以将线路侧的箱子取出防盗支路测，将支路测的箱子放入线路侧。

1.3.2、光交叉——高速、光调度

OTN电层工作完成后，业务会被层层打包成OTUk，接下来OTUk经过电光转换就成为了光通道层的单个波道信号——OCH（光通道），OCH是OTN光层的基本单元，也就是一个波长。

OTN的光层分为，光通道层、光复用段层、光传送层

光分插复用（ROADM Reconfigurable optical add-drop multiplexer）可以动态在网管上配置波长，远程支配每个波长的透传或者阻断，将一个方向来的任意一个波长，通过网管配置到任意一个光方向中的任意波长中去，业务配置的灵活性又得到了更大的提高。

光分插复用：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，二维的ROADM可以通过WB（波长组断器）和PLC（平面光波导）技术来实现，而多维的ROADM可以通过WSS（波长选择开关）来实现。

WSS（波长选择开关）：是一个多端口的模块，包括一个公共端口和N个与之对应的光口，在公共端口的任意波长可以远程配置支配到N个光端口中的任意一个。

1.4、OTN的保护

光线路保护 （OLP）

光通道保护 （OCP）

客户侧1+1保护

ODUk保护 （OTN特有保护方式）

1.5、OTN的技术特征

OTN概念涵盖了光层和电层两层网络，其技术继承了SDH和WDM的双重优势，关键技术特征体现为:

1. 多种客户信号封装和透明传输（支持多业务，多协议综合传送）

基于ITU-TG.709的OTN帧结构可以支持多种客户信号的映射和透明传输，如SDH、ATM、以太网等。目前对于SDH和ATM可实现标准封装和透明传送，但对于不同速率以太网的支持有所差异。

传输的用户数据前加个帧头，尾部加个前向纠错FEC编码

2. 大颗粒的带宽复用、交叉和配置

OTN目前定义标准的电层带宽颗粒为光通路数据单元(ODUk，k=0,1,2,3,4)，即ODUO(GE)，ODU1(2.5G)、ODU2(10G)、 ODU3(40G)，ODU4(100G)光层的带宽颗粒为波长，相对于SDH的VC-12/VC-4的调度颗粒，OTN复用、交叉和配置的颗粒明显要大很多，能够显著提升高带宽数据客户业务的适配能力和传送效率。

3. 强大的开销和维护管理能力

OTN提供了和SDH类似的开销管理能力，OTN光通路(OCh)层的OTN帧结构大大增强了该层的数字监视能力。另外OTN还提供6层嵌套串联连接监视(TCM)功能，这样使得OTN组网时，采取端到端和多个分段同时进行性能监视的方式成为可能。为跨运营商传输提供了合适的管理手段。

4. 增强了组网和保护能力

通过OTN帧结构、ODUk交叉和多维度可重构光分插复用器(ROADM)的引入，大大增强了光传送网的组网能力，改变了基于SDHVC- 12/VC-4调度带宽和WDM点到点提供大容量传送带宽的现状。前向纠错(FEC)技术的采用，显著增加了光层传输的距离。另外，OTN将提供更为灵活的基于电层和光层的业务保护功能，如基于ODUk层的光子网连接保护(SNCP)和共享环网保护、基于光层的光通道或复用段保护等，但目前共享环网技术尚未标准化。

1.6、客户信号的处理过程：电信号处理

客户信号前面添加开销变成了光净荷单元，

光净荷单元在加上开销变成了光数据单元

光数据单元在加上开销和前向纠错FEC编码变成了光传送单元

每个光传送单元使用一个波长，不同的波长复用在一根光纤中传输。

1.7、OTN相对于SDH的主要改进

标准化了大容量的光通道ODUk等级（类似于SDH的VC通道），传输能力增加，业务调度更方便

引入了光层开销，可以对多波长传输的光信道进行有效的管理

引入了标准的前向纠错FEC编码，改善了光信道的光信噪比

引入了串联连接监控TCM功能，一定程度上解决了光通道跨多运营商监控的互操作问题

OTN与SDH技术的区别：

OTN是面向传送层的技术，内嵌标准的FEC，在光层和电层具备完整的维护管理开销功能，适用于大颗粒业务的承载与调度

SDH主要是面向接入层和汇聚层，无FEC，电层的维护管理开销较为丰富，对于大小颗粒业务都适用

OTN设计的初衷是希望将SDH作为净负荷完全封装到OTN中

二、OTU帧结构与速率：

OTN分层/分域结构：

二、OTU帧结构与速率：

OTN分层/分域结构：

2.1、OTN帧三部分组成

ITU-T G.709标准的OTN帧有3部分，其中两个类似于SDH/SONET帧：

1. 用于运行、维护、管理的开销区
2. 用于承载用户数据的净荷区
3. G.709帧里包含的前向纠错FEC区（G.709新增的）

OTN帧结构情况

开销区

开销区中：放的是用于运行维护和管理的字节，沿用了SDH的不中断业务的性能监测，保护等许多管理功能

OTN的前向纠错区放的是里德-所罗门码，简称RS码的效验信息

净荷区：

OTU帧最中间的是OPUk

FEC前向纠错

前向纠错是指信号在被传输之前预先进行一定的编码处理，在接收端则按规定的算法解码以达到找出错码并纠正错码的目的。

OTU帧中使用的前向纠错码是里德-所罗门(RS码)，RS码最多可以劫争8个字节的误码，或最多检测出16个字节的误码，RS码与OTU帧的字节间插相结合，最多可以纠正每个OTU帧行128个连续字节的错误。

2.1.1、OTN帧中各个区域的列数：

OTN帧中的列数与行数决定着传输报文的大小，但是G.709规定，OTUk信号不管k等于几（也就是从OTU1、OTU2直到OTU4）帧尺寸都是4×4080个字节（每个帧尺寸不变，帧结构统一，便于管理，但是尺寸不变，帧的速率就必须要变化），但不同等级速率也就是K不同，信号帧的周期是不通的，k值越大，帧周期越短，帧速率越高。

总结一句：信号速率=每帧字节×帧数/s

后面我们所述基本围绕上图来进行说明：

首先，最明显的是OTUk帧分为4行， 4080列（255*16） 单位是字节byte，数据在传输是，是从上到下，从左到右进行填充传输

OPU 光净荷是3808（238*16）列 帧字节 = 3804*4 = 4*238*16

ODU 光数据是3824（239*16）列 帧字节 = 3824*4 = 4*239*16

FEC 是256 （16*16）列 帧字节 = 256*4 = 4*16*16

OTU 光传递是4080（255*16）列 帧字节 = 4080*4 = 4*255*16

在此要引入一个概念：标称速率系数，以ODU标称速率系数为例： ODU的字节=3824*4 ，整个OTU字节=4080*4，所以ODU作为净荷数据占整个OTU的字节比例为 3824*4 /4080*4 =239*16 /255*16=239/255 即ODU净荷占比为239/255，该值就是ODU标称速率系数。

2.2、OTN速率

首先在重复一下三个概念：光净荷单元（OPU）、光数据单元（ODU）、光传送单元(OTU)

然后描述一下SDH速率等级，因为OTUk的速率填充是使用了不通等级的SDH刚性管道

2.2.1、OTUk速率等级：

OTUk的速率（K=0 1 2 3 4 ）

红色部分例如 255/238，即为OTUk标称速率系数

OTU标准信号速率=每帧字节 * 帧速度/s

每帧字节即：255/239 帧速度/s：1.233160Gbp/s

OTU速率如果把公式放开来写就会很好理解，后面是对各个速率的详细分解：

（一个问题：为什麽随着OTUk k值大标称系数会变化，答：因为填充字节的缘故影响了净荷的比重）

①、OTU1：STM-16作为净荷装进OPU1时，没有填充字节，故标准的OPU净荷就是238，则OTU1的速率就是255/238*2.48832Gbp/s≈ 2.7Gbp/s；帧速/s就是对应的STM-16的速率，而红色部分的OTU1标称系数得来是一下计算方式：4080*4 /3808*4=255*16 /238*16=255/238（即净荷信息站整个OTU的比）。

②、OTU2：STM-64作为净荷装进OPU2时，有16列填充字节，因此要减去16，则OTU2标称系数得来是一下计算方式：4080*4 /（3808-16）*4=255*16 /237*16=255/237（即净荷信息站整个OTU的比）。

③、OTU3：STM-256作为净荷装进OPU3时，有32列填充字节，因此要减去32，则OTU3标称系数得来是一下计算方式：4080*4 /（3808-32）*4=255*16 /236*16=255/236（即净荷信息站整个OTU的比）。

④、OTU0LL：也叫低时延OTU0，ODU0的速率定义为STM-16的二分之一，即=1.24416Gbp/s

4080*4/ （3808+16）*4=256*16 /239*16=255/239

这个加16是因为什么呢，之前都是减去的：ODU0比ODU1少了16列开销，所以把空间补给了OPU，所以反而+16，像OTU2都是增加了开销要减去，刚好相反。

⑤、OTU4：OTU4的速率是OTU2的10倍，考虑到按OPU2方式映射，本身有16列填充字节，净荷里的10个ODU2每列都有16列填充字节，故：

4080*4 /[（3808-16）-（16*10）]*4=255*16 /（237-10）*16=255*16 /227*16=255/227

2.2.2、ODUk速率等级：

ODU1一个包中的标准长度为 4*3824=4*239*16

ODUk速率 （K= 0 1 2 3 4）

红色部分为ODUk表称系数，表示ODUk净荷区字节数与ODUk净荷（不含填充信息的比）

2.2.3、OPUk速率等级：

OPU1一个包中的标准长度为 4*3808=4*238*16

OPDk速率 （K= 0 1 2 3 4）

红色部分为OPUk表称系数，表示OPUk净荷区字节数与OPUk净荷（不含填充信息的比）

OPU2e的10312500kbit/s是10G以太网的线路码速率。

2.2.4、速率公式总结：

OPUk：STM-N*238/(239-k) k=0，1，2，3

ODUk：STM-N*239/(239-k) k=0，1，2，3

OTUk：STM-N*255/(239-k) k=0，1，2，3

2.3 OTN的电域分层

电层的帧结构

将各种客户信号统一封装成OTUk帧，然后在网络间传递OTUk帧，利用波分复用技术实现大容量业务传送

依靠电层开销和光层开销实现强大的网络维护管理功能，依靠统一的标准实现不同厂家OTN设备互联互通，减少了网络层次，从而降低运营商的成本

狭义来说，OTN就是OTUk帧，OTUk帧就是OTN信号在电层的帧格式

OTM可以理解为n个OTUk同时传送

OTUk帧的长度是定长的，以字节为单位，共4行 4080列

2.3.1、光净荷单元OPU

OPU负责接纳客户信号（STM-N、ATM、IP、MPLS等）首先对客户信号进行码速调整，使客户信号的速率与规定的OPU速度一致，不一致时候加入冗余比特，这个过程就是所谓的映射，之后加入客户信号的识别等信息。

2.3.2、光数据单元ODU

ODU是对OPU中的信息进行保护，他为OPU在加入端到端通道的和跨运营商的传输性能监测和故障定位字节，从而能够验证ODU的链接完整，评估传输质量，指示和检测传输缺陷，还要加入控制字节，使OTN系统在故障发生时能够进行自动切换。

ODU是时分复用的单位，在OTN网中传输时总能保持完整性，也就是ODU作为一个独立的整体可以在通道中任意一点取出或者插入，这样在进行同步时分复用和交叉连接时十分方便，他就相当于SDH里的虚容器VC。

2.3.3、光传送单元OTU

OTU用于成帧，在ODU之前（帧头）加上帧定位字节，便于接收端进行帧同步，在ODU之后（帧尾）加上前向纠错字节，保证整个OTU数据的正确性，还要加上一些管理字节。

2.4 OTN的光域分层

• 把光传送单元OTU放到OTN网络传输，还要进行光域的处理，光域分为光通道层（OCH）、光复用段层（OMS）、光传送段（OTS）三层，分别进行电光变换、光信号的复用、放大及光监控通道（OOS/OSC）的加入。
• 光域信号处理基于波分复用（WDM）

2.4.1、OCH（光通道层）与OCC

OCH是光通道的意思，即不同的光波长就是不同的OCH通道，在OTN中，OCH可以理解为要传递OTU信息的某个光波长信号。

一个光波长对应一个光频率，借用电通信中的习惯，也可以成光频率为光通道载波（OCC），在OTN中 OCC指被OTU电信号调制后的有确定光波长的光信号，用于进行波分复用。

电层的光传送单元OTU信号进入光层，必须进行电光变换，也就是所谓的光调制，这得给他分配一个光波长，这样的一个光波长就是一个光通道 OCH。光通道层出了OTU电光变换后形成的光通道净荷，还有光通道开销。

光通道层OCH的作用：

光通道层提供OTN网络中两个节点之间的端到端的光信道，实现OTN在3R（重定时，重整形，重放大）再生节点之间的透明传送，支持不同格式的用户净荷，有如下功能：

重组光通道连接（路由选择、波长分配）

处理光通道开销

监控光通道（利用OCH OH）

提供波长级别的网络保护能力（备份与恢复）

2.4.2、光复用段层（OMS）

OMS层包含由复用的OCH组成的OMS净荷以及OMS开销（OMS-OH）

OMS支持光复用段层的连接和连接监控。

光复用段层的作用（OMS）：

将各个不同波长的光通道复用在一起，保证相邻两个波分复用设备多波长光信号的完整传输。

实现光复用段开销处理，提供光复用段的维护和管理

光复用器（MUX）和光解复用器（DeMUX）之间就是光复用段OMS

光复用器就是波分复用（WDM）器

2.4.3、光传送段（OTS）

OTS层包含OTS净荷和OTS开销，OTS-OH为刚传送段提供维护和运营功能

光传送段的作用（OTS）：

• 完成不同传输介质上传送光信号
• 进行光传送段的开销处理和维护
• 对光放大器和中继器进行检测和控制
• OTS就是一条光链路上两个光放大器间的那一段

OTM-0.m信号：

• OTN-0.m没有波长，没有光层开销，不支持光监控通道，但是具有特定帧格式OTUk
• m=速率等级，1=1.25G ，2=10G，3=40G
• 用于和其他厂家的波分设备互联（OTUk互联）

OTM-n.m信号：

2.5、OTN分层结构总结

分层的作用：

可以将实现同样功能的元件归于同一层网络

可以独立设计和运行各层网络要比对整个网络进行设计和运行简单的多

方便简化和确定电信管理网内的管理目标

各个层的定义与规范都相互独立，减少了因为维护某一层而对其他层的影响，同时技术更新时可以分别独立进行，不会互相牵制。

三、OTN的开销：

3.1、关联（带内）开销——电层开销

为了增强检测、管理和控制功能，ITU-T在OTN电层帧结构中，引入了比SDH更丰富的开销，新增大约占7%的比特率，OTN开销区由四部分组成：帧定位、OTU开销、ODU开销、OPU开销

3.1.1、OTN帧开销总览：

OTN帧开销可以分为以下四个部分，每部分都可以进一步细分（颜色与下图对应）

1. OTN的帧定位（FAS和 MFAS）
2. OTU开销（SM GCC0 OSMC RES）
3. ODU开销、
4. OPU

3.1.2、OTN帧细节展开

3.1.2.1、OTU帧定位信号

在串行传输的0 1序列中，只有找到了帧头才能分清开销和净荷，也才能做其他的进一步处理，在串行信号接收处理的过程中，第一步是提取时钟，第二部就是帧定位。

OTN的帧定位信号有两种：FAS和MFAS

FAS:Frame Alignment Signal 帧定位信号 （6字节）

帧定位字节（FAS）作用于SDH一样，编码也一样，也是用F6 F6 F6 ( OA1为：1111 0110) 28 28 28 （OA2为：0010 1000 ）这六个字节为整个信号提供帧定位的。