張 沛 ，王海軍 ，周曉霞 ，顧畹儀 ，劉曉甲 （.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司，北京0040；.中訊郵電咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，北京00048；.北京郵電大學(xué)，北京00876）

1 OTN技術(shù)發(fā)展歷程

隨著各大運(yùn)營商3G戰(zhàn)略、寬帶提速戰(zhàn)略的展開，上層數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的爆炸式增長對底層傳輸網(wǎng)絡(luò)提出了更高、更嚴(yán)格的要求。大容量的傳輸能力和更為靈活的交叉能力成為了評價底層傳輸設(shè)備性能的基本指標(biāo)。OTN技術(shù)正是在這一網(wǎng)絡(luò)發(fā)展大背景下應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸被廣泛地應(yīng)用。

OTN技術(shù)最早是在1999年由ITU-T提出的，圖1示出的是一個集合光層、電層的完整的技術(shù)架構(gòu)，各層網(wǎng)絡(luò)都有相應(yīng)的性能、故障管理監(jiān)控機(jī)制以及網(wǎng)絡(luò)生存性技術(shù)。在OTN標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)中，最為核心的就是G.709所定義的OTN幀結(jié)構(gòu)。

圖1 ITU-T提出的OTN技術(shù)協(xié)議棧

從標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展來看，OTN技術(shù)可以分為2個階段。第一階段是從1999年至2001年，這個階段的OTN技術(shù)屬于傳統(tǒng)OTN技術(shù)。2001年推出的一系列OTN標(biāo)準(zhǔn)主要基于語音業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)顆粒度較大，基本上在2.5G以上，對于那些小顆粒業(yè)務(wù)的承載效率較低。隨著21世紀(jì)初期，IP業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，小顆粒業(yè)務(wù)的傳送需求大量涌現(xiàn)，因此，從2005年開始ITU-T又開始著手對已有傳統(tǒng)OTN標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂和補(bǔ)充，主要解決了小顆粒業(yè)務(wù)承載、高速以太網(wǎng)承載、多業(yè)務(wù)混合承載等一些新問題。2009年10月，在ITU-T SG15全會上，ITU-T G.709v3版本正式通過審查，這標(biāo)志著新一代OTN技術(shù)的成熟。在G.709v3標(biāo)準(zhǔn)中，引入了ODU0、ODU2e、ODU4、ODUflex和GMP等概念，擴(kuò)展了OTN客戶信號的范疇，較之傳統(tǒng)OTN技術(shù)，新一代OTN技術(shù)具備了將來業(yè)務(wù)的承載能力。圖2示出了在ITU-T G.709v3標(biāo)準(zhǔn)中定義的新一代OTN信號復(fù)用的結(jié)構(gòu)流程。

圖2 G.709v3版本中定義的新一代OTN信號復(fù)用結(jié)構(gòu)

2 OTN設(shè)備形態(tài)分析

隨著OTN標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善和成熟，各大設(shè)備廠商也紛紛推出了基于不同交叉能力、交叉容量的OTN設(shè)備，總體來說，目前，OTN設(shè)備形態(tài)可以分為OTN終端復(fù)用設(shè)備（OTM）和OTN交叉連接設(shè)備。圖3示出了OTN終端復(fù)用設(shè)備的功能參考模型。

OTM可以簡單理解成基于OTN架構(gòu)的WDM傳輸設(shè)備，其幀結(jié)構(gòu)和客戶側(cè)信號復(fù)用路徑遵循G.709的OTN技術(shù)規(guī)范，支持各種不同速率、不同粒度的業(yè)務(wù)傳送，在線路側(cè)，OTM設(shè)備可支持各種OTN接口。

圖3 OTN終端復(fù)用設(shè)備系統(tǒng)功能參考模型

由于在ITU-T所定義的OTN體系結(jié)構(gòu)中，包含了光層和電層。與OTM設(shè)備相比，OTN交叉連接設(shè)備最大的特點(diǎn)就是在電層和光層增加了交叉模塊，用于實(shí)現(xiàn)電信號和光信號的交叉功能。從廣義層面上講，OTN交叉連接設(shè)備包括純電層OTN交叉連接設(shè)備、純光層OTN交叉連接設(shè)備和光電混合一體OTN交叉連接設(shè)備等3個子類型。但是，純光層交叉連接設(shè)備基本上可以看作是ROADM設(shè)備的一個子集，圖4示出了純光層交叉連接設(shè)備的系統(tǒng)功能參考模型。

圖4 OTN光交叉設(shè)備系統(tǒng)功能參考

目前，國內(nèi)運(yùn)營商在城域?qū)用娴慕ňW(wǎng)，仍然以O(shè)TN電交叉設(shè)備為主。但隨著城域網(wǎng)所傳送業(yè)務(wù)的粒度越來越大，現(xiàn)有的OTN電交叉組網(wǎng)由于引入了過多的光電轉(zhuǎn)換單元，網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)成本較高。因此，OTN光交叉組網(wǎng)被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為是未來網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的發(fā)展方向。

3 OTN光交叉技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式

在OTN技術(shù)領(lǐng)域，目前業(yè)內(nèi)較為流行的3種光交叉實(shí)現(xiàn)技術(shù)分別為波長阻斷型光交叉（WB）、平面光波導(dǎo)電路型光交叉（PLC）和波長選擇型光交叉（WSS）。這3種光交叉技術(shù)根據(jù)其實(shí)現(xiàn)原理和實(shí)現(xiàn)成本不同，各有相應(yīng)的應(yīng)用場景。

3.1 波長阻斷型

所謂波長阻斷型，是以任意順序，在同一時間對任意數(shù)目的波長進(jìn)行衰減或者阻斷。其特性在于它可以獨(dú)立且并行地處理每一個波長，因此對某一波長進(jìn)行操作不會影響其他的波長。由于該器件支持遠(yuǎn)程控制并且能實(shí)現(xiàn)完全重新配置，因此可以完成以下功能。

a）將輸入的復(fù)用信號導(dǎo)向相應(yīng)的輸出端，除了插入損耗外沒有任何改變。

b）阻斷任意波長信道或信道組合，然后將剩余的復(fù)用信號導(dǎo)向相應(yīng)的輸出端口。

c）衰減任意波長信道或信道組合，或?qū)π诺肋M(jìn)行均衡，然后將剩余的復(fù)用信號導(dǎo)向相應(yīng)的輸出端口。

WB的優(yōu)勢在于其成熟度較高，成本稍低，但它只能完成穿通方向的波長可重構(gòu)，沒有本地上下路波長能力，因此往往需要和其他功能單元配合才能完成本地波長上下路和穿通波長資源的配置，集成度偏低，綜合能力適中。

3.2 平面光波導(dǎo)電路型

平面光波導(dǎo)電路是一種基于硅工藝的集成電路，可以集成多種器件，如光柵、分路器、光開關(guān)等。它通過集成的陣列光波導(dǎo)（AWG）實(shí)現(xiàn)波長復(fù)用、解復(fù)用功能，集成的光開關(guān)可以直接實(shí)現(xiàn)波長的直通、上下路功能，可變光衰耗器實(shí)現(xiàn)每通道的光功率動態(tài)均衡。

基于PLC的光交叉上下路均是彩色光，這意味著只有預(yù)定義的彩色波長可以在每個端口上下，并可配合可調(diào)濾波器和可調(diào)激光器使用。由于PLC的集成特性，使其成為低成本的ROADM解決方案之一。

在集成度上，PLC相對WB而言要高，并且因?yàn)樗下泛痛┩芍貥?gòu)功能集成在一起，可以規(guī)避波長沖突出現(xiàn)的可能性。

3.3 波長選擇開關(guān)型

波長選擇開關(guān)是近年來發(fā)展迅速的ROADM子系統(tǒng)技術(shù)，WSS基于MEMS光學(xué)平臺，具有頻帶寬、色散低，并且同時支持10/40 Gbit/s光信號的特點(diǎn)和與波長無關(guān)的特性。WSS采用自由空間光交換技術(shù)，上下路波數(shù)少，但可以支持更高的維度，集成的部件較多，控制復(fù)雜。目前，雖然成本與PLC和WB相比較高，但大部分基于WSS的光交叉可以實(shí)現(xiàn)基于8個維度光方向交叉。

如表1所示，3種光交叉連接方式各有特點(diǎn)，至于采用何種技術(shù)，主要根據(jù)應(yīng)用場景而定，如果僅僅需要2個維度的光交叉，那么WB和PLC可以充分利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)的影響最小，易于實(shí)現(xiàn)從FOADM到二維ROADM的升級，具有極高的成本效益。而基于WSS的ROADM，可以在所有方向提供波長粒度的信道，遠(yuǎn)程可重配置所有直通端口和上下端口，適宜于實(shí)現(xiàn)多方向的環(huán)間互聯(lián)和構(gòu)建Mesh網(wǎng)絡(luò)。

4 OTN光交叉組網(wǎng)模型

在OTN出現(xiàn)之初，考慮到成本因素，WB和PLC是OTN設(shè)備廠商所選擇的光交叉技術(shù)，但隨著近幾年OTN產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，越來越多的國外運(yùn)營商，尤其是歐洲運(yùn)營商，選擇光交叉OTN作為其城域網(wǎng)或者干線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的首選技術(shù)，這就在一定程度上降低了WSS光交叉器件的成本。目前，大部分廠家OTN設(shè)備均已在其OTN設(shè)備中的光交叉單板中集成了WSS器件，因此，WSS已經(jīng)成為目前主流的光交叉技術(shù)。

在本章節(jié)中，結(jié)合運(yùn)營商實(shí)際建網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)和成本因素，提出了3種OTN組網(wǎng)策略模型，即全交叉WSS組網(wǎng)模型、全交叉WSS合波光模塊+FOADM分波光模塊和全交叉WSS分波光模塊+FOADM合波光模塊（WSS-D+FOADM-M）。

4.1 全交叉WSS組網(wǎng)模型

在這種組網(wǎng)模型中，全部采用WSS光器件進(jìn)行波長的上下路，因此，該組網(wǎng)模型可以在不同方向之間實(shí)現(xiàn)任意波長的無阻塞交叉連接，上下業(yè)務(wù)側(cè)交叉連接的實(shí)施也不需要對已經(jīng)連接的光纖進(jìn)行人工調(diào)整。采用該模型最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)任意波長的任意調(diào)度，但需要大量的WSS光交叉模塊。

現(xiàn)階段，由于光器件技術(shù)的限制，每一個WSS光交叉模塊最多可以提供8個調(diào)度口和1個直通口，圖5組織了一個四維的光交叉連接節(jié)點(diǎn)，圖5中，WSS-D代表基于WSS光交叉技術(shù)的合波單板，WSS-M則代表基于WSS技術(shù)的分波單板。每個WSS-M均可以與其他方向的WSS-D通過跳纖相連，如果需要更多的交叉連接方向，可以通過擴(kuò)容相應(yīng)單板的方式來實(shí)現(xiàn)，此外，考慮到光性能的管理，在每一個光方向上，可以配置若干個光放大器單板來實(shí)現(xiàn)信號的放大功能。

表1 3種OTN光交叉技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式的比較

圖5 全交叉WSS組網(wǎng)模型

由于WSS光交叉模塊最大能支持9個光接口，因此用WSS器件進(jìn)行業(yè)務(wù)光交叉調(diào)度時，每個WSS光交叉模塊只能上下8個波長，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際需求超出8個波長時，就需要WSS器件進(jìn)行級聯(lián)。

這種組網(wǎng)模型由于需要大量WSS光交叉模塊，因此，建網(wǎng)成本較高，而且在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時，無法對端到端光通道進(jìn)行有效的性能監(jiān)測，基于這兩點(diǎn)，本文還提出了另外2種光交叉組網(wǎng)模型。

4.2 全交叉WSS合波光模塊+FOADM分波光模塊

考慮到固定波長上下路光模塊成本較低，因此在對光交叉需求并不十分迫切的網(wǎng)絡(luò)中，可以考慮引入固定波長交換器件，以降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本，提高網(wǎng)絡(luò)的整體經(jīng)濟(jì)性。

這種組網(wǎng)模型就是在波長分波部分引入固定波長交換光模塊，稱之為FOADM-D，而在合波部分，仍然有那種基于WSS光器件的全交叉光模塊 （WSS-M），這種組網(wǎng)模型在節(jié)省WSS模塊的前提下，可以實(shí)現(xiàn)任意波長的無阻塞交叉連接，所有波長交叉連接調(diào)度不需要通過控制平面來完成。

如圖6所示，每一個基于WSS光交叉模塊的合波單板可以提供8個調(diào)度端口和1個直通端口，而基于FOADM光模塊的分波單板（FOADM-D）則可以提供八方向端口。每個合波單板和固定分波單板與其他方向單板通過跳纖進(jìn)行連接，如果需要更多交叉連接的方向，則可以通過擴(kuò)容單板規(guī)模來實(shí)現(xiàn)。同樣，為了實(shí)現(xiàn)對于光信號性能的管理，每個光方向還需要配置若干塊光放單板，以實(shí)現(xiàn)對信號的放大功能。

4.3 全交叉WSS分波光模塊+FOADM合波光模塊

圖6 全交叉WSS合波光模塊+FOADM分波光模塊

如圖7所示，該組網(wǎng)模型與全交叉WSS合波光模塊+FOADM分波光模塊組網(wǎng)模型類似，但采用基于WSS光交叉模塊的分波單板，以及基于FOADM光模塊的固定合波單板，所實(shí)現(xiàn)的功能完全相同。

圖7 全交叉WSS分波光模塊+FOADM合波光模塊

5 結(jié)束語

本文從對基于40 Gbit/s OTN設(shè)備形態(tài)進(jìn)行了分析，并著重研究了OTN光交叉技術(shù)，提出了3種OTN光交叉組網(wǎng)方案，分別為全交叉WSS組網(wǎng)模型、全交叉WSS合波光模塊+FOADM分波光模塊組網(wǎng)模型以及全交叉WSS分波光模塊+FOADM合波光模塊組網(wǎng)模型，并對其進(jìn)行了功能分析。