浅谈POTN以及其应用需求、关键技术的探讨

浅谈POTN以及其应用需求、关键技术的探讨

唐慧敏

中国移动通信集团广东有限公司广州分公司510000

摘要：POTN是集成OTN、TDM和分组技术于一身的统一传送技术。本文章通过介绍POTN的应用需求和其重点的技术的浅析。

关键词：POTN；应用；技术；分析

1POTN的主要功能特征

（1）PTN和OTN联合组网。为了解决分组业务的高容量负载、组网保护、统一网管及时间同步传递等问题，PTN和OTN需要在城域网核心层、汇聚层融合组网，并以此实现提升传送网络管理效率、减少设备所占空间、降低设备总功耗、节约运营商网络硬件设施成本等功能。

（2）提供高品质与高效率的专线业务承载，完全支持点到点和环网保护，并提升网络安全性。通过高效灵活的承载xPON和LTE回传，不仅兼容了STM-N专线业务所需的特定节点SDH/ODUK处理功能，而且实现了基于40G/100G的WDM/DWDM大容量传输，并支持OUT和以太网接口，支持具有OUT接口的MPLS-TP/Ethernet线路卡，实现POTN与PTN/Ethernet网络互联E-Lan业务。在没有具体的用户信息和地址的情况下，也可以提供Ethernet点到点传送通道。

（3）在城域网的关键汇聚层实现线路高速率和大容量OTN组网，为以太网业务提供更低延和更高QOS保障。高效的回传方式为日益增多的以太网专线和专网业务提供电信级的传送和汇聚功能，为政府、企业、金融等集团客户提供安全的物理隔离，并且保证网络的带宽和低时延等服务品质。

（4）提高IP和OTN联合组网的荷载能力。当前，移动数据网、以太网等数据业务快速发展导致IP流量高负荷增长。通过对干网流量监控分析，发现IP核心路由器间存在的大量中转业务数据是提高核心路由器的容量、数据处理压力、复杂度及功耗的重要因素，极大影响了网络容量及数据传输效率。通过POTN的L1或L2层对中转流量的业务分流，实现对IP和OTN网络的联合路由规划和优化，从而解决核心路由器间1000G高速互联网络传动的带宽和可靠性，并实现降低网络综合成本，提高联合组网的荷载及数据处理、传输效率的目标。

（5）调配分组和TDM业务的交换容量，可在不同的应用和网络部署条件下减少或增加分组、TDM等功能。方便地实现ODUK、VC4和分组混合调度。支持L2交换（Ethernet/MPLS-TP/MPLS）在特定节点的Added和Dropped支持L2/L3VPN；完全支持点到点和环网保护，可支持共享Mesh保护；采用OTN结构化的复用方式实现MPLS-TP/Ethernet管道和电路传输管道的融合传输，支持MPLS-TP/Ethernet到ODUflex的映射；完全支持OTN的单级映射，可支持多级复用；支持ODU0-4/ODU2e/ODUflex信号类型；ODUK经过POTN节点的统一分组交换后，完全从分组中恢复出ODUK。

（6）完全支持Ll交换（OTN/SDH）；完全支持在特定节点的SDH/ODUK业务的Added和Dropped；完全支持WDM/DWDM大容量传输（40G/l00G）；支持ROADM/WsoN，支持在特定节点的波长Added和Dropped；线路侧完全支持OUT和以太网接口，以太网接口可用POTN与PTN/Ethernet网络互联；支持具有OUT接口的MPLS-TP/Ethernet线路卡。

（7）支持IP/MPLS客户信号到MPLS-TP的封装映射方式，采用Overlay模式，即将IP/MPLS视为一个以太网业务进行映射；对P路由器Bypass的POTN解决方案通过VLAN区分分组流量；支持通过MPLSLabel区分Bypass流量；支持三级时钟服务；支持电路接口的native电路传送方式。

（8）完全支持GMPLS统一控制平面及PWE3控制平面；支持通过GMPLS来控制PW层。POTN节点应支持IP/MPLS/MPLS-TE和GMPLS双协议栈，前者用来控制MPLS-TP的LSP和PW层，后者用来控制ODUK、OCH或PBB-TE。支持POTN网络的统一管理，统一网管应支持分离的分组和TDM网络视图。

2POTN的应用需求分析

POTN的组网方式可减少传送设备、降低组网成本、便于网络运营和维护，并能够集成WDM/ROADM光层、SDH/OTN层和分组传送层等的优良特性。当前世界各地多家网络通讯运营商，如中国移动、意大利电信、韩国电信SKT等的都部署了规模较大的PTN网络。随着视频业务等IP流量的不断增长以及移动互联网业务的迅猛发展，管道带宽需求带来的城域汇聚和核心带宽压力也将进一步大幅增加。为了解决未来这一情况，运营商可基于现有的PTN网络进行升级，通过在现有PTN设备上增加DWDM接口的方式，来提供大容量（如40G/100G）、远距离（如100km）波长的传输业务。此外，可通过在PTN分组交换平面基础上增加ODUk交换平面的方式降低调度能耗；在业务流量无需落地处通过ODUk进行调度；在业务流量需要落地处进行分组与ODUk之间的汇聚或分流。网络流量的增长对POTN的光层功能也提出了更高的需求，为了提升城域汇聚层的传输距离和管道容量，一般采用引入OTN和DWDM接口来实现，同时利用ODUk交换功能来辅助城域核心层的分组流量调度。如果已部署的PTN设备是基于统一分组交换平台，可通过增加OTN、POTN线卡或者分组与OTN的转换卡等措施来升级现有网络。对于采用非统一分组交换平台架构的设备，可以通过PTN与OTN设备的堆叠方式来实现，或者在现有PTN设备上集成OTN线卡，这些线卡提供分组到ODUk容器的汇聚并承载到波长，但无法同时提供ODUk调度平面。

3POTN的关键技术

POTN不仅在一套设备中实现了以往PTN和OTN两套设备的功能，而且将PTN、OTN进行深度有机融合，并在网络层次、承载效率、网络保护等方面进行了显著优化。因此，POTN是结合实际应用场景、在PTN和OTN基础上进行全面优化的革新设备，其革新覆盖了转发平面、光层、映射路径、OAM与保护等设备的主要功能和技术。

3.1统一信元交换技术和混合线卡技术

PTN设备以分组交换为核心，不具备大颗粒ODUk调度能力；OTN设备一般通过TDM电路交换技术实现ODUk调度，因此不具备分组交换能力。POTN设备采用统一信元交换技术，使PTN和OTN在交换层面达成真正融合。统一信元交换技术可实现业务无关的无阻塞调度，分组业务和OTN子波长业务共享同一个交换矩阵，并且在任意调整分组和TDM业务比例的情况下，设备总的交换能力不变。由此，POTN设备采用新的统一信元交换技术，既具备小颗粒分组业务交换能力，又具备大颗粒ODUk业务的交换能力，能够实现大颗粒、小颗粒业务的统一承载。图2示出的是统一信元交叉架构。

另一方面，如果仅是简单叠加PTN和OTN设备，同样面临大量设备内跳纤、需配置多块OTU单板、业务延时加大等问题，因此，POTN设备还需要在数据转发平面进行技术创新。POTN设备在线路侧通过混合线卡完成分组业务与OTN子波长业务的统一承载，客户侧传送的PTN分组和OTN子波长业务均可以任意比例交换到线路侧的混合线卡，减少了大量的OTU线卡。混合线卡可提供灵活的刚性+柔性管道，实现对于分组及CBR业务的统一承载，在多业务承载能力、业务隔离及安全性、业务调度便利性等各方面具有优势。

3.2光层PIC技术

传统波分包括合分波单板、ROADM单板、放大板等光层单板，设备系统较复杂；而网络的规划、运维更为复杂，要综合考虑色散补偿、OSNR、光功率均衡等诸多因素，规划不合理还会出现波长阻塞等问题。在设计POTN设备之初，POTN设备的主要目标应用场景为城域汇聚接入层。城域汇聚接入层有如下3个特点。

a）一般距离在80km之内，对波长调度需求不明显。

b）涉及产品数量多，而实际网络中维护人员对波分维护经验相对欠缺。

c）汇聚机房空间、供电等资源紧张。

考虑到以上因素，POTN的波分功能需要集成化，降低设备成本，并且提升设备集成度，因此需要采用先进的光层集成技术代替原来OTN设备中复杂的光层单板。

目前成熟商用的PIC可以提供10×10G带宽，通过波带合分波可以进一步提升线路侧的带宽m×10×10G（m为合分波带的PIC个数）。近期，8×25G和4×100GPIC技术将会逐步商用，将为POTN提供更丰富的PIC选择。

PIC技术可满足大带宽传送需求。如采用10×10G的PIC技术，当承载的业务速率高于10G的接口速率，可采用物理层聚合方式来承载；对于OTU3可按照标准OTL3.4接口，将40G信号采用4个10G波长来承载；如果业务容量达到100G，也可以将10个通道捆绑使用，即OTU4反向复用到OTL4.10接口。

3.3POTN分组业务到ODUk映射路径的优化

对于POTN，存在PTN分组业务到OTN子波长业务映射的情况，需要研究如果进行封装和映射，优化封装的效率。

OTN中的封装一般采用通用成帧规程（GFP），这是一种通用映射技术，它可将变长或定长的数据分组，进行统一的适配处理，实现数据业务在多种高速物理传输通道中的传输。GFP可分为透明映射的GFP（GFP-T）和帧映射的GFP（GFP-F）。GFP-T是一种面向块状码的数据流模式，用作传输光纤通道等的数据流。GFP-F是一种面向PDU的数据流模式，用作传输IP协议、MPLS和以太网的数据流。PTN分组业务经过POTN设备，采用OTN传送可以采用以下2种方式。

方式一，将分组业务先封装为以太网业务，再进行GFP封装，映射到ODUk，即业务—MPLS-TP—Eth—GFP封装—ODUk。

方式二，直接将带有MPLS-TP包头的分组业务进行GFP封装，映射到ODUk，即业务—MPLS-TP—GFP封装—ODUk。

3.4多层网络的OAM机制

在POTN的层次化OAM中，相邻层之间（即OTN和分组）属于客户服务模型，一般通过AIS和CSF实现告警联动。OAM处理机制通常由服务层触发相邻客户层，但告警性能繁殖也可以跨层使用。比如在PE节点，可以直接根据LOS告警触发PW层的保护倒换，不需要逐级进行告警检测；在LSP的P节点，根据ODU层的BIP性能检测，触发LSP的FEI报文发送；在LSP的PE节点，根据FEI报文统计出LSP误码状况，触发LSP的SD倒换。

3.5多层网络保护之间的协调机制

基于MPLS-TP的PTN设备具有LSP/PW线性保护、PTN共享环保护、双归保护等功能，而OTN设备具有ODU线性保护、ODUk共享环保护等功能。传统PTN和OTN组网应用时，就需要考虑PTN保护与OTN保护协调配合。POTN设备作为2种设备的深度融合，同样存在多层网络保护的协调需求。在考虑多层保护的协调时，应重点考虑3个因素：保证用户业务的端到端保护、具备抗多点失效能力、带宽使用最小化。对于用户业务的端到端保护，主要由PTN的保护来实现；对于抗多点失效和减少带宽浪费，主要由OTN层面的保护实现。

传统PTN和OTN组网时，主要通过设置拖延时间（HoldoffTimer）完成两层网络保护机制的协调。POTN可实现避免配置Holdoff时间，从而进一步缩短层间保护协调的业务受损时间。可对分组业务和OTN业务分开保护，若客户业务是分组业务，归并至MPLS-TP，只起分组层面的保护；若业务是TDM或者满负荷的PON上联业务或者nativeOTN接口业务，只起OTN层保护。

4总结

随着城域汇聚和核心带宽压力的进一步大幅增加，各大网络运营公司都已开展了POTN技术的测试验证及应用探寻以及其具有十分广阔的应用前景。

参考文献：

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