《電子技術(shù)應(yīng)用》
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在OTN中傳輸Sub-ODU1 速率信號
通訊世界
Steve Gorshe,PMC-Sierra首席工程師
摘要: 電信級網(wǎng)絡(luò)正從以TDM為中心的傳輸結(jié)構(gòu)向一種可簡化傳輸網(wǎng)絡(luò)且越來越多地依賴于分組交換技術(shù)的結(jié)構(gòu)方向轉(zhuǎn)變。從長期看,SONET/SDH作為現(xiàn)有電信級城域與核心骨干網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ), 其傳輸和交換層的地位將會被取代,電信運營商以此大幅降低運營成本。OTN可提供一種比SONET/SDH更簡單的傳輸協(xié)議,不僅專門針對傳輸應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化,而且不會像SONET/SDH一樣受困于客戶端信號傳輸速率低至1.5或2 Mbit/s的高強度配置的交換層功能。
Abstract:
Key words :

   電信級網(wǎng)絡(luò)正從以TDM為中心的傳輸結(jié)構(gòu)向一種可簡化傳輸網(wǎng)絡(luò)且越來越多地依賴于分組交換技術(shù)的結(jié)構(gòu)方向轉(zhuǎn)變。從長期看,SONET/SDH作為現(xiàn)有電信級城域與核心骨干網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ), 其傳輸和交換層的地位將會被取代,電信運營商以此大幅降低運營成本。OTN可提供一種比SONET/SDH更簡單的傳輸協(xié)議,不僅專門針對傳輸應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化,而且不會像SONET/SDH一樣受困于客戶端信號傳輸速率低至1.5或2 Mbit/s的高強度配置的交換層功能。
    OTN 最初旨在支持基礎(chǔ)ODU1信號中速率在2.488 Gbit/s(STS-48/STM-160)之上的SONET/SDH
 信號,因此,較高速率OTN的支路槽(時隙)粒度約為 2.5 Gbit/s。盡管這種粒度大幅簡化了傳輸網(wǎng)絡(luò)的許多方面,但對傳輸一些速率顯著低于2.488Gbit/s的重要客戶端信號而言,效率還是極低的。OTN需要一種更高效的方法來透傳上述速率較低的sub-ODU1信號,這樣才能作為一種傳輸技術(shù)取代 SONET/SDH 。
    在下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)中極為重要的sub-ODU1速率的客戶端信號包括:

             傳統(tǒng)信號——特別是 SONET STS-3 和 STS-12(SDH STM-1 與 STM-4)
             本機(jī)數(shù)據(jù)信號——特別是每秒千兆位以太網(wǎng) (GE) 以及諸如光纖通道與ESCON的存儲區(qū)域網(wǎng) (SAN) 信號
             本機(jī)視頻信號——如 HD-SDI
             未指定的未來 CBR 信號
             Sub-ODU1 速率客戶端信號的透傳選擇
             ITU-T SG15 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)就sub-ODU1 速率客戶端信號透傳的三種方法進(jìn)行了漫長的討論:
             保持OTN分層不變,但針對點對點應(yīng)用采用 sub-ODU1速率的多路復(fù)用。
             改變OTN分層,在ODU1信號范圍內(nèi)針對sub-ODU1速率的容器在 OTN 上采用全新的獨立交換層。
            擴(kuò)展OTN分層,在現(xiàn)有分層中采用最新較低速率的ODU信號(ODU0)。
     2008年12月,ITU-T最終采用了第三種方法作為長期的解決方案??紤]到ODU0近期的標(biāo)準(zhǔn)化,在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中使用ODU0以及外購市場的硅晶圓供應(yīng)商提供ODU0映射及交換器,都尚需時日。因此,ODU0的部署將需要幾年的過渡時期。該過渡期的第一階段是只將ODU0多路復(fù)用至ODU1,交換則在ODU1 層進(jìn)行。
      盡管第二種方法存在一些小范圍的實施,但其仍有無法忽視的缺點而最終不獲ITU接納。第一種方法仍是一種可行且重要的選擇,適用于每端都采用同一制造商設(shè)備的“同端(book-ended)”系統(tǒng)。
      目前 OTN 架構(gòu)中支持點對點多路復(fù)用的Sub-ODU1速率信道 Sub-ODU1多路復(fù)用的一個重要應(yīng)用是為企業(yè)客戶連接客戶端設(shè)備(CLE)。目前,這種光互連通常使用SONET/SDH,其需要在CLE和/或CPE中實現(xiàn)全面的SONET/SDH功能。為客戶部署OTN接口后,便無需CLE和/或CPE支持SONET/SDH了。
      Sub-ODU1多路復(fù)用的另一個重要應(yīng)用是在接入和城域網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)有效的物理層匯聚。今后幾年里,會有來自傳統(tǒng)電信運營商接入設(shè)備和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)接口的SONET/SDH信號。與其維持一個完整的SONET/SDH接入網(wǎng)絡(luò),倒不如通過OTN來透傳這些信號以大幅簡化網(wǎng)絡(luò)。匯聚和多路復(fù)用對于帶寬效率的提高具有非常重要的作用,通常物理層匯聚的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于更高層的匯聚。鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層匯聚最好在網(wǎng)絡(luò)更深處進(jìn)行,以便實現(xiàn)更好的統(tǒng)計多路復(fù)用(Statistical Multiplexing)效果。隨著GE信號開始逐步取代SONET/SDH用于企業(yè)客戶連接以及寬帶接入系統(tǒng)和無線基站的連接,sub-ODU1多路復(fù)用的技術(shù)對GE的有效支持同樣非常重要。
       由于上述應(yīng)用均在一個電信運營商網(wǎng)絡(luò)之內(nèi),且不會跨越電信運營商間的邊界,因此在連接兩端都使用相同廠商設(shè)備的“同端(book-ended)”解決方案是可行的。因此,也就無需對這種方法加以標(biāo)準(zhǔn)化。針對物理層接入網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)客戶匯聚的OTN網(wǎng)絡(luò)通常采用無需插/分功能的點對點或樹形結(jié)構(gòu)。
      Sub-ODU1客戶端支持的分階段模式
      傳統(tǒng)交換設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的局限性導(dǎo)致其短期內(nèi)難以支持ODU0。因此,分三階段的演進(jìn)是最可行的,以配合設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的預(yù)期演進(jìn):
      采用sub-ODU1時隙和/或通用成幀規(guī)程(GFP)多路復(fù)用的方法來部署同端系統(tǒng)(book-ended
systems)。
      采用只將 ODU0 信號多路復(fù)用至 ODU1 信號來部署 ODU0。
      轉(zhuǎn)向在整個OTN上充分采用ODU0多路復(fù)用和交換功能。
      第一階段滿足了接入網(wǎng)絡(luò)中短期的融合要求,甚至能與第二和第三階段重疊存在。只要還存在用于接入網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)連接的大量傳統(tǒng)SONET/SDH 接口,這種方法就有其存在價值。
      第二階段作為最終發(fā)展至第三階段的一個過渡會存在很多年。
      PMC-Sierra對Sub-ODU1客戶端信號傳輸?shù)闹С諴MC-Sierra 的 HyPHY 器件有兩種方法用于點對點傳輸sub-ODU1 客戶端信號:
      用于SONET/SDH客戶端可實現(xiàn)TDM多路復(fù)用的時隙結(jié)構(gòu),和用于任意速率 CBR 和數(shù)據(jù)包客戶端的 GFP 幀多路復(fù)用。
     支路時隙技術(shù)
     該方法是對OTN ODTUjk機(jī)制的簡單擴(kuò)展,用于將ODUj信號多路復(fù)用至ODUk信號。其主要優(yōu)勢在于帶寬效率高、簡單易用而且與OTN ODTUjk多路復(fù)用相一致。
     GFP 幀多路復(fù)用技術(shù)
      ITU-T Rec. G.7041中制定的GFP包括了可選的 GFP 幀線性擴(kuò)展頭(Linear Extension Header),可在一個點對點鏈接上支持多個GFP幀流的多路復(fù)用。每個客戶端流都用擴(kuò)展頭中的信道ID號加以識別。PMC-Sierra的HyPHY-20G利用這種GFP功能來支持任何sub-ODU1速率CBR客戶端(包括SONET/SDH 客戶端)的映射和多路復(fù)用,或者以分組為導(dǎo)向的客戶端信號。這種技術(shù)的主要優(yōu)勢在于,它能處理任意CBR速率和分組客戶端,但其缺點在于GFP幀開銷可導(dǎo)致映射效率有所降低。
     我們可通過使用類似于ITU-T G.984.3 GPON支持CBR信號的技術(shù),實現(xiàn)以GFP多路復(fù)用支持CBR信號。保持每個客戶端的GFP幀長度大致相等,有助于減少抖動。為實現(xiàn)上述目的,每個OPU1 幀期間抵達(dá)的CBR客戶端字節(jié)數(shù)量應(yīng)為GFP 幀平均大小的適合整數(shù)倍。
    由于GFP幀多路復(fù)用類似于分組多路復(fù)用,因此我們需要采用其他方法來確保高質(zhì)量的漂移性能。HyPHY產(chǎn)品可通過測量到達(dá)客戶端信號的平均速率來解決這一問題。然后控制GFP幀的大小以匹配該平均速率。平均化的過程確保滿足客戶端信號的漂移要求。
    處理分組客戶端有兩種方法。如果分組客戶端需要字符級的GFP-T透明,那么所產(chǎn)生的GFP-T流則映射為CBR客戶端。如果分組客戶端可作為分組流傳輸,則每個分組數(shù)據(jù)包都將封裝在一個GFP-F幀中。這些GFP幀將以公平機(jī)制通過GFP幀多路復(fù)用插入到OPU1有效載荷。
     值得注意的是我們既能夠?qū)⒄麄€OPU1用于GFP幀,也可以在部分時隙正用于支路時隙多路復(fù)用技術(shù)的情況下將其他部分的時隙用于GFP。GFP多路復(fù)用還可應(yīng)用于特定的時隙。

                  圖 1——結(jié)合支路時隙和 GFP 幀多路復(fù)用的潛在時隙使用情況

      結(jié)論
         OTN有望實現(xiàn)一種簡化的透傳網(wǎng)絡(luò),最終在物理層取代SONET/SDH。為了實現(xiàn)這一目標(biāo),OTN 必須能夠傳輸一系列具有sub-ODU1速率的重要傳統(tǒng)客戶端信號,包括GE和SONET/SDH以及新興客戶端信號,如視頻信號。長期來看,新型1.244 Gbit/s ODU0信號有望支持所有sub-ODU0速率客戶端,不過,支持交換式 ODU0 的技術(shù)還需要一定的時間。點對點多路復(fù)用解決方案將繼續(xù)在接入應(yīng)用中針對物理層融合長期發(fā)揮作用。由于其點對點特性,我們可通過在連接的兩端均采用相同廠商的設(shè)備來方便地端接這些應(yīng)用。PMC-Sierra 的HyPHY器件是獨一無二的解決方案,可同時支持 :(1)點對點sub- ODU1
速率客戶端映射與多路復(fù)用至 OTN ,以及(2)大容量 SONET/SDH VCAT 和 STS-n 交換。
PMC-Sierra  HyPHY產(chǎn)品系列支持的sub-ODU1映射/多路復(fù)用技術(shù)可在低復(fù)雜性、高靈活度和卓越性能之間做適當(dāng)平衡。HyPHY 為城域網(wǎng)設(shè)備提供了最高靈活性,同時亦有助推動用于sub- ODU1 速率客戶端匯聚和交換的 ODU0 網(wǎng)絡(luò)部署。
     作者簡介
         Steve Gorshe 博士現(xiàn)任 PMC-Sierra CTO 部門的首席工程師,負(fù)責(zé)管理有關(guān)光傳輸及接入系統(tǒng)。
         Steve 目前是 IEEE 會士,于 2000 年加盟PMC-Sierra,并對通信系統(tǒng)和IC擁有26年的豐富經(jīng)驗。此前,他曾擔(dān)任NEC eLuminant  Technologies的首席架構(gòu)師。Steve 現(xiàn)任IEEE 通信協(xié)會雜志總監(jiān)及IEEE 
通信雜志的副總編,以往曾是該雜志寬帶接入系列的協(xié)同編輯。此外,他還在ATIS OPTXS (前T1X1) 
委員會擔(dān)任多項標(biāo)準(zhǔn)的主編和技術(shù)編輯,負(fù)責(zé)ANSI傳輸網(wǎng)絡(luò)接口的標(biāo)準(zhǔn),包括SONET。Steve還擔(dān)任多個 ITU-T 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)編輯職務(wù),其中包括 G.7041(通用成幀規(guī)程,GFP)、G.8011.1(以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù))和G.Sup43 (在OTN中的IEEE 10G Base-R 傳輸)。Steve 還憑借其在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作方面的突出表現(xiàn)贏得了Committee T1 Alvin Lai 杰出成就獎及ATIS 杰出貢獻(xiàn)獎。他不僅擁有已注冊或正在申請的 32 項專利,而且還發(fā)表過逾 24 篇論文,并與他人合著了一本通信教科書及書中的兩個額外單元。Steve擁有美國奧勒岡州立大學(xué)的電機(jī)工程學(xué)博士和碩士學(xué)位以及美國愛達(dá)荷大學(xué)的電機(jī)工程學(xué)士學(xué)位。
                  
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