OTN入门介绍和原理

张杰北京邮电大学信息光子学与光通信研究院北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室010-62282139;[e-mail]2011.5.23OTN技术原理及相关标准-2-提纲光纤通信演进及趋势1DWDM和OTN的对比2OTN技术原理与特点3OTN国内外标准与规范4历史•光电报•光电话•光纤通信-4-接收光源传输早期的视觉光通信“Troyisdead！”从“烽火戏诸侯”到“特洛伊之战”……-5-ClaudeChappe的“光电报”欧洲最早的通信网络(1793-1852年)-6-AlexanderGrahamBell的“光电话”发送器接收器米电池光源听筒话筒光束带狭缝的活动和固定板焦点处配备硒接收装置的反射镜接收器发射器光电话系统工作原理光电话系统实验装置1880年6月3日，继发明电话后4年贝尔实验了人类历史上的第一个光电话(LightTelephone)通信系统……(1847-1922)Bell和他的光电话-7-光纤通信十九世纪人们就已经掌握了内反射现象的基本原理（JohnTyndall,1870）早期即使带包层的光纤损耗也可达1000dB/km左右（1960）工艺改进使接近理论极限的低损耗光纤成为可能（约1979）内反射现象水从容器中流出光由表面反射光线逐渐泄漏-8-激光光源特点激射的一般条件：激励物质泵浦源谐振腔普通光激光单色性好相干性好汇聚性好发散角小方向性强亮度集中非相干光，谱线很宽空间发散，方向性差难以汇聚，强度不高粒子数反转分布光信号正反馈与频率选择-9-伽马射线X-射线紫外光可见光红外光无线电波波长（nm）10-41102104106108101010-21012光纤的电磁波谱O-band(1260-1360nm)E-band(1360-1460nm)S-band(1460-1530nm)C-band(1530-1565nm)L-band(1565-1625nm)U-band(1625-1675nm)紫外区可见光近红外区红外区40060080010001200140016001800第一损耗窗第二损耗窗第三损耗窗波长（nm）第五损耗窗第四损耗窗-10-光纤通信系统组成强度调制-直接检测(IM-DD)光纤数字通信系统组成框图信道(传输媒质)TxTZAmpAmpDQCI时钟提取判决电路CDR光缆驱动电路Rx光发射端机光接收端机发光二极管或激光器光电检测器电数据信号电数据信号现状•水平与趋势•需求与挑战•现状与问题-12-当前我国网络的总体水平2009/122010/12移动电话用户数7.47亿8.59亿国定电话用户数3.14亿2.94亿网民总人数3.84亿4.57亿互联网国际出口带宽866,367Mbps1,098,957Mbps通信光缆长度826.7万公里995万公里Source:MIIT;CNNIC-13-新业务对接入带宽的要求下行上行60K120K256K512K512K15M8M4M3M2.5M2M1.5M1M30M20MVoIPH.264/AVS标清MPEG4标清高清视频通信/游戏普通上网高速上网3~5年总接入带宽预计远期总接入带宽预计60K120K256K512K512K15M8M4M3M2.5M2M1.5M1M30M20M-14-全球业务发展趋势预测2009-2014年全球IP业务增长4倍以上，达到0.767Zettabyte，年复合增长率(CAGR)为34%到2014年，1个人需要花费2年以上时间才能看完IP网上在1秒内传播的视频业务流量，或者花费7200万年看完IP网上全年传播的视频业务流量-15-网络需求/挑战CAP融合业务流持续增长高带宽应用发展迅猛路由器端口速率提升光网络结构日益复杂Capacity容量需求超大容量交换超大流量汇聚超高速率传输超大规模组网超宽带新业务Agility灵活性需求多粒度可重构灵活业务疏导自动连接建立动态资源分配性能感知可控Power功耗需求单元模块设计功能组件优化绿色节能管理降低系统动态减少电域处理高性能的光传送网技术需求与挑战-16-挑战之一：容量CAP当前容量~Tb/s，单通道速率40Gb/s未来10-15年容量~Pb/s，单通道速率~Tb/s级现象：系统容量快速增长措施：提高全光频谱效率-17-挑战之二：灵活性CAP大信息量流式传输组播能力融合业务异构性开放性动态性分布性自治性IP分组网络ClusterLANUMTS超宽带多样化突发性基于IP的各种新业务OBADM对光网络的期盼适应性大规模分布式层域化问题:光交换与光联网能否很好地支持分组(IP)?光网络动态灵活高效•传送模式•承载模式交换模式控制模式管理模式安全模式光网络实现全光弹性化-18-挑战之三：功耗CAP措施：交换向全光层转移640Gb/s10.8KWCRS-1100Tb/s~1.7MW160CRS-11Pb/s~17.4MW(中型电站)1600CRS-1堆叠堆叠现象：功耗限制带宽增加-19-光传送网现状：干线传送网-20-光传送网现状：城域传送网-21-光传送网现状：干线/城域核心-22-光传送网现状：城域接入与汇聚-23-承载业务流构成的演变纯IP承载GMPLSOTNPTNWDM(OXC)TDM(SDH)TDM承载PacketOverTransport(MSTP)EOSMPLSRPRIPOVERWDM(ROADM)混合业务2001-20102010-1997-2001比例IP业务流TDM业务流-24-Backbone面向AllIP业务的传送网Metro对传送网的需求业务宽带化——大颗粒/大流量业务调度网络融合化——多业务承载与传递能力传送智能化——自动交换/可控可管/业务感知流量突发性——动态带宽调整接口统一性——简化承载网和提高效率网络安全性——电信级的OAM和可靠性骨干网AllIP化对传送网的影响-25-传送网面临转型的压力SDH/MSTP以太网PTNOTN？IP/MPLScoreOpticalCore(WDM,SDH,OTH,ROADM?)城域业务接入与汇聚城域网核心层干线网ASON/GMPLS控制平面网络管理平面方向光传输技术光交换技术光联网技术IP驱动传送网-27-光灵活光交换智能光联网高速光传输IP业务驱动：扁平化结构传送网IP网络-28-光传输技术：超高速-29-光交换技术：灵活性技术粒度特点光电路交换波长/波带/光纤静态配置或者端到端信令光突发交换1s-100s突发包预留带宽交换，无需缓存光分组交换10ns-10s光分组存储转发交换，需要缓存光电路交换光突发交换光分组交换-30-光电路交换网络交换平面控制平面端到端信令波长光通路-routing光交叉连接节点GMPLS控制器-31-光分组交换网络控制头数据分组交换平面控制平面光分组交换节点OPS控制器-32-光突发交换网络控制分组突发数据包时间偏差交换平面控制平面光突发交换节点OBS控制器-33-传送功能控制功能光联网技术：智能化信令处理资源管理业务发现保护恢复路由控制-34-7MPS5ABCDIP净荷IP分组头MPLS标记INIFINLABELOUTIFOUTLABELA2D3B5C7B9D7OXCINOUT-35-通用多协议标签交换(GMPLS)FA-LSCFA-TDMFA-PSCBundleFibernFiber1FSCCloudLSCCloudTDMCloudPSCCloudLSCCloudTDMCloudPSCCloudExplicitLabelLSPsTime-slotLSPsFiberLSPsLSPsExplicitLabelLSPsTime-slotLSPs(MultiplexLow-orderLSPs)(DemultiplexLow-orderLSPs)LSPs-36-自动交换光网络(ASON)控制平面(CP)传送平面(TP)LN1LN2LN3LN1LN2LN3数据通信网(DCN)管理信息传送信令信息传送管理平面(MP)TP层网络管理CP管理资源管理CCINMI-TNMI-ACCI：连接控制接口NMI：网络管理接口-37-传送网：“传输+交换+联网”的载体电路层通道层段层物理层传输媒质层铁路火车集装箱货物-38-光同步数字传送网(SDH)C-4-64cC-4-256cC-4-16cC-4-4cAU-4-4cVC-4-4cAU-4-16cVC-4-16cAU-4-64cVC-4-64cAU-4-256cVC-4-256cx1x1x1x1AUG-64AUG-256AUG-16AUG-4STM-256STM-64STM-16STM-4x1x1x1x1x4x4x4x4C-4C-3C-2C-12C-11VC-11VC-12VC-2VC-3TUG-2TU-2STM-0AUG-1VC-3TUG-3VC-4AU-3TU-11TU-3AU-4STM-1x1x1x1x1x1x4x3x3x7x7指针处理复用定位校准映射x3TU-12-39-OBA..MuxDemux.1......OTUOSCOSCOSCOSCOBA：光功率放大器OLA：光线路放大器OPA：光前置放大器OSC密集波分复用系统(DWDM)OPAOLAOLAOPAOLAOLAOBADemuxMuxkk+1N1kk+1NOTUOTUOTU彩色接口彩色接口彩色接口彩色接口普通接口普通接口客户客户客户客户普通接口普通接口客户客户客户客户多波长传输信号OTU：光转发单元OSC：光监控信道Mux/Demux：复用器/解复用器-40-光传送网(OTN)-41-分组传送网(PTN)MPLSheaderConnection-oriented,LSP,LDP,TrafficEngineeringPWE3,BFD/FRREnhancedL3ignoranceBi-directionLSPCarrierClassOAM&ProtectionSimplified&EnhancedIPheaderIPPayloadIPEncapsulationPHYBestEffortConnection-lessPoorQoSIProutingSingleserviceMPLSheaderIPpayloadIPheaderEncapsulationPHYMPLS(opt)EncapsulationConnection-orientedQoSGuaranteeMPLS/IPcouplingComplexityT-MPLS/MPLS-TPMPLSheaderIPpayloadIPheaderEncapsulationPHY(opt)EncapsulationConnection-orientedOAM&PSQoSGuaranteeMPLS/IPdecouplingSimplified以分组交换为核心并延承SDH易于管理维护、高可靠性、丰富的OAM特点MPLS-TP是基于MPLS体系结构并满足传送网需求的PTN实现技术-42-全光网(AON)-43-传送网演进的时间窗分组化“渗透”的四个演进阶段：阶段1：电路交换光传送设备，支持表层的分组化特性(如MSTP)阶段2：波长交换光传送设备，支持表层的分组化特性(如IPoverWDM)阶段3：电层交换以分组为核心(如PTN)阶段4：光层交换以分组为核心(如OPS)-44-提纲光纤通信演进及趋势1DWDM和OTN原理对比2OTN技术原理与特点3OTN国内外标准与规范4波分复用(WDM)•原理概念•功能分类•系统构成-46-波分复用的原理概念SirIsaacNewton(1642-1727)…andhisCorpuscularTheoryofLight三棱镜分光实验-47-波分复用：Wavelength-DivisionMultiplexing光纤光源把工作在不同载波波长上的多路光信号复用进一根光纤中传输，并能够在接收端实现各信道分离的光通信系统称为波分复用系统。-48