1.OTN是什么？
光传送网(optical transport network)简称OTN，是一种网络类型，以波分复用为基础在光域内实现业务信号的传送、复用、路由选择、监控，并且保证其性能指标和生存性的传送网络。同时OTN是国际标准组织ITU为光传送网制定的一种标准帧格式。最后OTN还是一种传输设备。
2.OTN的发展
OTN技术的概念由ITU-T提出，ITU-T在1999—2008年制订与修订了与OTN相关的主要标准，包括网络结构、OTN术语及定义、OTN建议框架、保护倒换、结构/映射/开销、物理特性、设备功能、抖动及漂移性能、光安全规程、设备管理功能、管理信息模型、误码性能、OTN业务投入及维护，具体标准编号如图1-4所示。另外，自动交换光网络（Automatically SwitcheelOptical Network，ASON）系列相关标准也适用于OTN。
光信号的处理可以基于单个波长，或基于一个波分复用组（基于其他光复用技术，如光时分复用或光码分复用的OTN，还有待研究)。OTN在光域内可以实现对于业务信号的传递、复用、路由选择和监控，并保证其性能要求。OTN可以支持多种上层业务或协议，如SONET/SDH、ATM、Ethernet、IP、PDH、FiberChannel、GFP、MPLS、OTN虚级联、ODU复用等，是未来网络演进的理想基础。全球范围内越来越多的运营商开始构造基于OTN的新一代传送网络，设备制造商们也推出更多具有OTN功能的产品来支持下一代传送网络的构建。
3.OTN原理
在介绍OTN之前先向大家解释一下什么是SDH，如下图所示是SDH的体系结构。
SDH整个体系结构就好比装载水果运输。我们把业务比作水果，以2M业务为例。每2M业务就是一个苹果，我们会把苹果装进一个厂商制定的标准大小的包装袋（VC12），然后给包装袋贴上一个商标（指示其位置的标识标签TU-12），再把三个这样套了包装袋的苹果装在一个小箱子里面（TUG2），然后把七个小箱子装在一个大的箱子里面（TUG3），再把3个大箱子装在一个集装箱里面（VC4）。然后在集装箱上加上和这箱货物有关的各个箱子的发送信息（段开销和指针），这就组成了一节火车（STM-1）。多个这样的集装箱连在一起就就可以组成更长的火车（STM-N）。这样的火车就在光纤组成的铁轨上行驶，运输水果。在宿端，就按照相反的方式把苹果（2M业务）取出来。
WDM就是把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送，其中每个波长就是一条车道承载一条业务。以64kbit/s为一路信号为例，现有技术下的的一根光纤包含2500万条车道。但WDM的缺点很明显，只能点对点连接，不能对波长进行灵活的调度，缺乏OAM，保护措施不够完善。
OTN技术由WDM技术演进而来,初期在WDM设备上增加了OTN接口,并引入ROADM(光交叉)，实现了波长级别调度，起到光配线架作用。后来，OTN增加了电交叉模块，引入了波长/子波长交叉连接功能，为各种速率的客户信号提供复用、调度功能。OTN兼容传统的SDH组网和网管能力，在加入控制层后可以实现基于OTN的ASON和SDN。OTN技术和SDH技术在功能上类似,只不过OTN对于速率和格式的规范有自己的标准,能够提供有关客户层的传送、复用、选路、管理、监控和生存性功能。OTN组网灵活，可以组成点到点、环形和网状网络拓扑。
与SDH不同的地方是，OTUk采用固定长度的帧结构，不随客户信号速率而变化，也不随OTU1、OTU2、OTU3、OTU4等级而变化，即其都是4×4080字节，但每帧的周期不同。当客户信号速率较高时，帧周期相对缩短，帧频率加快，而每帧承载的数据信号没有增加。而SDH STM-N帧周期均为125s，不同速率信号帧的大小不同。OTN不需要全网同步，接收端只要根据FAS(帧定位开销）等来确定每帧的起始位置即可;但是SDH为定频帧，接收端必须同发送端保持同步，才能准确接收数据。
简单理解就是OTN运用WDM的大量高速通道传输丰富的被SDH包装的业务。
4.OTN技术的特点和优势主要在于以下几方面。
(1）支持客户层信号的透明传输
OTN帧可以支持多种客户信号的映射，如SDH、ATM、以太网、ODU复用信号以及自定义速率数据流。OTN可以传送这些信号格式，或传送以这些信号为载体的更高层次的客户信号，如以太网、MPLS、光纤通道、HDLC/PPP.PRP、IP、MPLS、FICON、ESCON及DVBASI视频信号等，不同应用的业务都可被统一到一个传送平台上。此外,OTN还支持无损调整ODUflex(GFP)连接带宽的控制机制（G.HAO)。
(2）交叉能力上的扩展性
OTN交叉对线路速率透明，可以随着线路速率的增加而增加任意级别的交换速率，可以利用OTN的复用和反向复用特性提供不同比特率的业务，这种功能与具体每个波长信号的比特率无关。目前，OTN设备采用切片方式对业务进行处理，采用M:N的方式实现交叉连接，同时结合光交叉能力，实现更大容量无阻塞的交叉连接功能。
(3）具有多级串联连接监视（TCM）功能
为了支持跨不同电信运营商网络的通道监视功能，OTN提供了6级串联连接监视功能，连接监视可以是嵌套式、重叠式和/或级联式，可以对一根光纤中复用的多个波长同时进行管理。
(4）支持频率同步、时间同步信息的传递
相对于早期异步系统的OTN系统，新型OTN架构可以实现同步功能，通过同步以太实现频率同步，通过IEEE 1588V2实现时间同步，从而为下游的业务平台提供各种同步信息。
5.OTN体系层结构
图2 OTN层结构
客户信号层：指OTN网络所要承载的业务信号，包括IP、以太网、SDH等。
OPU(Optical Channel Payload Unit，光通道净荷单元)：用来适配业务信号，使其适合在光通道上传输。
ODU(Optical Channel Data Unit，光通道数据单元)：以OPU为净负荷，增加相应开销，提供端到端光通道的性能监测。实现业务信号在OTN网络端到端的传送。
OTU(Optical Channel Transport Unit，光通道传送单元)：以ODU为净负荷，增加相应开销，提供FEC功能和对OTU段的性能监测。实现业务信号在OTN网络3R再生点之间传送。
OCH(Optical Channel layer，光通道层)：为业务信号提供端到端的组网功能，每个光通道OCH占用一个光波长，实现接入点之间的业务信号传送。
OMS(Optical Multiplex Section layer，光复用段层)：为经过波分复用的多波长信号提供组网功能，实现光通道在接入点之间的传送。
OTS(Optical Transmission Section layer，光传输段层)：提供在光纤上传输光信号的功能，实现光复用段在接入点之间的传送。
6.OTN主要帧结构
OTN为国际标准组织ITU为光传送网制定的标准帧格式。OTN由多层帧格式组成，层和层之间为嵌套关系，底层被整个包含在高层中。现在我们只关心OTU及以下层的帧结构，对于OTU层以上的内容暂不考虑。OTU的帧格式如图3所示。
图3 OTUk帧格式
已知OTUk帧的长度是定长的，以字节为单位，共4行4080列，总共有4*4080=16320字节。OTUk帧在发送时按照先从左到右，再从上到下的顺序逐个字节发送。每个字节的第1位（bit）是MSB，第8位（bit）是LSB。OTUk帧结构是基于ODUk帧结构而来的，并且采用前向纠错结构（FEC）结构，ODUk帧上被添加了256列，其用于FEC，并且ODUk开销第1行的第8列到第14列被用于OTUk的特定开销，这样就形成了基于字节的块帧结构。
OTU根据速率等级分为OTUk(k=1,2,3)，以后用OTUk指所有OTU1,OTU2和OTU3。OTUk具有图3所示的完全相同的帧结构，唯一不同的只是帧的发送速率不同。理论上讲OTUk指定了固定的帧结构，且包含了帧的发送速率。由图2可知，OTUk帧由OTUk开销，ODUk帧和OTUk FEC三部分组成；ODUk帧由ODUk开销，OPUk帧组成；OPUk帧由OPUk净荷和OPUk开销组成。OTU,ODU,OPU逐级包含。
以ODU为净负荷，增加相应开销，提供FEC功能和对OTU段的性能监测。实现业务信号在OTN网络3R再生点之间传送。
图4 ODU帧结构
ODU帧结构如图4所示，该帧结构是基于字节块的，共由4行和3824列组成。ODUk（k=0、2、2e、3、4、flex）帧结构含有一个ODU帧结构实例。ODU帧结构含有ODU帧结构的n帧和多帧同步实例，从1至n进行编号（ODU#1至ODU#n）ODU帧主要区域为ODU开销区和OPU区域。ODU的第1-14列被用于ODU开销区域。其中第一行的第1-14列被用于帧同步和OTU特定开销。
图5 OPU帧结构
OPU帧结构如图5所示。基于字节的块帧结构，共4行和3810列。OPU帧结构含有OPU帧结构的n帧和多帧同步实例，从1至n进行编号（OPU#1至OPU#n）。OPU帧的主要区域分为OPU开销区和OPU净荷区域。
以OPU为净负荷，增加相应开销，提供端到端光通道的性能监测。实现业务信号在OTN网络端到端的传送。
OPUk用来承载实际要传输的用户净荷信息，由净荷信息和开销组成。开销主要用来配合实现净荷信息在OTN帧中的传输，例如开销中有一部分是为了实现净荷速率和实际的OPUk速率的适配。实际上OPUk层的主要功能就是将用户净荷信息适配到OPUk的速率上，从而完成用户信息到OPUk帧的映射过程。
除了一些常见业务外，支持将任意一种业务映射到OPUk。对于任意业务的映射，首先要通过数据封装的方式（encapsulation）将业务封装成一种具有恒定速率的信号，而且速率必须等于OPUk的速率，然后将此封装过的速率以位同步的方式直接映射进入OPUk帧中，速率适配操作在封装过程中完成，而且封装后的数据在映射进入OPUk前还必须进行加扰操作。
OPUk可以时分复用成多个时间槽（Tributary Slots），这些时间槽以时间槽交织的方式排列起来就构成了OPUk帧。使用时间槽是为了能够将低速的ODUj帧时分复用成高速的OPUk帧。例如，可以将4个ODU1（j=1）复用成1个OPU2(k=2)。每个时间槽都分成两部分，OPUk的开销和OPUk的净荷，低速的ODUj帧被装入高速OPUk的时间槽的净荷中，而时间槽的开销部分用来装ODUj的判断调整字节（Justification Overhead）。以后将多个低速ODUj帧汇聚而成的一个高速OPUk帧称为汇聚OPUk帧。这种帧的结构和标准OPUk帧略有不同。
7.开销类型
1）光净荷单元开销（OPUk OH）
OPUk OH信息被添加到OPUk信息净荷以创建OPUk，创建的OPUk包括支持客户信号适配的信息。当OPUk信号组合和拆分时，OPUk OH会被终结。
2）光数据单元开销（ODUk OH）
ODUk OH信息被添加到ODUk信息净荷以创建ODUk，创建的OPUk包括支持光通路的维护和操作功能。ODUk OH由负责端到端的ODUk通道的开销和6个级别的串联连接监控开销组成。在ODUk信号组合和拆分时，ODUk通道OH被终结。TC OH在相应的串行连接的远和宿处分别被添加和终结。
3）光传送单元开销（OTUk OH）
OTUk OH信息是OTUk信号结构的一部分，它包括用于操作功能的信息，支持在一个或者多个光通路连接上被传送。OTUk OH在OTUk信号组合和拆分时被终结。
4）光非随路开销（Och-O）
Och-O附带了Och-P的非相关开销信息，其包括支持故障管理的维护功能信息。Och-O在Och路径上的中间点出被生成或修改。当Och-P信号被终结是，Och-O携带的所有信息亦终结。
5）光复用段开销（OMS-O）
OMS-O附带OMS-P的非相关开销信息，其包含支持光复用段的维护和运行功能的信息。OMS-O在OMS路径的中间点出被生成或修改，且在接入和接出OMS-P信号的地方被终结。
6）光传输段开销（OTS-O）
OTS-O把OTS OH信息添加到信息净荷以创建OTM，其包含支持光传输段的维护和操作功能的信息。OTM组合和拆分时OTS OH被终结。
OTM-O附带OTS-P的非相关开销信息，其包含支持光传输段的维护和运行功能的信息。OTS-O在接入和接出OTS-P信号的地方被终结。
7）综合管理通信开销（COMMS OH）
COMMS OH信息被添加至信息净荷以创建MOTUm接口信号，其提供网元间的通用管理通信功能。
8）OTSiG-O
OTSIiG-O附带OTSiG的非相关开销信息，气保焊支持故障管理的维护功能的信息。当OTSiG-O接入OTSiA信号时，OTN设备生成OTSiG-O TSI、TTI、BDI-P和BDI-O，且OCI、FDI-P和FDI-O在OTSiA路径上的中间点出被修改或生成；当接出OTSiA时，OTSiG-O所有信息被终结。
