Технология оптической транспортной сети OTN-OTH

3.3.1. Термины, определения и обозначения OTN-OTH

Оптическая транспортная сеть OTN (Optical Transport Network) на основе технологии мультиплексирования оптической транспортной иерархии OTH предназначена для построения транспортных магистралей с пропускной способностью до десятков Тбит/с.

Это достигается сочетанием гибкого цифрового мультиплексирования стандартных циклических блоков, с одной стороны, и гибким построением оптических каналов и их мультиплексированием в управляемые оптические модули, с другой стороны.

Для реализации возможностей OTN-OTH Рекомендациями G.709 и G.798 МСЭ-Т предусмотрена иерархическая структура интерфейса (рис. 3.82), которая повторяет, по существу, модель транспортной сети OTN-OTH (см. рис. 2.1).

Рис. 3.82. Структура интерфейса OTN-OTH

Однако в структуре интерфейса подчеркнуты технологические решения для всех составляющих уровней сети OTN, в частности представлены полный и упрощенный набор функций интерфейса при формировании оптического транспортного модуля OTM.

Для реализации функций интерфейса используется электронное и оптическое оборудование (рис. 3.83), объединяемое в транспондерные TPD и оптические блоки OMX с оптической ретрансляцией R. Через транспондерные блоки реализуются функции уровня оптического канала OCh (Optical Channel).

Рис. 3.83. Структура соединения в сети OTN-OTH:

TDP — транспондер

 

Уровень OCh обеспечивает формирование цифровых транспортных структур оптической транспортной иерархии через генерацию блоков для упаковки информации пользователя: OPU, ODU, OTU. Также уровень OCh обеспечивает преобразование электрических сигналов в оптические на передаче и обратную операцию на приеме с регенерацией амплитуды, формы и длительности импульсов сигнала (функции 3R).

Рассмотрим компоненты структуры, представленной на рис. 3.82.

OPUk (Optical Channel Payload Unit-k) — блок оптического канала нагрузки порядка k, где k = 1, 2, 3. Эта циклическая информационная структура используется для адаптации информации пользователя к транспортировке в оптическом канале. Блок OPUk состоит из поля информационной нагрузки и заголовка.

ODUk (Optical Data Unit-k) — блок данных оптического канала порядка k, где k = 1, 2, 3. Эта информационная структура состоит из поля информации OPUk и заголовка.

ODUk-P (ODUk Path) — блок данных оптического канала порядка k, поддерживающий тракт из конца в конец сети OTN.

ODUk-T, ODUk-TCM, ODUk Tandem Connection Monitoring — блок данных оптического канала, поддерживающий наблюдение (мониторинг) парных (тандемных) соединений в сети OTN. Один блок ODUk-T допускает поддержку мониторинга до шеститтандемных соединений.

OTUk (Optical Transport Unit-k) — оптический ююююююU__ютранспортный блок порядка k, где k = 1, 2, 3. Эта информационная структура используется для транспортировки ODUk через одно или больше соединений (кроссовые соединения в узлах) оптических каналов. Блок OTUk определен в двух версиях — OTUkV и OTUk. Он рекомендован к применению на локальных участках OTN в полной и упрощенной формах исполнения.

OTUkV характеризуется как частично стандартизированная структура, рекомендуемая для применения в составе оптического транспортного модуля ОТМ в полной форме исполнения. OTUkV состоит из блока данных оптического канала, заголовка для управления соединением оптического канала и поля исправления ошибок FEC (рис. 3.84).

Блок OTUk направляется на оптический модулятор, где формируются импульсные оптические посылки на определённой волне излучения. Волны излучения каждого OCh объединяются в оборудовании оптической секции мультиплексирования OMS (Optical Multiplex Section).

Рис. 3.84. Структура блока OTUk

На уровне оптической секции мультиплексирования OMS-n производится мультиплексирование/демультиплексирование n оптических каналов. Число 1 ≤ n ≤ 16 указывает на оптические частоты, рекомендованные для передачи сигналов через волоконно-оптические линии в диапазоне 1260–1675 нм. В этом диапазоне возможно группирование оптических частот блоками из n в модули OTM-n для их последующей трансляции в оптических секциях OTS (Optical Transmission Section).

На уровне оптической секции передачи OTS-n формируются и расформировываются оптические транспортные модули OTM-n.m, OTM-nr.m, OTM-0.m (Optical Transport Module). Индексы ОТМ определены для обозначения различных вариантов построения интерфейсов.

Индекс «n» используется для обозначения максимального числа волн передачи. Если n = 0, то это признак одной волны передачи.

Индекс «r» используется для обозначения упрощенных функций, в частности ОТМ не содержит отдельный волновой сервисный канал передачи заголовков.

Индекс «m» используется для обозначения иерархической ступени ОТН с соответствующей скоростью передачи в варианте комбинирования скоростей. Он является расширенным, по сравнению с индексом «k», обозначением (m = 1, 2, 3, 12, 123, 23).

Индекс «k» используется для обозначения поддерживаемой иерархической скорости ОТН (табл. 3.11). Так k = 1 соответствует скорости 2,7 Гбит/с, k = 2 соответствует скорости 10.7 Гбит/с, k = 3 соответствует скорости 41.2 Гбит/с.

Таблица 3.11. Иерархические скорости и циклы ОTUk

Уровень оптической физической секции порядка n OPSn (Optical Physical Sectionn) предусмотрен для передачи многоволнового оптического сигнала через оптические среды разных типов (одномодовые волокона с характеристиками G.652, G.653, G.655, G.656). Порядок волновой передачи определен индексом «n», который может лежать в пределах 0 ≤ n ≤ 16. В этом интерфейсе отсутствует волновой сервисный канал.

Схема мультиплексирования и упаковки оптической транспортной иерархии ОТН отражает последовательность преобразований информационных данных и оптических сигналов в интерфейсе OTN (рис. 3.85). Процедуры преобразований показаны стрелками. Блоки схемы, изображенные в виде прямоугольников, предназначены под упаковку цифровых данных. Блоки схемы, изображенные в виде овалов, предназначены для операций мультиплексирования.

В результате операций упаковки создаются адаптированные блоки цифровых данных OTU, которые передаются в оптических каналах. В результате операций мультиплексирования создаются групповые блоки цифровых данных ODTUG и групповые блоки оптических каналов OCG.

При создании OTUk на этапах мультиплексирования применяется синхронное побайтовое объединение информационных данных ODUk в групповые блоки ODTUGk, где k = 1, 2, 3. Формирование структур OTUk, ODUk и OPUk также связано с присоединением заголовков ОН (Overhead) и согласованием скоростей.

Рис. 3.85. Схема мультиплексирования и упаковки OTN-OTH

Цикл OTUk начинается синхрословом в заголовке FAOH емкостью 7 байтов в головной части. В завершении цикла применяется блок 4×256 байт, который может быть заполнен кодом Рида-Соломона (RS, Reed-Solomon) для упреждающей коррекции ошибок FEC или содержать нулевое балластное заполнение. Передача байтов блоков OTUk производится слева направо и сверху вниз байт за байтом (рис. 3.86).

Рис. 3.86. Порядок передачи блока OTUk

Конечным результатом выполнения операций схемы мультиплексирования является оптический транспортный модуль ОТМ в одном из трех вариантов исполнения:

OTM-0.m; OTM-nr.m и OTM-n.m. В этих вариантах могут сочетаться различные по скорости и цикличности оптические каналы с загружаемыми в них блоками OTUk. Например, OTM-n.1 переносит сигналы OTU1 в n -оптических каналах или OTM-n.23 переносит j сигналов OTU2 и i сигналов OTU3, причем сумма i + j ≤ n.

Пример технологической последовательности операций формирования цифровых блоков OPU2, ODU2, OTU2 представлен на рис. 3.87. Порядок формирования каждого из блоков рассматривается в следующих разделах.

Рис. 3.87. Пример формирование структуры циклов OTH второго уровня

3.3.2. Формирование блоков нагрузки оптических каналов OPUk

Блоки нагрузки оптических каналов OPUk предназначены для упаковки цифровых информационных данных с синхронным по битам или асинхронным согласованием скоростей. Блок OPUk может иметь один из трех порядков (k = 1, 2, 3), который соответствует определенной скорости передачи ОТН (табл. 3.12). Заголовок OPUk имеет одинаковую структуру на всех иерархических ступенях (рис. 3.88). Назначение и обозначение байтов заголовка OPUk на этом рисунке следующие:

– RES, Reserved — резервные байты и биты для будущей стандартизации;

– PSI, Payload Structure Identifier — идентификатор структуры нагрузки; содержится в 256 байтах следующих друг за другом, но только нулевой байт этой последовательности несет сообщение о типе нагрузки PT (Payload Type), остальные байты резервные;

– JC, Justification Control — управление выравниванием (согласованием скорости передачи); используется при асинхронной упаковке/выгрузке информации пользователя для указания на отрицательное или положительное согласование скорости;

– NJO, PJO, Negative Justification Opportunity, Positive JO — отрицательное и положительное согласование скорости.

Таблица 3.12. Типы OPUk и скорости передачи

Рис. 3.88. Заголовок OPUk

Байты NJO и PJO не применяются при синхронной упаковке по байтам и выгрузке в OPUk. При этом байт PJO используется для размещения информационных данных. Состояние битов JC и байтов NJO и PJO при асинхронной упаковке и выгрузке приведено в табл. 3.13.

Таблица 3.13. Состояние битов JC и байтов NJO и PJO при упаковке и выгрузке

В указании на тип нагрузки РТ может быть отмечен один из известных видов цифровой информации. Например, упаковка ячеек АТМ будет сопровождаться байтом РТ 00000100, а асинхронная упаковка информации байтом 00000010.

На рис. 3.89 приведен пример цикла OPU1, загруженного информационными данными STM-16, передаваемыми со скоростью 2,5 Гбит/с. Загрузка STM-16 происходит бит за битом без опознания байтов STM-16. При этом может быть активировано положительное или отрицательное согласование скоростей.

Рис. 3.89. Пример упаковки боков STM-16 в OPU1

На рис. 3.90 приведен другой пример загруженного цикла OPUk, где помещена информация в виде ячеек АТМ. Ячейки АТМ, имеющие емкость 53 байта, упаковываются синхронно по байтам. При этом ячейки, которые неполностью помещаются в OPUk, переносятся в следующий OPUk.

Рис. 3.90. Пример упаковки ячеек АТМ в OPUk

Полезная емкость OPUk для ячеек АТМ составляет 15232 байта, т.е. 267 ячеек АТМ и 21 байт будут свободны или заняты частью ячейки. В заголовке ОН OPUk нет байтов для согласования скоростей. Аналогично предусмотрена упаковка кадров GFP емкостью от 8 до 65535 байтов в OPUk. Кадры GFP предназначены для переноса мультиплексированной информации сетей Ethernet, протокола HDLC и других через транспортные сети SDH и ОТН.

Одной из важнейших функций OPUk по отношению к упаковываемому информационному сообщению является возможность виртуальной сцепки нестандартной по скорости передачи нагрузки в сети OTN.

Виртуальная сцепка ( конкатенация ) в OPUk выполняется в Х параллельно упаковываемых OPUk единым блоком информации. Обозначение виртуальной сцепки OPUk-Xv, где k = 1, 2, 3, Х = 1, 2, …, 256. Таким образом одновременно может быть предоставлена емкость Х ×4 ×3810 байтов для переноса информации пользователя.

Пример структуры OPUk-Xv приведен на рис. 3.91.

Рис. 3.91. Пример структуры блока OPUk-Xv

Каждая из составляющих OPUk-X транспортируется самостоятельно через сеть OTN. При этом на приемной стороне для согласованной выгрузки информации из OPUk-X используется заголовок OPUk-Xv OH. Общая структура заголовка OPUk-X OH приведена на рис. 3.92

Рис. 3.92. Общая структура заголовка блока OPUk-Xv

Байт PSI в каждом OPUk из OPUk-Xv повторяется. Три байта VCON1, VCON2, VCON3 используются для транспортировки спецификации цикловой структуры виртуальной сцепки. Это 8 битов в 3-х байтах, повторяемые в цикле 32 раза (рис. 3.93).

Структура содержит последовательный сверхцикл и заголовок управления согласованием с линией передачи.

Рис. 3.93. Структура байт заголовка виртуальной сцепки

Байты OPUk-Xv VCON1/2/3 имеют следующее назначение:

– MFI, Multi Frame Indicator — индикатор сверхцикла; содержит измеренный интервал задержки между сигналами в группе виртуальной сцепки и обеспечивает процесс компенсации этой задержки на приеме; процесс компенсации проходит за 125 мкс;

– SQ, Sequence Indicator — индикатор последовательности; идентифицирует порядок индивидуальных блоков OPUk в OPUk-Xv, т.е. объединенных в единую последовательность (рис. 3.93);

– CTRL, LCAS Control Word — слово контроля согласования с емкостью линии передачи с определенными командами, кодированием и обработкой при управлении емкостью сцепленного канала;

– CID, LCAS Group Identification — идентификатор группы согласования с емкостью линии передачи; служит для верификации на приемной стороне всей группы каналов в одной линии передачи;

– RSA, Re-Sequence Acknowledge — восстановление последовательности; сообщение, которое индицирует для приемника восстановление последовательности со стороны передатчика;

– MST, Member Status field — поле статуса участника (объединяемого блока OPUk);

используется один бит для каждого OPUk, объединеяемых в OPUk-Xv; статус (наличие или отсутствие) передается за 1567 мкс для k = 1, за 390 мкс — для k = 2, за 97 мкс — для k = 3;

– CRC-8, Cyclic Redundancy Check — циклический избыточный 8-разрядный код, вычисляемый для байт VCON1, VCON2 с использованием полинома X8 + X2 + X + 1, служит для контроля и исправления ошибок передачи на приемной стороне.

Пример упаковки данных STM-64 в OPU1-4v приведен на рис. 3.94.

Сцепляемые OPUk имеют определенные номиналы скоростей передачи и допустимые отклонения этих скоростей (табл. 3.14).

Рис. 3.94. Пример упаковки сигнала STM-64 в блок OPU1-4v

Таблица 3.14. Номинальные значения скоростей сцепляемых блоков OPUk