光傳送網(wǎng)OTN的速率解析

在 OTN 協(xié)議中，出現(xiàn)了各種各樣的速率定義。隱含在這些速率定義的數(shù)值之下的，是 OTN 協(xié)議的潛在規(guī)律和及一些關(guān)鍵性的原理。

下面我們?cè)噲D從這些速率定義出發(fā)，揭露 除 OTN 協(xié)議的部分原理，從而使得這些枯燥的數(shù)字變得鮮活起來(lái)，賦予其更深的含義；反過(guò)來(lái)，也使得我們更深刻地理解 OTN 的原理。

OTN/ODU/OPU的速率

各個(gè)級(jí)別的 OTU 、ODU 和 OPU 速率如下所示：

下面將幾個(gè) G.709 中的表總在一起，我們來(lái)看一下其中的規(guī)律：G.709協(xié)議：超100G OTUCn信號(hào)及其幀結(jié)構(gòu)。

規(guī)律 1 ：同一等級(jí)的OTUk、ODUk和OPUkpayload的速率之比為：

OTUk：ODUk：OPUk=255238

顯示，這與 OTU 的幀結(jié)構(gòu)定義相關(guān)。OTU 的每一個(gè)幀大小為 4080 行 4 列的結(jié)構(gòu)，其中最后 256 列為 FEC ，其它部分即 1~3824 列為 ODU 部分，因此 OTUk 和 ODUk 的比例為 255:239。1~14 列為 ODU 開(kāi)銷(xiāo)和 15 和 16 列為 OPU 開(kāi)銷(xiāo)，因此 ODU 和 OPU payload 部分相差 16 行， 故 ODUk 和 OPUk payload 部分的速率之比為 239:238 。這里需要注意的是，用于速率比較的 是 OPUk payload 部分，而不是 OPUk。

規(guī)律 2：OTU1/OUT2/OTU3的基準(zhǔn)速率分別為STM-16/STM-64/STM-256的速率，OTU4的基 準(zhǔn)速率為10倍STM-64。OTU2e的基準(zhǔn)速率為10GE(10.3125G) 速率。

其中，2,488,320kbit/s，9,953,280kbits/s，39,813,120kbit/s ，分別是 STM-16/STM-64/STM-256 的速 率，99,532,800kbits/s 為 10 倍 STM-64 的速率。通過(guò)這些基準(zhǔn)速率乘以一個(gè)因子，即可得到 OTU1/2/3/4 的速率?？梢?jiàn) OTU1/OTU2/OTU3 設(shè)計(jì)之初，就是為了裝載 SDH 而考慮的。OTU2e 的基準(zhǔn)速率式 10.3125G ，是為了裝載 10GE 信號(hào)而考慮的。

規(guī)律 3：238/237/236/227因子規(guī)律：OTU1/2/3/4 與對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)速率的比例并不相同，而是存 在 238/237/236/227 的因子關(guān)系，速率等級(jí)越高，將 STM 承載到同等級(jí) OTN 時(shí)的填充越多。

STM-16 的速率和 OPU1 payload 速率完全相同，因此 CBR2G5 到 OPU1 的映射關(guān)系如下所示， 使用了 OPU1 的所有 3804 列數(shù)據(jù)區(qū)域。

STM-64 的速率只有 OPU2 payload 速率的 237/238，因此 CBR10G 到 OPU2 的映射關(guān)系如下所 示，僅使用了 OPU2 的 3788 列數(shù)據(jù)區(qū)域，其中 1905 到 1920 列為固定填充。

STM-256 的速率只有 OPU3 payload 速率的 236/238 ，因此 CBR10G 到 OPU3 的映射關(guān)系如下 所示，僅使用了 OPU3 的 3772 列數(shù)據(jù)區(qū)域，其中 1265 到 1980 列、2545 到 2560 列共 32 列 為固定填充。

OTU2e 的情況與 OTU2 類(lèi)似，區(qū)別僅僅式載荷變成了 10GE 信號(hào)。將 10GE 映射到 OPU2e ， 與 STM-64 映射到 OPU2 方法完全相同。CBR10G3 的速率為 OPU2e 的 237/238 ，映射時(shí)僅僅 使用了 OPU2e 的 3788 列數(shù)據(jù)區(qū)域，其中 1905 到 1920 列為固定填充：

規(guī)律 4：

2 個(gè) ODU0 的速率等于 1 個(gè) OPU1 ：STM-4/2 * 2 = STM-4；

4 個(gè) ODU1 的速率略小于 1 個(gè) OPU2 ：239/238 * STM-16 * 4 < 238/237 * STM-64；

4 個(gè) ODU2 的速率略小于 1 個(gè) OPU3 ：239/237 * STM-64 * 4 < 238/236 * STM-256；

10 個(gè)ODU2 的速率略小于 1 個(gè)OPU4：239/237 * STM-64 * 10 < 238/227 * STM-64 * 10;

10 個(gè) ODU2e 的速率略小于 1 個(gè) OPU4：239/237 * 10GE * 10 < 238/227 * STM-64 * 10;

這使得 1 個(gè) OPU1 可承載 2 個(gè) ODU0 ，1 個(gè) OPU2 里可以承載 4 個(gè) ODU1 ，1 個(gè) OPU3 里可以 承載 4 個(gè) ODU2 或 16 個(gè) ODU1 ，1 個(gè) OPU4 里可以承載 10 個(gè) ODU2 或 10 個(gè) ODU2e ，或 40 個(gè) ODU1。OTN之G.709/G.872的解讀-OTN的結(jié)構(gòu).

如下所示，為 OTU4 的映射路徑，80 個(gè) ODU0 ，40 個(gè) ODU1 ，10 個(gè) ODU2 或 ODU2e ，2 個(gè) ODU3 都可以映射到 OPU4 中。

如下所示，為 OTU2 的映射路徑，8 個(gè) ODU0 ，4 個(gè) ODU1 都可以映射到 OPU2 中。

如下所示，為 OTU3 的映射路徑，32 個(gè) ODU0，16 個(gè) ODU1，或 4 個(gè) ODU2 都可以映射到 OPU3 中。而對(duì)于 ODU2e 的情況，比較特殊。由于 OPU3 的速率小于 4 個(gè) ODU2e 的速率，因此 OPU3 無(wú)法裝載 4 個(gè) ODU2e ，最多只能通過(guò) ODTU3.9 支路，裝載 3 個(gè) ODU2e。

ODTU 的速率

當(dāng) OPU 中承載了低速率等級(jí)的 ODU 時(shí)，ODU 需要通過(guò) ODTU(光數(shù)據(jù)支路單元)適配。ODTU 包含了開(kāi)銷(xiāo)了部分和 Payload 部分，以下是各種 ODTU 信號(hào) payload 的帶寬。

ODTU 有兩種類(lèi)型：

1) ODTU01 、ODTU12 、ODTU13 、ODTU23 是一類(lèi) (ODTUjk)，指將低等級(jí)的 ODUj 向高等級(jí) 的 OPUk 映射的支路單元，使用 AMP 映射；

2) ODTU2.ts、ODTU3.ts、ODTU4.ts 是另外一類(lèi) (ODTUk.ts)，指使用了 ts 個(gè)高速率等級(jí) OPUk 的支路單元，使用 GMP 映射。

為了更清晰地說(shuō)明 ODTU 的速率規(guī)律，我們先來(lái)看一下低速率等級(jí)的 ODU 向高速率等級(jí) OPU 映射的過(guò)程。

第一步：ODUj 可以通過(guò) AMP 映射方式映射到 ODTUjk 中，或者通過(guò) GMP 映射方式映射到 ODTUk.ts 中。

第二步：HO OPUk 會(huì)被分為很多的 1.25G/2.5G 的支路槽，通過(guò)字節(jié)同步映射 (簡(jiǎn)單的時(shí)分 復(fù)用方式)，將 ODTUjk 或 ODTUk.ts 映射到這些 1.25G/2.5G 的支路槽中。

例如將 ODU2 映射到 OPU3 中，分為兩步：

1) 先將 ODU2 映射到 ODTU23，

2) ODTU23 的速率約為 10G ，需要占用 8 個(gè) 1.25G 的支路槽，因此需要將 ODTU23 映 射到 OPU3 的 8 個(gè) 1.25G 支路槽中。

再例如將 ODU2 映射到 OPU4 中，分為 2 步：

1) 先將 ODU2 映射到 ODTU4.8，

2) ODTU4.8 的速率約為 10G ，需要占用 8 個(gè) 1.25G 的支路槽，因此需要將 ODTU4.8 映 射到 OPU4 的 8 個(gè) 1.25G 支路槽中。

需要注意的是，OPU2/OPU3/OPU4 的 1.25G 支路，雖然都稱(chēng)為 1.25G 支路，實(shí)際上它們的速 率不相同，OPU2 的 1.25G 支路最慢，約 1.249Gbps；OPU4 的 1.25G 支路最快，約 1.301Gbps。

規(guī)律 5 ：ODTUjk的payload帶寬公式中，包括整數(shù)和尾數(shù)兩個(gè)部分。

1) 整數(shù)部分：OPUk中可以承載幾個(gè)ODTUjk，那么整數(shù)部分就是3808除以幾。

a)OPU1中可以承載2個(gè)ODTU01，整數(shù)部分1904=3808/2

b)OPU2中可以承載4個(gè)ODTU12，整數(shù)部分952=3808/4

c)OPU3中可以承載16個(gè)ODTU23，整數(shù)部分238=3808/16

c)OPU3中可以承載4個(gè)ODTU13，整數(shù)部分952=3808/4

2) 尾數(shù)部分：OPUk中可以承載幾個(gè)ODTUjk，那么整數(shù)部分就是1/4除以幾。

a)OPU1中可以承載2個(gè)ODTU01，小數(shù)部分1/4/2=1/8

b)OPU2中可以承載4個(gè)ODTU12，小數(shù)部分1/4/4=1/16

c)OPU3中可以承載16個(gè)ODTU13，小數(shù)部分1/4/16=1/64

c)OPU3中可以承載4個(gè)ODTU23，小數(shù)部分1/4/4=4/64

ODTU 到 OPU 的映射為時(shí)分復(fù)用的映射方式，OPU 被分為多個(gè) 1.25G/2.5G 的支路槽(tributaryslot, TS)，ODTU 映射到這些支路槽中，映射方法為簡(jiǎn)單的時(shí)分復(fù)用方式。

OPU1 承載 2 個(gè) ODTU01 時(shí)，每個(gè) ODTU01 的載荷占用 1/2 的 OPU1 載荷，因此 ODTU01 的載 荷應(yīng)該式 OPU1 載荷速率的一半，即 3808/2 /3808* OPU1 載荷速率 = 1904 / 3824 * ODU1 載 荷速率。

此外，我們還需要考慮到 OPU1 開(kāi)銷(xiāo)中的 NJO 調(diào)整機(jī)會(huì)。每個(gè) OPU1 幀 (4 行) 只有 1 個(gè)字 節(jié)的 NJO 調(diào)整機(jī)會(huì)，因此對(duì) 2 個(gè) ODTU01 ，每個(gè) ODTU01 需要兩個(gè) OPU1 幀才能有 1 個(gè)字節(jié) 的 NJO 調(diào)整機(jī)會(huì)。考慮到這個(gè)調(diào)整機(jī)會(huì)后，ODTU01 還應(yīng)加上 1/4/2 /3808* OPU1 載荷速率。這就是帶寬計(jì)算中的小數(shù)部分。對(duì)于 OPU2/OPU3 都是類(lèi)似的計(jì)算方法。

規(guī)律 6：ODTUk.ts的payload速率和占用的支路槽數(shù)ts成正比，和OPUk中1.25G支路槽的 列數(shù)成正比。

ODTUk.ts 全部都使用 1.25G 支路槽，ts 表示占用的支路槽個(gè)數(shù)，因而其速率當(dāng)然和 ts 成正 比，需要的 ts 支路數(shù)越多，ODTUk.ts 的速率就越高。在不同的 OPUk 中，1.25G 支路槽占的列數(shù)不相同。OPUk 的速度等級(jí)越高，1.25G 支路槽占 的列數(shù)越少。因此，以 ODUk 的速率為基準(zhǔn)時(shí)，ODTUk.ts 的速率和 OPUk 中 1.25G 支路槽的 列數(shù)成正比。

在 OPU2 中，有 8 個(gè) 1.25G 支路槽，因此列數(shù)為 3808/8 = 476；

在 OPU3 中，有 32 個(gè) 1.25G 支路槽，因此列數(shù)為 3808/32= 119；

在 OPU4 中，有 80 個(gè) 1.25G 支路槽，因此列數(shù)為 3800/80 = 47.5 (其中最右邊 8 列為填充)；

ODTUk.ts 不使用 NJO 調(diào)整機(jī)會(huì)，因此其速率與 NJO 無(wú)關(guān)，也沒(méi)有 ODTUjk 那樣的小數(shù)部分。

如何解決速率差

當(dāng)數(shù)據(jù)映射到 OPU 中 (包括客戶側(cè)信號(hào)直接映射到 OPU，和低速率等級(jí)的 ODU 映射到 高速率等級(jí)的 OPU 等情況)，數(shù)據(jù)速率和 OPU 載荷速率存在一定的差異。

這種差異可能是 由于數(shù)據(jù)速率和 OPU 速率本身就不匹配，也可能是產(chǎn)生數(shù)據(jù)的時(shí)鐘和 OPU 的時(shí)鐘不一致引 起的。速率差異問(wèn)題可以采用合理的映射方式來(lái)解決，OTN 協(xié)議規(guī)定了 AMP 、BMP 、GMP 和 GFP-F 等映射方式。

AMP：Asynchronous Mapping Procedure 異步映射規(guī)程；

BMP：Bit-synchronous Mapping Procedure 比特同步映射規(guī)程；

GMP：Generic Mapping Procedure 通用映射規(guī)程；

GFP-F：Frame mapped Generic Framing Procedure 通用成幀規(guī)程。

BMP、AMP 和 GMP 三種映射方式的使用區(qū)別如上表所示。

BMP 必須 Server 時(shí)鐘和 Client 時(shí) 鐘完全同源；

AMP 映射必須 Client 信號(hào)時(shí)鐘頻率和 OPUk 的負(fù)載時(shí)鐘頻率誤差在 65 個(gè) ppm 以內(nèi)

GMP 必須 Client 信號(hào)速率不大于 OPUk 的負(fù)載速率。

信號(hào)映射到 OPU 中有兩種方式，一種是直接映射到 OPU 中，另一種是已經(jīng)映射到 ODU，再 次映射到更高速率等級(jí)的 OPU 中。以下式 ODUj 到 OPUk 的映射類(lèi)型。

規(guī)律 7 ：PT=20的映射為1.25G支路映射 (除了ODU0->OPU1以外)；PT=21的映射為2.5G支路映射，PT=22的映射為5G支路映射。

ODU0 的映射：

ODU0 -> ODTU01 (AMP) -> OPU1 (PT=20)

ODU0 -> ODTU2.1 (GMP) -> OPU2 (PT=21)

ODU0 -> ODTU3.1 (GMP) -> OPU3 (PT=21)

ODU0 -> ODTU4.1 (GMP) -> OPU4 (PT=21)

ODU1 的映射：

ODU1 -> ODTU12 (AMP)-> OPU2 (PT=20, PT=21)

ODU1 -> ODTU13 (AMP) -> OPU3 (PT=20, PT=21)

ODU1 -> ODTU4.2 (GMP) -> OPU4 (PT=21)

ODU2 的映射：

ODU2-> ODTU23 (AMP) -> OPU3 (PT = 20, PT=21)

ODU2-> ODTU4.8(GMP) -> OPU4 (PT=21)

ODU2e 的映射：

ODU2-> ODTU3.9 (GMP) -> OPU3 (PT=21)

ODU2-> ODTU4.8(GMP) -> OPU4 (PT=21)

ODU3 的映射：

ODU3-> ODTU4.31 (GMP) -> OPU4 (PT=21)

我們?cè)侔?SDH 和 ETH 客戶側(cè)信號(hào)直接映射到 OPU 的情況列舉如下：

STM-16 -> OPU2 (AMP PT=02, BMP PT=03)

STM-64 -> OPU3 (AMP PT=02, BMP PT=03)

STM-256 -> OPU4(AMP PT = 02, BMP PT=03)

1000 BASE-X -> OPU0 (GMP PT=07)

10G BASE-R -> OPU2e (BMP, PT=07?)

40G BASE-R -> OPU3 (GMP PT = 07)

100G BASE-R-> OPU4 (GMP PT = 07)

規(guī)律 8：各種客戶信號(hào)的映射方式如下：

ODTU01,ODTU12,ODTU13,ODTU23使用AMP映射；

ODTUk.ts使用GMP映射；

SDH到對(duì)應(yīng)的OTU使用AMP或BMP映射；

以太信號(hào)使用GMP映射 (OTU2e除外)；

10GE到OTU2e使用BMP映射。

需要注意的是 10GE 到OTU2e 只能使用BMP 映射，這是由于 10GE 信號(hào)的頻率偏差為100ppm， AMP 無(wú)法支持這么大的時(shí)鐘 jitter ，因此只能使用 BMP 映射。

1.BMP 無(wú)速率差異

BMP 映射僅僅應(yīng)用在 Client 信號(hào)和 Server 信號(hào)速率成比例關(guān)系的情況下，即兩者之間 沒(méi)有速率差異。Client 信號(hào)的時(shí)鐘進(jìn)行一個(gè)分?jǐn)?shù)倍頻以，后即可作為 Server 信號(hào)的時(shí)鐘；Server 信號(hào)的恢復(fù)之中進(jìn)行分?jǐn)?shù)分頻以后，即可作為 Client 信號(hào)的時(shí)鐘。

10BASE-R 到 OPU2e 的映射使用 BMP 。STM 信號(hào)到相應(yīng)的 OPUk ，可以使用 BMP 映射， 也可以使用 AMP 映射。

2.AMP 解決速率差異

AMP 信號(hào)解決 Client 信號(hào)和 Server 信號(hào)速率差異在較小的范圍之內(nèi)的差異。有兩種情 況：

1) Client 信號(hào)和 Server 信號(hào)使用成比例關(guān)系的頻率：

但是由于兩者各自使用自己的本 地時(shí)鐘，那么時(shí)鐘本身的誤差會(huì)導(dǎo)致速率造有差異。例如 STM-16 裝載到 OPU2 中，OPU2 以本地時(shí)鐘發(fā)送，那么發(fā)送的本地時(shí)鐘和 STM-16 時(shí)鐘之間的差異，造成了速率比例關(guān)系的 誤差。這需要通過(guò) AMP 映射的指針調(diào)整方法解決。

AMP 映射可以解決+/-65ppm 的誤差，輸入信號(hào)+/-45ppm ，OPU 時(shí)鐘+/-20ppm 。那么這 個(gè) 65ppm 的值是怎么來(lái)的呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單：OPUk 的載荷區(qū)域?yàn)?3080*4 個(gè)字節(jié)，每個(gè) OPUk 幀，都存在 1 個(gè)字節(jié)的正調(diào)整機(jī)會(huì) PJO 和 1 個(gè)字節(jié)負(fù)調(diào)整機(jī)會(huì) NJO 。因此可以接受的最大速率差異即：

+/-1 ÷ (3080*4) = +/-65.7ppm。

2) ODTUjk 的AMP 映射：

當(dāng) ODUj 通過(guò) ODTUjk 映射到 OPUk 的 1.25G 或 2.5G 支路，ODTUjk 具備支路開(kāi)銷(xiāo)自己 TSOH ，用于適配 ODUj 和 ODTUjk 之間的速率差。ODTUjk 包含 1 個(gè)字節(jié) 的負(fù)調(diào)整機(jī)會(huì) NJO 和2 個(gè)字節(jié)的正調(diào)整機(jī)會(huì) PJO1、PJO2。通過(guò) JC 判斷調(diào)整機(jī)會(huì)的方法如下：

由于每個(gè)支路都需要使用 OPUk 的開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)，因此每個(gè)支路槽的 JC 、NJO 等是時(shí)分復(fù)用的，既每個(gè)支路槽用相應(yīng)復(fù)幀指示 MFAS 所表示的那一幀的 OPUk 開(kāi)銷(xiāo)。那么 PJO 也一樣， 每個(gè)支路的兩個(gè)字節(jié)的 PJO 開(kāi)銷(xiāo)，也使用相應(yīng) MFAS 值所指示的第一列和第二列的字節(jié)。如下圖所示：

那么，ODTUjk 的 AMP 映射的速率差異接受范圍是 (-65ppm ，+130ppm)。計(jì)算速率差異如 下：

以下是 ODU1 映射到 ODTU13 時(shí)的固定填充情況，共 238 列，地 119 列設(shè)置為固定填充。

當(dāng) ODUjk 裝載時(shí)，速率差的范圍為 0~35.5ppm，輸入數(shù)據(jù)的時(shí)鐘差為+/-20ppm，輸出數(shù) 據(jù)的時(shí)鐘差也為+/-20ppm ，那么裝載時(shí)的速率差為 -40ppm ~ 75.5ppm 。這樣一個(gè)字節(jié)的調(diào) 整機(jī)會(huì)+/-65ppm 顯然無(wú)法滿足要求。因此 ODUjk 需要使用 2 個(gè)字節(jié)的正調(diào)整機(jī)會(huì)，使得可接受的速率差達(dá)到 -65ppm ~ 130ppm。

3.GMP 映射解決更大的速率差

GMP映射可以解決更大的速率差，要求客戶側(cè)信號(hào)必須小于 OPUk 的負(fù)載速率。GMP 不使用 NJO 字節(jié)。GMP 使用 Sigma-Delta 算法，間歇性地標(biāo)記 OPUk 負(fù)載中的某些數(shù)據(jù)為固 定填充，不能填充客戶側(cè)型號(hào)，從而使得客戶側(cè)信號(hào)使用 OPUk 的負(fù)載速率。

OTUk.ts 承載方式，都使用 GMP 映射方式。同時(shí)1000BASE-X 、40GBASE-R 、100GBASE-R ，都是使用 GMP 方式，分別映射到 OPU0 、OPU3 和 OPU4。

總 結(jié)

文章總結(jié)了OTN 協(xié)議中的各種速率定義的規(guī)律，闡述了在這些速率定義后隱含的原理。包括 OTN/ODU/OPU 的速率、ODTU的速率，以及解決這些速率差的指針調(diào)整規(guī)律。成文倉(cāng)促，若有錯(cuò)誤或者不足之處，往不吝指正。

審核編輯：湯梓紅