文/中國信息通信研究院 技術與標準研究所 張海懿 趙文玉 湯瑞 徐云斌
1、引言
隨著全球數(shù)字經(jīng)濟加速發(fā)展，政府、金融、電力等領域對高品質(zhì)傳輸專線的需求不斷增加，帶動光傳送網(wǎng)（OTN）持續(xù)向城域邊緣下沉和行業(yè)末端節(jié)點規(guī)模部署。鑒于傳統(tǒng)OTN技術帶寬管道顆粒度偏大（最小帶寬容器粒度為1.25Gb/s量級的ODU0），在承載GE以下速率業(yè)務時存在帶寬利用率低、調(diào)度靈活性差等問題，同時同步數(shù)字體系（SDH）技術也已步入更新?lián)Q代期，亟須業(yè)界提供一種帶寬粒度更小、更靈活的新技術來滿足高品質(zhì)專線等業(yè)務承載需求。細粒度光傳送網(wǎng)（fgOTN）技術按需而生，其延續(xù)傳統(tǒng)SDH技術所具備的小顆粒、硬隔離、高可靠和確定性時延等特點，同步支持原有OTN技術的大帶寬擴展能力，成為當前OTN技術重要發(fā)展方向之一和業(yè)界關注的熱點。
2、小顆粒技術標準先行，引領OTN創(chuàng)新發(fā)展
針對小顆粒業(yè)務高品質(zhì)承載需求和傳統(tǒng)OTN技術存在的不足等，我國產(chǎn)業(yè)界近年來持續(xù)推動OTN小顆粒技術體系研究及標準研制工作，力求按需推出低成本、低時延、低功耗的小顆粒業(yè)務承載方案，進一步降低設備復雜度和簡化網(wǎng)絡運維。截止到目前，fgOTN 技術方案已基本成形，并已完成國際標準和國內(nèi)標準的初步研制，未來將進一步加速引領OTN技術產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。
fgOTN作為OTN的重要演進方向之一，其國際標準化工作主要由國際電信聯(lián)盟電信標準化部門第15研究組（ITU-T SG15）負責。我國從2018年左右率先開始推動OTN小顆粒的國際標準化工作，國內(nèi)運營商、設備商和科研機構等單位專家積極貢獻，圍繞應用需求、幀結構、映射適配等關鍵技術方案等提交了大量文稿并進行了深入討論，加速引導OTN小顆粒標準研究和技術發(fā)展。2023年4月，ITU-T SG15全會同意對最初確定的小顆粒標準研究范圍進行更新，并正式立項G.fgOTN，明確E1/VC-n等恒定比特速率業(yè)務（CBR業(yè)務）使用fgOTN承載，并在2023年年底的全會上正式通過了第一批fgOTN核心標準，包括細粒度OTN總體（G.709.20）、光傳送網(wǎng)接口修正3（G.709 Amd3）、光傳送網(wǎng)架構（G.872 Annex A）等，以及在2024年7月全會上通過了線性保護標準G.808.4等，同時在G.709、G.709.20、G.798（設備功能塊特性）、G.874(管控需求及功能)、G.875(管控信息模型)等標準中針對fgOTN應用需求進一步推進優(yōu)化或完善工作。
在國內(nèi)行業(yè)標準方面，OTN技術相關標準的制修訂工作由中國通信標準會協(xié)會（CCSA）的傳送網(wǎng)與接入網(wǎng)技術委員會（TC6） WG1主要負責。CCSA目前除已完成《光業(yè)務單元（OSU）技術要求》、《基于光業(yè)務單元(OSU)的光傳送網(wǎng)(OTN)設備技術要求》、《基于光業(yè)務單元(OSU)的光傳送網(wǎng)(OTN)設備測試方法》等光業(yè)務單元（OSU）的行業(yè)標準體系制定之外（OSU是OTN小顆粒標準的另外一種制式），CCSA和ITU-T亦在同步推動構建fgOTN標準體系。2023年CCSA正式啟動研制的《細粒度光傳送網(wǎng)（fgOTN）技術要求》、《基于光業(yè)務單元（OSU）和細粒度OTN（fgOTN）的光傳送網(wǎng)（OTN）管控技術要求》，目前正在或已完成報批稿公示。另外，2024年CCSA新增立項《細粒度光傳送網(wǎng)（fgOTN）設備技術要求》、《細粒度光傳送網(wǎng)（fgOTN）設備測試方法》等，fgOTN的行業(yè)標準體系正在不斷加速完善。
3、fgOTN技術特征明顯，助力高品質(zhì)業(yè)務發(fā)展
在傳統(tǒng)OTN技術架構的基礎上，fgOTN重點擴展了小顆粒業(yè)務的承載能力。在定義面向小顆粒業(yè)務的細粒度靈活光數(shù)據(jù)單元（fgODUflex）容器的基礎上，進一步規(guī)范了業(yè)務適配、開銷管理監(jiān)控、交叉調(diào)度、映射復用、無損帶寬調(diào)整、子網(wǎng)連接保護等完整的層網(wǎng)絡功能， fgOTN關鍵技術特征明顯，有望助力小顆粒高品質(zhì)業(yè)務演進發(fā)展。
（1）支持面向小顆粒業(yè)務的靈活容器
基于4行×3824字節(jié)列幀結構設計和10.4Mbps時隙粒度的靈活容器是fgOTN的技術核心之一。首先，fgOTN幀結構延續(xù)OTN基礎幀結構并支持豐富的字節(jié)開銷。fgOTN繼承了ODUk大部分開銷，包括通道監(jiān)視（PM）、串聯(lián)連接監(jiān)視（TCM）、路徑蹤跡標識（TTI）、映射調(diào)整開銷、分組業(yè)務映射定幀開銷、凈荷類型（PT）等，同時保留了傳統(tǒng)OTN豐富的操作維護管理（OAM）優(yōu)勢。其次，fgOTN低速業(yè)務適配能力強，兼具較高傳輸效率。fgOTN采用最小為10.4Mbps的靈活時隙，OPU服務層劃分固定的細粒度支路時隙，如每個OPU0劃分為119個10.4Mbps支路時隙，單個ODU0理論可支持119條硬管道業(yè)務連接數(shù)，能夠提供10Mbps到1Gbps量級業(yè)務的靈活高效承載。第三，fgOTN具備良好的低時延特性。基于fgODUflex靈活容器的端到端統(tǒng)一調(diào)度，不僅支持時隙硬隔離功能使多業(yè)務承載更安全，同時也保證了更低的時延和時延抖動。另外，相較于傳統(tǒng)小顆粒業(yè)務承載多至6級的映射復用路徑，EofgOTN簡化到只需3級映射路徑（如：客戶業(yè)務-fgODUflex-ODU2-OTU2），進一步降低了設備業(yè)務轉接時延。
（2）優(yōu)化的業(yè)務映射與復用方案
fgOTN在業(yè)務映射、復用、恒定比特速率業(yè)務（CBR）時鐘機制等方面在繼承ODUk原有技術體系的基礎上進行了優(yōu)化改進。在映射方面，分組業(yè)務采用空閑映射規(guī)程（IMP）映射，業(yè)務數(shù)據(jù)流采用64B/66B編碼，保持了編碼的低延遲和低處理復雜度。CBR業(yè)務統(tǒng)一采用通用映射規(guī)程（GMP）映射，并支持E1/VC/STM-N等多種業(yè)務類型。在復用方面，fgOTN統(tǒng)一采用16字節(jié)固定映射粒度，簡化了fgODUflex到服務層OPU異步映射，進一步支持低時延、低緩存資源、低映射開銷等。在恒定比特速率業(yè)務（CBR）時鐘機制方面，為了使fgODUflex承載的CBR客戶側的再生時鐘滿足CBR業(yè)務抖動和漂移需求，利用fgODUflex開銷提供了一個對相鄰fgODUflex處理節(jié)點之間的相對時鐘偏移進行累加的方案。
（3）簡化的無損帶寬調(diào)整機制
針對傳統(tǒng)OTN無損帶寬調(diào)整方案協(xié)議復雜、調(diào)整時間偏長等問題，面向fgOTN應用場景，業(yè)界推動開發(fā)了一種簡化的無損帶寬調(diào)整機制，也即簡化了鏈路連接調(diào)整握手協(xié)議，從源到宿端到端握手確定時隙，通過帶寬調(diào)整開銷快速實現(xiàn)速率調(diào)整，調(diào)整時間降至數(shù)百ms量級。另外，帶寬無損調(diào)整也支持無統(tǒng)一網(wǎng)管的應用場景，調(diào)整由源節(jié)點發(fā)起，調(diào)整過程可不需要網(wǎng)管參與，通過端到端確認機制保障了調(diào)整的可靠性。
（4）支持業(yè)務感知的管控功能
面向小顆粒業(yè)務靈活承載需求，fgOTN通過集中管控架構，實現(xiàn)多域OTN網(wǎng)絡中的fgOTN資源拓撲收集、路徑計算、連接控制、保護恢復、告警性能等功能。特別地，面向入云/入算專線、政企用戶等，可通過集中式管控+分布式協(xié)議增強業(yè)務感知能力，靈活動態(tài)配置網(wǎng)絡資源，即業(yè)務感知收集客戶側連接的物理地址，形成業(yè)務映射轉發(fā)表并下發(fā)設備，設備識別客戶業(yè)務報文頭L2+L3信息，基于業(yè)務映射轉發(fā)表對業(yè)務進行轉發(fā)，進一步增強業(yè)務配置的靈活性等。
4、產(chǎn)業(yè)各方積極推動，有望逐步進入應用推廣期
隨著fgOTN技術和標準的不斷完善，我國電信運營商與電力、交通等行業(yè)單位正在積極推動相應設備研發(fā)和應用試點驗證，加速推動fgOTN產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟。
在設備研制方面，華為、中興、烽火等國內(nèi)主要設備廠商均已推出fgOTN產(chǎn)品，其他廠商也在積極跟進研制相關產(chǎn)品，預計在2025年陸續(xù)推出，同時奧普維爾等國內(nèi)儀表廠商也在開發(fā)fgOTN相關測試儀表。在試驗驗證方面，中國移動已率先在2023年到2024年期間進行了多輪fgOTN測試驗證，預計在2025年將開啟首輪集采。在行業(yè)網(wǎng)方面，2024年國家電網(wǎng)山西、遼寧、山東、江西、新疆、江蘇等多個省公司開展了fgOTN隔離性、時延、抖動等特性驗證，持續(xù)探索在電力通信應用的可行性及適用場景。
從fgOTN商用部署情況方面來看，在應用需求、技術標準、產(chǎn)業(yè)化能力及測試驗證等多維驅動和業(yè)界聚力推動下，后續(xù)有望進入應用推廣期，并將依據(jù)場景需求選擇差異化部署方案。對于現(xiàn)網(wǎng)升級改造場景，fgOTN設備兼容性允許在混合組網(wǎng)場景下對接存量SDH設備，逐步改造升級現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡，既可最大限度保護現(xiàn)有投資，也支持現(xiàn)有網(wǎng)絡的平滑演進；對于部分節(jié)點設備資源緊張，部分老舊SDH設備面臨退網(wǎng)的場景，可通過fgOTN網(wǎng)絡與SDH核心/匯聚設備的對接，利用現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡存量資源，快速形成OTN網(wǎng)絡的廣泛業(yè)務接入能力，并逐步實現(xiàn)SDH設備退網(wǎng)遷轉需求。對于新建網(wǎng)絡場景，由于承載業(yè)務以新增為主，則可考慮直接采用OTN+fgOTN技術，端到端OTN網(wǎng)絡管理運維相對簡單，有利于降低建網(wǎng)成本，并減少維護工作量和復雜度。另外，在具體的設備實現(xiàn)上fgOTN也存在多種方案，如對于新建網(wǎng)絡或新建站點場景，可在設備上直接部署fgOTN線路板卡支持小顆粒業(yè)務承載，上下業(yè)務的站點按需部署支路板卡。對于存量網(wǎng)絡，如果業(yè)務量大且對時延要求高，也可以在現(xiàn)有站點擴容線路板卡以支持fgOTN功能；或者為利舊線路板卡，在現(xiàn)有設備上部署fgODUflex橋接板以支持fgOTN功能，按需部署支路板卡，在降低fgOTN部署成本和復雜度的基礎上實現(xiàn)快速部署。
5、總結與展望
隨著算力和AI等新型應用發(fā)展驅動，千行百業(yè)數(shù)字化轉型進一步加速，面向政府、金融、電力等領域的小粒度硬管道傳輸專線需求持續(xù)旺盛。面對傳統(tǒng)OTN技術帶寬粒度偏大、SDH技術已進入更新?lián)Q代期等問題和小顆粒品質(zhì)業(yè)務承載迫切需求，fgOTN應運而生并成為OTN發(fā)展的關鍵熱點技術之一，同步提供了面向小顆粒業(yè)務的時隙硬隔離、高可靠性、確定性低時延和高效率端到端承載等特性。目前fgOTN國際與國內(nèi)技術標準制定已基本成形，并在增強靈活帶寬調(diào)整、智能管控協(xié)議、多域保護互通等方面加緊推動完善，相應設備及測試儀表研制、應用試點驗證等工作有序開展，后續(xù)有望逐步進入應用推廣階段。預計未來幾年，在我國業(yè)界聚力協(xié)同推動下，fgOTN技術將逐步完善并啟動規(guī)模應用，靈活承載多粒度高品質(zhì)業(yè)務，有力支撐算力+AI時代我國數(shù)字經(jīng)濟加快發(fā)展。 
