新一代分组光融合传送网POTN设备架构研究

      分组传送网（PTN）与OTN网络已规模部署，但伴随着移动应用和固定宽带的规模增长，分组传送网PTN与OTN网络在城域内各自独立发展的模式受到挑战。在城域内，移动Backhaul业务/大客户专线业务及宽带数据业务并存，现阶段都采用多种形态的设备来解决业务的承载，给规划投资、运维管理、节能减排等方面带来了较大压力。在这一发展背景下，分组传送网PTN与OTN的融合解决方案——新一代分组光融合传送网络（POTN）应运而生。

POTN业务模型

    新一代分组光融合传送网（POTN）融合了光层（WDM）、OTN和SDH层（可选）、分组传送层（以太网/MPLS-TP）的网络功能，具有对TDM（ODUk）、分组（MPLS-TP和以太网）的交换调度，并支持多层间的层间适配和映射复用，实现对分组、OTN、SDH（可选）等各类业务的统一和灵活传送功能，并具备传送特征的OAM、保护和管理功能的网络。

    在ITU-T G.798.1 Appendix IV和CCSA《分组增强型光传送网总体技术要求》标准中均对POTN的网络分层结构进行了定义，两个标准中均定义了客户业务通过ETH到OTN、MPLS-TP到OTN、SDH到OTN的不同的分层架构的处理方式（见图1）。

    CCSA定义的POTN网络分层架构相对ITU-T定义的标准分层架构，有如下优化：

    ● 当分组传送层采用以太网技术时，G.798.1包括S-EC（PB）和B-EC（PBB）两种技术，但是在中国运营商网络中，无PBB的应用，因此进行了简化，不采用B-EC（PBB）技术。

    ● SDH+OTN：SDH功能（Sm、Sn、MS、RS）为可选。

    考虑到多层优化、成本、智能等多方面的需求，结合应用场景，POTN设备架构可进一步优化，更加贴近网络的发展需求，其中CES/L2VPN、IP、L1业务的封装路径分别优化为：

    ● CES/L2VPN-PW-LSP-ODU-OTU-OCH/OMS；

    ● IP-VPN-LSP-ODU-OTU- OCH/OMS；

    ● L1-ODU-OTU- OCH/OMS。

POTN转发平面架构

    根据POTN设备的分层架构，可以细化POTN设备转发平面的系统方案——POTN的转发平面由统一信元交换矩阵为内核，提供Packet和OTUk等多种业务接口类型，支持任意比例的Packet和OTUk的业务混合传送功能（见图2）。

POTN转发平面的统一信元交换

    在POTN转发平面交换系统的传统设计思路中，存在TDM（ODUk）/Packet双平面交换系统设计。双平面交换系统虽然设计简单，易于实现，但分组及TDM（ODUk）业务通过不同交换平面，业务组织调度非常不灵活，可扩展性差，存在设备功耗大、OPEX高等缺陷。

    统一信元交换的系统设计业务调度灵活、可扩展性高，可以实现TDM（ODUk）业务及分组业务任意比例混合接入，组网灵活，且统一交换平面可大幅降低设备功耗和体积，符合绿色节能的理念。

    因此POTN的转发平面需统一信元交换。POTN的统一信元交换矩阵，将完成所有的分组业务及ODUk子波长业务的统一信元交换，实现系统各线卡间业务的无阻交叉，实现任意比例的分组业务和ODUk子波长业务的交换。
为了实现统一信元交换中对于分组业务和ODUk业务的任意比例的混合接入，OIF定义了OPF标准接口，定义了ODUk-to-Packet接口实现任意颗粒ODUk到分组交换网的适配功能，其中SAR技术可以有效保序，并去除分组交换网引入的时延抖动。ODUk-to-Packet接口解决了OTN和PTN业务在统一分组交换网的交叉调度需求，实现100%Packet到100%OTN的任意比例业务的交换。采用OPF标准接口的统一信元交换系统实现超大容量ODUk交叉调度（容量超10Tbps）的同时支持ODU0颗粒的无阻调度，获得更加灵活的调度性能。在使用OPF标准接口时更容易实现交换电路的m+n的保护方案，提升系统的安全可靠性能。因此OPF标准接口为POTN的统一信元交换的转发平面提供标准支持。

POTN转发平面的hybrid线卡

    POTN转发平面有多种类型的管道，其中PTN业务和ODUk子波长业务的传送管道既要能分别处理，还需支持各管道间的相互转换，需具备端到端部署的能力，实现整网的统一配置、统一调度、统一管理、统一运维。

    POTN转发平面可配备线路侧hybrid单板实现PTN和OTN的融合，线路侧出彩色n×OTUk光接口信号。PTN业务和ODUk子波长业务到同一个hybrid线路侧线卡可自由无阻调度，实现100%Packet到100%OTN的任意比例业务的交换，减少线路侧线卡种类和槽位占用。

POTN控制平面架构

    新一代分组化传送网络POTN需要具备向SDN的平滑演进能力。SDN的核心理念是控制与转发分离、控制集中化，网络能力开放化。而POTN从架构上已经实现了控制与转发、应用分离，在POTN上增加控制器及APP应用就可以实现SDN，从而实现网络从封闭到开放性的转变，使得网络更加智能（见图3）。同时对外提供开放的北向接口，通过集中式网管和控制器提升网络智能化、简化多层网络的运维、解决多厂家设备对接协调等问题。

    在SDN演进方面，运营商现网部署的PTN设备，可通过网管集中式控制实现存量设备向SDN演进；而对于新建设备，加载SDN控制器，使用标准接口进行集中控制。在集中网管和控制器之上，新增协同层进行统一协同，实现PTN整网的SDN演进。

    SDN控制逻辑集中的特点，使得SDN控制器拥有网络全局拓扑和状态，可实施全局优化，提供网络端到端的部署、保障、检测等手段；同时，SDN控制器可集中控制不同层次的网络，实现网络的多层多域协同与优化，如分组网络与光网络的联合调度，非常适合POTN这种分组和光深度融合的设备。另外通过集中的SDN控制器实现网络资源的统一管理、整合后，可以将网络资源虚拟化，即将大颗粒的POTN资源虚拟成按需的网络分片，通过规范化的北向接口为上层应用提供服务。

    POTN系统架构分为转发、控制和管理三个平面。POTN在转发平面具备统一交换矩阵，支持OPF标准接口，支持hybrid线卡实现不同种类的管道的互相转换；POTN在控制平面具备向SDN的平滑演进能力；再加上管理平面实现图形化管理和运维，构成了完整的POTN系统架构。