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OTN标准简介(中文版)

技术文件

技术文件名称：OTN标准简介

技术文件编号：

版本：V1.0

共41页

(包括封面)

拟制苑岩

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会签

标准化

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深圳市中兴通讯股份有限公司

信息安全：

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护经验属于内部公开文档。

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常规更新每季度以邮件形式发布周知。

修订记录

1 引言 (3)

1.1 编写目的 (3)

1.2 预期的读者和阅读建议 (3)

1.3 文档约定 (3)

2 术语、定义和缩略语 (3)

3 参考文档 (4)

4 背景介绍 (4)

4.1 背景 (4)

5 OTN标准简介 (6)

5.1 OTUk帧的结构 (6)

5.1.1 OTUk开销 (6)

5.1.2 OTUk的FEC (10)

5.1.3 OTUk帧的加扰 (12)

5.2 ODUk的帧结构 (12)

5.2.1 ODUk的PM开销 (14)

5.2.2 ODUk的TCM开销 (16)

5.2.3 ODUk中的其他开销 (20)

5.3 OPUk的帧结构 (22)

5.3.1 OPUk开销 (22)

5.3.2 和映射有关的OPUk开销 (24)

5.4 OTN的维护信号（Maintenance signals） (24)

5.4.1 常见的维护信号 (24)

5.4.2 OTUk的维护信号 (25)

5.4.3 ODUk的维护信号 (25)

5.5 客户信号的映射 (26)

5.5.1 Mapping of CBR2G5, CBR10G and CBR40G signals (e.g.,

STM-16/64/256) into OPUk (26)

5.5.2 10GE（10.3125Gbps）业务到OTU2(11.1G)的映射 (30)

5.5.3 4个ODU1到1个OPU2的映射（Mapping ODUk signals into the

ODTUjk signal） (31)

5.5.4 同步映射和异步映射的比较 (38)

1引言

1.1编写目的

本文档作为OTN标准G.709的普及性介绍文档，对G.709标准做了一个较为简单的介绍。本文档从我司波分系统关注的OTN功能出发，重点介绍和波分设备相关的OTN部分。

1.2预期的读者和阅读建议

本文档的预期读者为波分系统的测试人员和售前售后技术支持人员。可参考本文档的读者包括项目经理、所有硬件和软件开发人员，测试人员等。

1.3文档约定

文档中出现的单板是指我司波分设备支持OTN功能的业务类单板。

2术语、定义和缩略语

AIS Alarm Indication Signal

BDI Backward Defect Indication

BEI Backward Error Indication

BIAE Backward Incoming Alignment Error

BIP Bit Interleaved Parity

CBR C onstant Bit Rate

CMEP Connection Monitoring End Point

CDR Clock and Data Recovery，时钟和数据恢复

FAS Frame Alignment Signal

FEC Forward Error Correction

FIFO First-In First-Out，一种先入先出的数据结构

GCC General Communication Channel

LSB Least Significant Bit

MFAS MultiFrame Alignment Signal

MSB Most Significant Bit

MSOH Multiplex Section Overhead(SDH中的复用段开销)

ODTUG Optical channel Data Tributary Unit Group

ODTUjk Optical channel Data Tributary Unit j into k

ODU Optical Channel Data Unit

ODUk Optical Channel Data Unit-k

OH Overhead

OPU O ptical Channel Payload Unit

OPUk Optical Channel Payload Unit-k

OTN Optical Transport Network

OTU Optical Channel Transport Unit

OTUk completely standardized Optical Channel Transport Unit-k

PLL Phase Locked loop

PM Path Monitoring

RS Reed-Solomon

RSOH Regenerator Section Overhead(SDH中的再生段开销)

RSOH

SDH Synchronous Digital Hierarchy

SM Section Monitoring

SOH Section Overhead(SDH中的段开销)

TC Tandem Connection

TCM Tandem Connection Monitoring

TCMOH Tandem Connection Monitoring OverHead

TTI Trail Trace Identifier

3参考文档

ITU-T Recommendation G.707/Y.1322 (2003), Network node interface for the synchronous digital hierarchy (SDH).

ITU-T Recommendation G.709/Y.1331 (2003), Interfaces for the Optical Transport Network (OTN)

ITU-T Recommendation G.870/Y.1352 (2004), Terms and definitions for Optical Transport Networks (OTN)

ITU-T Recommendation G.798, Characteristics oF OPTICAL TRANSPORT NETWORK (OTN) Hierarchy Equipment Functional Blocks

4背景介绍

4.1背景

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1所示。

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，从而形成了OTUk-ODUk-OPUk这三层帧结构。下面详细进行说明。

5 OTN 标准简介

5.1 OTUk 帧的结构

OTUk 帧由OTUk 开销，ODUk 帧和OTUk FEC 三部分组成，总共4行4080字节，如图1所示。ODUk 帧在4.4节中介绍，下面介绍OTUk 的开销和OTUk 的FEC 。 5.1.1 OTUk 开销

OTUk 开销如图2所示。

G.709/Y.1331_F15-6

R o w #

O D U k overhead

O P U k o v e r h e a d

O TU k overhead

C olum n #

1234

12345678FA S

M FA S

9101112131415

图2 OTUk 帧对齐开销(FAS 和MFAS)

图2中，OTUk 的开销所在的位置为第一行第一列（1，1）至第一行第14列（1，14），共14字节。以后用字节（x,y ）表示OTUk 帧中第x 行第y 列位置的字节。这14字节分成三部分，分别为帧对齐字节(FAS)，复帧计数字节（MFAS ）和OTUk 开销（OTUk OH ）。 5.1.1.1

FAS

FA OH 共6个字节，为f6h f6h f6h 28h 28h 28h ，和STM-1的帧对齐字节一样。这6个字节作为帧定位字节，用来定义帧开头的标记，同时这6个字节的码型为CDR 芯片从整个OTUk 帧的码流中提取时钟提供方便。 5.1.1.2

MFAS

字节(1，7)为复帧计数字节MFAS 。一些开销需要跨越多个OTUk 帧，例如TTI 信号。OTUk 的SM TTI 由64字节组成，每帧只有一个TTI 字节，由连续64帧中的TTI 字节组成64字节的完整TTI 信息。这就需要一个帧计数字节来识别当前正在传输的是哪一帧。OTUk 使用MFAS 字节作为帧计数字节用来识别连续发出的多个帧。此字节每发送一帧就加1，加到255后再加1变成0。多个连续的OTUk 帧组成OTUk 复帧。 5.1.1.3

OTUk 开销

OTUk 开销由字节（1，8）至（1，14）共7字节组成，如图3所示。这部分又可分成3部分，SM ，GCC 和RES 。

图4 OTUk中SM开销SM开销包括以下几个子项：

-trail trace identifier (TTI);

-bit interleaved parity (BIP-8);

-backward defect indication (BDI);

-backward error indication and backward incoming alignment error (BEI/BIAE);

-incoming alignment error (IAE);

-bits reserved for future international standardization (RES).

下面分别介绍：

SM-TTI：TTI在SM中占用一个字节，位置为（1，8）。ODUk帧中还包含其他TTI信息，为了区别，SM中的TTI一般称为SM-TTI或者OTUk-TTI。一般提到TTI时，如果没有特殊说明都是指SM-TTI。此字节被定义为传送64字节的标示信息。由于一个OTUk帧中只有一个字节SM-TTI，但SM-TTI实际上是一个64字节的数据结构，所以TTI信息需要将连续64帧中的TTI信息拼起来形成，这点和SDH中的J0字节的定义相似，实际上TTI和J0的意义也基本上一致，不过J0用在SDH帧中，而SM-TTI用在OTUk帧中。64字节TTI的结构定义如下：

-TTI[0] contains the SAPI[0] character, which is fixed to all-0s.

-TTI[1] to TTI[15] contain the 15-character source access point identifier (SAPI[1] to SAPI[15]).

-TTI[16] contains the DAPI[0] character, which is fixed to all-0s.

-TTI[17] to TTI[31] contain the 15-character destination access point identifier (DAPI[1] to DAPI[15]).

-TTI[32] to TTI[63] are operator specific.

关于TTI中各字节的详细定义请参考G.709标准中15.2 Trail trace identifier and

access point identifier definition中的描述。

64字节的TTI信息应该和OTUk中的MFAS字节对齐。一个复帧（multiframe）包括256

个OTUk帧，MFAS为0时对应复帧的第一帧，为255对应复帧的最后一帧，这样一个

包含256个帧的复帧会将64字节TTI信息重复发送4次。MFAS字节为0，

0x40,0x80,0xc0时分别对应每组TTI的第一个字节（字节0）。

SM-BIP-8(SM-BIP8)：BIP-8在SM中占用一个字节，位置为(1,9)。BIP-8为长度一个字节的位交叉偶校验码（bit interleaved parity-8(BIP-8)），和SDH中的B1字节的定义基本一致。BIP-8字节也在ODUk开销中存在，所有会有多种BIP-8。SM-BIP-8也可称为OTUk-BIP8。如果没有特殊说明，BIP-8（或者BIP8）指SM-BIP-8。SM-BIP-8的计算方法为：在第i个OTUk帧的OPUk帧中（从15列到3824列，包括所有的4行）计算BIP-8，然后将计算结果放入第i+2个OTUk帧中，如图5所示。

G.709/Y.1331_F15-11

11415

3824

B IP 8

B I P 8

O P U k

B I P 8

F r a m e i

F r a m e i +1

F r a m e i +2

2341

234

1234

图5 SM-BIP-8的计算方法

SM-BDI ：全称为OTUk SM backward defect indication (BDI)。只有一位，位置为字节（1，10）的位5。此位用来向上游传送反向失效指示。此位为1表示下游节点返回接收失效信息，此位为0表示下游节点接收正常。此位的发送和接收过程如下：当当前节点接收部分检测到OTUk 帧处于失效状态时（Defect ），当前节点会向上游节点发送的OTUk 帧中置SM-BDI 为1，用来通知上游节点本节点已经检测到失效。这个原理和SDH 中反向发送MS-RDI 的过程基本一致。单向OTU10G 单板（例如OTU10G/3）只能将接收信号向下游发送，无法向上游发送，所以无法支持反向发送SM-BDI 的功能（如果要通过收发OTU 配合实现难度太大）。但对于收发合一的单板（OTU10G/2，OTUF/2或者SRM41），他们能够同时向上游和下游发送信息，所以应该支持此功能。例如对于OTU10G/2单板，当配置为收发合一模式时，当线路侧接收检测到Defect 时，单板应该在将线路侧发送部分插入SM-BDI ，用来通知上游的单板下游单板已经检测到错误。对于Defect 的定义请参考后面SM-BDI 实现过程中的描述。

SM-BEI/BIAE ：全称为OTUk SM backward error indication and backward incoming alignment error (BEI/BIAE)，反向错误指示和反向接收对齐错误。此部分占据4位，为字节（1，10）的位1至位4。此字段用来向上游站点传送当前站点接收到的SM-BIP8误码个数，此字段也被用来向上游站点传送接收对齐错误标示（IAE,ncoming alignment error ）。当当前站点在接收到的OTUk 帧中检测到SM-IAE 错误时（见下面的描述），将把向上游站点发送的OTUk 帧中的此字段置为SM-BIAE 有效。此字段中各位的定义如表3所示。

表3 OTUk SM BEI/BIAE 的定义

果出现了OOF或者LOF，当退出OOF状态回到正常IF(in frame)状态时，如果帧头所在的位置和原来期望的位置不一致，则认为出现了帧错位现象。也就是说，当出现OTUk帧失步现象并恢复到正常状态后，如果新的帧头位置和原来的帧头位置不一致，则认为帧出现了相位变化，此时就是对齐错误状态IAE。当接收器检测到IAE状态后，应该将下游的发送器的SM-IAE 字段置1。一般来说，只要检测到帧错位，则发送器会在多个复帧之内一直置IAE有效。接收到IAE有效时说明当前帧处于不稳定状态，此时应该停止向上游发送SM-BEI。

SM-RES：全称为OTUk SM reserved overhead (RES)。总共有两位，位置为字节（1,10）的位7和位8。此字段保留。现在规定这两位始终为00。

5.1.2OTUk的FEC

根据图1，OTUk FEC的位置从每行的3825列开始到最后一列4080，共4行。OTUk FEC 的作用是给OTUk帧加入冗余校验信息，这样经过传输后即使引入个别误码，但只要误码不超过一定数量，则一定可以通过解FEC的方式纠正引入的误码。这里先来介绍一下前向纠错技术（Foreward Error Correction）的一些概念。

G.709标准规定OTUk 的FEC 采用G.975标准中定义的FEC 格式。根据G.975中定义的FEC 格式，FEC 采用的算法为Reed-Solomon RS(255,239)编码，简称RS （255，239）或者RS 。RS(255,239)为一种非二进制编码（编码算法是以字节符号为单位进行的），属于系统线性循环块编码类。顾名思义，RS(255,239)就是说对于239字节的原始数据需要增加16字节的校验信息，最后形成239＋16＝255字节的信息，其中239为原始数据的长度，255为原始数据经过编码处理后的长度，单位都是字节。RS 编码最多允许同时纠正8个字节的错误信息，同时最多能够检测到16个字节的错误。也就是说，对于超过8个字节但不到16个字节的错误，解码算法能够检测出实际错误的字节数，但无法纠正过来。由于冗余信息只有16个字节，所以算法最多只能检测到16个字节的错误。

在进行FEC 编码时，每行OTUk 帧被分为16个子行（SubRow ），每行255个字节，这16个子行是以字节间插的方式形成，如图6所示。

G.709/Y.1331_FA.1

Inform ation bytes

O T U row

Inform ation bytes

P arity check bytes

F E C su b -row #16

P arity check bytes F E C su b -row #2

P arity check bytes

F E C su b -row #1P arity check bytes

... 1 2 1

3 8 2 5

3 8 2 6

3 8

4 0

3 8 2 4

4 0 8 0

239

240

239

240

2 3 9 1

2 4 0

(255255)

255

图6 OTUk FEC 的子行结构

在进行字节间插时，数据和校验信息是分开进行字节间插的。也就是说，16个子行中每行都分成239字节的数据和16个字节的校验信息，16个子行中的数据进行字节间插，共得到16×239＝3824字节的数据，然后是16个子行中的校验信息进行字节间插，共得到16×16＝256字节的检验信息，组合到一起就构成了OTUk 帧的一行。

也就是说，在OTUk 帧的每行中，第1列为子行1的第1个字节，第2列为子行2的第1个字节，...，第16列为子行16的第1个字节，然后第17列为子行1的第2个字节，第18列为子行2的第2个字节，...，直到第3824列为子行16的第239字节。从第3825字节开始是进行了字节间插的校验信息。

经过以上处理后，每行由前面的3824字节数据和后面的256字节的校验信息，这也正是OTUk 帧结果定义的由来。

根据FEC 的原理也可以理解为何OTUk 帧一行长度为4080字节。由于OTUk 的FEC 码是按照（255，239）的方式实现的，所以OTUk 帧的每行必须是255字节的整数倍。OTUk 选择了一行由16个FEC 项组成，每个FEC 项为255字节，其中校验信息为16字节，数据信息为239字节，每个OTUk 帧再由4行组成，这样一个OTUk 帧行的长度为255*16＝4080字节。其中检验信息为16*16＝256字节，数据信息为239*16=3824字节，帧的实际长度是以上数据再乘以4。

在OTUk 的3824*4字节数据信息中，将前16列作为开销（包括OTUk ，ODUk 和OPUk 的开销），后面的所有信息（3824-16）*4就是OPUk 的净荷，也就是真正的数据信息Payload 。

5.1.3 OTUk 帧的加扰

OTUk 帧为了在线路上传输，必须保证码型中1和0的比例基本相当，避免出现长连0或者长连1的情况，这样才能保证接收设备能够从业务中提取出时钟。为此，OTUk 帧必须经过加扰后才能在线路上传输。OTUk 帧使用多项式进行加扰，多项式为1 + x + x 3

+ x 12

+ x 16

，如图7所示。

G.709/Y.1331_F11-3

O T U k M SB of M FA S byte

D ata in

O T U k clock

Scram bled data out

D Q

D Q S

D Q D Q D Q D Q D Q D Q D Q D Q D Q D Q D Q D Q S

图7 OTUk 帧的加扰算法

加扰从OTUk 帧的帧定位最后一个字节结束时开始，也就是说第一个被加扰的位为

MFAS 字节的MSB 。每次遇到MFAS 的MSB 时，加扰多项式会复位成默认值0xffff ，以后此位后面的所有位开始被加扰。x 16

的输出和业务数据位（第一个业务数据位为MFAS 的MSB ，以后依次是OTUk 帧中的其他位）作模2加后即得到加扰后的结果。由于加扰是从MFAS 的MSB 开始的，所以帧最开始的6个字节的帧定位信息没有被加扰。加扰是针对OTUk 帧进行的，由于FEC 为OTUk 帧中的内容，所以加扰也是在FEC 编码后进行的。注意，根据G .707标准，SDH 加扰使用的多项式为1 + X 6 + X 7，和OTUk 的加扰多项式不一样。 OTUk 需要在编码后进行加扰，经过传输后也必须解扰后才进行解码操作。解扰和加扰的算法完全一样，对加扰的信号再执行一次加扰操作即相当于对信号进行了解扰。

5.2 ODUk 的帧结构

ODUk 的帧结构由两部分组成，分别为ODUk 开销（ODUk Overhead ）和OPUk 帧，如G.709/Y.1331_F12-1

A rea reserved for FA and O T U k overhead.图8 ODUk 的帧结构

ODUk 的开销占用OTUk 帧第2，3，4行的前14列。第一行的前14列被OTUk 开销占

据。 ODUk

开

销

的

详

细

结

构

如

图

所

示

。

G.709/Y.1331_F15-3

C olum n #

R o w #

R ow

C olum n P M and T CM i (i = 1..6)O perator specific 1

234

1617

3824

151463

T TI

B IP-8

B EI B D I

123

P SI

O PU k O H 15

S TA T

255

P T 31S AP I

D AP I

234

R ES 9

E XP

T CM 5

T CM 4T CM 3T CM 2

T CM 1

T CM 6

G CC 1

G CC 2

F TF L P M

R ES

A PS /PC C T CM A CT

B IP8 P arity B lock

A C T A ctivation/deactivation control channel A P S A utom atic P rotection S w itching coordination channel

B D I B ackw ard D efect Indication B E I B ackw ard E rror Indication B IA E B ackw ard Incom ing A lignm ent E rror B IP 8 B it Interleaved Parity ?level 8D A P I D estination A ccess P oint Identifier E X P E xperim ental F T FL F ault T ype & F ault L ocation reporting channel G

C C G eneral C om m unication C hannel P C C P rotection C om m unication C ontrol channel P M P ath M onitoring P S I P ayload S tructure Identifier P T P ayload T ype R E S R eserved for future international standardization S A P I S ource A ccess P oint Identifier S T A T S tatus T C M T andem C onnection M onitoring T T I T rail T race Identifier

O P U k payload (4 3808 bytes)

O P U k o v e r h e a d

O PU k overhead

F ram e alignm ent overhead O T U k overhead

M apping &C oncat.specific

M apping &

C oncat.specific

1B EI/BIAE B D I

S TA T

P M

T C M i

图9 ODUk 的开销结构

ODUk 开销主要由三部分组成，分别为PM(Path Monitering)和TCM(Tandem Connection

Monitoring)和其他开销。其中PM 只有一组开销，而TCM 有6组开销，分别为TMC1-6。PM 和TCM 代表ODUk 帧中不同的监测点。ODUk 各开销的详细位置如图10所示。

G.709/Y.1331_F15-12

Fram e alignm ent overhead C olum n #

O TU k overhead

R o w #

O PU k overhead

234

R E S 9

E X P

A PS/PCC T C M 6

T C M 5

T C M 4

T C M 3T C M 2

T C M 1

G C C 1

G C C 2

FT FL PM R E S

T C M A C T

图10 DDUk开销各字段的位置

下面分别介绍。

5.2.1ODUk的PM开销

ODUk PM开销的结构定义如图11所示。

ODUk PM

的PM开销结构和

PM-STA T所代替。

-status bits indicating the presence of a maintenance signal (STAT).

PM-TTI，全称为ODUk PM trail trace identifier (TTI)，长度为一个字节，位置为字节（3，10）。此字段用于传送路径监测(Path Monitoring)中的TTI信息，由连续64帧中的此开销组成64字节的信息，定义同SM-TTI完全一致。此64字节TTI信息在OTUk复帧中的对齐方式也和SM-TTI完全一样，第一字节分别对应于复帧0，0x40,0x80,0xc0。

PM-BIP-8，全称为ODUk PM error detection code (BIP-8)，长度为一个字节，位置为字节（3，11）。此开销为BIP-8校验信息，结构和定义基本同SM-BIP-8，但用于路径监测中。PM-BIP8的计算范围为整个OPUk帧（第15列到第3824列，OPUk帧的结构见5.3），和SM-BIP8一样，第i帧的BIP-8校验结果放到第i＋2帧的PM-BIP8开销位置上，如图12所示。

字段用来指示当前的维护信号（Maintenance Signal），如表5所示。

表5 ODUk PM-STA T的定义

G.709/Y.1331_F15-17

T C M O H field not in use T C M O H field in use

A 1-A 2

T C M i T C M i

图14 覆盖型的ODUk 连接检测

上图中，B1-B2层使用TCM2作为连接检测，C1-C3使用TCM3作为连接检测，但B1-B2

和C1-C2之间有一部分是重叠的，他们之间相互覆盖。

综上所述，当ODUk帧经过多个节点时，我们可以定义某些节点之间存在连接关系，并使用TCMi来检测和管理这些连接关系。

每个ODUk-TCMi的结构完全一样，都是3个字节，包括如下部分：

-trail trace identifier (TTI);

-bit interleaved parity 8 (BIP-8);

-backward defect indication (BDI);

-backward

-status bits

显然TCMi

TCM-BEI照搬

TCM-BEI的定义和

的定义。

ODUk-TCMi

图15 ODUk-TCMi的开销结构

TCMi-TTI，全称为ODUk TCM trail trace identifier (TTI)，每组TCMi中长度为一个字节。此字段用于传送TCM段(tandem connection monitoring)的TTI信息，由连续64帧中的此开销组成64字节的信息，定义同SM-TTI完全一致。此64字节TTI信息在OTUk复帧中的对齐方式也和SM-TTI完全一样，第一字节分别对应于复帧0，0x40,0x80,0xc0。

TCM-BIP-8，全称为ODUk TCM error detection code (BIP-8)，每组TCMi中长度为一个字节。此开销为BIP-8校验信息，结构和定义同PM-BIP-8完全一样，但用于TCM监测，计算范围也是整个OPUk帧（第15列到第3824列，OPUk帧的结构见4.5），处理方式也一样，第i帧的BIP-8校验结果放到第i＋2帧的TCMi-BIP8开销位置上。

TCM-BDI，全称为ODUk TCM backward defect indication，只有一位，定义和PM-BDI 一致，用来向上游反向发送路径检测时遇到的失效信息，1指示有ODUk失效，0为正常。

TCM-BEI/BIAE，全称为ODUk TCM backward error indication (BEI) and backward