數字包封技術

介紹了在最新定版的G．709標準中採用的數字包封技術，分析其開銷的應用方法和採用的前向糾錯技術。並介紹了數字包封技術的應用系統設計。最後舉例説明了各種開銷的應用方法。

人類社會已進入信息時代，INTERNET的飛速發展帶來了信息爆炸。光纖通信成為解決帶寬問題的最佳方案，WDM（波分複用）技術作為光通信系統擴容的首選方案已經得到了廣泛的應用，並逐漸從長途骨幹網的應用向城域網和接入網滲透。WDM系統不僅能提高傳輸容量，而且具有聯網的潛力和實用價值。WDM系統的建設也從原來的點對點系統向光傳送網（OTN）發展。光傳送網的建設，為在光層上提供快速的保護和恢復功能，並能實現光路上的交換，提供了堅實的基礎。

針對光傳送網勢不可擋的發展趨勢，國際電聯（ITU）推出了一系列標準，其中尤以2001年2月推出的G．709建議具有重大意義，它指出了光聯網的技術基礎。G．709建議的核心內容就是數字包封技術（DigitalWrapper），它定義了一種特殊的幀格式，將客户信號封裝入幀的載荷單元，在頭部提供用於運營、管理、監測和保護（OAM&P）的開銷字節，並在幀尾提供了前向糾錯（FEC）字節。

數字包封採用標準幀是4行4 080列幀格式。頭部16列為開銷字節，尾部255列為FEC校驗字節，中間3 808列為淨荷。

其中，第一行1～7列為幀定位字節，8～14字節為OTUk開銷字節，第2～4行1～14列為ODUk開銷字節，第15、16列為OPUk開銷字節。下面介紹其功能和作用。

OTUk（Optical Channel Transport Unit）開銷字節提供了OTN中3R再生節點之間傳輸信號狀態的監測功能。包含以下三個部分：

（1）SM（Section Monitoring）—段監測開銷字節

TTI（TrailTrace Identifier）—路徑跟蹤標識提供連接監測功能。它是64字節復幀。

SAPI（Source Access Point Identifier）—源接入點標識。

DAPI（Destination Access Point Identifier）—宿接入點標識。

以上兩個標識符必須是全球唯一的，以便於全網的管理和運營，具體格式G．709中對此有建議。

BIP－8—OTUk SM錯誤檢測碼

OPUk（15～3 824列）區域校驗字節。提供OTUk中淨荷的誤碼監測功能。

BEI（Backward Error Indication）—後向錯誤指示。向上遊節點提供信號誤碼指示。

BDI（Backward Defect Indication）—後向缺陷指示。向上遊節點提供信號失效指示。

IAE（Incoming Alignment Error）—入局幀定位錯誤向它對應的出口節點提供幀定位錯誤告警。

（2）GCC0是為兩個OTUk終端之間提供通信信道的開銷字節，格式未在建議中規定。

（3）RES是為將來的標準提供的保留字節。

ODUk（OpticalChannel Data Unit）開銷提供級聯連接監測、端到端的通道監測和通過OPUk提供客户信號適配。ODUk提供了豐富的開銷字節（第2～4行1～14列）以完成上述功能。

（1）PM（Path Monitoring）開銷通道監測開銷提供端到端的通道監測功能，共3個字節。其中TTI等字節的定義和功能與OTUk中的相應字節近似，不同之處在於它提供的是ODUk中的使用功能。STAT位提供了通道狀態信息。

（2）TCMi開銷

TCM開銷的定義與PM開銷定義相同，G．709幀結構共提供了6個TCM開銷。TCM開銷使複雜光網絡能在光通道層提供管理、監測、運營和保護能力。它可以用在以下網絡應用中：

——光UNI到UNI級聯連接監測；通過公共傳送網的ODUk級聯監測。

——光NNI到NNI級聯連接監測；通過單個運營網絡的ODUk連接監測。

——對1+1、1：1和1：n光通道子層連接保護倒換的子層監測，從而決定信號失效和信號惡化情況。

——對光通道共享保護環保護倒換子層監測，從而決定信號失效和信號惡化情況。

——對光通道級聯連接進行監測，以檢測在光通道交換連接中的信號失效和信號惡化情況，在網絡中出現故障和錯誤時自動恢復連接。

——監測光通道級聯連接，如：差錯定位和驗證服務傳送質量。

（3）TCM ACT

TCM Active/Deactivation字節，有待研究。

（4）CC1，GCC2

提供任何兩個接受ODUk幀結構的網絡單元之間的通信信道。

（5）APS/PCC

自動保護倒換和保護通信信道開銷字節，有待研究。

（6）FTFL（Fault type and fault locationreporting communication channel）

提供故障類型和故障定位信息，它是256個字節的復幀。

（7）EXP

兩個字節的供實驗使用的開銷字節。

2．3　OPUk開銷字節

OPUk是由客户信號映射進的淨荷與其相關開銷組成。

（1）PSI—Payload Structure Identifier淨荷結構標識，256字節的復幀。

PT—Payload Type，客户信號類型指示。RES—保留字節。

（2）Mapping Specific Overhead映射相關開銷。JC—Justification Control碼速調整控制字節。

NJO—Negative Justification Opportunity　負碼速調整機會字節。

PJO—Positive Justification Opportunity　負碼速調整機會字節。

這三個字節由映射過程產生。

在數字包封的標準幀中採用的是16字節比特間插RS（255，239）碼，它是一種線性循環碼。FEC處理使線路速率增加了7．14%，可糾正的突發誤碼為8字節，檢測能力為16字節。在OTUk幀的FEC處理過程將OTUk的每一行用比特間插的方法分割成16個FEC子行，每個FEC編碼/解碼器處理其中一個子行，FEC奇偶校驗針對每個子行的239字節信息位進行，16個校驗位置於其後。

3.1 FEC編碼算法與結構

RS（255，239）碼的產生多項式

FEC碼字（FEC子行）包含信息字節和校驗字節，可由如下多項式表式

C（z）=I（z）+R（z）

信息字節部分

式中，Dj（j=16 to 254）為信息字節，D254對應FEC子行中的第一個字節，而D16對應第239字節，並表示為伽羅華域GF（256）中的一個元素

式中，d7j為信息字節的最高位，而d0j代表最低位。校驗字節部分

式中，Rj（j=0 to 15）為校驗字節，R15對應FEC子行中的第240字節，而R0對應第255字節，並表示為伽羅華域GF（256）中的一個元素

式中，r7j為信息字節的最高位，而r0j代表最低位。R（z）由下式計算

R（z）=I（z）mod G（z）

FEC對系統性能的改善可參考文獻[3]。

上面已經介紹了數字包封技術採用的幀結構以及各種開銷，FEC算法，客户信號的映射及維護信號，下面介紹其硬件實現方式。同SDH開銷處理一樣，數字包封的各種開銷也採用專用芯片（ASIC）來實現，現有的芯片設計技術和生產技術已能在一個3 cm×3 cm封裝的芯片上實現數字包封功能，功耗不會超過5 W。

數字包封技術是用於OTN的接口，它最主要的使用方式有兩種。一種是將客户信號映射進數字包封所定義的幀格式中，加入相關開銷，並通過網絡傳輸。另一種則是把已經經過數字包封並在網絡中傳輸的信號解下來，處理其中的開銷，以完成相關功能。這是相反的兩種方式，它們相互配合，以完成所賦予的各種功能。

數字包封技術用於OTN的接口，因此相應的它應用在目前的OTU（光傳送單元）中，完成將SDH信號數字包封和信號解包封的功能，以及在光傳送網中作中繼器。

光收發一體模塊作為系統端的光口，將系統傳來的光信號變為電信號或反之。光收發一體模塊有比較成熟的產品，都符合LUCENT的多源協議。封裝為2×10針的帶激光器監測功能，2×5封裝的不帶監測功能。

CDR是時鐘提取和數據再定時芯片。DeMUX是解複用芯片，將高速串行信號解為低速並行信號。MUX是複用芯片，與DeMUX功能正好相反。

此芯片完成數字包封與解包封功能，提供了開銷處理的輸出口。

長距離光收模塊採用了高靈敏度的APD接收機，將從遠端接收的光信號變為電信號。在光收模塊中通常帶有CDR，則後面將不再需要CDR。發模塊採用帶温度和功率控制的激光器，具有穩定的符合ITU建議的波長，以及其它相關指標，以將電信號變為光信號，在WDM光網絡中傳輸。

以上模塊構成信號主通道，完成O/E/O變換，3R功能在此實現。

MCU部分完成與網管的通信，本盤的性能採集、監測、告警、控制等功能。

MCU部分可採用成熟的8位機，由具體情況決定。

FPGA完成光通道層開銷的讀入和讀出，以及提供擴展I/O口等，與MCU協同工作。

電源模塊部分為整個盤上的器件和芯片提供工作電壓。

數字包封技術不僅能提高信號傳輸的質量，而且為光傳送網提供了豐富的運營、管理、監測、保護開銷，為光網絡的發展提供了堅實的技術基礎。表1是對目前幾種光傳輸中採用技術的比較，從表中可以看出，數字包封技術為光傳送網提供了最強大的功能。

SDH+：通過定義未使用的開銷來增強SDH功能。

*僅能提供有限的功能

數字包封技術提供了豐富的開銷，在前面我們已對各種開銷的功能和結構作了介紹，下面就在實際網絡中這些開銷的使用舉例説明。

在光傳送網中，USER1要使用這個光網絡將信息傳送到USER2端。NO—Network Operator，NO—A～NO—D代表四個網絡運營商，用户的信息就要從他們的網絡中經過。其中，B運營商和C運營商又是各自從A運營商處租用的網絡B和網絡C，B和C是A的子網絡。網絡中使用的終端設備負責完成相應的開銷處理。R1和R2表示線路中使用的3R再生中繼器。

USER1的終端設備對信號進行數字包封，加入相應的開銷。其中，在ODUk中的PM開銷中填入正確的信息，監測信號在整個通道中的傳輸，在OTUk中加入正確開銷信息，以便在3R再生處處理。發出的信號首先傳送到網絡運營商A的網絡接口處，A將接收的信號進行監測處理，如進行FEC，加入自己所需的相應開銷字節。運營商A除在OTUk中加入相應的信息外，還會使用ODUk中的TCM1作為級聯連接監測。信息繼續傳送到運營商B的網絡接口處，B在檢測OTUk開銷，進行誤碼檢測和糾錯後，加入正確的OTUk開銷，使用ODUk中的TCM2作為自己的級聯連接監測開銷。在每一個3R再生處，都會有相應的OTUk開銷的取出和加入，以及檢錯或糾錯。在網絡B的出口處，相應的終端設備會終結網絡B中使用的級聯監測開銷TCM2，它能反映出信號在網絡中傳輸是否正確。網絡C同B中的流程一樣，它可以使用除TCM1外的其它TCMi作為級聯監測開銷。信號經過網絡C後，又傳送到網絡A的出口，A利用TCM1可以檢查信號在整個網絡A中傳輸的狀態。網絡D在入口和出口處執行同樣的功能，只不過它可以使用任意的TCMi作級聯監測用。信號通過網絡D達到USER2，USER2使用ODUk中的PM開銷可以監測信號整個信道中的傳輸質量。光傳送網中的3R再生器使用OTUk開銷。

從上面的分析可以看出，TCM開銷為複雜網絡的管理帶來了極大的方便。網絡服務提供商可以用它來監視提供服務的質量，運營商可以用來監視自己網絡的運營狀況，即使在各個子網有重疊，嵌套等情況下，也能提供有效的監測手段，從而使整個網絡可以以非常靈活的方式運營和管理。

TCM使用方式：A1—A2使用TCM1作監測，B1和B2之間使用TCM2，C1—C2使用TCM3，它是嵌套在B1—B2和A1—A2中，同時B1—B2也是嵌套在A1—A2中。D1—D2使用TCM3，也可以使用TCM4～TCM6，注意此TCM3與C1—C2中的TCM3不衝突，兩個的作用域不同。B1—B2與D1—D2有重疊。

數字包封技術為保護倒換提供了4個字節的開銷。目前的APS開銷是使用OSC來傳遞的，需要增加額外帶寬開銷，OSC信息的傳送不是“隨路”的，為了可靠地傳送環路信息，OSC信號需佔用足夠的帶寬。而ODUk開銷內提供了APS開銷字節，可以隨路傳送。當然這需要有OCh開銷處理單元，降低了透明度，但對於目前的非全光網絡，3R再生器廣範應用的網絡中，不失為一種有效的保護方式。

對A—D間客户1和2的通信，Wλk和Wλj是工作波長，Pλk和Pλj是保護波長，在平時可傳送一些額外業務。當A、D之間的光纖發生故障，則利用保護波長中的ODUk中提供的APS開銷字節，傳送APS信息給發端，使信號經保護波長傳送。