OTN auf dem Weg zum Transportmedium der Zukunft

OTN auf dem
Weg zum
Transportmedium
der Zukunft und
Anforderungen an die
Messtechnik
Written by: Peter Winterling
Senior Solution Specialist
Optical Products, Viavi Solutions
Welcher Übertragungsstandard wird in den
Telekommunikationsnetzen von Morgen eingesetzt?
Die altbewährte SDH scheint zu unflexibel und ist sehr
komplex bei paketorientierter Übertragung, Das Ethernet
der LAN-Welt kennt keine Netzwerkmanagement-Funktion,
OTN nach ITU-T Rec. G.709 mit zusätzlichen
Leistungsmerkmalen für die optischen Netze integriert bis
heute nur die SDH-Hierarchie. Die Herausforderung für
einen Übertragungsstandard ist es, bestehende und
mögliche zukünftige Übertragungsraten in einem
hochkomplexen Telekommunikationsnetz möglichst
effizient strukturiert und flexibel zu übertragen und
gleichzeitig die hohen Anforderungen eines
Netzwerkmangements zu erfüllen (Bild 1).
Bild 1. Messungen an Übertragungssystemen
gemäß ITU Standard G.709
White Paper
Information Structure
OPUk
OH
Client
FAS
OTU
ODUk TC
255/236 x 9 953 280 kb/s
= 10 754 603.390 kb/s
OTL4.4
255/227 x 24 883 200 kb/s
= 27 952 493.392 kb/s
OTL4.10
255/227 x 9 953 280 kb/s
= 11 180 997.357 kb/s
OTLk.n allows multiplexing an OTUk signal onto n lanes.
Each lane will be transmitted via one lambda on a single
fiber or an individual fiber.
ODUk
OH
OTUk
OH
FEC
k: supported bit rate (1: 2.7 Gb/s; 2: 11 Gb/s; 3: 43 Gb/s; 4: 112 Gb/s)
n: number of wavelenghts
r: reduced functionality, i.e. no non-associated overhead is used
OTLk.n
Optical
Transmission
Section
OCh Payload
OChr
Payload
OChr Payload
OTLk.n
OTLk.n
OChr
Payload
OChr
Payload
OSC
OTM Overhead
Optical
Multiplex
Section
OCh
OH
Non-associated OH
OTUk Section
Optical Channel
OTL nominal bit rate
OTL3.4
Optical
Channel
Carriers
Optical Multiplex Unit
Optical Transmission Unit
OTM-n.m
OTM-nr.m
OTM-0.m
n * OTM-0.m
(e.g. Ribbon Cable)
OTLk.n
Optical Channel
Transport Lanes
OChr-n
Optical Transport Modules
ODUk Path
Layers
OTL type
OTM-0.mvn
(e.g. 100GBASE-LR4)
n: number of wavelenghts; m: list of supported bit rates in the OTM
Bild 2. OTN-Signalstruktur nach ITU-T-Empfehlung G.709
Die Einführung der 100 Gigabit Ethernet-(GbE-)Technologie ist wohl
Strecken ohne elektrische Regeneration und im nächsten Schritt
das Highlight in 2009 und wird mit Spannung erwartet. Die im
das Routen einzelner Wellenlängen in einem vermaschtem Netz.
vergangen Jahr flächendeckend installierte Übertragungstechnik mit
Das Telekommunikationsnetz wird zum photonischen Netz. Der
40/43 GBit/s scheint aus Sichtweise der Netzplanung nur ein kurzer
Standard OTN (Optical Transport Network) gemäß ITU-T Rec. G.709,
Zwischenschritt für die „richtige“ Übertragungskapazität zu sein.
trug dieser Entwicklung Rechnung mit zusätzlichen Signalisierungs-
Wesentlich unspektakulärer werden zeitgleich aber nicht unabhängig
davon die Weichen für das zukünftige Übertragungsmedium gestellt.
Die 40/43 Gbit/s-Schnittstelle gehört zu der SDH-/OTN- Hierarchie
der ITU-Standardisierung und 100 Gbit/s definiert sich über die IEEE
Standardisierung. Die SDH (Synchrone Digitale Hierarchy), entwickelt
vor ca. 20 Jahren dient im Transportnetz als zuverlässiges und auf
höchste Übertragungsqualität optimiertes Übertragungsmedium. Die
spätere Einführung der optischen Übertragungstechnik ermöglicht
zum einen Übertragung von Mehrkanalsystemen über sehr lange
Leistungsmerkmalen der optischen Kanäle. In der Hierarchiebildung
folgt OTN zunächst strikt der SDH-Hierarchie. OTN wurde immer
mehr als zukünftiger Übertragungsstandard gesehen, auch wenn
aus unterschiedlichen Gründen die Ablösung nur sehr zäh ablief.
Währenddessen wurde der Standard SDH dahingehend erweitert,
auch paketorientierte Übertragungsraten aus der IEEE-Welt als
Nutzlast (Client-Signal) im SDH-Rahmen zu übertragen. Mit GFP, VCAT
und LCAS wurde nun für die SDH als Transportmedium eine hohe
Flexibilität erzielt, wenngleich für die Signalisierung im optischen Netz
nach wie vor immer noch der OTN Rahmen benötigt wird.
2 OTN auf dem Weg zum Transportmedium der Zukunft und Anforderungen an die Messtechnik
Nicht zufällig wird in der Standardisierungsgruppe bei ITU parallel
Die zum damaligen Zeitpunkt noch nicht absehbare Entwicklung der
zur Markteinführung der 100-Gigabit-Ethernet-Technik an einer
optischen Technologie stellte zehn Jahre nach Einführung von SDH
Erweiterung des OTN-Standards über alle Hierarchieebenen
Komponenten für die Grundlage von photonischen Netzen zur
gearbeitet, die diesen als Transportmedium als klaren Favorit für
Verfügung. DWDM-Übertragung mit rein optischer Verstärkung,
die Übertragungstechnik in Position bringen wird. Bild 2 zeigt die
optische Add/Drop-Funktionen und Schalten von einzelnen optischen
Erweiterungen.
Kanälen in Vermittlungsknotenpunkten und Zugangspunkten
wandelten die SDH-Welt in eine photonische Architektur. Die
OTN nach ITU-T Rec. G.709 als
Transportmedium
Pfadinformation, wichtig für das Netzmanagement ist im SDH-
Die asynchrone paketorientierte Ethernet-Welt nach IEEE und die
Transportmedium, ausgerichtet an den neuen möglichen
Digitale Synchrone Hierarchie SDH wetteifern schon seit langem,
welcher Standard in der Telekommunikation besser geeignet ist.
Die SDH als globales Übertragungsmedium wurde für die digitale
Sprachübertragung von 2-Mbit/s- bzw. 1,5-Mbit/s Signalen aus dem
amerikanischen Raum (Sonet, Synchronous Optical Network)
entwickelt. STM-1 (Synchronous Transport Module der Stufe 1) mit
einer maximalen Nutzlast von 150 Mbit/s kann 63 VC-12-Container
(Virtual Container) mit je einem 2-Mbit/s-Rahmen zusammenfassen.
Die SDH-Hierarchie wird jeweils durch eine Vervierfachung bis
Rahmen so nicht verfügbar.
Folgerichtig standardisierte ITU ein neues asynchrones
Netzarchitekturen. Die Rahmenstruktur des Optical Transport Network
Module OTM nach ITU-T-Empfehlung G.709 ist verwandt zur SDH,
orientiert sich aber jetzt an dem optischen Übertragungskanal –
losgelöst von der hardwareseitigen Implementation.
Erstmals wurde für eine leitungsgebundene Übertragung eine
Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC, Forward Error Correction) zur Behebung
von Übertragungsfehler integriert. Dies erhöht die Übertragungsrate
um ca. 7%. Mit der ausschließlichen Ausrichtung auf das Transportnetz
STM-256 fortgesetzt.
ergeben sich die Übertragungsraten von 2,7 Gbit/s für OTU1 Optical
Ethernet nach dem IEEE-Standard, ursprünglich entwickelt für
OTU3. Die Nutzlast besteht vorerst aus den SDH-Signalen STM-16,
LAN-Netze, gilt als sehr preisgünstige Technologie und dehnte seinen
Einflussbereich auch in die Übertragungsnetze aus. Der rasante
Anstieg des Datenaufkommens in der Rechnerwelt und die stark
ansteigende Nutzung des Internets festigen den Ethernet-Standard.
Selbst extrem zeitkritische Signale wie die Telefonie oder die
Live-Videoübertragung werden mit komplexen Verfahren in das nicht
Echtzeittaugliche Übertragungsmedium Ethernet eingepasst
(beispielsweise Voice over IP, VoIP). Das paketorientierte Ethernet steht
heute für eine äußerst flexible, vielseitige und dennoch preisgünstige
Datenübertragung im Telekommunikationsnetz und ist heute der klare
Favorit zur Übertragung unterschiedlicher Quellensignale. In einem
Transportnetz wird zusätzliche Signalisierungsinformation des
Übertragungskanals benötigt, um ein großes Netz strukturiert und
effizient mit Hilfe eines Netzmangementsystems betreiben zu können.
Eine wesentliche Grundvoraussetzung für den SDH-Standard war eben
diese Funktion. Ausgestattet mit leistungsfähigen
Transport Unit der ersten Stufe), 10,7 Gbit/s für OTU2 und 43 Gbit/s für
STM-64 und STM-256.
Der Erfolg dieser neuen Übertragungstechnik blieb anfänglich
bescheiden, da optische Crossconnects mit großer Verzögerung erst
seit kurzem in neuen Netzen verbaut werden und die Investition
für den Ersatz der zum damaligen Zeitpunkt erst kurz vorher
installierten SDH Leitungseinrichtung nicht ökonomisch
rechtfertigbar war. Der Weg der Integration der asynchronen
Ethernet-Übertragungsraten über GFP in SDH, die dann wiederum
den OTN-Transportrahmen nutzt, ist technisch genial, aber
komplex. Wenn OTN entsprechende Mapping-Prozeduren für die
von den Datenraten deutlich abweichenden Ethernet-Raten
definieren würde, entfiele der der technisch aufwendige und teuere
Weg über die SDH. Damit wäre die OTN das neue universelle
Übertragungsmedium für die Telekommunikationsnetze. Genau diesen
Weg verfolgt die ergänzende Standardisierung bei ITU.
Signalisierungsmechanismen bis hin zur automatischen
Ersatzschaltung von gestörten Übertragungseinrichtungen bildet
dieser Standard den Grundstein für ein zentralisiertes Netzmangement
selbst von flächenmäßig großen und stark vermaschten Netzen.
Unglücklicherweise deckt der SDH-Standard, ursprünglich entwickelt
als Übertragungsmedium von einem Vermittlungsknotenpunkt
(Crossconnect) über einen oder mehrere Regeneratoren zum nächsten
nicht die Belange der heutigen optischen Netze ab.
3 OTN auf dem Weg zum Transportmedium der Zukunft und Anforderungen an die Messtechnik
OTN-Typ
Nominale OTU-Bitrate
ODU-Typ
Nutzdatenrate (Client)
–
–
ODU0
1-Gigabit-Ethernet (LAN)
OTU1
255/238 · 2,488 320 Gbit/s = 2,666 057 Gbit/s
ODU1
STS-48/STM-16
OTU1e
255/238 · 10,312 500 Gbit/s = 11,049 107 Gbit/s
ODU1e
10-Gigabit-Ethernet (LAN)
OTU1f
255/238 · 10,518 750 Gbit/s = 11,270 089 Gbit/s
ODU1f
10-Gigabit-Fibre-Channel
OTU2
255/237 · 9,953 280 Gbit/s = 10,709 255 Gbit/s
ODU2
STS-192/STM-64 (WAN)
OTU2e
255/237 · 10,312 500 Gbit/s = 11,095 730 Gbit/s
ODU2e
10-Gigabit-Ethernet (LAN)
OTU2f
255/237 · 10,518 750Gbit/s = 11,317 642 Gbit/s
ODU2f
10-Gigabit-Fibre-Channel
OTU3
255/236 · 39,813 120 Gbit/s = 43,018 414 Gbit/s
ODU3
STS-768/STM-256
OTU3e1
255/236 · 4 · 10,312 500 Gbit/s = 44,570 974 576 Gbit/s
ODU3e1
4 · ODU2e
OTU3e2
243/217 · 16 · 2,488 320 Gbit/s = 44,583 356 Gbit/s
ODU3e2
4 · ODU2e
OTU4
255/227 · 99,532 800 Gbit/s = 111,809 973 Gbit/s
ODU4
100-Gigabit-Ethernet
Tabelle OTU-Typen undderen Übertragungskapazität
Etwas holprig geht es schon zu auf dem Weg zum generellen
IEEE Signals Need a Transport Layer
Übertragungsmedium. In der 10-Gbit/s-Ebene gibt es einige
10 Gb/s
Übertragungsraten, die den Nutzlastbereich der OTN überschreiten.
11 Gb/s
11.5 Gb/s
Mit OTN, dem eine nichtsynchrone Netzstruktur zu Grunde liegt, kann
die Integration dieser Signale durch eine Erhöhung der Taktfrequenz
bewältigt werden. Es entstehen die so genannten „overclocked rates“
9.953 Gb/s
10 GbE WAN
STS-192c/VC-64c
10.3125 Gb/s
10 GbE LAN
10.518 Gb/s
10G FC
10.664 Gb/s
G.975
10.0000 Gb/s
Infiniband
Übertaktete Datenraten). Die Tabelle zeigt die bereits festgelegten
10.709 Gb/s 11.049 Gb/s
OTU2
11.095 Gb/s
11.270 Gb/s
11.318 Gb/s
Bitraten und Mappings bei OTN. Für OTU1 und OTU2 werden
Structure of ODU1 and ODU2
1
getaktet werden muss. Für 10-Gigabit-Ethernet- LAN mit einer
2
Übertragungsrate von 10,3125 Gbit/s entsteht nun mit dem Mapping-
3
Schema OTU1 das übertragungseitige OTU1e und mit MappingSchema OTU2 das Signal OTU2e. Für das Mapping von Fibre-Channel-
4
D D
3805D
D
D D
3805D
D
D D
3805D
D
D
3805D
D
ODU2
Übertragungsrate als 10Gbit-Ethernet-LAN hat. Immerhin können
diese Übertragungsraten heute im Allgemeinen von einem einzigen
Transponder werden. Zumindest auf der physikalischen Ebene und
somit hardwareseitig ist daher nur eine Schnittstelle notwendig.
1
2
3
4
1904
5904
Bitraten OTU1f und OTU2f, da 10 Gigabit-FC eine etwas höhere
PSI RES RES RES 15
NJO JC JC JC 16
17
PJO
Verbindungen entstehen nach dem gleichen Schema zwei weitere
3824
eingefügt, weshalb bei gleicher Nutzinformation der Rahmen schneller
3824
ODU1
Bei OTU2 wird zusätzlich ein konstanter Stopfbereich (Stuffing)
1920
1921
werden für die Integration der neuen Quellensignale angewendet.
PSI RES RES RES 15
NJO JC JC JC 16
17
PJO
18
unterschiedliche Mapping-Schemata angewendet, siehe Bild 3. Beide
118 × 16D
16FS
119 × 16D
118 × 16D
16FS
119 × 16D
118 × 16D
16FS
119 × 16D
15D + 117 × 16D
16FS
119 × 16D
Bild 3. Variantenbei 10 Gbit/s und Multiplex-Schemata
4 OTN auf dem Weg zum Transportmedium der Zukunft und Anforderungen an die Messtechnik
Multiplexing beim optischen Transportnetz
Mit SDH als Quellensignal wurde bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung
OTN-Rahmen werden zunehmend auch als Client-(Nutz-)Signale
bevor für die Übertragung in optischen Netzen der OTN-Rahmen
anzutreffen sein. Das heißt, sie müssen ohne Veränderung übertragen
erzeugt wurde. OTN war nur auf der Übertragungsseite anzutreffen.
werden. Im Übergang vom Metro- zum Weitverkehrsnetz werden
Es ist wenig sinnvoll, nun von einem OTU1-Signal die Nutzlast STM-16
Nutzsignale in höhere Hierarchiestufen gemultiplext, um die Effizienz
auszupacken, dann entsprechend der SDH in ein STM-64-Signal zu
der Weitverkehrsübertragung zu wahren – und mit der
flächendeckenden Installation der 40/43-Gbit/s-Ebene ist eine weitere
Hierarchiestufe möglich. Es ist nicht immer sinnvoll und oftmals nicht
Rec. G.709 beschrieben und muss jetzt durch Erweiterungen detailliert
besteht an Übergabepunkten von Netzhoheitsgebieten. Auch hier
spezifiziert werden. Bild 4 zeigt den Weg für das Multiplexen einer
wird eine Weiterreichung des angelieferten Signals ohne
ODU1 bzw. ODU2 in eine OPU3. Eine ODU (Optical Data Unit) besteht
Beeinträchtigung und Veränderung der Rahmenstruktur gefordert.
Gewährleistet wird dies durch eines der wesentlichen Grundmerkmale
der OTN, das „Optical Chanel Layer“-Modell (OCh). Im OTN-Rahmen
findet sich dafür die Funktion „Tandem Connection“. Diese Funktion ist
Hierarchiestufe gewünscht. Deshalb muss der Weg des OTN-
async/sync
Multiplexens
geschaffen werden.
OTU3
ODU3
async/sync
OPU3
Vorteile der OTN würden dadurch auf die Foreward Error Correction
Der neue Weg des OTN-Multiplexing ist bereits prinzipiell in der ITU-T
Quellensignal zurückzugreifen (De-Wrapping). Die gleiche Situation
Übergabepunkten wird die Integration in die nächst höhere
multiplexen und dann wieder einen OTN-Rahmen OTU2 zu bilden. Die
FEC auf der Übertragungsseite reduziert.
erlaubt, den OTN-Rahmen aufzulösen und auf das ursprüngliche
nur gewährleistet bei der Erhaltung des OTN-Rahmens. An diesen
erst durch Multiplexen die entsprechende SDH-Hierarchie gebildet,
aus dem Nutzsignal und dem dazu gehörenden Overhead. Die
vorhandene Fehlerkorrektur braucht nicht mit einbezogen werden, die
diese immer nur für eine Übertragungsstrecke verwendet wird. Für die
darauf folgende Übertragung wird in der höheren Hierarchiestufe eine
neue FEC über den neuen Rahmen generiert. Das Nutzsignal einer
ODU1 besteht bis heute meist aus einem strukturierten STM-16-
Rahmen.
async/sync
STM 256
Frequency
Offset
VC4-256c
VC4-64c
43G
OTU3
VC4-16c
async/sync
Stuffing
ODU1
VC4-4c
Stuffing
VC4
STM-16
AU3/VC3
New Tab
VC4-16c
ODU2
async/sync
async/sync
STM-64
VC4-64c
VC4-16c
VC4-4c
async/sync
VC4
async/sync AU3/VC3
async/sync
ODU1
STM-16
VC4-16c
VC4-4c
VC4
AU3/VC3
Bild 4. OTN-Multiplexschema für ODU1 und ODU2 in OPU3
5 OTN auf dem Weg zum Transportmedium der Zukunft und Anforderungen an die Messtechnik
Pointer
Operations
Daher ist die Mapping-Prozedur in eine OPU2 oder OPU3 Optical
Payload Unit) verhältnismäßig unproblematisch. Wegen der
übertakteten Bitraten („overclocked“) bei der ODU2 erfordert das
Welche Quellsignale müssen noch
integriert werden?
Multiplexen in eine OPU3 deutlich mehr Toleranz für die verschiedenen
Das Multiplexen ist ein Schritt der OTN auf dem Weg zum allgemeinen
Taktraten.
Transportmedium. Längst hat sich in der Übertragungstechnik bei
Ein zweistufiges Multiplexen ist bisher nicht vorgesehen. Gleichwohl
kann eine ODU2 bereits vier ODU1-Rahmen enthalten. Entsprechende
40/43 Gbit/s etabliert. Demnächst werden nach IEEE-Standard 100
Gigabit-Ethernet-Clientsignale zu übertragen sein.
Takttoleranzen sind daher zu berücksichtigen, und entsprechend
Die ITU folgte bisher in der Hierarchiebildung streng der SDH mit dem
variantenreich gestaltet sich nun die Anpassung in die OPU3. Bild 5
Faktor 4. Mit OTU4 wird dieser Weg erstmalig verlassen. Die
zeigt die entsprechende Multiplexstruktur für eine ODU1 in eine OPU2.
vervierfache Bitrate von STM‑256, also 160 GBit/s plus FEC scheint
Generell sind folgende Anpassungen für eine Multiplexstruktur bei
wenig sinnvoll, da bereits 100 GBit/s einen extrem hohen technischen
OTN nötig:
Aufwand für eine serielle Übertragung im vorhandenen Umfeld der
yy Es sind die Pointer-Aktivitäten der synchronen Signalstruktur eines SDHSignals auszugleichen;
yy Taktangleichungen des STM-16-Signals an die OTU1 durch stuffing;
yy Taktangleichungen des ODU1-Signals beim möglichen Multiplexen in
OPU2;
yy Ausgleich eines Taktfrequenz-Offsets bei ODU2 nach OPU3 beim Einsatz
Alignm
ODU1
ODU1 OH
OPU1 OH
verschiedener Nutzlastsignale („overclocked“-Signale)
Übertragungstechnik erfordert. Es gibt auch keinen sinnvollen Ansatz,
SDH in die nächste Hierarchiestufe, also STM-1024 zu führen. Der
Druck auf die Systemhersteller und Netzbetreiber, Infrastruktur für 40
Gbit/s zu schaffen, kam von Carrier-Routing Systemherstellern aus der
IP-Welt. Wegen der fehlenden Ethernet-Standardisierung für Bitraten
über 10 Gigabit-Ethernet wurde die SONET-Schnittstelle OC-768
gewählt, welche gleichbedeutend mit der europäischen Variante
STM-256 ist. Der Bedarf für Übertragungsraten über 10 Gbit/s wird
von der IP-Welt gefordert und definieren sich ausschließlich als
paketorientierte Übertragung. SDH wird vermutlich bei 40 GBit/s
enden. Deshalb folgt die ITU für die nächste Hierarchiestufe den
Client Layer Signal
(e.g. STM-16, ATM, GFP)
IEEE-Bitraten und definiert eine OTU4 mit 112 Gbit/s um die Nutzlast
4x
100-Gigabit-Ethernet übertragen zu können.
ODU2 OH
OPU1 OH
OPU1 OH
OPU1 OH
OPU1 OH
ODU2
OPU2 OH
Um die bestehenden optischen Übertragungskanäle optimal zu nutzen
Alignm
Alignm
Alignm
Alignm
ODU1 OH
ODU1 OH
ODU1 OH
ODU1 OH
Client Layer Signal
Client
Layer
Signal
(e.g.
STM-16)
Client
Layer
Signal
(e.g.
STM-16)
Client
Layer
Signal
(e.g.
STM-16)
(e.g. STM-16, ATM, GFP)
würde die Netztechnik gern die sehr weit verbreiteten 10-GigabitEthernet-Signale in die neue 40/43 Gbit/s-Übertragungstechnik
integrieren. Ein Weg wäre, Die Ethernet-Signale über die
OTU2
OTU2
OH
ODU2 OH
Alignm
Alignm
Alignm
Alignm
Rahmen zu mappen und diesen dann mit drei weiteren zu einem
OPU1 OH
OPU1 OH
OPU1 OH
OPU1 OH
Alignm
OPU2 OH
Datenratenreduktion nach 10 Gigabit-Ethernet-WAN in den SDH-
ODU1 OH
ODU1 OH
ODU1 OH
ODU1 OH
Client Layer Signal
Client
Layer
Signal
(e.g.
STM-16)
Client
Layer
Signal
(e.g.
STM-16)
Client
Layer
Signal
(e.g.
STM-16)
(e.g. STM-16, ATM, GFP)
OPU2 Payload
OTU2
FEC
STM-256 zu multiplexen. Dieser Umweg über die SDH ist allerdings
sehr komplex und erscheint wenig attraktiv.
Bild 5. Multiplexen von ODU1 in OPU2 und OTU2-Rahmen
6 OTN auf dem Weg zum Transportmedium der Zukunft und Anforderungen an die Messtechnik
Zweiter Weg wäre, die vier 10-Gigabit-Ethernet-Signale durch eine
OTN zu integrieren. Hier ist eine kostengünstigere Lösung gewünscht als
hohe Transkodierung im PCS-Layer (Physical Coding Sublayer) in der
dies SDH mit GFP bieten könnte. In Anlehnung an OTU1-Rahmen wird
Übertragungsrate zu reduzieren und dann direkt in den Nutzlast-
für dieses Signal ein ODU0-Rahmen definiert. Mit einer Bruttobitrate
Bereich eines OTU3-Rahmen zu mappen. Die Ethernet-Welt tendiert
von 1,25 Gbit/s passen volumenmäßig exakt zwei ODU0 in eine OPU1,
dazu, die originären vier 10-Gigabit-Ethernet-Signale mit einer
Bild 6. Somit wären die Gigabit- Ethernet-Signale bestens integriert und
Übertragungsrate von 10,3125 Gbit/s in den OTU3-Rahmen zu
können jederzeit mit wenig technischem Aufwand weiter vermittelt
multiplexen. Notwendigerweise folgt daraus ein übertakteter
werden. Es eröffnet sich damit auch die Möglichkeit, ODU0-Rahmen in
OTU-Rahmen OTU3e mit der Taktfrequenz 44,58 Gbit/s und einem
eine OPU2 oder OPU3 zu multiplexen. Dieser Weg wird in der jetzigen
Nutzlastbereich von 41,25 Gbit/s. Welcher Weg für die
Runde der Arbeitsgruppe noch nicht in Betracht gezogen.
Weitverkehrsübertragung mit DWDM-Technik letztendlich Einzug in
bei ITU diskutiert.
ODU0
OPU0 OH
die Standardisierung findet, wird augenblicklich in den Arbeitsgruppen
ODU0 OH
Client Layer Signal
Über die Standardisierung der 100 Gigabit-Übertragung unter der
2x
Verwendung von Multi Lane Distribution (MLD) ergibt sich für die
ODU1 OH
ODU1 OH
ODU1 OH
ODU0 OH
OPU0 OH
Gigabit-Ethernet-Signal über vier parallele Wellenlängen auf einer
Alignm
Alignm
OPU0 OH
ODU1
OPU1 OH
kostengünstige Möglichkeit der Übertragung. Dabei wird das 40
OPU1 OH
Rechenzentren und im Campus-Bereich eine weitere, sehr
Client Layer Signal
(GFP-T encapsulated 1GE)
Client Layer Signal
Multi- oder Singlemode-Faser übertragen.
Auf dem Weg zur Verallgemeinerung des OTN-Übertragungsstandards
muss nach weiteren Quellensignalen gefragt werden, die in einem
ODU1
with OPU1
Tributary
Slots
TS1, TS2
Backbonenetz integriert werden müssen. Für viele wird der Weg über
SDH mit GFP und VCAT gehen. Das wohl am meist verbreitete
Übertragungssignal in Metronetzen als Kommunikationsverbindung
TT T TT T
SS S SS S
12 121 2
TT
SS
12
Bild 6. ODU0-Rahmen für 1-Gigabit-Ethernet-Quellensignal,
gemultiplext in OPU1
zwischen Firmen und Banken ist Ethernet mit 1 Gbit/s. Für dieses Signal
gibt es eine mehrheitliche Präferenz im ITU-Gremium, dies ebenso in
100GE
External ODU3(H), ODU3e(L) (2x), ODU3e1(L) (2x), ODU3e2(L) (2x)
External ODU2(H), ODU2(L) (10x), ODU2e(L) (10x),
External ODU1(H), ODU1(L) (40x),
ODU0(L) (80x)
OPU4 (L)
ODU4 (L)
OPU4 (H)
ODU4 (H)
OTU4
ODTUG4
Not yet fully standardized
MUX stage
OPU3e2 (H)
ODU3e2 (H)
OTU3e2
ODTUG3e1
OPU3e1 (H)
ODU3e1 (H)
OTU3e1
OPU3 (L)
ODU3 (L)
OPU3 (H)
ODU3 (H)
OPU2e (L)
ODU2e (L)
OPU2 (L)
ODU2 (L)
OPU2 (H)
ODU2 (H)
10GE
OPU1e (L)
ODU1e (L)
2.5G SDH/SONET
OPU1 (L)
ODU1 (L)
10GE (4x) / OTU2e
40G SDH/SONET
External ODU2(H), ODU2e(L) (3x), ODU2(L) (3x)
ODTUG3
External ODU1(H), ODU1(L) (16x),
ODU0(L) (32x)
10GE
10GE
OTU3
OTU2e
GFP-F
10G SDH/SONET, 10G WAN
External ODU1(H), ODU1(L) (4x)
ODTUG2
ODU0(L) (8x)
OTU2
OTU1e
Multiplexing
OTU1
1GE
GFP-T
OPU0 (L)
ODU0 (L)
2×
ODTUG1
OPU1 (H)
Bild 7. OTN Mapping Übersicht
7 OTN auf dem Weg zum Transportmedium der Zukunft und Anforderungen an die Messtechnik
ODU1 (H)
Mapping
Im ITU-Dokument G.Sup43 [2] sind weitere vorhandene Verfahren als
eine Art Bestandsaufnahme beschrieben. Welche davon in die
Standardisierung einfließen werden, ist noch offen. Bild 7 zeigt die
möglichen Mapping Strukturen bei OTN mit den verschieden
Varianten von ODU Multiplexing. Nicht alle werden realisiert werden.
Die Praxis wird zweigen, welche Möglichkeiten die größte Akzeptanz
Messtechnik für optische Transportnetze
Für eine Ende-zu-Ende-Messung ändert sich zunächst an der
Anforderung für die Messtechnik nichts. Selbstverständlich müssen die
entsprechenden Schnittstellen und das entsprechende Protokoll
adressiert werden können, also z. B. SDH, OTN oder Gigabit-Ethernet.
bei den Netzbetreibern finden.
Deutlich komplexer wird es dann, wenn Netzelemente der neuen
Eine Außenseiterposition hat bis heute das Über-tragungsprotokoll
FibreChannel (FC). Hauptsächliche Verwendung findet das
das Mapping richtig ausgeführt wird und ob die Signalisierungen
Ethernetverwandte Protokoll in Storage Area Network-(SAN-)
Applikationen, bei der mit großen Datenpaketen ein möglichst hoher
Durchsatz erzielt wird. Wegen der zeitkritischen
Bestätigungsmeldungen dieses Protokolls ist die Integration in
übergeordnete Übertragungsrahmen problematisch. Die Übertragung
erfolgt daher häufig als Punkt-zu-Punkt Verbindung und in DWDMSystemen auf einer separaten Wellenlänge. Eine Einbindung in eine
Netzwerkmanagementfunktionen ist nicht möglich. Bei der
Standardisierung von Übertragungsraten wird bei FibreChannel streng
eine Verdoppelung der Netto-Bitrate verfolgt: 1GFC, 2GFC, 4GFC,
8GFC, 16GFC, 32GFC. Eine Ausnahme dieser Regel bildet das bis heute
als höchste Übertragungs¬rate existierende 10GFC-Signal, weil damit
Generation auf ihre Funktion überprüft werden sollen – vor allem, ob
entsprechend gesetzt und ausgewertet werden. Selbstverständlich
muss ein Messgerät auch alle in die Systemtechnik integrierten
Funktionen testen können. Um nur eine Funktion zu nennen, im ODU
Rahmen wird im „Genaral Communication Channel“ GCC Management
Informationen des Netzwerkes übertragen GCC1 und GCC2 sind im
ODU-Rahmen (Bild 8), GCC0 befindet sich im OTU-Rahmen. Ein Tester
muss in der Lage sein, diese Übertragung für einen längeren Zeitraum
aufzuzeichnen, um wichtige Signalisierungsinformation auswerten zu
können. Hier sind auch wichtige OTN-Funktionen wie Path Monitoring
(PM), Tandem Connection Monitoring (TCM) und Automatic Protection
Switching (APS) zu finden.
ODU Overhead
erstmalig das Multiplexen in OTN durch die sogenannten
Column #
„overclocked“ Rahmen ermöglicht wurde. Trotzdem wird heute eher
Der OTN Standard ermöglicht auch dafür einen Weg: Nur für
Row #
8GFC bevorzugt.
1
2
3
4
2
RES
können, um auf die OTN Übertragungsrate zu kommen. Dadurch
erhöht sich die Signallaufzeit für die Übertragung und es erscheint
fragwürdig, ob bei FibreChannel die Übertragung mit sehr
zeitkritischen Bestätigungsmeldungen noch im Limit liegt. Die
geforderten niedrigen Signallaufzeiten (Round Trip Delay) sind
TCM
ACT
5
6
7
TCM2
GCC2
8
TCM6
9
10
11
TCM5
TCM1
APS/PCC
12
13
TCM4
PM
14
FTFL
EXP
RES
Bild 8. ODU overhead
GFP-T („T“ steht für Transparent). Allerdings muss noch zusätzlich eine
werden, da nur so „Idle“-Rahmen dem Nutzsignal zugefügt werden
4
TCM3
GCC1
FibreChannel entwickelt, gibt es die Möglichkeit einer Integration mit
Rahmungsprozedur GFP-F („F“ steht für framed) nachgeschaltet
3
Alle beschriebenen Erweiterungen des OTN-Standards fordern daher
eine Messtechnik, mit der man diese auch prüfen kann. Bild 9 zeigt die
prinzipiellen Anordnungen, die ein Messgerät abdecken muss.
„Terminate“ ist das oben angesprochene Ende-zu-EndeMessprogramm. Das OTN-Multiplexing wird funktionell mit einem
zusätzlichen ODU-Layer abgebildet.
übrigens der wesentliche Grund, warum der Ethernet-Standard für die
SAN-Übertragung ungeeignet ist. 16GFC und 32GFC sind beim
Standardisierungsgremium in der Evaluation. Diese Weiterentwicklung
wäre ein großer Schritt weg von allen bereits standardisierten
Übertragungsrahmen, die eine einfache Integration ermöglichen.
Damit verbliebe FibreChannel immer in einem Parallel-Universum der
Übertragungstechnik.
8 OTN auf dem Weg zum Transportmedium der Zukunft und Anforderungen an die Messtechnik
OTN Multiplexing
DUT
Through Mode
DUT
DUT
PHYS
PHYS
PHYS
PHYS
OTN
OTN
OTN
OTN
ODU
ODU
PCS
SONET
SONET
MAC/IP
TX
RX
TX
RX
Wrapper/De-Wrapper
Terminate
DUT
DUT
Bild 10. Multiplexen von ODU2 in OPU3 mit dem ONT-506 von Viavi
Die Komplexität eines Messgeräts erhöht sich gleichzeitig mit der
PHYS
PHYS
PHYS
PHYS
PCS
OTN
OTN
OTN
PCS
SDH
SDH
TX
RX
MAC/IP
MAC/IP
TX
RX
Implementierung der OTN-Erweiterung deutlich und unterscheidet
sich gravierend von den Testfunktionen eines einfachen Ende-zuEnde-Testers.
Bild 9. Testprozeduren für die erweiterte Transportstruktur nach
ITU-T-Standard G.709 mit dem Messgerät ONT-506 von Viavi
Mit der Wrapper/De-Wrapper- Funktion wird die Eigenschaft der
Netzelemente, Client-Signale in den OTN Übertragungsrahmen zu
multiplexen bzw. zu demultiplexen, getestet und verifiziert. Eine
besondere Bedeutung kommt der „Trough-Mode“-Funktion zu. Damit
kann auf der Übertragungsseite das OTNSignal mitsamt des
Nutzsignals durch das Messgerät geschleift und gleichzeitig analysiert
werden (non-intrusive). Im Intrusive-Modus kann auf die
Signalisierungsinformation des OTN-Rahmens Einfluss genommen
werden, um das entsprechende Verhalten des empfangenden
Netzelements zu testen. Die Komplexität eines Messgeräts erhöht sich
gleichzeitig mit der Implementierung der OTN-Erweiterung deutlich
und unterscheidet sich gravierend von den Testfunktionen eines
einfachen Ende-zu-Ende-Testers (Bild 10).
9 OTN auf dem Weg zum Transportmedium der Zukunft und Anforderungen an die Messtechnik
Ausblick
Die Übertragungstechnik der Telekommunikation hat bereits viele
Wege beschritten. Manche wurden hoch gelobt und waren genauso
schnell wieder verschwunden. Andere haben sich kontinuierlich
weiterentwickelt. SDH hatte als Transportmedium nun über 20 Jahre
Bestand. Auf Grund der Möglichkeiten in der optischen Übertragung
kann SDH allerdings nicht mehr mithalten. Die optischen
Transportnetze gemäß der Standardisierung nach ITU G.709 haben in
Fortführung von SDH die Bewährungsprobe bestanden und stellen ein
Abkürzungen
DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing
FC
Fibre Channel
FEC
Forward Error Correction
GbE
Gigabit-Ethernet
GFP
Generic Frame Procedure
GFP-F
Generic Frame Procedure, Frame mapped
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
ITU-T
International Telecommunication Union –
Telecommunication Standardization Sector
N
T
belastungsfähiges Übertragungsmedium für Telekommunikationsnetze
LAN
Local Area Network
dar. Vieles ist auf dem Weg - es bleiben aber in fast allen
LCAS
Link Capacity Adjustment Sheme
Hierarchieebenen noch Aufgaben zu erledigen. Kontinuität in der
OCh
Optical Channel
Integration zukünftiger Übertragungsraten ist gefragt. Die
ODU
Optical Data Unit
Messtechnik hat dabei die Aufgabe, diesen Entwicklungen zu folgen,
OMS
Optical Multiplex Section
um die Funktionen der Netzelemente und der Übertragungstechnik zu
OPU
Optical Payload Unit
gewährleisten. Deshalb arbeitet Viavi aktiv in den entsprechenden
OTM
Optical Transport Network Module
Standardisierungsgremien mit, um einerseits die
OTN
Optical Transport Network
OTS
Optical Transport Section
OTU
Optical Transport Unit
PCS
Physical Coding Sublayer
SDH
Synchronous Digital Hierarchy
Sonet
Synchronous Optical Network
STM
Synchronous Transport Module
TK
Telekommunikation
VC
Virtual Container
VCAT
Virtual Concatination
Telekommunikationsnetze der Zukunft mitzugestalten, aber auch, um
Messlösungen zeitnah dafür bereitzustellen.
10 OTN auf dem Weg zum Transportmedium der Zukunft und Anforderungen an die Messtechnik
Literatur
1. Kiefer, R.; Winterling, P.: DWDM, SDH & Co. Technik und Troubleshooting in optischen Netzen. 2., neubearb. u. erw. Aufl., 2002, Bonn: VMI
Industriebuch
2.ITU-T-Dokument G.Sup43: Transport of IEEE 10GBase-R in optical transport networks (OTN)
3.ITU-T-Dokument Rec. G.709/Y.1331 (2003) Amendment 3 (04/2009)
4.Walker, T. P.: Optical Transport Network (OTN) Tutorial. www.itu.int/ITU-T/studygroups/com15/otn/OTNtutorial.pdf
5.Duelli, M. u. a.: Performance Evaluation of IP over Cost-Optimized Optical Multilayer Networks with SRLGs. 9. ITG-Fachtagung Photonische
Netze, Leipzig, April 2008. In: Photonische Netze. ITG-Fachber. 207. Berlin · Offenbach: VDE VERLAG, 2008
6.Winterling, P.: 43 Gbit/s – die nächste Generation für die Messtechnik. ntz Fachz. f. Inform.- und Kommunik.-tech. 60 (2007) H. 2, S. 18 – 22
7.Ziemann, O.: Wann kommt Terabit-Ethernet – oder die mathematische Spielerei der Extrapolation. ntz Fachz. f. Inform.- und Kommunik.tech. 62 (2009) H. 5, S. 26 – 27
8.Raddatz, L. u. a.: DWDM Transmission of OTU3 (43 Gb/s) Data over 7000 km of Conventional Non-Zero Dispersion Shifted Fiber. 7.
ITG-Fachtagung Photonische Netze, Leipzig, April 2006. In: Photonische Netze. ITGFachber. 193. Berlin · Offenbach: VDE VERLAG, 2006 n
11 OTN auf dem Weg zum Transportmedium der Zukunft und Anforderungen an die Messtechnik
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