NETZE

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Das optische Transportnetz wurde beider ITU-T entwickelt und basiert aufder in der G.872-Empfehlung „Archi-tecture for the Optical Transport Net-work (OTN)“ definierten Netzarchitek-tur. G.872 beschreibt das Zusammen-spiel von optischem Kanal (OCh – Op-tical Channel) und dem OTM (OpticalTransport Module), der aus OMS (Op-tical Multiplex Section) und OTS (Opti-cal Transmission Section) gebildet wird.Bild 1 zeigt die Schichten der OTH-Ar-chitektur, die sowohl analoge als auchdigitale Techniken vereint.Bei der Weiterentwicklung der G.709-Empfehlung berücksichtigte man, dassderzeit nur digitale Techniken eine ho-he Qualität bei der Übertragung vonKundensignalen gewährleisten. Dazuwurde der optische Kanal OCh, reali-siert durch ein digitales Rahmensignalmit digitalem Overhead, zur Unter-stützung von Managementfunktionenmit einbezogen. So besteht nun dieMöglichkeit, mit Hilfe der Vorwärts-fehlerkorrektur (FEC – Forward ErrorCorrection) die Systemleistung zu er-höhen. Über dem OCh sorgen zweiweitere digitale Layer – OTU (OpticalChannel Transport Unit) und ODU(Optical Channel Data Unit) – dafür,dass mit der OPU (Optical ChannelPayload Unit) alle Arten von Kunden-signalen in den OCh eingefügt wer-den können.

OTN-Eigenschaften

Die in G.872 beschriebene OTN-Archi-tektur definiert zwei Schnittstellen-klassen (Bild 2):• Inter-Domain Interface (IrDI);• Intra-Domain Interface (IaDI).Die IrDI-Schnittstelle verfügt an jedemEnde über definierte R3-Prozesse, wo-bei R3 für Reamplification, Reshapingund Retiming steht. Sie erlaubt es, dieNetze verschiedener Betreiber zusam-menzuschalten und kann ferner alsSchnittstelle zwischen den Kompo-

nenten der unterschiedlichen Herstel-ler betrachtet werden. Die IaDI- Schnitt-stelle verbindet die Komponenten in-nerhalb einer Betreiberdomäne mitei-nander.

Die Empfehlung G.709 definiert dieAnzahl der Schichten in der OTN-Hie-rarchie. Grundsätzlich existieren diesevier Layer: • OCh (Optical Channel with Full Func-

tionality) bzw. OChr (Optical Chan-nel with Reduced Functionality);

• OTU (Optical Channel Transport Unit);• ODU (Optical Channel Data Unit); • OPU (Optical Channel Payload Unit). Die Informationen in OPU, ODU undOTU zählen zur elektrischen, die inOCh zur optischen Domäne:• OPU kapselt die Kundensignale ein

und führt die erforderlichen Anpas-sungen der Datenraten durch. Diesist vergleichbar mit dem Path Layerin Sonet/SDH, wobei die Daten inder Quelle eingepackt und in derSenke ausgepackt und durch dasNetz nicht modifiziert werden.

• ODU führt ähnlich Funktionen auswie der Line Overhead in Sonet/ SDH.

• OTU fügt die FEC-Informationenhinzu und führt vergleichbare Funk-

Mit OTH und OTN zu Terabit-NetzenOptische Transporthierarchie beseitigt Kapazitätsengpass

Gerhard Kafka

Der kontinuierlich steigendeNetzverkehr erfordert schon in der

nächsten Dekade eine hundertfacheTransportkapazität. Kommerzielle

Transportsysteme arbeiten heute mitÜbertragungsraten von 100 Gbit/s

und überbrücken Entfernungen vontypisch 2.500 km. Künftige Systeme

werden mit Datenraten von 400Gbit/s und 1 Tbit/s arbeiten.

Nachdem PDH- und SDH-Systemeihre Leistungsgrenzen erreicht habenbzw. keinen optimalen Wirkungsgrad

für die heute dominantepaketvermittelte Kommunikation zur

Verfügung stellen, steht mit OTH(Optical Transport Hierarchy) eine

leistungsfähige Transporttechnik fürdie Netzbetreiber zur Verfügung, die

ein optisches Transportnetz (OTN)einsetzen.

Gerhard Kafka arbeitet als freier Fachjournalistfür Telekommunikation in Egling bei München

Optical Channel Payload Unit (OPU)

Optical TransportModule (OTM-n,

n 1)�

Optical Channel Data Unit (ODU)

Optical Channel Transport Unit (OTU)

Optical Channel (OCh)

Optical MultiplexSection (OMS)

Optical TransmissionSection (OTS)

OTM0PhysicalSection(OPSO)

(keine Farbe,kein OSC)

digi

tal

anal

og

STM-NEthernetATMIP

Bild 1: Die OTH-Schichten werden in den bei-den wichtigsten Empfehlungen G.709 undG.798 beschrieben (OSC – Optical SupervisoryChannel) (Quelle: ITU-T)

Mit OTH und OTN zu Terabit-Netzen

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tionen aus wie der Section Over-head in Sonet/SDH.

Nach dem Hinzufügen von FEC wirddas Signal an einen Serdes (Serialisie-rer/Deserialisierer) zur Konvertierung indie optische Domäne weitergeleitet.Eine besonders wichtige Eigenschaftder G.709-Empfehlung ist die in ihrbeschriebene FEC, mit deren HilfeÜbertragungsfehler bereits auf derphysischen Ebene korrigiert werden.

Dadurch erhöht sich jedoch die physi-sche Übertragungsrate von 100 Gbit/sauf 112 Gbit/s und mehr. Das FEC-Schema für OTN ist durch ei-ne Byte-verschachtelte Reed-Solomon-Funktion definiert, die 4 x 256 Bytesals Prüfinformation für jeden ODU-Rahmen verwendet. Diese Algorith-men werden aber praktisch nicht an-gewendet. Statt dessen implementie-

ren die Hersteller individuelle Lösun-gen, da G.709 ausdrücklich die Ver-wendung leistungsfähigerer (proprie-tärer) FEC-Schemata erlaubt. Das ver-hindert jedoch, dass Einrichtungenverschiedener Hersteller zusammenar-beiten können. Die in G.709 definierte FEC kann eineVerbesserung des Signal-Rausch-Ab-stands bis zu 6,2 dB bewirken. Andersausgedrückt bedeutet dies, dass für

die Übertragung eines Signals mit ei-ner bestimmten Bitfehlerrate die Sen-deleistung um 6,2 dB verringert wer-den kann.OTN bietet im Vergleich zu Sonet/SDHfolgende Vorteile:• leistungsfähigere FEC;• mehr Ebenen für das Monitoring

von Tandemverbindungen (TCM –Tandem Connection Monitoring);

• transparenter Transport von Kun-densignalen;

• skalierbare Vermittlungseigenschaf-ten.

Nachteilig ist, dass für die Implemen-tierung neue Hardware und Manage-mentsysteme benötigt werden.

OTN-Komponenten

Die OTN-Technik hat ihren Eingang inMetro- und Weitverkehrsnetze gefun-den. Aber bedingt durch das starkwachsende Verkehrsaufkommen imZugangsbereich, insbesondere durchIP- und Ethernet-Dienste ist der OTN-Einsatz auch hier sinnvoll. Um sichWettbewerbsvorteile zu schaffen,müssen die Netzbetreiber in diesemBereich ihre Kosten für den Transportund die Bereitstellung von Diensten,insbesondere von Multiservices signifi-kant senken. Der Metrobereich ver-langt nach Overlay-IP-Netzen undRoutern mit integrierter Optik sowieGMPLS-Routing, wobei die bisher vor-wiegenden Ringstrukturen durch Ver-maschung noch zuverlässiger gestal-tet werden. Und die Weitverkehrsnet-ze werden komplett auf optischeTechniken und DWDM umgestellt.Durch den Einsatz von rein optischenVermittlungseinrichtungen reduziertsich der bisherige Umsetzungsprozessvon optisch auf elektrisch und wiederoptisch (OEO) lediglich auf die opti-sche Ebene.Typische OTN-Komponenten sind:• Metro OADM (Optical Add/Drop

Multiplexer) mit CWDM und/oderDWDM, der in seiner Funktion ähn-lich dem SDH ADM ist;

• OADM für den Einsatz im Kernnetzmit DWDM;

• optische Terminierungssysteme, diedie Übertragungswege abschließen;

• Cross-Connects für ODU oder OCh,basierend auf OEO bzw. OOO;

• Vermittlungseinrichtungen, die dieSignale OEO und OOO gleichzeitigverarbeiten.

Rasantes Marktwachstum

Im Januar 2013 haben die Analystenvon Infonetics Research ihren neues-ten Report über die Marktentwick-lung von OTNs und paketorientierter

Mehr als 50 Standards wurden bisherbei der ITU-T für OTN erarbeitet bzw.sind noch in Arbeit. Diese Empfeh-lungen beschreiben im Detail Aspek-

te wie Definitionen, Architektur,Steuerung, Funktionen, Redundanz,Management, physische Ebene, Glas-fasertypen, Komponenten und Sub-systeme. Als wichtige Empfehlungengelten:• G.709: Interfaces for the Optical

Transport Network (OTN);• G.798: Functional Characteristics

of Optical Networking Equipment;• G.870: OTN Terms and Definitions;• G.872: Architecture of Optical

Transport Networks;• G.800: Unified Framework for the

Architecture of Transport Net-works;

• G.Sup39: Optical System Designand Engineering Considerations;

• G.959.1: Optical Transport Net-works Physical Layer Interfaces(Black Link);

• G.693: Optical Interfaces for Intra-Office Systems (bis zu 2 km);

• G.694.1: Flexible WDM Grid (n x12,5 GHz);

• G.697: Optical Monitoring forDWDM Systems;

• G.680, G.rmon: OXC, ROADM;• OTN Management: A number of

Recommendations worked out inQ.14/15.

Neben der ITU-T befasst sich insbe-sondere das Optical InternetworkingForum (OIF, www.oiforum.com) mitder Erarbeitung von Standards, Im-plementation Agreements (IA) ge-nannt. OIF unterstützt die Entwick-lung und Implementierung von in-teroperablen Netzlösungen für opti-sche Netzprodukte, informationsver-arbeitender Elemente und Technikenfür Komponenten. So wurde kürzlichein IA veröffentlicht, in dem ein Pro-tokoll für den Transport von OTNüber rein paketvermittelte Netze be-schrieben wird.

Wichtige ITU-T-Empfehlungen

Für eine durchgängigeOTN-Architektur arbei-ten die drei Normungs-organisationen ITU, IEEE und OIF eng zu-sammen (Quelle: NORDUnet A/S)

Mit OTH und OTN zu Terabit-Netzen

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optischer Hardware veröffentlicht. Da-rin werden Marktanteile, Marktgrößeund die weitere Entwicklung analy-siert. Konkret werden die BereicheOTN-Transporteinrichtungen und -Ver-mittlungseinrichtungen und paket-

vermittelte optische Transportsysteme(P-OTS) beleuchtet. Noch ist der Anteil von OTN-Vermitt-lungstechnik am gesamten OTN-Markt sehr gering und konzentriertsich im Wesentlichen auf China. Weilaber die Netzbetreiber in der EMEA-Region und in Nordamerika im Rah-men des Rollouts von 100G-kohären-ter Technik in den regionalen und Kern-netzen zunehmend integrierte WDM-und OTN-Vermittlungseinrichtungeneinsetzen, erwarten die Analysten ei-nen baldigen Durchbruch. So soll derBereich OTN-Switching von 2012 bis2016 eine durchschnittliche jährlicheWachstumsrate von 28 % erfahren.Zu den Highlights des Reports zählen:• Für 2012 wurde das Volumen für

den gesamten OTN-Markt auf

7 Mrd. $ geschätzt, das sind etwa 65 % der Ausgaben für alle opti-schen Einrichtungen.

• Bis 2016 soll der gesamte OTN-Markt jährlich durchschnittlich um13 % wachsen.

• Der Markt für P-OTS-Komponentenbelief sich 2012 auf 1,26 Mrd. $.Davon entfallen 55 % auf den Me-trorand und 45 % auf regionaleMetro-P-OTS.

• Die traditionellen GeräteherstellerAlcatel-Lucent, Ciena, Cisco, Fujitsuund Tellabs zählen zu den P-OTS-Marktführern, werden aber von z.B.BTI, Cyan, Ericsson und Transmodemit ihren reinen P-OTS-Plattformenattackiert.

Ausblick

Netzbetreiber müssen sich auf stetigsteigende Datenmengen einstellen.Die Weiterentwicklung der Übertra-gungssysteme findet sowohl im loka-len (LAN) als auch öffentlichen (WAN)

Bereich statt. So arbeitet im IEEE eineneu gegründete Arbeitsgruppe an dernächsten Ethernet-Generation, die mitÜbertragungsraten von entweder 400oder 1.000 Gbit/s arbeiten soll. Dem-entsprechend muss die ITU-T die OTN-Datenraten anpassen.Aber: Ist eine TDM-Technik, die vor ca.15 Jahren definiert wurde, auch für dienächsten 20 Jahre geeignet, um dendann zu über 99 % auf paketvermit-telnden Techniken basierenden Da-tenverkehr effizient transportieren zukönnen? Es ist anzunehmen, dass dieZukunft den P-OTS-Systemen gehörenwird. Eine sinnvolle Lösung könnte

sein, beide Techniken parallel, aberauf getrennten Wellenlängen in denWDM-Infrastrukturen zu implemen-tieren. Solch eine Netzarchitektur bie-tet sich in erster Linie für die Metrobe-reiche an, die dann zuverlässig überOTN-basierte Kernnetze miteinanderkommunizieren. Beobachten wir, wiesich der Markt entscheidet . (bk)

Bild 2: Die Schnittstellen der optischen Transporthierarchie (OTH), beschrieben in G.709 und G.798(Quelle: ITU-T)

NutzdatenIP, MPLS, SDH,ATM, Ethernet

OTU

OCh

OTM

OH

OH TCM

OH Nutzlast

OPU

ODU

OCh-Nutzlast

OCh-Nutzlast

OTC-FEC

ODU

OPU

Bild 3: Zusammensetzung der OTN-Nutzlast (Quelle: IT-Wissen)