G.709协议：超100G OTUCn信号及其帧结构
B100G OTUCn背景
2016年，ITU-T发布了G.709 OTN标准的重大更新，覆盖了100Gbit/s,OTU4以外的速率。这种新的“beyond 100G”（B100G）接口系列正式称为“OTUCn”，定义为n×100Gbit/s模块化结构，OTUCn信号在很大程度上重用了现有的OTN。受IEEE 802.3以太网FlexE的影响，ITU-T也引入新的灵活的OTN（FlexO）接口，以配合OTUCn。
我们知道传统标准的SDH和OTN速率是以四倍为基准的，比如说STM-1到STM4，再到STM-16，又比如ODU1到ODU2再到ODU3，可能有同学会问为什么不从ODU0开始说，其实这个速率也是在后面才加入进来的。但在这里，我们想说的是另一个例外是ODU4（ODU:光数据单元）。为什么用它承载100GbE以太网客户信号，而不是通过160Gbit/s速率来承载四个40Gbit/s ODU3信号。
一个是因为以太网已经成为OTN传输中越来越重要的客户侧信号。另外，相对于160Gbit/s，112Gbit/s左右的速率对于带宽来说更具成本效益，特别是考虑到当时可用的光学元件技术。同时OTU4也可以重用以太网100GbE光接口模块。最后一个考虑因素，在当时来说OTU4有可能成为100GbE的默认长距离广域网接口，而这种考虑已成为现实。当然还有其他方面的原因，比如说调制、波特率等。因此，ITU-T也使用类似的推理方法来处理超100Gbit/s速率的相关问题。
首先要考虑的下一个Beyond 100G以太网速率是多少，现在来看应该是400GE无疑了。请参考：400G以太网收发器简介。因此ITU-T需要对400GbE传输和再利用技术的速率进行平衡优化，以及更加模块化的速率需求。最初的设想是将有限数量的IrDI(域间接口:比如说电信与联通之间互通的接口)速率标准化，这些速率主要与新的以太网速率相匹配，并定义一个模块化结构，该结构还允许构造域内接口（IaDI）信号以匹配信道特性/质量。
但是，在这个时间段，出现了一种新的灵活定义以太网物理层的模块化方法，称为“Flexible Ethernet”（简称FlexE）。它是在光网络互联论坛（OIF）实施协议（IA）中指定的。借用FlexE概念，ITU-T为OTN的B100G接口提供了一种类似的方法，称为“Flexible OTN”（简称FlexO）。在最开始的版本里面，G.709对FlexO的短距离OTN B100G的物理层PHY指定了一组n 100Gbit/s PHY，并由这些组合来承载n X 100Gbit/s OTN信号。这样每个100Gbit/s光信号就可以复用100GE/OTU4光模块。
在开始讲B100G帧结构之前，我们先回顾一下SDH和OTN的帧结构特点。如我们所熟悉的，SONET/SDH是通过复用映射其基本速率信号的整数倍（SONET STS-1或SDH STM-1）来达到更高速率的信号。而对于OTN帧来说，ODUk速率的帧是相同的，是通过提高发帧速率来增加的。其中传统OTN的帧结构可先参考：G.709协议（1）
对于超100Gbit/s速率，ITU-T使用了这两种方法的组合。在100Gbit/s左右建立了一个新的基本信号帧，并将该基本帧的倍数交织以产生更高速率的信号，这个基本帧称为ODUC（100gbit/s ODU slice片），然后由n×ODUC片构造ODUCn信号，其中“C”在罗马数字中表示100。如下图所示，基本信号帧ODUC帧使用与ODU4相同的帧结构。
图-基本信号ODUC帧构成的OTUC1结构
OTUCn信号的物理层将取决于其接口。这句话怎么理解呢？比如说它可以作为单个串行信号流、光域中的n 100Gbit/s信号流或n/2 200Gbit/s信号流，也可以作为具有电域接口的25Gbit/s或50Gbit/s的倍数来传输。也就是说，它不是以串行交织格式（类似于SONET/SDH的格式）定义OTUCn数据流，而是由单独的接口指定。而对于OTUC slice则以定义的方式进行交织，使得OPUCn子支时隙具有已知的顺序。
对于传输，每个OTUC被单独视为100Gbit/s实体。一种情况是，OTUC可以通过OTUCn接口的4个25Gbit/s通道或2个50Gbit/s通道来传输。在这种情况下，每个OTUC使用电层PHY通道中的特定子集，独立于其他OTUC使用的PHY通道。
另外，在“FlexO”接口中，我们可以使用100GbE/OTU4光模块将每个OTUC作为单独的100Gbit/s光信号传输，因此也不需要在PHY层中进行OTUC交织。还有一种场景是将两个OTUC组合成200Gbit/s数据流以在光通道（波长）上传输，在这种情况下，只要光发射端和接收器同意达成一致，怎么进行OTUC交织则是任意的。或者说，200Gbit/s接口可以使用组合调制来复用两个OTUC数据流（比如说每个OTUC可以采用不同线路编码在单独偏振模式在线路上传输）。
除了模块化的帧结构之外，B100G信号在另一个重要方面也不同于当前的OTN信号。为了简化网络，ODUCn信号只在网络节点之间点对点传输。也就是说节点之间如果要传输较低速率的ODUk信号，则需要在ODUk级别交叉完成。即，没有客户侧信号可以直接映射到OPUCn中，它们必须首先映射到一个ODUk（包括ODUflex），然后再映射或复用到OPUCn中。
下面我们来看看OTUCn和OTUk帧格式的一点区别。OTUCn帧没有用于FEC的专用区域，也就是说从OTUk的3825列到4008列，OTUCn是没有的。这意味着，OTUCn也只有3824列，除了OTUCn中特定开销字节不一样，其他部分与ODUCn帧一样的了，至少都是3824列。至于为什么没有FEC开销，主要是基于OTUCn需要满足不同的接口，而每种接口的FEC要求不一样。
另外，基本OTUC信号的选择需要满足以下需求：
OPUC1必须能够承载ODU4客户业务； OPUC4必须能够承载400GE客户业务。
OTN的B100G信号速率和开销速率如下表所示：
OPUC、ODUC和OTUC帧结构下图所示：
如下所述，与OTN帧结构一样，OTUC和ODUC的开销列几乎是一致的，但是OTUC中没有用于FEC的保留区域。OTUC的开销如上图所示A和B，该字段包含帧对齐信号（FAS）和复用帧对齐信号（MFAS）。
MFAS字段是一个二进制计数器，显示某些开销使用的256帧复用帧中当前帧的相位。比如说，E区域所示的有效负载结构标识符（PSI）的开销就可以使用MFAS来确定该期间帧字节的含义。MFAS还用于消除通过不同波长或不同FlexO接口PHY在传输OTUCn信号部分之间产生的偏移。
其中的B区域如下图所示，则提供了OTUCn的通用通信信道（GCC）和段监控（SM）信息。SM开销包括路径跟踪标识符（TTI）、用于错误检测的BIP-8、向后错误指示（BEI）、向后缺陷指示（BDI）、接收对齐错误（IAE）指示和后向IAE（BIAE）指示。与OTN帧一样，TTI用于连接故障的检测，由OTUCn接收端向OTUCn源发送BEI作为先前BIP-8检测到的错误数的（二进制）计数，由接收端使用BDI通知源端它看到了信号故障。IAE表示在接入信号上检测到帧对齐错误，BIAE则通知源看到了IAE。IAE和BIAE用于在帧对齐丢失情况下禁用各自方向上的错误计数。
那么这些开销字节的作用范围又是怎样的。在这些开销中，像TTI、BDI和STAT这样的开销属于整个接口，所以它们只需要出现一次。而帧对齐则需要在所有OTUC片中重复，以加快帧恢复时间，并使其可用于多个通道接口的所有通道上的帧恢复。另外，BIP-8和BEI在所有OTUC中都是激活的，以便提供更好的（和模块化的）错误检测能力。归纳如下表所示。
ODUCn帧结构
接着说，与OTN帧结构类似，ODUCn也是由OPUCn和ODUCn开销两部分组成。下表显示了每个ODUC片的激活区域。它包含用于路径性能监视（PM）、两个通用通信信道（GCC）、一个自动保护切换和保护通信信道（APS/PCC）的开销，以及为实验目的保留的一组字节。
上面的PM开销由Trail Trace Identifier（TTI，用于连接故障检测）、BIP-8（用于错误检测）、状态信息（用于指示这是正常信号还是维护信号）和BEI组成。PM开销还包括在路径级执行往返延迟测量的延迟测量功能。对于OTUCn，BEI由ODUCn接收端发送到ODUCn源，作为先前BIP-8检测到的错误数的（二进制）计数。请注意，以前的故障类型和故障定位（FTFL）开销已从所有OTN信号中删除，字节的状态更改为“Experimental”。
OTUC和ODUC开销就先介绍到这了，关于OPUC的帧格式改期再聊。最后放一张大图来展示整个复用映射的层级关系。
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