到底什么是 OSU 和 fgOTN？

今天这篇文章，我们来聊聊光通信。

前段时间，通信行业有一个新闻，相信很多读者都关注到了 ——

“2023 年底，国际电信联盟标准化部门（ITU-T）第 15 研究组（SG15）的 2022-2024 研究期第三次全会在瑞士日内瓦召开。在中国代表团的合力推动下，fgMTN 和 fgOTN 的若干项核心标准均报批，标志着新一代细粒度传输核心技术国际标准获得里程碑式进展。”

fgMTN 和 fgOTN 是什么呢？细粒度传输，又是什么意思？

其实，这些概念，和前几年非常热门的 OSU 技术，有非常密切的关系。它们是光通信技术的一个重要发展方向，也是行业研究热点。

接下来，我就给大家详细科普一下，这些技术的来龙去脉。

█ 小颗粒业务的痛点

以前小枣君介绍传输网基础知识（链接）的时候，曾经提到过，80-90 年代，行业主流的传输技术，是 SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）。

SDH 采用的是 TDM（时分复用）方式。它的特点，是标准统一、可靠性高、容易运维，可以提供基本的确定性低时延保证。

进入 21 世纪后，随着时代的发展，SDH 技术在带宽（最大仅支持 10Gbps）等方面逐渐无法满足需求。于是，一种新型的光通信技术开始崛起。这个技术，就是大名鼎鼎的 OTN（Optical Transport Network，光传送网）。

OTN 既融合了 SDH 在组网和运维上的一些优点，也兼具了 WDM（波分复用）的大带宽传送能力。它具备长距离、大容量、硬隔离、低时延、低功耗等优势，是行业公认的新一代主流技术。

OTN 的传输能力很强，带宽极高，所以，率先应用于骨干传输网络，也就是长途干线场景。

传输网也是分为多个层级的。最核心的是骨干网，然后往下是城域网（单个城市范围内的传输网）。城域网再往下，是接入网（PON 技术、蜂窝基站）。

骨干网采取 OTN，那么，城域网怎么办？想办法也用 OTN 呗！那就是业界常说的“OTN 下沉”。

现在运营商的宽带业务，并不是只有家庭用户，也有很多政企用户。有些政企用户，对时延、安全、可靠性等要求较高，用的是专线业务。

大部分政企业务连接，对带宽的要求其实并不高，可能只有几 Mbps。而 OTN 支持的最小业务颗粒度是 1.25Gbps。这就导致一个问题 —— 带宽浪费。

举个例子。一辆卡车，用来运输多个客户的水果。

卡车提供纸箱，让每个客户往纸箱里放水果。卡车司机以为客户的水果很大，提供了 1 立方米的纸箱。结果，每个客户要运送的水果，只是一个苹果。

于是，就变成这样：

这种“大箱装小果”的方式，不仅浪费了空间，还限制了箱子总数量（可以服务的客户数少了）。

老式的 SDH 呢，就像一个小三轮。它的纸箱小，但是，装不了大水果，而且，总体空间也不足：

大卡车存在空间浪费，小三轮运力不足，这就很尴尬。

除了运营商之外，很多政企客户也有自己的专网，例如铁路专网、电力专网、石油专网等。他们也面临这个问题 ——

自己的大部分业务都是小带宽业务（也就是小颗粒业务），SDH 技术比较合适，但这个技术要淘汰了，没得用；OTN 技术虽然先进，但不匹配需求。

他们在做承载网方案设计的时候，只能采用“骨干网用 OTN，中下层（城域网）用 SDH，接入网用 PON”的方案，增加了复杂度，也没办法形成一个端到端的“硬管道”。

在这种情况下，行业就急需一种新的技术，提供小颗粒的带宽（更小的纸箱），具备隔离、安全、可靠等特性，能够完全兼容 OTN（ITU G.709），弥补 OTN 的不足，平滑承接 SDH（ITU G.707）的业务。

█ OSU 的出现

OTN 技术标准成熟于 2010 年左右。当时，行业就发现了 OTN 在小颗粒业务场景上的缺陷。

2011 年，国内提出了 PeOTN（Packet enhanced OTN，分组增强 OTN）技术，进行应对。

PeOTN 方案主要包括引入额外的 VC 交叉（STM-16 容器等）或者分组交换（MPLS 隧道等），采用多级映射传输业务。

PeOTN 的业务映射层次这些方式，就像另外找些小盒子，先装水果，然后再往卡车的箱子里放。虽然也能利用空间，但增加了操作步骤（封装次数），提升了运维复杂度和时延。方式还增加了硬件单板，导致成本升高。

因为缺点实在太多，PeOTN 一直没能成功，逐渐被行业放弃。

2018 年 2 月，ITU 采纳了 OTN 小颗粒的需求，并启动相关研究。

很快，一个新的解决方案，逐渐浮出水面，那就是 ——OSU。

OSU，英文全名叫 Optical Service Unit，光业务单元。

它是基于传统 OTN 的进一步演进升级，通过新增了一个 OSU 容器，把信号按照 N x 2.6Mbps (N=1,2,3....) 的方式进行拆分，可以实现从 2Mbps 到 100Gbps 的多种颗粒度业务接入和传输需求。

传统 OTN，采用固定时隙的方式划分业务，分为 ODUk（k=0,1,2,3,4）颗粒，时隙中最小颗粒是 ODU0（1.25Gbps），最大颗粒是 ODU4（100Gbps）。

如果是单个 100G 线路，接入用户的数量，是 80 个（100÷1.25）。

OSU，采用非固定时隙的净荷方式划分业务，即业务按照净荷块 PB（Payload Block）划分颗粒，一个 PB 为 2.6Mbps，即业务被划分为 Nx2.6Mbps（N=1,2,3,4..）颗粒。

采用 OSU 技术可以灵活设置 PB 的带宽。PB 的带宽决定了 OSU 可以支持的客户业务的最小颗粒度。

同样是 100G 线路，采用 OSU 之后，单个线路接入用户的最大数量可以从 80 个提升到 4000 个。更多的业务连接数（通道），能够更好地满足政企市场的需求。

还是以卡车运输水果为例。

OSU，等于定制了更小规格的箱子，增加了运输不同类型水果的灵活性，提升了空间利用率。

OSU 还可以大幅减少时延。在传输业务中，业务每多一次封装，时延都会增加。封装层级越多，则时延越大。

传统 OTN 技术采用 5 层逐级映射封装，即 VC12‐>VC4‐>ODU0‐>ODU4‐>OTUCn 5 层封装复用技术。

OSUflex 技术采用 3 层逐级映射封装，即 OSUflex‐>ODUflex‐> OTUCn 3 层逐级映射封装。封装次数少，可以大幅降低处理时延，满足时延敏感的业务场景需求。

OSU 还有一个优点，就是实现秒级无损带宽调整。

传统通信技术通常难以对带宽进行快速调整，而 OSU 技术的应用，实现了秒级无损带宽调整，提高了网络的灵活性和适应性。（具体原理，下次专题介绍。）

█ OSU 的标准起步

2019 年，国内多家企业，陆续提出了 OSU 的场景、需求及解决方案。

2019 年，华为推出了基于 OSU 的 Liquid OTN 方案。2020 年 9 月，中兴推出基于 OSU 的 Pixel OTN 解决方案。同年，烽火通信也推出 OSU 的小颗粒专线解决方案。

2019 年 12 月起，国内 CCSA 立项了“光业务单元 (OSU) 技术要求”和“基于 OSU 的 OTN 设备技术要求”行标。

2020 年 1 月，在瑞士日内瓦举行的 SG15 全会上，G.osu 作为 ITU-T Q11 / SG15 的一个新的工作项目，得以立项。

运营商这边，在 OSU 技术路线上也有动作。

中国电信表现积极，在一开始就牵头和主导了 OSU 行业标准的制定，并且力推 M-OTN（Metro-optimized OTN，城域 OTN）/OSU 的商用部署。

2022 年 1 月，中国电信研究院和江苏电信联合中兴通讯、格林威尔和华环，在江苏完成业界首次跨厂商、跨地市的 OSU 现网试点。

2022 年 5 月，中国电信宣布将 OSU 技术纳入接入型 M-OTN 集采，共 14 万端。

M-OTN 架构示意再看看中国移动。

众所周知，从 2018 年开始，中国移动一直都是闷头在搞自己的 SPN（切片分组网，基于以太网传输架构，继承了 PTN 传输方案的功能特性）路线。

OSU 出现之后，2021 年 6 月 16 日，中国移动发布了一份白皮书 ——《中国移动 SPN 小颗粒技术白皮书》，推出 SPN 小颗粒技术 FGU（Fine Granularity Unit，“Fine Granularity”的中文意思就是“细粒度”）。

FGU 对标的，就是 OSU。它继承了 SPN 高效以太网内核，将硬切片的颗粒度从 5Gbps 细化为 10Mbps，以满足小颗粒业务承载需求。

相对来说，那一时期的中国联通，在 OSU 方面并没有太多动静。

█ fgOTN 和 fgMTN

2020 年初 G.osu 在 ITU 立项之后，国内产业界非常兴奋，以为 OSU 技术比较稳了。可是，事实上，OSU 的标准化，很快遇到了重大挫折。

2021 年 12 月，在 SG15 全体会议上，SG15 当时的主席对 OSU 提出以下四点质疑，认为 G.osu 工作项目“没有取得进展”，并建议关闭（"Reset"，清零）该项目。

四点质疑分别是：

1、在每个 OSU 帧中使用支路端口号（TPN）不是 TDM 技术；

2、92 字节的有效载荷块导致过大的延迟；

3、采用两个独立的 sub1G 的时分复用复接和交换机理来支持 OTN 和 MTN 网络是不必要的；

4、最佳带宽颗粒度不应是 2.6Mbps。

面对这种情况，国内产业界迅速做出反应，积极与 SG15 管理团队、以及 Microchip、Nokia 等国外公司的参会专家进行沟通，寻找解决方案。

经过十次 ITU-T 标准会议的反复磋商，最终，事情出现了转机。

2023 年 4 月，在 SG15 全会上，专家们讨论决定，基于 G.osu 进行技术改进，并改名为 fgOTN。（这个 fg，就是刚才的 Fine Granularity，有的资料也写作 fine grain。）

准确来说，Q11/15 同意定义两个适配 OTN 和 MTN 服务层的 sub-1G 层网络，即：细粒度 OTN（fgOTN）和细粒度 MTN（fgMTN）。

fgOTN 大家能理解，fgMTN 又是啥？

fgMTN 是中国移动力推的，还是和他们的 SPN 有关。MTN 是 Metro Transport Network，城域传送网。SPN 有三个子层（切片分组层、切片通道层和切片传送层），其中，切片通道层对应了 MTN 的段层（Section）和通路层（Path）。前面提到的 SPN 小颗粒 FGU 技术，就是工作在这一层。

会议上有些专家本来建议把 fgOTN 和 fgMTN 合在一起，搞一个就行。但是，中国移动坚持要保留 fgMTN，最终获得成功。这样一来，他们就形成了完整的 SPN / MTN 技术架构和标准体系。

基于以上种种，WP3/15 管理层提出：fgOTN 和 fgMTN 两个标准体系的系列标准文档，应分别集成到各自的服务层标准文档中（fgOTN G.709, fgMTN G8312）。

具体映射关系如下：

2023 年 12 月 1 日，在 SG15 闭幕全会上，fgOTN / fgMTN 第一批核心标准报批，获得同意进入 AAP 发布流程。

报批的标准（上图绿色字体部分）：

G.709.20（fgOTN 总体）

G.709.Amd 3（fgOTN 接口）

G.872 Rev.6（fgOTN 架构）

G.8312.20（fgMTN 总体）

G.8312 Amd.2（fgMTN 接口）

G.8310 Amd.1（fgMTN 架构）

不出意外的话，其余标准有望在 2024 年 7 月的全会上获得通过，进入 AAP 发布流程。

█ 最后的话

好了，以上就是关于小颗粒业务、OSU、fgOTN、fgMTN 的介绍。

总结一下：

SDH 面临淘汰，OTN 接班。但是 OTN 不能很好地支持小颗粒业务，所以，有了 PeOTN。PeOTN 问题太多，于是，又有了 OSU。

国内搞 OSU 很积极（尤其是中国电信），但是 ITU-T 标准推进不顺利。国内产业界团结起来，把 OSU 改了一下，变成 fgOTN。

最开始，中国移动基于 SPN 搞了 FGU，对标 OSU。后来，他们又转向了 fgMTN。

总而言之，fgOTN 是 SDH（ITU-T G.707）和 OTN（ITU-G.709）的技术演进，是补足了小颗粒业务短板的升级 OTN。

fgOTN 是一种具有完全 TDM 特性的原生 TDM 技术，完美传承了 SDH 和 OTN 高可靠，确定性时延等特点。它采用了以 10Mbps 带宽为单位的固定时隙分配设计，支持 ETH、E1、SDH 等多种 VBR（可变比特率）和 CBR（恒定比特率）业务，可为政企客户业务连接提供基于刚性硬管道的高品质安全硬隔离解决方案。

那么，OSU 和 fgOTN 究竟是如何工作的呢？它们的特性具体是怎么实现的？

小枣君改天再写一篇《OSU / fgOTN 技术原理篇》，敬请期待！

参考资料：

1、《M-OTN / OSU 技术发展现状和部署应用探讨》，荆瑞泉，中国电信；

2、《精诚所至、金石为开：细颗粒光传送网 (fgOTN) 的国际标准化之旅》，徐勇，人民邮电报；

3、《“九州”算力光网目标网架构白皮书》，中国移动；

4、《中国移动 SPN 小颗粒技术白皮书》，中国移动；

5、《什么是 SPN 网络？》，华为；

6、《基于 OSU 技术在 5G + 垂直行业的应用研究》，王青明，华信咨询设计研究院；

7、《OSU 小颗粒技术标准进展》，中兴通讯；

8、《什么是承载小颗粒的 OSU 技术？》，中兴文档；

9、《什么是“OSU 技术”？》，通信网工小兵；

10、《SPN , MTN , FlexE 是什么关系?》，通信百科；

本文来自微信公众号：鲜枣课堂 （ID：xzclasscom），作者：小枣君

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