常见概念 -- WDM/OTN 时延

什么是时延？

        在通信网络中，时延指原始数据经一台转发设备的编码等一系列处理过程后由发送端发送，通过传输链路传输，到达另一台（目的地）设备的接收端并解码还原为原始数据所花费的时间。网络时延主要由以下几个部分组成：

• 发送时延：原始数据进入转发设备开始到从发送端发出到完全进入传输媒介所花费的时间，取决于数据量/信道带宽，设备的处理性能。
• 传输时延：数据从发送端发出开始到接收端接收结束花费的时间，取决于传输距离和传输媒介。
• 处理时延：接收端设备接收到信息开始并解码还原为原始数据花费的时间，取决于设备的处理性能。

WDM/OTN 时延分布

        WDM/OTN网络是光传输系统，使用光纤作为信号传输媒介。典型的WDM/OTN系统，如图所示，影响网络时延的主要因素为：传输链路和物理设备。

对于传输链路，主要需要考虑线路光纤和色散补偿光纤（DCF）引入的时延：

• 线路光纤引入的时延，是指光信号在线路光纤中的传输所用的时间。
• 色散补偿光纤（DCF）引入的时延，是指光在DCF中传输所用的时间。

对于物理设备，主要需要考虑电层单元和光层单元引入的时延：

• 光层单元引入的时延，是由光层单元处理光信号产生的。
• 电层单元引入的时延，是由客户侧业务信号在接收端完成光电信号转换后，在单板内部进行电信号的映射、FEC编解码、电交叉等处理过程产生的。

经实验数据测量，WDM/OTN网络时延分布和量级如下表所示。

WDM/OTN时延性能优化技术

        由分析可知，从WDM/OTN网络时延主要由设备器件和线路光纤引入，光纤传输时延占据网络时延的90%以上，其次是设备器件。华为WDM/OTN技术在组网模式、光电层设备器件上进一步优化，降低端到端传输网时延，确保网络可获得最低时延。

• 采用极简网络架构设计，业务一跳直达，降低时延

采用极简网络架构设计，减少转发节点，构造一跳直达网络，降低系统时延。如在骨干网规划设计中将传统的环形或链型组网结构优化为全Mesh组网；在城域网络中将WDM/OTN下沉至CO节点。

• 光层优化：

  • 采用纯相干通信技术，DCM-Free。消除由DCF引入的额外时延。
  • 使用基于FBG的色散补偿模块代替基于DCF色散补偿模块。
  • 使用ROADM/OXC先进的光层技术，实现光层直通，交换，减少OEO再生次数。
  • 采用智能拉曼放大器代替EDFA，拉曼放大器不需要掺铒光纤作为介质，避免了EDF带来的额外时延，同时还可以有效延长全光传输距离，减少电中继站点的使用。

• 电层优化：

  • 优化FEC算法性能，提升传输距离，减少电中继站点。
  • 支持FEC级数灵活可设置，降低时延代价。
  • 支持针对特性业务，设置不同的封装方式。

WDM/OTN时延管理方案

        时延管理是基于网络链路和节点的时延测量/估计数据的综合应用，以实现网络时延/业务时延的可感知、可销售、可承诺和可保障。

时延可测量

        端到端的时延指标是验证用户和网络运营商之间服务等级协议（SLA）的重要指标，尤其是对于时延敏感业务。网络运营商根据对网络时延的实时监测数据，建立网络时延动态模型，通过预测时延的变化情况来调整网络的传输策略等。因此如何获取传输链路的时延数据，显得尤为重要。

        传统测量链路时延的方法存在精度不准确和测量时需要中断业务的缺点。如：

• 外接仪表法：测量时，需要中断业务。
• 估算法，通过原宿两端光纤链路的长度，估算传输时延，此种方法忽略了电层引入的时延，精度不高，并且光纤链路的长度通常难以获得。

        为了给时延敏感客户提供时延性能优先级的服务，ITU-T G.709标准增加了时延测量功能，支持在线实时监测网络时延。G.709标准中将时延测量功能与ODUk的PM层开销和TCM层开销字节关联起来，PM&TCM 是时延测量开销字节，位于OTU帧第2行第3列；其中比特7与PM层测试有关，比特1～6分别与TCM 1～6层测试有关，比特8为保留比特（默认值为0）。时 延 测 量 功 能 分 为 基 于 ODUk PM 层 的 测 试（DMp）和 ODUk TCMi 层的测试（DMti），根据 TCMi 的使能设置，可测试不同TCMi层的时延。

测量过程如下图所示：

1. 时延测量发起端进行业务封装的同时在ODUk开销中插入时延测量字节，启动时延测量，记录下当前的时间；
2. 时延测量字节随着业务传递在链路中传递，如果出现中间节点，则中间节点透传，不对ODUk层的时延测量字节做任何处理，到达时延测量终结端时，反向传输给发起端
3. 发起端接收到反向传输回来的时延测量字节，与启动时延测量的时间进行比较，计算即可得到从发起端到终结端的双向时延，考虑到WDM/OTN路由的一致性特点，往返时延的一半即可认为是单向传输时延。

        此种时延测量功能基于ODUk开销字节，不影响业务，可提供系统的不中断业务在线时延监测能力。其测量精度在μs量级，可满足绝大多数业务需求。时延测量结果包括业务单板的电层处理时延以及传输光纤，OA，DCM，OADM等光层传输和处理时延。为保证测试准确度，也可以进行多次测试，取平均值。