探秘OTN網(wǎng)絡(luò)時(shí)延是什么？

看到這個(gè)問(wèn)題，有人可能會(huì)說(shuō)，這個(gè)不簡(jiǎn)單嗎？OTN網(wǎng)絡(luò)=光傳送網(wǎng)，傳輸信息的速度=光速，時(shí)延=數(shù)據(jù)傳輸所花費(fèi)的時(shí)間，那不就是用下方公式嘛：

NONONO！本期帶大家走進(jìn)時(shí)延，一起探秘OTN網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間問(wèn)題。

01

時(shí)延是什么？

在通信系統(tǒng)中，時(shí)延是一個(gè)很重要的技術(shù)指標(biāo)，指的是數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，傳送到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)，所耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)度。

時(shí)延主要包括發(fā)送時(shí)延、傳輸時(shí)延和處理時(shí)延三部分。

• 發(fā)送時(shí)延：原始數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送端開始，到從發(fā)送端發(fā)出，直至完全進(jìn)入傳輸媒介所花掉的時(shí)間。此時(shí)延大小取決于數(shù)據(jù)量、信道帶寬、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的處理性能。

• 傳輸時(shí)延：數(shù)據(jù)從發(fā)送端發(fā)出開始到接收端接收結(jié)束所花掉的時(shí)間。此時(shí)延大小取決于傳輸距離、傳輸媒介、中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量/處理性能。

• 處理時(shí)延：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收到信息開始并還原為原始數(shù)據(jù)所花掉的時(shí)間。此時(shí)延取決于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的處理性能。

01

舉個(gè)栗子

#從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備1傳輸數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備3，時(shí)延如何計(jì)算呢？

#由圖可以看出，依舊是分為三部分來(lái)進(jìn)行時(shí)延計(jì)算：

• 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備1的發(fā)送時(shí)延：即A市待傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備1發(fā)送端開始，到從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備1發(fā)送端發(fā)出，直至完全進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備1與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備2之間傳輸鏈路所花掉的時(shí)間。

• 此部分時(shí)延受網(wǎng)絡(luò)設(shè)備1的性能影響較大，如果處理速度快，發(fā)送時(shí)延就小。

• 數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備2，從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備1到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備3的傳輸時(shí)延：此部分時(shí)延受傳輸距離和網(wǎng)絡(luò)中間設(shè)備數(shù)量、處理性能影響。明顯可以得出，如果傳輸距離近、中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備少、中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理性能快，傳輸時(shí)延就小。

• 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備3還原出數(shù)據(jù)的處理時(shí)延：此部分時(shí)延受網(wǎng)絡(luò)設(shè)備3的處理性能影響較大，如果處理速度快，同樣處理時(shí)延就小。

02

OTN網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延又是什么？

前文講解了通用通信系統(tǒng)中時(shí)延的定義。那OTN網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延又是什么呢？

OTN網(wǎng)絡(luò)是以O(shè)TN（Optical Transport Network）設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、使用光纖作為傳輸媒介的通信系統(tǒng)。OTN網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延是數(shù)據(jù)從發(fā)送端OTN設(shè)備傳輸?shù)浇邮斩薕TN設(shè)備所花掉的時(shí)間。

和通用通信系統(tǒng)一樣，OTN網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延也包括發(fā)送時(shí)延、傳輸時(shí)延和處理時(shí)延三部分。

02

舉個(gè)栗子

#下面是一個(gè)典型的OTN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成和時(shí)延分布圖。

（有關(guān)OTN網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)介紹可參閱“網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的大容量傳輸技術(shù)——WDM/OTN，你了解嗎？”）

01

發(fā)送時(shí)延

發(fā)送時(shí)延是原始數(shù)據(jù)進(jìn)入發(fā)送端OTN設(shè)備的發(fā)送端開始，到從發(fā)送端發(fā)出，直至完全進(jìn)入線路光纖所花掉的時(shí)間。

原始數(shù)據(jù)在發(fā)送端OTN設(shè)備主要經(jīng)過(guò)以下兩個(gè)處理流程，數(shù)據(jù)才可以送往線路光纖傳輸。

1. 通過(guò)貨車——OTU單元（Optical Transponder Unit）轉(zhuǎn)換為OTN設(shè)備可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。OTU單元處理數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間即時(shí)延量級(jí)是10μs~100μs。

2. 通過(guò)檢查站——合/分波單元實(shí)現(xiàn)一根光纖合路傳輸多路數(shù)據(jù)光信號(hào)。合/分波單元處理數(shù)據(jù)所花費(fèi)時(shí)間即時(shí)延量級(jí)是ns。

02

傳輸時(shí)延

傳輸時(shí)延是數(shù)據(jù)從發(fā)送端OTN設(shè)備發(fā)出開始到接收端OTN設(shè)備接收結(jié)束所花掉的時(shí)間。從發(fā)送端OTN設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)主要經(jīng)過(guò)光纖傳輸。光纖的時(shí)延量級(jí)為5μs/km。

1. 由于光信號(hào)在光纖中傳輸會(huì)產(chǎn)生色散影響，所以光信號(hào)傳輸可能需要增加色散補(bǔ)充模塊，補(bǔ)償色散導(dǎo)致的問(wèn)題。因此傳輸時(shí)延還需要加上色散補(bǔ)充模塊導(dǎo)致的傳輸時(shí)延。（有關(guān)色散的解釋，可參閱“色散這么好看，為什么光纖卻不喜歡？”）

2. 當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)的時(shí)候，OTN網(wǎng)絡(luò)途中需要增設(shè)加油站（即光放大單元）對(duì)光信號(hào)再生放大后，再繼續(xù)傳輸。

從上述分析可知，傳輸時(shí)延受光纖、色散補(bǔ)償模塊和光放大單元影響。

03

處理時(shí)延

處理時(shí)延的大小，取決于“接收端OTN設(shè)備”。

從上面“OTN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成和時(shí)延分布圖”可以看出，接收端OTN設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程剛好是發(fā)送端OTN設(shè)備處理數(shù)據(jù)的逆過(guò)程。

1. 通過(guò)檢查站——合/分波單元將光纖中的合路數(shù)據(jù)光信號(hào)還原為單路數(shù)據(jù)光信號(hào)。

2. 通過(guò)貨車——OTU單元將單路數(shù)據(jù)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始數(shù)據(jù)。

因此，我們可以認(rèn)為處理時(shí)延跟發(fā)送時(shí)延是相同的，主要受光轉(zhuǎn)發(fā)單元OTU和合/分波單元影響。

讓我們總結(jié)一下，OTN網(wǎng)絡(luò)時(shí)延組成和影響時(shí)延的因素。

由此可知，OTN網(wǎng)絡(luò)絡(luò)時(shí)延主要受傳輸鏈路（例如光纖）和物理設(shè)備（例如OTU單元、合/分波單元、光放大單元）影響。

03

OTN網(wǎng)絡(luò)如何降低時(shí)延？

眾所周知，5G網(wǎng)絡(luò)要求超低時(shí)延，甚至全網(wǎng)端到端時(shí)延要求低至1ms。OTN網(wǎng)絡(luò)作為5G網(wǎng)絡(luò)的重要承載網(wǎng)絡(luò)，為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)超低時(shí)延要求，一般會(huì)從上面分析的傳輸鏈路和物理設(shè)備兩個(gè)因素著手，降低時(shí)延。

方法01

優(yōu)化傳輸鏈路

采用極簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，減少中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，減少中間光放大單元，構(gòu)造一跳直達(dá)網(wǎng)絡(luò)，降低傳輸時(shí)延。采用相干光通信技術(shù)，不需要使用色散補(bǔ)充模塊，可消除色散補(bǔ)償模塊引入的額外傳輸時(shí)延。

相干光通信并不是指?jìng)鬏敼馐窍喔晒獾耐ㄐ?，任何光通信系統(tǒng)使用的光都是激光。而是因?yàn)橄喔晒馔ㄐ畔到y(tǒng)中發(fā)送端使用了相干調(diào)制，接收端使用了相干技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，所以稱為相干光通信。

有關(guān)相干光通信的詳細(xì)介紹可參閱公眾號(hào)“鮮棗課堂”的文章“【硬核掃盲】到底什么是相干光通信？”

方法02

優(yōu)化物理設(shè)備

• 優(yōu)化OTU單元，降低OTU單元引入的時(shí)延。

• 采用RAMAN拉曼放大器代替EDFA，降低光放大單元的時(shí)延。

• 使用先進(jìn)的光層技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)直通、交換，減少光-電-光再生次數(shù)。

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