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探秘OTN网络时延是什么?

作者: 时间:2024-04-12 来源:硬件设计与生存 收藏

看到这个问题,有人可能会说,这个不简单吗?网络=光传送网,传输信息的速度=光速,时延=数据传输所花费的时间,那不就是用下方公式嘛:

本文引用地址://www.cazqn.com/article/202404/457498.htm


NONONO!本期带大家走进时延,一起探秘网络传输数据所花费的时间问题


01

时延是什么?

系统中,时延是一个很重要的技术指标,指的是数据从网络中的一个网络设备,传送到另外一个网络设备时,所耗费的时间长度。


时延主要包括发送时延传输时延处理时延三部分。

  • 发送时延:原始数据进入网络设备发送端开始,到从发送端发出,直至完全进入传输媒介所花掉的时间。此时延大小取决于数据量、信道带宽、网络设备的处理性能。

  • 传输时延:数据从发送端发出开始到接收端接收结束所花掉的时间。此时延大小取决于传输距离、传输媒介、中间网络设备的数量/处理性能。

  • 处理时延:网络设备接收到信息开始并还原为原始数据所花掉的时间。此时延取决于网络设备的处理性能。

01


举个栗子

#网络设备1传输数据到网络设备3,时延如何计算呢?

#图可以看出,依旧是分为三部分来进行时延计算:


  • 网络设备1的发送时延:即A市待传输数据进入网络设备1发送端开始,到从网络设备1发送端发出,直至完全进入网络设备1与网络设备2之间传输链路所花掉的时间。

  • 此部分时延受网络设备1的性能影响较大,如果处理速度快,发送时延就小。

  • 数据经过网络设备2,从网络设备1到网络设备3的传输时延:此部分时延受传输距离和网络中间设备数量、处理性能影响。明显可以得出,如果传输距离近、中间网络设备少、中间网络设备处理性能快,传输时延就小。

  • 网络设备3还原出数据的处理时延:此部分时延受网络设备3的处理性能影响较大,如果处理速度快,同样处理时延就小。


02

网络的时延又是什么?

前文讲解了通用系统中时延的定义。那OTN网络的时延又是什么呢?


OTN网络是以OTN(Optical Transport Network)设备作为网络设备、使用光纤作为传输媒介的系统。OTN网络的时延是数据从发送端OTN设备传输到接收端OTN设备所花掉的时间。


和通用通信系统一样,OTN网络的时延也包括发送时延传输时延处理时延三部分。

02


举个栗子

#下面是一个典型的OTN网络系统组成和时延分布图。

(有关OTN网络的详细介绍可参阅“网络数据的大容量传输技术——WDM/OTN,你了解吗?”)


01


发送时延

发送时延是原始数据进入发送端OTN设备的发送端开始,到从发送端发出,直至完全进入线路光纤所花掉的时间。


原始数据在发送端OTN设备主要经过以下两个处理流程,数据才可以送往线路光纤传输。

  1. 通过货车——OTU单元(Optical Transponder Unit)转换为OTN设备可以传输的数据。OTU单元处理数据所花费的时间即时延量级是10μs~100μs。

  2. 通过检查站——合/分波单元实现一根光纤合路传输多路数据光信号。合/分波单元处理数据所花费时间即时延量级是ns。

02


传输时延

传输时延是数据从发送端OTN设备发出开始到接收端OTN设备接收结束所花掉的时间。从发送端OTN设备发出的数据主要经过光纤传输。光纤的时延量级为5μs/km。


  1. 由于光信号在光纤中传输会产生色散影响,所以光信号传输可能需要增加色散补充模块,补偿色散导致的问题。因此传输时延还需要加上色散补充模块导致的传输时延。(有关色散的解释,可参阅“色散这么好看,为什么光纤却不喜欢?”)

  2. 当传输距离较远的时候,OTN网络途中需要增设加油站(即光放大单元)对光信号再生放大后,再继续传输。

从上述分析可知,传输时延受光纤、色散补偿模块和光放大单元影响

03


处理时延

处理时延的大小,取决于“接收端OTN设备”。


从上面“OTN网络系统组成和时延分布图”可以看出,接收端OTN设备对数据的处理过程刚好是发送端OTN设备处理数据的逆过程。

  1. 通过检查站——合/分波单元将光纤中的合路数据光信号还原为单路数据光信号。

  2. 通过货车——OTU单元将单路数据光信号转换为原始数据。

因此,我们可以认为处理时延跟发送时延是相同的,主要受光转发单元OTU和合/分波单元影响


让我们总结一下,OTN网络时延组成和影响时延的因素。

时延类型

影响时延的因素

时延量级

发送时延

OTU单元

10μs~100μs

合/分波单元

ns

传输时延

光纤

5μs/km

色散补偿模块

  • G.652光纤为0.714μs/km

  • G.653光纤为5μs/km

  • G.655光纤为0.3125μs/km

光放大单元

  • EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier,掺铒光纤放大器)为0.25μs

  • RAMAN拉曼放大器为ns

处理时延

OTU单元

10μs~100μs

合/分波单元

ns


由此可知,OTN网络络时延主要受传输链路(例如光纤)和物理设备(例如OTU单元、合/分波单元、光放大单元)影响。


03

OTN网络如何降低时延?

众所周知,5G网络要求超低时延,甚至全网端到端时延要求低至1ms。OTN网络作为5G网络的重要承载网络,为了满足5G网络超低时延要求,一般会从上面分析的传输链路物理设备两个因素着手,降低时延。

方法01


优化传输链路

采用极简网络架构设计,减少中间转发节点,减少中间光放大单元,构造一跳直达网络,降低传输时延。采用相干光通信技术,不需要使用色散补充模块,可消除色散补偿模块引入的额外传输时延。

相干光通信并不是指传输光是相干光的通信,任何光通信系统使用的光都是激光。而是因为相干光通信系统中发送端使用了相干调制,接收端使用了相干技术进行检测,所以称为相干光通信。

有关相干光通信的详细介绍可参阅公众号“鲜枣课堂”的文章“【硬核扫盲】到底什么是相干光通信?”

方法02


优化物理设备

  • 优化OTU单元,降低OTU单元引入的时延。

  • 采用RAMAN拉曼放大器代替EDFA,降低光放大单元的时延。

  • 使用先进的光层技术,实现光信号直通、交换,减少光-电-光再生次数。





关键词: OTN 网络延时 通信

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