光網絡生存性技術及其進展

張學梅

(山西廣播電影電視學校，山西太原 030012)

0 引言

近年來，光傳輸網絡有了長足的進步，無論是從光傳輸技術還是光傳輸網絡的部署和應用都日趨成熟。光網絡所攜帶的超大容量信息，考慮到通信中斷將會帶來的巨大經濟損失和對社會所造成的嚴重影響，健壯的光網絡生存性必定為電信運營商和設備制造商所追求，更是網絡設計者必須首先考慮的問題。對光網絡生存性有所影響的因素一般可分為硬件和軟件兩個方面。從硬件和軟件兩方面來改善的方法都是側重于提高網絡單元的可靠性，從而改善網絡的生存性，這是未雨綢繆、防犯于未然的方法。但一旦網絡出現了故障，上述的方法顯然起不了作用，因此網絡生存性技術便呼之而出。

生存性對于光網絡的重要性現在己經得到業界的廣泛重視，在光網絡快速發展的今天，研究光網絡的生存性技術，提出實用化的解決方法，已經成為發展和建設光網絡必須解決的一個關鍵問題。

1 光網絡生存性技術

網絡的生存性定義為網絡抵制故障業務中斷或干擾的能力。本節主要從網絡生存性策略、各層網絡的生存性兩個方面概述各種網絡的生存性技術。

1.1 網絡生存性策略一保護和恢復

光網絡生存性的問題是隨著光網絡的發展而發展的，從最初的點對點網絡所采用的保護切換到環形網所采用的自愈環技術直至現在的網孔網所采用的快速重構恢復技術，網絡拓撲結構的日益復雜，客觀上也使得網絡生存性的解決方案變得更為靈活。盡管生存性技術多樣，但是它始終都是以最基本的技術為基礎，這就是網絡保護和恢復。

保護和恢復均是在網絡故障條件下，使受損的業務得以重新運行的具體措施。兩者均是需要重新選擇其他路由來代替故障路由。

保護是指利用節點間預先分配的容量實施網絡保護。保護往往處于本地網元或遠端網元的控制下，無需外部網管系統的介入，保護倒換時間很短，但備用資源無法在網絡范圍內共享，資源利用率低。保護對拓撲結構沒有過于嚴格的要求，保護既可以是針對資源的(物理層)也可以針對業務層進行。

恢復則通常利用節點之間可用的任何容量，還需要準確地知道故障點的位置，其實質是在網絡中尋找失效路由的替代路由，因而恢復算法與網絡選路算法相同?；謴屯ǔ＿m用于網狀拓撲，能最佳地利用網絡資源，恢復通常采用集中控制方式，但恢復倒換需要由外部網絡操作系統控制，具有相對較長的計算時間?；謴椭饕轻槍I務層來實現的。

為提高網絡的生存性，往往采用保護和恢復折中的辦法，即既要保證故障情況下的時效性，同時又要保證網絡資源的合理化利用，這就變成了以網絡生存性為約束條件的資源優化的問題，由于網絡優化的參數很多，所以這會有很多的方案。在大型網絡中，需要兩種方案協同操作，共同來提高網絡的生存性。

1.2 各層網絡的生存性

在不同技術的網絡中通常都有自己相對獨立的生存性技術。其中，IP、ATM、SDH和WDM網絡中的生存性技術是當前幾種具有代表性的生存性技術:

(1)IP網絡的生存性

在IP網絡中能夠恢復多種故障類型的業務，對業務的操作力度也很小，但在IP層的重選路由恢復方式速度較慢，無法在故障出現時進行快速的恢復。目前，在IP層中融入了多協議標簽交換MPLS技術，使得在IP網絡中同樣能提供面向連接且有QoS保證的業務。通常情況下，動態的重選路由方案的恢復時間長，但網絡資源的利用率高;而MPLS保護倒換方案的保護時間短，且對業務的恢復性能有一定的保障。

(2)ATM網絡的生存性

基于VP的ATM層具有強大的生存能力。VP路由和容量管理的獨立性以及分級的通道復用導致了ATM網絡的兩個重要特性:動態容量分配和適應性網絡重構，兩者均可應用于ATM層的恢復技術中，再加上OAM信元的應用，使得ATM層更能有效、快速地檢測軟故障。

(3)SDH網絡的生存性

SDH和WDM光網絡都是面向連接的復用網絡。SDH是基于同步數字復用的，而WDM是基于波長復用。SDH網絡中的生存性技術可分為保護倒換和恢復方案。其中，自動保護倒換(APS)和自愈環(SHR)是SDH網絡中最常用的保護方法。

自動保護倒換(APS)技術典型的被用于鏈路故障的恢復。它主要包括1+1、1∶1和M∶N三種方式。這三種保護方式的不同在于分配不同的保護資源。在1+1的方式下，工作通道和保護通道上均傳送業務，接收端比較兩個信號的質量并接收更好的信號，即所謂的“并發優收”機制;在1∶1的方式下，信號由工作通道傳送，當接收端信號質量劣化時，信號倒換到保護通道中傳送。此時，需要APS信令協助工作通道切換到保護通道;在從M∶N的APS中，N條工作通道共享M條保護通道。

自愈環(SHR)是一種非常成功的網絡生存性技術，它比APS具有更靈活的特點，可以處理節點故障和鏈路故障，其基本原理是使網絡具備發現替代傳輸路由并重新建立通信的能力。在自愈環保護方式中，主要分為兩纖單向通道倒換環、兩纖雙向線路倒換環和四纖雙向線路倒換環。

在SDH網絡中，保護和動態恢復方案是否優劣要取決于網絡的拓撲。目前，基于SDH的傳輸通信網絡中大多使用保護方案。

(4)WDM網絡的生存性

在光網絡中，光層的保護和恢復主要發生在WDM層。光層的保護和恢復技術又可分為:光通道層和光復用段層保護/恢復技術。光通道保護/恢復技術是針對每個通道的，也就是我們通常所說的基于波長通道的保護/恢復。當發生故障時，光網絡為受影響的故障波長通道分配一條完整的(通常是鏈路無關的)保護/恢復波長通道來恢復故障信道;光復用段保護恢復技術是針對復用段層的，即我們通常所說的基于鏈路的保護恢復。當發生故障時，光網絡為受故障鏈路上的業務尋找替代路由來恢復故障鏈路上的所有業務。

WDM光層恢復路由算法的作用是為需要恢復的業務動態地尋找一條替代路由，其恢復路由可基于故障后的最短路徑優先選取。

2 光網絡生存性研究的進展

近年來，網絡技術的發展對網絡生存性提出了新的要求，主要體現在:

巨大的傳輸容量使得網絡的生存性問題更為突出。特別是WDM(波分復用)技術的商用化，單纖可以支持Tb/s的業務速率。這樣巨大的傳輸容量，使得網絡一旦失效，將造成巨大的經濟損失和社會影響。

多層網絡的發展，帶來了新的生存性技術課題。目前的傳輸網集成了各種不同的傳輸技術以完成各自的功能，即由包括IP、ATM、SDH和WDM各層的技術組成了一個多層的傳輸網絡。網絡每層都有各自的生存性技術，怎么樣充分利用不同技術及其相應生存性方案的長處，取得比單層的生存性技術更經濟、更好的服務質量就是多層網絡生存性機制所要解決的問題。

網絡生存性技術的研究開始于1987年，一直是傳送網研究的重點。目前，對于單層網絡的生存性已有大量研究，也發表了很多文獻。國際電信聯盟已制定了有關同步數字系列自愈環結構標準的 G.841和環間互連標準 G.842。SDH自愈環的成功，對WDM光傳送網生存性的研究產生了積極作用。澳大利亞Melbourne大學Grover教授領導的生存性研究小組在基于光環網實現的生存性方面做了相當多的工作，提出P環，虛保護環等許多新的觀念。在網狀光網絡生存性的研究上，S.Ramamurthy等人給出了靜態業務條件下幾種保護機制的ILP模型。G.Mohan等人提出了動態環境下，建立工作和保護通路的方案。研究成果主要集中在針對某一網絡技術(IP，SDH，ATM，DWDM)的某一網絡結構(環網，MESH網)的保護恢復策略和算法上面。

在多層網絡的環境中，僅僅利用單層的網絡生存性技術難以在多層網絡中獲得滿意的故障恢復效果，因此在這樣的網絡中需要引入新的解決方案。隸屬于歐洲高級通信技術和業務計劃的AC205/PANEL項目組提出了多層網絡恢復模型，提高了多層網絡整體生存性能。美國國防部高級研究計劃局DARPA-Defense也在資助相關問題的研究。例如:異構、多層網絡環境下的網絡生存性問題，綜合控制策略建立問題，上層網絡有效地映射到下層網絡以增強網絡的抗毀能力的問題，多點故障的相關問題，IP網絡生存性等問題。ITU-TSG13組已將此問題作一個研究課題而開始專門進行研究，目前網絡的一個研究熱點ASON，其研究內容也包括了多層網絡生存性的問題。對于多層網絡情況下的生存性研究在國內外仍剛開始，并且尚未標準化，其中有許多問題還有待進一步探討和研究。

3 小結

本文主要對光網絡的技術從協議層這個角度分類，對各層生存性技術作了介紹，以及概括了網絡生存性的進展。光網絡的不斷發展，必定使光網絡的生存性技術也相應的向前發展。由組建自動交換光網絡ASON的呼聲、建設多層的交換光網絡的建議逐漸見于報端這樣與之相關的各種生存性技術就先后出臺。如何實現有效率的網絡保護和恢復，如何實現快速的恢復算法，始終是光網絡生存性技術發展的重點。

［1］徐榮，龔倩，張光海.城域光網絡［M］.北京:人民出版社，2003.

［2］吳彥文，鄭大力，仲肇偉.光網絡的生存性技術［M］.北京:北京郵電大學出版社，2002.

［3］崔延軍，胡秀蘭，陳曉益，等.基于GMPLS的自動交換光網絡生存性技術研究［J］.量子電子學報，2005，22(5):796－798.

［4］鐘梓誠，沈建華，糜正琨.基于GMPLS的智能光網絡生存性研究［J］.光通信技術，2008(6):15－18.

［5］江雪敏.WDM光網絡及多層性的研究［D］.電子科技大學碩士學位論文，2007.

［6］曹俊忠.WDM全光傳送網生存性的研究［D］.天津大學碩士學位論文2003.

［7］宋鴻升，吳耀輝，顧畹儀.多層網絡中的生存性策略［J］.光通信技術，2004(4):34－37.

［8］趙太飛，李樂民，虞紅芳.光網絡生存性技術研究［J］.壓電與聲光，2006(3):23－25，28.

［9］程曉飛，顧畹儀，馬恒，等.WDM光網絡的保護和恢復技術［J］.中興通訊技術，2002(4):7.

［10］王耿.ASON與傳統光網絡生存性比較［J］.咸寧學院學報，2009，29(3):84－85.