前言

網(wǎng)絡(luò)生存性是指網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)受各種故障時仍能維持可接受的業(yè)務(wù)質(zhì)量等級的能力，是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計和運行的關(guān)鍵因素，也是網(wǎng)絡(luò)完整性的重要組成部分。光網(wǎng)絡(luò)的生存性基于共享資源和動態(tài)恢復(fù)資源。在光網(wǎng)絡(luò)的各種生存性技術(shù)中，光層的生存性技術(shù)具有響應(yīng)快速、靈活的特點，能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)，減少業(yè)務(wù)的丟失，因此，對光層的生存性研究具有十分重要的意義。光層的生存性包括保護和恢復(fù)兩種技術(shù)。

保護是指為光網(wǎng)絡(luò)的承載業(yè)務(wù)提供預(yù)留的保護資源。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，受影響業(yè)務(wù)被安排到預(yù)先分配好的保護路由進行傳送，以此來恢復(fù)受影響的業(yè)務(wù)。保護往往處于本地網(wǎng)元或遠(yuǎn)端網(wǎng)元的控制下，無須外部網(wǎng)管系統(tǒng)的介入，因而保護倒換時間很短。但由于備用資源無法在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)共享，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源利用率低，這是保護機制的缺點。

恢復(fù)是指為光網(wǎng)絡(luò)的承載業(yè)務(wù)動態(tài)尋找網(wǎng)絡(luò)中剩余資源(包括預(yù)留的專用空閑備用容量，網(wǎng)絡(luò)專用的、甚仍至低優(yōu)先級業(yè)務(wù)可釋放的額外容量)，并通過利用這些剩余資源，在網(wǎng)絡(luò)中尋找失效路由的替代路由，以便快速而準(zhǔn)確地消除由于故障所帶來的阻塞。恢復(fù)技術(shù)能動態(tài)搜索網(wǎng)絡(luò)中的所有空閑容量，可大大節(jié)省備用資源，因而大大提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。但由于恢復(fù)通常需要外部網(wǎng)管系統(tǒng)介入，時間較慢，恢復(fù)響應(yīng)不確定，業(yè)務(wù)恢復(fù)時間相對較長，這是恢復(fù)機制的不足之處。恢復(fù)通常主要用于網(wǎng)狀網(wǎng)，以便能最佳地利用網(wǎng)絡(luò)容量資源。

保護和恢復(fù)都可采取重選路由機制，但兩者又各有其優(yōu)缺點。保護技術(shù)的保護倒換時間短，但網(wǎng)絡(luò)資源利用率低；恢復(fù)技術(shù)大大提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，但業(yè)務(wù)恢復(fù)時間相對較長。在實際應(yīng)用中，若采用保護與恢復(fù)相結(jié)合(PRC)的技術(shù)策略，將最能滿足運營商所希望的業(yè)務(wù)保護水平需求。鑒于環(huán)網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)是光傳送骨干網(wǎng)的兩種主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，本文將就這兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中保護與恢復(fù)的某些重要技術(shù)問題進行分析。

1　環(huán)形網(wǎng)的保護

在環(huán)形光網(wǎng)絡(luò)中，主要采用保護方式來恢復(fù)受故障影響的業(yè)務(wù)。目前，環(huán)形網(wǎng)的保護主要有鄰近節(jié)點環(huán)回和源節(jié)點重路由兩種解決方案。以下分別對環(huán)形網(wǎng)的這兩種保護方案進行分析。

1.1　鄰近節(jié)點環(huán)回方式

鄰近節(jié)點環(huán)回是現(xiàn)有環(huán)形網(wǎng)中的常規(guī)保護方式。根據(jù)該解決方案，當(dāng)信息從源節(jié)點向目的節(jié)點傳輸過程中，若其間某段線路發(fā)生故障，系統(tǒng)將在鄰近故障的節(jié)點進行保護倒換，將受影響的業(yè)務(wù)倒換到保護通道上進行傳輸，即受影響的業(yè)務(wù)在鄰近節(jié)點處以鄰近節(jié)點環(huán)回方式避開線路故障，并通過保護通道順利到達目的節(jié)點。

如由西安？蘭州？銀川？呼和浩特？北京石家莊鄭州7個主要節(jié)點構(gòu)成的環(huán)形網(wǎng)。當(dāng)信息從西安途徑蘭州傳送到石家莊時，若北京石家莊之間的光纖發(fā)生斷裂，與事故發(fā)生地鄰近的北京節(jié)點將采取保護倒換措施將業(yè)務(wù)倒換到保護通道，即業(yè)務(wù)將在北京節(jié)點環(huán)回，并沿保護通道到達石家莊。

以鄰近節(jié)點環(huán)回方式為業(yè)務(wù)提供保護的同時也引發(fā)了另一個問題，即信息的傳輸距離比正常情況下大得多，這樣，信息的傳輸時延將大大增加。

正常路徑下，西安石家莊(經(jīng)蘭州)的路徑傳輸時延為t1=17.25 ms；當(dāng)北京？石家莊光纖發(fā)生故障時，通常鄰近節(jié)點環(huán)回路由的傳輸時延為t2=36.35 ms。

顯然，采用鄰近節(jié)點環(huán)回方式保護倒換后，信息從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳送時延大幅增加。這里的計算還沒有包括節(jié)點設(shè)備引起的傳送時延。通常，信息從源節(jié)點到達目的節(jié)點中途要經(jīng)過許多節(jié)點設(shè)備，若將這些節(jié)點設(shè)備引起的傳送時延計算在內(nèi)，采用鄰近節(jié)點環(huán)回方式引起的傳送時延增加問題將更加突出，由此必然嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。

1.2　源節(jié)點重路由方式

在環(huán)形網(wǎng)中采用常規(guī)鄰近節(jié)點環(huán)同保護方式雖然可為業(yè)務(wù)提供有效保護，但同時卻使信息的傳輸距離比正常情況下大幅增加。傳輸距離的增加導(dǎo)致了信息傳輸時延的相應(yīng)增加，進而嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。為解決上述問題，業(yè)界提出了源節(jié)點重路由方式，如上海貝爾阿爾卡特的源節(jié)點重路由解決方案很好地解決了鄰近節(jié)點環(huán)回方式所帶來的傳輸延時增加問題。

當(dāng)信息從西安途徑蘭州傳送到石家莊時，若北京？石家莊之間的光纖發(fā)生斷裂，這時，源節(jié)點重路由解決方案將在源節(jié)點(西安節(jié)點)處進行重新路由，把需要傳送的信息直接倒換到保護通道上。，信息直接途徑鄭州傳送到目的節(jié)點(石家莊節(jié)點)，無須再經(jīng)過蘭州、北京來迂回完成傳輸。比較鄰近節(jié)點環(huán)回方式，源節(jié)點重路由解決方案大大減少了信息的傳輸距離，它的信息傳輸時延小得多。采用源節(jié)點重路由保護倒換后信息的傳輸時延為t3=35.85 ms，與采用鄰近節(jié)點環(huán)回方式保護倒換后的傳輸時延相比，其優(yōu)勢顯而易見。此外，若進一步考慮傳輸途中所通過的中間各節(jié)點引入的時延，源節(jié)點重路由方式的優(yōu)勢將更為明顯。

環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有較好的生存性，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時間短(可小于50 ms)。但是，若在大型長途骨干網(wǎng)中采用環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)，則由于在許多情況下信息傳送要通過迂回路由實現(xiàn)，往往傳輸路徑過長，傳輸經(jīng)過的節(jié)點數(shù)過多。這些都將導(dǎo)致整個信息的端到端傳送時延過大，尤其是當(dāng)環(huán)形網(wǎng)光纖線路發(fā)生故障、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用鄰近節(jié)點環(huán)回方式保護倒換后，時延問題尤為突出。過大的傳送時延不但對話音等實時性業(yè)務(wù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而且對網(wǎng)絡(luò)的IP化也十分不利，不僅會引起IP系統(tǒng)(TCP/IP系統(tǒng))的吞吐量迅速下降、導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)利用率的迅速降低，而且還將使數(shù)據(jù)分組的丟失概率上升，最終導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的嚴(yán)重惡化。

此外，環(huán)形網(wǎng)的缺點還體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃較困難。在進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，很難預(yù)計將來的發(fā)展，因此，在開始時需要規(guī)劃較大的容量。這種結(jié)構(gòu)所需空閑容量即使在業(yè)務(wù)量比較平衡時也高達100%，有些甚至要求高達150%。實踐證明：環(huán)形網(wǎng)在短距離、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單時具有較大的優(yōu)勢；而在大規(guī)模長途骨干網(wǎng)中，網(wǎng)狀網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢則更為突出。