前言

網(wǎng)絡(luò)生存性是指網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)受各種故障時(shí)仍能維持可接受的業(yè)務(wù)質(zhì)量等級(jí)的能力，是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)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(dòng)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(diǎn)，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(duì)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(hù)和恢復(fù)兩種技術(shù)。

保護(hù)是指為光網(wǎng)絡(luò)的承載業(yè)務(wù)提供預(yù)留的保護(hù)資源。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，受影響業(yè)務(wù)被安排到預(yù)先分配好的保護(hù)路由進(jìn)行傳送，以此來(lái)恢復(fù)受影響的業(yè)務(wù)。保護(hù)往往處于本地網(wǎng)元或遠(yuǎn)端網(wǎng)元的控制下，無(wú)須外部網(wǎng)管系統(tǒng)的介入，因而保護(hù)倒換時(shí)間很短。但由于備用資源無(wú)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(hù)機(jī)制的缺點(diǎn)。

恢復(fù)是指為光網(wǎng)絡(luò)的承載業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)尋找網(wǎng)絡(luò)中剩余資源(包括預(yù)留的專(zhuān)用空閑備用容量，網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)用的、甚仍至低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)可釋放的額外容量)，并通過(guò)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(lái)的阻塞。恢復(fù)技術(shù)能動(dòng)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(shí)間較慢，恢復(fù)響應(yīng)不確定，業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，這是恢復(fù)機(jī)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(hù)和恢復(fù)都可采取重選路由機(jī)制，但兩者又各有其優(yōu)缺點(diǎn)。保護(hù)技術(shù)的保護(hù)倒換時(shí)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(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中，若采用保護(hù)與恢復(fù)相結(jié)合(PRC)的技術(shù)策略，將最能滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)商所希望的業(yè)務(wù)保護(hù)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(hù)與恢復(fù)的某些重要技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析。

1　環(huán)形網(wǎng)的保護(hù)

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

1.1　鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)回方式

鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)回是現(xiàn)有環(huán)形網(wǎng)中的常規(guī)保護(hù)方式。根據(jù)該解決方案，當(dāng)信息從源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)傳輸過(guò)程中，若其間某段線(xiàn)路發(fā)生故障，系統(tǒng)將在鄰近故障的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)倒換，將受影響的業(yè)務(wù)倒換到保護(hù)通道上進(jìn)行傳輸，即受影響的業(yè)務(wù)在鄰近節(jié)點(diǎn)處以鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)回方式避開(kāi)線(xiàn)路故障，并通過(guò)保護(hù)通道順利到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

如由西安？蘭州？銀川？呼和浩特？北京石家莊鄭州7個(gè)主要節(jié)點(diǎn)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(shí)，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(diǎn)將采取保護(hù)倒換措施將業(yè)務(wù)倒換到保護(hù)通道，即業(yè)務(wù)將在北京節(jié)點(diǎn)環(huán)回，并沿保護(hù)通道到達(dá)石家莊。

以鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)回方式為業(yè)務(wù)提供保護(hù)的同時(shí)也引發(fā)了另一個(gè)問(wèn)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(shí)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(shí)延為t1=17.25 ms；當(dāng)北京？石家莊光纖發(fā)生故障時(shí)，通常鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)回路由的傳輸時(shí)延為t2=36.35 ms。

顯然，采用鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)回方式保護(hù)倒換后，信息從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳送時(shí)延大幅增加。這里的計(jì)算還沒(méi)有包括節(jié)點(diǎn)設(shè)備引起的傳送時(shí)延。通常，信息從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)中途要經(jīng)過(guò)許多節(jié)點(diǎn)設(shè)備，若將這些節(jié)點(diǎn)設(shè)備引起的傳送時(shí)延計(jì)算在內(nèi)，采用鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)回方式引起的傳送時(shí)延增加問(wèn)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(diǎn)重路由方式

在環(huán)形網(wǎng)中采用常規(guī)鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)同保護(hù)方式雖然可為業(yè)務(wù)提供有效保護(hù)，但同時(shí)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(shí)延的相應(yīng)增加，進(jìn)而嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。為解決上述問(wèn)題，業(yè)界提出了源節(jié)點(diǎn)重路由方式，如上海貝爾阿爾卡特的源節(jié)點(diǎn)重路由解決方案很好地解決了鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)回方式所帶來(lái)的傳輸延時(shí)增加問(wèn)題。

當(dāng)信息從西安途徑蘭州傳送到石家莊時(shí)，若北京？石家莊之間的光纖發(fā)生斷裂，這時(shí)，源節(jié)點(diǎn)重路由解決方案將在源節(jié)點(diǎn)(西安節(jié)點(diǎn))處進(jìn)行重新路由，把需要傳送的信息直接倒換到保護(hù)通道上。，信息直接途徑鄭州傳送到目的節(jié)點(diǎn)(石家莊節(jié)點(diǎn))，無(wú)須再經(jīng)過(guò)蘭州、北京來(lái)迂回完成傳輸。比較鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)回方式，源節(jié)點(diǎn)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(shí)延小得多。采用源節(jié)點(diǎn)重路由保護(hù)倒換后信息的傳輸時(shí)延為t3=35.85 ms，與采用鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)回方式保護(hù)倒換后的傳輸時(shí)延相比，其優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。此外，若進(jìn)一步考慮傳輸途中所通過(guò)的中間各節(jié)點(diǎn)引入的時(shí)延，源節(jié)點(diǎn)重路由方式的優(yōu)勢(shì)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(shí)間短(可小于50 ms)。但是，若在大型長(zhǎng)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(guò)迂回路由實(shí)現(xiàn)，往往傳輸路徑過(guò)長(zhǎng)，傳輸經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)過(guò)多。這些都將導(dǎo)致整個(gè)信息的端到端傳送時(shí)延過(guò)大，尤其是當(dāng)環(huán)形網(wǎng)光纖線(xiàn)路發(fā)生故障、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用鄰近節(jié)點(diǎn)環(huán)回方式保護(hù)倒換后，時(shí)延問(wèn)題尤為突出。過(guò)大的傳送時(shí)延不但對(duì)話(huà)音等實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)的IP化也十分不利，不僅會(huì)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(gè)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(diǎn)還體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃較困難。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，很難預(yù)計(jì)將來(lái)的發(fā)展，因此，在開(kāi)始時(shí)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(shí)也高達(dá)100%，有些甚至要求高達(dá)150%。實(shí)踐證明：環(huán)形網(wǎng)在短距離、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單時(shí)具有較大的優(yōu)勢(shì)；而在大規(guī)模長(zhǎng)途骨干網(wǎng)中，網(wǎng)狀網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)則更為突出。