ＷＤＭ光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)技術(shù)

程曉飛　馬　恒　王振宇　顧畹儀

摘要：

文章概述了IP、SDH和WDM層網(wǎng)絡(luò)的生存性技術(shù)，重點(diǎn)介紹了光傳送網(wǎng)的光層生存性技術(shù)與光網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)技術(shù)，還對(duì)故障定位、多層生存性機(jī)制的協(xié)調(diào)等問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，最后給出了一個(gè)業(yè)務(wù)配置RWA算法與恢復(fù)RWA算法的實(shí)際方案。

關(guān)鍵詞：

波分復(fù)用；生存性；路由和波長(zhǎng)分配

ABSTRACT:

The survivability techniques for IP, SDH and WDM layers are outlined and emphasis is put on the optical layer survivability techniques and the optical network restoration techniques for OTN. Relative Issues like fault location and coordination of multi-layer survivability mechanisms are briefly discussed. A practical scheme of routing and wavelength assignment algorithms for traffic control and restoration is also introduced.

KEY WORDS:

WDM; Survivability; RWA

1、背景概述

由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)爆炸式增長(zhǎng)，驅(qū)使波分復(fù)用(WDM)技術(shù)不斷發(fā)展，波分復(fù)用的信道數(shù)不斷增加。單信道速率也由2.5Gbit/s到10Gbit/s再到40Gbit/s不斷提高。由于光傳送網(wǎng)能夠提供高速、寬帶的特性，因此，光傳送網(wǎng)成為傳送網(wǎng)的首選方案。網(wǎng)絡(luò)的生存性(Survivability)是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠維持某種可容忍的服務(wù)水平的能力。在光傳送網(wǎng)容量較大時(shí)，一旦網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致傳輸業(yè)務(wù)失效，將造成巨大損失，因此網(wǎng)絡(luò)的生存性問(wèn)題成為人們?nèi)找骊P(guān)注的重要問(wèn)題。在網(wǎng)絡(luò)的各種生存性技術(shù)中，光層生存性技術(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重要的意義。

2、網(wǎng)絡(luò)生存性技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)被劃分為不同的層面，各層通常提供了相對(duì)獨(dú)立的生存技術(shù)。IP、SDH和WDM層的生存技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)中的重要生存技術(shù)。

2.1IP層的生存性技術(shù)

在IP層中，IP/MPLS能夠恢復(fù)多故障業(yè)務(wù)，同時(shí)對(duì)業(yè)務(wù)的操作粒度也很小，但I(xiàn)P層恢復(fù)的速度較慢，無(wú)法在故障出現(xiàn)時(shí)快速恢復(fù)。目前，在網(wǎng)絡(luò)層IP/MPLS完成的生存性方案通?？紤]的是動(dòng)態(tài)的路由方案和多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)的保護(hù)倒換方案。

(1)動(dòng)態(tài)路由方案

動(dòng)態(tài)路由方案是指在故障出現(xiàn)時(shí)，動(dòng)態(tài)計(jì)算尋找可到達(dá)宿節(jié)點(diǎn)的有效備用路由，以此來(lái)替代網(wǎng)絡(luò)的故障路由，恢復(fù)故障業(yè)務(wù)。這些工作可以通過(guò)使用路由協(xié)議，在鄰接的路由器間交換用來(lái)更新路由器路由表的控制信息來(lái)完成。這使得IP包能使用備用動(dòng)態(tài)路由繞過(guò)故障鏈路或故障節(jié)點(diǎn)，恢復(fù)業(yè)務(wù)的傳送。這些路由協(xié)議保證了網(wǎng)絡(luò)的生存性，同時(shí)獨(dú)立于下層的物理層。

網(wǎng)絡(luò)的路由器能以顯示或隱示的方式來(lái)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)故障。顯示方式中，本地檢測(cè)到故障后，故障信息通過(guò)路由器間定期交換的路由協(xié)議控制消息，通知鄰接的路由器。隱示方式是指通過(guò)定時(shí)器的超時(shí)來(lái)判斷(如KEEPALIVE和HELLO等消息)有線(xiàn)路故障，隱含了通知故障點(diǎn)，路由器檢測(cè)到線(xiàn)路故障后將重新計(jì)算受影響的路由并更新路由表，然后將更新的路由信息通過(guò)UPDATE消息，如鏈路狀態(tài)發(fā)布(LSA)或邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP-4)，通知鄰接的路由器。動(dòng)態(tài)的路由協(xié)議利用網(wǎng)絡(luò)的空閑資源，不受網(wǎng)絡(luò)資源拓?fù)涓淖兊挠绊憽?dòng)態(tài)的路由方案的缺點(diǎn)是恢復(fù)速度慢，恢復(fù)速度大約為十幾秒到幾分鐘，同時(shí)，其操作也具有不可預(yù)測(cè)性，這對(duì)于高速傳送網(wǎng)絡(luò)而言是重大缺陷。

(2)MPLS保護(hù)倒換方案

MPLS保護(hù)倒換方案是為了克服動(dòng)態(tài)路由方案缺點(diǎn)的一種方案，通過(guò)預(yù)置一系列不同等級(jí)的通路，稱(chēng)為標(biāo)記交換通路(LSP)，來(lái)完成保護(hù)倒換。這些標(biāo)記交換通路在分配工作業(yè)務(wù)時(shí)已經(jīng)計(jì)算完成，預(yù)先放置在分組包頭的標(biāo)簽堆棧中作為備用通路。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，可以從標(biāo)簽堆棧中獲得。保護(hù)的實(shí)體可采用動(dòng)態(tài)或預(yù)先決定的方式建立。

動(dòng)態(tài)路由方案和多協(xié)議標(biāo)記交換保護(hù)倒換方案可以基于鏈路級(jí)保護(hù)或通道級(jí)保護(hù)。通常動(dòng)態(tài)的路由方案的恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，但網(wǎng)絡(luò)資源利用率高。多協(xié)議標(biāo)記交換保護(hù)倒換方案的保護(hù)時(shí)間短。

2.2SDH層生存性技術(shù)

SDH和WDM光網(wǎng)絡(luò)有著相似的功能，都是面向連接的復(fù)用網(wǎng)絡(luò)，SDH是基于同步數(shù)字復(fù)用，WDM是基于波長(zhǎng)復(fù)用。SDH和WDM光生存性結(jié)構(gòu)都可分為保護(hù)倒換或恢復(fù)方案。自動(dòng)保護(hù)倒換(APS)和自愈環(huán)(SHR)是最常用的保護(hù)方案。

(1)自動(dòng)保護(hù)倒換

APS典型地被用于鏈路故障。主要包括1＋1、1*9誜1和M*9誜N的APS。3種保護(hù)方式的不同在于分配不同的保護(hù)資源。在1＋1的APS中，工作通路和保護(hù)通路上均傳送業(yè)務(wù)，接收端比較兩個(gè)信號(hào)的質(zhì)量并接收更好的信號(hào)；在1*9誜1的APS中，信號(hào)由工作通路傳送，當(dāng)接收端信號(hào)質(zhì)量劣化，信號(hào)轉(zhuǎn)由保護(hù)通路傳送；在M*9誜N的APS中，N條工作通路共享M條保護(hù)通路。

(2)自愈環(huán)

SHR是網(wǎng)絡(luò)生存性非常成功的技術(shù)，SHR比APS具有更靈活的特點(diǎn)，可以處理節(jié)點(diǎn)故障和鏈路故障。高速的分插復(fù)用(ADM)和簡(jiǎn)單的控制機(jī)制使得它具有很大的吸引力。單向的SHR(USHR)和雙向的SHR(BSHR)是SDH中的兩種SHR。USHR的保護(hù)有兩種不同的方式：鏈路保護(hù)倒換(USHR/L)和通道保護(hù)倒換(USHR/P)。USHR/L也稱(chēng)為環(huán)回，在環(huán)回時(shí)，故障的鄰接節(jié)點(diǎn)將發(fā)生倒換，將受影響的業(yè)務(wù)倒換到保護(hù)環(huán)中。很明顯，環(huán)回也可以應(yīng)用在節(jié)點(diǎn)故障中，將故障節(jié)點(diǎn)的鄰接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行環(huán)回，所有不以故障點(diǎn)為起始終止點(diǎn)的業(yè)務(wù)可以被保護(hù)。USHR/P通常是1＋1保護(hù)方案，因?yàn)閷?duì)信號(hào)的每個(gè)連接在兩個(gè)環(huán)上都運(yùn)行。當(dāng)故障出現(xiàn)并影響到一個(gè)信號(hào)時(shí)，節(jié)點(diǎn)上的ADM將決定那個(gè)信道的信號(hào)更好，并選擇此信道。典型的BSHR結(jié)構(gòu)包括兩纖鏈路保護(hù)(BSHR/2)和四纖鏈路保護(hù)(BSHR/4)。BSHR/2中每個(gè)環(huán)中的一半容量作為保護(hù)資源預(yù)留。故障時(shí)故障的兩個(gè)鄰接節(jié)點(diǎn)將使用預(yù)留的保護(hù)資源將故障業(yè)務(wù)環(huán)回。BSHR/4中，兩根光纖作為工作光纖，兩根光纖作為保護(hù)光纖，故障時(shí)，故障鏈路鄰接節(jié)點(diǎn)將工作鏈路倒換到保護(hù)鏈路上，以環(huán)回受到影響的業(yè)務(wù)。

(3)動(dòng)態(tài)恢復(fù)方案

動(dòng)態(tài)恢復(fù)是指在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的空閑資源來(lái)恢復(fù)受影響的業(yè)務(wù)?；謴?fù)比保護(hù)具有更高的資源使用效率，但恢復(fù)時(shí)間更長(zhǎng)，同時(shí)不能確保能100%地恢復(fù)故障業(yè)務(wù)。SDH網(wǎng)絡(luò)中用數(shù)字交叉連接系統(tǒng)(DCS)和控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的資源恢復(fù)?？刂破骺梢杂眉惺交蚍植际絹?lái)完成路由和波長(zhǎng)分配(RWA)算法。保護(hù)和動(dòng)態(tài)恢復(fù)方案是否優(yōu)劣要取決于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹＠?，?duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，APS是最好的解決方案；在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，SHR是最好的解決方案。目前通信網(wǎng)絡(luò)中大多使用保護(hù)方案，而在大規(guī)模的格形網(wǎng)絡(luò)(Mesh)中，APS和SHR可能會(huì)消耗掉更多的網(wǎng)絡(luò)資源，所以動(dòng)態(tài)恢復(fù)方案是更好的解決辦法。但如何實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)是需要考慮的問(wèn)題。

2.3WDM光層的保護(hù)和恢復(fù)技術(shù)

光網(wǎng)絡(luò)中，光層的保護(hù)和恢復(fù)(如圖1所示)發(fā)生在WDM層，具有高速響應(yīng)、快速實(shí)現(xiàn)保護(hù)和恢復(fù)的特點(diǎn)。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。光網(wǎng)絡(luò)生存技術(shù)通常包括兩種技術(shù)：保護(hù)和恢復(fù)。光網(wǎng)絡(luò)的保護(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)故障時(shí)，故障業(yè)務(wù)將由預(yù)留的保護(hù)資源進(jìn)行傳送來(lái)恢復(fù)受影響的業(yè)務(wù)；光網(wǎng)絡(luò)的恢復(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，通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)提供的富裕資源使得由于故障所帶來(lái)的阻塞快速而準(zhǔn)確地得以消除。保護(hù)技術(shù)由于其預(yù)先指定網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)資源，因此具有快速恢復(fù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，但網(wǎng)絡(luò)資源的利用率不高；恢復(fù)技術(shù)能動(dòng)態(tài)搜索網(wǎng)絡(luò)剩余資源，充

分利用了網(wǎng)絡(luò)資源，但恢復(fù)時(shí)間受到限制。

光層的保護(hù)和恢復(fù)技術(shù)(如圖2所示)又可分為：光信道(OCh)層和光復(fù)用段(OMS)層保護(hù)/恢復(fù)技術(shù)。OCh保護(hù)/恢復(fù)技術(shù)(見(jiàn)圖2a)是針對(duì)每個(gè)信道的，當(dāng)故障時(shí)，光網(wǎng)絡(luò)為受影響的故障信道分配一條完整的(通常是通道無(wú)關(guān)的)保護(hù)/恢復(fù)通路來(lái)恢復(fù)故障信道；OMS保護(hù)/恢復(fù)技術(shù)(見(jiàn)圖2b)是針對(duì)復(fù)用段層的，當(dāng)故障時(shí)，光網(wǎng)絡(luò)為受故障鏈路尋找一條替代路由來(lái)同時(shí)恢復(fù)故障鏈路上的所有業(yè)務(wù)。

通常空閑資源既能專(zhuān)用保護(hù)(空閑資源為某條工作通路專(zhuān)用)同時(shí)又能用作共享保護(hù)(空閑資源能同時(shí)為多條工作通路提供保護(hù))。專(zhuān)用保護(hù)通常是指1＋1和1*9誜1通路保護(hù)。1＋1通路保護(hù)時(shí)，工作通路和保護(hù)通路同時(shí)傳送，宿節(jié)點(diǎn)終端動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)接收信號(hào)的質(zhì)量來(lái)決定選取工作通路信號(hào)還是保護(hù)通路信號(hào)；1*9誜1保護(hù)通路時(shí)，僅在工作通路傳送信號(hào)，保護(hù)通路資源預(yù)留，但保護(hù)通路可以傳送業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)低的額外業(yè)務(wù)。共享保護(hù)允許空閑的波長(zhǎng)由多個(gè)工作波長(zhǎng)共享以作為保護(hù)通路。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，中斷的業(yè)務(wù)由保護(hù)資源傳送。在操作上需要一些信令來(lái)通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)新的傳送通路，并確保保護(hù)通路在不同鏈路上的保護(hù)波長(zhǎng)能構(gòu)成保護(hù)。

WDM光層保護(hù)和恢復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有：

(1)高速

WDM層的恢復(fù)比其他高層的恢復(fù)速度更快，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)能在故障出現(xiàn)時(shí)就迅速動(dòng)作，而不需要等待高層的指示信號(hào)。

(2)簡(jiǎn)單

它比高層的恢復(fù)需要更少的協(xié)調(diào)性。

(3)高效

光層的恢復(fù)可更有效地利用恢復(fù)資源，因?yàn)橘Y源是由不同的服務(wù)層共享的。

(4)透明性

波長(zhǎng)的路由保護(hù)技術(shù)是獨(dú)立于高層使用的協(xié)議。

2.4WDM光網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)路由和波長(zhǎng)

分配算法

光網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)算法通常將路由問(wèn)題和波長(zhǎng)分配問(wèn)題分開(kāi)考慮?；謴?fù)路由算法是為待恢復(fù)的業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)尋找一條替代路由。光網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)路由基于最短路徑優(yōu)先選取。故障類(lèi)型通?？紤]為針對(duì)節(jié)點(diǎn)故障和鏈路故障。光網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)策略可以基于不同故障選擇不同的恢復(fù)路由算法。

光網(wǎng)絡(luò)中鏈路故障是常見(jiàn)故障，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)鏈路故障時(shí)，恢復(fù)的路由算法可基于兩種備用路由策略：

(1)鏈路無(wú)關(guān)策略

選擇的恢復(fù)路由同故障鏈路無(wú)關(guān)。即在當(dāng)前光網(wǎng)絡(luò)資源中尋找故障鏈路兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)間的一條最短路由來(lái)替代故障鏈路。

(2)通道無(wú)關(guān)策略

選擇的恢復(fù)路由同原故障業(yè)務(wù)路由沒(méi)有共同鏈路。即在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源中尋找一條除去原故障業(yè)務(wù)路由資源后的最短路由?？梢钥吹?，基于鏈路無(wú)關(guān)的策略是鏈路層的恢復(fù)，屬于OMS層，它只需要為故障鏈路尋找替代鏈路，而路由的其它部分不變，因此其計(jì)算時(shí)間的復(fù)雜度低。但鏈路無(wú)關(guān)路由需要準(zhǔn)確的故障定位信息、富余的網(wǎng)絡(luò)剩余資源，而且無(wú)法選取當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)資源，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的資源分配效率不高，同時(shí)在故障業(yè)務(wù)路由上故障多的情況下效果不好?；谕ǖ罒o(wú)關(guān)的恢復(fù)策略屬于OCh層，恢復(fù)針對(duì)的是通過(guò)故障鏈路的每條通路，其路由選擇策略選取了同原業(yè)務(wù)通路沒(méi)有相關(guān)鏈路的路由，因此，它無(wú)需等待故障定位，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)可以立即啟動(dòng)恢復(fù)算法程序，在避開(kāi)原通路的物理拓?fù)渖?，尋找一條備用的光通路，并將故障業(yè)務(wù)切換到恢復(fù)通路上。由于基于通路無(wú)關(guān)的恢復(fù)是針對(duì)每條受故障影響的業(yè)務(wù)，故障鏈路上的所有光通路均需要切換，恢復(fù)動(dòng)作涉及到多節(jié)點(diǎn)動(dòng)作。但基于通道無(wú)關(guān)的路由選取策略能選擇當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)路由，同時(shí)能較好地處理該故障路由上的多故障情況。

當(dāng)光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，首先可以判斷光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的故障影響范圍，光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障影響的范圍分為：整個(gè)節(jié)點(diǎn)失效、部分鏈路失效、部分通路失效。當(dāng)光網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致部分鏈路失效或部分通路失效時(shí)(這種情況較常見(jiàn))，恢復(fù)算法可以?xún)?yōu)先考慮節(jié)點(diǎn)內(nèi)部動(dòng)態(tài)重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，從而恢復(fù)節(jié)點(diǎn)部分鏈路或部分通路失效影響的業(yè)務(wù)，這樣只涉及到節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的動(dòng)作，可大大節(jié)省恢復(fù)時(shí)間。當(dāng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部無(wú)法通過(guò)重構(gòu)連接恢復(fù)所有的故障業(yè)務(wù)時(shí)，可采取基于OMS層的避開(kāi)故障節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)路由算法，選擇優(yōu)化的恢復(fù)路由或基于OCh層的故障業(yè)務(wù)通路無(wú)關(guān)的恢復(fù)路由。

為恢復(fù)業(yè)務(wù)選取路由后，恢復(fù)算法需要為故障業(yè)務(wù)分配波長(zhǎng)。各種不同的波長(zhǎng)分配算法可參見(jiàn)文獻(xiàn)[3]?；謴?fù)算法要求恢復(fù)時(shí)間盡量短，因此在路由和波長(zhǎng)分配選擇上可以選擇時(shí)間復(fù)雜度低的算法來(lái)保證恢復(fù)時(shí)間。首次命中(FF)算法的計(jì)算時(shí)間復(fù)雜度低，是一種可行的選擇方案。

2.5故障檢測(cè)和故障定位

故障檢測(cè)和故障定位是光網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)生存性技術(shù)的基礎(chǔ)。

WDM光網(wǎng)絡(luò)中的主要故障有：

(1)節(jié)點(diǎn)故障

由于節(jié)點(diǎn)中器件的故障、器件的掉電、單板的插拔以及人為因素的影響導(dǎo)致在WDM光網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生故障。

(2)鏈路故障

由于自然因素和人為因素的影響，導(dǎo)致光纖鏈路的切斷，使得WDM光網(wǎng)絡(luò)的鏈路產(chǎn)生故障，影響傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)。

(3)通道故障

通道故障通常是指發(fā)射機(jī)、接收機(jī)或相關(guān)設(shè)備故障導(dǎo)致光通道產(chǎn)生故障。

基本的生存性故障因素主要被歸集為單鏈路或節(jié)點(diǎn)故障，這是因?yàn)楣饩W(wǎng)絡(luò)光纖斷裂導(dǎo)致的鏈路故障更常見(jiàn)，而且一次僅考慮單設(shè)備故障更容易處理。

自然現(xiàn)象導(dǎo)致的無(wú)法控制的災(zāi)難而產(chǎn)生的設(shè)備和節(jié)點(diǎn)故障以及信道的故障等都不是人們重點(diǎn)考慮的故障。

在SDH中，故障檢測(cè)和定位是由幀頭的字節(jié)和電的監(jiān)測(cè)手段來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)丟失或誤碼率過(guò)大。但這種方法在光層中無(wú)法使用，因此光層利用信道的光功率級(jí)別、串?dāng)_或其他參數(shù)來(lái)檢測(cè)信道的連續(xù)性和質(zhì)量。光監(jiān)控信道可以用來(lái)進(jìn)行監(jiān)控，但在光監(jiān)控技術(shù)不很成熟時(shí)，電的監(jiān)控方案可以考慮。雖然電的監(jiān)控方案將導(dǎo)致信號(hào)的不透明傳送，但電的處理過(guò)程是按比特位來(lái)進(jìn)行的，具有協(xié)議的透明性。

2.6WDM光網(wǎng)絡(luò)的多層保護(hù)協(xié)調(diào)機(jī)制

通常一些高層服務(wù)如SDH和ATM等有自己的保護(hù)/恢復(fù)的生存性機(jī)制。而WDM層生存性技術(shù)雖然擁有很多的優(yōu)越性，但仍然有一定的局限性，如：不能處理所有類(lèi)型的故障，無(wú)法監(jiān)測(cè)到網(wǎng)絡(luò)所有的故障，不能對(duì)高層的故障進(jìn)行保護(hù)，無(wú)法對(duì)業(yè)務(wù)的不同部分提供不同等級(jí)的保護(hù)，光網(wǎng)絡(luò)的某些限制條件也會(huì)限制鏈路的保護(hù)能力等。所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)的生存性而言，需要多層保護(hù)機(jī)制。

在網(wǎng)絡(luò)多層生存性技術(shù)間沒(méi)有協(xié)調(diào)機(jī)制時(shí)，各層獨(dú)立地并行完成各自的生存性技術(shù)。雖然實(shí)施起來(lái)簡(jiǎn)單，但占用的資源大，各層均占用保護(hù)/恢復(fù)資源，從而造成資源浪費(fèi)，這將導(dǎo)致一些潛在的需要的保護(hù)/恢復(fù)操作無(wú)空閑資源可用。因此，WDM光網(wǎng)絡(luò)的多層保護(hù)協(xié)調(diào)機(jī)制是十分必要的。多層生存性技術(shù)的協(xié)調(diào)機(jī)制提出了分配不同功能給各層的高效恢復(fù)方案。層間的生存性協(xié)調(diào)方案通常有兩種：

(1)順序協(xié)調(diào)方案

順序協(xié)調(diào)方案是指各層按順序進(jìn)行生存性動(dòng)作，當(dāng)本層無(wú)法恢復(fù)故障時(shí)，轉(zhuǎn)向下一層進(jìn)行恢復(fù)。順序協(xié)調(diào)通常有3種方法：

a.自下而上(Bottom-up)的方法。恢復(fù)開(kāi)始于最靠近故障的層，當(dāng)某些故障業(yè)務(wù)在本層無(wú)法進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，將轉(zhuǎn)由上層完成。該方法能使用較為合適的顆粒度對(duì)故障業(yè)務(wù)進(jìn)行恢復(fù)，而上層的更精細(xì)顆粒度的恢復(fù)在必要時(shí)才完成。自下而上的策略在恢復(fù)時(shí)間和設(shè)備費(fèi)用上更有優(yōu)勢(shì)。

b.自上而下(Top-down)的方法?；謴?fù)開(kāi)始于最上層，當(dāng)上層無(wú)法恢復(fù)所有的故障業(yè)務(wù)時(shí)，生存性技術(shù)向下層擴(kuò)展，下層的生存性技術(shù)被觸發(fā)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是高層能更容易地區(qū)分不同業(yè)務(wù)的服務(wù)類(lèi)型和等級(jí)，可以為不同的用戶(hù)的生存性提供不同的QoS。但低層卻難以檢測(cè)到高層是否能夠恢復(fù)業(yè)務(wù)。

c.第3種策略?；謴?fù)開(kāi)始于中間層，依據(jù)接收到的告警或生存性的策略向上層或下層擴(kuò)展。

(2)集成方案

集成方案是基于信號(hào)的多層恢復(fù)方案的集成。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，恢復(fù)方案將對(duì)網(wǎng)絡(luò)所有層的恢復(fù)方案進(jìn)行綜合考慮，并決定最佳層的恢復(fù)操作。集成方案是最靈活的一種方案，但如何配置、實(shí)現(xiàn)集成方案所必須的具有各種算法的智能控制是需要解決的問(wèn)題。

2.7OXC節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)配置和恢復(fù)方案

在中興通訊的OXC節(jié)點(diǎn)中，動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)路由和波長(zhǎng)分配方案采用集中式控制，動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)的RWA算法問(wèn)題被分成路由子問(wèn)題和波長(zhǎng)分配子問(wèn)題，對(duì)路由選取策略采取自適應(yīng)備用路由選取策略。網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)到達(dá)前預(yù)先為每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算多條備用路由，當(dāng)業(yè)務(wù)到達(dá)時(shí)，主控節(jié)點(diǎn)分析備用路由集合，選取一條最佳路由和波長(zhǎng)。動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)到達(dá)時(shí)為業(yè)務(wù)分配路由和波長(zhǎng)，將使網(wǎng)絡(luò)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)流量分布、降低網(wǎng)絡(luò)阻塞概率、提高網(wǎng)絡(luò)性能的功能。通過(guò)調(diào)整備用路由集合，可以進(jìn)一步滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)其他傳送要求，如傳送距離限制等要求。當(dāng)所有的備用路由均不能滿(mǎn)足傳送業(yè)務(wù)時(shí)，算法模塊可以調(diào)用波長(zhǎng)變換模塊，采用虛波長(zhǎng)通道來(lái)傳送業(yè)務(wù)。在重載網(wǎng)絡(luò)中，如波長(zhǎng)變換不能使得光通道承載業(yè)務(wù)，則該業(yè)務(wù)阻塞。備用路由的計(jì)算是離線(xiàn)進(jìn)行的，因此，具有較小的時(shí)間復(fù)雜度、較高的靈活性和較優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)傳送性能。

在中興通訊的OXC節(jié)點(diǎn)中，恢復(fù)方案中采用的路由和波長(zhǎng)分配恢復(fù)算法是RWA問(wèn)題，屬于非多項(xiàng)式-完全(NP-完全)問(wèn)題。在恢復(fù)方案中，恢復(fù)時(shí)間是衡量算法的重要指標(biāo)。中興通訊的OXC節(jié)點(diǎn)生存性方案主要包括保護(hù)和恢復(fù)方案，其中保護(hù)主要應(yīng)用于環(huán)網(wǎng)拓?fù)?、邏輯環(huán)網(wǎng)拓?fù)?即Mesh拓?fù)渲袠?gòu)建邏輯環(huán))和指定通道的1＋1和1*9誜1結(jié)構(gòu)，其保護(hù)倒換時(shí)間能滿(mǎn)足50ms的要求。在Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞纳嫘约夹g(shù)中，中興通訊的OXC節(jié)點(diǎn)采用基于動(dòng)態(tài)的恢復(fù)方案，波長(zhǎng)分配采用時(shí)間復(fù)雜度低的FF算法，故障業(yè)務(wù)的恢復(fù)時(shí)間小于2ms。

3結(jié)束語(yǔ)

光網(wǎng)絡(luò)的生存性技術(shù)具有響應(yīng)快速、靈活等特點(diǎn)，能減小網(wǎng)絡(luò)故障損失和提高服務(wù)質(zhì)量。隨著光傳送網(wǎng)絡(luò)向超高速、超大容量的方向發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)生存性的研究將具有更重要的意義?！?/p>

參考文獻(xiàn)

1 ITU-T G.841. Types and Characteristics of SDH network protection architectures, 1998

2 Ramamurthy S, Mukherjee B. Survivable WDM Mesh Networks, Part II-Restoration. IEEE ICC‘99, 1999:2023—2030

3 Ramswami S. Survivable WDM Mesh Networks, Part I-Protection.IEEE INFOCOM‘99, NY, 1999, 2:744—751

4 Didier Colle, Maesschalck S D, Develder C, et al. Data-Centric Optical Networks and Their Survivability. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2002, 20(1):6—20

5 Sophie De Maesschalck,Didier Colle. Intelligent Optical Networking for Multi-layer Survivability. IEEE Communications Magazine, 2002:42—49

6 Yinghua Ye, Sudhir Dixit. On Joint Protection/Restoration in IP-Centric DWDM-Based Optical Transport Networks. IEEE Communications Magazine, 2002:174—183

7 Zhang X, Qiao C. Wavelength Assignment for Dynamic Traffic in Multi-fiber WDM Networks. Proc 7th International Conference on Computer Communications and Networks, Lafayette, LA, Oct 1998:479—485

8 Zhou D Y, Subramaniam S. Survivability in Optical Networks. IEEE Network, 2000,14(6):16—23

(收稿日期：2002-06-03)

作者簡(jiǎn)介

程曉飛，南京理工大學(xué)碩士畢業(yè)，現(xiàn)為北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院在讀博士生。主要研究方向是WDM光網(wǎng)絡(luò)性能研究、WDM光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)、WDM光網(wǎng)絡(luò)路由和波長(zhǎng)分配算法等。

馬恒，武漢華中理工大學(xué)碩士畢業(yè)。目前就職于深圳市中興通訊股份有限公司北京研究所，從事光傳輸系統(tǒng)的研究工作。

王振宇，中國(guó)科學(xué)院碩士畢業(yè)。目前就職于深圳市中興通訊股份有限公司北京研究所，從事光傳輸系統(tǒng)保護(hù)恢復(fù)方面的研發(fā)工作。

顧畹儀，北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院院長(zhǎng)，教授，博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期從事光纖通信領(lǐng)域的科研和教學(xué)工作。1992年獲國(guó)家有突出貢獻(xiàn)的中青年專(zhuān)家稱(chēng)號(hào)，2001年獲全國(guó)優(yōu)秀教師稱(chēng)號(hào)，已發(fā)表學(xué)術(shù)論文百余篇。主要研究方向?yàn)楦咚俪L(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)、智能光網(wǎng)絡(luò)、新一代光節(jié)點(diǎn)設(shè)備。