通信光網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)機制的研究

林子松

摘要：隨著時代的進(jìn)步，人們對于通信網(wǎng)絡(luò)的要求越來越高，光網(wǎng)絡(luò)的故障恢復(fù)機制也成為了當(dāng)前人們研究時的重要課題。本文通過對通信光網(wǎng)絡(luò)展開分析，并結(jié)合實際對通信光網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)機制提出個人觀點，希望為關(guān)注通信光網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)機制的人群帶來參考。

關(guān)鍵詞：通信系統(tǒng);光網(wǎng)絡(luò);故障恢復(fù)機制

引言：現(xiàn)如今，通信光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶動了社會的進(jìn)步。在通信光網(wǎng)絡(luò)中，故障恢復(fù)機制的重要性毋庸置疑，故障恢復(fù)機制是通信光網(wǎng)絡(luò)得以順利運行的基礎(chǔ)。因此，有必要對通信光網(wǎng)絡(luò)的故障恢復(fù)機制展開分析。

一、IP over WDM光網(wǎng)絡(luò)

因特網(wǎng)的發(fā)展讓數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展速度得到了大幅度提升，安裝光傳送網(wǎng)的帶寬受到了非常嚴(yán)重的沖擊。據(jù)不完全統(tǒng)計，IP業(yè)務(wù)近些年的增長速度已經(jīng)達(dá)到了112%。IP業(yè)務(wù)已經(jīng)成為了通信網(wǎng)絡(luò)的主要承載方式。IP業(yè)務(wù)作為光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中的核心，其發(fā)展速度非?？?，IP在WAM光網(wǎng)絡(luò)中的傳輸成本在不斷降低，而操作方式卻變得越來越簡單。

IP是一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，而SONET/SDH以及WDM作為近似于物理層的一種傳送技術(shù)，兩者之間需要留有適配層。通常情況下，物理層的作用就是在通信通道中進(jìn)行光與電信號的傳輸，而數(shù)據(jù)鏈路層則需要負(fù)責(zé)將電信號轉(zhuǎn)化成為網(wǎng)絡(luò)層需要的電子信號，網(wǎng)絡(luò)層會將此類信號進(jìn)行提取并進(jìn)行分組，然后通過路由轉(zhuǎn)換傳輸至目的地。所以解決IP層與光層的適配問題與解決鏈路管理問題是確保IP信號得以高質(zhì)量傳輸?shù)闹刂兄?。國?nèi)外經(jīng)過對IP over方案的大量實踐后得到了多種不同的WDM光網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，WDM光網(wǎng)絡(luò)的主要傳輸方式如下。

（一）IP over ATM over SDH over WDM

這種傳輸方式的映射步驟如下：第一，通過多協(xié)議邏輯鏈路控制以及子網(wǎng)附著點將各個IP業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝后進(jìn)入到ATM適配層AAL-5中。第二，將AAL-5的公共部分協(xié)議單元分段成為更加合適的ATM信元。第三，將ATM信元映射成為SDH幀。IP與ATM之間的相互結(jié)合是連接的ATM與未連接的IP之間的統(tǒng)一，兩者結(jié)合是路由、交換優(yōu)化后的結(jié)果，這種方式能夠表現(xiàn)出ATM具有的大容量、傳輸速度快、支持多業(yè)務(wù)通過進(jìn)行等優(yōu)點，而且還能夠體現(xiàn)出IP在應(yīng)用過程中的簡單、靈活、容易擴(kuò)充等特性。兩者之間的優(yōu)勢互補能夠讓光網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮出最佳效果。但是這種結(jié)合方式往往代表著結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的提升，ATM與IP技術(shù)同時具備了選路、尋址等功能，重合部分也進(jìn)一步增加了成本支出。而且對于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性而言，ATM技術(shù)具有的拆裝功能也會因接口速率提升而變得更加復(fù)雜。

（二）IP over SDH over WDM

這種傳輸方式的映射步驟通?？梢苑譃閮刹糠郑旱谝?，通過點至點協(xié)議將IP信息數(shù)據(jù)包封裝進(jìn)入PPP包內(nèi)。第二，通過高層數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議映射PPP包至SDH凈負(fù)荷中。IP技術(shù)與SDH之間的結(jié)合就是將IP中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行PPP協(xié)議映射成為SDH幀，這種映射方式不再采用ATM層，因此保留下了因特網(wǎng)中的無連接特征。由于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化，因此數(shù)據(jù)信息的傳輸速率得到了顯著的提升。而且這種傳輸方式在實際應(yīng)用過程中還可以對不同的技術(shù)體系進(jìn)行兼容并且實現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)，能夠顯著提升IP傳輸效率。但是這種傳輸方式因為擴(kuò)展性不足，因此很難作用在多業(yè)務(wù)平臺中，而且方案中的SDH是通過鏈路的方式來完成IP網(wǎng)支持的，因此該方案并沒有從本質(zhì)上增加IP網(wǎng)的使用性能。

（三）IP over WDM、IP over 光網(wǎng)絡(luò)

通過省略ATM與SDH層，將IP層直接在WDM光網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行架構(gòu)，能夠完成IP over WDM，全光網(wǎng)能夠在光域中直接提供端至端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，而且在數(shù)據(jù)傳輸期間，還無需進(jìn)行光電光的信號轉(zhuǎn)化，這種體系在實際應(yīng)用過程中非常直接，不僅降低了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量，還避免了同類功能直接的效果重疊。通過這種方式進(jìn)行傳輸不僅有助于控制成本，而且還能夠保證數(shù)據(jù)信息的傳輸效率[1]。

二、WDM光網(wǎng)絡(luò)的故障恢復(fù)機制分析

在IP層中IP/MPLS可以完成多故障業(yè)務(wù)的恢復(fù)，MPLS的核心思想能夠理解成為在未連接的IP網(wǎng)絡(luò)中額外添加虛連接的理念，但是由于IP層無法保證恢復(fù)速度，在故障出現(xiàn)后很難完成快速恢復(fù)，所以IP/MPLS的生存性方案往往會更多考慮動態(tài)重路由與多協(xié)議標(biāo)記交換的保護(hù)倒換方案，以此來保證故障恢復(fù)質(zhì)量。

（一）動態(tài)重路由方案

因特網(wǎng)是通過多種自制系統(tǒng)組成的，而AS則是由同一管理域的路由器組成，AS路由器會采用內(nèi)部網(wǎng)管協(xié)議來完成對路由信息的交換。通常情況下，常用的IGP都屬于開放式路由最短協(xié)議。當(dāng)主要通道雙節(jié)點之間出現(xiàn)鏈路故障時，IGP便可以進(jìn)行動態(tài)計算，以此來尋找雙節(jié)點之間的備用路由器，使用備用路由器來代替故障路由器并恢復(fù)故障業(yè)務(wù)，這種方式能夠讓IP數(shù)據(jù)包繞過故障路由器以及故障節(jié)點。

通常情況下，故障檢測一般會具有多種不同的實現(xiàn)方式，例如，在本地路由器發(fā)現(xiàn)故障之后，會采用控制消息協(xié)議來通知周邊其他的路由器，或者通過背景消息中的計時器超時來告知故障的出現(xiàn)。當(dāng)路由器發(fā)現(xiàn)故障后，需要重新對受到影響的路由器進(jìn)行計算并刷新，然后將更新后的路由信息傳輸至周邊其他路由器。動態(tài)重路由方案在實際應(yīng)用過程中能夠有效利用網(wǎng)絡(luò)中的空閑資源，而且并不會因為拓?fù)浒l(fā)生改變而受到影響。但在重選路由之前必須等待路由表收斂之后方能順利進(jìn)行，所以這種方式往往具有相對較大的延時。

（二）IP恢復(fù)方案

ECMF：想要縮短故障恢復(fù)時間，可以將多條路徑的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟氲絺€別應(yīng)用當(dāng)中。通過冗余路徑能夠在發(fā)生故障時重新選擇其他路由器，但是這種設(shè)計方式需要進(jìn)行更多投資，為了提升設(shè)備的利用率，還可以在主要、備用路徑間分擔(dān)負(fù)荷。ECMF的出現(xiàn)標(biāo)示著路由器需要在轉(zhuǎn)發(fā)表中為目標(biāo)地址同時保存多個不同的跳表項。選擇路徑的主要方法可以分為分組循環(huán)與流兩種選擇方式，其中基于分組循環(huán)的選擇方式是在分組之后輪流使用每一條路徑，其中同一流的分組則會從多個路徑進(jìn)行傳送，因為傳送時延不一致，所以接收方重新排序時的負(fù)擔(dān)會有所提升。ECMF在實際應(yīng)用過程中其負(fù)荷相對比較均衡，而且還有助于業(yè)務(wù)恢復(fù)，當(dāng)路徑出現(xiàn)故障時，依然會剩余部分?jǐn)?shù)據(jù)包，這部分?jǐn)?shù)據(jù)能夠隨著其他備用路徑繼續(xù)進(jìn)行傳輸。

（三）MPLS保護(hù)倒換方案

MPLS保護(hù)倒換方案在應(yīng)用過程中能夠?qū)討B(tài)路由方案中的缺陷進(jìn)行彌補，通過在分組頭中追加標(biāo)簽堆棧，能夠構(gòu)建出LSP，然后將LSP設(shè)為保護(hù)路徑便能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)保護(hù)與業(yè)務(wù)恢復(fù)。標(biāo)簽交換路徑是在業(yè)務(wù)分配之前提前計算完成的，通過提前將其放置在標(biāo)簽堆棧中可以作為備用路徑，可以有效降低故障發(fā)生后的損失。

保護(hù)路徑的主要選擇方法包括提前構(gòu)建與事后搜索兩種類型。其中提前構(gòu)建的方式需要在故障發(fā)生之前構(gòu)建完成，因此在產(chǎn)生故障時能夠在第一時間解決，保證業(yè)務(wù)的恢復(fù)速度。提前構(gòu)建出的保護(hù)路徑需要和工作路徑中的節(jié)點、鏈路進(jìn)行分離，以此來提升保護(hù)效果。而事后搜索的方式則是在得到故障通知后利用QoS路由協(xié)議、信令協(xié)議來完成保護(hù)路徑的選擇，這種方式相對較慢，但是經(jīng)過優(yōu)化的保護(hù)路徑的網(wǎng)絡(luò)資源利用率則會更高[2]。

結(jié)論：總而言之，通信光網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)機制非常重要，通過高質(zhì)量的故障恢復(fù)機制能夠使通信光網(wǎng)絡(luò)運行期間的穩(wěn)定性得到大幅度提升。相信隨著更多人了解到通信光網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)機制的重要性，故障恢復(fù)機制一定會變得更加完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]金廣祥，李疆生，劉麗榕.面向大規(guī)模電力通信網(wǎng)絡(luò)故障的恢復(fù)方法[J].信息技術(shù)，2020，44（09）：110-114+120.

[2]鄭宏達(dá). 電力通信網(wǎng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)故障后的恢復(fù)方法研究[D].華北電力大學(xué)，2019.