一、概述

目前光網(wǎng)絡(luò)中較為成熟的仍然是光波長交換網(wǎng)絡(luò)（OWS），而光分組交換（OPS）和光突發(fā)交換（OBS）應(yīng)用較少或尚處于研究之中，關(guān)鍵問題是目前尚無法實(shí)現(xiàn)光域中對(duì)光信號(hào)的透明時(shí)鐘提取以及存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等技術(shù)。雖然基于光纖的光纖延遲線（FDL）能部分實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的存儲(chǔ)，但是與電域中對(duì)分組進(jìn)行存儲(chǔ)、緩沖、排隊(duì)等成熟技術(shù)相比，直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行處理距離實(shí)用還有很大的距離。因此光層恢復(fù)機(jī)制和IP/MPLS層相比，僅有一些部分相似之處可以借鑒，如光網(wǎng)中也有類似MPLS中的鏈路和通道級(jí)別的保護(hù)?？紤]到光層的特點(diǎn)，它與IP/MPLS又有著很大的區(qū)別。

1、光層中的保護(hù)機(jī)制

光層中的保護(hù)機(jī)制與IP/MPLS層中的保護(hù)機(jī)制有相似之處，如也有鏈路和通道級(jí)保護(hù)的區(qū)別。但是必須注意到，在MPLS保護(hù)機(jī)制中，備用LSP平時(shí)并不占用資源，而在光網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)某個(gè)波長通道被指配為備用通道時(shí)，其他業(yè)務(wù)即無法對(duì)其利用。

保護(hù)機(jī)制可以分為1＋1、M∶N、1∶N和1∶1等幾種形式，其中1∶1和1∶N都是M∶N的特例。1＋1保護(hù)方式有時(shí)也稱為并發(fā)選收保護(hù)方式。源節(jié)點(diǎn)將業(yè)務(wù)同時(shí)送入工作信道和保護(hù)信道，終端節(jié)點(diǎn)前有一選擇開關(guān)，可以根據(jù)信號(hào)質(zhì)量的好壞選擇接收。正常工作時(shí)從工作信道接收信號(hào)，當(dāng)工作信道出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)選擇開關(guān)切換至備用信道，轉(zhuǎn)由備用信道接收信號(hào)。此種保護(hù)方式的切換時(shí)間很短，幾乎不會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響，但是缺點(diǎn)是要有100%的冗余。同時(shí)在實(shí)際的光纖線路中，若不采用異徑保護(hù)方式即相異路由的話，可能會(huì)出現(xiàn)工作信道和備用信道同時(shí)被切斷的情況(大多數(shù)情況下工作光纖和保護(hù)光纖都處于一根光纜內(nèi)或同一條路由)。因此，1＋1保護(hù)方式一般多應(yīng)用在業(yè)務(wù)量較大且較為穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)間使用。

M∶N方式是指N 個(gè)工作信道共享M個(gè)備用信道，備用信道平時(shí)并不傳送業(yè)務(wù)，只有當(dāng)工作信道故障后才會(huì)將業(yè)務(wù)倒換至備用信道，相對(duì)于1＋1保護(hù)方式而言，此種方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的利用率較高，圖1-1給出了1＋1和1∶1保護(hù)的示意圖。

圖1-1：1＋1和1∶1保護(hù)機(jī)制

2、光層中的恢復(fù)機(jī)制

光層中的恢復(fù)機(jī)制尚不成熟，目前研究較多的是光路由和波長分配(RWA)。根據(jù)是否具有端到端的波長連續(xù)性可以將RWA分為端到端的波長通道恢復(fù)和虛波長通道恢復(fù)兩種，兩者最主要的區(qū)別是在OXC中是否具備光波長轉(zhuǎn)換器(WC)。顯然，具有WC的OXC能更好地處理節(jié)點(diǎn)處可能出現(xiàn)的波長沖突和擁塞的問題，目前已經(jīng)有較多的措施可以實(shí)現(xiàn)靈活的全光波長變換。大多數(shù)的RWA算法的思路都是在Dijisktra算法上的改進(jìn)，日本電信與日本國立情報(bào)研究所(NII)曾經(jīng)的成果是可以依賴GMPLS協(xié)議在7s內(nèi)實(shí)現(xiàn)路由的重新建立，但是這個(gè)數(shù)字距離電信級(jí)的QoS要求而言還存在著相當(dāng)大的差距。ITU-T和IETF都在積極研究ASON和GMPLS的恢復(fù)機(jī)制。

二、多層恢復(fù)機(jī)制

在一個(gè)多層網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)其中的傳輸線路或者節(jié)點(diǎn)(包括光層的OXC/OADM和IP/MPLS層的路由器/LSR)出現(xiàn)故障時(shí)，兩層各自的保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制必然都會(huì)有所響應(yīng)和動(dòng)作，此時(shí)如果沒有一個(gè)良好的機(jī)制加以協(xié)調(diào)和控制，必然會(huì)出現(xiàn)一些問題。

例如，在圖2-0所示的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)某兩個(gè)OXC間的光纖線路中斷時(shí)，光層的保護(hù)機(jī)制首先動(dòng)作，可以在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)業(yè)務(wù)，IP/MPLS層的恢復(fù)機(jī)制還未觸發(fā)或尚未完成時(shí)故障可能已經(jīng)被光層的恢復(fù)機(jī)制恢復(fù)。而當(dāng)OXC節(jié)點(diǎn)本身出現(xiàn)問題時(shí)，光層本身的恢復(fù)機(jī)制無法實(shí)現(xiàn)故障恢復(fù)。例如圖2-0中若OXC節(jié)點(diǎn)B出現(xiàn)故障，LSR節(jié)點(diǎn)b就被隔離，光層的恢復(fù)機(jī)制無法對(duì)b上的業(yè)務(wù)進(jìn)行恢復(fù)。由此可見，僅僅依賴下層的保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制是不完善的，而完全依賴上層的保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制又會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議體系的復(fù)雜性，降低故障恢復(fù)的效率。因此，采用多層恢復(fù)機(jī)制有望綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)多層恢復(fù)機(jī)制之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，可以分為自下而上、自上而下和混合3種形式。

圖2-0：IP over WDM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

1、自下而上

自下而上機(jī)制的基本思想是首先在光層進(jìn)行恢復(fù)，若光層無法恢復(fù)再轉(zhuǎn)由上層即IP層進(jìn)行處理，這種機(jī)制的最大優(yōu)點(diǎn)是恢復(fù)時(shí)間短，例如采用類似SDH/SONET的保護(hù)機(jī)制或者WDM的保護(hù)機(jī)制，可以在很短的時(shí)間(小于50ms)內(nèi)實(shí)現(xiàn)倒換，而且不牽涉到高層設(shè)備和協(xié)議的參與。自下而上恢復(fù)機(jī)制的最大缺點(diǎn)是當(dāng)下層節(jié)點(diǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致上層設(shè)備的隔離，也即可能出現(xiàn)下層無法恢復(fù)再轉(zhuǎn)由上層處理，導(dǎo)致中斷時(shí)間過長。另外一個(gè)缺點(diǎn)是恢復(fù)的顆粒度較粗，典型的，如對(duì)于IP光網(wǎng)絡(luò)而言，目前只能針對(duì)某個(gè)波長進(jìn)行恢復(fù)。

2、自上而下

自上而下機(jī)制的特點(diǎn)與自下而上機(jī)制恰好相反，其最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)Ω邔拥墓收线M(jìn)行恢復(fù)，缺點(diǎn)是恢復(fù)所需的時(shí)間較長(可達(dá)數(shù)秒到數(shù)十秒)，同時(shí)需要較多的通信協(xié)議參與。

3、混合機(jī)制

混合機(jī)制的基本思路是將上述兩種機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化組合以便獲得最佳的恢復(fù)方案。但是在具體實(shí)施過程中，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障的多樣性和復(fù)雜性，如何確定一個(gè)優(yōu)化的恢復(fù)策略需要仔細(xì)研究。已經(jīng)有人提出多層網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)盡力在最高層恢復(fù)；也有的文獻(xiàn)中認(rèn)為應(yīng)該存在一定的順序，例如可以采用計(jì)時(shí)器或者令牌信號(hào)加以控制和協(xié)調(diào)。

網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障的原因非常復(fù)雜，既有設(shè)備自身可靠性的因素，也有一些不可預(yù)測的外界因素，例如由于施工或自然災(zāi)害導(dǎo)致的光纜切斷和節(jié)點(diǎn)設(shè)備癱瘓等。按照“最先發(fā)現(xiàn)，最先處理”的基本原則，由于光層對(duì)于光信號(hào)質(zhì)量高度敏感，例如光纖切斷會(huì)迅速通過告警指示信號(hào)(AIS)向其他節(jié)點(diǎn)告警，而WDM中光信噪比(OSNR)的劣化也可以迅速被確定，通過WDM系統(tǒng)中的光監(jiān)控信道(OSC)更是可以對(duì)故障迅速定位，因此，IP over WDM網(wǎng)絡(luò)多層恢復(fù)機(jī)制應(yīng)在光層首先動(dòng)作為宜。對(duì)于上述OXC節(jié)點(diǎn)故障這樣的光層無法恢復(fù)的情況，采用某種類似計(jì)時(shí)器的機(jī)制較為現(xiàn)實(shí)?？疾煲粋€(gè)網(wǎng)徑為27500km（TU-T假設(shè)的數(shù)字參考鏈路長度）的光網(wǎng)絡(luò)，總計(jì)32個(gè)節(jié)點(diǎn)，光信號(hào)的傳輸延遲約為5ns/m，單個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)保護(hù)倒換協(xié)議處理時(shí)間約需0.5ms，其總的傳輸延遲仍然可以滿足50ms的CDT；另一種對(duì)于時(shí)間閾值的考慮可以參考ITU-T G.114對(duì)Voice over IP類業(yè)務(wù)的規(guī)定，其端到端的延遲為150 ms。因此多層恢復(fù)機(jī)制切換的計(jì)時(shí)器的時(shí)間范圍為50 ms～150 ms，具體選擇多大的值作為光層進(jìn)行恢復(fù)的最長門限值，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的范圍具體考慮，超過此門限后，可以再由IP/MPLS層進(jìn)行處理。下表2-3給出了幾種多層恢復(fù)機(jī)制的比較。

表2-3：幾種多層恢復(fù)機(jī)制的比較

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