前言

網絡生存性是指網絡在經受各種故障時仍能維持可接受的業務質量等級的能力，是現代網絡規劃設計和運行的關鍵因素，也是網絡完整性的重要組成部分。光網絡的生存性基于共享資源和動態恢復資源。在光網絡的各種生存性技術中，光層的生存性技術具有響應快速、靈活的特點，能夠有效提高網絡的服務質量(QoS)，減少業務的丟失，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兩種技術。

保護是指為光網絡的承載業務提供預留的保護資源。當網絡發生故障時，受影響業務被安排到預先分配好的保護路由進行傳送，以此來恢復受影響的業務。保護往往處于本地網元或遠端網元的控制下，無須外部網管系統的介入，因而保護倒換時間很短。但由于備用資源無法在網絡范圍內共享，導致網絡資源利用率低，這是保護機制的缺點。

恢復是指為光網絡的承載業務動態尋找網絡中剩余資源(包括預留的專用空閑備用容量，網絡專用的、甚仍至低優先級業務可釋放的額外容量)，并通過利用這些剩余資源，在網絡中尋找失效路由的替代路由，以便快速而準確地消除由于故障所帶來的阻塞。恢復技術能動態搜索網絡中的所有空閑容量，可大大節省備用資源，因而大大提高了網絡資源的利用率。但由于恢復通常需要外部網管系統介入，時間較慢，恢復響應不確定，業務恢復時間相對較長，這是恢復機制的不足之處。恢復通常主要用于網狀網，以便能最佳地利用網絡容量資源。

保護和恢復都可采取重選路由機制，但兩者又各有其優缺點。保護技術的保護倒換時間短，但網絡資源利用率低；恢復技術大大提高了網絡資源的利用率，但業務恢復時間相對較長。在實際應用中，若采用保護與恢復相結合(PRC)的技術策略，將最能滿足運營商所希望的業務保護水平需求。鑒于環網和網狀網是光傳送骨干網的兩種主要網絡結構，本文將就這兩種網絡結構中保護與恢復的某些重要技術問題進行分析。

1　環形網的保護

在環形光網絡中，主要采用保護方式來恢復受故障影響的業務。目前，環形網的保護主要有鄰近節點環回和源節點重路由兩種解決方案。以下分別對環形網的這兩種保護方案進行分析。

1.1　鄰近節點環回方式

鄰近節點環回是現有環形網中的常規保護方式。根據該解決方案，當信息從源節點向目的節點傳輸過程中，若其間某段線路發生故障，系統將在鄰近故障的節點進行保護倒換，將受影響的業務倒換到保護通道上進行傳輸，即受影響的業務在鄰近節點處以鄰近節點環回方式避開線路故障，并通過保護通道順利到達目的節點。

如由西安？蘭州？銀川？呼和浩特？北京石家莊鄭州7個主要節點構成的環形網。當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生斷裂，與事故發生地鄰近的北京節點將采取保護倒換措施將業務倒換到保護通道，即業務將在北京節點環回，并沿保護通道到達石家莊。

以鄰近節點環回方式為業務提供保護的同時也引發了另一個問題，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(經蘭州)的路徑傳輸時延為t1=17.25 ms；當北京？石家莊光纖發生故障時，通常鄰近節點環回路由的傳輸時延為t2=36.35 ms。

顯然，采用鄰近節點環回方式保護倒換后，信息從源節點到目的節點的傳送時延大幅增加。這里的計算還沒有包括節點設備引起的傳送時延。通常，信息從源節點到達目的節點中途要經過許多節點設備，若將這些節點設備引起的傳送時延計算在內，采用鄰近節點環回方式引起的傳送時延增加問題將更加突出，由此必然嚴重影響網絡系統的性能。

1.2　源節點重路由方式

在環形網中采用常規鄰近節點環同保護方式雖然可為業務提供有效保護，但同時卻使信息的傳輸距離比正常情況下大幅增加。傳輸距離的增加導致了信息傳輸時延的相應增加，進而嚴重影響網絡系統的性能。為解決上述問題，業界提出了源節點重路由方式，如上海貝爾阿爾卡特的源節點重路由解決方案很好地解決了鄰近節點環回方式所帶來的傳輸延時增加問題。

當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生斷裂，這時，源節點重路由解決方案將在源節點(西安節點)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點(石家莊節點)，無須再經過蘭州、北京來迂回完成傳輸。比較鄰近節點環回方式，源節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，與采用鄰近節點環回方式保護倒換后的傳輸時延相比，其優勢顯而易見。此外，若進一步考慮傳輸途中所通過的中間各節點引入的時延，源節點重路由方式的優勢將更為明顯。

環形網結構具有較好的生存性，網絡恢復時間短(可小于50 ms)。但是，若在大型長途骨干網中采用環形網結構，則由于在許多情況下信息傳送要通過迂回路由實現，往往傳輸路徑過長，傳輸經過的節點數過多。這些都將導致整個信息的端到端傳送時延過大，尤其是當環形網光纖線路發生故障、網絡系統采用鄰近節點環回方式保護倒換后，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務產生嚴重影響，而且對網絡的IP化也十分不利，不僅會引起IP系統(TCP/IP系統)的吞吐量迅速下降、導致網絡利用率的迅速降低，而且還將使數據分組的丟失概率上升，最終導致整個網絡系統性能的嚴重惡化。

此外，環形網的缺點還體現在網絡規劃較困難。在進行網絡規劃時，很難預計將來的發展，因此，在開始時需要規劃較大的容量。這種結構所需空閑容量即使在業務量比較平衡時也高達100%，有些甚至要求高達150%。實踐證明：環形網在短距離、拓撲結構簡單時具有較大的優勢；而在大規模長途骨干網中，網狀網的應用優勢則更為突出。