【正文】 務的特性對網(wǎng)絡的故障恢復能力的有著不同的要求。根據(jù)用戶類型可以分為以下幾種 [1416]：安全保護級別高的用戶：（如醫(yī)院、警察局、消防部門等）由于安全的原因這些用戶必須時刻保證服務質(zhì)量，服務的間斷對于他們來說是不允許的。一般的商業(yè)用戶： 這些用戶會因為網(wǎng)絡服務中斷而導致一些商業(yè)損失。基本級別的用戶：這些用戶的級別是最低的，如網(wǎng)絡中出現(xiàn)故障或擁塞時這種用戶的業(yè)務數(shù)據(jù)流可能會被丟棄，資源可能會被上述幾種用戶搶占以保證上面幾種用戶的服務質(zhì)量。根據(jù)業(yè)務類型可以分為以下幾種：將來的網(wǎng)絡將運行的業(yè)務會有傳統(tǒng)的電話業(yè)務流，電話語音服務，電視電話，電影、新聞、Inter 訪問、電視購物和其它各種各樣的業(yè)務。這些業(yè)務不僅對于帶寬的要求不同而且對于時延和對故障恢復的要求也不盡相同。因而運營商一般根據(jù)用戶的不同的服務質(zhì)量要求，向用戶收取不同的服務費用。 網(wǎng)絡故障恢復的目標簡單地說，在一個網(wǎng)絡中恢復故障的關(guān)鍵目的就是盡可能地縮小故障所引起對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。具體而言可以分為以下幾個目標：（1）最大化網(wǎng)絡的可靠性和效率；（2）對于不同的用戶和業(yè)務提供不同的故障恢復能力；（3）提高故障恢復的速度；（4）考慮網(wǎng)絡不同層次的故障恢復行為，避免網(wǎng)絡各層相互反作用和協(xié)調(diào)各層之間的協(xié)作。 西南交通大學碩士研究生學位論文 第 17 頁（5）最小化因故障所引起的數(shù)據(jù)丟失和業(yè)務數(shù)據(jù)流亂序而對業(yè)務流產(chǎn)生的負面影響。（6）最小化因采取故障恢復所需要的信令復雜性和附加的一些操作。 現(xiàn)有網(wǎng)絡中的各種故障恢復方法從宏觀上看，網(wǎng)絡恢復可以分為兩大類：業(yè)務層的恢復和傳送層的恢復 [23]。前者主要用于業(yè)務層網(wǎng)絡，如交換網(wǎng)、ATM 網(wǎng)絡和 IP 網(wǎng)絡等；后者主要用于傳送網(wǎng)，又稱為設(shè)施恢復。業(yè)務層的恢復涉及單個呼叫、信元或包重選路由，繞過失效電路，諸如動態(tài)無級選路（DNHR）和 IP 選路均屬于此類恢復。傳送層的恢復常常與通道有關(guān)，而與業(yè)務無關(guān)（除非有關(guān)通道已經(jīng)專門分給了某種業(yè)務） 。這種恢復涉及到多個電路、信元或包，影響面大，需要較少的操作，因而可望較短的時間內(nèi)恢復更多的業(yè)務。以下主要從業(yè)務層的恢復和傳送層的恢復兩方面進行討論。 DWDM 層故障恢復技術(shù)DWDM技術(shù)的應用雖然極大地增加了通信傳輸?shù)娜萘?但是在出現(xiàn)故障時可能會受到更加嚴重的損傷。對于目前國內(nèi)在干線網(wǎng)絡升級擴容或建設(shè)時大量使用的32 2. 5 Gbit/ s、8 10 Gbit/ s 或更高速率的DWDM系統(tǒng),其每對光纖上承載的業(yè)務量是相當高的,一旦出現(xiàn)光纖失效或整條光纜全阻的重大故障以及節(jié)點故障,其后果是不堪設(shè)想的,所以必須對DWDM網(wǎng)絡的故障恢復技術(shù)進行研究。研究DWDM 網(wǎng)絡的故障恢復機制不僅可以有效的恢復諸如光纜斷裂、光交叉連接設(shè)備癱瘓等大容量失效，而且可以更好地提高服務質(zhì)量，滿足未來變化的市場要求 [29,34]。DWDM故障恢復屬于傳送層恢復，由于DWDM是一個對傳送業(yè)務透明的傳送網(wǎng)絡，也就是說DWDM可以承載現(xiàn)有的ATM 、SDH、IP以及未來的其它多種業(yè)務，因此研究DWDM網(wǎng)絡的保護與恢復有重要意義。選擇網(wǎng)絡的故障恢復方法與網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，不同網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)將采取不同的網(wǎng)絡保護和恢復技術(shù)。對DWDM傳送網(wǎng)故障恢復技術(shù)可根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)分為三類：點到點機制（PointtoPoint ） 、環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)（RingSystem）和網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)（Mesh 西南交通大學碩士研究生學位論文 第 18 頁Architectures） [22]?；邳c到點（PointtoPoint ）的DWDM保護可以分為兩種 [24]。一種是在DWDM中承載的多個波長之間進行保護，例如，對一個16*，可以將其中的某個波長定為保護波長，其余為工作波長。當某個工作波長由于故障而無法正常工作時，可以將其承載的業(yè)務倒換到備用波長上。但由于保護波長和工作波長都處于同一根光纖中或光纜上，一旦發(fā)生線路故障，將無法實現(xiàn)路徑的保護，所以意義并不大。另一種基于點到點（PointtoPoint ）的保護策略是光復用保護（OMSP，Optical Multiplex Section Protect）這種保護方式是在發(fā)送端利用分路器對光信號進行分離，在接收端得用光開頭進行選路。此處需要說明的是，只有在兩條路由相對獨立的光纜線路中實現(xiàn)這種方案稱為異徑方式。這種恢復恢復方式的最大優(yōu)點是可以對光纜全斷等最嚴重故障進行有效的恢復，且時間仍能滿足50ms 的要求。但缺點是需要不同路由的額外光纜線路，成本較高，而且具體實現(xiàn)不容易有合適的富余線路資源。基于點到點的DWDM保護方案只能在同一條光纜內(nèi)實現(xiàn)對波長的保護，無法實現(xiàn)高效的光復用段的保護和恢復，而采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)較好的保護和恢復。 （這一點與SDH類似）利用現(xiàn)有的點到點 DWDM 終端設(shè)備連成環(huán)，即可構(gòu)成基于點到點的環(huán)形網(wǎng)。采用具有光波長分插復用能力的光分插復用設(shè)備（OADM：Optical Add and Drop Multiplexer）組環(huán)是 DWDM 在環(huán)形網(wǎng)中應用的另一種形式。這兩種環(huán)形網(wǎng)在形式上十分相似，但實際上有較大差別?；贠ADM 的DWDM 環(huán)形網(wǎng)具有靈活的波長組織能力，不僅可以實現(xiàn)單個光波長通道級的保護，而且在出現(xiàn)光纜全斷的重大故障時，可以在斷點兩側(cè)的OADM 節(jié)點進行“環(huán)回”操作，完成光復用段級的保護。前面兩種恢復方法的著眼點都只是立足于以為單個波長為獨立業(yè)務承載單位，而隨著以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務的飛速發(fā)展，DWDM網(wǎng)絡正從原來的骨干網(wǎng)延伸到城域網(wǎng)乃至接入網(wǎng)?？梢灶A見將來會有多個DWDM網(wǎng)絡互連、嵌套的局面，即漸漸形成Mesh網(wǎng)。Mesh網(wǎng)絡會帶來一系列的新問題，特別是對于基于全網(wǎng)觀點的生存性來說，最大的變化在于原來的DWDM網(wǎng)絡保護和恢復的著眼點都是立足于以單個波長獨立業(yè)務承載單位的，而在多個DWDM網(wǎng)絡構(gòu)成的Mesh網(wǎng)絡中，無法保證端到端的波長連續(xù)性，即所謂的光通道（ light path）的連續(xù)性。所以如何在這種情況乃至在結(jié)構(gòu)更為復雜的Mesh形DWDM網(wǎng) 西南交通大學碩士研究生學位論文 第 19 頁絡中實現(xiàn)保護和恢復，是目前研究的重點和難點。使用光交叉連接設(shè)備（OXC, Optical CrossConnect） ，結(jié)合動態(tài)波長分配算法實現(xiàn)網(wǎng)絡的故障恢復是較好的解決方案之一 [34] 。這種方案的基本思想是：在多個DWDM 網(wǎng)絡的匯接點處設(shè)置OXC。OXC 包含了大型的光交叉連接矩陣和光波長變換單元。DWDM故障恢復的幾個優(yōu)點 [12,22]：（1）故障恢復速度快。光層的保護是對于波長進行操作，保護恢復的基本粒度是波長，而不是時隙，因此使網(wǎng)絡的受保護帶寬提高了一個數(shù)量級大大提高了恢復的速度。（2）恢復成本低，光層恢復較高層恢復少了一些協(xié)調(diào)性，不需要業(yè)務層恢復所必須的一些附加的管理、控制等功能，極大的降低了成本。（3）透明性，光層波長路由恢復技術(shù)獨立于高層的協(xié)議。（4）可靠性高，光層處于光傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)的底層，可以避免高層網(wǎng)恢復由于不清楚物理拓撲結(jié)構(gòu)，而出現(xiàn)工作路由與替代路由的共享光纖鏈路，造成保護失效的問題。DWDM層故障恢復技術(shù)的缺點 [23]：（1）DWDM層的故障恢復機制不能解決所有由上層故障所引起的問題。（2）DWDM層恢復機制的粒度過粗，如果客戶需要差分服務則在DWDM層無法提供這種服務。（3）DWDM層提供故障恢復機制的資源利用率偏低。 IP 層故障恢復技術(shù)IP層故障恢復技術(shù)主要考慮的一個因素就是檢測故障的時間。傳統(tǒng)的IP 恢復機制是采用IP動態(tài)路由方式。動態(tài)路由是通過在相鄰的路由器之間交換控制信息來實現(xiàn)的，這里所說的控制信息是指刷新路由器的路由表所需的信息。這種路由方式可以保證在鏈路或節(jié)點故障時對分組重新選路。該協(xié)議保證網(wǎng)絡具有與物理層無關(guān)的可生存性。采用的動態(tài)路由協(xié)議可以動態(tài)地發(fā)現(xiàn)可連接的處于工作狀態(tài)的路由器，使得路由可以對網(wǎng)絡的故障自適應 [36]。故障檢測一般有兩種實現(xiàn)方式，一種是由本地路由器檢測到故障后，利用路由控制消息協(xié)議通知鄰近的路由器。另一種故障檢測方式是利用某些背景消息（的計時器的超時來通告故障的出現(xiàn)。路由器得知故障出現(xiàn)后，重新計算有 西南交通大學碩士研究生學位論文 第 20 頁受影響的路由， 刷新它的路由表，利用OSPF或BGP協(xié)議的Update 消息向鄰近路由器通告發(fā)生的變化，最終各路由器收斂到統(tǒng)一的路由之上 [45]。動態(tài)路由協(xié)議可以有效地利用網(wǎng)絡的空閑資源，靈活地對拓撲變化做出反應。但是所需的恢復時間長，一般為幾十秒至幾分鐘，行為不可預測。為了克服以上缺點，出現(xiàn)了一些在路由協(xié)議基礎(chǔ)上進行的改進方法，目前已經(jīng)提出的縮短恢復時間的方案有以下幾種 [35,36]： 第一種方案為：ECMF（等價多路徑轉(zhuǎn)發(fā)）的恢復機制。該方案的基本思想是：由IP源節(jié)點發(fā)出的IP包經(jīng)過多條不同路由到達IP目的節(jié)點，這樣即便是一條路由上的某一段出現(xiàn)鏈路或某一個節(jié)點發(fā)生故障，在恢復時間內(nèi)仍能部分IP包可以由正常工作的路徑轉(zhuǎn)發(fā)。其工作原理如下圖所示：當節(jié)點A到節(jié)點B的路徑Path1上的一段鏈路失效后，由Path2和Path3 這兩條路徑轉(zhuǎn)發(fā)。圖 31 ECMF 的恢復機制ECMF方法不僅有利于負荷均衡，而且一定程度上有利于業(yè)務的保護和恢復。當一條路徑上出現(xiàn)節(jié)點或鏈路出現(xiàn)故障時，至少有一部分數(shù)據(jù)包可以沿著其它路徑繼續(xù)使用，直到IP路由收斂過程完成，路由器中生成新的路由表。但這種方法較傳統(tǒng)的方法需要更大的設(shè)備投資，而且每個路由器需要在轉(zhuǎn)發(fā)表中為同一個目標地址保存多個下一跳表項。第二種方法：采用分級網(wǎng)絡組織結(jié)構(gòu)，為了縮短路由收斂時間OSPF，ISIS 等分級鏈路狀態(tài)路由協(xié)議將網(wǎng)絡分成多個區(qū)域網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，將路徑計算和路由更新信息擴散的范圍限制在受影響的區(qū)域內(nèi)，使網(wǎng)絡具有較好的可擴展性。第三種方法：減少隱式故障檢測時間，在鏈路狀態(tài)路由協(xié)議中減少“hello”消息計時器的時限，可更加頻繁地發(fā)送Hello 消息，從而更加迅速的 西南交通大學碩士研究生學位論文 第 21 頁發(fā)現(xiàn)故障，其代價是控制消息的開銷增加。 MPLS 故障恢復技術(shù)基于MPLS 的生存性策略是指快速并完全地重建 MPLS網(wǎng)絡中受故障影響的流量。故障可能是由IP 層或者傳輸IP流量的低層檢測到的。通過在分組頭上追加一個標簽棧，可以建立一系列標簽交換路徑（LSP） ，利用LSP 作為保護路徑，可以實現(xiàn)業(yè)務的保護或恢復（重路由） [30]。重路由定義為在故障發(fā)生后根據(jù)流量重建的需要來建立新路徑或路徑段。新路徑建立的依據(jù)可能是故障信息、網(wǎng)絡路由策略、預定義配置和網(wǎng)絡拓撲信息等。因此，檢測到故障后，就通過信令建立能夠繞過故障的路徑或路徑段。因為檢測到故障后需要做的事情比較多，重路由機制比保護切換機制要慢。然而因為要在故障已經(jīng)發(fā)生并且知道故障的發(fā)生點之后才能利用資源，重路由機制要更簡單，更節(jié)儉。一旦網(wǎng)絡路由算法在故障后聚合，在某些情況下，基于當前網(wǎng)絡狀態(tài)和網(wǎng)絡策略的重路由在重新優(yōu)化網(wǎng)絡方面更具優(yōu)勢。重路由恢復使用按需建立的路徑和按需保留的資源。保護切換機制則是基于網(wǎng)絡路由策略、工作路徑流量的重建需求和管理考慮，在故障發(fā)生前預先建立一個保護路徑或路徑段 [30]?；謴吐窂娇赡苁且部赡懿皇桥c工作路徑脫節(jié)的鏈路和節(jié)點。然而如果恢復路徑與工作路徑都承擔故障風險，這個構(gòu)造的總可靠性就降級了。檢測到一個故障時，受保護的流量就轉(zhuǎn)換到保護路徑并重建。保護切換使用預先建立的恢復路徑和預保留的資源（如果恢復路徑要求保留資源） [31]。 SDH 故障恢復技術(shù)SDH和DWDM光網(wǎng)絡有著相似的功能，都是面向連接的復用網(wǎng)絡。 SDH是基于同步數(shù)字復用，而DWDM是基于波長的復用。SDH網(wǎng)絡的常用的保護和恢復技術(shù)有自動保護倒換（APS）和自愈環(huán)（SHR） [22]。自動保護倒換（APS ）APS技術(shù)典型的被用于鏈路故障的恢復。它主要包括1+1:1方式，這兩種不同之處在于分配不同的保護資源。在1+1的APS方式下，工作通道和保護 西南交通大學碩士研究生學位論文 第 22 頁通道上均傳送業(yè)務流，接收端比較兩個信號的質(zhì)量并接收更好一個信號。1:1的APS方式下，信號由工作通道傳送，當接收信號質(zhì)量劣質(zhì)時，信號倒換到保護通道中傳送。此時需要APS信令協(xié)助工作通道切換到保護通道 [22,37]。從1:1的方式可以擴展到M:N的模式，此時N條工作通道共享M條保護通道。自愈環(huán)（SHR）SHR較APS來得更為靈活，可以處理節(jié)點和鏈路故障。在自愈環(huán)保護方式中，主要分為兩纖單向通道倒換環(huán)（2fiber UPSR ） 、兩纖雙向路倒換環(huán)（2fiber BLSR）和四纖雙向線路倒換環(huán)（4fiber BLSR ） 。SDH層的優(yōu)勢有：（1）SDH保護是標準化的并且能跨域操作。SDH層提供監(jiān)測和自動保護交換兩者。（2）SDH層提供可保護交換通道粒度的更多控制。SDH層的一些不足之處：（1）備用容量的利用率低。（2）SDH層不能對高層的故障進行恢復，如SDH不能檢測ATM （或MPLS）層次的故障。（3）SDH不能區(qū)分不同的流量的優(yōu)先級，不能基于優(yōu)先權(quán)進行切換。 ATM 故障恢復技術(shù)ATM（Asynchronous Transfer Mode）是一種以信元為單位的異步轉(zhuǎn)移模式。異步意味著來自任何一個用戶的信息元流不必是周期性的。在ATM