作者: 孙俊柏
一、概述
传统的光传输网络以环或线性拓扑为主，可提供复用段环保护、通道环保护、线性1:1复用段保护、线性1＋1复用段保护及端到端的SNCP保护等一系列保护措施。基于ASON的MESH网络与传统的以环、线性为主的光传输网络的最大区别在于：MESH网络能够提供动态实时的搜索路径恢复，它不需预留备用路径和带宽资源，在故障发生后可根据失效链路或节点实时搜索确定。为了实现恢复，在拓扑规划和业务设计时各链路必须预留出相应的带宽资源，以备节点或链路恢复时使用。
为实现恢复而预留的资源可被MESH网络中的所有业务共享，这与传统光网络中的保护带宽资源被单条业务独占（如线性1＋1、SNCP）或只被有限业务共享（如复用段环的保护带宽只被环上业务共享）不同。为了实现保护恢复，MESH需要预留的带宽资源明显比传统环或线性网络预留的资源少很多，从而可较大程度地提高带宽资源的利用率。
在支持单链路故障的前提下，传统的光网络需要预留的保护资源几乎恒定地占用整网带宽资源的50%，带宽利用率仅为50%。而在通常情况下，基于MESH的ASON网络需预留的恢复资源仅占整网带宽资源的30-40%，带宽利用率高达60-70%以上。具体带宽利用率的大小取决于网络拓扑，网络拓扑的冗余路由越多，带宽利用率越高。为了便于理解，下面将对MESH网络的恢复带宽预留因素和方法进行分析。
二、影响恢复带宽容量的因素
恢复带宽的大小主要取决于三个因素，它们是节点度数（与本节点关联的链路数）、网络恢复能力（支持同时失效的链路和节点数）和业务量。节点度数越大，意味着每个节点的可选路径越多，恢复带宽分摊到多个路径，每条路径所需预留的恢复带宽越小。失效的链路和节点数越多，则意味着同时需要保护的业务量越多，在要求所有业务都得到保护恢复的前提下，需要预留的恢复带宽越多。显然业务量越大，需要的恢复带宽越多。
除了上述因素之外，恢复带宽的大小还受限于一些其它因素，如SRLG（Shared Risk Link Group）。SRLG链路越多，组越多，意味着同时失效的业务量可能越多，所需的恢复带宽也越大。考虑到支持业务抢占因素，问题还会更复杂一些。
这里所描述的业务保护或恢复，如果业务的源或宿节点失效，则无论是否有足够的恢复带宽，业务都无法恢复。本文所描述的恢复是指恢复能够恢复的业务。
三、MESH网络的带宽利用率
在已知网络拓扑和业务矩阵的情况下，如何计算网络所需的最小恢复带宽呢？这是一个复杂的数学问题，通常很难求出最优解，只有较优解。
下面是抽象出的一般数学模型：输入包括网络拓扑（包括每条链路的带宽资源信息）、业务矩阵和约束条件（同时支持的失效链路数或失效节点数）；输出包括每条业务的工作路径和每条链路预留的恢复带宽；目标是指在单点或多点失效下，以最小的带宽恢复业务，提高网络的带宽利用率。
为了便于分析，我们可将上述问题进行分解。以动态重路由业务为例，实际上对每个节点而言，只有两类业务，它们是本地上下业务和穿通本节点业务。以图1所示的A节点为例，它上面的业务有两类：一类为从A节点到其它任一节点的业务，如A-B、A-C、A-D、A-E；另一类为穿过A节点的业务，如B-A-C、B-A-D-C、B-A-D、B-A-D-E、B-A-C-D-E等。上述两类业务都必然经过A-B、A-C、A-D中的某条链路。从负载均衡的观点来看，这三条链路的负载应该大致相当，即均分上述业务（假设这三条光纤链路的带宽相同，如都为2.5G＝16VC4）。为了更具普遍性，假设A-B、A-D、A-C三链路的已用带宽分别为X、Y、Z，且其中的本地业务为x、y、z。
图1 动态重路由的拓扑模型
■ 单链路失效下的恢复容量预留
若三条链路中的任意一条链路失效，如链路A-B失效，则所有的业务将由原来的三条链路分担变为两条链路分担。为了保证业务能恢复，A-D、A-C上的剩余可用带宽之和应不小于X。同理A-B、A-C上的剩余可用带宽之和应不小于Y，A-B、A-D上的剩余可用带宽之和应不小于Z。假设X＝Y＝Z，则每条链路的恢复带宽应不小于整条链路带宽的1/3，每条链路的带宽利用率几乎可以达到2/3。
【注】A节点的度数越大，则每条链路的带宽利用率就越高。MESH网络的每节点的度数平均都大于2，而传统的光网络以环或线性为主，其实际等效度数为2。因此，MESH网络的带宽利用率大于传统光网络。
■ 单链路失效下的恢复容量预留
若三条链路中的任意一条链路失效，如链路A-B失效，则所有的业务将由原来的三条链路分担变为两条链路分担。为了保证业务能恢复，A-D、A-C上的剩余可用带宽之和应不小于X。同理A-B、A-C上的剩余可用带宽之和应不小于Y，A-B、A-D上的剩余可用带宽之和应不小于Z。假设X＝Y＝Z，则每条链路的恢复带宽应不小于整条链路带宽的1/3，每条链路的带宽利用率几乎可以达到2/3。
【注】A节点的度数越大，则每条链路的带宽利用率就越高。MESH网络的每节点的度数平均都大于2，而传统的光网络以环或线性为主，其实际等效度数为2。因此，MESH网络的带宽利用率大于传统光网络。
■ 节点失效下的恢复容量预留
节点失效类似于多链路失效。但是，与多链路失效不同的是，失效节点的本地业务均失效，所能恢复的只有穿通该失效节点的业务。因此，需要恢复的业务是三条链路A-B、A-D、A-C上的穿通业务X-x、Y-y、Z-z，恢复路径只能位于图2的实线拓扑部分。
图2 节点失效的恢复容量模型
可以看出，在运营商对网络自愈有着不同要求的情况下，网络需要预留的恢复容量也不同。自愈能力要求越强，则所需要的恢复容量就越大，带宽利用率越低。具有普遍意义的是，MESH网络的带宽利用率大于传统的以环和线性拓扑为主的网络.
四、总结
上面主要从保护恢复带宽的角度对基于ASON的MESH网与传统的以环和线性为主的网进行了对比。实际上，带宽利用率还与工作业务的路径相关。如果一条业务的路径越长，经过的链路数越多，则实际占用的带宽资源（总的带宽资源＝每条链路的带宽×链路数）就越多。以分布式业务为例，传统的环网，业务路径只有沿环相反方向的两条路可选，没有直达单跳路由，与相同节点拓扑的MESH网相比，环业务路径的平均跳数大于MESH网业务的平均跳数，如图3所示。
图3 环网与MESH网的拓扑比较
可以看出，相同业务占用的工作带宽资源在环拓扑下大于MESH拓扑，这也就是说，从工作带宽占用资源的角度而言，MESH网的带宽利用率仍大于环和线性网。
本文描述的是针对动态重路由业务。在实际应用中，纯粹的动态重路由的恢复时间只能从几百毫秒到几秒，无法满足绝大多数业务的恢复时间需求，因此还需将保护与恢复机制融合，如永久1＋1、虚拟环等，以提供多级别的业务，满足绝大部分用户的需求。基于这些因素，实际应用中MESH网的带宽利用率在50-67%之间，选择的原则除了前面所描述的因素外，还依赖于各种业务类型的比重。
由CHINA通信网组稿
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