崔应留 龙瑞平 薛俊民
摘 要：研究出一种最优的ＷＤＭ光网络生存策略是未来全光网络组网的重要方面之一。定性地介绍了几种ＷＤＭ网状网的保护恢复方案。采用预规划方法详细分析了专用和共享通道保护方法以及各种链路生存性策略。
主题词：ＷＤＭ网状网 预规划 通道保护 链路保护 环保护
现在的社会对信息的依赖性越来越强，通信网络一旦出错或失效，将会给社会造成极大的损失，因此在设计网络时，首要问题就是确保网络的生存性。特别是随着光纤通信技术的高速发展，目前系统的速率已达１０ Ｇｂｉｔｓ不少公司试验室已开发出４０ Ｇｂｉｔｓ的系统，而且引入ＤＷＤＭ技术后系统总传输容量已达到１０ Ｔｂｉｔｓ的水平，由于ＷＤＭ技术的不断发展将来每根光纤可传输的速率会更高。不言而喻如果一根光纤或一个节点出现故障给网络经营造成的损失将会比以前更大。所以，网络的保护问题是我们在进行组网设计时首先要考虑的问题之一。
网络生存性泛指网络在经受各种故障甚至灾难性大故障后仍能维持可接受的业务质量的能力它属于网络完整性的一部分。网络生存性技术包括网络保护技术和恢复技术，相应地，网络从故障中恢复采用两种机制，即保护机制和恢复机制。保护机制是指采用预先规划的方法分配网络资源，用硬件冗余的办法来保证网络对故障的恢复；恢复机制是指网络失效后，动态寻找可用资源并采用重选路由的方法绕过失效部件。恢复机制是一种更高级的机制，需上层网管的介入。保护机制由于资源已经预留，故失效恢复时间短，但灵活不足；恢复机制的灵活性优于保护机制，但恢复时间较长。
对于光层的生存性问题人们已经做了大量的研究并提出了ＷＤＭ网络的各种保护和恢复方案而且还在进一步深入研究。目前大部分ＷＤＭ光网络是基于环形拓扑的其保护问题可以借助于环形网络自愈性强的特点；通道层可以采用通道专用保护环ＯＣＨ－ＤＰＲｉｎｇ方法如采用１＋１或１１方式实现；光复用段层的保护采用共享保护环ＯＭＳ－ＳＰＲｉｎｇ方法借助扩展的自动保护倒换（ＡＰＳ）协议来实现，常有２纤环和４纤环拓扑结构。这两种情况都是通过２×２光交换完成保护倒换将ＷＤＭ复用段信号从一根光纤倒换到另一根光纤。但随着光交叉连接器（ＯＸＣ）技术的成熟和市场因素的驱动光网络拓扑结构越来越复杂化全光网状网覆盖率好，节省链路资源，适宜未来网络的发展。基于ＯＸＣ的网状网的生存性一直是网络生存性研究领域的难点，恢复需要网管的介入。本文探讨采用环网的保护技术来解决网状网的生存性问题，详细介绍了几种预先规划的保护恢复方法。
ＷＤＭ网状网的通道保护恢复
随着网络结构的复杂化加之ＯＸＣ技术的发展和功能的成熟组网越来越灵活因而全光网状网更显得重要了。但网状网的生存性问题比环形网要复杂得多。通常网状网根据重选路由的类型可以分为基于通道的通道保护恢复和基于链路的复用段保护恢复。
基于通道子层的通道保护方法明显适合网状网（见图１）。基于端到端的光通道ＯＣＨ的保护恢复是指工作通道与保护通道在路径上完全分开光通道的源宿点除外。
以前很多研究人员已经提出了多种分布式的预选路由的通道保护方法，但在这些方法中恢复路径是依赖于故障的这有利于更好地利用容量。但光网络快速故障隔离的固有困难使这种方法不具有吸引力。不依赖于故障的恢复方法是基于不相交通道的思想业务路由和恢复路由在拓扑上是完全不同的包括所使用的一切节点和链边不相交通道保护是基于通道保护方案的特例它要求保护通道和工作通道除了源节点和目的节点外不能有相同的节点和链路，对于源和目的节点的故障则不能提供保护。边不相交保护方法可分为专用如图１ａ和共享如图１ｂ两种模式。当采用专用模式时工作通道和保护通道同时建立工作通道出现故障时保护切换操作只需在源和目的节点进行速度快但需更多的保护资源。１＋１和１１保护形式是两种可能的通道保护方法。采用１１保护机制时在工作通道没有故障的情况下保护通道可以传送低优先级的信息流当出现故障时立即中断低优先级的业务传送工作业务倒换到保护通道实行保护恢复。共享机制中保护通道在工作通道正常时并未建立故无相同链路和节点的工作通道之间可以共享保护通道资源。虽然这种方法能更有效地利用资源但它需要更复杂的管理在工作通道出现故障时需要保护通道上的所有节点参与操作必然增加恢复延迟。
ＷＤＭ网状网的链路保护恢复
基于链路的保护恢复是指光纤链路发生中断时在故障两端的固定点之间寻找替代路由，如图２所示。当发生故障时其保护的执行是交换整个复用段它既可以是另一条专用的平行光纤也可以是被连接到在网络中与该链路不相交的其它光纤。链路保护也可以分为专用方式和共享方式。当然在光复用段（ＯＭＳ）子层的链路保护方法同样在很多方面能够适合于通道保护。基于链路的保护有多种方法可以实现其中两种常见的预规划保护方案为通过环的环回技术和通用环回技术。下面我们介绍各种环回技术主要着眼于网状网的物理拓扑整个网络采用ＯＸＣ来完成光交换。
１．通过环的环回技术
通过环的环回技术的基本思想是将网络分解成许多逻辑传输环每个逻辑环组成一个自愈环。发生故障时环内可按自愈环的方式迅速恢复而环间业务的包含则可以采用链路包含的方式使恢复时间满足业务的需求。由于２纤环实现可能在许多节点需要波长变换，通常利用４纤环来实现。通过环的环回技术最大的优点是允许分布式恢复，每一个环是一个自动的和独立的恢复系统。这种方案的关键在于在网状网的拓扑中进行保护环的设计使网络能够使用最少的资源并提供尽量多的保护能进行分布式控制且恢复时间短网络具有扩展性。
图1 网状网的专用和共享通道保护方案
２．平面拓扑结构设计保护环方法
对于平面拓扑结构的ＷＤＭ网络要求每条链路必须至少属于一个环。这样就保证每条链路都能被保护但不能控制资源的冗余因为每条链路可能被多个环保护。因此对于一个给定的拓扑优化技术是选择最小保护环。环保护是一种４纤环保护技术类似于光复用段共享保护环每一个网络链路由两个传输方向相反的工作光纤和两个传输方向相反的保护光纤组成（如图３ａ所示）。一组被标识的方向环完全覆盖所有保护光纤同时要求每个保护链路正好只用一次。在实际中选择合适的方向环以使每条链路在两个方向上得到保护（如图３ｂ）。由节点内的交换设备ＯＸＣＳ完成自动保护交换ＡＰＳ。
３．多重ＷＤＭ自愈环保护
另一种环保护技术是多重 ＷＤＭ自愈环保护Ｍ－ＷＳＨＲ。这种技术要分三步来设计生存网络。第一步是确定业务路由，第二步是定义环覆盖，第三步是逐环计算空闲容量。第三步可以在专用或共享模型中完成。在专用模型中每一个链路环都由它自己的保护通道来保护由于所有链路都需要自己的保护链路故需要很大数量的空闲通道。在共享模型中每一个环就如同一个４纤的ＯＭＳ－ＳＰＲｉｎｇ。工作通道和保护通道都分别由不同方向不同的光纤来承载同时给保护光纤分配对应于ＷＤＭ工作通道数的波长数。如果使用不同的保护波长除了在每个环里可以共享保护波长更多的环可以共享保护光纤。不过Ｍ－ＷＳＨＲ技术在网络中需要全波长变换。
４．非平面拓扑结构的双环保护技术
当ＷＤＭ网状网是非平面拓扑时通常采用双环保护法来解决其生存性问题。其基本思想是每一条链路正好被两个环保护即每条链路存在于两个方向相反的环中。当然双环保护也可以应用于平面拓扑结构（如图４所示）。其中，图４ａ为由相互独立的一个环和三个内环构成的双环保护链路示意图，图４ｂ则表示由两个相交的外环和两个独立的内环构成的双环保护链路。双环保护可以应用于４纤和２纤结构中，实际只有在４纤中较方便对于２纤结构由于受到一个给定链路的保护波长必须与其工作波长相同的限制在没有波长变换的条件下是不可能实现的。
５．预构环保护技术
第三种方法是预构环保护技术Ｐ－ｃｙｃｌｅ。该环不仅保护自己的链路而且也为可能的弦链路提供保护即为不在Ｐ－ｃｙｃｌｅ上的两个节点间链路提供保护。Ｐ－ｃｙｃｌｅ技术节约了网络资源是一种非常有效的保护结构。如图５所示。图５ａ给出一个网状网拓扑结构；图５ｂ是当预构环上一条链路发生故障时设施保护恢复方法类似于双向线性交换环ＢＬＳＲ；图５ｃ是弦链路。
６．通用环回技术
出现故障时由Ｐ－ ｃｙｃｌｅ提供两条保护链路。Ｐ－ｃｙｃｌｅ技术能节约资源是一种有效的网状网保护技术但其网络的扩展性较差。
近来人们还提出了通用环回技术的预规划链路保护方案，为简单起见我们考虑一个２纤网络。这种网络的拓扑可分成定向的和共轭的两个子图这样每条链路在两个方向上通过每个子图的一拱相交（如图６所示）。一个子图作为工作网络资源而另一子图预留为保护且通常条件下是空闲的。当链路出现故障时上游节点执行环回操作使所有的工作通道转到保护子图的一根光纤上恢复信号随着业务流传输。由于子图是共轭的能够保证信号传输到故障链路的下游节点。在下游节点再执行相反的环回把信号倒换到工作子图完成恢复操作。通用环回技术能有效地利用网络资源且适合于分布式控制并具有扩展性。
总 结
随着光纤通信和光学器件的发展ＷＤＭ网状网越来越重要。今天对其生存性研究成为一个热点并已经出现了多种保护方法和恢复算法。但一般而言网状网的故障可以分为线路故障和通道故障两种与故障条件相对应网络的保护方案也有链路倒换和通道倒换两种。从成本来看链路保护方案的组网成本远高于通道保护策略的组网成本。当然各种策略都有其特点和不足人们还在做进一步研究希望能找到一种更优的方案。
摘自 世界电信
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