關(guān)于全光網(wǎng)生存性的問(wèn)題及其解決方法

　　由于OXC、OADM的出現，使得聯(lián)網(wǎng)不僅能在業(yè)務(wù)層進(jìn)行，光層的聯(lián)網(wǎng)也變成現實(shí)。如何控制和管理網(wǎng)絡(luò )就變成一個(gè)非常重要而且相當棘手的問(wèn)題。由于現在所有的光器件都是電控型的，所以如何在光層之上構造一個(gè)合適的控制平臺就成了問(wèn)題的關(guān)鍵?，F在國際上的四大組織作的各種草案，雖各有差異，但基本的思路都是相似的。他們總的思路都是以IP為核心，借用IP網(wǎng)中的流量控制（TE）、IS-IS、OSPF、RIP、RSVP等一系列協(xié)議,并在原協(xié)議的基礎上進(jìn)行擴展和修改來(lái)達到控制光網(wǎng)絡(luò )的目的，而且將信令網(wǎng)（控制平臺）與業(yè)務(wù)網(wǎng)相分離（最起碼是邏輯上的分離）。

　　光層的聯(lián)網(wǎng)畢竟不同于電層，而且現在要做的不僅僅是單粒度的控制和調度，而是立足于小到一個(gè)分組、TDM、ATM業(yè)務(wù)，大到光波長(cháng)、光纖級的多粒度調度和分配。所以控制平臺或者說(shuō)是信令網(wǎng)的構造不僅僅是涉及到一個(gè)層面的問(wèn)題，而是涉及到幾個(gè)層面，既要向前兼容，又需向后兼容；既要保證光網(wǎng)的大容量、可平滑升級擴容以及強壯性，又要保證業(yè)務(wù)的QoS和CoS。要實(shí)現這樣一個(gè)功能強大的、綜合的信令網(wǎng)，有很多問(wèn)題值得仔細研究。

故障檢測和定位

　　故障檢測和定位的大目標首先是為快速準確地實(shí)現保護倒換和業(yè)務(wù)的恢復，其次是為了整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的管理和維護。

　　由于到目前為止，光域上能夠準確檢測的參數只有光功率、光信噪比（OSNR）和中心波長(cháng)，而像誤碼率、LOS、LOF這類(lèi)參數只能在電域檢測。由于故障檢測是實(shí)現自愈的第一步，而且保護倒換和路由的恢復都有嚴格的時(shí)間要求，所以故障檢測不僅要求準確，而且要求快速。

　　故障的定位是實(shí)現保護倒換和路由恢復的第二步，是至關(guān)重要的一步，要實(shí)現自愈，必須實(shí)現故障的快速和準確定位。因為只有確定了故障的具體位置，才能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )的保護和恢復以及進(jìn)一步的業(yè)務(wù)配置，如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò )不能進(jìn)行精確的故障定位，那么網(wǎng)絡(luò )的生存性就不會(huì )得到保證。

　　但是由于故障的傳遞性、檢測機制的不完善性以及故障檢測與故障傳遞之間的時(shí)差的原因使得故障的定位在光網(wǎng)絡(luò )中成為一個(gè)難點(diǎn)。當在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中發(fā)生光纖斷裂和節點(diǎn)掉電等收鮮?，相关的皆戙簣D觳獾憔婢?SPAN class=GramE>即情況往往是一處發(fā)生故障，網(wǎng)絡(luò )中多處產(chǎn)生告警，所以必須知道全網(wǎng)的信息（包括配置和業(yè)務(wù)信息），才能精確地進(jìn)行定位。當然這也不是不可逾越的困難，故障的定位除與節點(diǎn)自身的功能緊密相關(guān)外，還與信令的傳送方式或者說(shuō)信令網(wǎng)總的控制方式直接相關(guān)。一般而言，只有在知道全網(wǎng)的信息的情況下才能實(shí)現故障的準確定位，但是由于故障的發(fā)生是帶有偶然性的，也即各節點(diǎn)收到的信息是突發(fā)性的，不能拿一般的馬爾可夫理論進(jìn)行分析，即不屬于一般的M/M/X排隊模型，而是屬于D/M/X模型，如果每個(gè)節點(diǎn)（分布式控制）或者說(shuō)主節點(diǎn)（集中式控制）需要收集所有故障信息來(lái)處理，那么不僅要一套復雜的算法，而且節點(diǎn)處理該信息時(shí)必須合理考慮故障傳遞與信息傳遞的時(shí)差問(wèn)題，這樣就增加了實(shí)現的復雜度，而且也難以滿(mǎn)足時(shí)效性的要求。

　　解決方法：對于分布式控制的網(wǎng)絡(luò )，采用分布式定位的方法，這種分布式的故障定位方法是與業(yè)務(wù)和鏈路相關(guān)的。對于集中式控制的網(wǎng)絡(luò )，即有主控節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )，故障定位采用分層定位的方法，即首先由單節點(diǎn)承擔一部分故障的簡(jiǎn)單分析，如：本節點(diǎn)相關(guān)告警的過(guò)濾和屏蔽，還有本節點(diǎn)嚴重告警的定位，然后再將處理結果上報主控節點(diǎn)，由主控節點(diǎn)進(jìn)一步分析和處理，最終確定故障的具體位置。 {{分頁(yè)}}

　　從上述分析可以看出，單節點(diǎn)能夠定位的故障是有限的，必須將所有相關(guān)的告警收集起來(lái)進(jìn)行相關(guān)性分析，才能實(shí)現故障的精確定位。這就涉及到單節點(diǎn)處理后的信息如何合理和正確地發(fā)布的問(wèn)題。這就涉及到故障信息的編碼，合理有效的編碼將會(huì )使故障定位真正做到快速而又準確。當然，在故障信息發(fā)布的同時(shí)，必須輔以相應的故障信息抑制，否則，故障信息的不斷發(fā)布將會(huì )使故障定位產(chǎn)生連帶的錯誤。

故障信息的傳送

集中式控制

　　在集中式控制下，由于所有的控制信息都是由主控節點(diǎn)下發(fā)的，所以檢測到故障后，應該盡快地將本節點(diǎn)處理后的告警和定位信息送到主節點(diǎn)，使主控節點(diǎn)能夠快速和準確地進(jìn)行故障分析和定位?，F有兩種處理方式可供參考：

* 廣播式方法，即一旦檢測到故障，稍加處理就以廣播的形式進(jìn)行發(fā)送，其他非相關(guān)節點(diǎn)僅僅起轉接該信息的作用，只有主控節點(diǎn)才能接收此信息。

　　這種處理方式的優(yōu)點(diǎn)是思路簡(jiǎn)單，但是它帶來(lái)的負面影響是信令網(wǎng)中的信息流量加大，容易產(chǎn)生控制流的阻塞，而且會(huì )使非主控節點(diǎn)的處理變得復雜化。所以廣播信息的控制和管理是必不可少的，而這本身就是一個(gè)通信控制的難題，所以此方法實(shí)現起來(lái)相對困難。

* 最短路徑方式發(fā)送，即每個(gè)非主控節點(diǎn)都有路由表，該路由表上記錄了該節點(diǎn)到主控節點(diǎn)最短徑以及其他可達路徑的出口。通過(guò)這種方式故障信息就可以最快的方式到達主控節點(diǎn)。此種方式處理簡(jiǎn)單，但它要求每個(gè)節點(diǎn)都儲存必需的路由表，而且在網(wǎng)絡(luò )更改或者擴容時(shí)不得不更改路由表，故不可避免地要增加系統的代價(jià)。

分布式控制

　　在分布式控制下，各節點(diǎn)的地位是平等的，所以各節點(diǎn)對故障的兩層過(guò)濾都由自己完成，但是如果每個(gè)節點(diǎn)都像集中控制方式下的主控節點(diǎn)，不僅不經(jīng)濟，而且處理的復雜度相當大，很難滿(mǎn)足時(shí)效性的嚴格要求。所以其第二層處理功能應該僅僅收集相關(guān)鏈路或者通道的故障信息，但是這就需要本節點(diǎn)了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的拓撲，處理上還是比較困難，需要定制一套相當復雜的算法。

　　實(shí)現分布式控制下信令的傳送，是實(shí)現其定位的關(guān)鍵，如何將相關(guān)的故障信息收集到本節點(diǎn)，以實(shí)現故障的定位，是非常復雜的。下面提出兩種處理的方法：

* 廣播式發(fā)送。這種方式與集中方式下的廣播相比，沒(méi)有任何優(yōu)勢，因為組播地址內要攜帶所有相關(guān)節點(diǎn)的IP地址，要求每個(gè)節點(diǎn)必須知道和分析全網(wǎng)的業(yè)務(wù)配置信息。

* 分布選路的方式，即信令網(wǎng)自身的選路，依據自身攜帶的信息來(lái)進(jìn)行選路，最終目的是將所攜帶的故障信息送到能定位的節點(diǎn)。這種信息發(fā)布方式需要非常復雜的算法支持，因為每個(gè)節點(diǎn)都要依據收到的信息來(lái)決定是否與自己相關(guān)，即每個(gè)節點(diǎn)都要進(jìn)行復雜的運算和查詢(xún)自己的數據庫信息。{{分頁(yè)}}

保護倒換和路由恢復

　　一是將保護倒換和路由恢復分開(kāi)考慮，即采用不同的編碼、不同的機制。這是出于時(shí)間要求的考慮，保護倒換要求在50ms完成，而路由恢復要求為2s。

　　另一種思路是統一編碼、不同處理的方法，即IETF的思路。這種思路的主要出發(fā)點(diǎn)是為迎合現在流行的IPV6協(xié)議處理模式。但是這種處理方式較復雜。

　　其實(shí)解決了第二種思路，第一種也就迎刃而解?，F在來(lái)分析第二種思路的實(shí)現。

　　保護倒換分析

一般的保護方式有：

1．1＋1方式，一般用于端到端的保護——鏈路、通道和業(yè)務(wù)均可。

2．1:1方式，適用于端到端的保護和業(yè)務(wù)的保護。

3．M:N方式，資源共享的保護方式，通常采用通道保護方式。

4．環(huán)網(wǎng)APS保護方式，包括兩纖單向環(huán)、兩纖雙向環(huán)和四纖雙向環(huán)。在環(huán)網(wǎng)中又分復用段保護和通道共享保護，是利用環(huán)網(wǎng)的特殊結構來(lái)實(shí)施的一種保護方式，屬于對資源的保護。

　　在光網(wǎng)絡(luò )中采用的保護方式也不會(huì )超出這幾種。但是各種不同的保護方式有由其相應的應用場(chǎng)合，所以不同的故障應選用不同的保護方式。由于環(huán)網(wǎng)具有很強的自愈能力，全光環(huán)形網(wǎng)絡(luò )也可借用升級的環(huán)網(wǎng)APS協(xié)議來(lái)實(shí)現保護，但對于格形網(wǎng)而言情況就十分復雜，因為其某一鏈路或者通道從不同的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看屬于不同的簡(jiǎn)單拓撲，選用那種保護方式與其子網(wǎng)標識密切相關(guān)。為了實(shí)現快速的保護倒換以及增強格形網(wǎng)的“強壯”性，利用圖論的知識將格形網(wǎng)劃分為幾個(gè)子網(wǎng)（以最小環(huán)進(jìn)行劃分，不能歸為最小環(huán)的，標識為樹(shù)），將這些子網(wǎng)進(jìn)行標識，就可以在整個(gè)格形網(wǎng)中對不同子網(wǎng)中的故障采取不同的保護方法，對環(huán)形子網(wǎng)中的故障借用環(huán)網(wǎng)的保護方法，對樹(shù)形子網(wǎng)中的故障采用相應的1＋1或者M(jìn):N保護。這是因為格形網(wǎng)其實(shí)就是環(huán)網(wǎng)的相交相割再加上一些樹(shù)形拓撲（或者孤島）而構成的。對處于不同子網(wǎng)的資源和業(yè)務(wù)實(shí)施不同的保護方式，可以提高網(wǎng)絡(luò )的生存性。

路由恢復分析

　　由于不管那種保護方式都需要預留資源，如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中全部采用保護方式的話(huà)，這勢必大大降低網(wǎng)絡(luò )資源的利用率，所以一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中除了采取適當的保護方式外，一般要采用業(yè)務(wù)恢復的方法來(lái)實(shí)施對業(yè)務(wù)的保護。由于恢復路由不是預留的而是按照一定的優(yōu)化方法算出來(lái)的，所以它比保護方案更能合理地利用網(wǎng)絡(luò )的資源，更能優(yōu)化業(yè)務(wù)的分配。但是由于恢復路由是在故障情況下臨時(shí)算出來(lái)的，所以勢必造成恢復時(shí)間比保護時(shí)間長(cháng)，此外它必須是在故障定位信息已經(jīng)更新的情況下才能計算。故恢復時(shí)間取決于故障定位時(shí)間和算法的時(shí)間以及網(wǎng)絡(luò )的規模。

　　與保護倒換不同，路由恢復和資源調度不僅僅要了解線(xiàn)路或者通道的好壞，而且需要了解各鏈路和通道的資源使用情況。只有這樣，才能依據一定的波長(cháng)路由算法進(jìn)行資源的合理調配。 {{分頁(yè)}}

　　集中式控制情況下有利于網(wǎng)絡(luò )的最優(yōu)化，但是由于主控節點(diǎn)記憶的數據量太大和處理的“事務(wù)”過(guò)多，速度不高，不適合于大型網(wǎng)絡(luò )。分布式控制由于不是依據全網(wǎng)的信息來(lái)選路和恢復，所以不利于網(wǎng)絡(luò )的最優(yōu)化，但是各個(gè)節點(diǎn)處于同等的地位，處理相對簡(jiǎn)單，所以速度相對較快，而且適合于任何規模的網(wǎng)絡(luò )，但是隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )的運行，可能會(huì )導致網(wǎng)絡(luò )的應用嚴重不合理。

　　根據上述分析，在一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò )中，筆者認為應該兩種控制方式并存。對于實(shí)時(shí)性要求高的一些操作，例如資源的保護和重要業(yè)務(wù)的恢復采用分布式的控制方法，也可借用預選恢復路由的方法來(lái)實(shí)現。對于一些實(shí)時(shí)性要求不高的操作，例如業(yè)務(wù)配置、性能管理、維護等則可采用集中式控制的方法，這樣有利于合理配置網(wǎng)絡(luò )，對于一些既要求實(shí)時(shí)性，而分布式控制方法很難解決或者說(shuō)解決有困難的操作，例如故障定位，則可以采用兩種控制方法結合的分節控制的方法來(lái)實(shí)現，這樣就可以提高網(wǎng)絡(luò )控制和管理的靈活性，而且提高實(shí)時(shí)性和合理性。

拓撲結構的識別

　　為了在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中同時(shí)支持保護倒換和路由的恢復，并且要保護和恢復協(xié)調操作，這就需要借用圖論的知識將網(wǎng)絡(luò )劃分為幾個(gè)子網(wǎng)。在這些不同拓撲的邏輯子網(wǎng)中來(lái)分別執行不同的保護和恢復方式。一般而言，保護是針對資源即物理層和段層的保護，而恢復是針對業(yè)務(wù)層，即僅僅針對業(yè)務(wù)的。為實(shí)現這個(gè)目的，就需要信令網(wǎng)具有識別拓撲結構的能力，以及能夠按照一定的規則來(lái)劃分不同的子網(wǎng)，這應該是啟動(dòng)保護倒換和路由恢復的依據，以及啟動(dòng)何種保護倒換類(lèi)型的必備信息。當然這些信息不應實(shí)時(shí)運行，應該具有相對的穩定性，否則將會(huì )導致信令的交換時(shí)間過(guò)長(cháng)，處理也十分復雜，更難保證保護、恢復等實(shí)時(shí)性要求高的操作。一般是設置一定時(shí)器，每隔一固定時(shí)間，查詢(xún)和自動(dòng)識別一次，還有就是故障觸發(fā)識別，即在系統發(fā)生故障的情況下來(lái)修改拓撲結構，還有就是由網(wǎng)管啟動(dòng)識別命令來(lái)強制識別，這通常用于系統升級擴容和改造時(shí)。

拓撲識別一般有兩種處理方法：

　　一是由網(wǎng)管配置，即規劃網(wǎng)絡(luò )時(shí)將網(wǎng)絡(luò )拓撲按一定的算法或者按照設計者的要求分為幾個(gè)子網(wǎng)，然后由網(wǎng)管配置各節點(diǎn)的子網(wǎng)標識。這種做法的前提是必須事先知道網(wǎng)絡(luò )的物理配置。在網(wǎng)絡(luò )升級，或者物理拓撲改變的情況下，需要重新配置。這種做法的主要好處就是簡(jiǎn)單易操作、便于管理，缺點(diǎn)就是實(shí)時(shí)性不強、對網(wǎng)絡(luò )操作者的依賴(lài)性過(guò)強，也即對維護者的知識要求較高，這種方法是相對靜態(tài)的，也是目前使用較多的方法。

　　第二種方法是節點(diǎn)自動(dòng)識別，在不同的控制方式下，實(shí)現的方法和難易不同。

　　集中式控制：網(wǎng)絡(luò )拓撲的識別工作應該交給主控節點(diǎn)完成。在大型網(wǎng)絡(luò )中，這種方式的實(shí)現非常復雜，所以距離實(shí)用化還有很長(cháng)一段路要走。

　　分布式控制：為了識別整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的拓撲，必須知道全網(wǎng)的信息，但分布式控制機制下的節點(diǎn)明顯不具備這個(gè)功能，所以此功能可以交給中心網(wǎng)管來(lái)完成。相比于集中式控制，兩者的區別是：集中式控制把網(wǎng)絡(luò )的識別放在控制層完成，速度相對較快，而分布式控制則必須將網(wǎng)絡(luò )的識別交由管理層完成，速度相對較慢。 {{分頁(yè)}}

信令的交換

集中式控制

下行方向的信息（由主控節點(diǎn)發(fā)給其他非主控節點(diǎn)的信息）的傳送和握手方式有兩種：

* 一種是IETF提到的，也就是貝爾實(shí)驗室現在采用的方法：并行發(fā)送、串行握手后決定動(dòng)作的準則。

* 另一種是依據光網(wǎng)絡(luò )不同于電網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)以及利用集中式控制的優(yōu)點(diǎn)提出的并行發(fā)送、先接收命令、再相互握手的準則。

　　這兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)：第一種方案保證了動(dòng)作的正確性，即一般不會(huì )發(fā)生差錯，這種方案繼承了以前電域協(xié)議的先握手后倒換的思想。第二種方案是從實(shí)際情況演繹出來(lái)的一種追求時(shí)效性的方法。它的缺點(diǎn)是有產(chǎn)生差錯的可能，但優(yōu)點(diǎn)是其倒換時(shí)間非常短。

分布式控制

　　這種分布選路的方式，必須采用先握手、再動(dòng)作的命令。因為此時(shí)單節點(diǎn)不足以知道全網(wǎng)的狀態(tài)，而僅僅了解與其相關(guān)的一些鏈路、通道及節點(diǎn)的狀況，所以如果采用先動(dòng)作、再握手的規則的話(huà)，其錯誤概率是無(wú)法估計的。

　　在此種方式下，節點(diǎn)的相應命令僅僅發(fā)送給其相關(guān)的節點(diǎn)，其他節點(diǎn)在收到這些命令后，僅僅轉發(fā)相應命令，源節點(diǎn)收到這些回應命令后才作出相應的動(dòng)作，并且向其他相關(guān)節點(diǎn)發(fā)確認信息，其他節點(diǎn)收到此命令后，也做相應的動(dòng)作，并回送確認信令，至此一個(gè)動(dòng)作完成。