一、概述

目前光網絡中較為成熟的仍然是光波長交換網絡（OWS），而光分組交換（OPS）和光突發交換（OBS）應用較少或尚處于研究之中，關鍵問題是目前尚無法實現光域中對光信號的透明時鐘提取以及存儲、轉發等技術。雖然基于光纖的光纖延遲線（FDL）能部分實現光信號的存儲，但是與電域中對分組進行存儲、緩沖、排隊等成熟技術相比，直接對光信號進行處理距離實用還有很大的距離。因此光層恢復機制和IP/MPLS層相比，僅有一些部分相似之處可以借鑒，如光網中也有類似MPLS中的鏈路和通道級別的保護。考慮到光層的特點，它與IP/MPLS又有著很大的區別。

1、光層中的保護機制

光層中的保護機制與IP/MPLS層中的保護機制有相似之處，如也有鏈路和通道級保護的區別。但是必須注意到，在MPLS保護機制中，備用LSP平時并不占用資源，而在光網絡中，當某個波長通道被指配為備用通道時，其他業務即無法對其利用。

保護機制可以分為1＋1、M∶N、1∶N和1∶1等幾種形式，其中1∶1和1∶N都是M∶N的特例。1＋1保護方式有時也稱為并發選收保護方式。源節點將業務同時送入工作信道和保護信道，終端節點前有一選擇開關，可以根據信號質量的好壞選擇接收。正常工作時從工作信道接收信號，當工作信道出現故障時，保護選擇開關切換至備用信道，轉由備用信道接收信號。此種保護方式的切換時間很短，幾乎不會對業務產生影響，但是缺點是要有100%的冗余。同時在實際的光纖線路中，若不采用異徑保護方式即相異路由的話，可能會出現工作信道和備用信道同時被切斷的情況(大多數情況下工作光纖和保護光纖都處于一根光纜內或同一條路由)。因此，1＋1保護方式一般多應用在業務量較大且較為穩定的節點間使用。

M∶N方式是指N 個工作信道共享M個備用信道，備用信道平時并不傳送業務，只有當工作信道故障后才會將業務倒換至備用信道，相對于1＋1保護方式而言，此種方式對網絡資源的利用率較高，圖1-1給出了1＋1和1∶1保護的示意圖。

圖1-1：1＋1和1∶1保護機制

2、光層中的恢復機制

光層中的恢復機制尚不成熟，目前研究較多的是光路由和波長分配(RWA)。根據是否具有端到端的波長連續性可以將RWA分為端到端的波長通道恢復和虛波長通道恢復兩種，兩者最主要的區別是在OXC中是否具備光波長轉換器(WC)。顯然，具有WC的OXC能更好地處理節點處可能出現的波長沖突和擁塞的問題，目前已經有較多的措施可以實現靈活的全光波長變換。大多數的RWA算法的思路都是在Dijisktra算法上的改進，日本電信與日本國立情報研究所(NII)曾經的成果是可以依賴GMPLS協議在7s內實現路由的重新建立，但是這個數字距離電信級的QoS要求而言還存在著相當大的差距。ITU-T和IETF都在積極研究ASON和GMPLS的恢復機制。

二、多層恢復機制

在一個多層網絡中，當其中的傳輸線路或者節點(包括光層的OXC/OADM和IP/MPLS層的路由器/LSR)出現故障時，兩層各自的保護和恢復機制必然都會有所響應和動作，此時如果沒有一個良好的機制加以協調和控制，必然會出現一些問題。

例如，在圖2-0所示的網絡中，當某兩個OXC間的光纖線路中斷時，光層的保護機制首先動作，可以在最短的時間內恢復業務，IP/MPLS層的恢復機制還未觸發或尚未完成時故障可能已經被光層的恢復機制恢復。而當OXC節點本身出現問題時，光層本身的恢復機制無法實現故障恢復。例如圖2-0中若OXC節點B出現故障，LSR節點b就被隔離，光層的恢復機制無法對b上的業務進行恢復。由此可見，僅僅依賴下層的保護和恢復機制是不完善的，而完全依賴上層的保護和恢復機制又會引起網絡結構和協議體系的復雜性，降低故障恢復的效率。因此，采用多層恢復機制有望綜合兩者的優點。根據多層恢復機制之間的協調關系，可以分為自下而上、自上而下和混合3種形式。

圖2-0：IP over WDM網絡結構示意圖

1、自下而上

自下而上機制的基本思想是首先在光層進行恢復，若光層無法恢復再轉由上層即IP層進行處理，這種機制的最大優點是恢復時間短，例如采用類似SDH/SONET的保護機制或者WDM的保護機制，可以在很短的時間(小于50ms)內實現倒換，而且不牽涉到高層設備和協議的參與。自下而上恢復機制的最大缺點是當下層節點設備出現故障時會導致上層設備的隔離，也即可能出現下層無法恢復再轉由上層處理，導致中斷時間過長。另外一個缺點是恢復的顆粒度較粗，典型的，如對于IP光網絡而言，目前只能針對某個波長進行恢復。

2、自上而下

自上而下機制的特點與自下而上機制恰好相反，其最大的優點是能夠對高層的故障進行恢復，缺點是恢復所需的時間較長(可達數秒到數十秒)，同時需要較多的通信協議參與。

3、混合機制

混合機制的基本思路是將上述兩種機制進行優化組合以便獲得最佳的恢復方案。但是在具體實施過程中，針對網絡故障的多樣性和復雜性，如何確定一個優化的恢復策略需要仔細研究。已經有人提出多層網絡中應盡力在最高層恢復；也有的文獻中認為應該存在一定的順序，例如可以采用計時器或者令牌信號加以控制和協調。

網絡中出現故障的原因非常復雜，既有設備自身可靠性的因素，也有一些不可預測的外界因素，例如由于施工或自然災害導致的光纜切斷和節點設備癱瘓等。按照“最先發現，最先處理”的基本原則，由于光層對于光信號質量高度敏感，例如光纖切斷會迅速通過告警指示信號(AIS)向其他節點告警，而WDM中光信噪比(OSNR)的劣化也可以迅速被確定，通過WDM系統中的光監控信道(OSC)更是可以對故障迅速定位，因此，IP over WDM網絡多層恢復機制應在光層首先動作為宜。對于上述OXC節點故障這樣的光層無法恢復的情況，采用某種類似計時器的機制較為現實。考察一個網徑為27500km（TU-T假設的數字參考鏈路長度）的光網絡，總計32個節點，光信號的傳輸延遲約為5ns/m，單個節點對保護倒換協議處理時間約需0.5ms，其總的傳輸延遲仍然可以滿足50ms的CDT；另一種對于時間閾值的考慮可以參考ITU-T G.114對Voice over IP類業務的規定，其端到端的延遲為150 ms。因此多層恢復機制切換的計時器的時間范圍為50 ms～150 ms，具體選擇多大的值作為光層進行恢復的最長門限值，需要根據網絡的范圍具體考慮，超過此門限后，可以再由IP/MPLS層進行處理。下表2-3給出了幾種多層恢復機制的比較。

表2-3：幾種多層恢復機制的比較

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