智能光网络生存性研究

贾鹏

（安徽理工大学 安徽省淮南市 232001  淮南师范学院  安徽省淮南市 232001）

0 引言

由于网络数据业务需求的飞速增长，传统光网络已经暴露出了很多的缺点。为了克服传统光网络的问题，人们提出了建立自动交换光网络，即智能光网络。控制平面（CP）的引入是智能光网络（ASON）的最大特点。控制平面能对网络进行动态的资源配置，也可以对业务故障进行动态重路由恢复。路由、信令和自动发现等技术在智能光网络上的使用，实现了对光层资源的灵活控制，可以大大提升网络的扩展性和可用性；使网络可以适应更为复杂多样的业务；使运营商可以简化网络结构，明显降低运营成本。

1 智能光网络的体系结构[1]

ASON的体系结构是由管理平面（MP）、传送平面（TP）和控制平面（CP）三个部分构成，数据通信网(DCN)用来在三个平面之间传送管理信息和控制信令。显而易见，控制平面的引入是智能光网络的最大特点。智能光网络中信令转发、资源管理和路由选择等功能模块构成了控制网元，各个网元之间相互联系构成信令网络，用来传送控制信息，通过各个控制网元有机结合组成了控制平面（CP）。控制平面可以完成信令协议、资源管理、路由控制等一系列的策略控制功能。控制平面的控制网元通过信令、网络拓扑信息和路由信息，实现呼叫和连接的建立与释放，以及网络资源的动态分配，实现连接的自动化，还可以在网络出现各种故障时，进行快速故障定位和保护恢复。

2 智能光网络的保护恢复机制[2][3]

网络生存性可以理解为：当网络遇到节点或链路故障时能够维持可接受的业务传送质量的能力。网络应该可以在发生故障后尽快找到备用链路，将被故障影响的业务转移到其他备用路由上，从而减少由链路故障产生的经济损失和社会影响。智能光网络的生存性可以分为保护和恢复两种机制。

保护机制是指通过预先建立一条或多条保护连接，对一条或多条工作链路进行保护的机制。这些用于保护的容量即使空闲也不能被重路由使用。ASON的保护发生在源端和宿端的连接控制器上，在故障发生时，只要对故障通道或者路的首尾节点的连接控制器进行相应操作，将业务倒换到预先建立的保护连接上即可，不需要对中间节点的连接控制器做任何改变，也不用发起重路由的请求。智能光网络的保护方式有：(1)1+1专用保护。信号在工作通道和保护通道上同时传输，在接收端选择质量最好的信号。(2)1：1专用保护。业务只在工作通道上传送，而保护通道不传送业务或传送低优先级的业务，当工作通道发生故障时，业务由工作通道倒换到保护通道上，而保护通道上的低优先级业务被放弃。 (3)m：n(m<n)共享保护。n条工作通道，共享m条保护通道。当不超过m条工作通道发生故障时，业务由工作通道倒换到保护通道上；当超过m条工作通道发生故障时，就将保护业务优先级最高的m条工作通道倒换到保护通道上。

恢复机制的实质就是用网络中的冗余共享容量建立新的连接，用来替换故障连接。也就是说恢复机制是通过重新寻找路由建立连接替换故障连接的。这与保护机制是不相同的。恢复机制可以共享冗余容量，有较好的资源利用率。但是恢复机制要对动态的路由进行计算选择，所以需要的时间要多一些。智能光网络根据保护恢复的对象范围还可以将保护恢复技术分为链路方式和通道方式两种情况。在链路方式中，在找到故障节点后直接把故障业务倒换到备用链接上，故障恢复速度极大地提高了，但链路方式要求网络增加更多的冗余链路，并要保证每条链路都可以进行同样操作。在通道方式中，找到故障节点后要把故障信息反馈回源节点，然后重新获得一个新的通道，故障恢复比较慢，这种方式提高了网络利用率。

3 生存性的实现[4]

故障恢复的合理生存性机制可以有一下几个步骤：对故障的检测和定位；通知控制平面并将故障恢复。在全光网络中可以通过检测光信号丢失的方法来对故障进行检测，信号通道中产生的故障可以利用链路管理协议(LMP)的Hello消息完成检测，在智能光网络中，故障检测以后的其他工作都由控制平面（CP）来完成。在ASON中，基于通用多协议标签交换(GMPLS) 设计CP要求LMP、路由和信令的特性必须满足TP智能故障恢复。GMPLS协议通过中间系统—中间系统(ISIS)协议和开放式最短路径优先(OSPF)协议来向网络中广播与生存性相关的共享风险链路组和链路保护类型(LPT)等消息，来实现ASON的生存性。GMPLS定义了两种信令协议：基于资源预留协议的流量工程(RSVP．TE)和基于路由约束的标记分配协议(CR．LDP)。同时还制定了用来进行恢复的类型长度值(TLV)对象和新的通知信息。定义这些通知信息和携带新TLV对象的GMPLS消息的目的是：为了实现ASON的快速故障恢复。下面通过一个单链路的故障恢复方案实例，来阐述ASON的故障定位过程和恢复过程是如何实现的。

图1

图1是一个单链路故障定位的过程。包括A、B、C、D、E五个节点。A节点为源节点，E节点为目的节点。当C节点和D节点之间发生故障时，通过对光信号丢失情况的检测，下游的所有节点都会检测到故障。随后通过LMP进行故障的定位，D、E两个节点都会会发送ChannelStatus消息给上游的节点， D收到消息后会发送ChannelStatusAck给对应的下游节点，同时检测本地端口。此时D节点就会发现存在故障。随后D会发送一个ChannelStatus消息给C，C同样会反馈一个ChannelStatusAck给D，同时C也会检测本地端口，但是C的本地端口无故障。这样，C就定位了故障的位置，并会向下游发送ChannelStatus消息，告知下游节点故障的具体位置。此时整个故障定位便成功了。故障被成功定位之后，可以通过RSVP-TE来对故障进行保护恢复。

图2

图2给出一个了故障恢复的过程。LSP由A、B、C、D、E组成，C、D之间发生故障，节点C定位到故障后，直接向源节点A发送Notify通知消息，由节点A采取保护措施，决定选择新的LSP，计算得到一条新的链路A-F-G-H-E，并且利用信令机制在此路径上建立一条新的LSP，最后把业务倒换到新的LSP上。

4 生存性机制的几种应用方案

灵活多样的保护恢复应用机制是智能光网络的一个特点。每种保护恢复机制都对应一种不同的设计思路，这就造成了对业务的保护恢复时间和可靠性上会有很大的区别。下面对智能光网络的几种基于通道的保护恢复方式进行分析。

(1)1+1保护:在工作通道发生故障时，将业务倒换到保护通道。因为保护通道已经预先建立，因此此种方式故障恢复时间最短，可靠性也是最高的，但是网络资源的冗余是最大的，大量的冗余造成了成本的大幅提高。1+1保护的恢复时间是故障的发现时间和交叉倒换时间之和。在实际的工作中，1+1保护的恢复时间可以控制在50 ms以内。因此这种方式比较适合用于城域核心网和长途骨干网，用来保护智能光网络中要求最高的最重要的专线业务。

(2)m：n保护：当工作通道发生故障时，源端会启用预先设置好的保护通道，把业务倒换到备用通道上。在首次故障时采用共享保护，后续故障则采用恢复机制。此种保护方式故障恢复时间也比较短，可靠性比较高。故障的恢复时间包括故障的发现和定位时间，信令传输延迟时间，信令的处理时间和通道交换时间。实际工作中，m：n保护的故障恢复的平均时间可以控制在300ms以内。因为此种保护的备用通道是共享的，所以它冗余度相对1+1保护要小一些，因此成本也要相对低一些。从故障恢复时间和投入成本两方面考虑，此种方式也是比较理想的选择。在一些对可靠性要求不是很高的城域网等专线业务可以使用此方式进行保护。

(3)动态路由恢复：当工作通道发生故障时，首先进行故障定位，定位到故障后通知发送端节点，发送端节点再通过收集网络各节点的动态路由信息计算出一条新的路径，并发送path消息给接收端节点，接收端接到path消息后给发送端节点反馈一个resv消息，这样一条新的路径就建立好了。动态路由恢复采用重路由方式，需要对许多的节点进行配置，并且可能会出现网络资源冗余不够用的情况，因此此种恢复方式的可靠性不高。此外，动态路由网络中动态信息相对更新较慢，这样就会造成重复呼叫和新路径失效的情况。动态路由恢复的故障恢复时间与节点交互时间、恢复路径两端点间信令传输往返两次的时间、源节点倒换时间和每个节点的信令处理时间有关。因此当网络规模比较大工作负荷较高时，恢复的时间会相对比较长，一般智能光网络的动态路由恢复在数百毫秒至数秒内完成即可。动态路由恢复可以用于1+1保护和m:n保护的后续故障恢复，也可以用于可靠性要求比较低的业务。综上所述，智能光网络的多种保护恢复方式可以提供多个等级的保护恢复。当业务要求最高的可靠性时可以选择永久1+1保护方式；当业务要求可靠性次高是可以采用1+1保护或环网保护；当业务要求可靠性低时可以采用m+n保护；当业务要求可靠性最低时就可以采用动态路由恢复方式了。另外，当多种网络合并以后，智能光网络的运营商也可以利用自身的冗余资源给其他网络提供服务，通过保护恢复优先级的建立来提高网络资源的利用率。因此光网络运营商可以根据自身的实际情况，制定一个符合自身规律的智能光网络生存性机制方案。

5 结语

控制平面的引入使智能光网络的生存性机制更加的智能和多样，这恰恰是智能光网络的最大特点和迷人之处。现在，智能光网络越来越被人们所重视，许多的网络运营商和设备生产商都积极参与到了智能光网络研究开发和运用中。但由于目前世界上大部分的接入网还是传统的网络，改造需要一定的时间，并且要实现现有网络和智能光网络的无缝连接还有许多问题有待解决。因此目前智能光网络指用于核心网络。

参考文献：

[1].ITU—T Rec．G．8080／Y．1 304,"Architecture for the automatically switched optical

network(ASON)Recommendation”

[2]. Eric Mannie,”Recovery (Protection and Restoration) Terminology for Generalized Multi-Protocol Label Switching(GMPLS)”,IETF draft，April 2005，draft-ietf-ccamp- gmpls-recovery-terminology-06.txt

[3]. Jonathan P．Lang，“Generalized Multi-Protocol Label Switching(GMPLS)  Recovery Functional Specification”，IETF draft，April 2005，draft-ietf-ccamp-gmlps- Recovery-funtional-04.txt

[4]. FARRELL，ADRIAN／BRYSKIN，IGOR．GMPLS Architecture and Applications[M]．USA：Morgan Kaufmann，2006．