通信光網絡故障恢復機制的研究

林子松

摘要：隨著時代的進步，人們對于通信網絡的要求越來越高，光網絡的故障恢復機制也成為了當前人們研究時的重要課題。本文通過對通信光網絡展開分析，并結合實際對通信光網絡故障恢復機制提出個人觀點，希望為關注通信光網絡故障恢復機制的人群帶來參考。

關鍵詞：通信系統;光網絡;故障恢復機制

引言：現如今，通信光網絡的發展帶動了社會的進步。在通信光網絡中，故障恢復機制的重要性毋庸置疑，故障恢復機制是通信光網絡得以順利運行的基礎。因此，有必要對通信光網絡的故障恢復機制展開分析。

一、IP over WDM光網絡

因特網的發展讓數據業務的發展速度得到了大幅度提升，安裝光傳送網的帶寬受到了非常嚴重的沖擊。據不完全統計，IP業務近些年的增長速度已經達到了112%。IP業務已經成為了通信網絡的主要承載方式。IP業務作為光網絡發展過程中的核心，其發展速度非常快，IP在WAM光網絡中的傳輸成本在不斷降低，而操作方式卻變得越來越簡單。

IP是一種網絡層協議，而SONET/SDH以及WDM作為近似于物理層的一種傳送技術，兩者之間需要留有適配層。通常情況下，物理層的作用就是在通信通道中進行光與電信號的傳輸，而數據鏈路層則需要負責將電信號轉化成為網絡層需要的電子信號，網絡層會將此類信號進行提取并進行分組，然后通過路由轉換傳輸至目的地。所以解決IP層與光層的適配問題與解決鏈路管理問題是確保IP信號得以高質量傳輸的重中之重。國內外經過對IP over方案的大量實踐后得到了多種不同的WDM光網絡傳輸方式，WDM光網絡的主要傳輸方式如下。

（一）IP over ATM over SDH over WDM

這種傳輸方式的映射步驟如下：第一，通過多協議邏輯鏈路控制以及子網附著點將各個IP業務的數據包進行封裝后進入到ATM適配層AAL-5中。第二，將AAL-5的公共部分協議單元分段成為更加合適的ATM信元。第三，將ATM信元映射成為SDH幀。IP與ATM之間的相互結合是連接的ATM與未連接的IP之間的統一，兩者結合是路由、交換優化后的結果，這種方式能夠表現出ATM具有的大容量、傳輸速度快、支持多業務通過進行等優點，而且還能夠體現出IP在應用過程中的簡單、靈活、容易擴充等特性。兩者之間的優勢互補能夠讓光網絡發揮出最佳效果。但是這種結合方式往往代表著結構復雜性的提升，ATM與IP技術同時具備了選路、尋址等功能，重合部分也進一步增加了成本支出。而且對于網絡擴展性而言，ATM技術具有的拆裝功能也會因接口速率提升而變得更加復雜。

（二）IP over SDH over WDM

這種傳輸方式的映射步驟通?？梢苑譃閮刹糠郑旱谝唬ㄟ^點至點協議將IP信息數據包封裝進入PPP包內。第二，通過高層數據鏈路控制協議映射PPP包至SDH凈負荷中。IP技術與SDH之間的結合就是將IP中的數據包進行PPP協議映射成為SDH幀，這種映射方式不再采用ATM層，因此保留下了因特網中的無連接特征。由于網絡體系結構得到了優化，因此數據信息的傳輸速率得到了顯著的提升。而且這種傳輸方式在實際應用過程中還可以對不同的技術體系進行兼容并且實現網間互聯，能夠顯著提升IP傳輸效率。但是這種傳輸方式因為擴展性不足，因此很難作用在多業務平臺中，而且方案中的SDH是通過鏈路的方式來完成IP網支持的，因此該方案并沒有從本質上增加IP網的使用性能。

（三）IP over WDM、IP over 光網絡

通過省略ATM與SDH層，將IP層直接在WDM光網絡上進行架構，能夠完成IP over WDM，全光網能夠在光域中直接提供端至端的數據傳輸服務，而且在數據傳輸期間，還無需進行光電光的信號轉化，這種體系在實際應用過程中非常直接，不僅降低了網絡設備數量，還避免了同類功能直接的效果重疊。通過這種方式進行傳輸不僅有助于控制成本，而且還能夠保證數據信息的傳輸效率[1]。

二、WDM光網絡的故障恢復機制分析

在IP層中IP/MPLS可以完成多故障業務的恢復，MPLS的核心思想能夠理解成為在未連接的IP網絡中額外添加虛連接的理念，但是由于IP層無法保證恢復速度，在故障出現后很難完成快速恢復，所以IP/MPLS的生存性方案往往會更多考慮動態重路由與多協議標記交換的保護倒換方案，以此來保證故障恢復質量。

（一）動態重路由方案

因特網是通過多種自制系統組成的，而AS則是由同一管理域的路由器組成，AS路由器會采用內部網管協議來完成對路由信息的交換。通常情況下，常用的IGP都屬于開放式路由最短協議。當主要通道雙節點之間出現鏈路故障時，IGP便可以進行動態計算，以此來尋找雙節點之間的備用路由器，使用備用路由器來代替故障路由器并恢復故障業務，這種方式能夠讓IP數據包繞過故障路由器以及故障節點。

通常情況下，故障檢測一般會具有多種不同的實現方式，例如，在本地路由器發現故障之后，會采用控制消息協議來通知周邊其他的路由器，或者通過背景消息中的計時器超時來告知故障的出現。當路由器發現故障后，需要重新對受到影響的路由器進行計算并刷新，然后將更新后的路由信息傳輸至周邊其他路由器。動態重路由方案在實際應用過程中能夠有效利用網絡中的空閑資源，而且并不會因為拓撲發生改變而受到影響。但在重選路由之前必須等待路由表收斂之后方能順利進行，所以這種方式往往具有相對較大的延時。

（二）IP恢復方案

ECMF：想要縮短故障恢復時間，可以將多條路徑的網絡拓撲引入到個別應用當中。通過冗余路徑能夠在發生故障時重新選擇其他路由器，但是這種設計方式需要進行更多投資，為了提升設備的利用率，還可以在主要、備用路徑間分擔負荷。ECMF的出現標示著路由器需要在轉發表中為目標地址同時保存多個不同的跳表項。選擇路徑的主要方法可以分為分組循環與流兩種選擇方式，其中基于分組循環的選擇方式是在分組之后輪流使用每一條路徑，其中同一流的分組則會從多個路徑進行傳送，因為傳送時延不一致，所以接收方重新排序時的負擔會有所提升。ECMF在實際應用過程中其負荷相對比較均衡，而且還有助于業務恢復，當路徑出現故障時，依然會剩余部分數據包，這部分數據能夠隨著其他備用路徑繼續進行傳輸。

（三）MPLS保護倒換方案

MPLS保護倒換方案在應用過程中能夠對動態路由方案中的缺陷進行彌補，通過在分組頭中追加標簽堆棧，能夠構建出LSP，然后將LSP設為保護路徑便能夠實現業務保護與業務恢復。標簽交換路徑是在業務分配之前提前計算完成的，通過提前將其放置在標簽堆棧中可以作為備用路徑，可以有效降低故障發生后的損失。

保護路徑的主要選擇方法包括提前構建與事后搜索兩種類型。其中提前構建的方式需要在故障發生之前構建完成，因此在產生故障時能夠在第一時間解決，保證業務的恢復速度。提前構建出的保護路徑需要和工作路徑中的節點、鏈路進行分離，以此來提升保護效果。而事后搜索的方式則是在得到故障通知后利用QoS路由協議、信令協議來完成保護路徑的選擇，這種方式相對較慢，但是經過優化的保護路徑的網絡資源利用率則會更高[2]。

結論：總而言之，通信光網絡故障恢復機制非常重要，通過高質量的故障恢復機制能夠使通信光網絡運行期間的穩定性得到大幅度提升。相信隨著更多人了解到通信光網絡故障恢復機制的重要性，故障恢復機制一定會變得更加完善。

參考文獻：

[1]金廣祥，李疆生，劉麗榕.面向大規模電力通信網絡故障的恢復方法[J].信息技術，2020，44（09）：110-114+120.

[2]鄭宏達. 電力通信網大規模網絡故障后的恢復方法研究[D].華北電力大學，2019.