第9章光纖通信網(wǎng)絡(luò)的生存性

第9章光纖通信網(wǎng)絡(luò)的

生存性9.1網(wǎng)絡(luò)生存性基本概念9.2SDH網(wǎng)絡(luò)的保護9.3IP網(wǎng)絡(luò)的生存性9.4光學(xué)層保護9.5ASON網(wǎng)絡(luò)的生存性《光纖通信簡明教程》原榮9.1網(wǎng)絡(luò)生存性基本概念9.1.1生存性定義和措施9.1.2工作路徑和保護路徑9.1.3單向保護切換和雙向保護切換《光纖通信簡明教程》原榮9.1.1生存性定義和措施網(wǎng)絡(luò)的生存性（Survivability）是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)失效時能夠繼續(xù)為用戶提供服務(wù)的能力，保護切換是確保網(wǎng)絡(luò)生存性的關(guān)鍵技術(shù)，保護通常以分布式方式執(zhí)行。保護要求時間短，一般為50ms；而恢復(fù)完成時間長，一般要求在200ms或數(shù)秒內(nèi)實現(xiàn)。提高網(wǎng)絡(luò)生存性的方法之一是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時采用備份制或迂回路由制，如備份路由，備份端機等。生存性措施可以在網(wǎng)絡(luò)的多個層次采取，但保護通常只在物理層（L1）進行，物理層包括SDH層和光傳輸層。《光纖通信簡明教程》原榮通常IP網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)需要幾分鐘的自愈恢復(fù)時間，如此低的切換速度會造成大量高速數(shù)據(jù)的丟失，無法滿足通信質(zhì)量的要求。ATM網(wǎng)絡(luò)使用了虛通道（VP）路由和分級通道復(fù)用技術(shù)，加入了操作、管理與維護（OAM）信元，采用了動態(tài)帶寬分配、流量管理和調(diào)度技術(shù)，使得ATM層能夠有效、快速地為用戶服務(wù)，檢測出故障，使網(wǎng)絡(luò)的可靠性大大提高。SDH網(wǎng)絡(luò)采用線路保護方式和具有自愈功能的環(huán)網(wǎng)，與ATM層的恢復(fù)技術(shù)相比，其恢復(fù)速度更快。WDM網(wǎng)絡(luò)是一個分層的網(wǎng)絡(luò)，WDM的恢復(fù)方案有保護切換和OXC重選路由兩種。WDM的保護切換既可以在光通道層進行，也可以在光復(fù)用段層實施，適用于點對點系統(tǒng)和環(huán)網(wǎng)；OXC的重選路由在網(wǎng)狀拓?fù)涞墓馔ǖ缹訉崿F(xiàn)。9.1.1生存性定義和措施（緒）《光纖通信簡明教程》原榮9.1.2工作路徑和保護路徑工作路徑是網(wǎng)絡(luò)在正常運行時攜帶信息的通道，保護路徑是在網(wǎng)絡(luò)失效時提供的另一條備份通道，如圖9.1.1a所示。保護有專用保護和共享保護之分，前者是為只為一個工作路徑備份的，而后者是為多個路徑共享的。共享保護是基于這樣一個事實，即不可能多個路徑同時發(fā)生故障，這可以保證多個路徑共享備份路徑的帶寬，節(jié)省費用。另外，通常給共享路徑安排一個低優(yōu)先級的業(yè)務(wù)，一旦有一條路徑發(fā)生故障，它就丟棄低優(yōu)先級業(yè)務(wù)，替換故障路徑。保護路徑設(shè)計可以是不可逆的，也可以是可逆的。不可逆保護路徑設(shè)計是，當(dāng)工作路徑被修復(fù)后，必須由網(wǎng)絡(luò)用戶通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進行手動切換；而可逆保護路徑設(shè)計是，一旦工作路徑被修復(fù)好，保護路徑上傳輸?shù)男盘柧妥詣忧袚Q到工作路徑上傳輸。這種可逆設(shè)計使保護帶寬盡可能快速釋放，以便為另一個工作路徑可能發(fā)生失效讓路?！豆饫w通信簡明教程》原榮9.1.3單向保護切換和雙向保護切換（a）正常工作時 （b）單向保護切換 （c）雙向保護切換圖9.1.1單向保護切換和雙向保護切換比較《光纖通信簡明教程》原榮圖9.1.2保護切換的種類（a）正常工作路徑 （b）路徑切換（c）跨度切換（d）環(huán)狀切換

圖9.1.2保護切換的種類《光纖通信簡明教程》原榮9.2SDH網(wǎng)絡(luò)的保護如果SDH網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)故障，將會導(dǎo)致局部甚至整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓，所以網(wǎng)絡(luò)必須具有自愈功能。所謂自愈功能是指，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，能夠在無需人為干預(yù)的條件下，在極短的時間內(nèi)從失效狀態(tài)自動恢復(fù)到工作狀態(tài)，使用戶感覺不到網(wǎng)絡(luò)已出現(xiàn)了故障。要想使網(wǎng)絡(luò)具有自愈功能，網(wǎng)絡(luò)必須具有備份終端和路由。SDH的自愈保護分為線路保護切換、環(huán)路保護切換、格狀網(wǎng)保護恢復(fù)及混合保護恢復(fù)等方式《光纖通信簡明教程》原榮9.2.1路徑保護1+1保護保護路徑也熱備份(工作)；如果工作路徑失效，熱備份路徑對此保護；保護切換速度很快《光纖通信簡明教程》原榮1:1路徑保護如果工作路徑失效，保護路徑對此保護；平時，熱備份保護系統(tǒng)用來傳送低等級的額外業(yè)務(wù)。一旦發(fā)生切換，備份保護系統(tǒng)原來傳輸?shù)牡偷燃墭I(yè)務(wù)將自行丟失；需要APS協(xié)議，保護切換速度比1+1慢?！豆饫w通信簡明教程》原榮1:n路徑保護

在幾條路徑中有一條用于保護,即n條工作路徑共享一條保護路徑。平時，熱備份的保護系統(tǒng)可以用來傳送低等級的額外業(yè)務(wù)。一旦發(fā)生切換，則主用工作系統(tǒng)的信號將轉(zhuǎn)向備份保護系統(tǒng)傳輸，備份保護系統(tǒng)原來傳輸?shù)牡偷燃墭I(yè)務(wù)將自行丟失?！豆饫w通信簡明教程》原榮雙纖單向環(huán)路徑保護單向環(huán)由二根光纖構(gòu)成，一根為工作光纖，另一根為保護光纖。輸入的光信號同時在工作光纖和保護光纖傳輸。保護切換是用一個倒向開關(guān)完成的。假如系統(tǒng)全部開通容量可加倍《光纖通信簡明教程》原榮四纖雙向環(huán)路徑保護雙向環(huán)由四根光纖構(gòu)成，兩根為工作光纖，另兩根為保護光纖。輸入的光信號同時在工作光纖和保護光纖傳輸。保護切換是用一個倒向開關(guān)完成的。假如系統(tǒng)全部開通容量可加倍《光纖通信簡明教程》原榮1+1保護和1:n保護1+1保護時，保護系統(tǒng)和工作系統(tǒng)在發(fā)送端同時一直工作，接收端則對收到的兩路信號進行擇優(yōu)選取，如圖9.2.1（a）所示，在兩端之間不需要協(xié)議信號發(fā)送協(xié)議。應(yīng)該指出，因為連接是全雙工的，所以工作光纖和保護光纖各用一對光纖。1:n保護時，n個工作系統(tǒng)共用一個并列的保護系統(tǒng)，如圖9.2.1（c）所示。當(dāng)n個工作系統(tǒng)中有一個失效時，STMN信號可以切換至保護路徑傳輸。平時，不使用保護光纖，所以保護系統(tǒng)可以用來傳送低等級的額外業(yè)務(wù)。一旦發(fā)生切換，則主用工作系統(tǒng)的信號將轉(zhuǎn)向備份保護系統(tǒng)傳輸，備份保護系統(tǒng)原來傳輸?shù)牡偷燃墭I(yè)務(wù)將自行丟失。現(xiàn)在這種應(yīng)用已經(jīng)不常使用，不過可以用于盡力而為的IP業(yè)務(wù)。在這種保護方式中，信號發(fā)送需要一個自動保護切換（APS）協(xié)議?！豆饫w通信簡明教程》原榮9.2.2環(huán)路保護

工作正常時，A節(jié)點的輸入信號經(jīng)光纖1到節(jié)點B，然后再到節(jié)點C的輸出端；當(dāng)BC間路徑失效后，A節(jié)點的輸入信號切換到光纖2，經(jīng)光纖2到節(jié)點E和D到節(jié)點C的輸出端?！豆饫w通信簡明教程》原榮（b）復(fù)用段保護

當(dāng)BC段失效后，B節(jié)點將失效段環(huán)回（用紅色線表示），輸入信號經(jīng)光纖2返回到節(jié)點A，經(jīng)節(jié)點E和D到節(jié)點C的輸出端。《光纖通信簡明教程》原榮圖9.2.3SDH分插復(fù)用器（ADM）

單向環(huán)路徑保護（a）AC間正常工作時（保護環(huán)電流方向沒有畫出）（b）AD間被切斷，保護切換后AC間的信號流方向《光纖通信簡明教程》原榮9.2.3路由保護

圖9.2.4表示一個46曼哈頓街區(qū)網(wǎng)絡(luò)（MSN），它是一個標(biāo)準(zhǔn)的格狀形網(wǎng)絡(luò)，由N行M列組成，行與列相交處為一個節(jié)點，所有節(jié)點由單向通信線路連接而成。假如01號節(jié)點和02號的路徑斷裂，它們之間就無法進行通信，為此01號節(jié)點可以選擇紅色的路由，分別通過多個節(jié)點，最后到達02號節(jié)點，其路由是0131303534333202。《光纖通信簡明教程》原榮9.2.4保護切換準(zhǔn)則保護切換準(zhǔn)則是當(dāng)出現(xiàn)下列3種情況時進行切換：第一種是當(dāng)光纜線路系統(tǒng)出現(xiàn)告警指示信號時（如信號丟失、幀丟失、高階/低階通道告警），第二種是超過規(guī)定的誤碼極限或閾值時，第三種是指針丟失時。一旦檢測到符合開始切換的條件后，保護切換應(yīng)該在50ms內(nèi)完成，且不能產(chǎn)生誤碼。完成切換后應(yīng)向同步設(shè)備管理系統(tǒng)報告保護切換事件。在可逆方式下，當(dāng)失效工作系統(tǒng)已經(jīng)從故障狀態(tài)中恢復(fù)時，必須至少等待5～12分鐘后才能被重新使用?！豆饫w通信簡明教程》原榮9.3IP網(wǎng)絡(luò)的生存性IP網(wǎng)絡(luò)故障的恢復(fù)很慢，約需幾秒鐘的時間，這是由它的本質(zhì)決定的，即基于一跳一跳（HopbyHop）的分布式動態(tài)路由選擇機理。IP包的保護與在IP層失效后在第一時間就能檢測到這一失效事件有關(guān)。在默認(rèn)狀態(tài)，路由器每10秒發(fā)送一次問候信息。如果連續(xù)3次都沒有收到發(fā)去的數(shù)據(jù)包，則表明這條鏈路失效。這樣，路由器每30秒才可以檢測到一個失效。為了縮短發(fā)現(xiàn)失效路徑的時間，目前最小的時間間隔規(guī)定為1秒鐘，這樣路由器就可以約在10秒內(nèi)檢測到失效?！豆饫w通信簡明教程》原榮9.3.1IP/MPLS備用通道恢復(fù)圖9.3.1基于MPLS的IP網(wǎng)絡(luò)的旁路保護方式MPLS在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間預(yù)先安排2條標(biāo)記交換通道（LSP），當(dāng)1條失效時，可以馬上切換到備用LSP。也可以使用一條預(yù)先建立的LSP，保護一條或多條LSP。

《光纖通信簡明教程》原榮9.3.2IP/MPLS的LSP通道保護（a）正常工作狀態(tài)下，使用工作LSP（b）工作LSP發(fā)生故障，切換到保護LSP

圖9.3.2IP/MPLSLSP1+1保護《光纖通信簡明教程》原榮圖9.3.3IP/MPLSLSP1:1保護（a）正常工作狀態(tài)下，使用工作LSP（b）工作LSP發(fā)生故障，切換到保護LSP1:1路徑保護可以擴展為M:N保護，即M條工作路徑對應(yīng)N條保護路徑。在正常工作時，分配給保護路徑的資源可以由低優(yōu)先級業(yè)務(wù)使用。此外，如果若干條工作路徑?jīng)]有共同的路徑和節(jié)點，這就意味著它們同時出現(xiàn)故障的可能性很小，那么它們可以共享一條保護路徑?！豆饫w通信簡明教程》原榮9.4光學(xué)層保護9.4.1光學(xué)層保護技術(shù)9.4.21+1光信道專用保護9.4.3格狀網(wǎng)的保護9.4.4WDM網(wǎng)絡(luò)保護、生存和互連《光纖通信簡明教程》原榮9.4.1光學(xué)層保護技術(shù)

（a）IP層保護（b）光學(xué)層保護圖9.4.1a表示工作線路和保護線路各用一套設(shè)備和線路的情況，在這種情況下，光學(xué)層不提供保護。圖9.4.1b表示的網(wǎng)絡(luò)與前者具有同樣的功能，路由器一個端口的失效同樣用保護端口來替換，但光纖斷裂的保護卻由光學(xué)層實現(xiàn)?！豆饫w通信簡明教程》原榮圖9.4.2SDH環(huán)的光學(xué)層保護（a）正常工作時 （b）光纖斷裂，重新進行路由選擇《光纖通信簡明教程》原榮9.4.21+1光信道專用保護用戶光信號在輸入端被分成兩束光，分別送到工作光纖和保護光纖用的波分復(fù)用器輸入端，合路信號分別經(jīng)工作光纖和保護光纖傳輸?shù)竭_接收端，經(jīng)波分解復(fù)用后分別送到光開關(guān)，該開關(guān)比較經(jīng)工作光纖和保護光纖傳輸后的信號質(zhì)量，選擇質(zhì)量較好的那路信號送入轉(zhuǎn)發(fā)器。《光纖通信簡明教程》原榮9.4.3格狀網(wǎng)的保護（a）環(huán)形網(wǎng)路徑保護 （b）格狀網(wǎng)共用備用路徑保護《光纖通信簡明教程》原榮9.4.4WDM網(wǎng)絡(luò)保護、生存和互連波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)能夠直接在光層上提供通信網(wǎng)絡(luò)的生存能力。它通過OXC和OADM技術(shù)，實現(xiàn)光波長信道的動態(tài)重構(gòu)功能，使網(wǎng)絡(luò)資源得到最有效的利用。因此，在網(wǎng)絡(luò)的各種生存性技術(shù)中，光層生存性技術(shù)具有響應(yīng)快、簡單高效靈活的特點，能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量（QoS），減少業(yè)務(wù)的丟失。許多高速和寬帶系統(tǒng)在設(shè)計時就必須采取許多保護措施。這些措施可以在輸入級采用，如進行1+1或1:N設(shè)備保護，也可以進行波長、光纖和節(jié)點備份。

《光纖通信簡明教程》原榮圖9.4.5雙環(huán)DWDM網(wǎng)絡(luò)的保護和生存性

《光纖通信簡明教程》原榮9.5ASON網(wǎng)絡(luò)的生存性在8.5節(jié)已介紹了自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON），從中我們知道，ASON引入了控制平面，提高了光網(wǎng)絡(luò)的智能化程度。另外，由于控制平面的引入，也改變了傳統(tǒng)光傳輸網(wǎng)絡(luò)生存性機制不靈活、資源利用率不高的現(xiàn)狀。ASON從IP/MPLS網(wǎng)絡(luò)中借鑒了優(yōu)秀的生存性機制，通過智能化的控制平面為光網(wǎng)絡(luò)引入了快速重選路由等多種新的保護和恢復(fù)方式。

《光纖通信簡明教程》原榮9.5.1ASON網(wǎng)絡(luò)生存性新特點在傳統(tǒng)的光傳輸網(wǎng)中，其生存性是由管理平面在初始配置以后靠其自身來實施保證的，即生存性實施信令和業(yè)務(wù)同時一起傳送。而在ASON中，傳輸層的生存性在管理平面配置以后，具體實施是由控制平面來保證的?？刂破矫婧蛡鬏斊矫孢壿嬌贤耆毩ⅲ谖锢砩峡梢苑謱儆趦蓚€不同的物理網(wǎng)絡(luò)，也可以為同一個物理網(wǎng)絡(luò)。不過網(wǎng)絡(luò)的控制平面和傳輸平面對應(yīng)獨立的物理網(wǎng)絡(luò)，比對應(yīng)同一個物理網(wǎng)絡(luò)其生存性要高。傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)，信令與信號隨路傳輸，所以傳輸平面的生存性其實是由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和算法機制決定的。而在ASON中，傳輸平面的生存性不僅取決于自身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和算法，而且還取決于控制網(wǎng)絡(luò)的控制，所以控制網(wǎng)絡(luò)自身應(yīng)該具有更高的生存性。但是控制網(wǎng)絡(luò)本身就是一個數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)（DCN），其自身的生存性沒有其他層次的網(wǎng)絡(luò)來保證，必須自身保證自身的生存性?！豆饫w通信簡明教程》原榮9.5.2基于控制平面的保護基于控制平面的保護發(fā)生在控制平面保護域的源節(jié)點和目的節(jié)點之間，出現(xiàn)故障的時候，保護不涉及備用路由，僅僅涉及源節(jié)點和目的節(jié)點的連接控制器。傳統(tǒng)的生存性控制策略，如自愈控制算法，主要采用基于網(wǎng)管的集中式管理和配置策略，無需DXC之間進行通信，因而不同廠家設(shè)備間的兼容性比較容易實現(xiàn)。然而，基于TMN的動態(tài)恢復(fù)，由于TMN數(shù)據(jù)庫在故障發(fā)生時，會出現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)實際情況的不同步，因此會造成網(wǎng)絡(luò)動態(tài)恢復(fù)速度慢。而基于ASON控制平面的保護，可以實現(xiàn)基于信令控制的光網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)策略，實現(xiàn)分布式恢復(fù)功能。這種機制可以對數(shù)據(jù)庫進行實時更新，使恢復(fù)路徑的計算更加準(zhǔn)確；而且，路由計算和相應(yīng)的連接建立在網(wǎng)絡(luò)中斷故障路徑的所有邊界網(wǎng)元上，這使得故障業(yè)務(wù)的恢復(fù)可以在以秒計算的量級內(nèi)完成，而不是像基于TMN的動態(tài)恢復(fù)在幾分鐘內(nèi)完成。可以采用1+1端對端路徑保護、1:1或M:N端對端