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【摘要】本文介绍了全光网络的概念、架构模型和组网技术，在此基础上讨论了光网络的生存性技术，针对现阶段网络中使用的典型技术进行网络生存性分析，得出可靠的解决方案。
【关键词】全光网络；组网；生存性
1. 全光网络的基本概念及组网架构
理想的全光网络是指信息流在网络中的传输以及交换始终以光的形式存在，而不必经过光/电、电/光转换。全光网络主要由核心网、城域网和接入网组成，以DWDM（密集波分复用）系统、光放大器、OADM（光分插复用器）和OXC（光交叉连接设备）等作为支撑。全光网络有星型、总线型、树型三种基本类型。全光网络主要技术包括光交换/光路由、光交叉连接、光中继和光分插复用。
2. 全光网络生存性技术的产生及其概述
2.1无论何种通信网络，都无法避免故障的发生。引发网络故障的主要原因包括技术因素、人为破坏或不可抗拒的自然因素。对于目前广泛使用的光纤网络而言，出现故障的平均概率为7.1个故障点/每年每千公里，一条10万公里的光纤网络平均每天会出现1.9个故障。
2.2网络故障的不可避免性迫使我们不得不研究出各种技术来应付。全光网络的生存性技术定义为：在网络发生意外故障的情况下，使网络仍能维持或是恢复到可接受的性能指标的方法和策略。网络故障虽不可避免，但通过对网络故障的快速检测、定位和恢复却可使网络更可靠。
2.3全光网络的生存性从单层恢复的角度来说，主要包括链路，分段和路径的故障恢复、基于集中式的分布控制和分布控制的故障恢复、预先规划和动态路由计算的故障恢复、基于专用资源和共享资源的恢复；从相互作用的恢复策略来看，主要包括多层恢复的策略和集成的恢复策略，多层恢复的策略可以分为最低层恢复、最高层恢复和多层恢复三个方面，集成的恢复策略可以分为并行触发和顺序触发两个方面。
2.4网络生存性技术的优劣主要从以下四个指标来评判：
（1） 恢复时间，指从网络故障发生到业务恢复所需的时间。恢复时间的长短将直接影响到用户感知度。
（2） 冗余资源，指为实施网络生存性技术而在网络中预留的资源，以保护发生故障的链路和节点。它直接影响运营商建设网络和运营网络的成本。
（3） 恢复率，指网络发生故障时所能恢复的业务占所有受损业务的比例，它反映的是生存性技术的效率。
（4） 健壮性，指经历过一次网络故障后，网络再次承受故障的能力，它衡量的是生存性技术的可持续性。
3. 全光网络存在的生存性问题分析
3.1所谓网络的生存性就是指网络在经受网络失败和设备失效期间仍能维持可接受的业务质量等级的能力。在对传统公共交换电话网络长期以来所发生的故障进行详细的分析以后可知，人为故障、自然行为、和流量过载是主要的网络故障。衡量网络生存性的参数主要有：故障发生次数、故障持续时间、会影响多少个用户以及每次网络故障对用户通信的影响有多少用户分钟。
3.2光纤断裂是光纤通信网络中的一个最主要网络故障。现在商用化的光纤传输系统在单根光纤上可提供8个波长信道或更多波长信道的复用，而每个单信道速率可达 01Gib/s，也就是说在这样的波分复用系统中单根光纤上的总传输容量将超过80Gib/s。如果按平常的每根光缆包含010根光纤计算，则一根光缆的断裂就会造成几个Tib/s的信息的丢失。光缆断裂造成网络故障的因素主要有：
（1） 随着大规模集成电路技术的进步，网络所支持的业务越来越大，设备的集成度越来越高，使得主要功能和容量集中在更少数节点和线路上，单个节点或链路的失效将被涉及到相当大的范围。
（2） 作为传输媒质，光纤具有卓越的技术性能以及经济性，成为信息高速公路的主要载体。
（3） 软件给网络带来智能化和灵活性的同时，也给系统带来整体崩溃的可能。软件测试的不可遍历性，使这种情况尽管出现的概率较小，但无法消除。
（4） 自然灾害如地震、洪水、火灾、暴风雪以及人为因素如盗窃和挖掘导致的破坏。
4. 全光网络的生存性技术解决策略分析
4.1生存性是网络的一个重要指标，其实现是靠具体的保护和恢复措施来保证的。两者均是需要重新选择其他路由来代替故障路由。保护是指利用节点间预先分配的容量实施网络保护，即当一个工作通路失效时，利用备用设备的倒换，使工作信号通过保护通路维持正常传输。保护往往处于本地网元或远端网元的控制下，无需外部网管系统的介入，保护倒换时间很短，但备用资源无法在网络范围内共享，资源利用率低。恢复则通常利用节点之间可用的任何容量，包括预留的专用空闲备用容量、网络专用的容量乃至低优先级业务可释放的额外容量，还需要准确地知道故障点的位置，其实质是在网络中寻找失效路由的替代路由。网络生存性能的主要技术指标有：
（1） 冗余度：定义为网络中总空闲容量与总工作容量之比。
（2） 恢复率：定义为已恢复的失效容量与原来失效的总容量之比。
（3） 恢复时间：定义为以一定的恢复率为目标，恢复网络所需的时间。
4.2为比较详细地分析保护和恢复之间的差别，下面从以下几个方面来分析：
（1）从实现机制上讲，保护是在系统中专门预留资源来实现的，而恢复是在系统发生故障的情况下，按照一定的算法和优化准则，从空闲资源中，为失效的业务重选路由的一种机制。
（2）从时间角度分析，由于实施保护和恢复方案中，保护路由是预设的，所以保护动作需要的时间比较短，在ITU-T建议中，对于符合一定条件的网络和保护措施，保护动作一般要求在 50ms内完成。而恢复路由的运行机制为在故障发生时，按照一定的波长路由算法为受损业务选取可替代路由，这样不仅需要故障定位时间，信令传播时间，算法运算时间还需开关动作时间，所以恢复对时间的要求较宽松，一般要求在几百毫秒或几秒内完成。 （3）从粒度上讲，保护的粒度可粗可细，从节点的保护，到光缆，光纤，波长组，波长和业务均可实施保护方案；而恢复的粒度相对较细，对于全光网络中最小粒度就是波长。
（4）从对拓扑结构的要求上比较，保护对拓扑结构没有过于严格的要求，既可以在点对点系统中实现，也可以在复杂网络中实现，当然典型的保护方案是环形网络的保护，因为环形网络具有自愈性；而恢复则要求网络的连通性较好。
（5）从对节点的要求而言，保护要求节点支持保护倒换功能，包括通道保护和
复用段保护的结构，而恢复则对节点内部通道的阻塞性能有一定的要求。
（6）从实现的控制方式上而言，保护应该是分布式的控制方式，而恢复则既可以采用分布式控制方式实现，也可以采用集中式控制方式实现，这主要是从两者实现的时间要求上得出的结论。
（7）从逻辑层次上而言，保护既可以是针对物理层也可以针对业务层进行，而恢复则总是针对业务层来实现的。
4.3此外，保护可以在节点内部实现，而恢复则必须在网络中进行。保护和恢复方案均是为了提高网络的生存性，都是对网络中空闲资源的合理利用。为提高网络的生存性，往往采用折中的办法，既要保证故障情况下的时效性，又要保证网络资源的合理化利用，这就变成了以网络生存性为约束条件的资源优化的问题。保护和恢复的方案选择可依据下述原则进行：对重要的业务采取保护的方案，对于特殊的拓扑，如链形、环形或环网相交等也采用保护方案；而对网络拓扑连通性强，且对网络的资源利用率要求较高的网络，则选用恢复方案。
5. 结束语
AON的生存性是以光传输技术为基础的通信业务可靠高效运行的关键。需要保护与恢复两种方案协同操作，共同来提高网络的生存性，要求在发生任何故障后能尽快将受影响的业务重新选路到空闲资源，以减少因故障而造成的社会影响和经济损失。总之，网络生存性技术追求的目标是：在最短时间内利用最少的网络资源以最稳固的方式提供100%的业务恢复。
参考文献
[1]张宝富. 全光网络. 北京：人民邮电出版社.2002.
[2]马声全.高速光纤通信ITU-T规范与系统设计.北京：北京邮电大学出版社.2002.
[3]吴彦文. 郑大力. 仲肇伟. 光网络的生存性技术.北京：北京邮电大学出版社.2002.
[4]龚倩. 徐荣. 张民 叶培大. 光网络的组网与优化设计.北京：北京邮电大学出版社.2002.
[5]顾碗仪，张杰.全光通信网〔Ml北京：北京邮电大学出版社.1999.
[6]Atsushi Waltanabe，Satoru Okamoto，Masafumi Koga"Design and performance of deliveryand coupling switch board for large scale optical path cross-conncet system，IEICE Trans Commun.Vol，E8l-B-No.6，P1203- 1211，June.1998.
【关键词】全光网络；组网；生存性
1. 全光网络的基本概念及组网架构
理想的全光网络是指信息流在网络中的传输以及交换始终以光的形式存在，而不必经过光/电、电/光转换。全光网络主要由核心网、城域网和接入网组成，以DWDM（密集波分复用）系统、光放大器、OADM（光分插复用器）和OXC（光交叉连接设备）等作为支撑。全光网络有星型、总线型、树型三种基本类型。全光网络主要技术包括光交换/光路由、光交叉连接、光中继和光分插复用。
2. 全光网络生存性技术的产生及其概述
2.1无论何种通信网络，都无法避免故障的发生。引发网络故障的主要原因包括技术因素、人为破坏或不可抗拒的自然因素。对于目前广泛使用的光纤网络而言，出现故障的平均概率为7.1个故障点/每年每千公里，一条10万公里的光纤网络平均每天会出现1.9个故障。
2.2网络故障的不可避免性迫使我们不得不研究出各种技术来应付。全光网络的生存性技术定义为：在网络发生意外故障的情况下，使网络仍能维持或是恢复到可接受的性能指标的方法和策略。网络故障虽不可避免，但通过对网络故障的快速检测、定位和恢复却可使网络更可靠。
2.3全光网络的生存性从单层恢复的角度来说，主要包括链路，分段和路径的故障恢复、基于集中式的分布控制和分布控制的故障恢复、预先规划和动态路由计算的故障恢复、基于专用资源和共享资源的恢复；从相互作用的恢复策略来看，主要包括多层恢复的策略和集成的恢复策略，多层恢复的策略可以分为最低层恢复、最高层恢复和多层恢复三个方面，集成的恢复策略可以分为并行触发和顺序触发两个方面。
2.4网络生存性技术的优劣主要从以下四个指标来评判：
（1） 恢复时间，指从网络故障发生到业务恢复所需的时间。恢复时间的长短将直接影响到用户感知度。
（2） 冗余资源，指为实施网络生存性技术而在网络中预留的资源，以保护发生故障的链路和节点。它直接影响运营商建设网络和运营网络的成本。
（3） 恢复率，指网络发生故障时所能恢复的业务占所有受损业务的比例，它反映的是生存性技术的效率。
（4） 健壮性，指经历过一次网络故障后，网络再次承受故障的能力，它衡量的是生存性技术的可持续性。
3. 全光网络存在的生存性问题分析
3.1所谓网络的生存性就是指网络在经受网络失败和设备失效期间仍能维持可接受的业务质量等级的能力。在对传统公共交换电话网络长期以来所发生的故障进行详细的分析以后可知，人为故障、自然行为、和流量过载是主要的网络故障。衡量网络生存性的参数主要有：故障发生次数、故障持续时间、会影响多少个用户以及每次网络故障对用户通信的影响有多少用户分钟。
3.2光纤断裂是光纤通信网络中的一个最主要网络故障。现在商用化的光纤传输系统在单根光纤上可提供8个波长信道或更多波长信道的复用，而每个单信道速率可达 01Gib/s，也就是说在这样的波分复用系统中单根光纤上的总传输容量将超过80Gib/s。如果按平常的每根光缆包含010根光纤计算，则一根光缆的断裂就会造成几个Tib/s的信息的丢失。光缆断裂造成网络故障的因素主要有：
（1） 随着大规模集成电路技术的进步，网络所支持的业务越来越大，设备的集成度越来越高，使得主要功能和容量集中在更少数节点和线路上，单个节点或链路的失效将被涉及到相当大的范围。
（2） 作为传输媒质，光纤具有卓越的技术性能以及经济性，成为信息高速公路的主要载体。
（3） 软件给网络带来智能化和灵活性的同时，也给系统带来整体崩溃的可能。软件测试的不可遍历性，使这种情况尽管出现的概率较小，但无法消除。
（4） 自然灾害如地震、洪水、火灾、暴风雪以及人为因素如盗窃和挖掘导致的破坏。
4. 全光网络的生存性技术解决策略分析
4.1生存性是网络的一个重要指标，其实现是靠具体的保护和恢复措施来保证的。两者均是需要重新选择其他路由来代替故障路由。保护是指利用节点间预先分配的容量实施网络保护，即当一个工作通路失效时，利用备用设备的倒换，使工作信号通过保护通路维持正常传输。保护往往处于本地网元或远端网元的控制下，无需外部网管系统的介入，保护倒换时间很短，但备用资源无法在网络范围内共享，资源利用率低。恢复则通常利用节点之间可用的任何容量，包括预留的专用空闲备用容量、网络专用的容量乃至低优先级业务可释放的额外容量，还需要准确地知道故障点的位置，其实质是在网络中寻找失效路由的替代路由。网络生存性能的主要技术指标有：
（1） 冗余度：定义为网络中总空闲容量与总工作容量之比。
（2） 恢复率：定义为已恢复的失效容量与原来失效的总容量之比。
（3） 恢复时间：定义为以一定的恢复率为目标，恢复网络所需的时间。
4.2为比较详细地分析保护和恢复之间的差别，下面从以下几个方面来分析：
（1）从实现机制上讲，保护是在系统中专门预留资源来实现的，而恢复是在系统发生故障的情况下，按照一定的算法和优化准则，从空闲资源中，为失效的业务重选路由的一种机制。
（2）从时间角度分析，由于实施保护和恢复方案中，保护路由是预设的，所以保护动作需要的时间比较短，在ITU-T建议中，对于符合一定条件的网络和保护措施，保护动作一般要求在 50ms内完成。而恢复路由的运行机制为在故障发生时，按照一定的波长路由算法为受损业务选取可替代路由，这样不仅需要故障定位时间，信令传播时间，算法运算时间还需开关动作时间，所以恢复对时间的要求较宽松，一般要求在几百毫秒或几秒内完成。 （3）从粒度上讲，保护的粒度可粗可细，从节点的保护，到光缆，光纤，波长组，波长和业务均可实施保护方案；而恢复的粒度相对较细，对于全光网络中最小粒度就是波长。
（4）从对拓扑结构的要求上比较，保护对拓扑结构没有过于严格的要求，既可以在点对点系统中实现，也可以在复杂网络中实现，当然典型的保护方案是环形网络的保护，因为环形网络具有自愈性；而恢复则要求网络的连通性较好。
（5）从对节点的要求而言，保护要求节点支持保护倒换功能，包括通道保护和
复用段保护的结构，而恢复则对节点内部通道的阻塞性能有一定的要求。
（6）从实现的控制方式上而言，保护应该是分布式的控制方式，而恢复则既可以采用分布式控制方式实现，也可以采用集中式控制方式实现，这主要是从两者实现的时间要求上得出的结论。
（7）从逻辑层次上而言，保护既可以是针对物理层也可以针对业务层进行，而恢复则总是针对业务层来实现的。
4.3此外，保护可以在节点内部实现，而恢复则必须在网络中进行。保护和恢复方案均是为了提高网络的生存性，都是对网络中空闲资源的合理利用。为提高网络的生存性，往往采用折中的办法，既要保证故障情况下的时效性，又要保证网络资源的合理化利用，这就变成了以网络生存性为约束条件的资源优化的问题。保护和恢复的方案选择可依据下述原则进行：对重要的业务采取保护的方案，对于特殊的拓扑，如链形、环形或环网相交等也采用保护方案；而对网络拓扑连通性强，且对网络的资源利用率要求较高的网络，则选用恢复方案。
5. 结束语
AON的生存性是以光传输技术为基础的通信业务可靠高效运行的关键。需要保护与恢复两种方案协同操作，共同来提高网络的生存性，要求在发生任何故障后能尽快将受影响的业务重新选路到空闲资源，以减少因故障而造成的社会影响和经济损失。总之，网络生存性技术追求的目标是：在最短时间内利用最少的网络资源以最稳固的方式提供100%的业务恢复。
参考文献
[1]张宝富. 全光网络. 北京：人民邮电出版社.2002.
[2]马声全.高速光纤通信ITU-T规范与系统设计.北京：北京邮电大学出版社.2002.
[3]吴彦文. 郑大力. 仲肇伟. 光网络的生存性技术.北京：北京邮电大学出版社.2002.
[4]龚倩. 徐荣. 张民 叶培大. 光网络的组网与优化设计.北京：北京邮电大学出版社.2002.
[5]顾碗仪，张杰.全光通信网〔Ml北京：北京邮电大学出版社.1999.
[6]Atsushi Waltanabe，Satoru Okamoto，Masafumi Koga"Design and performance of deliveryand coupling switch board for large scale optical path cross-conncet system，IEICE Trans Commun.Vol，E8l-B-No.6，P1203- 1211，June.1998.