通信光网络故障恢复机制的研究
林子松
摘要：随着时代的进步，人们对于通信网络的要求越来越高，光网络的故障恢复机制也成为了当前人们研究时的重要课题。本文通过对通信光网络展开分析，并结合实际对通信光网络故障恢复机制提出个人观点，希望为关注通信光网络故障恢复机制的人群带来参考。
关键词：通信系统;光网络;故障恢复机制
引言：现如今，通信光网络的发展带动了社会的进步。在通信光网络中，故障恢复机制的重要性毋庸置疑，故障恢复机制是通信光网络得以顺利运行的基础。因此，有必要对通信光网络的故障恢复机制展开分析。
一、IP over WDM光网络
因特网的发展让数据业务的发展速度得到了大幅度提升，安装光传送网的带宽受到了非常严重的冲击。据不完全统计，IP业务近些年的增长速度已经达到了112%。IP业务已经成为了通信网络的主要承载方式。IP业务作为光网络发展过程中的核心，其发展速度非常快，IP在WAM光网络中的传输成本在不断降低，而操作方式却变得越来越简单。
IP是一种网络层协议，而SONET/SDH以及WDM作为近似于物理层的一种传送技术，两者之间需要留有适配层。通常情况下，物理层的作用就是在通信通道中进行光与电信号的传输，而数据链路层则需要负责将电信号转化成为网络层需要的电子信号，网络层会将此类信号进行提取并进行分组，然后通过路由转换传输至目的地。所以解决IP层与光层的适配问题与解决链路管理问题是确保IP信号得以高质量传输的重中之重。国内外经过对IP over方案的大量实践后得到了多种不同的WDM光网络传输方式，WDM光网络的主要传输方式如下。
（一）IP over ATM over SDH over WDM
这种传输方式的映射步骤如下：第一，通过多协议逻辑链路控制以及子网附着点将各个IP业务的数据包进行封装后进入到ATM适配层AAL-5中。第二，将AAL-5的公共部分协议单元分段成为更加合适的ATM信元。第三，将ATM信元映射成为SDH帧。IP与ATM之间的相互结合是连接的ATM与未连接的IP之间的统一，两者结合是路由、交换优化后的结果，这种方式能够表现出ATM具有的大容量、传输速度快、支持多业务通过进行等优点，而且还能够体现出IP在应用过程中的简单、灵活、容易扩充等特性。两者之间的优势互补能够让光网络发挥出最佳效果。但是这种结合方式往往代表着结构复杂性的提升，ATM与IP技术同时具备了选路、寻址等功能，重合部分也进一步增加了成本支出。而且对于网络扩展性而言，ATM技术具有的拆装功能也会因接口速率提升而变得更加复杂。
（二）IP over SDH over WDM
这种传输方式的映射步骤通常可以分为两部分：第一，通过点至点协议将IP信息数据包封装进入PPP包内。第二，通过高层数据链路控制协议映射PPP包至SDH净负荷中。IP技术与SDH之间的结合就是将IP中的数据包进行PPP协议映射成为SDH帧，这种映射方式不再采用ATM层，因此保留下了因特网中的无连接特征。由于网络体系结构得到了优化，因此数据信息的传输速率得到了显著的提升。而且这种传输方式在实际应用过程中还可以对不同的技术体系进行兼容并且实现网间互联，能够显著提升IP传输效率。但是这种传输方式因为扩展性不足，因此很难作用在多业务平台中，而且方案中的SDH是通过链路的方式来完成IP网支持的，因此该方案并没有从本质上增加IP网的使用性能。
（三）IP over WDM、IP over 光网络
通过省略ATM与SDH层，将IP层直接在WDM光网络上进行架构，能够完成IP over WDM，全光网能够在光域中直接提供端至端的数据传输服务，而且在数据传输期间，还无需进行光电光的信号转化，这种体系在实际应用过程中非常直接，不仅降低了网络设备数量，还避免了同类功能直接的效果重叠。通过这种方式进行传输不仅有助于控制成本，而且还能够保证数据信息的传输效率[1]。
二、WDM光网络的故障恢复机制分析
在IP层中IP/MPLS可以完成多故障业务的恢复，MPLS的核心思想能够理解成为在未连接的IP网络中额外添加虚连接的理念，但是由于IP层无法保证恢复速度，在故障出现后很难完成快速恢复，所以IP/MPLS的生存性方案往往会更多考虑动态重路由与多协议标记交换的保护倒换方案，以此来保证故障恢复质量。
（一）动态重路由方案
因特网是通过多种自制系统组成的，而AS则是由同一管理域的路由器组成，AS路由器会采用内部网管协议来完成对路由信息的交换。通常情况下，常用的IGP都属于开放式路由最短协议。当主要通道双节点之间出现链路故障时，IGP便可以进行动态计算，以此来寻找双节点之间的备用路由器，使用备用路由器来代替故障路由器并恢复故障业务，这种方式能够让IP数据包绕过故障路由器以及故障节点。
通常情况下，故障检测一般会具有多种不同的实现方式，例如，在本地路由器发现故障之后，会采用控制消息协议来通知周边其他的路由器，或者通过背景消息中的计时器超时来告知故障的出现。当路由器发现故障后，需要重新对受到影响的路由器进行计算并刷新，然后将更新后的路由信息传输至周边其他路由器。动态重路由方案在实际应用过程中能够有效利用网络中的空闲资源，而且并不会因为拓扑发生改变而受到影响。但在重选路由之前必须等待路由表收敛之后方能顺利进行，所以这种方式往往具有相对较大的延时。
（二）IP恢复方案
ECMF：想要缩短故障恢复时间，可以将多条路径的网络拓扑引入到个别应用当中。通过冗余路径能够在发生故障时重新选择其他路由器，但是这种设计方式需要进行更多投资，为了提升设备的利用率，还可以在主要、备用路径间分担负荷。ECMF的出现标示着路由器需要在转发表中为目标地址同时保存多个不同的跳表项。选择路径的主要方法可以分为分组循环与流两种选择方式，其中基于分组循环的选择方式是在分组之后轮流使用每一条路径，其中同一流的分组则会从多个路径进行传送，因为传送时延不一致，所以接收方重新排序时的负担会有所提升。ECMF在实际应用过程中其负荷相对比较均衡，而且还有助于业务恢复，当路径出现故障时，依然会剩余部分数据包，这部分数据能够随着其他备用路径继续进行传输。
（三）MPLS保护倒换方案
MPLS保护倒换方案在应用过程中能够对动态路由方案中的缺陷进行弥补，通过在分组头中追加标签堆栈，能够构建出LSP，然后将LSP设为保护路径便能够实现业务保护与业务恢复。标签交换路径是在业务分配之前提前计算完成的，通过提前将其放置在标签堆栈中可以作为备用路径，可以有效降低故障发生后的损失。
保护路径的主要选择方法包括提前构建与事后搜索两种类型。其中提前构建的方式需要在故障发生之前构建完成，因此在产生故障時能够在第一时间解决，保证业务的恢复速度。提前构建出的保护路径需要和工作路径中的节点、链路进行分离，以此来提升保护效果。而事后搜索的方式则是在得到故障通知后利用QoS路由协议、信令协议来完成保护路径的选择，这种方式相对较慢，但是经过优化的保护路径的网络资源利用率则会更高[2]。
结论：总而言之，通信光网络故障恢复机制非常重要，通过高质量的故障恢复机制能够使通信光网络运行期间的稳定性得到大幅度提升。相信随着更多人了解到通信光网络故障恢复机制的重要性，故障恢复机制一定会变得更加完善。
参考文献：
[1]金广祥，李疆生，刘丽榕.面向大规模电力通信网络故障的恢复方法[J].信息技术，2020，44（09）：110-114+120.
[2]郑宏达. 电力通信网大规模网络故障后的恢复方法研究[D].华北电力大学，2019.
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