1.3 光網(wǎng)絡(luò)的生存性

網(wǎng)絡(luò)失效一般包括鏈路失效和節(jié)點(diǎn)失效。光網(wǎng)絡(luò)的鏈路采用的是光纖介質(zhì)，相比于一般的銅線介質(zhì)，光纖材質(zhì)具有脆弱、易被破壞的特性。對于未加保護(hù)的光纖，過度彎曲可能導(dǎo)致光射入/射出光纖，影響光信號質(zhì)量。過度彎曲還會導(dǎo)致光纖斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)光纖系統(tǒng)遭受大范圍損壞時，甚至可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。同時，波分復(fù)用等技術(shù)的應(yīng)用使單根光纖的傳輸容量急劇增加，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率極高。即使是持續(xù)時間很短的故障，也會帶來巨量的數(shù)據(jù)丟失。據(jù)美國FCC的報告，城域網(wǎng)絡(luò)和長途網(wǎng)絡(luò)中大約每1609 km光纖平均每年分別斷裂13次和3次[13]，其中60%是由施工挖掘引起的[14-15]。傳輸速率為Tbit/s量級的單根光纖，一旦失效，將會影響1200萬對以上的電話業(yè)務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)也可能因?yàn)檐浻布收隙АＨ绻?jié)點(diǎn)發(fā)送和接收光信號的元器件負(fù)載較大時，可能出現(xiàn)故障。運(yùn)行在節(jié)點(diǎn)上的各種軟件在完成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)基本功能的同時，還存在潛在的程序錯誤。一旦觸發(fā)這些問題，就可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)崩潰，進(jìn)而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)失效。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)往往連接多條光纖，因此節(jié)點(diǎn)失效導(dǎo)致的問題會更大。綜上所述，網(wǎng)絡(luò)生存性是光網(wǎng)絡(luò)研究中的關(guān)鍵問題。

網(wǎng)絡(luò)生存性是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)遭受各種故障（如鏈路、節(jié)點(diǎn)等失效）后，能夠維持可接受業(yè)務(wù)質(zhì)量的能力[16-18]。網(wǎng)絡(luò)生存性要求網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔仨毦哂锌纱婊钚裕丛诠?jié)點(diǎn)或者鏈路失效時具備可恢復(fù)的能力，如網(wǎng)絡(luò)要應(yīng)對任一單鏈路失效，那么物理網(wǎng)絡(luò)就必須至少是雙連通的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)生存性方法可以分為保護(hù)機(jī)制和恢復(fù)機(jī)制。簡單來說，保護(hù)機(jī)制是指事先預(yù)留冗余的網(wǎng)絡(luò)資源，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后，直接利用預(yù)留的資源來應(yīng)對故障。恢復(fù)機(jī)制則是不預(yù)留資源，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后，動態(tài)尋找可用資源并采用重路由的方法繞開發(fā)生故障的節(jié)點(diǎn)或鏈路。

具體來說，保護(hù)機(jī)制是為保護(hù)對象（如鏈路、節(jié)點(diǎn)和光路）上承載的業(yè)務(wù)，預(yù)先建立一條或多條保護(hù)路徑繞開保護(hù)對象。發(fā)生故障后，由切換點(diǎn)（如故障點(diǎn)的上一跳節(jié)點(diǎn)，或者通路的源節(jié)點(diǎn)）將業(yè)務(wù)從原本的工作路徑切換到保護(hù)路徑上。由于保護(hù)路徑是預(yù)先建立的，保護(hù)路徑上的所有中間節(jié)點(diǎn)的資源也是預(yù)留的，不需要傳送控制信號，恢復(fù)速度較快。但預(yù)留的資源在未發(fā)生故障時處于空閑狀態(tài)，無法得到有效利用，造成資源浪費(fèi)。恢復(fù)機(jī)制與保護(hù)機(jī)制不同，它不需要預(yù)留資源，而是通過重路由機(jī)制重新建立繞開故障點(diǎn)的新連接。恢復(fù)機(jī)制使用的資源是網(wǎng)絡(luò)的共享資源，資源浪費(fèi)較少。但由于它需要重新尋找避開故障點(diǎn)的新路徑，相比于保護(hù)機(jī)制恢復(fù)速度較慢。

這兩種失效處理方式都依賴于快速發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障并精確定位網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)。只有準(zhǔn)確確定故障發(fā)生點(diǎn)，保護(hù)機(jī)制和恢復(fù)機(jī)制才能夠繞開故障點(diǎn)，繼續(xù)為用戶提供可接受的業(yè)務(wù)質(zhì)量。如果不能快速判斷故障的發(fā)生，保護(hù)機(jī)制和恢復(fù)機(jī)制的啟動時間較長，會導(dǎo)致更多的數(shù)據(jù)丟失。如果不能準(zhǔn)確定位故障，則可能導(dǎo)致選擇的新路徑再次通過故障點(diǎn)，無法起到應(yīng)有的保護(hù)作用。快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并定位故障屬于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測研究的范圍。