1.3 光網(wǎng)絡的生存性

網(wǎng)絡失效一般包括鏈路失效和節(jié)點失效。光網(wǎng)絡的鏈路采用的是光纖介質，相比于一般的銅線介質，光纖材質具有脆弱、易被破壞的特性。對于未加保護的光纖，過度彎曲可能導致光射入/射出光纖，影響光信號質量。過度彎曲還會導致光纖斷裂，進而導致數(shù)據(jù)丟失。當光纖系統(tǒng)遭受大范圍損壞時，甚至可能出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓。同時，波分復用等技術的應用使單根光纖的傳輸容量急劇增加，網(wǎng)絡的數(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)絡和長途網(wǎng)絡中大約每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。

網(wǎng)絡中的節(jié)點也可能因為軟硬件故障而失效。如節(jié)點發(fā)送和接收光信號的元器件負載較大時，可能出現(xiàn)故障。運行在節(jié)點上的各種軟件在完成網(wǎng)絡節(jié)點基本功能的同時，還存在潛在的程序錯誤。一旦觸發(fā)這些問題，就可能導致節(jié)點操作系統(tǒng)崩潰，進而導致節(jié)點失效。網(wǎng)絡節(jié)點往往連接多條光纖，因此節(jié)點失效導致的問題會更大。綜上所述，網(wǎng)絡生存性是光網(wǎng)絡研究中的關鍵問題。

網(wǎng)絡生存性是指當網(wǎng)絡遭受各種故障（如鏈路、節(jié)點等失效）后，能夠維持可接受業(yè)務質量的能力[16-18]。網(wǎng)絡生存性要求網(wǎng)絡拓撲必須具有可存活性，即在節(jié)點或者鏈路失效時具備可恢復的能力，如網(wǎng)絡要應對任一單鏈路失效，那么物理網(wǎng)絡就必須至少是雙連通的拓撲結構。

網(wǎng)絡生存性方法可以分為保護機制和恢復機制。簡單來說，保護機制是指事先預留冗余的網(wǎng)絡資源，當網(wǎng)絡發(fā)生故障后，直接利用預留的資源來應對故障。恢復機制則是不預留資源，在網(wǎng)絡發(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)點或鏈路。

具體來說，保護機制是為保護對象（如鏈路、節(jié)點和光路）上承載的業(yè)務，預先建立一條或多條保護路徑繞開保護對象。發(fā)生故障后，由切換點（如故障點的上一跳節(jié)點，或者通路的源節(jié)點）將業(yè)務從原本的工作路徑切換到保護路徑上。由于保護路徑是預先建立的，保護路徑上的所有中間節(jié)點的資源也是預留的，不需要傳送控制信號，恢復速度較快。但預留的資源在未發(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。恢復機制與保護機制不同，它不需要預留資源，而是通過重路由機制重新建立繞開故障點的新連接。恢復機制使用的資源是網(wǎng)絡的共享資源，資源浪費較少。但由于它需要重新尋找避開故障點的新路徑，相比于保護機制恢復速度較慢。

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