1.3 光网络的生存性

网络失效一般包括链路失效和节点失效。光网络的链路采用的是光纤介质，相比于一般的铜线介质，光纤材质具有脆弱、易被破坏的特性。对于未加保护的光纤，过度弯曲可能导致光射入/射出光纤，影响光信号质量。过度弯曲还会导致光纤断裂，进而导致数据丢失。当光纤系统遭受大范围损坏时，甚至可能出现网络瘫痪。同时，波分复用等技术的应用使单根光纤的传输容量急剧增加，网络的数据传输率极高。即使是持续时间很短的故障，也会带来巨量的数据丢失。据美国FCC的报告，城域网络和长途网络中大约每1609 km光纤平均每年分别断裂13次和3次[13]，其中60%是由施工挖掘引起的[14-15]。传输速率为Tbit/s量级的单根光纤，一旦失效，将会影响1200万对以上的电话业务。

网络中的节点也可能因为软硬件故障而失效。如节点发送和接收光信号的元器件负载较大时，可能出现故障。运行在节点上的各种软件在完成网络节点基本功能的同时，还存在潜在的程序错误。一旦触发这些问题，就可能导致节点操作系统崩溃，进而导致节点失效。网络节点往往连接多条光纤，因此节点失效导致的问题会更大。综上所述，网络生存性是光网络研究中的关键问题。

网络生存性是指当网络遭受各种故障（如链路、节点等失效）后，能够维持可接受业务质量的能力[16-18]。网络生存性要求网络拓扑必须具有可存活性，即在节点或者链路失效时具备可恢复的能力，如网络要应对任一单链路失效，那么物理网络就必须至少是双连通的拓扑结构。

网络生存性方法可以分为保护机制和恢复机制。简单来说，保护机制是指事先预留冗余的网络资源，当网络发生故障后，直接利用预留的资源来应对故障。恢复机制则是不预留资源，在网络发生故障后，动态寻找可用资源并采用重路由的方法绕开发生故障的节点或链路。

具体来说，保护机制是为保护对象（如链路、节点和光路）上承载的业务，预先建立一条或多条保护路径绕开保护对象。发生故障后，由切换点（如故障点的上一跳节点，或者通路的源节点）将业务从原本的工作路径切换到保护路径上。由于保护路径是预先建立的，保护路径上的所有中间节点的资源也是预留的，不需要传送控制信号，恢复速度较快。但预留的资源在未发生故障时处于空闲状态，无法得到有效利用，造成资源浪费。恢复机制与保护机制不同，它不需要预留资源，而是通过重路由机制重新建立绕开故障点的新连接。恢复机制使用的资源是网络的共享资源，资源浪费较少。但由于它需要重新寻找避开故障点的新路径，相比于保护机制恢复速度较慢。

这两种失效处理方式都依赖于快速发现网络故障并精确定位网络故障点。只有准确确定故障发生点，保护机制和恢复机制才能够绕开故障点，继续为用户提供可接受的业务质量。如果不能快速判断故障的发生，保护机制和恢复机制的启动时间较长，会导致更多的数据丢失。如果不能准确定位故障，则可能导致选择的新路径再次通过故障点，无法起到应有的保护作用。快速准确地发现并定位故障属于网络监测研究的范围。