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摘要:在保护和恢复机制方面，分组传送网络面临运行操作与维护(OAM)检测性能、网络资源优化、资源分配死锁、资源部署阻塞等众多挑战。传统的保护和恢复机制已不能满足分组传送网络的需求。为了提高分组传送网络保护恢复性能、网络资源的利用率、业务恢复可能性，减少业务部署的阻塞率，文章对交迭段保护机制、预规划多环、冲突避免算法、延时恢复算法等新型保护恢复机制进行了研究，得出观点：保护和恢复机制合理，由时分复用向分组承载的平滑演进、网络融合和网络全业务化才有可能。
关键字:分组传送网络；保护；恢复；阻塞率
英文摘要:In its protection and restoration mechanisms, Packet Transport Networking (PTN), is facing many challenges. Such challenges arise in the areas of Operation Administration and Maintenance (OAM) detection performance, network resource optimization, resource allocation deadlock, and resource deployment blocking. Traditional mechanisms of protection and restoration cannot meet the requirements of Packet Transport Networks. In order to improve protection and restoration, network resource use, probability of service restoration, and to decrease the probability of service blocking, this paper introduces mechanisms such as overlay section protection, pre-configure pre-planned cycle, conflict-release algorithm, and delay restoration algorithm. Finally, it concludes that only the protection and restoration mechanism can reasonably achieve network integration, network operation, and the smooth evolution from TDM to packet bearing networks.
英文关键字:packet transport network; protection; restoration; blocking
基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划)课题(2007AA01Z252)
三重播放(3-Play)等新兴宽带数据业务、企事业单位的以太网专线业务、二层虚拟专用网(L2VPN)业务、普通宽带用户的接入量和速率提升等是推动城域传送网转型的主要驱动力，业务IP化和承载IP化推动着基础传送网向分组传送网络(PTN)[1]演进。
分组传送网络技术保持了传统同步数字体系(SDH)传送网的优点，具有良好的网络扩展性、丰富的运行操作维护(OAM)、快速的保护倒换等。同时增加了适应数据业务的特性：分组交换、统计复用、面向连接的标签交换、分组服务质量(QoS)保证、灵活动态控制。这些特性是网络融合的重要基础性技术。在传送方式上，分组传送网不仅能够提供分组数据业务，兼容传统的时分复用(TDM)业务，还能够提供适合3G移动传输需求的ATM反向复用(IMA)[2]、异步传输模式(ATM)、多等级优先占(用MLPPP)等功能。配套组网需求，设备利用多种封装和适配技术，PTN可以将多种不同的TDM和数据业务统一到分组传送平面，从而成为基于统一分组交换的多业务传输平台[3]。
众多需求，众多的应用环境、场合都集中存在一个问题：分组传送网络的生存性。分组传送网络的生存性直接影响网络的组网方式(环、格状、星型)。分组传送网络的生存性还直接影响业务建立的方式(1+1或1:1通道保护)，进而影响业务(如标记交换路径建立的阻塞率、资源的利用率、资源分配的协调)[4]。分组传送网络不同于同步数字体系(SDH)网络，其保护机制尚在研究中。PTN在性能上还有待提高，多种类型保护资源互补性小，造成阻塞率高。
分组传送网络的保护和恢复策略是目前影响业务性能、网络资源利用率、网络生存性的重要因素。随着对分组传送网络生存性要求的提高，对分组传送网络的保护和恢复策略的研究就显得更加重要。保护和恢复机制研究合理，由TDM向分组承载的平滑演进、网络融合和网络全业务化才有可能。
1 分组传送网络研究现状
面向分组传送网络主要有传送多协议标记交换(T-MPLS)[5]/多协议标记交换-流量工程(MPLS-TE)[6]、运营商骨干桥接/运营商骨干网传输(PBB/PBT)[7]，其生存性策略的研究已经受到业界的关注。国际上许多著名研究机构，如Alcatel[8]、Nortel[7]、Cisco[9]、Sycamore[10]、欧盟FP7[11]、美国Texas大学[12]、Stanford大学[13]、Bell Labs[14]等，都正致力于PTN的生存性机制的研究。中国厂商，如中兴通讯、华为、烽火等也对生存性策略进行了研究。
国际电信联盟电信标准部门(ITU-T)和因特网工程任务组(IETF)都提出了各自的需求。T-MPLS支持1＋1和1:1线性保护(G.8131)以及Wrapping和Steering环网保护[15](G.8132)。IETF倾向于采用多协议标记交换(MPLS)的快速重路由(FRR)[16]完成1:N线性和环网保护。
中国对分组传送网络的保护恢复技术处于讨论、研究的阶段。网络设备厂商重点研究电信级的保护倒换策略。
中国通信标准化协会(CCSA)前年成立了一个论坛专门讨论基于统一交换平面的传送设备，2010年将开始讨论T-MPLS保护机制。
总体来说研究重点主要是针对T-MPLS支持1＋1和1∶1线性保护能不能适应目前不同业务对保护恢复机制的不同需求。需要通过通道级、链路级保护，以及基于通用多协议标记交换(GMPLS)智能化软件来控制业务的快速选路、重选路，以达到多层次多等级的保护和恢复。
国际上，对基于分组网络的保护早已有之，例如W.Grover最早提出了用于IP网络的预配置环(P-cycle)的概念[17]。在故障发生前，预先配置好一组P-cycle，遍历所有被保护的节点和链路并预留资源，当故障发生时，按照预先设计好的环进行倒换动作。Robert Sultan在公开的专利中提出了一种基于服务器轨迹的消息通告机制，提高了在拥塞网络中业务的恢复可能[18]。Sycamore的Raymond Xie提出在EtherOptics体系结构分组传送网络中引入智能化的保护恢复机制[19-20]。
2 分组传送网络生存性存在的挑战
分组传送网络是近几年开展的研究项目。分组传送网络生存性还存在较多挑战，是电信级分组传送网络走向实用的重要环节。
(1)生存性评估和优化方法
分组传送网络生存性是网络中重点被关心的问题，对网络生存性的评估本身就是一个比较难以确定的问题，需要确定合理的指标。而对网络生存性的优化存在优化方法和优化技术的限制。由于目前人类认知能力不够和计算机计算能力的有限，使很多优化问题成为难题。人类还不知道最好的网络是什么。计算能力的有限使穷举之路走不通。分组传送网络生存性的优化只能借助于“遗传算法”、“贪婪算法”等找到一个比较好的解，合理解决分布式网络的生存性。
(2)分布式死锁和资源竞争解决方法
分组传送网络在快速标记交换路径(LSP)建立、1∶N保护中的抢建、快速LSP重选路等方面都不同程度遇到分布式死锁和资源竞争。目前常采用“鸵鸟算法”来解决，可以满足IP网络的要求，但性能达不到快速保护恢复的要求。分布式死锁这个问题没有得到彻底解决。死锁问题在计算机操作系统和网络中是最头疼的问题。在计算机操作系统理论中，Dijkstra提出了“银行家算法”，但实用性不强。在MPLS中，死锁问题不被重视，但在GMPLS中，Zafar Ali等开始重视死锁问题，并在IETF提出了该问题。目前该问题正在研究中。
(3)面向分组传送网络保护恢复部署的阻塞率
现有类SDH的保护机制已经开始被分组传送网络所采用，但在分布式选路的环境下，由于要建条件苛刻的保护通道，阻塞率非常高。为了解决该问题，必须提出条件宽松的保护和恢复机制，与传统严格保护机制互补，满足分组传送网络的特殊需要。
(4)OAM故障检测性能
OAM主要是通过周期性交互连通检测报文实现P2P的连通性状态检测，并辅以各种方法实现丢包率、延时、抖动的检测，实现环回、告警抑制、告警回告等。通过自动保护倒换(APS)协议来实现端对端(E2E)两条通道间的相互保护。而类SDH保护必须提供满足电信级50 ms保护的需求。OAM引擎完成通道故障检测报文周期不能超时太多，故障发生25 ms内检测到故障并触发倒换才能保证总倒换时间小于50 ms。所以OAM故障检测性能非常重要。
3 分组传送网络环保护和生存性机制解决方案
目前分组传送网络核心网以网状网结构为主，所以分组传送网络的环保护有别于类SDH的保护方式。本文介绍北京邮电大学在分组传送网环保护和生存性机制方面的一些研究成果。
(1)交迭段保护机制
本文通过对约束机制和交迭段保护机制的深入分析，将两者相结合并根据工作和保护路径分别采用动态链路权重调整，从而提出一种交迭段共享保护算法[21]。交迭段保护机制为整个工作路由提供了多个交迭的保护段，并给出了一种能够合理有效选择这些交迭保护段的方法。与以往保护算法相比，交迭段共享保护可提高网络连接的可靠性，而且还通过不同交迭保护段间资源的合理共享有效地提高网络资源的利用率。
段保护机制通过使用多个备份保护段来为整条端到端的工作路径提供保护。与通道保护相比，段保护方式的主要优点是缩小了恢复的范围。当一处链路或节点发生故障时，只有与之相对应的保护段被激活，因此缩短了恢复的时间。另外，段保护方式并不是为工作路径中的每条链路都提供一个保护段，因而它比起链路保护又具有更高的资源利用率。交迭段保护机制是按照工作路径中的每个工作段分别提供相交迭的备用保护段。某些工作链路受到多于一条的备份段的保护，从而在提高了网络生存性的同时，对于网络资源的分配也更加灵活可变。传统的非交迭段保护无法提供对段间节点的保护，而交迭段保护成功克服了这个缺点。由于相邻段之间的交迭，所以段间节点的故障不会导致工作和保护段同时失效。交迭和非交迭段保护如图1所示。
