第二章 文獻探討
第三節 光網之保護及復原機制
光纖網路在傳送過程中也可能會遭遇到設備跳機，線路因施工斷裂或天災 等種種難以避免的問題。而如今一條光纖可負載上百百條的波長通道，因此當 一個網路元件發生故障時，將影響到數百條通道，使負載其上的大量資料將會 因此遺失，故就WDM 網路架構下的容錯(Fault Tolerance)機制也成為了新的議 題。
一、保護及復原機制
在探討容錯機制時可再細分成兩種議題，分別為錯誤的偵測(Fault Detection) 與回復機制(Fault Restoration)。錯誤偵測一般都是使用硬體來做偵測，因此當錯 誤發生時能夠快速偵測到，附近的節點幾乎會在第一時間得知錯誤發生，並且 進行自己內部的恢復機制恢復連線。而恢復機制則多數是使用演算法來執行，
由於當錯誤發生時，回復的路徑可以有很多種選擇，因而憑藉著演算法來決定 哪一條路進最可行，進而求出最佳的回復路徑來繞送。
Ramamurthy and Mukherjee (1999)、Huang, Sharma, Owens and Makam (2002)、Wu, Liu and Hung (2002)、Jonathan P. Lang, et al (2002)等學者提出單一 光鏈故障發生條件下，具有許多不同的存活方法，見圖5。將回復機制又可細分 為兩大類，保護機制(Protection Schemes)及復原機制(Restoration Schemes)，所謂 的保護機制是指連線建立的時候，立刻去尋找相對應的備用路徑，並在備用路 進上預留路徑資源，當工作路徑發生故障無法傳遞資料的時候，立即轉換到備 用路進上，已達到保護的效果。另一復原機制則是在主要工作路徑發生故障時，
才開始尋找其他的替代路徑，再將其切換至備用路徑上。
Protection Schemes
Dedicated Backup Shared Backup
Link Protection
Path Protection
Link Protection
Path Protection Preconfigured
Backup Route and Wavelength
Restoration Schemes
Link Restoration
Path Restoration Dynamic Discovery of Backup Route and Wavelength
圖
5
在單一光鏈路發生故障下仍具有存活能力的各種方式 參考文獻：Ramamurthy and Mukherjee , 1999, p745由圖 5 中，我們可以發現不論是保護或復原機制，又可以依照復原的方式 不同分為光鏈路(Link)與光路徑(Path)兩種復原方式。如圖 6 中 C-D 鏈路發生故 障，在光鏈路復原機制是在故障發生的鏈路上由該鏈路的端點(S)即 C，使用廣 播(broadcast)的方式(或從固有的 Routing Table 內查是否有其他路徑)，向附近的 節點詢問其他的替代路徑，並同時保留頻寬(波長) ，由故障鏈結的起始端(s)開 始一直尋找到該鏈結的終端(d)即 D，此時終端(d) 會回傳一個回覆訊息給起始 端(s)，同時要求進行切換設定，直到 s 端收到回覆訊息，再傳遞確認訊號給 d 端，並完成切換。
圖
6
鏈路與路徑尋找備用路徑表示圖光路徑復原方式，則是由故障鏈路之兩端(s,d)即 C,D，必須將故障訊息通傳 遞到各光徑的始點(S)和終點(D)，即圖 6 中的 A 和 F，當起始端收到故障通知 時，以後的處理方式則與鏈路復原相同，只是傳遞的端點由s 改為 S，d 改為 D。
上述兩種方式，若單以恢復時間來做比較，光路徑復原所需要的時間較大，
光鏈路恢復則將故障侷限於一個小區塊內，不需回傳到資料流的源頭，才能令 其改變傳遞路徑，可大大的減少復原的時間。但若以尋找到備用路進的效能來 說，光鏈路復原由於被侷促於狹小的範圍內，其能尋找到的備用路進是非常有 限的，甚至會捨棄掉許多較佳路徑，若再遇上波長不能轉換的情況下，必須尋 找相同波長的路徑，更加不易得找到備用路徑。相較之下，光路徑復原，是由 資料流的源頭開始尋找備用路進，所以尋找到較好的次佳路徑做為備用路徑的 機會相對大大提昇，而且不用限定僅能尋找相同波長的路徑，所以就復原的方 式，光路徑復原方式在效能上比光鏈路恢復要來得佳。
二、光鏈路及光路徑保護機制
所謂保護機制，是在光路徑建立的同時，就事先尋找好備用路徑，並把所 需要的資源預先保留下來，與復原機制中當故障發生時才去尋找備用路徑不 同。兩者相較之下，復原機制具有較好資源利用率，如圖 5 所示，保護機制在 備用路徑資源的使用上，粗略分成專用(Dedicated)與分享(Shared)。再往下細分 如同復原機制中可分光鏈路(Link)與光路徑(Path)的兩種保護方式。如圖 7 中所 示，有一光路徑需求由 A 到 D，若為光路徑的保護方式，則其備用路徑為 A-E-F-G-D，即由起點 A 到迄點 D 外除了原來的工作路徑外，再尋找另一條可 行的路徑當作被用路徑並保留資源下來。若為光鏈結的保護方式，則如圖 7 下 所示，可以很明顯的發現與光路徑的保護方式有所不同，最主要的差異在光鏈 結的保護方式，是針對每一個鏈結都去尋找一條備用路徑，如 A-D 鏈路就由 A-E-D 來保護之而 B-C 又有由 B-F-C 保護。此為單一光纖鏈路故障為前提下，
且滿足工作與被用路徑不重疊所使用的保護方式。
圖
7
保護機制的兩種方式現有的保護方案中，針對備用路徑資源安排的，主要可分為專用保護、共 享鏈路保護、共享路徑保護和共享子路徑保護(即保護工作路徑的備用路徑是否 與其他工作路徑做分享，其目的是想要更佳的善用資源)，其中對共享保護的研 究是最多的。而保護方式又可分為光鏈路與路徑兩個方向：
1.專用光鏈路保護方式(dedicated-link protection)
當光路徑建立的時候，在該條路徑上 所有的鏈路同時間建立備用路徑，工 作路徑與備用鏈路間不重疊，在備用鏈路上保留頻寬(波長)給工作路徑專用，當 工作鏈路發生錯誤的時候轉換到備用鏈路上。
2.專用光路徑保護方式(dedicated-path protection)
當光路徑建立的時候，其備用路徑也同時間被建立，工作路徑與備用路徑 間不重疊，在備用路徑上保留頻寬(波長)給工作路徑專用，當發生錯誤的時候轉 換到備用路徑上。
3.共享光鏈路保護方式(shared-link protection)
與專用的鏈路保護方式雷同，唯一不同點是在備用鏈路上因為考量到資源 有限網路頻寬用率的問題，在此考量下，建立了一條備用鏈路，同時保護多條 工作鏈路。
4.共享光路徑保護方式(shared-link protection)
如同共享光鏈路保護方式的概念，只是把保護鏈路變成路徑。
5.共享子路徑保護(shared-sub-path protection)
在考量共享風險鏈路組的情況下，把每條請求的工作路徑話分成若干條等 長且互不重疊的子路徑，並為每條子路徑各選擇兩條各自獨立的保護路徑。