1 引言
通信網可靠性的研究始于20世紀60年代，并由于DARPA對ARPANET的投入而得到真正的關注。伴隨著通信網的快速發(fā)展，通信網的可靠性也逐漸成為大家研究的熱門課題。到目前為止，無論在通信網可靠性的定義還是在通信網可靠性研究方法和可靠性測度評估等方面都取得了大量成果。這些成果在通信網的設計、規(guī)劃、運行、維護等各個環(huán)節(jié)得到了廣泛的應用。
作為現(xiàn)代通信網絡的基石，光纖通信網絡的發(fā)展日新月異。隨著光網絡規(guī)模的不斷擴大和技術的不斷完善，光網絡的可靠性和生存性也越來越多地為人重視，并取得一些理論性和應用性的研究成果。而ASON作為一種新型的智能光網絡技術，作為下一代網絡的重要發(fā)展方向，關于ASON的可靠性和生存性的研究也漸漸地開展起來，尤其在ASON的保護和恢復生存性策略方面的成果較為豐碩。
本文通過對近些年光網絡可靠性研究的成果進行總結和分析，從而引出光網絡可靠性的研究體系和研究方法。
2 通信網可靠性的相關知識
最早的可靠性定義是由美國AGREE在1957年的學術報告中提出的。1966年，美國的MIL-STD-721B給出了經典的可靠性定義，即“產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力”。它為世界各國的標準所引證，我國常用的可靠性定義也與此相同。目前，已有的通信網可靠性的定義多是基于經典可靠性定義的五要素，即產品、規(guī)定條件、規(guī)定時間、規(guī)定功能和概率，并根據不同的研究范圍和適用情況進行擴展。目前通信網可靠性最為常見的定義是：“在人為或自然的破壞作用下，通信網在特定環(huán)境下和規(guī)定時間內，充分完成規(guī)定的通信功能的能力”。
通信網可靠性的研究方法與傳統(tǒng)可靠性的研究方法類似，并具備一些自身的特點，現(xiàn)將主要的研究方法總結如下：
（1）基于可靠性測度的方法
可靠性測度就是對可靠性進行估計和測量，它是可靠性的定量表示，通信網可靠性測度就是對通信網可靠性的定量表示。
目前引用范圍比較廣的4種可靠性測度是網絡的抗毀性、生存性、有效性和完成性。
（2）基于數學的方法
劉普寅等綜述了5種典型的通信網可靠性數學研究方法，分別是布爾代數法、多項式法、模糊可靠性法、人工神經網絡法和遺傳算法。
（3）基于仿真的方法
網絡仿真以其形象直觀、統(tǒng)計便利、試驗靈活的優(yōu)勢在通信網可靠性研究中發(fā)揮了巨大的作用。但是，隨著網絡規(guī)模的擴大，故障模式的增加，完成仿真過程的計算量也會急劇增加，重要性抽樣法是解決該問題的可行技術。在基于仿真方法的可靠性研究中，如何減少計算量是重點問題之一。
（4）基于綜合評估的方法
通信網可靠性的研究方法多種多樣，其可靠性測度和指標也是不盡相同，將多種研究方法整合在一起，全面系統(tǒng)地解決通信網可靠性評價的綜合評估方法成為了近幾年可靠性研究的新熱點。綜合評估中的許多方法，如層次分析法、模糊綜合評估、證據理論和灰色系統(tǒng)理論等已經在通信網可靠性統(tǒng)合評估中得到了較為廣泛的應用。
3 光網絡可靠性的研究
（1）光網絡可靠性的研究現(xiàn)狀
作為承載話音和數據等上層業(yè)務的通信基礎網絡，光纖通信網絡在短短的十幾年中得到了迅速發(fā)展。在經歷了以點到點通信為主的SDH傳送網和初步具有交換選路功能的光傳送網之后，特別是近幾年，在 IP 業(yè)務高速增長所產生的帶寬需求以及波分復用技術所引入的新型帶寬利用模式的雙重驅動下，自動交換光網絡 (ASON)應運而生。ASON可以定義為一種基于SDH傳送網和光傳送網，通過分布式或部分分布式控制平面自由實現(xiàn)配置連接管理的光網絡。ASON方案直接在光纖網絡上引入了以 IP為核心的智能控制技術，可以有效地支持連接的動態(tài)建立與拆除，基于流量工程按需合理分配網絡資源，并能提供良好的網絡保護/ 恢復性能。因此，ASON代表了光通信網絡技術新的發(fā)展階段和未來的演進方向。
近年來，伴隨著光網絡的飛速發(fā)展，光網絡可靠性研究取得了不少成果。光纖總規(guī)范和軍用長途光纜通信系統(tǒng)入網要求給出了一些光設備和光線路的的可靠性統(tǒng)計數據，統(tǒng)計認為光纜鏈路是造成光網絡可靠性下降的主要因素。
（2）光網絡可靠性研究中的一些問題
雖然光網絡的可靠性研究在近些年取得了比較大的進展，然而其可靠性的研究仍存在不少問題，具體如下：
●光網絡可靠性的研究方法缺乏系統(tǒng)性
隨著光通信網規(guī)模和技術水平的不斷發(fā)展，光通信網故障的影響面和影響深度也在擴大，傳統(tǒng)的可靠性研究方法多注重系統(tǒng)局部細節(jié)的分析，在分析大規(guī)模復雜網絡可靠性時表現(xiàn)出了極大的局限性。系統(tǒng)工程的方法是解決復雜系統(tǒng)的分析和評估的有效方法。該方法的基本思路是，首先對通信網的可靠性問題進行層次劃分，得到通信網的多個子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)可以視為被細化了的可靠性子問題；采用可操作的方法對子問題進行具體研究；將各子問題的研究結果進行整合，得到整個系統(tǒng)的可靠性。
按照光網絡的研究特點，本文認為可以把光網絡可靠性研究進行層次劃分，具體參見表1。
表1 光網絡可靠性研究的層次劃分
相比以往的通信網可靠性分層方法，上述分層主要作以下改進：
——本分層考慮到光網絡多層拓撲的特殊性。智能光網絡的網絡拓撲可以分為傳送平面的拓撲和控制平面的拓撲。控制平面的信令傳送網絡拓撲與傳送平面網絡拓撲結構可以不相同。一般來說，信令網的連通度更大，生存性要求更高。本方法使拓撲層的可靠性按照傳送平面和控制平面分開進行研究。
——將路由層的可靠性擴展為控制層。相比傳統(tǒng)的IP網絡，光網絡對控制的要求更為嚴格，ASON專門引入了新的控制平面。控制平面的智能與可靠，直接影響到光網絡的路由選擇和連接的建立，從而影響到整個通信網的業(yè)務性能和服務質量。ASON中控制平面的生存性機制也是網絡生存性中重要的一部分。
——對網絡管理和DCN網的可靠性進行了定位。隨著網絡的發(fā)展，網絡管理的作用越來越重要。DCN則是負責實現(xiàn)控制信息和管理信令信息傳送的信令網絡。因此，光網絡的可靠性也需要考慮網管平面中MCN和控制平面中SCN的可靠性。
當然，一個好的可靠性研究模型可以使通信網可靠性研究產生高速甚至跳躍性的發(fā)展。因此，未來光網絡的可靠性研究應該多在算法、模型和統(tǒng)計學方法上進行創(chuàng)新。
●業(yè)務層的可靠性尤其是全網業(yè)務可靠性是未來研究的重點和難點
下一代網絡是面向用戶、面向業(yè)務的網絡。因此，通信網的可靠性研究必須跨越圖論階段，與業(yè)務性能緊密地結合起來，基于業(yè)務的可靠性研究將成為以后研究重點。
業(yè)務的可靠性可以分為單項業(yè)務可靠性和全網業(yè)務可靠性。現(xiàn)通常使用網絡有效性測度對通信網中業(yè)務的可靠性進行描述。網絡的有效性是基于網絡業(yè)務性能的一種可靠性測度，它指出了通信網在網絡部件失效的條件下滿足通信業(yè)務性能要求的程度。
目前的研究多為對SDH網絡和單條業(yè)務的可靠性研究，對網絡化的光通信網業(yè)務可靠性的研究成果還比較少。現(xiàn)給出對光網絡全網業(yè)務可靠性進行評價的一種可行方法，即基于保障有效性的可靠性研究方法。方法如下：
首先將光傳送網上傳送的業(yè)務狀態(tài)分為三個集合：正常工作狀態(tài)集、影響狀態(tài)集和中斷狀態(tài)集。其中：
——正常工作狀態(tài)：光傳送網上傳送的業(yè)務所經過鏈路、節(jié)點均未受故障影響，源宿節(jié)點之間的業(yè)務可以正常提供。
——影響狀態(tài)：光傳送網上傳送的業(yè)務經所過的鏈路或節(jié)點受故障影響，造成業(yè)務不能正常傳輸，但是由于采用了自動保護（恢復）策略，使得業(yè)務通過其它路由傳到目的節(jié)點。
——中斷狀態(tài)：光傳送網上傳送的業(yè)務經過的鏈路或節(jié)點被毀，由于沒有采用抗毀策略或采用了抗毀策略仍然不能恢復所傳輸的業(yè)務。
保障有效性評價方法的評價基礎是故障對光傳送網上傳輸業(yè)務的影響。對于全網業(yè)務的有效性，可以定義保障失效指數（GII）和保障影響指數（GAI）兩個指標來進行評估。
由GII的定義可知，GII是評價網絡中節(jié)點或鏈路失效后網絡損失業(yè)務的帶寬之和與全網傳輸的業(yè)務帶寬之和的比值，該指標反應了由于網絡故障造成的網絡損失業(yè)務帶寬占整個網絡業(yè)務帶寬的比值，從而體現(xiàn)了網絡故障對網絡可靠性的影響程度，是衡量故障造成可靠性能力下降大小的指標。
從GAI的定義可以看出，GAI是描述網絡故障造成網絡業(yè)務的傳輸路徑改變，處于影響狀態(tài)的網絡業(yè)務對網絡可靠性的影響大小。它是用于評價受影響業(yè)務對網絡配置業(yè)務后已經提供的平均信息等效保障能力的影響程度，它主要通過評估故障對網絡的潛在影響程度來對網絡的保障效能進行測度。
為驗證上述指標的有效性，利用Core Director仿真軟件搭建某光傳送網網絡拓撲，具體業(yè)務配置和保護方式由于篇幅關系不予細說。
現(xiàn)依次使節(jié)點N1~N17失效，計算此時網絡的GII和GAI。若GII和GAI值比較大，則代表該節(jié)點對網絡性能的重要程度大。按照GII從大到小，在GII相同的情況下按照GAI從大到小進行排序，從而得出全網節(jié)點重要度排序。
利用本文算法所得到的節(jié)點重要性順序與在同等網絡模型下基于生成樹數目準則的節(jié)點刪除法的節(jié)點重要性排序有差別，本文認為節(jié)點N13和N14具有相同的重要性，主要是因為這2個節(jié)點在網絡中都屬于邊緣節(jié)點，連通度相同。
本文的算法也可以用來比較不同節(jié)點數目之間節(jié)點的相對重要性，如節(jié)點N6和節(jié)點{N13，N14}相比，盡管在網絡中有兩個節(jié)點{N13，N14}失效，但其破壞程度仍然沒有節(jié)點N6失效對網絡的破壞程度嚴重，比文獻12方法引入跳面節(jié)點的概念只能評價單個節(jié)點重要性的方法具有更好的擴展性和靈活性。另外，該方法可以很方便地推廣到對網絡節(jié)點組（組內節(jié)點可以不相鄰、組內節(jié)點數也可以不相等）、鏈路（鏈路組）和子網重要性進行判斷，具有很好的可擴展性。
4 結束語
本文通過對通信網的可靠性和光網絡的可靠性的研究進展進行歸納，指出了光網絡可靠性研究中存在的兩個主要問題，并給出了一些可行性的建議。光網絡的可靠性研究是一個具有重大實際意義而又十分復雜的課題，也是光網絡甚至通信網發(fā)展過程中亟待研究的問題。相信在不久的將來，光網絡的可靠性研究會有更大的進展。