1 引言
通信网可靠性的研究始于20世纪60年代，并由于DARPA对ARPANET的投入而得到真正的关注。伴随着通信网的快速发展，通信网的可靠性也逐渐成为大家研究的热门课题。到目前为止，无论在通信网可靠性的定义还是在通信网可靠性研究方法和可靠性测度评估等方面都取得了大量成果。这些成果在通信网的设计、规划、运行、维护等各个环节得到了广泛的应用。
作为现代通信网络的基石，光纤通信网络的发展日新月异。随着光网络规模的不断扩大和技术的不断完善，光网络的可靠性和生存性也越来越多地为人重视，并取得一些理论性和应用性的研究成果。而ASON作为一种新型的智能光网络技术，作为下一代网络的重要发展方向，关于ASON的可靠性和生存性的研究也渐渐地开展起来，尤其在ASON的保护和恢复生存性策略方面的成果较为丰硕。
本文通过对近些年光网络可靠性研究的成果进行总结和分析，从而引出光网络可靠性的研究体系和研究方法。
2 通信网可靠性的相关知识
最早的可靠性定义是由美国AGREE在1957年的学术报告中提出的。1966年，美国的MIL-STD-721B给出了经典的可靠性定义，即“产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力”。它为世界各国的标准所引证，我国常用的可靠性定义也与此相同。目前，已有的通信网可靠性的定义多是基于经典可靠性定义的五要素，即产品、规定条件、规定时间、规定功能和概率，并根据不同的研究范围和适用情况进行扩展。目前通信网可靠性最为常见的定义是：“在人为或自然的破坏作用下，通信网在特定环境下和规定时间内，充分完成规定的通信功能的能力”。
通信网可靠性的研究方法与传统可靠性的研究方法类似，并具备一些自身的特点，现将主要的研究方法总结如下：
（1）基于可靠性测度的方法
可靠性测度就是对可靠性进行估计和测量，它是可靠性的定量表示，通信网可靠性测度就是对通信网可靠性的定量表示。
目前引用范围比较广的4种可靠性测度是网络的抗毁性、生存性、有效性和完成性。
（2）基于数学的方法
刘普寅等综述了5种典型的通信网可靠性数学研究方法，分别是布尔代数法、多项式法、模糊可靠性法、人工神经网络法和遗传算法。
（3）基于仿真的方法
网络仿真以其形象直观、统计便利、试验灵活的优势在通信网可靠性研究中发挥了巨大的作用。但是，随着网络规模的扩大，故障模式的增加，完成仿真过程的计算量也会急剧增加，重要性抽样法是解决该问题的可行技术。在基于仿真方法的可靠性研究中，如何减少计算量是重点问题之一。
（4）基于综合评估的方法
通信网可靠性的研究方法多种多样，其可靠性测度和指标也是不尽相同，将多种研究方法整合在一起，全面系统地解决通信网可靠性评价的综合评估方法成为了近几年可靠性研究的新热点。综合评估中的许多方法，如层次分析法、模糊综合评估、证据理论和灰色系统理论等已经在通信网可靠性统合评估中得到了较为广泛的应用。
3 光网络可靠性的研究
（1）光网络可靠性的研究现状
作为承载话音和数据等上层业务的通信基础网络，光纤通信网络在短短的十几年中得到了迅速发展。在经历了以点到点通信为主的SDH传送网和初步具有交换选路功能的光传送网之后，特别是近几年，在 IP 业务高速增长所产生的带宽需求以及波分复用技术所引入的新型带宽利用模式的双重驱动下，自动交换光网络 (ASON)应运而生。ASON可以定义为一种基于SDH传送网和光传送网，通过分布式或部分分布式控制平面自由实现配置连接管理的光网络。ASON方案直接在光纤网络上引入了以 IP为核心的智能控制技术，可以有效地支持连接的动态建立与拆除，基于流量工程按需合理分配网络资源，并能提供良好的网络保护/ 恢复性能。因此，ASON代表了光通信网络技术新的发展阶段和未来的演进方向。
近年来，伴随着光网络的飞速发展，光网络可靠性研究取得了不少成果。光纤总规范和军用长途光缆通信系统入网要求给出了一些光设备和光线路的的可靠性统计数据，统计认为光缆链路是造成光网络可靠性下降的主要因素。
（2）光网络可靠性研究中的一些问题
虽然光网络的可靠性研究在近些年取得了比较大的进展，然而其可靠性的研究仍存在不少问题，具体如下：
●光网络可靠性的研究方法缺乏系统性
随着光通信网规模和技术水平的不断发展，光通信网故障的影响面和影响深度也在扩大，传统的可靠性研究方法多注重系统局部细节的分析，在分析大规模复杂网络可靠性时表现出了极大的局限性。系统工程的方法是解决复杂系统的分析和评估的有效方法。该方法的基本思路是，首先对通信网的可靠性问题进行层次划分，得到通信网的多个子系统，这些子系统可以视为被细化了的可靠性子问题；采用可操作的方法对子问题进行具体研究；将各子问题的研究结果进行整合，得到整个系统的可靠性。
按照光网络的研究特点，本文认为可以把光网络可靠性研究进行层次划分，具体参见表1。
表1 光网络可靠性研究的层次划分
相比以往的通信网可靠性分层方法，上述分层主要作以下改进：
——本分层考虑到光网络多层拓扑的特殊性。智能光网络的网络拓扑可以分为传送平面的拓扑和控制平面的拓扑。控制平面的信令传送网络拓扑与传送平面网络拓扑结构可以不相同。一般来说，信令网的连通度更大，生存性要求更高。本方法使拓扑层的可靠性按照传送平面和控制平面分开进行研究。
——将路由层的可靠性扩展为控制层。相比传统的IP网络，光网络对控制的要求更为严格，ASON专门引入了新的控制平面。控制平面的智能与可靠，直接影响到光网络的路由选择和连接的建立，从而影响到整个通信网的业务性能和服务质量。ASON中控制平面的生存性机制也是网络生存性中重要的一部分。
——对网络管理和DCN网的可靠性进行了定位。随着网络的发展，网络管理的作用越来越重要。DCN则是负责实现控制信息和管理信令信息传送的信令网络。因此，光网络的可靠性也需要考虑网管平面中MCN和控制平面中SCN的可靠性。
当然，一个好的可靠性研究模型可以使通信网可靠性研究产生高速甚至跳跃性的发展。因此，未来光网络的可靠性研究应该多在算法、模型和统计学方法上进行创新。
●业务层的可靠性尤其是全网业务可靠性是未来研究的重点和难点
下一代网络是面向用户、面向业务的网络。因此，通信网的可靠性研究必须跨越图论阶段，与业务性能紧密地结合起来，基于业务的可靠性研究将成为以后研究重点。
业务的可靠性可以分为单项业务可靠性和全网业务可靠性。现通常使用网络有效性测度对通信网中业务的可靠性进行描述。网络的有效性是基于网络业务性能的一种可靠性测度，它指出了通信网在网络部件失效的条件下满足通信业务性能要求的程度。
目前的研究多为对SDH网络和单条业务的可靠性研究，对网络化的光通信网业务可靠性的研究成果还比较少。现给出对光网络全网业务可靠性进行评价的一种可行方法，即基于保障有效性的可靠性研究方法。方法如下：
首先将光传送网上传送的业务状态分为三个集合：正常工作状态集、影响状态集和中断状态集。其中：
——正常工作状态：光传送网上传送的业务所经过链路、节点均未受故障影响，源宿节点之间的业务可以正常提供。
——影响状态：光传送网上传送的业务经所过的链路或节点受故障影响，造成业务不能正常传输，但是由于采用了自动保护（恢复）策略，使得业务通过其它路由传到目的节点。
——中断状态：光传送网上传送的业务经过的链路或节点被毁，由于没有采用抗毁策略或采用了抗毁策略仍然不能恢复所传输的业务。
保障有效性评价方法的评价基础是故障对光传送网上传输业务的影响。对于全网业务的有效性，可以定义保障失效指数（GII）和保障影响指数（GAI）两个指标来进行评估。
由GII的定义可知，GII是评价网络中节点或链路失效后网络损失业务的带宽之和与全网传输的业务带宽之和的比值，该指标反应了由于网络故障造成的网络损失业务带宽占整个网络业务带宽的比值，从而体现了网络故障对网络可靠性的影响程度，是衡量故障造成可靠性能力下降大小的指标。
从GAI的定义可以看出，GAI是描述网络故障造成网络业务的传输路径改变，处于影响状态的网络业务对网络可靠性的影响大小。它是用于评价受影响业务对网络配置业务后已经提供的平均信息等效保障能力的影响程度，它主要通过评估故障对网络的潜在影响程度来对网络的保障效能进行测度。
为验证上述指标的有效性，利用Core Director仿真软件搭建某光传送网网络拓扑，具体业务配置和保护方式由于篇幅关系不予细说。
现依次使节点N1~N17失效，计算此时网络的GII和GAI。若GII和GAI值比较大，则代表该节点对网络性能的重要程度大。按照GII从大到小，在GII相同的情况下按照GAI从大到小进行排序，从而得出全网节点重要度排序。
利用本文算法所得到的节点重要性顺序与在同等网络模型下基于生成树数目准则的节点删除法的节点重要性排序有差别，本文认为节点N13和N14具有相同的重要性，主要是因为这2个节点在网络中都属于边缘节点，连通度相同。
本文的算法也可以用来比较不同节点数目之间节点的相对重要性，如节点N6和节点{N13，N14}相比，尽管在网络中有两个节点{N13，N14}失效，但其破坏程度仍然没有节点N6失效对网络的破坏程度严重，比文献12方法引入跳面节点的概念只能评价单个节点重要性的方法具有更好的扩展性和灵活性。另外，该方法可以很方便地推广到对网络节点组（组内节点可以不相邻、组内节点数也可以不相等）、链路（链路组）和子网重要性进行判断，具有很好的可扩展性。
4 结束语
本文通过对通信网的可靠性和光网络的可靠性的研究进展进行归纳，指出了光网络可靠性研究中存在的两个主要问题，并给出了一些可行性的建议。光网络的可靠性研究是一个具有重大实际意义而又十分复杂的课题，也是光网络甚至通信网发展过程中亟待研究的问题。相信在不久的将来，光网络的可靠性研究会有更大的进展。