一、概述
目前光网络中较为成熟的仍然是光波长交换网络（OWS），而光分组交换（OPS）和光突发交换（OBS）应用较少或尚处于研究之中，关键问题是目前尚无法实现光域中对光信号的透明时钟提取以及存储、转发等技术。虽然基于光纤的光纤延迟线（FDL）能部分实现光信号的存储，但是与电域中对分组进行存储、缓冲、排队等成熟技术相比，直接对光信号进行处理距离实用还有很大的距离。因此光层恢复机制和IP/MPLS层相比，仅有一些部分相似之处可以借鉴，如光网中也有类似MPLS中的链路和通道级别的保护。考虑到光层的特点，它与IP/MPLS又有着很大的区别。
1、光层中的保护机制
光层中的保护机制与IP/MPLS层中的保护机制有相似之处，如也有链路和通道级保护的区别。但是必须注意到，在MPLS保护机制中，备用LSP平时并不占用资源，而在光网络中，当某个波长通道被指配为备用通道时，其他业务即无法对其利用。
保护机制可以分为1＋1、M∶N、1∶N和1∶1等几种形式，其中1∶1和1∶N都是M∶N的特例。1＋1保护方式有时也称为并发选收保护方式。源节点将业务同时送入工作信道和保护信道，终端节点前有一选择开关，可以根据信号质量的好坏选择接收。正常工作时从工作信道接收信号，当工作信道出现故障时，保护选择开关切换至备用信道，转由备用信道接收信号。此种保护方式的切换时间很短，几乎不会对业务产生影响，但是缺点是要有100%的冗余。同时在实际的光纤线路中，若不采用异径保护方式即相异路由的话，可能会出现工作信道和备用信道同时被切断的情况(大多数情况下工作光纤和保护光纤都处于一根光缆内或同一条路由)。因此，1＋1保护方式一般多应用在业务量较大且较为稳定的节点间使用。
M∶N方式是指N 个工作信道共享M个备用信道，备用信道平时并不传送业务，只有当工作信道故障后才会将业务倒换至备用信道，相对于1＋1保护方式而言，此种方式对网络资源的利用率较高，图1-1给出了1＋1和1∶1保护的示意图。
图1-1：1＋1和1∶1保护机制
2、光层中的恢复机制
光层中的恢复机制尚不成熟，目前研究较多的是光路由和波长分配(RWA)。根据是否具有端到端的波长连续性可以将RWA分为端到端的波长通道恢复和虚波长通道恢复两种，两者最主要的区别是在OXC中是否具备光波长转换器(WC)。显然，具有WC的OXC能更好地处理节点处可能出现的波长冲突和拥塞的问题，目前已经有较多的措施可以实现灵活的全光波长变换。大多数的RWA算法的思路都是在Dijisktra算法上的改进，日本电信与日本国立情报研究所(NII)曾经的成果是可以依赖GMPLS协议在7s内实现路由的重新建立，但是这个数字距离电信级的QoS要求而言还存在着相当大的差距。ITU-T和IETF都在积极研究ASON和GMPLS的恢复机制。
二、多层恢复机制
在一个多层网络中，当其中的传输线路或者节点(包括光层的OXC/OADM和IP/MPLS层的路由器/LSR)出现故障时，两层各自的保护和恢复机制必然都会有所响应和动作，此时如果没有一个良好的机制加以协调和控制，必然会出现一些问题。
例如，在图2-0所示的网络中，当某两个OXC间的光纤线路中断时，光层的保护机制首先动作，可以在最短的时间内恢复业务，IP/MPLS层的恢复机制还未触发或尚未完成时故障可能已经被光层的恢复机制恢复。而当OXC节点本身出现问题时，光层本身的恢复机制无法实现故障恢复。例如图2-0中若OXC节点B出现故障，LSR节点b就被隔离，光层的恢复机制无法对b上的业务进行恢复。由此可见，仅仅依赖下层的保护和恢复机制是不完善的，而完全依赖上层的保护和恢复机制又会引起网络结构和协议体系的复杂性，降低故障恢复的效率。因此，采用多层恢复机制有望综合两者的优点。根据多层恢复机制之间的协调关系，可以分为自下而上、自上而下和混合3种形式。
图2-0：IP over WDM网络结构示意图
1、自下而上
自下而上机制的基本思想是首先在光层进行恢复，若光层无法恢复再转由上层即IP层进行处理，这种机制的最大优点是恢复时间短，例如采用类似SDH/SONET的保护机制或者WDM的保护机制，可以在很短的时间(小于50ms)内实现倒换，而且不牵涉到高层设备和协议的参与。自下而上恢复机制的最大缺点是当下层节点设备出现故障时会导致上层设备的隔离，也即可能出现下层无法恢复再转由上层处理，导致中断时间过长。另外一个缺点是恢复的颗粒度较粗，典型的，如对于IP光网络而言，目前只能针对某个波长进行恢复。
2、自上而下
自上而下机制的特点与自下而上机制恰好相反，其最大的优点是能够对高层的故障进行恢复，缺点是恢复所需的时间较长(可达数秒到数十秒)，同时需要较多的通信协议参与。
3、混合机制
混合机制的基本思路是将上述两种机制进行优化组合以便获得最佳的恢复方案。但是在具体实施过程中，针对网络故障的多样性和复杂性，如何确定一个优化的恢复策略需要仔细研究。已经有人提出多层网络中应尽力在最高层恢复；也有的文献中认为应该存在一定的顺序，例如可以采用计时器或者令牌信号加以控制和协调。
网络中出现故障的原因非常复杂，既有设备自身可靠性的因素，也有一些不可预测的外界因素，例如由于施工或自然灾害导致的光缆切断和节点设备瘫痪等。按照“最先发现，最先处理”的基本原则，由于光层对于光信号质量高度敏感，例如光纤切断会迅速通过告警指示信号(AIS)向其他节点告警，而WDM中光信噪比(OSNR)的劣化也可以迅速被确定，通过WDM系统中的光监控信道(OSC)更是可以对故障迅速定位，因此，IP over WDM网络多层恢复机制应在光层首先动作为宜。对于上述OXC节点故障这样的光层无法恢复的情况，采用某种类似计时器的机制较为现实。考察一个网径为27500km（TU-T假设的数字参考链路长度）的光网络，总计32个节点，光信号的传输延迟约为5ns/m，单个节点对保护倒换协议处理时间约需0.5ms，其总的传输延迟仍然可以满足50ms的CDT；另一种对于时间阈值的考虑可以参考ITU-T G.114对Voice over IP类业务的规定，其端到端的延迟为150 ms。因此多层恢复机制切换的计时器的时间范围为50 ms～150 ms，具体选择多大的值作为光层进行恢复的最长门限值，需要根据网络的范围具体考虑，超过此门限后，可以再由IP/MPLS层进行处理。下表2-3给出了几种多层恢复机制的比较。
表2-3：几种多层恢复机制的比较
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