Khả năng tồn tại của mạng đạt được bởi cơ chế bảo vệ và phục hồi, các cơ chế này làm giảm thời gian phục hồi và tăng hiệu quả tài nguyên hệ thống. Cơ chế phục hồi đưa ra để sửa lỗi với thời gian nhanh nhất và thường yêu cầu 100% dự phòng tài nguyên hệ thống bằng cách thiết lập trước các tài nguyên dự phòng để bảo vệ các tài nguyên chính đang hoạt động. Ví dụ, chuyển mạch bảo vệ tự động SONET (APS) được thiết kế để chuyển mạch lưu lượng từ tuyến đang hoạt động sang tuyến dự phòng trong khoảng thời gian nhỏ hơn 50 ms. Cơ chế phục hồi xác định tự động tài nguyên bảo vệ khi có lỗi xảy ra. Mặc dù cơ chế này khắc phục lỗi lâu hơn so với cơ chế bảo vệ, quá trình phục hồi không yêu cầu 100% dự phòng tài nguyên và do đó dẫn tới hiệu quả hơn trong việc tận dụng khả năng mạng.
Quá trình bảo vệ và phục hồi được thực hiện tại nhiều mức trong mô hình mạng. Tại mức đoạn (span level), bảo vệ và phục hồi có thể được sử dụng để bảo vệ một cặp của các nút kề cận chống lại lỗi tuyến hoặc lỗi kênh bằng cách chuyển mạch lưu lượng sang một tuyến hoặc kênh khác kết nối cùng hai nút. Tại mức phân đoạn (segment level), bảo vệ và phục hồi được sử
dụng để bảo vệ phân đoạn kết nối chống lại lỗi tuyến hoặc nút bằng cách chuyển lưu lượng đến một phân đoạn khác định tuyến quanh khu vực lỗi. Tại mức tuyến (path level), bảo vệ và phục hồi sử dụng để bảo vệ toàn bộ tuyến giữa nút nguồn và nút đích chống lại lỗi tuyến và nút bằng cách chuyển lưu lượng sang một tuyến khác gần khu vực xảy ra lỗi.
Tại mỗi mức bảo vệ và phục hồi, bảo vệ kênh, tuyến, phân đoạn hoặc đường dẫn yêu cầu không cùng chia sẻ tài nguyên về kênh, tuyến, phân đoạn hoặc đường dẫn đang hoạt động. Nhóm tuyến chia sẻ (SRLG) được định nghĩa để thể hiện một tập các tuyến cùng chia sẻ tài nguyên trong đó lỗi xảy ra có ảnh hưởng đến toàn bộ các tuyến trong tập. Các nhóm SRLG được ấn định đến các tuyến mạng, thông báo cơ sở dữ liệu trạng thái tuyến và được sử dụng để lựa chọn các đường không kết nối với độ tin cậy cao.
Khả năng để đáp ứng độ phục hồi mạng trong các mạng quang điện tử là điều rất quan trọng đối với việc triển khai. Mặt phẳng điều khiển cho các mạng như thế phải hỗ trợ 4 bước chức năng chính như sau:
Xác định lỗi. Cô lập lỗi. Thông báo lỗi. Giảm thiểu lỗi.
Xác định lỗi xử lý tại lớp gần nhất với nơi xảy ra lỗi, đối với mạng quang là lớp vật lý. Việc đo lường xác định lỗi đơn giản là xác định suy hao ánh sáng (LOL). Điều này đòi hỏi các thiết bị trong suốt mà không có sự chuyển đổi quang điện do yêu cầu tốc độ và tính đơn giản. Các phương pháp đánh giá quang khác là tỉ số tín hiệu quang trên tạp âm quang (OSNR), tốc độ lỗi bit quang đo được (BER), phân tán, nhiễu xuyên và suy hao.
Cô lập lỗi yêu cầu thông tin giữa các nút để xác định nơi xảy ra lỗi. Ví dụ, SONET sử dụng tín hiệu hiển thị cảnh báo (AIS) để xác định vị trí lỗi giữa các đoạn. Định vị lỗi trong mạng quang điện tử gặp khó khăn hơn trong các mạng truyền thống, đó là vì các kỹ thuật trong băng (in-band) như AIS
không được sử dụng giữa các thiết bị trong suốt. Do đó, các kỹ thuật ngoài băng (out-of-band) độc lập với mặt phẳng dữ liệu sử dụng.
Khi lỗi được xác định và cô lập, các nút liên quan đến lỗi sẽ thông báo lỗi và các thủ tục sửa lỗi được khởi tạo. Phụ thuộc vào phạm vi xảy ra lỗi và thủ tục giảm thiểu lỗi, quá trình thông báo lỗi có thể diễn ra như là kết quả phụ của thủ tục cô lập lỗi hoặc có thể yêu cầu một cơ chế riêng biệt. Ví dụ, nếu giảm thiểu lỗi được xử lý tại mức đoạn giữa hai nút, thì thủ tục định vị lỗi được thực hiện giữa hai nút này sẽ hoạt động như một cơ chế thông báo lỗi. Theo một cách khác, nếu giảm thiểu lỗi được xử lý tại mức tuyến giữa các nút đầu cuối, thì kết quả của thủ tục định vị lỗi được thực hiện giữa hai nút trung gian sẽ được truyền tải đến các nút đầu cuối cho mục đích giảm thiểu lỗi.
Thực hiện giảm thiểu lỗi bằng cách sử dụng cơ chế bảo vệ và phục hồi. Sự khác nhau cơ bản giữa bảo vệ và phục hồi là bảo vệ sử dụng các tài nguyên được thiết lập trước, trong khi các tài nguyên phục hồi được thiết lập sau khi lỗi xảy ra.
Tổng thời gian bảo vệ và phục hồi tpr được tính toán như sau:
tpr = tfd + tfi + tfn + tfm (4.1)
trong đó:
tfd là thời gian xác định lỗi
tfi là thời gian để cô lập hoặc định vị lỗi giữa các nút sử dụng giao thức LMP
tfm là thời gian giảm thiểu lỗi.
tfd bao gồm trễ truyền dẫn của quá trình truyền lỗi tới các nút kết nối với tuyến xảy ra lỗi, làm dừng hoạt động bộ khuyếch đại quang trên đường dẫn và thời gian xử lý tại các nút. Thời gian cô lập lỗi liên quan đến việc trao đổi bản tin và thời gian xử lý giữa hai nút kề cận (trong băng và ngoài băng) để định vị lỗi sau khi lỗi được xác định. Thời gian thông báo lỗi tfn bao gồm trễ nhận thông báo, trễ truyền dẫn và phụ thuộc vào mức độ nhu cầu lưu lượng. Thời gian giảm thiểu lỗi tfm phụ thuộc việc chuyển mạch các yêu cầu ảnh hưởng sang các đường dẫn được thiết lập trước. Ví dụ về cách hoạt động này khi quá trình phục hồi thực hiện tại nút nguồn được minh họa trong hình 4.1.