CN101291176A - 一种光分布网络的故障检测方法、系统及装置 - Google Patents

一种光分布网络的故障检测方法、系统及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光分布网络的故障检测方法、系统及装置，该方法包括：分别检测OLT侧和ONU/ONT侧的上、下行信号的损耗；如果下行信号的损耗大于上行信号的损耗，则确定发生了光纤弯曲故障；如果上下行信号的损耗相等，则确定发生了连接器故障。该系统包括：设置在OLT侧的第一信号检测模块和设置在ONU/ONT侧的第二信号检测模块，用于分别检测两侧的上、下行信号的光功率；损耗计算模块，用于计算上、下行信号的损耗；故障分析模块，用于根据上、下行信号的损耗分析确定故障的类型和/或故障位置。本发明可以方便的检测出故障的类型和/或故障的位置，并且对光纤的布放没有特殊要求，适于在线、实时故障检测。

Description

一种光分布网络的故障检测方法、系统及装置
技术领域
本发明涉及一种通信网络的故障检测方法、系统及装置，尤其是一种对光分布网络中存在的故障的检测方法、系统及装置。
背景技术
目前，在接入网领域中，数字用户线路(Digital Subscriber Line，简称DSL)充分发展之余，光接入也蓬勃兴起，尤其是点到多点特征的光接入技术一无源光网络(Passive Optical Network，简称PON)再次受到关注。与点到点光接入相比，PON局端用一根光纤，即可分成数十路甚至更多路光纤连接用户，从而大大降低建网成本。目前，具有代表性的PON技术是吉比特无源光网络(Gigabit Passive Optical Network简称GPON)和以太网无源光网络(Ethernet Passive Optical Network，简称EPON)，其中GPON技术具有较高线路速率、维护管理功能完善等特点。
PON系统结构如图1所示，由三个部分组成：光线路终端(Optical LineTermination，简称OLT)、光分布网(Optical Distribution Network，简称ODN)和光网络单元(Optical Network Unit，简称ONU)/光网络终端(Optical Network Termination，简称ONT)。
OLT为PON系统提供网络侧接口，连接一个或多个ODN。ODN将OLT下行的数据分路传输到各个ONU，同时将多个ONU/ONT的上行数据汇总传输到OLT。ONU为PON系统提供用户侧接口，上行与ODN相连。如果ONU直接提供用户端口功能，如以太网用户端口，则称为ONT。
ODN一般分成四部分，无源光分路器(Splitter)、主干光纤(FeedFiber)A、分布光纤(Distribute Fiber)B和分路光纤(Drop Fiber)C，其中分布光纤和分路光纤可以统称为分支光纤。图1中是具有2级分光的ODN结构图，对只有一级分光的ODN只有主干光纤和分路光纤。
PON系统上行采用1310nm的波长，下行采用1490nm的波长。上、下行的光可以在同一根光纤中传输如图1所示，上、下行也可以分别采用一根光纤来传输。
在PON系统中，从OLT到ONU称为下行，反之为上行。下行数据采用广播的方式发送到各ONU的，而各ONU的上行数据发送由OLT分配发送区间，采用时分复用的方式发送给OLT。
在PON系统中，OLT与ONU/ONT是通过ODN连接，如果ODN出现故障，必然会影响整个PON系统的数据传输，ODN的故障主要由连接和过度弯曲引起。连接故障包括连接器松动，连接器光纤端面受污染等。
曾经有这样的统计结果：光纤入户(Fiber To The Home，简称FTTH)系统的故障有83％是发生在靠近用户的”第一公里”，光纤故障占37％。其中光纤故障中有70％以上是连接故障引起的，26％是由于光纤弯曲造成的过度衰减引起的。因此，随着PON网络的大量部署和运行，为了保证PON网络的正常运行，需要能够正确、快速识别和定位光纤故障。另外，由于PON网络靠近用户，光纤故障的识别和定位方案必须满足低成本的要求。光纤故障的特点是对光路的损耗增大，甚至完全中断。
光时域反射计(Optical Time Domain Reflectometer，简称OTDR)是测量光纤传输特性的测量仪器。OTDR提供了沿光纤长度分布的衰减细节，即探测、定位和测量光纤光缆链路上任何位置的故障(又称为事件)。所述的故障是指因光纤链路中因为熔接、连接器、转接头、跳线、弯曲或断裂等形成的缺陷，这种缺陷的光传输特性的变化可以被测量。在光纤通信网中，光纤传输链路的传输特性测试、故障定位都需要OTDR。
OTDR的工作方式类似雷达扫描，OTDR发送测试信号，然后根据光纤事件点反射回来的信号的强度和时间，确定故障点的类型和位置。如图2所示，OTDR一般设置在OLT侧。
通过光纤的链路监测可以能够自动的、持续的对光纤线路进行在线远程监测，可以定期维护PON网络的光纤线路，可以远程识别故障，实现对故障的快速反应，可以在高层网络受影响之前，实现底层的快速保护切换。
但是在PON网络点对多点拓扑结构中，OLT侧OTDR发出的测试信号，经各分支反射回来的信号是叠加在一起的，OTDR不能区分事件点所在的分支光纤，而如果从ONU侧解决故障点定位的成本又太高，且在线路损耗过大时，测试数据不能实时传到OLT侧。另外，由于PON网络对价格的敏感性，需要低成本的光纤网络故障识别方案。
现有技术中还提出了另一种方案，该方案是在每条分支光纤的末端加一个反射镜，用来反射测试波长。在布线的过程中，使每条分支光纤的长度不一样，这样每条分支光纤末端反射光的波形不会重叠。通过监测每条分支光纤末端反射光的波形来监测分支光纤。
该方案必须要求每条分支光纤长度不一样，才能根据每条支路的反射信号的位置确定支路状态。从而增加了布线的难度，而且只能判断断纤或性能严重劣化的缺陷，不能判断其他原因(如连接，弯曲，应力改变等)造成的缺陷。
PON网络光纤的OLT侧测试的困难在于多个分支光纤对OTDR发出的测试信号后向反射信号会叠加在一起，从而导致不能分辨出具体某条分支光纤的故障。如图3所示，其现有技术的另一方案，OTDR设置在ONU/ONT侧，从ONU/ONT侧监测PON网络光纤，每个ONU/ONT集成一个OTDR，每个ONU分时监测该ONU所在的分支光纤和主干光纤，测试的数据或结果通过上行通道上传给OLT。此方法很容易的定位出分支光纤或主干光纤的故障。但由于ONU/ONT数量众多，OTDR设备是非常昂贵，实现该方案的成本很高，在ONU侧部署并不现实。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种光分布网络的故障检测方法、系统及装置，可以以较低成本，方便的对光分布网络中的故障进行类型检测和/或故障位置检测。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种光分布网络的故障检测方法，包括如下步骤：
检测上行信号和下行信号的损耗；
当上行信号损耗和/或下行信号的损耗超出正常范围时，将上行信号损耗和下行信号的损耗进行比较，如果下行信号的损耗大于上行信号的损耗，则确定发生了光纤弯曲故障；如果上下行信号的损耗相等，则确定发生了连接器故障。
本发明实施例还提供了另一种光分布网络的故障检测方法，包括如下步骤：
检测上行信号和下行信号的损耗；
当检测到上行信号和/或下行信号的损耗超出正常范围时，对损耗进行进一步判断，如果光线路终端到所有的光网络单元/光网络终端的下行信号和/或上行信号的损耗都超出正常范围，则确定故障发生在主干段；
如果光线路终端到同一分布光纤连接的所有光网络单元/光网络终端的下行信号和/或上行信号的损耗都超出了正常范围，则确定故障发生在该分布光纤；
如果光线路终端到一个或数个光网络单元/光网络终端的下行信号和/或上行信号的损耗超出了正常范围，并且所述一个或数个光网络单元/光网络终端不是连接到同一分布光纤的所有光网络单元/光网络终端，则确定故障发生在与所述一个或数个光网络单元/光网络终端对应的分路段上。
本发明还提供了一种光分布网络的故障检测系统，包括：
第一信号检测模块，设置在光线路终端侧，用于检测光线路终端侧的上、下行信号的光功率；
第二信号检测模块，设置在光网络单元/光网络终端侧，用于检测光网络单元/光网络终端侧的上、下行信号的光功率；
损耗计算模块，与所述第一信号检测模块和第二信号检测模块连接，用于根据检测到的光功率计算上、下行信号的损耗；
故障分析模块，与所述损耗计算模块连接，用于根据上、下行信号的损耗确定故障的类型和/或故障位置。
本发明还提供了一种光分布网络的故障检测装置，包括：
信号检测模块，用于检测上、下行信号的光功率；
损耗计算模块，与所述信号检测模块连接，用于根据检测到的光功率计算上、下行信号的损耗；
故障分析模块，与所述损耗计算模块连接，用于根据上、下行信号的损耗确定故障的类型和/或故障位置。
由上述技术方案可知，本发明通过对上下行信号的损耗进行检测分析，可以方便的检测出故障的类型和/或故障的位置，并且对光纤的布放没有特殊要求，可以在线、实时的识别光纤弯曲、连接器故障等。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有技术的PON系统结构示意图；
图2为现有技术利用OTDR在OLT侧进行故障测试的示意图；
图3为现有技术利用OTDR在ONU/ONT侧进行故障测试的示意图；
图4为本发明实施例2的光分布网络的故障检测系统的结构示意图；
图5为本发明实施例3的光分布网络的故障检测装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
在OLT侧和ONU/ONT侧设置光功率计，分别检测OLT侧和ONU/ONT侧的上、下行信号的光功率；根据检测到的光功率分别计算上行信号和下行信号的损耗；对于任何光网络来说，信号发送端与信号的接收端之间都存在损耗，对于下行信号来说，OLT侧检测的下行信号的光功率大于ONU/ONT侧检测的下行信号的光功率，OLT侧和ONU/ONT侧检测到的下行信号的光功率之差，即为下行信号的损耗；对上行信号，ONU/ONT侧检测的上行信号的光功率大于OLT侧检测的上行信号的光功率，OLT侧和ONT/ONT侧检测到的上行信号的光功率之差，即为上行信号的损耗。由于在实际的PON系统中，一个OLT通过ODN连接多个ONU/ONT，在每一个ONU/ONT侧设置光功率计，这样便会获得多组上下行信号的损耗的检测数据，如果检测到的损耗数据或损耗变化量超出了正常的范围，则说明光网络发生了故障。通过对多组损耗数据的分析处理，可以得到光分布网络中的故障类型和/或故障位置的信息。
1)故障类型的检测：当光纤连接故障发生时(如端面受污染、连接器松动)，上、下行方向的(1310nm和1490)损耗变化是一致的。当光纤发生过度弯曲时，上、下行方向的(1310nm和1490nm)的损耗变化不一样，下行方向(1490nm)的损耗相对上行方向(1310nm)的衰减变化更大，即过度弯曲对波长长的光波的损耗比波长短的光波的损耗大。
PON网络布放后会测试每条链路的上、下行损耗，即测试OLT与每个ONU/ONT之间的光链路的上、下行损耗，该损耗作为PON网络的上、下行参考损耗。参考损耗还可以这样确定，当需要对PON网络的ODN的损耗重新进行校准时，测量ODN的上、下行损耗，以此作为参考损耗。PON网络运行后，实时测量ODN的上、下行损耗获得ODN的上、下行实时损耗，上、下行实时损耗与上、下行参考损耗之间的差值即为上、下行损耗变化量。
当光网络发生故障时，上行信号和/或下行信号的损耗将会超出正常范围，判断上下行信号的损耗是否超出正常范围可以通过两种方式：
方式1、根据事先测定的参考损耗，预先设定一个损耗阈值，如果实时测量的信号损耗超过该阈值，则认为信号损耗超出了正常范围。
方式2、根据事先测定的参考损耗，预先设定一个损耗变化量阈值，将实时测量的损耗减去参考损耗获得损耗变化量，如果信号损耗的变化量超过该阈值，则认为信号损耗超出了正常范围。
上行信号和下行信号的损耗程度的比较，可以通过实时检测的上下行信号损耗来直接进行比较，也可以通过上下行信号的损耗变化量来进行比较。
因此，当上行信号损耗和/或下行信号的损耗超出正常范围时，将上行信号损耗和下行信号的损耗进行比较，如果下行信号的损耗大于上行信号的损耗，则确定发生了光纤弯曲故障；如果上下行信号的损耗相等或上下行信号的损耗变化量相等，则确定发生了连接器故障。
所述的正常范围指ODN无故障时其对上、下行信号的损耗的变化范围。
2)故障位置的检测：如图1所示，ODN可被无源光分路器(Splitter)分成三部分，主干光纤(Feed Fiber)、分布光纤(Distribute Fiber)和分路光纤(Drop Fiber)，分路光纤再与ONU/ONT连接。由于这种分级结构的存在，当检测到上行信号和/或下行信号的损耗超出正常范围时，可以通过对检测到的多组损耗数据进行分析处理，根据ONU/ONT与分布光纤(Distribute Fiber)和分路光纤(Drop Fiber)的对应关系，来确定故障发生在主干光纤还是某段分布光纤或分路光纤，具体为：
如果OLT到所有的ONU/ONT的下行信号和/或上行信号的损耗都超出正常范围，则可以判断故障发生在主干段；
如果OLT到同一分布光纤连接的所有ONU/ONT的下行信号和/或上行信号的损耗都超出了正常范围，则确定故障发生在该分布光纤；
如果OLT到一个或数个ONU/ONT的下行信号和/或上行信号损耗超出了正常范围，并且所述一个或数个ONU/ONT不是连接到同一分布光纤的所有ONU/ONT，则确定故障发生在与所述一个或数个ONU/ONT对应的分路段上。
ONT/ONU与分支光纤的对应关系为：PON网络布放过程中或布放后，会记录ODN的拓扑结构及ODN所连接的所有的ONU/ONT与该ODN的关系即每个ONU/ONT所在的分布光纤和分路光纤(对两级分光的ODN)或每个ONU/ONT所在的分支光纤(对一级分光的ODN)。通过ONU/ONT的物理标识(如ONU/ONT的序列号(SN Serial Number)或媒体访问控制地址(MAC地址(Media AccessControl Address))或逻辑标识(如ONU/ONT的标识(ID)或LLID(逻辑链路标识))与ODN的拓扑进行关联。
对于上述的故障位置检测和故障类型检测是相互独立，在实际应用中可以结合在一起使用，可以首先通过故障类型的检测来确定故障的类型，进一步通过故障位置的检测来确定故障发生的具体位置；也可以首先通过故障位置的检测来确定故障发生的具体位置，再通过故障类型的检测来确定故障的类型。
上述的OLT侧和ONU/ONT侧不限于OLT设备和ONU/ONT设备，也可以是靠近OLT设备和/或ONU/ONT设备的光纤，也就是说，光功率计既可以与OLT设备和ONU/ONT设备一体设置，也可以在靠近OLT设备和ONU/ONT设备的光纤处设置检测点，在检测点分出的光路上，用光功率计对上、下行光信号的功率进行检测。
上述实施实例1中的光功率计也可以换成能测量光功率的其他仪器或设备。
实施例2
参见图4其为本发明实施例2的光分布网络的故障检测系统的结构示意图，该系统包括：
第一信号检测模块1，设置在OLT侧，用于在OLT侧检测上、下行信号的光功率；
第二信号检测模块2，设置在ONU/ONT侧，用于在ONU/ONT侧的检测上、下行信号的光功率；
所述的第一、第二信号检测模块能够检测1310nm和1490nm光信号的光功率。所述的第一、第二信号检测模块可以进一步包括1310nm光信号的光功率检测模块和1490nm光信号的光功率检测模块。
所述的第一信号检测模块和第二信号检测模块可以是光功率计。所述的信号检测模块可以与OLT设备和ONU/ONT设备一体设置，即在OLT和ONU/ONT设备中集成信号检测模块，集成的信号检测模块用于测量发送和/或接收的光功率，即上、下行波长的光功率。具体实现时，所述的信号检测模块可以集成在OLT和ONU/ONT设备的光收发器模块外部，还可以集成在光收发器内部或将所述的信号检测模块的一部分功能集成在光收发器内部，另一部分功能集成在收发器外部。另外，也可以在靠近OLT设备和ONU/ONT设备的光纤处设置检测点，在检测点分出的光路上，用信号检测模块对上、下行信号的光功率进行检测。
损耗计算模块3，与所述第一信号检测模块和第二信号检测模块连接，用于根据检测到的光功率计算上、下行信号的损耗；
故障分析模块4，与所述损耗计算模块连接，用于根据上、下行信号的损耗确定故障的类型和/或故障位置。
所述的损耗计算模块和故障分析模块，可以设置在OLT侧，也可以与所述的信号检测模块一起设置在OLT和ONU/ONT设备中。当所述的损耗计算模块和所述的故障分析模块与所述的第一信号检测模块集成在OLT设备中时，OLT和ONU/ONT集成的第一、第二信号检测模块检测上下行两个波长(1310/1490nm)的光功率，然后ONU/ONT设备通过ODN把所述的检测到的上行行两个波长的光功率传递给OLT设备中的所述损耗计算模块进行上、下行信号的损耗计算，然后再由所述的故障分析模块对上、下行信号的损耗进行分析处理，得出检测结果。
实施例3
参见图5，其为本发明实施例3的光分布网络的故障检测装置的结构示意图，该装置包括：
信号检测模块5，用于检测上、下行信号的光功率；
损耗计算模块6，与所述信号检测模块连接，用于根据检测到的光功率计算上、下行信号的损耗；
故障分析模块7，与所述损耗计算模块连接，用于根据上、下行信号的损耗确定故障的类型和/或故障位置。
通过本发明实施例提供的光分布网络的故障检测方法、系统及设备，可以方便的识别出光纤弯曲和连接器故障，并能迅速定位其所在的光纤段，尤其适合实时在线检测。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1、一种光分布网络的故障检测方法，其特征在于，包括：
检测上行信号和下行信号的损耗；
当上行信号损耗和/或下行信号的损耗超出正常范围时，将上行信号损耗和下行信号的损耗进行比较，如果下行信号的损耗大于上行信号的损耗，则确定发生了光纤弯曲故障；如果上下行信号的损耗相等，则确定发生了连接器故障。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测上行信号和下行信号的损耗的方法包括：
分别检测光线路终端侧和光网络单元/光网络终端侧的上、下行信号的光功率；
根据检测到的光功率分别计算上行信号和下行信号的损耗。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
如果所述光线路终端到所有的所述光网络单元/光网络终端的下行信号和/或上行信号损耗都超出正常范围，则确定故障发生在主干段；
如果所述光线路终端到同一分布光纤连接的所有所述光网络单元/光网络终端的下行信号和/或上行信号的损耗都超出了正常范围，则确定故障发生在该分布光纤；
如果所述光线路终端到一个或数个所述光网络单元/光网络终端的下行信号和/或上行信号损耗超出了正常范围，并且所述一个或数个光网络单元/光网络终端不是连接到同一分布光纤的所有光网络单元/光网络终端，则确定故障发生在与所述一个或数个光网络单元/光网络终端对应的分路段上。
4、一种光分布网络的故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
检测上行信号和下行信号的损耗；
当检测到上行信号和/或下行信号的损耗超出正常范围时，对损耗进行进一步判断，如果光线路终端到所有的光网络单元/光网络终端的下行信号和/或上行信号的损耗都超出正常范围，则确定故障发生在主干段；
如果光线路终端到同一分布光纤连接的所有光网络单元/光网络终端的下行信号和/或上行信号的损耗都超出了正常范围，则确定故障发生在该分布光纤；
如果光线路终端到一个或数个光网络单元/光网络终端的下行信号和/或上行信号的损耗超出了正常范围，并且所述一个或数个光网络单元/光网络终端不是连接到同一分布光纤的所有光网络单元/光网络终端，则确定故障发生在与所述一个或数个光网络单元/光网络终端对应的分路段上。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述检测上行信号和下行信号的损耗的操作具体为：
分别检测光线路终端侧和光网络单元/光网络终端侧下行信号的光功率；
根据检测到的光功率分别计算下行信号的损耗。
6、一种光分布网络的故障检测系统，其特征在于，包括：
第一信号检测模块，设置在光线路终端侧，用于检测光线路终端侧的上、下行信号的光功率；
第二信号检测模块，设置在光网络单元/光网络终端侧，用于检测光网络单元/光网络终端侧的上、下行信号的光功率；
损耗计算模块，与所述第一信号检测模块和第二信号检测模块连接，用于根据检测到的光功率计算上、下行信号的损耗；
故障分析模块，与所述损耗计算模块连接，用于根据上、下行信号的损耗确定故障的类型和/或故障位置。
7、根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述损耗计算模块和故障分析模块设置在光线路终端侧；所述第二信号检测模块通过光分布网与所述损耗计算模块进行通信，将所述光网络单元/光网络终端侧的上、下行信号的光功率发送给损耗计算模块。
8、根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述第一信号检测模块设置在光线路终端内部，与光线路终端中的收发模块一体设置或分离设置；
所述第二信号检测模块设置在光网络单元/光网络终端的内部，与光网络单元/光网络终端中的收发模块一体设置或分离设置。
9、一种光分布网络的故障检测装置，其特征在于，包括：
信号检测模块，用于检测上、下行信号的光功率；
损耗计算模块，与所述信号检测模块连接，用于根据检测到的光功率计算上、下行信号的损耗；
故障分析模块，与所述损耗计算模块连接，用于根据上、下行信号的损耗确定故障的类型和/或故障位置。
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