CN103782149B - Pon系统中的otdr轨迹分析 - Google Patents

Abstract

提供一种使用光时域反射计OTDR对无源光网络中执行故障分析的方法和装置，该无源光网络包括光网络终端。将OTDR测量信号引入具有比率2∶N_root的多级分路器中。连接到多级分路器的至少一个分出链路包括具有比率1∶N_branch的一个或多个子分路器，基于OTDR测量信号确定新事件的位置，通过分析与根据从多级分路器到子分路器距离的子分路器有关的OTDR测量数据来实现。对给定的位置计算故障的量值，通过从参考OTDR测量中减去从新OTDR测量获得的事件量值，并且考虑连接到参考测量和新测量中的最后分路器级和子分路器的分出链路的数量，从而使能够确定故障地点的位置和严重程度。

Description

PON系统中的OTDR轨迹分析

技术领域

本发明一般涉及在无源光网络PON中执行故障分析的装置，方法和系统。本发明特别涉及在包括子分路器的PON装置中执行故障分析的装置和方法。

背景技术

无源光网络PON是从中心局CO到各驻地(premise)采用了光纤电缆的点对多点的网络架构。它采用无动力的分光器以使得单个光纤服务于多个驻地。PON包括在服务提供商的CO处的光线路终端OLT。它包括在最终用户附近的多个光网络终端ONT。与点对点的架构相比，PON配置减少了所需光纤和CO设备的数量。PON是一种光纤接入网络的形式。

为了管理和监视PON的性能，可以使用光时域反射计OTDR。在国际电信联盟电信标准化部(ITU-T)的推荐标准L-25，L-40，L-42以及L-53中进一步地描述了使用OTDR对PON的管理和监视。简要的介绍，OTDR装置向光纤中注入一系列的光脉冲。该光脉冲系列，也被称为OTDR信号，沿着网络朝向ONT行进。部分OTDR信号被反射回OTDR装置。后向反射或背散射的OTDR信号可用于估计光纤的长度以及总衰减，包括例如分路器损耗的损耗。背散射的OTDR信号也可用于定位故障，例如断裂，及用于测量光回程损耗。

然而，散射回OTDR的用于测量的光量非常小，大约是测试脉冲中光功率的百万分之一。由于这么少的光返回到OTDR用于分析，OTDR接收器电路必须非常灵敏。这意味着大的反射，其可以是发出信号的百分之一，将使接收器饱和或过载。

OTDR测量的另一个难点在于来自分路器与ONT之间光纤的背散射光将被汇总，通过分路器传回并且再一次被衰减，使得很难获得在分路器和ONT之间一个或多个光纤中可能的故障的量值。

为了定制和使PON的布局适应最终用户的需求，目前出现了很多更先进的架构。例如树形结构，可以通过向分出链路(drop link)增加子分路器而获得。通常，子分路器将分出链路划分为包含两个或多个分出链路分支的树，即从子分路器到ONT的分出链路。由此，可增加更多的分出链路。然而，增加子分路器使得更难以获得PON中故障的位置和量值。

上述困难的结果是，当对在分路器或子分路器之后背散射OTDR信号进行读取或分析时，将出现错误的判断，该背散射OTDR信号也被称作是轨迹。即使检测到的故障是在分路器之后，即分路器与ONT之间，也不可能确定受到影响的是哪个分出链路或子分路器，即分路器与子分路器/ONT之间的哪段光纤，因为接收到的背散射信号是从所有分出链路返回到分路器的功率的叠加。

发明内容

本发明的目的是至少解决上面所概括的一些局限，难题和问题。目的还在于改善无源光网络PON中执行故障分析的过程。通过使用附加独立权利要求所限定的方法和装置则能获得这些目的及其它的目的。

根据第一个方面，提供了一种由PON中装置所执行的执行故障分析的过程。PON包括至少一个光网络终端ONT，并且通过使用光时域反射计OTDR来执行故障分析。触发新的OTDR测量，并且之后将来自OTDR测量的结果与参考测量相比较，该参考测量已经在先完成以指示PON的初始状态。PON包括ONT，意味着ONT连接到PON。将OTDR测量信号插入到多级分路器的最后分路器级之前的多级分路器中。最后分路器级的比率是2∶N_root，且被连接到多级分路器的至少一个分出链路也包括具有分路器比1∶N_branch的至少一个子分路器。

基于OTDR测量信号，通过对以预定义序列连接到最后分路器级的子分路器相关的OTDR测量数据进行分析，可以确定一个或多个新事件的位置。通过从参考OTDR测量中减去从新OTDR测量所获得的事件量值，并考虑连接到最后分路器级和/或子分路器的分出链路的数目，对于一给定位置，计算故障的量值，从而使能够确定故障位置的方位和严重程度。

根据另一方面，提供一种适于通过使用OTDR在PON中执行故障分析的客户端单元。该客户端单元包括接口单元和处理单元。该处理单元适于触发新的OTDR测量。在先参考测量已经被完成来指示PON的初始状态。处理单元进一步适于经由接口单元将OTDR测量信号插入至多级分路器的最后分路器级之前的多级分路器中。最后分路器级的比率是2∶N_root。一个或多个分出链路被连接到多级分路器。该分出链路包括具有比率1∶N_branch的一个或多个子分路器。

处理单元进一步适于，基于OTDR测量信号，通过对以预定义序列连接到最后分路器级的子分路器相关的OTDR测量数据进行分析，来确定一个或多个新事件的位置。处理单元进一步适于，通过从参考OTDR测量中减去从新OTDR测量所获得的事件量值，并考虑连接到最后分路器级和连接到参考测量及新测量中的至少一个子分路器的分出链路的数目，对给定位置的故障量值进行计算，从而使能够确定故障位置的方位和严重程度。

上述方法和装置能够改善包含子分路器的PON架构中的光网络管理和故障分析。由于高的共用因子，即可由一个故障定位服务多个ONT，该方法和装置也有助于成本效率合算的解决方案。该方法和装置同样可以提供具有高的精确度和故障检测灵敏度的解决方案。

上述方法和装置可根据不同的实施例进行配置和实施。一个示例实施例中，OTDR测量数据与布置为将第一子分路器连接至ONT或第二子分路器之一的光纤链路相关联。

根据一个示例实施例，预定义序列是基于ONT与最后分路器级之间串行连接的子分路器的数量。

根据另一个示例实施例，通过对具有仅连接到ONT的分出链路的子分路器相关的OTDR测量进行分析，来确定要开始的预定义序列。

根据另一个示例实施例，周期性地查询连接到PON的ONT关于它们所接收到的光功率。

根据另一个示例实施例，根据需要查询连接到PON的ONT关于它们所接收到的光功率。

根据另一个示例实施例，在参考OTDR测量中的总损耗TLref表示为：其中N是多级分路器的最后分路器级的分出链路的数量N_root，或者其中N是子分路器的分出链路的数量N_branch，J是事件的数量，以及，M或者是多级分路器的最后分路器级的未被连接的分出链路的数量，或者是子分路器的未被连接的分出链路的数量。

根据一个示例实施例，在新的OTDR测量中的总损耗TLnew表示为：其中N是多级分路器的最后分路器级的分出链路的数量N_root，或者其中N是子分路器的分出链路的数量N_branch，J是事件的数量，以及，M或者是多级分路器的最后分路器级的未被连接的分出链路的数量，或者是子分路器的未被连接的分出链路的数量。

根据另一个示例实施例，参考OTDR测量中的总损耗与新的OTDR测量中的总损耗之间的差值ΔTL表示为：

根据另一个可能的示例实施例，从一个ONT接收警报，并且新事件位置的数量是一个，并且在参考测量中没有检测到事件，其中所有分支均连接至OTDR参考测量中的分路器以及连接到新OTDR测量中，其中处理单元适于利用下式计算故障的量值α：

根据一个示例实施例，从一个ONT接收警报，并且新事件位置的数量是j，j＞1，并且在参考测量中没有检测到事件，利用下式计算第一ONT中的故障的量值α：

根据另一个示例实施例，从n个ONT接收警报，n＞1，并且新事件位置的数量是一个，并且在参考测量中没有检测到事件，其中处理单元适于利用下式计算第一ONT中的故障量值α：

根据一个示例实施例，为具有分路器比1∶N的第一子分路器计算α，至少一个第二子分路器被连接至第一子分路器的分支，并且其中计算对应于第一子分路器的具有α_n，j的第一矩阵，其中j是位置，n是笫一子分路器的分支，并且其中第二子分路器的位置被在对应于第二子分路器多个分支的第二矩阵中计算的α取代。

根据一个示例实施例，一种包含计算机可读部件的计算机程序，当在一个或多个处理单元中运行时，使得客户端单元执行上述方法实施例的动作。

附图说明

现在，将参考附图通过典型实施例的方式更加详细的介绍本发明，其中：

图1a是根据一个示例实施例的PON的示意图。

图1b是根据一个示例实施例的具有分出链路中布置的子分路器的PON的示意图。

图2是根据一个示例实施例，所示在OTDR分析中作为距离函数的信号衰减曲线图。

图3是根据一个示例实施例，表示确定故障的位置和严重程度过程的流程图。

图4是根据一个示例实施例的具有串联布置的第一和第二子分路器的分出链路。

图5是根据一个示例实施例的对应于图4中第一和第二子分路器的第一和第二事件矩阵。

图6a是根据一个示例实施例的具有分出链路中布置的子分路器的PON的示意图。

图6b是根据一个示例实施例的具有分出链路中布置的子分路器的最后分路器级的示意图。

图7表示根据一个示例实施例的在高级的PON架构中计算总损耗的过程的流程图。

图8是根据一个示例实施例的确定故障的位置和严重程度的过程的流程图。

图9是根据一个示例实施例的事件矩阵。

图10是根据一个示例实施例的包含适于确定故障的位置和严重程度的客户端单元的光纤设备管理器装置。

图11是根据一个示例实施例的确定PON中故障的位置和严重程度的装置。

图12是根据一个示例实施例的描述所需监视端口数量和最小可检测事件量值之间关系的成本效率机制的曲线图。

具体实施方式

简要的来说，提供了一种用于监视和管理无源光网络的方法和客户端单元。PON的监视和管理包括分析在远程节点的分路器和连接到该分路器的子分路器以及ONT之间的至少一根光纤(也被称作分出链路)中新检测到的事件。

参考图1，展示了简单的PON架构的示意图。图1是PON的方框图，该PON包含具有光纤线路终端OLT101和OTDR装置102的中心局100。该PON还包含具有过滤器111，开关112和分路器113的远程节点110。该OLT101通过过滤器111连接到分路器113。OTDR装置102连接到开关112，其转而适于将来自OTDR装置102的OTDR信号插入到分路器113。分路器113在示例实施例中是多级分路器。图1示出的实施例中，分路器是包含1∶N1的第一分路器级以及2∶N2的第二分路器级的两级分路器，因而具有分支的总数是NT，其等于N1*N2。在图1中，ONT120a-n的数量等于N1*N2。从分路器113到各自的ONT120的光纤叫做分出链路130。在图1中，分路器113的所有分支被连接到分出链路130。应该注意的是，分出链路并不是必须要连接到所有的分支。

另外，OTDR装置102被连接到开关112，其适于在分路器113的第一级分路器级和第二分路器级之间插入OTDR信号。通过在第一分路器级之后且在第二分路器级之前插入OTDR信号，可降低因分路器113引起的衰减，因为每一分路器级都与某些衰减或损耗相关联。

OTDR监视和管理通常与提供可测参数的光收发器监视OTM结合在一起，该可测参数例如是在OLT和ONT处的传送/接收功率。该参数通过集中控制单元(未示出)从ONT进行收集，该集中控制单元还控制OTDR装置和光开关。

结合了OTDR和OTM的技术还能够测量与各种性能相关的参数，例如传送和接收光功率级，离散和累积损耗以及反射率。对这些参数的分析能给出发生在OLT和ONT之间任何可能的故障的全貌。

参考图1b，描述了具有更复杂架构的PON。图1b中的PON包括与图1a中远程节点相对应的远程节点130。该远程节点130包括分路器133，类似于图1a中的分路器，其具有一个或多个所连接的分出链路。然而，在该实施例中，分出链路包括一个或多个子分路器134。

在本说明书中，术语“子分路器”意思是，具有一个，两个或多个分支以及与连接到远程节点130中分路器113的光纤相连接的一个输入端口的一子分路器。因此，子分路器具有定义为比率1∶N_branch的分路器比，其中N_branch是可能将分出链路连接到子分路器的输出端口的数量。因此，参考图1b所述的架构中，连接到分路器133的可能的ONT的数量取决于子分路器的数量以及每个子分路器的N_branch。

了解了上述结构，现在将介绍事件检测和故障严重性的计算。在下文中，事件是被OTDR测量所检测到的，而故障是从事件中计算出来的。实施上述关于图1a中所述架构的OTDR测量和分析，需要高级的分析和计算。然而如图1b所示，通过在分出链路中引入子分路器将增大复杂程度。

现在将介绍OTDR测量功能的典型应用。最后分路器级的比率是2∶N_root，其中第一输入来自前一分路器级且第二输入是监视端口。仅仅作为示例，多级分路器具有两个分路器级，其中第一分路器级是1∶4，而第二分路器级是2∶8。这导致分路器具有的总比率是1∶32，其中第二分路器级有四个监视端口。

如果进入的信号是OTDR测量信号，则其被插入到最后分路器级的监视端口。输入的OTDR信号从监视输入端口通过分路器传播并到达分路器输出端口。更进一步，信号沿着光纤分出链路传播。由于瑞利背散射现象，每个信号的一部分发生背散射。被返回的信号的功率级与分路器输出端口处的初始功率P-in/N成比例。该比例程度由每千米的光纤衰减和背散射系数决定。接着，从所有分路器输出端口返回的信号又经过分路器传输，并且它们所有的叠加被发送到监视器端口，该端口目前用作监视器输出端口。在监视器端口处的总输出功率为因此，由OTDR检测到的在分路器中的损耗可如下计算：

可以看出，OTDR测量考虑了当信号通过分路器沿分出链路向上传播和向下传播时信号所经历的两次损耗。根据这个事实，对数前面的因数是“5”而不是“10”。

如果所有的分路器输出端口均连接到分出链路，分路器输出端口在本说明书上面和下面中指的是分支，则OTDR将“看到”分路器实际损耗的一半，例如，理想的1∶8分路器在OTDR轨迹或背散射OTDR信号上将呈现4.5dB的损耗，而不是9dB。然而，连接到分路器输出端口的光纤分出链路越少，背散射到OTDR的功率也越低。这意味着所测量的分路器损耗不同于所连接的分出链路数量的函数。如果N分支中的M分支是未连接的，则在分路器中OTDR记录的损耗是：

分路器中的损耗随着M的增大而增大。如果仅有一个分出链路连接到分路器的输出端口，则M＝N-1。那么所测量的分路器损耗是其表示分路器的实际损耗。

基于上述方法，可构造用于取回发生在分路器之后的新事件(故障)量值的一般等式。

参考图2，描述了图1a-b的PON中OTDR测量的简化示例说明。图2示出从OTDR装置102沿着PON的衰减。应该指出，图2是简化的示例，并没有示出因开关产生的任何可能的衰减。图2显示OTDR信号持续不断的衰减直到其到达分路器113，133。分路器113，133与某些即时衰减相关联，在图2中由直线201示出。因此，分路器的位置可基于当OTDR信号进入分路器时发生的即时下降而确定。之后，随着OTDR信号沿着分出链路朝向ONT传播，其又会持续不断的衰减。在以直线202表示的位置处，OTDR信号进入子分路器并随后继续朝向ONT，由直线204表示。作为示例，事件在位置203发生，该位置被认为是衰减急剧下降。在由直线204示出的参考值与直线205上的实际读数之间的差值可被用于确定事件的严重程度以及与OTDR装置的距离。然而，由于事件发生在OTDR信号已经到达子分路器之后，很难确定哪个分出链路受到了影响。

因此，通过从图2所示的OTDR测量中读取结果，检测在位置j处的事件是可能的，即使不是不可能的，但是确定事件的严重程度以及决定是否有必要实际采取措施修理光纤分出链路或采取任何其他措施也是非常困难的，其他措施例如移除光纤分出链路或子分路器。由事件检测到的实际故障的量值越大，位置j处事件的严重程度也越大。

因此，参考图3至6b，将描述一种确定事件位置和严重程度的流程。在包括连接到ONT和远程节点中的分路器之间的一个或多个子分路器的高级架构中实施对位置和严重程度的确定。

参考图3，将描述一种在如参考上面图2所述的PON中执行故障分析的方法。第一动作301中，触发新的OTDR测量。OTDR测量可基于命令或周期性地被触发，或者基于来自ONT的状态报告，或者基于来自CO的指令。在任何情况下，为了执行已触发的OTDR测量的分析，在触发该OTDR测量之前先执行参考测量。参考测量表示PON在其初始状态时的某一位置的衰减。

动作302显示，将OTDR测量信号插入到多级分路器中的最后分路器级之前。与上述通常具有分路器比率1∶N_branch的子分路器相比，最后分路器级在这里指的是具有2∶N_root的比率。OTDR信号因此进一步传输进入连接到多级分路器的一个或多个分出链路，又进一步传输进入分出链路，并且进一步被包括在分出链路中的一个或多个子分路器进行分路。

接着，基于OTDR测量信号确定一个或几个事件位置。如动作303所示，这可通过分析预定义序列中的子分路器相关的OTDR测量数据来完成。根据一个示例，序列对连接到最后分路器级的每一个分支都是单独的，基于上游光信号需要传输经过最大数量的子分路器以到达最后分路器级的分出链路开始。换种说法，在该实施例中，预定义序列是基于在ONT和所述最后分路器级之间串行连接的子分路器的数目。在一个实施例中，可通过分析与具有仅仅连接到ONT而不连接到任何其它子分路器(即嵌套结构中最低级的子分路器)的分出链路的子分路器相关的OTDR测量数据来确定要开始的预定义序列。

接着在最后动作304中，通过从参考OTDR测量中减去从新OTDR测量所获得的事件量值，并考虑参考测量和新测量中连接到最后分路器级和子分路器的分出链路的数量，计算给定位置处的故障量值。从而在包括子分路器的PON中确定事件的位置和严重程度，子分路器与远程节点中分路器的最后分路器级相连接。上述过程的动作的可能的示例将在下文中与图4和图5中的示例一起进行更详尽的说明。

根据一个可能的实施例，通过接收来自于包含在PON中的至少一个ONT的故障警报或OTM测量报告，来触发OTDR测量信号的插入。在示例中，该方法还包括周期性地查询连接到PON的ONT关于它们接收的光功率。

在这个示例中，通过周期性地查询PON中包括的ONT关于它们接收的光功率，可快速检测到它们所接收到的光功率的任何变化。这使得对接收到光功率的任何突然下降能够进行迅速检测。

查询包括发送关于在ONT处接收到的光功率的信息请求。

在另一个示例中，该方法还包括根据需要查询连接到PON的ONT关于它们所接收到的光功率。

在这个示例中，仅通过按需查询ONT可以节省资源。当一接收到来自ONT的警报时就可手动或自动地触发按需请求，警报指示接收到低的光功率。

在上述参考图3的方法中，在动作301中使用参考测量。根据一个可能的实施例，在参考OTDR测量中的总损耗TLref表示为：

上述表示用于表示从最后分路器级“看到的”或从子分路器“看到的”参考OTDR测量。在最后分路器级的情形中，N是表示为N_root的最后分路器级的分出链路的数量。然而，如果为子分路器确定TLref，那么N是子分路器的分出链路的数量N_branch。在上面的等式中，J是事件的数量且M是多级分路器的最后分路器级的未连接的分出链路的数量。如果为子分路器确定TLref，那么j是子分路器的未连接的分出链路的数量。α_n，j是线性因子，其描述在第j个位置处的第n条光纤中信号所经历的损耗，即在表示分出链路的距离处。因而在上述等式中，αREF_n，j表示在第j个位置处的第n条光纤的参考损耗。

如上面关于附图1a-b所述，将分出链路连接到所有分支并不是必须的。换句话说，多级分路器和/或子分路器可以支持比目前与其连接的数量更多的ONT。然而，未连接的分支的数量将影响总的损耗。

因此，通过使用上述的等式(3)，可以创建参考OTDR测量。通常当PON处于正常功能的受控状态时，该参考OTDR测量被创建。例如在维修期间或在部署期间。作为OTDR测量的主题的PON结构，通常为PON的维护者所熟知。因此，通常可以知道连接到哪些分支以及哪里的分出链路包括子分路器。

如果已经触发新的OTDR测量。那么根据一个可能的实施例，在新的OTDR测量中的总损耗TLnew可表示为：

仍然在上述用于确定TLnew的等式中，N是表示为N_root的多级分路器的最后分路器级的分出链路的数量。然而，如果为子分路器确定TLnew，那么N是子分路器的分出链路的数量N_branch。在上面的等式中，J是事件的数量且M是多级分路器的最后分路器级的未连接的分出链路的数量。如果对子分路器确定TLnew，那么j是子分路器未连接的分出链路的数量。

同样，将分出链路连接到最后分路器级的所有分支或子分路器并不是必须的。然而，未连接的分支的数量将影响总的损耗。也可以从上面的等式中看出，在新的OTDR测量中未连接的分支的数量不需要和参考测量中未连接分支的数量相同。

当比较参考OTDR测量TLref与触发的OTDR测量TLnew时，将计算上述二者之间的差值。根据另一可能的实施例，参考OTDR测量中的总损耗与新的OTDR测量中的总损耗之间的差值ΔTL表示为：

从上面的等式可以看出，在两个OTDR测量中未连接的分支的数量在表示总损耗差值的时候被计算在内。可对于从子分路器“看到的”或从最后分路器级“看到的”OTDR测量来确定ΔTL。

可出现不同的情况，其中，一个分出链路承受多于一个的事件，同样多于一个分出链路可与一个或多个事件相关，或者承受一个或多个事件。一些情况比其他的更有可能发生，但是他们依旧出现了。也可使用等式(3)，(4)和(5)来分析嵌套子分路器，即连接到最后分路器级的分出链路中的子层级。

根据另一个实施例，从一个ONT接收警报或测量报告，并且新事件位置的数量是一个，并且在参考测量中没有检测到事件，其中所有分支均连接至OTDR参考测量中的分路器且又被连接在新的OTDR测量中。在该实施例中，步骤可还包括利用下式计算故障的量值α：

根据一个实施例，其中从一个ONT接收警报或测量报告，并且新事件位置的数量是j，j＞1，并且在参考测量中没有检测到事件，步骤还包括利用下式计算第一ONT中的故障的量值α，：

在这种情形中，光纤分出链路将遭受多于一个的故障。仅作为示例，假定分出链路遭受两个故障。那么由于这两个故障，ONT将承受该两个故障的乘积的衰减。假定第一个故障引起α1衰减(按照线性比例尺)，并且第二个故障引起α2衰减(按照线性比例尺)。那么ONT将承受α1*α2的总衰减(按照线性比例尺)。ONT将不具备对分出链路中故障数目的任何“认知”。事件位置的数量可以从背散射OTDR测量信号中推导得到。

根据另一个实施例，其中从n个ONT接收警报或测量报告，n＞1，并且新事件位置的数量是一个，并且在参考测量中没有检测到事件，该方法还包括利用下式计算第一ONT中的故障的量值α，：

在这种情形中，多于一个ONT经历减少的信号功率并发出警报。同样在这种情形中，可以想到在每个分出链路中仅有一个事件经历着不希望的或新的衰减。

参考图4和图5，将通过简化的说明对上述方法进行举例。因为图5是图4中描述的串联结构中可能事件的矩阵表示，应当将图4和5一起看待。

图4示出了具有分路器比1∶2的第一子分路器A。从而子分路器A具有两个分出链路，其中一个连接到第二子分路器B，其同样具有1∶2的分路器比。该示例中的分路器比被设为1∶2，但也可以是任意其他分路器比，即任意分路器比1∶N_branch，其中N_branch＞1。根据图4所述的架构设置，一个分出链路被分路成为三个ONT服务的三个分出链路。为了简化且清楚起见，在图4中四个可能的事件位置由分出链路处的X指示。

如果将OTDR测量信号插入至子分路器A，则事件矩阵可以表示给定位置的总损耗。在图5中，矩阵A表示从子分路器A“可看到”的事件矩阵。子分路器A“看”不到子分路器B以外的分支。因而，在事件矩阵A中子分路器B的位置处，α将被子分路器B的分支的总损耗的新表示所替代。因为α是描述信号所经历损耗的线性因子，在子分路器B的位置“之后”的位置将由值1填充。

因此为了计算代表图4所示完整架构的矩阵A的α_n，j，首先例如通过使用公式(3)，(4)或(5)的任何一个，计算图5中的事件子矩阵，矩阵B。

由于图4和图5仅仅是如何使用图3所述方法解决嵌套子分路器问题的示例，该方法可应用到任何一个具有一个或多个子分路器的结构中，该一个或多个子分路器与最后分路器级的平行分支相连接或者甚至如图4所示串行连接。

参考图6a-b和图7，描述了确定PON中事件位置和严重程度的示例实施例。图6a示出了远程节点600，其包括对应于图1b所示分路器的多级分路器。该分路器具有一个或多个图6a中的分路器级601a，其包括比率为2∶4的最后分路器级。在OLT与最后分路器级601a之间的分出链路的结构中，部署了多个子分路器。该特定的示例包括四个子分路器，在图6a中指的是子分路器A，B，C和D。在该特定的示例中，子分路器C连接到子分路器A的一个分支。因此子分路器A和C形成了嵌套结构。

图6b示出了具有分路器比为2∶8的最后分路器级610的另一更简化示例的方框图。该示例旨在进一步描述嵌套结构中分析序列的一个可能的例子。输出分出链路包括第一子分路器611，其具有连接到其两个输出分支之一的第二子分路器612。因而当执行OTDR测量分析和计算时，例如通过使用等式(3)，(4)和(5)对最低层“子网”613进行分析。此后对第二个最低层“子网”614进行分析，将来自最低层子网613的结果也考虑在内。之后，对连接到最后分路器级610的所有分支做出分析和计算。

根据图3到5所述的步骤和可能的实施例，参照图7将说明一种用于在图6a示例性的PON装置中执行以及OTDR测量和分析的方法。

在第一动作701中，触发新的OTDR测量信号，此后将其如动作702中所示插入多级分路器中。之后当从OTDR测量接收背散射光时，分析和计算子分路器及其分支，即计算ΔTL，该子分路器具有当传播返回最后分路器级时串行连接的最大数量的子分路器，逐步接着具有串行连接在下一个子分路器和最后分路器级之间的第二多子分路器的下一个子分路器。因此在动作703中，计算OTDR测量以确定子分路器D的分支处的任意事件。此后，由动作704所示，对子分路器B执行相同的步骤。接着，为了对从最后分路器级到子分路器A的分支中的位置和事件确定ΔTL，对最低层子分路器进行分析，这种情况下该最低层子分路器是子分路器C，如动作705所示。因此，对子分路器C的分支进行计算，并且从子分路器C得到的结果将在对子分路器A事件的计算和确定中被考虑，如动作706所示。所以，对最后分路器级的所有分支确定ΔTL可以通过例如使用等式(3)，(4)和(5)来逐步的求解每一个子分路器。

参考图8，将描述一种用于在包括一个或多个子分路器的分出链路中确定给定位置处故障量值的流程。第一动作中，动作801中将OTDR测量插入多级分路器中。然后，对于讨论中的分出链路，其结构和所连接的子分路器是已知的，动作802指示，按照预设序列分析子分路器的块。在动作803中，关于子分路器的所连接的分出链路的ΔTL计算OTDR测量。

若子分路器的序列还包括需要吩析的子分路器，则如动作804所示重复动作802和803。那么在最后的动作805中，基于来自子分路器和分出链路的经过分析的背散射OTDR测量信号，来确定给定位置的故障量值。

参考图9，介绍了一种通用的事件矩阵。该事件矩阵的每一行对应于一单个光纤分出链路。通过ONT或者在给定链路n末端处的接收器所看到的总损耗是：

如上所述，ONT将仅能“看到”或经历在光纤分出链路中的总损耗。ONT不能确定在每一个事件的分路器，子分路器和ONT有关的光纤分出链路上每一个事件的量值和距离，。这被称作是水平重叠。

图9中事件矩阵的每一列对应于OTDR轨迹上所示的单个位置。通过OTDR“看到的”轨迹中给定事件位置j的总损耗是：

由于OTDR将仅能“看到”置于每一分支上相同距离处的所有事件的总步，其对于每个独立的事件不能确定出量值和分支。这被称作是事件的垂直重叠。

参考图4-6b如上所述，每个α_n，j可被子分路器及其分支的总损耗所替换。因此，OTDR分析对于具有分路器比率为2∶N_root的子分路器级以及包括在分出链路中的一个或多个子分路器的任意组合都是可行的。

图10是配置在光纤没备管理器中示例性客户端单元1001的方框图。客户端单元1001适于使用OTDR在PON中执行故障分析。客户端单元与上述步骤具有相同的目的和优势，为不赘述原因考虑仅对其进行简要论述。

图10显示了包括接口单元1002和处理单元1003的客户端单元1001。处理单元1003用于触发新的OTDR测量，其中指示PON初始状态的在先的参考测量已经被完成。处理单元1003还适于，经由接口单元1003将OTDR测量信号插入至多级分路器的最后分路器级之前的多级分路器(未示出)中。最后分路器级的比为2∶N_root。连接到多级分路器的分出链路包括一个或多个子分路器。子分路器的比为1∶N_branch。

处理单元1003进一步适于基于OTDR测量信号，通过对连接到预定义序列中最后分路器级的子分路器有关的OTDR测量数据进行分析，确定一个或多个新事件的位置。

处理单元1003还适于通过将从新OTDR测量所获得的事件量值从参考OTDR测量中减去，并且考虑连接到参考测量和新测量中最后分路器级和子分路器的分出链路的数量，计算在给定位置处的故障量值，因而能够确定故障地点的位置和严重程度。

根据一个实施例，接口单元1002适于从至少一个连接到PON的光纤网络终端ONT接收故障警报或光收发器监视OTM测量报告，其中触发处理单元以在多级分路器的最后分路器级之前插入OTDR测量信号。

一个实施例中，处理单元1003进一步适于周期性地查询连接到PON的ONT关于其所接收到的光功率。

另一个实施例中，处理单元1003进一步适于根据需要查询连接到PON的ONT关于其所接收到的光功率。

根据另一个实施例，处理单元1003适于通过下式表示在参考OTDR测量中的总损耗TLref：

在最后分路器级的情况下，N是定义为N_root的最后分路器级的分出链路的数量。然而，如果对子分路器确定TLref，那么N是子分路器的分出链路的数量N_branch。在上面的等式中，J是事件的数量且M是多级分路器的最后分路器级的未连接的分出链路的数量。如果对子分路器确定TLref，那么j是子分路器的未连接的分出链路的数量。α_n，j是线性因子，其描述在第j个位置处的第n条光纤中信号所经历的损耗，即在表示分出链路的距离处。因而在上述等式中，αREF_n，j表示在第j个位置处的第n条光纤的参考损耗。

仍在该实施例中，处理单元1003适于通过下式表示在新OTDR测量中的总损耗TLnew：

变量N，M和J具有如上面等式(3)所述的相同的性质。

根据一个实施例，处理单元1003适于通过下式表示参考OTDR测量中的总损耗与新的OTDR测量中的总损耗之间的差值ΔTL：

变量N，M和J具有如上面等式(3)和(4)所述的相同的性质。

根据另一个实施例，通过接口单元1002从一个ONT处接收警报或测量报告，并且新事件位置的数量是一个，并且在参考测量中没有检测到事件，其中所有分支均连接至OTDR参考测量中的分路器且也连接在新的OTDR测量中。在该实施例中，处理单元进一步适于利用下式计算故障的量值α：

根据一个实施例，其中通过接口单元1002从一个ONT处接收警报或测量报告，并且新事件位置的数量是j，j＞1，并且在参考测量中没有检测到事件，处理单元进一步适于利用下式计算第一ONT中的故障量值α：

根据另一个实施例，其中从n个ONT处接收警报或测量报告，n＞1，并且新事件位置的数量是一个，并且在参考测量中没有检测到事件，处理单元进一步适于利用下式计算第一ONT中的故障量值α：

在这种情形中，多于一个ONT经历着减少的信号功率并发出警报。同样在这种情形中，可以想到在每个分出链路中仅有一个事件经历着不希望的或新的衰减。

图11显示在客户端单元中的装置1100的实施例，其也可以作为本文所公开的装置实施例的一种替换方式，如图10中及上面所述的那样，该装置用于在PON中使用OTDR测量执行故障分析。该装置1100这里包括处理单元1106，例如具有DSP(数字信号处理器)，触发模块1110a，插入模块1110b，确定模块1110c以及计算模块1110d。处理单元1106能是单个单元或多个单元用来执行本文所述方法的不同动作。该装置1100还包括输入单元1102，用来接收来自其他实体如OLT的信号和信息，以及输出单元1104，用于给实体如OLT提供信号，请求和响应或其他类型的信息。输入单元1102和输出单元1104可配置为集成实体。

此外，装置1100包括至少一个计算机程序产品1108，形式为非易失存储器，例如EEPROM(电可擦除只读存储器)，闪存和盘驱动器。计算机程序产品1108包括计算机程序1110，其包括代码部件，当在装置1100的处理单元1106中运行时，使得该装置执行与图3到图8相关的前述过程的动作。

计算机程序1110可配置为在计算机程序模块中构建的计算机程序代码。因而在所述的示例实施例中，该装置1100的计算机程序1110中的代码部件包括接收模块1110a，用于接收来自AS的请求。计算机程序进一步包括确定模块1110b，用于根据指示器来确定请求将分派至哪个目标域。计算机程序1110还包括分派模块1110c，用于将请求分派到目标网络域中的预定服务器。使用输出单元1104将该请求提供至目标域。

模块1110a-d基本上执行图3所示流程的动作，以模拟图10中所示的域求解功能中的装置。换句话说，当不同的模块1110a-d在处理单元1003上运行时，它们对应于图10的单元1001-1003。

相似的，执行图3所示流程的动作的相应替换方式可以通过增加另外的计算机程序模块来实现。

尽管与图11有关的上述公开的实施例中的代码部件以计算机程序模块来实现，当其在处理单元上运行时，能导致装置和/或客户端单元1001执行与上述图3-8有关的所述动作，在可替换的实施例中至少一个代码部件可至少部分的以硬件电路来实现。

处理器可以是单个CPU(中央处理单元)，但也可能包括两个或多个处理单元。例如，处理器可包括通用微处理器；指令集处理器和/或相关芯片集和/或专用微处理器例如ASIC(专用集成电路)。处理器还可包括用于高速缓存的板上存储器。计算机程序由连接到处理器的计算机程序产品所搭载。计算机程序产品包括其上可存储计算机程序的计算机可读介质。例如，计算机程序产品可以是闪存，RAM(随机存取存储器)ROM(只读存储器)或EEPROM，并且上述的计算机程序模块在可替换的实施例中以存储器的形式分布在客户端单元中的不同计算机程序产品上。

参考图12，描述了OTDR分析中的一些通用关系。在一个光纤分出链路的一个位置中发生单个事件的情况下，1dB的事件可在光纤分出链路中被检测到，其导致在2∶8分路器之后，即多级分路器中的最后分路器级之后，在OTDR测量上引起大约0.1dB的步长。图12中示出了其它型号子分路器的最小可检测事件。

图12示出作为每一个PON不同的总分路比率的最小可检测事件量值的函数的所需的监视器端口数量。所需的监视器端口数量以上述等式(1)为基础。

作为最小可检测事件量值的函数的所需监视器端口数量是故障检测系统灵敏度和其成本效率之间的折中。故障检测阈值越高，由单个监视器端口支持的光纤分出端口的数量就越大。

通过使用上述的方法和装置，可以实现PON状况的低成本且高效率的监视。虽然根据特定的示例实施例介绍了本发明，但说明书通常仅在于介绍发明理念而不应将其作为对本发明范围的限制。本发明由后面所附的权利要求所确定。

Claims (28)

1.一种执行故障分析的方法，由无源光网络PON中的装置通过使用光时域反射计OTDR来执行所述方法，所述PON包括至少一个光网络终端ONT，所述方法包括：

-触发新的OTDR测量，其中已经完成了指示所述PON的初始状态的在先参考测量；

-将OTDR测量信号插入到多级分路器的最后分路器级之前的所述多级分路器中，并且其中所述最后分路器级的比率为2:N_root，并且其中连接到所述多级分路器的至少一个分出链路包括至少一个子分路器，其中所述至少一个子分路器的比率为1:N_branch；

-基于OTDR测量信号，通过分析在预定义序列中与连接到所述最后分路器级的所述至少一个子分路器相关的OTDR测量数据，来确定至少一个新事件位置；并且

-通过从所述参考OTDR测量中减去从新OTDR测量所获得的事件量值，并考虑参考测量和新测量中连接到最后分路器级和至少一个子分路器的分出链路的数量，计算在给定位置处的故障量值，从而能够确定所述故障位置的方位和严重程度。

2.根据权利要求1的方法，其中所述OTDR测量数据与将第一子分路器连接至ONT或第二子分路器中之一的光纤链路相关。

3.根据权利要求2的方法，其中所述预定义序列是基于ONT与所述最后分路器级之间串行连接的子分路器的数量。

4.根据权利要求3的方法，其中通过对具有仅连接到ONT的分出链路的子分路器相关的OTDR测量数据进行分析，来确定要开始的所述预定义序列。

5.根据前述任一权利要求的方法，其中通过从连接到所述PON的至少一个ONT接收故障警报或光收发器监视OTM测量报告，来触发新的OTDR测量。

6.根据权利要求1-4中任一项的方法，还包括周期性地查询连接到所述PON的ONT有关它们所接收到的光功率。

7.根据权利要求1-4中任一项的方法，还包括根据需要查询连接到所述PON的ONT有关它们所接收到的光功率。

8.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中在所述参考OTDR测量中子分路器的总损耗TLref表示为：

$TLref=5*log\left(\frac{N^2}{{\Σ}_{n=1}^N{\Π}_{j=1}^J{\mathrm{\αREF}}_{n,j}^2-M_{REF}}\right),$

其中N是所述多级分路器的最后分路器级的分出链路的数量N_root，或者其中N是子分路器的分出链路的数量N_branch，J是事件的数量，以及，M是所述多级分路器的所述最后分路器级的未被连接的分出链路的数量，或者是所述子分路器的未被连接的分出链路的数量。

9.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中在所述新的OTDR测量中的总损耗TLnew表示为：

$TLnew=5*log\left(\frac{N^2}{{\Σ}_{n=1}^N{\Π}_{j=1}^J{\mathrm{\αNEW}}_{n,j}^2-M_{NEW}}\right),$

其中N是所述多级分路器的最后分路器级的分出链路的数量N_root，或者其中N是子分路器的分出链路的数量N_branch，J是事件的数量，以及，M是所述多级分路器的所述最后分路器级的未被连接的分出链路的数量，或者是所述子分路器的未被连接的分出链路的数量。

10.根据权利要求8的方法，其中所述参考OTDR测量中的所述总损耗与所述新的OTDR测量中的所述总损耗之间的差值ΔTL表示为：

$\mathrm{\Δ}TL=|5*\log \left(\frac{{\Σ}_{n=1}^N{\Π}_{j=1}^J{\mathrm{\αNEW}}_{n,j}^2-M_{NEW}}{{\Σ}_{n=1}^N{\Π}_{j=1}^J{\mathrm{\αREF}}_{n,j}^2-M_{REF}}\right)|.$

11.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中从一个ONT接收警报，并且新事件位置的数量是一个，并且在参考测量中没有检测到事件，其中所有分出链路均连接至所述OTDR参考测量中的所述分路器并且连接在新OTDR测量中，所述方法还包括利用下式计算故障的量值α：

$\mathrm{\α}\[dB\]=5*log(1-N+N*{10}^{\frac{-\left|\mathrm{\Δ}TL\right|}{5}}).$

12.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中从一个ONT接收警报，并且新事件位置的数量是j，j>1，并且在参考测量中没有检测到事件，所述方法还包括利用下式计算在第一ONT中故障的量值α：

${\mathrm{\α}}_j\[dB\]=5*log(1-N+N*{10}^{-\left|{\mathrm{\ΔTL}}_j\right|}).$

13.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中从n个ONT接收警报，n>1，并且新事件位置的数量是一个，并且在参考测量中没有检测到事件，所述方法包括利用下式计算第一ONT中故障的量值α：

$\mathrm{\α}\[dB\]=5*log(N*{10}^{\frac{-\left|\mathrm{\Δ}TL\right|}{5}}-{\mathrm{\Σ}}_{m=2}^N{\mathrm{\α}}_n^2).$

14.根据权利要求8的方法，其中为具有分路器比1:N的第一子分路器计算α，其中至少一个第二子分路器被连接至所述第一子分路器的分支，并且其中计算对应于第一子分路器的具有α_n,j的第一矩阵，其中j是位置，n是所述第一子分路器的分支，并且其中所述第二子分路器的所述位置被在对应于所述第二子分路器分支的第二矩阵中计算的α取代。

15.一种适于通过使用光时域反射计OTDR在无源光网络PON中执行故障分析的客户端单元，包括：

-接口单元，以及

-处理单元，适于

·触发新的OTDR测量，其中指示所述PON的初始状态的在先参考测量已经被完成，

·经由所述接口单元，将OTDR测量信号插入至多级分路器的最后分路器级之前的所述多级分路器中，并且其中最后分路器级的比率是2:N_root，且其中连接到所述多级分路器的至少一个分出链路包括至少一个子分路器，其中所述至少一个子分路器的比是1:N_branch，

·基于OTDR测量信号，通过分析在预定义序列中与连接到所述最后分路器级的至少一个子分路器相关的OTDR测量数据，来确定至少一个新事件位置；以及

·通过从所述参考OTDR测量中减去从新OTDR测量所获得的事件量值，并考虑参考测量及新测量中连接到最后分路器级和至少一个子分路器的分出链路的数量，计算在给定位置处的故障量值，从而能够确定所述故障位置的方位和严重程度。

16.根据权利要求15的客户端单元，其中OTDR测量数据与布置为将第一子分路器连接至ONT或第二子分路器之一的光纤链路相关。

17.根据权利要求16的客户端单元，其中所述的预定义序列是基于ONT与所述最后分路器级之间串行连接的子分路器的数量。

18.根据权利要求17的客户端单元，其中通过对具有仅连接到ONT的分出链路的子分路器相关的OTDR测量数据进行分析，来确定要开始的所述预定义序列。

19.根据权利要求15或18的客户端单元，其中所述处理单元还适于周期性地查询连接到所述PON的ONT有关它们所接收到的光功率。

20.根据权利要求15-18中任一项的客户端单元，其中所述处理单元还适于根据需要查询连接到所述PON的ONT有关它们所接收到的光功率。

21.根据权利要求15-18中任一项的客户端单元，其中所述处理单元适于通过下式表示所述参考OTDR测量中的总损耗TLref：

$TLref=5*log\left(\frac{N^2}{{\Σ}_{n=1}^N{\Π}_{j=1}^J{\mathrm{\αREF}}_{n,j}^2-M_{REF}}\right),$

其中N是所述多级分路器的最后分路器级的分出链路的数量N_root，或者其中N是子分路器的分出链路的数量N_branch，J是事件的数量，以及，M是所述多级分路器的所述最后分路器级的未被连接的分出链路的数量，或者是所述子分路器的未被连接的分出链路的数量。

22.根据权利要求15-18中任一项的客户端单元，其中所述处理单元适于通过下式表示所述新的OTDR测量中的总损耗TLnew：

$TLnew=5*log\left(\frac{N^2}{{\Σ}_{n=1}^N{\Π}_{j=1}^J{\mathrm{\αNEW}}_{n,j}^2-M_{NEW}}\right),$

其中N是所述多级分路器的最后分路器级的分出链路的数量N_root，或者其中N是子分路器的分出链路的数量N_branch，J是事件的数量，以及，M是所述多级分路器的所述最后分路器级的未被连接的分出链路的数量，或者是所述子分路器的未被连接的分出链路的数量。

23.根据权利要求22的客户端单元，其中所述处理单元适于通过下式表示所述参考OTDR测量中的所述总损耗与所述新的OTDR测量中的所述总损耗之间的差值ΔTL：

$\mathrm{\Δ}TL=|5*\log \left(\frac{{\Σ}_{n=1}^N{\Π}_{j=1}^J{\mathrm{\αNEW}}_{n,j}^2-M_{NEW}}{{\Σ}_{n=1}^N{\Π}_{j=1}^J{\mathrm{\αREF}}_{n,j}^2-M_{REF}}\right)|.$

24.根据权利要求15-18中任一项的客户端单元，其中从一个ONT接收警报，并且新事件位置的数量是一个，并且在参考测量中没有检测到事件，其中所有分支均连接至所述OTDR参考测量中的所述分路器并且在新OTDR测量中被连接，其中所述处理单元适于利用下式计算故障的量值α：

$\mathrm{\α}\[dB\]=5*log(1-N+N*{10}^{\frac{-\left|\mathrm{\Δ}TL\right|}{5}}).$

25.根据权利要求15-18中任一项的客户端单元，其中从一个ONT接收警报，并且新事件位置的数量是j，j>1，并且在参考测量中没有检测到事件，其中所述处理单元适于利用下式计算第一ONT中故障的量值α：

${\mathrm{\α}}_j\[dB\]=5*log(1-N+N*{10}^{-\left|{\mathrm{\ΔTL}}_j\right|}).$

26.根据权利要求15-18中任一项的客户端单元，其中从n个ONT接收警报，n>1，并且新事件位置的数量是一个，并且在参考测量中没有检测到事件，其中所述处理单元适于利用下式计算第一ONT中故障的量值α：

$\mathrm{\α}\[dB\]=5*log(N*{10}^{\frac{-\left|\mathrm{\Δ}TL\right|}{5}}-{\mathrm{\Σ}}_{m=2}^N{\mathrm{\α}}_n^2).$

27.根据权利要求19的客户端单元，其中为具有分路器比1:N的第一子分路器计算α，其中至少一个第二子分路器被连接至所述第一子分路器的分支，并且其中计算对应于第一子分路器的具有α_n,j的第一矩阵，其中j是位置，n是所述第一子分路器的分支，并且其中所述第二子分路器的所述位置被在对应于所述第二子分路器分支的第二矩阵中计算的α取代。

28.一种由无源光网络PON中的装置通过使用光时域反射计OTDR来执行故障分析的设备，所述PON包括至少一个光网络终端ONT，所述设备包括：

-用于触发新的OTDR测量的部件，其中已经完成了指示所述PON的初始状态的在先参考测量；

-用于将OTDR测量信号插入到多级分路器的最后分路器级之前的所述多级分路器中的部件，并且其中所述最后分路器级的比率为2:N_root，并且其中连接到所述多级分路器的至少一个分出链路包括至少一个子分路器，其中所述至少一个子分路器的比率为1:N_branch；

-用于基于OTDR测量信号，通过分析在预定义序列中与连接到所述最后分路器级的所述至少一个子分路器相关的OTDR测量数据，来确定至少一个新事件位置的部件；以及

-用于通过从所述参考OTDR测量中减去从新OTDR测量所获得的事件量值，并考虑参考测量和新测量中连接到最后分路器级和至少一个子分路器的分出链路的数量，计算在给定位置处的故障量值，从而能够确定所述故障位置的方位和严重程度的部件。