CN104052542A - 在线模式下检测otdr曲线末端事件定位光纤断点的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种在线模式下检测OTDR曲线末端事件定位光纤断点的方法，包括以下步骤：步骤1、OTDR向光纤业务链路发出测试光，并收到反射光，形成包含末端事件的反射采样点数据；步骤2、找到采样点中的头端反射点；步骤3、从所述头端反射点正向进行遍历，找到采样值达到第一预定阈值的第一个采样点，作为搜索区间终点(EndP)；步骤4、在[搜索区间终点，头端反射点]的区间内逆向进行分段直线拟合，当拟合后的某段直线满足预定条件时，将该段直线的起点作为搜索区间起点(es)；步骤5、如果所述搜索区间内的最大采样值(je)与搜索区间起点的采样值之间的差的绝对值大于第二预定阈值，则判定末端事件为反射末端事件，否则判定末端事件为非反射末端事件。

Description

在线模式下检测OTDR曲线末端事件定位光纤断点的方法

技术领域

本发明涉及光网络技术领域，特别是涉及一种针对在线模式场景应用光时域反射计末端事件检测定位光纤断点的方法。 

背景技术

OTDR即光时域反射仪。通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的曲线信息对链路状态进行监测。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射。OTDR中主要是瑞利散射和菲涅尔反射，其中一部分的散射和反射会返回到OTDR中。以下的公式说明了OTDR是如何测量距离的： 

d＝(c×t)/2(IOR) 

在这个公式里，d是要测量的距离(光纤长度)，c是光在真空中的速度，IOR是光纤的折射率，而t是信号发射后到接收到信号(双程)的总时间。 

光缆监测系统通过集成OTDR、光开关、光源、光功率计、光耦合器等硬件设备，采用典型网络和数据库技术，使操作者能轻松完成系统运行任务，查看一系列测试结果。系统自动管理OTDR设备，监测光缆网络，反馈实时告警分析和光缆性能劣化分析。所有的光缆测试数据和结果都储存在数据库中，方便查询分析。 

在线监测模式是光缆监测最常用的模式，即光缆监测系统和业务系统同时运作，OTDR发出的检测光与业务光耦合，共同在线路中传输。光缆监测最主要的功能就是检测发生光纤故障的线路，提供准确的故障位置信息，以便维护人员及时赶赴现场维修。过去的SDH网络都是单波系统，出光功率低；而现在都采用波分系统，出光功率高，不能被完全隔离，导致OTDR采集到的反射光出现抖动。对于单波系统，一般采用增大动态范围，增加平均化次数的方法来提高信噪比；但在波分系统中，继续增大动态范围和平均化次数 延长了分析时间，引入了非线性效应，且需要昂贵的硬件支持。因此，针对在线监测模式，设计优化算法分析光纤断点，是比较经济实际的方法。 

有很多专利涉及对末端事件定位。美国专利申请US005442434运用模板匹配的方法匹配末端反射事件，需要先对光纤进行测试构建匹配模板，再用模板匹配反射事件。模板匹配过程需要对每个点一一进行匹配计算匹配度，针对每一条曲线设计不同模板，该方法耗时大，所需内存也较大，不同模板如何建立也是难点，总体实现比较复杂，而且该文献中只提到了反射末端模板匹配方法，没有考虑非反射末端情况。 

欧洲专利申请EP0468412用差分法对OTDR曲线进行数据变换，增大了反射峰的幅度。利用变换后曲线末端的特点设定阈值判断法则，定位反射末端事件和非反射末端事件。该方法虽然考虑了末端事件的两种情况，但是这种变换使得噪声幅度变大，甚至比末端反射幅度更高，由于末端事件靠近尾部噪声，很明显，这种方法容易产生尾端误判。 

美国专利申请US006674518利用一次微分法和滤波法来判断光纤断点，该方法只考虑了非反射末端情况，微分后断点位置会有突变，反射点也会有突变，设计滤波器滤除反射突变点，定位末端突变位置。但是，在线噪声会产生幅度很大的突变，滤波器不能完全滤除，因此这种方法不能抵御噪声的影响。 

由上可知，一般的OTDR检测末端事件方法不能很好地滤除噪声、分辨多种末端情况、检测到在线情况下的各种末端事件，从而影响光缆监测系统的可靠性。因此，需要一种新的检测方法，这种方法能准确定位多种末端事件，而且实现简单，不需要花费大量的时间和内存空间，以便于实际运用。 

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种在线模式下检测OTDR曲线末端事件定位光纤断点的方法，对两种末端事件进行检测。本发明针对在线模式设计的OTDR曲线末端事件检测方法也适用于一般的OTDR末端事件检测。 

根据本发明的实施例，提出了一种在线模式下检测OTDR曲线末端事件定位光纤断点的方法，包括以下步骤：步骤1、OTDR向光纤业务链路发出 测试光，并收到反射光，形成包含末端事件的反射采样点数据曲线；步骤2、找到反射采样点数据曲线中的头端反射点(is)；步骤3、在反射采样点数据曲线上，从所述头端反射点(is)正向进行遍历，找到采样值达到第一预定阈值的第一个采样点，作为搜索区间终点(EndP)；步骤4、在反射采样点数据曲线的[搜索区间终点，头端反射点]的区间内逆向进行分段直线拟合，当拟合后的某段直线满足预定条件时，将该段直线的起点作为搜索区间起点(es)；步骤5、如果所述搜索区间内的最大采样值(je)与搜索区间起点的采样值之间的差的绝对值大于第二预定阈值，则判定末端事件为反射末端事件，否则判定末端事件为非反射末端事件。 

本发明的有益效果主要在于：与现有技术相比，本发明增加了末端事件检测多情况判断机制，减少噪声和业务信号的影响，提升了检测OTDR曲线末端事件方法的精度，使之在在线模式下能精确检测末端事件位置，定位光纤断点。 

附图说明

图1为根据本发明的实施例的在线模式下光缆监测系统框图，虚线下模块为本发明实现平台——网络管理系统，用于管理测试流程，分析测试结果，存储结果，显示结果； 

图2a为根据本发明的实施例的在线模式下OTDR反射末端曲线及拐点示意图； 

图2b为在线模式下OTDR非反射末端曲线及使用距离最大法则定位非反射末端事件终点原理示意图； 

图3为根据本发明的实施例的检测OTDR曲线末端事件起点、终点方法总体流程图； 

图3a-3f为根据本发明的实施例的检测OTDR曲线末端事件起点、终点方法具体流程图； 

图4a、4c、4e为根据本发明的实施例的检测OTDR曲线末端事件起点、终点的结果图； 

图4b、4d、4f为分别在与图4a、4c、4e相同曲线的情况下，现有的OTDR产品检测OTDR曲线末端事件起点、终点的结果图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明，由此，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。 

本领域的技术人员能够理解，尽管以下的说明涉及到有关本发明的实施例的很多技术细节，但这仅为用来说明本发明的原理的示例、而不意味着任何限制。本发明能够适用于不同于以下例举的技术细节之外的场合，只要它们不背离本发明的原理和精神即可。 

另外，为了避免使本说明书的描述限于冗繁，在本说明书中的描述中，可能对可在现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等处理，这对于本领域的技术人员来说是可以理解的，并且这不会影响本说明书的公开充分性。 

首先，概述本发明所采用的技术方案的原理。 

一种在线模式下检测OTDR曲线末端事件定位光纤断点的方法，其针对末端事件为有反射峰和无反射峰两种情况分别进行事件起点的定位，该方法包括以下步骤： 

(1)收集测试曲线采样点，确定分析参数； 

(2)将采样点分组，利用逐点比较法确定头端反射点(is)，确定末端事件搜索区间起点(es)、终点(EndP)； 

(3)判断末端事件类型：寻找搜索区间内最大值点(je)，用该最大值点的值减去搜索区间起点的值，所得差值如果大于设定阈值，则末端事件为反射峰，否则为非反射峰； 

(4)如果末端事件是反射峰，先利用分段拟合法得到末端反射起点结果1(ps)，再利用逐点比较法得到末端反射起点结果2(ps1)；判断选取末端反射起点：如果结果1大于结果2，选取结果2作为末端反射起点，否则，选取结果1作为末端反射起点；最后利用逐点比较法定位末端反射终点(pe)； 

(5)如果末端事件是非反射峰，先利用分段拟合法定位末端非反射起点，再利用距离最大法则定位末端非反射终点：确定非反射峰下降沿，选择下降沿上的一点，连接该点和非反射起点，得到一段直线；在起点和下降沿上的两点区间内找到距该直线的垂直距离最大的点，即是末端非反射终点； 

(6)末端事件搜索完毕，输出并显示末端事件列表(列表主要包括末端起点值(km)、末端终点值(km))；对比判断是否出现光纤断点，将告警结果输出到网络管理系统显示单元。 

步骤(2)中所述的采样点分组长度为单位脉宽内采样点个数的一半。 

步骤(2)中所述的头端反射点为采样点中的第一个峰值点。 

步骤(4)中所述的结果2为反射峰上升沿拐点。 

步骤(4)中所述的末端反射终点为反射峰下降沿拐点。 

步骤(4)、(5)中所述的分段拟合法为在某一区间内，以预先设定的拟合长度对该区间内每个点拟合，得到每点拟合斜率、绝对值差和均方差，如果这三个值都在设定的阈值范围内，可以确定该点在一段直线上。 

步骤(6)中所述的对比判断是否出现光纤断点，将告警结果输出到网络管理系统显示单元的具体方法为：将末端事件起点位置与参考曲线末端事件起点位置作差，如果差值绝对值不超过设定阈值，则没有光纤断点，否则产生光纤中断告警。 

图1为根据本发明的实施例的在线模式下光缆监测系统框图。图1中光功率计105实时测量传输系统101中业务光，其中由光分路器102将业务光分光入光功率计105。当光功率计105没有监测到光时，OLM(光缆监测系统)通知控制计算机108，控制计算机108判定为链路状态可能有异常，发出命令触发OTDR107发出测试光，经OSW(光开关)106、WDM104耦合进业务线路中，WDM104通过接收反射光(OSW接收反射光传给OTDR)，定位中断位置判断链路是否中断。 

图3为根据本发明的实施例的检测OTDR曲线末端事件起点、终点方法总体流程图。 

下面具体解释图3中每一步的实现方法。OTDR曲线数据表示为{i，y(i)}的形式，i代表沿时间轴的采样点编号1、2、3……，y(i)表示对应的采样值，单位为dB。图2a中曲线21为反射末端情况，图2b中曲线22为非反射末端情况。 

图3a为参数初始化步骤(即，图3中的步骤a的展开说明)：根据用户设定的参数，OTDR测试并返回测试数据。所需的分析参数如a3所示。获得的三个测试曲线分别如图4a、4c、4e所示，其中图4a、4e对应于反射末端事 件的情况，图4c对应于非反射末端事件的情况。 

图3b为确定末端搜索区间步骤(即，图3中的步骤b的展开说明)。 

假设将采样点(例如，每个测试曲线分别有50000个点)分为N组，分组长度为测试光的单位脉宽内采样点个数的一半(例如，单位脉宽内采样点个数为2000个点，一半是1000个点，此时N＝50)。这样分组的目的是使每个事件区间中至少有一个分组点，同时提高搜索效率。在N组点中，运用逐点比较法，正向寻找第一个峰值点is(头端反射点)，方向如图2a箭头23所示。 

具体地，从左向右，比较每组的对应点(例如，每组的第一个点，一共N个点)的样值大小，找到样值y(is)大于相邻组的对应点的点is，作为第一个峰值点。 

然后，在第一个峰值点is和最后的采样点内寻找搜索区间终点EndP。具体地，如果所有50000个采样点的最小采样值为5dB，可设置阈值为3dB，从第一个峰值点is开始，从左向右，寻找搜索到第一个值为8dB(5+3dB)的点，作为搜索区间终点EndP(EndP一般在末端下降沿上，有些情况可能在噪声区域中，图2仅标识了一般情况)。 

接下来，在[EndP，is]内逆向(图中从右向左)分段直线拟合，方向如图2a箭头24所示。其中，每段直线拟合的点数可被设置为2000个点(单位脉宽内采样点个数)。这样，得到每段拟合后的直线的斜率、绝对值差和均方差。其中，绝对值差是N个采样点中的采样值与拟合曲线对应点之间的差值绝对值中的最大值。均方差＝[(N个采样值与对应拟合曲线y值之间差值)-(差值的平均值)]的平方除以拟合点个数再开方。 

一般光纤的单位长度衰减率为0.1到0.5，这样，可以设定斜率范围在-0.1到-0.5之间，绝对值差和均方差小于1，作为拟合直线的判定条件。从EndP到is方向，分段进行直线拟合，当得到拟合后的某段直线的斜率、绝对值差和均方差都满足上述条件时，记录该直线的起点(右端点)作为搜索区间起点es，停止搜索。用分组序号来表示es和EndP的位置，将其转换成实际点序号(横坐标值)，即是末端事件的搜索区间[es，EndP]。 

图3c为末端类型判断步骤(即，图3中的步骤c的展开说明)。如该图所示，在搜索区间[es，EndP]内找到最大值点je，根据y(je)与y(es)之间的差， 来判定末端事件的类型。如果点je的值接近点es的值，即，y(je)与y(es)相差应不超过设定阈值，则判定为非反射末端事件，接下来执行步骤d(参见图3d)。否则，如果y(je)与y(es)相差不超过设定阈值，则判断为反射末端事件，接下来执行步骤e(参见图3e)。 

图3d为反射末端定位步骤(即，图3中的步骤d的展开说明)。如该图所示，图4a曲线的末端事件满足上述条件c2(见图3c)，执行图3d的操作。具体地，在[je，es]区间内，再利用逆向逐点分段拟合法(即，分段长度仍为2000，每次从右向左移动一个点进行一次直线拟合)，找到末端事件可能起点ps(其为满足上述拟合直线的判定条件的线段的起点(右端点)，即，作为候选的结果1)，停止搜索。由于末端事件是反射峰，则存在上升沿。进一步在[je，es]内逆向依次比较每两点值，y(ps1)小于相邻两点值时，找到上升沿拐点ps1(可通过比较相邻两点之间的差值的简单比较法来实现，作为候选的结果2)，停止比较。 

图4a曲线末端事件前端斜坡平坦，没有噪声，因此ps和ps1相等，不满足条件d3，执行d5，找到末端事件起点ps，显示如图4a中401。 

类似地，图4e曲线的末端事件满足条件上述c2(见图3c)，执行图3d的操作。然而，图4e曲线末端事件前段斜坡不平坦，有明显噪声，因此拟合直线产生下偏(拟合直线的斜率绝对值变大)，找到的作为候选的末端事件起点ps在实际起点前(左侧)。这样，y(ps)大于y(ps1)，满足条件d3，则执行d4，找到另一个作为候选的末端事件起点ps1作为最终的末端事件起点，显示如图4e中409。总而言之，ps点可防止上升沿上有小的凸起峰时ps1产生判断误差，ps1点可防止曲线抖动较大拟合点偏移时ps点产生判断误差，此判断法则综合了两者的优点，弥补了两者的不足。 

接下来，继续执行d6，在[je，je+10*Points_Pulsewidth]内(10倍系数仅为示例，实际上，取je之后的单位脉宽内采样点个数的几倍即可)，正向(从左向右)逐点比较两点值，当某个点pe的样值y(pe)小于等于相邻两点值时，找到下降沿拐点pe，停止比较，将pe确定为末端事件终点，显示如图4a中402、图4e中410。 

另一方面，图3e为非反射末端事件定位步骤。具体地，在图4c的情况下，末端事件不满足条件c2，不是反射峰，但也存在下降沿。在[es，EndP] 内寻找下降沿，进一步在下降沿上找到最陡下降点ie(可通过比较相邻两点之间的差值的简单比较法来实现)。类似地，在[ie，es]内利用逆向分段直线拟合法找到一点A，显示如图2b中A。 

接下来，继续执行e4。如图2b所示，选取下降沿上的某一点B(其可为上述最陡下降点ie)，连接可得直线AB。在[A，B]内搜索得到一点C，其到直线AB的垂直距离最大，该点C即为末端事件起点ps，显示如图4c中405。另外，为了简单起见，可将下降沿的终点(右端点)作为末端事件终点pe。 

图3f为比较分析光纤断点步骤f的详细说明。具体地，检测末端事件结束之后，将末端事件的起点ps和终点pe的位置信息(横坐标值)与参考曲线(OTDR在正常工作状态下测得的数据曲线)对比，如果满足条件f3(即，事件的起点位置与参考曲线的位置未偏离超出阈值)则链路正常，没有断点。否则，发出光纤中断告警，中断位置即末端事件的上述起点和终点位置。 

从图4a与采用现有技术的图4b对比可以看出，本发明通过选取反射峰特有的数学特征，能将大衰减与末端反射峰区别，而同类OTDR检测到末端事件前方衰减区域403、404，产生误差；从图4c与采用现有技术的图4d对比可以看出，本发明能定位没有反射峰的末端事件(非反射末端事件)，而同类OTDR检测到末端事件前方斜坡407、408，产生误差；从图4e与采用现有技术的图4f对比可以看出，本发明能抵抗在线模式下噪声抖动影响，而同类OTDR检测到噪声区域411，产生误差。 

因此，本发明增加了末端事件检测的多情况判断机制，减少噪声和业务信号的影响，提升了检测OTDR曲线末端事件方法的精度，保证各种在线末端事件分析结果与数据及事件均相符，使之在在线模式下能精确定位光纤断点。 

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (8)

1.一种在线模式下检测OTDR曲线末端事件定位光纤断点的方法，包括以下步骤：

步骤1、OTDR向光纤业务链路发出测试光，并收到反射光，形成包含末端事件的反射采样点数据曲线；

步骤2、找到反射采样点数据曲线中的头端反射点(is)；

步骤3、在反射采样点数据曲线上，从所述头端反射点(is)正向进行遍历，找到采样值达到第一预定阈值的第一个采样点，作为搜索区间终点(EndP)；

步骤4、在反射采样点数据曲线的[搜索区间终点，头端反射点]的区间内逆向进行分段直线拟合，当拟合后的某段直线满足预定条件时，将该段直线的起点作为搜索区间起点(es)；

步骤5、如果所述搜索区间内的最大采样值(je)与搜索区间起点的采样值之间的差的绝对值大于第二预定阈值，则判定末端事件为反射末端事件，否则判定末端事件为非反射末端事件。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

步骤6、如果末端事件是反射末端事件，则进行以下操作：

步骤6-1、在反射采样点数据曲线的[搜索区间内的最大采样值点，搜索区间起点]区间内，逆向逐点分段直线拟合，当拟合后的某段直线满足所述预定条件时，将该段直线的起点作为末端事件的第一候选起点(ps)；

步骤6-2、在反射采样点数据曲线的[搜索区间内的最大采样值点，搜索区间起点]区间内，正向找到上升沿拐点，作为末端事件的第二候选起点(ps1)；

步骤6-3、将第一候选起点和第二候选起点之中的采样值较小的点作为末端事件的起点。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

步骤7、如果末端事件是非反射末端事件，则进行以下操作：

步骤7-1、在反射采样点数据曲线的[搜索区间内的最大采样值点，搜索区间起点]区间内，逆向逐点分段直线拟合，当拟合后的某段直线满足所述预定条件时，该段直线的起点为点A；

步骤7-2、在反射采样点数据曲线的[搜索区间内的最大采样值点，搜索区间起点]区间内，正向找到下降沿拐点，并在取下降沿上的最陡下降点B(ie)，点A和B连接得线段AB，将在反射采样点数据曲线的[A，B]区间内的到线段AB的垂直距离最大的点C作为末端事件起点(ps)。

4.根据权利要求2或3所述的方法，还包括以下步骤：

步骤8、如果末端事件的起点位置(ps、ps1)与参考曲线的末端事件的起点位置之间的偏差不超过第三预定阈值，则判定没有光纤断点，否则判定出现光纤断点。

5.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：

步骤6-4、在搜索区间内的最大采样值点之后的一段区间内，正向找到下降沿拐点，作为反射末端事件的终点(pe)。

6.根据权利要求3所述的方法，还包括以下步骤：

步骤7-3、在反射采样点数据曲线的[搜索区间内的最大采样值点，搜索区间起点]区间内，正向找到下降沿拐点，作为非反射末端事件的终点(pe)。

7.根据权利要求1至3中的一个所述的方法，其中，所述预定条件为：

1)该段直线的斜率在-0.1到-0.5之间；且

2)该段直线的绝对值和均方差均小于1。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤2包括：

步骤2-1、将反射采样点数据曲线的采样点分成多组，比较每组的对应点的采样值大小，找到采样值大于相邻组的对应点的采样值的点(is)，作为头端反射点(is)。