CN104283610B - 多级无源光网络故障监测系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级无源光网络故障监测系统及实现方法，包括：参数设置单元，用于设置测量参数；光开关控制单元，用于切换测量所使用的通道；参考获取单元，用于根据所述测量参数、光开关，获取参考数据；节点设置单元，用于对所述参考数据设置网络节点；测量与分析单元，用于再次测量，并根据上述参考数据、网络节点、再次测量的数据进行事件分析求得结果数据；显示单元，用于以多元化方式呈现所述结果数据以及当前监测的运行状态。通过本发明，实现了利用OTDR对多路多级无源光网络进行故障监测，并解决了目前光纤测量软件的通用性、跨平台等问题。

Description

多级无源光网络故障监测系统及实现方法

技术领域

本发明属于测试测量领域和计算机领域，涉及一种利用光时域反射仪(OpticalTime Domain Reflectometry OTDR)针对多路多级无源光网络(Passive OpticalNetwork PON)进行故障监测的系统及其实现方法，具体来说，尤其涉及一种通过测量参考数据和再测数据对多级无源光网络进行监测的方法，以及应用wxWidgets跨平台编程框架实现的一种无源光网络故障监测的系统。

背景技术

随着我国通信行业的高速发展，光纤作为通信载体因其具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰等优点，在高速、大容量、长距离的通信中发挥着无可替代的作用。

光纤技术在国计民生与国防、科研中的应用还在不断深化，而光纤本身是十分脆弱的，容易因各种外界因素如洪水、建筑施工、地壳运动、人为破坏继而引发故障，我国每年因光纤故障造成的经济损失十分巨大。为了及时排查光纤故障减少损失，光纤的测试成为光纤应用系统生产、铺建和维护中必不可少的重要环节，在众多光纤测试仪器中光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometry OTDR)是十分重要的一种。这是由于OTDR能够对光纤进行非破坏性检测，提供光纤沿长度分布的衰减细节，除了能测量光纤的长度，还能探测、定位光纤光缆链路上任何位置的事件，比如接头损耗、松动、断裂等。

一个完整的OTDR系统一般包括两部分：下位机OTDR、上位机远程测试与管理软件。前者主要负责发送与接收探测信号以及对信号的转换与初步处理，后者则用于对OTDR下位机的远程控制和管理，以及对采集数据进行深入处理分析，最后以人机交互方式呈现给用户。因此，上位机测试软件的开发成为OTDR系统设计必不可少的重要组成部分。

虽然，关于OTDR学术界已做了大量相关研究，并有不少OTDR产品化，但是仍存在一些不足：

1.跨平台性能差

传统的OTDR系统需要为不同种类的上位机操作系统单独开发对应版本的测试工具，一旦遇到跨平台的应用情景，需要对原有软件系统针对目标操作系统进行移植，但是通常来说移植个十分复杂与耗时的工作，许多原有算法、代码甚至架构都需要重新设计，不仅增加了系统开发的成本，同时难以保持一致的界面风格；

2.缺乏对多路多级无源光网络结构的支持

许多传统的OTDR仅支持对单根光纤进行检测，虽然近年来一些文献和专利中提到过一些改进的OTDR对无源光网络的检测方法，但仅仅针对一级无源光网络进行测量，缺乏对多路多级的无源光网络进行监测。例如，法国的阿尔卡特朗讯公司申请的专利《使用监视单元监视无源光网络的方法》(200910002809.7)、日本的日立通讯技术株式会社申请的专利《无源光网络及其故障检测方法》(200910006455.3)、我国的华为技术有限公司申请的专利《一种分支光纤的检测方法、装置及系统》(201010600390.8)，这些专利中曾提到一些对无源光网络的检测方法，但所针对的无源光网络仅限于一级无源光网络，所述“一级无源光网络”通常是指光纤主干道上仅有一个1:N型分光器(Optical Splitter)后面连接了N个光网络单元(Optical Network Unit)，无源光网路的级数由主干道上使用的分光器个数决定；

3.缺乏参考数据的自动保存/恢复功能

传统的OTDR测试工具一般不支持参考测量数据的自动保存/恢复功能，即使针对同一条链路测量，重启程序或者切换光开关后都必须手动加载相应的参考数据甚至重测参考，这个过程不仅耗时，同时也消耗远程OTDR下位机的硬件资源；

4.国内产业尚不完善

虽然我国光纤通信正处于迅猛发展阶段，而与之相关的OTDR产业却面临一种进退两难的局面，即进口仪器销量大、价格高，国产仪器的市场占有率较低。为了改变这种尴尬的局面，加快我国自主研发OTDR产业的总体进程，更应该重视创新。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的解决的技术问题为：克服现有OTDR上位机测试软件跨平台性能的不足，提出一种跨平台解决方案，以减少开发周期与移植复杂度，并降低成本；克服现有技术对多级无源光网络缺乏有效测量手段的不足，提供一种无源光网络故障监测的系统及其实现方法，使用该系统及其实现方法能有效对多路多级无源光网络进行检测；克服现有技术的不足，提供参考数据的自动保存/恢复功能，简化了测试人员的操作流程，节省了时间。

根据本发明提供的一种多级无源光网络故障监测系统，包括如下装置：

参数设置单元，用于设置需测量的参数；

光开关控制单元，用于切换测量所使用的通道，以对在多路多级无源光网络中与所使用的通道对应的多级无源光网络进行测量；

具体地，所述的光开关控制单元包括多路光开关选项，依据这些光开关选项能够分别接入不同的多级无源光网络，以支持用户在不同光开关之间进行切换，实现对不同光开关对应的多级无源光网络进行故障监测；

参考获取单元，用于通过光开关控制单元，根据参数设置单元的设置，获取多级无源光网络测量的参考数据；

具体地，所述参考获取单元在收到用户发出的参考测量信号后，开始控制远程OTDR下位机对与当前测量所使用的通道对应的那个多级无源光网络进行首次测量，所述首次测量完毕后，OTDR下位机向所述多级无源光网络故障监测系统发送测得的原始数据，同时参考获取单元接收该原始数据，并在接收完毕后对所述原始数据进行后续数据处理以获取参考数据；

节点设置单元，用于根据所述参考数据设置网络节点，完成所述参考数据与所述多级无源光网络的匹配；

测量与分析单元，用于再次对同一多级无源光网络进行测量得到再测数据，并根据所述参考数据、节点设置单元生成的网络节点设置信息、再测数据进行事件分析求得结果数据；

具体地，所述测量与分析单元首先再次对被测多级无源光网络进行测量，得到再测数据，然后基于网络节点设置信息、所述再测数据以及之前的参考数据进行事件分析算法，得到结果数据；

显示单元，用于以迹线图、拓扑图、数据表、提示消息的多元化方式向用户呈现所述结果数据。

所述多级无源光网络故障监测系统，还包括辅助功能单元，其用于帮助用户在所述显示单元中进一步查看与分析测量结果。

优选地，所述参数设置单元包括如下装置：

OTDR测量参数设置模块，用于对多路所述多级无源光网络监测所需的各项参数进行配置，所述参数包括：发射探测光脉冲波长、发射探测光脉冲宽度、所测光纤链路最大长度、所测光路采用光纤的折射率、数据累加平均次数、优化级别；

OTDR下位机IP地址设置模块，用于设置多级无源光网络故障监测系统和远程OTDR下位机之间的网络连接参数，所述网络连接参数包括：IP地址、子网掩码、默认网关；

OTDR下位机远程重启控制模块，拥有一个管理员密码输入框，用于在用户输入密码正确的前提条件下实现对远程OTDR下位机的硬件进行重启，该操作免去了以往测试人员奔赴远程OTDR下位机现场实施人工硬件重启的麻烦。

优选地，所述节点设置单元包括如下装置：

自动默认方式设置模块，用于按照默认的节点次序，自动完成所述节点设置；

手动选择方式设置模块，用于根据用户对节点选项的指定来完成节点设置，例如可以在数据表格中的节点设置单元内提供可选的节点选项，然后由用户需手动完成节点设置。

优选地，所述显示单元包括如下任一种或任多种装置：

迹线图模块，用于将参考数据、再测数据通过描点连线的方法生成迹线图，并显示于所述监测系统的一个特定矩形区域内，用户可以自由选择、切换要显示的迹线，也可以是多条迹线同时显示；

拓扑图模块，用于根据参考数据、再测数据、网络节点信息，通过匹配与两点连线的方法，配合图标注解生成被测多级无源光网络的结构拓扑图，并显示于所述监测系统的一个特定矩形区域内；

数据表格模块，用于根据参考数据、网络节点信息、结果数据，获取事件类型、距离、反射峰值、相对距离、损耗、衰减系数、节点类型这些信息，以生成相对应的数据表格，并显示于所述监测系统的一个特定矩形区域内；

提示消息模块，用于提示用户当前进行的操作，以及通过简短的消息方式报告测量结果；

状态监控模块，用于监测当前测量的运行状态。

优选地，还包括用于帮助用户在所述显示单元中进一步查看与分析测量结果的辅助功能单元，所述辅助功能单元包括如下装置：

视图缩放模块，用于对显示单元显示的内容进行放大或缩小处理；

自动合适模块，用于根据显示窗体的尺寸，对显示单元显示的内容自动缩放到最佳大小；

选取细节模块，用于根据用户鼠标左键拖动划定的一个矩形区域进行局部放大，有助于对迹线细节部分的查看与分析；

自由拖动模块，用于根据用户的指令对显示单元所显示内容进行移动，例如根据用户鼠标右键按下拖动，以此实现对所述迹线图、拓扑图进行移动；

事件标记模块，用于在显示单元显示内容中存在事件点的位置加上圆点记号，并在下方用括号标出事件对应的坐标；

选中事件高亮模块，用于当用户在显示单元显示的数据表格里选中一行时，显示单元显示的迹线图自动移动到该行对应的事件点位置，同时改变该事件点事件标记的颜色、为事件点生成一条辅助虚线，并对所述事件点做居中处理以使视图美观；

屏幕截取模块，用于保存当前的屏幕图片(Bitmap格式)；

数据探针模块，用于在显示单元显示的迹线图中提供两根数据探针，该探针能够获得与迹线交点的坐标，用户还可以通过鼠标拖动所述两根数据探针，改变其与迹线的交点，从而同时探测两个交点的坐标以及这两个交点的横纵坐标的差值；

坐标显示框模块，用于实时显示当前鼠标在显示单元显示的迹线图中的坐标、数据探针所探测的两个交点的坐标，以及两交点间的横向差值与纵向差值；

项目列表框模块，用于显示当前正在显示单元显示的迹线图、拓扑图中显示的项目的图形、颜色与标签。

优选地，多级无源光网络故障监测系统的整体框架采用跨平台编程框架wxWidgets开发，具有优越的跨平台特性，所支持的操作系统包括：所有版本的Windows、带GTK+或Motif的Unix或Linux、苹果的MacOS。

根据本发明提供的一种多级无源光网络故障监测的实现方法，包括如下步骤：

步骤1：设置需测量的参数；

步骤2：切换测量所使用的通道，以对在多路多级无源光网络中与所使用的通道对应的多级无源光网络进行测量；

步骤3：根据需测量的参数的设置，获取多级无源光网络测量的参考数据；

步骤4：根据所述参考数据设置网络节点，完成所述参考数据与所述多级无源光网络的匹配；

步骤5：再次对同一多级无源光网络进行测量得到再测数据，并根据所述参考数据、节点设置单元生成的网络节点设置信息、再测数据进行事件分析求得结果数据；

步骤6：向用户呈现所述结果数据。

优选地，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：对多路所述多级无源光网络监测所需的各项参数进行配置，所述参数包括：发射探测光脉冲波长、发射探测光脉冲宽度、所测光纤链路最大长度、所测光路采用光纤的折射率、数据累加平均次数、优化级别；

步骤1.2：设置多级无源光网络故障监测系统和远程OTDR下位机之间的网络连接参数，所述网络连接参数包括：IP地址、子网掩码、默认网关；

步骤1.3：对远程OTDR下位机的硬件进行重启。

优选地，所述步骤4包括如下步骤：

步骤4.1：按照默认的节点次序，自动完成所述节点设置；

步骤4.2：根据用户对节点选项的指定来完成节点设置。

优选地，所述步骤6包括如下步骤：

-将参考数据、再测数据通过描点连线的方法生成迹线图；

-根据参考数据、再测数据、网络节点信息，通过匹配与两点连线的方法，配合图标注解生成被测多级无源光网络的结构拓扑图；

-根据参考数据、网络节点信息、结果数据，获取事件类型、距离、反射峰值、相对距离、损耗、衰减系数、节点类型这些信息，以生成相对应的数据表格；

-提示用户当前进行的操作，以及通过简短的消息方式报告测量结果；

-监测当前测量的运行状态。

优选地，还包括如下步骤：

-对显示单元显示的内容进行放大或缩小处理；

-根据显示窗体的尺寸，对显示单元显示的内容自动缩放到最佳大小；

-根据用户划定的一个区域进行局部放大；

-根据用户的指令对显示单元所显示内容进行移动；

-在显示单元显示内容中存在事件点的位置加上圆点记号，并在下方用括号标出事件对应的坐标；

-当用户在显示单元显示的数据表格里选中一行时，显示单元显示的迹线图自动移动到该行对应的事件点位置，同时改变该事件点事件标记的颜色、为事件点生成一条辅助虚线；

-保存当前的屏幕图片；

-在显示单元显示的迹线图中提供两根数据探针，该探针能够获得与迹线交点的坐标；

-实时显示当前鼠标在显示单元显示的迹线图中的坐标、数据探针所探测的两个交点的坐标，以及两交点间的横向差值与纵向差值；

-显示当前正在显示单元显示的迹线图、拓扑图中显示的项目的图形、颜色与标签。

优选地，所述多级无源光网络故障监测的实现方法采用跨平台编程框架wxWidgets开发实现。

本发明与现有技术相比，其核心创新点与优势，包括：

(1)率先将wxWidgets这种跨平台编程技术应用到OTDR测试工具的研发，具有优越的跨平台特性，支持的操作系统包括：所有版本的Windows、带GTK+或Motif的Unix或Linux、苹果的MacOS。利用跨平台开发技术，软件开发人员无需关心上位机系统平台的差异，实现了“一次编写，多重使用”极大地增加了代码的可重用性，节省了成本。

(2)率先支持利用OTDR对多路多级无源光网络进行监测。在软件方面，支持对多级无源光网络节点的自动默认与手动选择两种设置方式，并且能够分析并清晰地显示整个PON网络中链路的拓扑和坏损状况。

(3)率先提供参考数据的自动保存/恢复功能，当用户在不同光开关之间切换时，系统会自动对前一个光开关测得的数据进行保存，并调用当前光开关所对应的数据库文件，恢复当时显示单元的状态，以保证系统对每一个光开关都具有记忆功能，这就简化了测试人员的操作流程，节省了时间。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例一的整体OTDR系统和几种典型被测光路的示意图

图2是本发明实施例二的模块化监测软件系统结构示意图。

图3是本发明实施例三的无源光网络监测实现方法的流程图。

图4是本发明实施例四的参数设置单元具体实现方法的流程图。

图5是本发明实施例四的光开关控制单元具体实现方法的流程图。

图6是本发明实施例四的参考获取单元具体实现方法的流程图。

图7是本发明实施例四的节点设置单元具体实现方法的流程图。

图8是本发明实施例四的测量与分析单元具体实现方法的流程图。

图9是本发明实施例四的显示单元具体实现方法的流程图。

图10是本发明实施例二的辅助功能单元示意图。

图11是本发明实施例五的软件系统启动后主界面的截图。

图12是本发明实施例五的参数设置对话框所有页面的截图。

图13是本发明实施例五的首次测量后根据参考数据生成迹线图、数据表格的截图。

图14是本发明实施例五的根据参考数据和设置节点生成多级无源光网络拓扑图的截图。

图15是本发明实施例五的再次测量后根据再测数据生成迹线图、数据表格及消息提示框的截图。

图16是本发明实施例六的软件系统分别在Winodws和Linux操作系统下运行的屏幕截图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例将结合附图描述所提供的一种多级无源光网络故障监测系统及其实现方法，其中包括：整体OTDR系统和几种典型被测光路的示意图；组成本发明监测软件系统的各个单元模块和它们各自的功能与作用；关键技术的实现方法；所涉及主要方法的步骤与流程；以及应用本发明监测多路多级无源光网络的实际效果。以下将详细介绍基于本发明所提供的各个实施例。

如图1所示，本发明实施例一给出了整体OTDR系统及所测光路的结构。传统的OTDR仅支持一级无源光网络的监测，所述“一级无源光网络”通常是指光纤主干道上仅有一个1:N型分光器(Optical Splitter)后面连接了N个光网络单元(Optical Network Unit)的无源光网络。无源光网路的级数由主干道上使用的分光器个数决定。本发明所述多级无源光网络是指主干道上存在多个1:2型分光器，每个1:2型分光器后面有两路输出：一路经过一段光纤连接到下一级1:2型分光器的输入，两个1:2型分光器中间的这段光纤称作主分支；另一路输出经过另一段光纤连接到一个光网络单元，中间的这段光纤称作从分支。为表述简洁起见，在以下多级无源光网络中，用分光器Amn表示第m路第n级1:2型分光器，用分光器An表示第n级1:2型分光器，用光网络单元Bmn表示与第m路第n级1:2型分光器相连的那个光网络单元，END表示主干道的最末端。本发明提供的多路多级无源光网络不仅支持多级无源光网络的监测，同时还通过切换光开关(Optical Switch)实现了多路监测。如图1所示，被虚线框住的部分是被测多路多级无源光网络101，其内部包含了四路被测光纤链路：第一路六级无源光网络，主干道上一共包含6级1:2型分光器，每路1:2型分光器都连接了一个从分支，是一个结构完整的1:2型多级无源光网络；第二路三级无源光网络，主干道上一共包括3级1:2型分光器，但是分光器A22并没有连接短分支，而是直接通过主分支与第三级分光器A23的输入相连；第三路六级无源光网络，主干道上包含6级分光器，但是第二级、第四级、第五级分光器(A32、A34、A35)均没有短分支；第四路单根光纤，即只有主干道一条光纤直接与最末端END相连，不包含任何分光器。由此可见，多级无源光网络的结构是十分复杂多变的，可以是一个完整的1:2结构，也可以缺失某一个或某几个短分支，本发明实施例一包括了最为典型的几种被测光网络链路的拓扑结构，但不仅限于此。实施例一中，远程OTDR下位机102与被测的四路光纤链路直接相连，并通过一段光纤与本发明提供的多路多级无源光网络监测系统103相连，光纤测试人员通过无源光网络监测系统103对远程OTDR下位机102进行控制，用以实施对被测多路多级无源光网络101的远程监测。

如图2所示，本发明实施例二给出了所述多级无源光网络故障监测系统的模块化系统结构，实施例二可以理解为实施例一的优选例，所述多级无源光网络故障监测系统包括：

参数设置单元210，用于设置测量参数，参数设置单元210包括：OTDR测量参数设置模块211，用于对所述多级无源光网络故障监测系统所需的各项参数进行配置，这些参数包括发射探测光脉冲波长、发射探测光脉冲宽度、所测光纤链路最大长度、所测光路采用光纤的折射率、数据累加平均次数、优化级别；OTDR下位机IP地址设置模块212，用于设置所述的多级无源光网络故障监测系统和远程OTDR下位机之间的网络连接参数，这些网络连接参数包括：IP地址、子网掩码、默认网关；OTDR下位机远程重启控制模块213，拥有一个管理员密码输入框，用于在用户输入密码正确的前提条件下实现对远程OTDR下位机的硬件重启，该操作免去了以往测试人员奔赴远程OTDR下位机现场实施人工硬件重启的麻烦。

光开关控制单元220，一共包括4路光开关选项，分别为光开关K1、光开关K2、光开关K3、光开关K4，这些光开关又分别对应4路不同的多级无源光网络，所述光开关控制单元用于帮助用户在不同光开关之间进行切换，以实现对不同光开关对应的那个多级无源光网络进行测量。

参考获取单元230，用于完成参考数据的获取，参考获取单元230包括：在收到用户发出的参考测量信号后，开始控制远程OTDR下位机对当前光开关对应的多级无源光网络进行首次测量；所述首次测量完毕后，OTDR下位机向所述监测软件系统发送测得的原始数据，同时参考获取单元230接收该数据；接收完毕后对所述原始数据进行后续数据处理以获取参考数据。

节点设置单元240，用于通过节点设置的方法完成所述参考数据与所述多级无源光网络的匹配，节点设置单元240有两种设置模块，包括：自动默认方式设置模块241，用于按照默认的节点次序，自动完成所述节点；手动选择方式设置模块242，用于在数据表格中的节点设置单元内提供所有可能的节点选项，用户手动完成节点设置；

测量与分析单元250，用于再次测量，并根据所述参考数据、网络节点、再次测量的数据进行事件分析求得结果数据，包括两个步骤：再次对被测多级无源光网络进行测量，得到再测数据；基于网络节点设置信息，所述再测数据与之前的参考数据根据事件分析算法，得到结果数据；

显示单元260，包括：迹线图模块261，用于将参考数据、再测数据通过描点连线的方法生成迹线图，并显示于所述监测软件系统的一个特定矩形区域内，用户可以自由选择、切换要显示的迹线，也可以是多条迹线同时显示；拓扑图模块262，用于根据参考数据、再测数据、节点信息，通过匹配与两点连线的方法，配合图标注解生成被测多级无源光网络的结构拓扑图，并显示于所述监测软件系统的一个特定矩形区域内；数据表格模块263，用于根据参考数据、网络节点、结果数据，获取事件类型、距离、反射峰值、相对距离、损耗、衰减系数、节点类型等信息，以生成相对应的数据表格，并显示于所述监测软件系统的一个特定矩形区域内；消息提示模块264，用于提示当前进行的操作，以及通过简短的消息方式报告测量结果；状态监控模块265，用于监测当前测量的运行状态。

辅助功能单元270，用于帮助用户对所述显示单元内出现的数据进行进一步查看与分析，如图10所示，包括：视图缩放模块271，用于对所述迹线图、拓扑图进行放大或缩小处理；自动合适模块272，用于根据显示窗体的尺寸，对所述迹线图、拓扑图自动缩放到最佳大小；选取细节模块273，用于根据用户鼠标左键拖动的一个矩形区域对其内部进行局部放大，有助于对迹线细节部分的查看与分析；自由拖动模块274，用于根据用户鼠标右键实现对所述迹线图、拓扑图进行整体移动；事件标记模块275，事件标记，用于在迹线图、拓扑图中存在事件点的位置加上圆点记号，并在下方用括号标出事件对应的坐标；选中事件高亮模块276，用于当用户在所述数据表格里选中一行时，所述迹线图自动移动到该行对应的事件点位置，同时改变该事件点事件标记的颜色、为其生成一条辅助虚线，并对所述事件点做居中处理以使视图美观；屏幕截取模块277，用于保存当前的屏幕图片(Bitmap格式)；数据探针模块278，用于在迹线图中提供两根数据探针，该探针可以获得与迹线交点的坐标，用户还可以通过鼠标拖动所述两根数据探针，改变其与迹线的交点，从而同时探测两个交点的坐标以及这两个交点的横纵坐标的差值；坐标显示框模块279，用于实时显示当前鼠标在所述迹线图中的坐标、数据探针所探测的两个交点的坐标，以及两交点间的横向差值与纵向差值；项目列表框模块2710，用于显示当前正在迹线图、拓扑图中显示的项目的图形、颜色与标签；

所述的多级无源光网络故障监测系统，还用到一些外部数据库文件280，包括：参数配置文件281，用于存储进行测量与后续数据分析计算时所用到的各种参数；参考数据文件282，用于存储经过参考测量得到的参考数据；节点信息文件283，用于存储与参考数据匹配的网络节点信息；测量数据文件284，用于存储支持迹线图模块描点时使用的二维坐标数据；

如图3所示，本发明实施例三给出了多路多级无源光网络监测的方法。完成一次完整的监测，用户需要在被测光纤链路处于完好状态的时候进行参考数据的测量，该数据是用于与光纤链路再次测量的数据做比较分析时使用的，理论上对于同一条光纤链路只用对其测量一次参考数据。具体步骤如下：

步骤301：启动所述监测软件系统；

步骤302：如本次测量需要使用新的测量参数或网络参数，用户打开参数配置对话框，进入相应页面做参数修改；

步骤303：进入光开关选择菜单，选择一路光开关，准备对与之连接的多级无源光网络进行测量；

步骤304：判断是否需要重新测量参考数据？若所述条件为假，则执行步骤305。否则，执行步骤306-步骤310；

步骤305：从参考数据文件加载参考数据，同时，显示单元根据所该参考数据生成相应的参考数据迹线图与数据表格；

步骤306：首次测量，在模式选框中选择参考模式，点击运行按钮，开始测量参考数据。完毕后，自动保存参考数据到外部数据库的参考数据文件。同时，显示单元根据所测参考数据生成相应的参考数据迹线图与数据表格；

步骤307：用户使用辅助功能对迹线图、拓扑图进行进一步查看与分析；

步骤308：在光路设置菜单中选择合适的节点设置方式，针对所选方式设置网络节点，以完成参考数据与被测多级无源光网络的匹配关系，并生成该网络拓扑图；

步骤309：在模式菜单中选择测量模式，点击运行按钮，再次测量完成后自动进入事件分析，经过事件分析得出结果数据。同时，显示测量结果的提示消息，在迹线图中添加一条再次测量的迹线，生成一张测量数据的数据表格，如果检测到故障点，则还在拓扑图相应位置添加故障点标记；

步骤310：用户使用辅助功能对迹线图、拓扑图进行进一步查看与分析。

本发明实施例四给出了具体实现所述多路多级无源光网络每个单元模块的技术方案。

如图4所示，给出了参数设置单元210的具体实现方法。当需要对系统参数做修改时，用户从软件系统主界面打开参数设置对话框400，该对话框内部提供三个分页分别为：OTDR测量参数设置页面410、OTDR下位机IP地址设置页面420、OTDR下位机远程重启控制页面430。

当打开OTDR测量参数设置页面410时，系统自动从外部数据库的参数配置文件载入最近一次设置好的参数信息，并显示到该页面上。用户可以通过下拉列表选择的方式对提供的测量参数数值做修改，所述测量参数包括：发射探测光脉冲波长(WaveLenght)、发射探测光脉冲宽度(PulseWidth)、所测光纤链路最大长度(Range)、所测光纤的折射率(Index)、数据累加次数(AverageTime)、优化级别(Optimize)。确认修改后这些参数的数值被保存到参数配置文件。

当打开OTDR下位机IP地址设置页面420时，系统自动从外部数据库的参数配置文件载入最近一次设置好的参数信息，并显示到页面上。用户通过填写的方式对IP地址、子网掩码、默认网关做修改，确认后相应参数被保存到参数配置文件。

当打开OTDR下位机远程重启控制页面430时，会要求用户输入远程重启密码，在输入密码正确的前提条件下，系统向远程OTDR下位机发出重启指令，等待重启完毕后弹出消息提示“已重启成功！”。

如图5所示，给出了光开关控制单元220的具体实现方法。通过切换光开关，可以实现对不同光开关连接的光纤链路进行监测。除此功能，本发明还提供了对每个光开关使用单独的数据库文件，以实现对每个光开关具有记忆性。具体实现步骤如下：首先，用户从主界面要打开光开关控制菜单，并选择一路要监测的光开关，本实施例中假设选择光开关K3，其他以此类推；系统调用otdr对象的OpticalSwitch函数，并为其传递参数P3，该函数立即向远程OTDR发送指令将输入光开关切换到通道C3，该函数的返回值表示是否切换成功；如果重启失败，系统弹出消息提示“光开关切换失败！”；若切换成功，则继续判断当前是否处于参考获取模式？如果处于参考获取模式，则修改参考数据对应测量数据文件路径为./reference3_coord.data；然后读取上述参考数据文件，并据此生成光开关K3的迹线图、拓扑图、数据表格；如果步骤504所述条件为假，则系统自动先从测量与分析模式切换到参考获取模式，再进行步骤507、步骤509所述操作，完毕后自动切换回测量与分析模式；最后弹出消息提示“已成功切换到光开关K3”。

如图6所示，给出了参考获取单元230的具体实现方法，包括如下步骤：

步骤600：在模式框中选择参考获取模式，运行；

步骤601：判断是否需要重新获取参考数据？所述条件为假，则继续执行步骤602～步骤610，否则直接跳转到步骤610；

步骤602：系统工作状态设为busy(忙碌)；

步骤603：执行StartOTDR函数，开始获取参考；

步骤604：创建一个工作线程CThread的对象，启动该线程，用来执行参考获取任务，使用单独的线程可以防止界面卡死；

步骤605：从测量参数文件调用获取参考的测量参数；

步骤606：基于所述测量参数，向远程OTDR下位机发送测量指令，开始获取参考数据的原始数据；

步骤607：监测软件系统接受所述原始数据，并保存到数据库中的reference.data文件；

步骤608：将所述原始数据转换为坐标数据并保存到数据库中的reference_coord.data文件；

步骤609：系统工作状态设为idel(空闲)；

步骤610：从参考数据文件调用最近一次获取的参考数据，并生成该数据的迹线图、数据表格。

如图7所示，给出了参考获取单元230的具体实现方法。光路设置就是节点设置，是为了给获得的参考数据匹配相应的节点信息，本发明提供两种节点设置方式：自动默认方式710以及手动选择方式720。

自动默认方式710，首先会判断获得的参考数据中包含的事件点个数是否超过可以进行自动默认设置的上限，如果超过则会要求用户进行手动选择方式进行节点设置，即跳转到步骤720。如果没有超过上限，系统自动以将预设的节点信息填入到数据表格每个事件点的节点类型所在位置。

手动选择方式720，用户可以自己对节点进行设置，步骤如下：按照主干道的节点顺序，首先应该设置第一级分光器A1，用户双击数据表格中事件点对应的节点类型所在列，出现的下拉列表中包含可能的节点选项，用户进而做出选择；当双击下一个事件点对应的节点类型所在列时，系统会根据上面已经选好的那些节点信息排除掉一些不可能的节点选项，这样就提高了选择的效率，并防止用户误操作；如果用户错选了某个时间对应的节点，只要点击光路设置框中的撤销按钮清空当前节点，重新选择就可以了；重复以上步骤，知道参考数据的所有事件点都设置了节点。

如图8所示，给出了测量与分析单元250的具体实现方法，包括如下步骤：

步骤800：在模式框中选择选择测量与分析模式，运行；

步骤801：系统工作状态设为busy(忙碌)；

步骤802：执行StartOTDR函数，开始再次测量；

步骤803：创建一个工作线程CThread的对象，启动该线程，用来执行再次测量任务，使用单独的线程可以防止界面卡死；

步骤804：从测量参数文件调用测量参数；

步骤805：基于所述测量参数，向远程OTDR下位机发送测量指令，开始获取再测数据的原始数据；

步骤806：监测软件系统接受所述原始数据，并保存到数据库中的measured.data文件；

步骤807：将所述原始数据转换为坐标数据并保存到数据库中的measured_coord.data文件；

步骤808：系统工作状态设为idel(空闲)；

步骤809：自动执行事件分析，利用参考数据、节信息点、再测数据，根据相关运算和小波变换等算法计算出本次测量最终结果数据；

步骤810：生成该结果数据的迹线并添加到迹线图中，生成该结果数据的数据表格，若检测到故障点则进一步将故障点添加到拓扑图相应位置。

步骤809中所述事件分析算法主要通过函数AnalyzePONEvent实现，生成的结果包括每个事件点的事件类型、距离、反射峰值、相对距离、损耗、衰减系数、节点类型等信息。

如图9所示，给出了显示单元260的具体实现方法，包括：步骤901是迹线图模块261的实现方法，当有参考数据或再测数据生成，或有OTDR文件打开时，调用相应的坐标文件，或者从OTDR文件中读取相应坐标数据，通过描点连线的方法生成对应的迹线图，多条迹线可以同时显示在一个迹线图中；步骤902是拓扑图模块262的实现方法，根据所述参考数据、再测数据、节点信息，通过匹配和两点连线的方法，配合图标注解生成反应被测多级无源光网络结构的拓扑图；步骤903是数据表格模块263的实现方法，根据参考数据、再测数据、结果数据，或者OTDR文件，将各个事件点对应的详细信息生成相应的数据表格。

步骤901和步骤902中所述迹线图、拓扑图均通过Mathplot的类mpWindow实现，其中迹线图因为要用到数据探针模块278和坐标显示模块279这两个自定义控件，要重载成一个新的派生类otdr_mpWindow。步骤903中所述数据表格通过wxWidgets提供的高级表格控件wxGrid实现，并绑定了诸多事件响应函数，以对用户输入进行响应。例如：OnRef_ResultGridCellChange函数用来响应当数据表格中的节点设置单元发生改变时对参考数据进行重新绑定节点信息；OnRef_ResultGridCellLeftClick函数用来响应当用户点击数据表格中的节点设置单元所对应的格子时弹出可选的节点列表，以供用户进行手动选取节点。

消息提示模块264利用静态文本类wxStaticText实现，通过在代码中适当的地方使用其成员函数SetLabel修改显示的内容，达到向用户提示测试信息的效果。状态监控模块265利用函数ChangeLEDStatus实现，包括系统连接状态、参数检查、光路检查、测试等待、数据分析这5个项目，每行的圆形图标分别用绿色表示通过，红色表示未通过，黄色表示正在进行。

如图10所示，给出了辅助功能单元270的结构示意图。其中视图缩放功能模块271通过调用Mathplot2D图形开发库的mpWindow类的成员函数ZoomIn和ZoomOut实现；自动合适模块272通过调用函数Fit实现；选区细节模块274通过当用户使用鼠标左键拖动一个矩形时调用RectZoom函数实现；自由拖动模块275通过当用户使用鼠标右键按下时调用OnMove响应函数实现；事件标记模块275通过在mpWindow类中新建图层，装载事件点坐标实现；选中事件高亮模块276通过当用户单击数据表格某事件对应行时调用响应函数OnResultGridLeftClick实现；屏幕截取模块277通过新建一个wxDC并将内存中的屏幕像素记录到位图的方法实现；数据探针模块278通过自定义控件Marker实现；坐标显示模块279通过自定义控件CursorBox实现。

本发明实施例五给出了所述无源光网络监测系统的一些软件界面截图。

如图11所示，是本发明系统刚启动时的主界面，包括以下几个部分：最上方的一行是菜单栏(MenuBar)，它提供系统所有功能的分类管理，如“文件”菜单中又包括打开OTDR文件、保存OTDR文件、屏幕截取以及退出按钮，“配置”菜单中又包括参数设置、加载配置按钮，光开关菜单中又包括光开关K1、光开关K2、光开关K3、光开关K4按钮，“测量”菜单中又包括开始、停止、从OTDR文件绘制、清空按钮，“工具”菜单中又包括放大、缩小、自动合适、事件标记、数据探针按钮；紧接菜单栏下方的是一行工具栏(ToolBar)，它提供最常用的一些系统功能，并为每个按钮配以形象的图标；主界面左边的部分是文件管理(File Management)窗口，它提供一个文件列表，负责对所显示的参考数据迹线、测量数据迹线，以及加载的多个OTDR文件进行管理，如显示或取消显示；主界面右边的部分是显示界面，其中上半部分是一个分页(Tab)窗口，第一个分页用于显示迹线图，第二个分页用于显示拓扑图；显示界面下半部分也是一个分页，第一分页用于显示参考数据的表格，第二分页用于显示测量数据的表格，第三分页用于显示OTDR文件的数据表格，这些表格都含有事件类型、距离、反射峰值、相对距离、损耗、衰减系数、节点类型的列栏；数据表格右边还有一些操作区域，第一个是光路设置框，用于对网络节点进行设置，分为自动默认和手动选择两方式；模式框，用于选择系统运行的模式，包括参考获取和测量两种模式；连接框，用于选择测量数据的连接模式，包括在线和离线两种模式。

如图12所示，是本发明系统的参数设置界面截图，其中放入了三个不同页面的内容，包括：第一个是OTDR下位机测量参数页面，该页面内用户可以进行发射探测光脉冲波长、发射探测光脉冲宽度、所测光纤链路最大长度、所测光路采用光纤的折射率、数据累加平均次数、优化级别的设置；中间的是OTDR下位机IP地址设置页面，该页面内用户可以进行远程OTDR下位机的网络参数的设置，包括IP地址、子网掩码、默认网关；最后是OTDR远程重启控制页面，用于在用户输入密码正确的前提条件下实现对远程OTDR下位机的硬件重启。

如图13所示，是本发明实施例五进行一次实测的参考数据所生成的迹线图和数据表格截图。所测多级无源光网络，一共包含八级，结构如下A1|B1-A2|B2-A3|B3-A4|B4-A5|B5-A6|B6-A7|B7-A8，其中-表示主分支光纤，|表示从分支光纤。由迹线图可以看出，一共有八对事件峰值，分别对应被测的八级无源光网络，具体情况通过数据表格显示，比如第四个反射峰对应光纤链路中的B2，它属于菲涅尔反射，距离测量基站894.3米，反射峰值为负6.8dB，相对于上一个事件峰值的距离即从分支A2|B2的长度为50.8米。

如图14所示，是本发明实施例五经过再次测量后获得结果数据的迹线图和数据表格截图。在迹线图中，包括参考数据、测量数据两条迹线，图中还展示了数据探针的使用，探针A和探针B分别放置在事件点A1和A3上。通过坐标显示给出的A1位置为(539.1，2.2)，实际测得的A1坐标如数据表格中所示为(536.7,2.2)，经计算相对误差仅为0.4％，可见数据探针可以完成较高精度的手动测量。同时，数据表格中给出了本次测量探测到的一个故障点位于所述8级无源光网络的主干道上，具体来说位于A2-A3段，与A2距离为56.0米，与测量基站距离为950.1米。

如图15所示，是本发明实施例五生成拓扑图的两张截图。上面一张是完整的拓扑结构图，可见一共有八个分光器，对应被测八级无源光网络的实际结构。下面一张是故障点附近通过局部细节获取的放大图，可以十分清楚的看见该故障点位于第二级分光器A2之后，且位于主干道上，位置大约为950米，这与图14所显示的结果是吻合的。

如图16所示，是本发明实施例六该监测软件系统在Linux操作系统环境下的界面截图。上述实例五中的所有截图均是本发明所提供多路多级无源光网络监测软件系统在Windows操作平台下的表象，通过简单的再编译，无需对代码做任何修改就可以完成该系统到Linux操作平台的移植。如图16所示，是该系统运行在Ubuntu 12.04(一种Linux系统)操作系统上的截图，可见使用wxWidgets跨平台编程框架开发的本发明系统具有非常优越的跨平台特性，在提供相同功能的前提下，还保持了用户界面上的高度一致性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种多级无源光网络故障监测系统，其特征在于，包括如下装置：

参数设置单元，用于设置需测量的参数；

光开关控制单元，用于切换测量所使用的通道，以对在多路多级无源光网络中与所使用的通道对应的多级无源光网络进行测量；

参考获取单元，用于通过光开关控制单元，根据参数设置单元的设置，获取多级无源光网络测量的参考数据；

节点设置单元，用于根据所述参考数据设置网络节点，完成所述参考数据与所述多级无源光网络的匹配；

测量与分析单元，用于再次对同一多级无源光网络进行测量得到再测数据，并根据所述参考数据、节点设置单元生成的网络节点设置信息、再测数据进行事件分析求得结果数据；

显示单元，用于向用户呈现所述结果数据；

所述参数设置单元包括如下装置：

OTDR测量参数设置模块，用于对多路所述多级无源光网络监测所需的各项参数进行配置，所述参数包括：发射探测光脉冲波长、发射探测光脉冲宽度、所测光纤链路最大长度、所测光路采用光纤的折射率、数据累加平均次数、优化级别；

OTDR下位机IP地址设置模块，用于设置多级无源光网络故障监测系统和远程OTDR下位机之间的网络连接参数，所述网络连接参数包括：IP地址、子网掩码、默认网关；

OTDR下位机远程重启控制模块，用于对远程OTDR下位机的硬件进行重启。

2.根据权利要求1所述的多级无源光网络故障监测系统，其特征在于，所述节点设置单元包括如下装置：

自动默认方式设置模块，用于按照默认的节点次序，自动完成所述节点设置；

手动选择方式设置模块，用于根据用户对节点选项的指定来完成节点设置。

3.根据权利要求1所述的多级无源光网络故障监测系统，其特征在于，所述显示单元包括如下任一种或任多种装置：

迹线图模块，用于将参考数据、再测数据通过描点连线的方法生成迹线图；

拓扑图模块，用于根据参考数据、再测数据、网络节点信息，通过匹配与两点连线的方法，配合图标注解生成被测多级无源光网络的结构拓扑图；

数据表格模块，用于根据参考数据、网络节点信息、结果数据，获取事件类型、距离、反射峰值、相对距离、损耗、衰减系数、节点类型这些信息，以生成相对应的数据表格；

提示消息模块，用于提示用户当前进行的操作，以及通过简短的消息方式报告测量结果；

状态监控模块，用于监测当前测量的运行状态。

4.根据权利要求1所述的多级无源光网络故障监测系统，其特征在于，还包括用于帮助用户在所述显示单元中进一步查看与分析测量结果的辅助功能单元，所述辅助功能单元包括如下装置：

视图缩放模块，用于对显示单元显示的内容进行放大或缩小处理；

自动合适模块，用于根据显示窗体的尺寸，对显示单元显示的内容自动缩放到最佳大小；

选取细节模块，用于根据用户划定的一个区域进行局部放大；

自由拖动模块，用于根据用户的指令对显示单元所显示内容进行移动；

事件标记模块，用于在显示单元显示内容中存在事件点的位置加上圆点记号，并在下方用括号标出事件对应的坐标；

选中事件高亮模块，用于当用户在显示单元显示的数据表格里选中一行时，显示单元显示的迹线图自动移动到该行对应的事件点位置，同时改变该事件点事件标记的颜色、为事件点生成一条辅助虚线；

屏幕截取模块，用于保存当前的屏幕图片；

数据探针模块，用于在显示单元显示的迹线图中提供两根数据探针，该探针能够获得与迹线交点的坐标；

坐标显示框模块，用于实时显示当前鼠标在显示单元显示的迹线图中的坐标、数据探针所探测的两个交点的坐标，以及两交点间的横向差值与纵向差值；

项目列表框模块，用于显示当前正在显示单元显示的迹线图、拓扑图中显示的项目的图形、颜色与标签。

5.根据权利要求1所述的多级无源光网络故障监测系统，其特征在于，多级无源光网络故障监测系统采用跨平台编程框架wxWidgets开发。

6.一种多级无源光网络故障监测的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：设置需测量的参数；

步骤2：切换测量所使用的通道，以对在多路多级无源光网络中与所使用的通道对应的多级无源光网络进行测量；

步骤3：根据需测量的参数的设置，获取多级无源光网络测量的参考数据；

步骤4：根据所述参考数据设置网络节点，完成所述参考数据与所述多级无源光网络的匹配；

步骤5：再次对同一多级无源光网络进行测量得到再测数据，并根据所述参考数据、节点设置单元生成的网络节点设置信息、再测数据进行事件分析求得结果数据；

步骤6：向用户呈现所述结果数据；

所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：对多路所述多级无源光网络监测所需的各项参数进行配置，所述参数包括：发射探测光脉冲波长、发射探测光脉冲宽度、所测光纤链路最大长度、所测光路采用光纤的折射率、数据累加平均次数、优化级别；

步骤1.2：设置多级无源光网络故障监测系统和远程OTDR下位机之间的网络连接参数，所述网络连接参数包括：IP地址、子网掩码、默认网关；

步骤1.3：对远程OTDR下位机的硬件进行重启。

7.根据权利要求6所述的多级无源光网络故障监测的实现方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：

步骤4.1：按照默认的节点次序，自动完成所述节点设置；

步骤4.2：根据用户对节点选项的指定来完成节点设置。

8.根据权利要求6所述的多级无源光网络故障监测的实现方法，其特征在于，所述步骤6包括如下步骤：

-将参考数据、再测数据通过描点连线的方法生成迹线图；

-根据参考数据、再测数据、网络节点信息，通过匹配与两点连线的方法，配合图标注解生成被测多级无源光网络的结构拓扑图；

-根据参考数据、网络节点信息、结果数据，获取事件类型、距离、反射峰值、相对距离、损耗、衰减系数、节点类型这些信息，以生成相对应的数据表格；

-提示用户当前进行的操作，以及通过简短的消息方式报告测量结果；

-监测当前测量的运行状态。

9.根据权利要求6所述的多级无源光网络故障监测的实现方法，其特征在于，还包括如下步骤：

-对显示单元显示的内容进行放大或缩小处理；

-根据显示窗体的尺寸，对显示单元显示的内容自动缩放到最佳大小；

-根据用户划定的一个区域进行局部放大；

-根据用户的指令对显示单元所显示内容进行移动；

-在显示单元显示内容中存在事件点的位置加上圆点记号，并在下方用括号标出事件对应的坐标；

-当用户在显示单元显示的数据表格里选中一行时，显示单元显示的迹线图自动移动到该行对应的事件点位置，同时改变该事件点事件标记的颜色、为事件点生成一条辅助虚线；

-保存当前的屏幕图片；

-在显示单元显示的迹线图中提供两根数据探针，该探针能够获得与迹线交点的坐标；

-实时显示当前鼠标在显示单元显示的迹线图中的坐标、数据探针所探测的两个交点的坐标，以及两交点间的横向差值与纵向差值；

-显示当前正在显示单元显示的迹线图、拓扑图中显示的项目的图形、颜色与标签。

10.根据权利要求6所述的多级无源光网络故障监测的实现方法，其特征在于，所述多级无源光网络故障监测的实现方法采用跨平台编程框架wxWidgets开发实现。