CN116032357A - 故障定位方法、设备及光网络系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种故障定位方法、设备及光网络系统,属于光网络技术领域。获取第一通信设备上的接收电信号的信号质量。该接收电信号为第一通信设备对通过光纤链路接收到的来自第二通信设备的光信号进行转换得到的电信号。当接收电信号的信号质量低于信号质量阈值时,根据接收电信号分别在多个时刻的PSD以及接收电信号分别在多个时刻的噪声特征,确定光网络系统中的故障部件和故障原因。故障部件包括第一通信设备中的光网络部件、第二通信设备中的光网络部件或光纤链路。本申请通过分析接收电信号的信号特征实现了对光网络系统的全链路故障定位。
Description
本申请要求于2021年10月26日提交的申请号为202111248581.7,发明名称为“一种光模块、光网络管理方法以及系统”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及光网络技术领域,特别涉及一种故障定位方法、设备及光网络系统。
背景技术
光网络系统中的两个通信设备之间通过光纤链路连接。每个通信设备都包括光模块。一个通信设备的光模块用于将该通信设备上的待传输数据转换为光信号后通过光纤链路传输至另一个通信设备的光模块,从而实现光网络系统中的数据传输。
目前通信设备中的光模块只能监测自身的光网络部件是否故障,并在光网络部件发生故障后发出告警,故障定位的范围有限。
发明内容
本申请提供了一种故障定位方法、设备及光网络系统,可以解决目前光网络系统中故障定位的范围有限的问题。
第一方面,提供了一种应用于光网络系统的故障定位方法。光网络系统包括第一通信设备和第二通信设备。第一通信设备与第二通信设备通过光纤链路连接。该方法可以应用于管理设备、第一通信设备中的光传输装置或第一通信设备中的网络设备。该方法包括:获取第一通信设备上的接收电信号的信号质量。该接收电信号为第一通信设备对通过光纤链路接收到的来自第二通信设备的光信号进行转换得到的电信号。当接收电信号的信号质量低于信号质量阈值时,根据接收电信号分别在多个时刻的功率频谱密度(powerspectral density,PSD)以及接收电信号分别在多个时刻的噪声特征,确定光网络系统中的故障部件和故障原因。故障部件包括第一通信设备中的光网络部件、第二通信设备中的光网络部件或光纤链路。本申请将第一通信设备对通过光纤链路接收到的来自第二通信设备的所有光信号进行转换得到的电信号均称为接收电信号,该接收电信号并非特指某一时刻的电信号。上述多个时刻为判定接收电信号的信号质量低于信号质量阈值之后的多个时刻。
本申请通过分析接收电信号的信号特征实现对光网络系统的全链路故障定位,这个过程中无需单独对光纤链路进行故障检测,故障定位效率较高,有助于对光网络系统的运维管理。并且整个过程无需人工干预,可以降低运维成本。
可选地,接收电信号的信号质量低于信号质量阈值,包括:接收电信号的误码率大于或等于误码率阈值,和/或,接收电信号的信噪比小于或等于信噪比阈值。也即是,信号质量阈值包括误码率阈值和/或信噪比阈值。
可选地,根据接收电信号分别在多个时刻的PSD以及接收电信号分别在多个时刻的噪声特征,确定光网络系统中的故障部件和故障原因的实现流程,包括:根据接收电信号在多个时刻中每个时刻的PSD,分别获取K个频率值分别对应的K个频谱强度,K为大于1的正整数,K个频率值均小于低频阈值。判断多个时刻中是否存在至少一个目标时刻,该目标时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,且接收电信号在该目标时刻的噪声与电平阶数正相关。当多个时刻中存在目标时刻,并且,K个频率值中的至少一个频率值在该多个时刻的频谱强度存在波动性,接收电信号在该多个时刻的噪声存在波动性时,确定故障部件包括光纤链路,故障原因包括光纤链路上存在多径干扰。
其中,一个频率值在多个时刻分别对应多个频谱强度。一个频率值在多个时刻的频谱强度存在波动性,指该频率值在多个时刻分别对应的多个频谱强度存在波动性。
可选地,预设条件包括:目标时刻对应的K个频谱强度中存在两个频谱强度的差值的绝对值大于频谱强度阈值,或,目标时刻对应的峰均比大于峰均比阈值。目标时刻对应的峰均比为目标时刻对应的K个频谱强度中的最大值与该K个频谱强度的平均量的比值。当预设条件为目标时刻对应的峰均比大于峰均比阈值时,接收电信号在多个时刻分别对应的K个频谱强度存在波动性,包括:多个时刻分别对应的峰均比之间的变化量超出第一变化阈值。
可选地,上述方法还包括:确定接收电信号的N个功率范围。N为接收电信号的电平种类的数量。接收电信号的任一符号对应的功率值属于N个功率范围中的一个。N个功率范围中的每个功率范围在每个时刻对应一个噪声参数。噪声参数与对应的功率范围内的各个符号在对应时刻的噪声相关。接收电信号在目标时刻的噪声与电平阶数正相关,包括:第一功率范围在目标时刻对应的噪声参数大于第二功率范围在目标时刻对应的噪声参数,第一功率范围和第二功率范围为N个功率范围中的两个功率范围,且第一功率范围对应的功率值大于第二功率范围对应的功率值。接收电信号在多个时刻的噪声存在波动性,包括:N个功率范围中至少一个功率范围在多个时刻分别对应的噪声参数之间的变化量超出第二变化阈值。
可选地,功率范围在一个时刻对应的噪声参数为功率范围在时刻对应的M个符号噪声的方差、均方差、标准差或均方误差中的一个。其中,M个符号噪声为功率范围所包括的M个符号在时刻对应的M个功率值分别与预设门限的差值,M为大于1的正整数。
可选地,当多个时刻中存在目标时刻,并且,K个频率值中的所有频率值在多个时刻的频谱强度不存在波动性和/或接收电信号在多个时刻的噪声不存在波动性时,确定故障部件包括第一通信设备中的供电部件,故障原因包括该供电部件的输出电压异常。进一步地,对接收电信号进行非线性均衡处理。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低时,确定故障部件还包括第二通信设备的发射器中的激光器和/或第一通信设备的接收器中的跨阻放大器,故障原因还包括该激光器的啁啾过大和/或该跨阻放大器的增益输出电压饱和。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低时,确定故障部件还包括第二通信设备的发射器中的激光器,故障原因包括该激光器的相对强度噪声值异常。
该多个时刻中存在目标时刻,也就是说,接收电信号的PSD满足低频抬起,且接收电信号的噪声与电平阶数正相关。接收电信号的PSD满足低频抬起,在排除是光纤链路上的多径干扰(multi-path interference,MPI)导致的之后,可以怀疑是接收侧通信设备中的供电部件的输出电压异常导致的。接收电信号的噪声与电平阶数正相关,说明接收电信号存在电平相关噪声。电平相关噪声可能是由于发射器中的激光器的啁啾过大和/或接收器中的跨阻放大器的增益输出电压饱和导致的非线性噪声,也可能是由于发射器中的激光器的相对强度噪声(relative intensity noise,RIN)值异常导致的光源本征噪声。由于光源本征噪声无法通过非线性均衡处理来消除,因此可以对接收电信号进行非线性均衡处理以进一步明确噪声类型。经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低,说明接收电信号存在非线性噪声,进而处理单元可以确定故障部件包括发射器中的激光器和/或接收器中的跨阻放大器。经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低,说明接收电信号不存在非线性噪声,进一步推断接收电信号中的电平相关噪声可能是激光器的光源本征噪声,进而处理单元可以确定故障部件包括发射器中的激光器。
可选地,当接收电信号在多个时刻中至少一个时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,且接收电信号在至少一个时刻的噪声与电平阶数非正相关时,确定故障部件包括第一通信设备中的供电部件,故障原因包括该供电部件的输出电压异常。
接收电信号在该多个时刻中至少一个时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,即接收电信号的PSD满足低频抬起,在排除是光纤链路上的MPI导致的之后,可以怀疑是接收侧通信设备中的供电部件的输出电压异常导致的。
可选地,当接收电信号在每个时刻对应的K个频谱强度均不满足预设条件,且接收电信号在多个时刻的噪声均与电平阶数非正相关时,确定故障部件包括第一通信设备的接收器中的跨阻放大器和/或光电探测器,故障原因包括该跨阻放大器的噪声异常和/或该光电探测器的噪声异常。
可选地,当接收电信号在每个时刻对应的K个频谱强度均不满足预设条件,且接收电信号在多个时刻的噪声与电平阶数正相关时,对接收电信号进行非线性均衡处理。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低时,确定故障部件包括第二通信设备的发射器中的激光器和/或第一通信设备的接收器中的跨阻放大器,故障原因包括该激光器的啁啾过大和/或该跨阻放大器的增益输出电压饱和。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低时,确定故障部件包括第二通信设备的发射器中的激光器,故障原因包括该激光器的相对强度噪声值异常。
可选地,上述方法还包括:输出故障分析报告,故障分析报告包括故障部件和故障原因。
如果上述方法由光传输装置或网络设备执行,输出故障分析报告可以理解为,向管理设备发送故障分析报告,以供管理设备显示该故障分析报告。如果网络设备具有显示功能,网络设备也可以显示该故障分析报告。如果上述方法由管理设备中的处理单元执行,输出故障分析报告可以理解为显示故障分析报告。本申请通过输出故障分析报告,便于运维人员有针对性地对光网络系统中的可能故障部件进行故障排查,进而可以缩短故障修复时间,提高光网络系统的运行可靠性。
可选地,第一通信设备包括第一光传输装置,第二通信设备包括第二光传输装置。上述方法还包括:在确定第一光传输装置的特征参数的值和/或第二光传输装置的特征参数的值正常之后,判断接收电信号的信号质量是否低于信号质量阈值。
本申请在判断接收电信号的信号质量是否低于信号质量阈值之前,可以先判断接收侧通信设备和/或发送侧通信设备的光传输装置的特征参数的值是否正常,以排查光网络系统中的部分硬件故障。在所有特征参数的值都反映对应的光网络部件的工作状态正常的情况下,再判断接收电信号的信号质量是否低于信号质量阈值,这样可以排除光网络系统中的部分硬件故障对接收电信号的信号质量的影响,以提高后续故障定位的准确性。
第二方面,提供了一种通信设备。该通信设备包括处理单元,该处理单元用于获取第一通信设备上的接收电信号的信号质量。该接收电信号为第一通信设备对通过光纤链路接收到的来自第二通信设备的光信号进行转换得到的电信号。当接收电信号的信号质量低于信号质量阈值时,根据接收电信号分别在多个时刻的PSD以及接收电信号分别在多个时刻的噪声特征,确定光网络系统中的故障部件和故障原因。故障部件包括第一通信设备中的光网络部件、第二通信设备中的光网络部件或光纤链路。
可选地,接收电信号的信号质量低于信号质量阈值,包括:接收电信号的误码率大于或等于误码率阈值,和/或,接收电信号的信噪比小于或等于信噪比阈值。
可选地,处理单元,用于:根据接收电信号在多个时刻中每个时刻的PSD,分别获取K个频率值分别对应的K个频谱强度,K为大于1的正整数,K个频率值均小于低频阈值。判断多个时刻中是否存在至少一个目标时刻,该目标时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,且接收电信号在该目标时刻的噪声与电平阶数正相关。当多个时刻中存在目标时刻,并且,K个频率值中的至少一个频率值在该多个时刻的频谱强度存在波动性,接收电信号在该多个时刻的噪声存在波动性时,确定故障部件包括光纤链路,故障原因包括光纤链路上存在多径干扰。
可选地,预设条件包括:目标时刻对应的K个频谱强度中存在两个频谱强度的差值的绝对值大于频谱强度阈值,或,目标时刻对应的峰均比大于峰均比阈值。目标时刻对应的峰均比为目标时刻对应的K个频谱强度中的最大值与该K个频谱强度的平均量的比值。当预设条件为目标时刻对应的峰均比大于峰均比阈值时,接收电信号在多个时刻分别对应的K个频谱强度存在波动性,包括:多个时刻分别对应的峰均比之间的变化量超出第一变化阈值。
可选地,处理单元,还用于:确定接收电信号的N个功率范围。N为接收电信号的电平种类的数量。接收电信号的任一符号对应的功率值属于N个功率范围中的一个。N个功率范围中的每个功率范围在每个时刻对应一个噪声参数。噪声参数与对应的功率范围内的各个符号在对应时刻的噪声相关。接收电信号在目标时刻的噪声与电平阶数正相关,包括:第一功率范围在目标时刻对应的噪声参数大于第二功率范围在目标时刻对应的噪声参数,第一功率范围和第二功率范围为N个功率范围中的两个功率范围,且第一功率范围对应的功率值大于第二功率范围对应的功率值。接收电信号在多个时刻的噪声存在波动性,包括:N个功率范围中至少一个功率范围在多个时刻分别对应的噪声参数之间的变化量超出第二变化阈值。
可选地,功率范围在一个时刻对应的噪声参数为功率范围在时刻对应的M个符号噪声的方差、均方差、标准差或均方误差中的一个。其中,M个符号噪声为功率范围所包括的M个符号在时刻对应的M个功率值分别与预设门限的差值,M为大于1的正整数。
可选地,处理单元,还用于:当多个时刻中存在目标时刻,并且,K个频率值中的所有频率值在多个时刻的频谱强度不存在波动性和/或接收电信号在多个时刻的噪声不存在波动性时,确定故障部件包括第一通信设备中的供电部件,故障原因包括该供电部件的输出电压异常。进一步地,对接收电信号进行非线性均衡处理。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低时,确定故障部件还包括第二通信设备的发射器中的激光器和/或第一通信设备的接收器中的跨阻放大器,故障原因还包括该激光器的啁啾过大和/或该跨阻放大器的增益输出电压饱和。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低时,确定故障部件还包括第二通信设备的发射器中的激光器,故障原因包括该激光器的相对强度噪声值异常。
可选地,处理单元,还用于:当接收电信号在多个时刻中至少一个时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,且接收电信号在至少一个时刻的噪声与电平阶数非正相关时,确定故障部件包括第一通信设备中的供电部件,故障原因包括该供电部件的输出电压异常。
可选地,处理单元,还用于:当接收电信号在每个时刻对应的K个频谱强度均不满足预设条件,且接收电信号在多个时刻的噪声均与电平阶数非正相关时,确定故障部件包括第一通信设备的接收器中的跨阻放大器和/或光电探测器,故障原因包括该跨阻放大器的噪声异常和/或该光电探测器的噪声异常。
可选地,处理单元,还用于:当接收电信号在每个时刻对应的K个频谱强度均不满足预设条件,且接收电信号在多个时刻的噪声与电平阶数正相关时,对接收电信号进行非线性均衡处理。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低时,确定故障部件包括第二通信设备的发射器中的激光器和/或第一通信设备的接收器中的跨阻放大器,故障原因包括该激光器的啁啾过大和/或该跨阻放大器的增益输出电压饱和。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低时,确定故障部件包括第二通信设备的发射器中的激光器,故障原因包括该激光器的相对强度噪声值异常。
可选地,通信设备还包括发送单元,发送单元用于向管理设备发送故障分析报告,故障分析报告包括通信设备所在的光网络系统中的故障部件和故障原因。
第三方面,提供了一种管理设备,该管理设备包括接收单元和处理单元。接收单元,用于接收光网络系统中的第一通信设备发送的接收电信号的信号质量,接收电信号为第一通信设备对通过光纤链路接收到的来自光网络系统中的第二通信设备的光信号进行转换得到的电信号。处理单元,用于当接收电信号的信号质量低于信号质量阈值时,根据接收电信号分别在多个时刻的PSD以及接收电信号分别在多个时刻的噪声特征,确定光网络系统中的故障部件和故障原因。故障部件包括第一通信设备中的光网络部件、第二通信设备中的光网络部件或光纤链路。
可选地,接收电信号的信号质量低于信号质量阈值,包括:接收电信号的误码率大于或等于误码率阈值,和/或,接收电信号的信噪比小于或等于信噪比阈值。
可选地,处理单元,用于:根据接收电信号在多个时刻中每个时刻的PSD,分别获取K个频率值分别对应的K个频谱强度,K为大于1的正整数,K个频率值均小于低频阈值。判断多个时刻中是否存在至少一个目标时刻,该目标时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,且接收电信号在该目标时刻的噪声与电平阶数正相关。当多个时刻中存在目标时刻,并且,K个频率值中的至少一个频率值在该多个时刻的频谱强度存在波动性,接收电信号在该多个时刻的噪声存在波动性时,确定故障部件包括光纤链路,故障原因包括光纤链路上存在多径干扰。
可选地,预设条件包括:目标时刻对应的K个频谱强度中存在两个频谱强度的差值的绝对值大于频谱强度阈值,或,目标时刻对应的峰均比大于峰均比阈值。目标时刻对应的峰均比为目标时刻对应的K个频谱强度中的最大值与该K个频谱强度的平均量的比值。当预设条件为目标时刻对应的峰均比大于峰均比阈值时,接收电信号在多个时刻分别对应的K个频谱强度存在波动性,包括:多个时刻分别对应的峰均比之间的变化量超出第一变化阈值。
可选地,处理单元,还用于:确定接收电信号的N个功率范围。N为接收电信号的电平种类的数量。接收电信号的任一符号对应的功率值属于N个功率范围中的一个。N个功率范围中的每个功率范围在每个时刻对应一个噪声参数。噪声参数与对应的功率范围内的各个符号在对应时刻的噪声相关。接收电信号在目标时刻的噪声与电平阶数正相关,包括:第一功率范围在目标时刻对应的噪声参数大于第二功率范围在目标时刻对应的噪声参数,第一功率范围和第二功率范围为N个功率范围中的两个功率范围,且第一功率范围对应的功率值大于第二功率范围对应的功率值。接收电信号在多个时刻的噪声存在波动性,包括:N个功率范围中至少一个功率范围在多个时刻分别对应的噪声参数之间的变化量超出第二变化阈值。
可选地,功率范围在一个时刻对应的噪声参数为功率范围在时刻对应的M个符号噪声的方差、均方差、标准差或均方误差中的一个。其中,M个符号噪声为功率范围所包括的M个符号在时刻对应的M个功率值分别与预设门限的差值,M为大于1的正整数。
可选地,处理单元,还用于:当多个时刻中存在目标时刻,并且,K个频率值中的所有频率值在多个时刻的频谱强度不存在波动性和/或接收电信号在多个时刻的噪声不存在波动性时,确定故障部件包括第一通信设备中的供电部件,故障原因包括该供电部件的输出电压异常。进一步地,对接收电信号进行非线性均衡处理。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低时,确定故障部件还包括第二通信设备的发射器中的激光器和/或第一通信设备的接收器中的跨阻放大器,故障原因还包括该激光器的啁啾过大和/或该跨阻放大器的增益输出电压饱和。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低时,确定故障部件还包括第二通信设备的发射器中的激光器,故障原因包括该激光器的相对强度噪声值异常。
可选地,处理单元,还用于:当接收电信号在多个时刻中至少一个时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,且接收电信号在至少一个时刻的噪声与电平阶数非正相关时,确定故障部件包括第一通信设备中的供电部件,故障原因包括该供电部件的输出电压异常。
可选地,处理单元,还用于:当接收电信号在每个时刻对应的K个频谱强度均不满足预设条件,且接收电信号在多个时刻的噪声均与电平阶数非正相关时,确定故障部件包括第一通信设备的接收器中的跨阻放大器和/或光电探测器,故障原因包括该跨阻放大器的噪声异常和/或该光电探测器的噪声异常。
可选地,处理单元,还用于:当接收电信号在每个时刻对应的K个频谱强度均不满足预设条件,且接收电信号在多个时刻的噪声与电平阶数正相关时,对接收电信号进行非线性均衡处理。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低时,确定故障部件包括第二通信设备的发射器中的激光器和/或第一通信设备的接收器中的跨阻放大器,故障原因包括该激光器的啁啾过大和/或该跨阻放大器的增益输出电压饱和。当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低时,确定故障部件包括第二通信设备的发射器中的激光器,故障原因包括该激光器的相对强度噪声值异常。
可选地,管理设备还包括显示单元。显示单元用于显示故障分析报告,故障分析报告包括光网络系统中的故障部件和故障原因。
第四方面,提供了一种光网络系统,包括管理设备和通信设备。通信设备用于向管理设备发送接收电信号的信号质量,该接收电信号为通信设备对通过光纤链路接收到的来自另一通信设备的光信号进行转换得到的电信号。管理设备包括如第三方面任一所述的管理设备。
第五方面,提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有指令,当所述指令被处理器执行时,实现上述第一方面及其任意实现方式所述的方法。
第六方面,提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现上述第一方面及其任意实现方式所述的方法。
第七方面,提供了一种芯片,芯片包括可编程逻辑电路和/或程序指令,当芯片运行时,实现上述第一方面及其任意实现方式所述的方法。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种光网络系统的结构示意图;
图2是本申请实施例提供的一种故障定位方法的流程示意图;
图3是本申请实施例提供的一种确定光网络系统中的故障部件和故障原因的实现过程示意图;
图4是本申请实施例提供的一种接收电信号在多个时刻的PSD的示意图;
图5是本申请实施例提供的一种通信设备的结构示意图;
图6是本申请实施例提供的一种管理设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
随着第五代无线通信(fifth generation wireless communications,5G)时代的到来以及视频、游戏、智能终端等各种业务的快速增长,光网络系统的规模不断扩大。为了保障光网络系统的业务运行可靠性和稳定性,需要进行日常的运维管理工作。目前对光网络系统的运维管理主要围绕系统资源监测和故障定位展开。这种运维管理的实现方式是当光网络系统发生故障后,通过光纤监测装置或者光模块监测装置反馈的特征参数进行故障定位,继而实现故障排除。
光网络系统包括多个通信设备。每个通信设备都包括光模块。两个通信设备中的光模块之间通过光纤链路连接,以实现两个通信设备之间的通信。
目前,通信设备中的光模块能够监测自身的光网络部件是否故障,并在光网络部件发生故障后发出告警。例如光模块中可以集成有光模块监测装置。光模块监测装置主要包括数据采集模块和数据处理模块。数据采集模块用于通过数字诊断监控(digitaldiagnostic monitoring,DDM)接口读取光模块的特征参数,包括光模块实时的工作温度、工作电压、工作电流、发送光功率和接收光功率等。数据采集模块将读取到的光模块的特征参数传输至数据处理模块。数据处理模块用于对光模块的特征参数进行处理分析和比较,并在特征参数的值超出告警阈值时,向该光模块所在通信设备中的网络设备进行告警,以指示相应的光网络部件发生故障。其中,光网络部件也可称为光组件(optical sub-assembly,OSA)。
但是,光网络系统中除了光模块可能会发生故障以外,例如光纤链路等其它部件也可能会发生故障。目前光纤链路的故障检测需要人工干预,由运维人员采用专门的光纤监测装置才能对光纤链路进行故障排查和定位。光纤监测装置通常采用光时域反射仪(optical time domain reflectometer,OTDR)实现。OTDR利用光纤链路作为传感器,基于光纤链路中光的干涉、瑞利散射、拉曼散射或布里渊散射等光学效应,利用光时域反射技术实现对光纤链路周边物理量(例如振动、应力、温度、结构损伤等)的测量、分析、监控和定位,以得到光纤链路的链路状态信息。链路状态信息包括但不限于光纤链路长度、光纤链路所受应力、断点信息、插入损耗、反射信息或环境信息中的一个或多个。其中,断点信息反映光纤链路上有无断点以及断点位置等。插入损耗是指发射器与接收器之间,插入电缆或元件产生的信号损耗,通常指衰减。插入损耗以接收信号电平的对应分贝来表示。反射信息反映光纤链路上反射点的数量、反射点的位置以及反射大小等。环境信息包括光纤链路所处环境的温度以及光纤链路的振动幅度等。
由于目前需要人工干预对光纤链路进行故障检测,因此无法在无人工干预的情况下实现对光网络系统的全链路故障定位。其中,全链路包括发送侧通信设备、光纤链路以及接收侧通信设备。
基于此,本申请提出了一种针对光网络系统的故障定位方法。当接收侧通信设备上的接收电信号的信号质量低于信号质量阈值时,根据接收电信号分别在多个时刻的PSD以及该接收电信号分别在多个时刻的噪声特征,确定光网络系统中的故障部件和故障原因。故障部件包括接收侧通信设备中的光网络部件、发送侧通信设备中的光网络部件或连接发送侧通信设备和接收侧通信设备的光纤链路。其中,接收电信号为接收侧通信设备对通过光纤链路接收到的来自发送侧通信设备的光信号进行转换得到的电信号。本申请实施例中,将接收侧通信设备对通过光纤链路接收到的来自发送侧通信设备的所有光信号进行转换得到的电信号均称为接收电信号,该接收电信号并非特指某一时刻的电信号。例如,发送侧通信设备通过光纤链路向接收侧通信设备持续发送光信号,则接收电信号指的是对持续接收到的光信号进行光电转换得到的连续电信号。上述多个时刻为接收电信号的信号质量低于信号质量阈值之后的多个时刻。例如,接收侧通信设备上的接收电信号的信号质量从时刻T0开始低于信号质量阈值,则可以获取接收电信号在时刻T0之后的多个时刻的PSD和噪声特征以用于故障定位。本申请通过分析接收电信号的信号特征实现对光网络系统的全链路故障定位,这个过程中无需单独对光纤链路进行故障检测,故障定位效率较高,有助于对光网络系统的运维管理。并且整个过程无需人工干预,可以降低运维成本。
下面对本申请实施例涉及的光网络系统进行介绍。
图1是本申请实施例提供的一种光网络系统的结构示意图。如图1所示,该光网络系统包括第一通信设备01、第二通信设备02和光纤链路03。每个通信设备都包括光传输装置和网络设备。例如,第一通信设备01包括第一光传输装置011和第一网络设备012。第二通信设备02包括第二光传输装置021和第二网络设备022。第一光传输装置011与第二光传输装置021之间通过光纤链路03连接。
可选地,网络设备可以是路由器、交换机或网关等转发设备。可选地,光传输装置为独立的光模块。这种实现方式下,通信设备包括网络设备和光模块。网络设备中设置有一个或多个单板。每个单板包括处理器和多个端口。一个光模块的一端插在单板上的一个端口中,另一端连接光纤。或者,光传输装置集成在网络设备中。这种实现方式下,通信设备指集成有光传输装置的网络设备。光传输装置具体可以集成在网络设备的单板上。光传输装置的功能可参考光模块的功能,本申请实施例在此不再赘述。可选地,单板包括但不限于业务板、线卡、线路处理单元。图1中以光传输装置为独立的光模块为例进行示意性说明。
光传输装置包括发射器和接收器。一个光传输装置中可以有一个或多个发射器。一个光传输装置中可以有一个或多个接收器。其中,发射器用于发射光信号,接收器用于接收光信号。参见图1,发射器(图1中未直接示出)可以包括驱动器(driver,DRV)和激光器。激光器可用作电光转换器(electronics to optics conversion,E/O),用于将电信号转换为光信号。接收器(图1中未直接示出)可以包括光电探测器(photodetector,PD)和跨阻放大器(trans-impedance amplifier,TIA)。光电探测器可用作光电转换器(optics toelectronics conversion,O/E),用于将光信号转换为电信号。
可选地,光纤链路03包括一条或多条光纤,也即是,第一光传输装置011与第二光传输装置021之间可以通过一条或多条光纤连接。例如参见图1,光纤链路03包括光纤031和光纤032。第一光传输装置011的发射器与第二光传输装置021的接收器之间通过光纤031连接,第一光传输装置011的接收器与第二光传输装置021的发射器之间通过光纤032连接。相应地,第一光传输装置011的发射器用于通过光纤031向第二光传输装置021的接收器发射光信号,第一光传输装置011的接收器用于通过光纤032接收来自第二光传输装置021的发射器发射的光信号。第二光传输装置021的发射器用于通过光纤032向第一光传输装置011的接收器发射光信号,第二光传输装置021的接收器用于通过光纤031接收来自第一光传输装置011的发射器发射的光信号。或者,第一光传输装置011的发射器与第二光传输装置021的接收器之间以及第一光传输装置011的接收器与第二光传输装置021的发射器之间通过同一条光纤连接。本申请实施例对此不做限定。
请继续参见图1,光传输装置还包括信号处理单元和特征提取单元。信号处理单元可以是数字信号处理器(digital signal processor,DSP)。信号处理单元用于对电信号进行分析处理。特征提取单元用于根据通过光纤链路接收到的光信号转换得到的接收电信号,获取光纤链路的链路性能信息。链路性能信息包括但不限于纠前/纠后误码率(biterror rate,BER)、信噪比(signal to noise ratio,SNR)、MPI相关特征中的一个或多个。其中,MPI相关特征包括接收电信号的PSD和噪声特征。若接收电信号同时满足PSD低频抬起、噪声与电平阶数正相关并且PSD低频抬起量和噪声值在时序上存在波动性,则可以判定光纤链路存在MPI。可选地,特征提取单元还用于提取本端光传输装置的特征参数的值。光传输装置的特征参数包括但不限于光传输装置的发送光功率、接收光功率、模块温度、供电电压和激光器偏置电流。信号处理单元和特征提取单元可以是两个独立的单元,或者也可以集成在一起。
可选地,请继续参见图1,光传输装置还包括处理单元。处理单元用于根据特征提取单元提取的信息,执行本申请实施例提供的故障定位方法。例如,处理单元可以根据接收电信号的误码率和/或信噪比判断光网络系统是否存在故障,并在确定光网络系统存在故障后,根据接收电信号的PSD和噪声特征确定光网络系统中的故障部件和故障原因。可选地,光传输装置中的处理单元可以是一个独立单元,或者也可以与信号处理单元或微控制单元(microcontroller unit,MCU)(图1中未示出)集成。通信设备中的处理单元除了可以部署在光传输装置中以外,还可以部署在网络设备中。值得说明的是,通信设备中的处理单元不是必需的。例如在一些应用场景下,通信设备无需采用处理单元对特征提取单元提取的信息进行处理分析,而是直接将特征提取单元提取的信息发送给管理设备即可,此种应用场景下就无需在通信设备中部署处理单元。
可选地,光传输装置还包括辅助信道调制单元(图1中未示出)和辅助信道解调单元(图1中未示出)。辅助信道调制单元用于对除业务信号以外的例如管理信息、控制信息、特征参数等非业务信号进行调制,相应地,辅助信道解调单元用于对非业务信号进行解调。基于第一光传输装置011中的辅助信道调制单元和第二光传输装置021中的辅助信道解调单元可以实现一条辅助信道,用于第一光传输装置011向第二光传输装置021传输非业务信号。同理,基于第二光传输装置021中的辅助信道调制单元和第一光传输装置011中的辅助信道解调单元可以实现另一条辅助信道,用于第二光传输装置021向第一光传输装置011传输非业务信号。一个光传输装置内的辅助信道调制单元和辅助信道解调单元可以是同一个单元(称为辅助信道调制/解调单元),也可以是不同的单元。
可选地,两个光传输装置之间的辅助信道基于连接这两个光传输装置的光纤链路实现。例如在如图1所示的光网络系统中,第一光传输装置011与第二光传输装置012之间的辅助信道基于光纤链路03实现。也即是,辅助信道与业务信道可以共用同一物理链路。本申请实施例中,两个光传输装置之间的辅助信道可以是能够传输两个通信设备之间的非业务信号的任一通信信道。
可选地,辅助信道调制/解调单元可以采用调顶技术实现辅助信道,例如可以采用光传感(light sensor,LS)调顶技术实现辅助信道,具体调制方式包括幅度调制/幅度解调、相位调制/相位解调等。例如,辅助信道调制单元可以采用调顶技术将非业务信号调制在业务信号上进行传输,也即是将非业务信号调制成调顶信号。相应地,辅助信道解调单元对接收到的调顶信号进行解调能够得到非业务信号。这种实现方式下,非业务信号与业务信号在传输过程中共存。
或者,辅助信道调制/解调单元也可以采用插帧技术实现辅助信道,例如可以采用前向纠错(forward error correction,FEC)插帧方式实现辅助信道。例如,辅助信道调制单元可以采用插帧技术将非业务信号插入业务信号的空闲帧字节(例如FEC帧头的保留字节)中进行传输。相应地,辅助信道解调单元提取接收到的信号中的对应字节并进行解调能够得到非业务信号。这种实现方式下,非业务信号与业务信号在传输过程中互不干扰。或者,辅助信道调制单元可以采用插帧技术将非业务信号插入训练序列帧的保留字段中进行传输。相应地,辅助信道解调单元对接收到的训练序列帧的保留字段进行解调能够得到非业务信号。其中,训练序列帧通常在业务信号传输之前传输。
或者,辅助信道调制/解调单元也可以采用链路层发现协议(Link LayerDiscovery Protocol,LLDP)通道实现辅助信道。例如,辅助信道调制单元可以将非业务信号承载在LLDP帧的保留字段中进行传输。相应地,辅助信道解调单元对接收到的LLDP帧的保留字段进行解调能够得到非业务信号。
可选地,辅助信道调制/解调单元可以是独立的调制/解调单元,或者也可以与业务信号对应的调制/解调单元集成在一起,本申请实施例对此不做限定。
本申请实施例中,除了可以在光传输装置之间实现了辅助信道以外,在光传输装置内部单元之间、光传输装置与网络设备之间、网络设备与管理设备之间均可以实现辅助信道,通过这些辅助信道可以传递除业务数据之外的其它数据。其中,光传输装置内部单元之间、光传输装置与网络设备之间的辅助通道可以通过总线实现,包括但不限于RS232串行总线或者内集成电路(inter-integrated circuit,I2C)总线。网络设备与管理设备之间的辅助信道通过有线链路或无线链路实现。
可选地,请继续参见图1,光网络系统还包括管理设备04。管理设备04用于管理和控制网络设备。例如参见图1,第一网络设备012和第二网络设备022分别连接管理设备04。可选地,管理设备04为一台服务器,或者多台服务器组成的服务器集群,或者云平台。
图2是本申请实施例提供的一种故障定位方法的流程示意图。该方法可以应用于如图1所示的光网络系统中的光传输装置、网络设备或管理设备。如图2所示,该方法包括:
步骤201、获取第一通信设备上的接收电信号的信号质量。
本申请实施例以第一通信设备为接收侧通信设备,第二通信设备为发送侧通信设备为例进行说明。第一通信设备上的接收电信号为第一通信设备对通过光纤链路接收到的来自第二通信设备的光信号进行转换得到的电信号。本申请实施例中,将第一通信设备对通过光纤链路接收到的来自第二通信设备的所有光信号进行转换得到的电信号均称为接收电信号,该接收电信号并非特指某一时刻的电信号。例如,第二通信设备通过光纤链路向第一通信设备持续发送光信号,则该接收电信号指的是对持续接收到的光信号进行光电转换得到的连续电信号。
可选地,信号质量采用误码率和/或信噪比表示。第一通信设备包括第一光传输装置,第二通信设备包括第二光传输装置。可选地,第一光传输装置中的特征提取单元可以实时获取接收电信号的信号质量以及接收电信号的PSD和噪声特征,并将获取的信息传输给处理单元。处理单元用于判断接收电信号的信号质量是否低于信号质量阈值。
其中,接收电信号的信号质量低于信号质量阈值,包括:接收电信号的误码率大于或等于误码率阈值,和/或,接收电信号的信噪比小于或等于信噪比阈值。也即是,信号质量阈值包括误码率阈值和/或信噪比阈值。当信号质量采用误码率表示时,信号质量阈值为误码率阈值,接收电信号的信号质量低于信号质量阈值,即接收电信号的误码率大于或等于误码率阈值。当信号质量采用信噪比表示时,信号质量阈值为信噪比阈值,接收电信号的信号质量低于信号质量阈值,即接收电信号的信噪比小于或等于信噪比阈值。当信号质量采用误码率和信噪比表示时,信号质量阈值包括误码率阈值和信噪比阈值,接收电信号的信号质量低于信号质量阈值,包括:同时满足接收电信号的误码率大于或等于误码率阈值以及接收电信号的信噪比小于或等于信噪比阈值这两个条件;或者,满足接收电信号的误码率大于或等于误码率阈值以及接收电信号的信噪比小于或等于信噪比阈值中的至少一个条件。
可选地,通信设备上电后,该通信设备的光传输装置中的特征提取单元可以收集该光传输装置的特征参数的值,例如采用DDM技术获取光传输装置的特征参数的值。光传输装置的特征参数包括但不限于发送光功率、接收光功率、模块温度、供电电压和激光器偏置电流。处理单元可以在接收侧通信设备和/或发送侧通信设备的光传输装置的特征参数的值都正常的情况下,判断接收电信号的信号质量是否低于信号质量阈值。若某个特征参数的值超出了告警阈值,则处理单元可以输出故障告警,以指示相应的光网络部件发生故障,以便运维人员进行故障排查。例如,当光传输装置的激光器偏置电流值超出了正常偏置电流阈值时,处理单元可以输出故障告警,以指示该光传输装置中的激光器发生故障。又例如,当光传输装置的接收光功率值过低或无光时,处理单元可以输出故障告警,以指示该光传输装置中的接收器可能发生故障,或者光纤链路可能衰减过大或断路,又或者发送侧光传输装置的发射器可能发生故障。
本申请实施例中,处理单元在判断接收电信号的信号质量是否低于信号质量阈值之前,可以先判断接收侧通信设备和/或发送侧通信设备的光传输装置的特征参数的值是否正常,以排查光网络系统中的部分硬件故障。在所有特征参数的值都反映对应的光网络部件的工作状态正常的情况下,处理单元再判断接收电信号的信号质量是否低于信号质量阈值,这样可以排除光网络系统中的部分硬件故障对接收电信号的信号质量的影响,以提高后续故障定位的准确性。
步骤202、当第一通信设备上的接收电信号的信号质量低于信号质量阈值时,根据该接收电信号分别在多个时刻的PSD以及该接收电信号分别在该多个时刻的噪声特征,确定光网络系统中的故障部件和故障原因。
其中,故障部件包括第一通信设备中的光网络部件、第二通信设备中的光网络部件或光纤链路。例如,故障部件包括光纤链路,故障原因包括光纤链路上存在MPI。或者,故障部件包括第一通信设备中的供电部件,故障原因包括该供电部件的输出电压异常,以及该激光器的啁啾过大和/或该跨阻放大器的增益输出电压饱和。又或者,故障部件包括第一通信设备的接收器中的跨阻放大器和/或光电探测器,故障原因包括该跨阻放大器的噪声异常和/或该光电探测器的噪声异常。又或者,故障部件包括第二通信设备的发射器中的激光器和/或第一通信设备的接收器中的跨阻放大器,故障原因包括该激光器的啁啾过大和/或该跨阻放大器的增益输出电压饱和。又或者,故障部件包括第二通信设备的发射器中的激光器,故障原因包括该激光器的RIN值异常。
可选地,当第一通信设备上的接收电信号的信号质量不低于信号质量阈值时,持续监测第一通信设备上的接收电信号的信号质量。
可选地,图3是本申请实施例提供的一种确定光网络系统中的故障部件和故障原因的实现过程示意图。如图3所示,该实现流程包括以下步骤2021至步骤2029。
在步骤2021中,根据接收电信号在多个时刻中每个时刻的PSD,分别获取K个频率值分别对应的K个频谱强度。
K为大于1的正整数,K个频率值均小于低频阈值。可选地,低频阈值的大小与光纤链路的长度正相关,也即是,光纤链路的长度越大,该低频阈值的取值越大,反之光纤链路的长度越小,该低频阈值的取值越小。本申请实施例对低频阈值的具体取值不做限定。
上述多个时刻为判定接收电信号的信号质量低于信号质量阈值之后的多个时刻。例如,第一通信设备上的接收电信号的信号质量从时刻T0开始低于信号质量阈值,则可以获取该接收电信号在时刻T0之后的多个时刻的PSD和噪声特征。
可选地,对一个时刻的电信号进行傅里叶变换,可以得到该电信号在该时刻的PSD。PSD为用于指示电信号的频谱强度与频率值的对应关系的物理量。例如,图4是本申请实施例提供的一种接收电信号在多个时刻的PSD的示意图。图4中的横坐标为频率,单位为千兆赫兹(GHz),纵坐标为频谱强度,单位为dB/GHz,dB表示分贝。图4示出了5条曲线,该5条曲线分别代表接收电信号在5个时刻的PSD。该5个时刻在时序上依次包括时刻T1至时刻T5。时刻T1至时刻T1均在上述时刻T0之后。假设图4中在低频范围内由上至下依次排列的5条曲线分别代表接收电信号在时刻T1至时刻T5的PSD。图4中低频阈值取值为0.15GHz,相应的低频范围为0至0.15GHz。
在步骤2022中,判断该多个时刻中是否存在至少一个目标时刻,该目标时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,且该接收电信号在该目标时刻的噪声与电平阶数正相关。
可选地,目标时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,包括:目标时刻对应的K个频谱强度中存在两个频谱强度的差值的绝对值大于频谱强度阈值。或,目标时刻对应的峰均比(peak to average power ratio,PAPR)大于峰均比阈值,该峰均比为目标时刻对应的K个频谱强度中的最大值与该K个频谱强度的平均量的比值。K个频谱强度的平均量可以是K个频谱强度的平均值、中位数或加权平均值等。
目标时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,换句话来说就是,接收电信号在目标时刻的PSD满足低频抬起,即接收电信号在目标时刻的PSD在低频范围内所对应的频谱强度的跳变程度较大。例如参见图4,K个频率值包括频率f1和频率f2,假设频率f1在时刻T1对应的频谱强度为m1,频率f2在时刻T1对应的频谱强度为m1’,若m1与m1’的差值大于频谱强度阈值,则可以确定时刻T1对应的K个频谱强度满足预设条件。
接收电信号在目标时刻的噪声与电平阶数正相关,也即是,接收电信号在目标时刻的高电平对应的噪声大于该接收电信号在目标时刻的低电平对应的噪声。
可选地,处理单元确定接收电信号的N个功率范围,N为接收电信号的电平种类的数量。接收电信号的任一符号对应的功率值属于该N个功率范围中的一个。N个功率范围中的每个功率范围在每个时刻对应一个噪声参数,该噪声参数与对应的功率范围内的各个符号在对应时刻的噪声相关。接收电信号在目标时刻的噪声与电平阶数正相关,包括:第一功率范围在目标时刻对应的噪声参数大于第二功率范围在目标时刻对应的噪声参数,第一功率范围和第二功率范围为N个功率范围中的两个功率范围,且第一功率范围对应的功率值大于第二功率范围对应的功率值。可选地,一个功率范围在一个时刻对应的噪声参数为该功率范围在该时刻对应的M个符号噪声的方差、均方差、标准差或均方误差中的一个。其中,M个符号噪声为该功率范围所包括的M个符号在该时刻对应的M个功率值分别与预设门限的差值。M为大于1的正整数。
接收电信号的电平种类的数量与接收电信号的信号种类相关。例如,接收电信号的信号种类为四电平调制(pulse amplitude modulation 4,PAM4)信号,PAM4信号采用四个不同的电平来进行信号传输,即该接收电信号有四个电平种类。本申请实施例对接收电信号的信号种类不做限定。例如,该接收电信号的信号种类还可以是非归零码(non returnto zero,NRZ)信号、八电平调制(pulse amplitude modulation 8,PAM8)或十六电平调制(pulse amplitude modulation 16,PAM16)信号等。
可选地,本申请实施例对判定接收电信号在一个时刻的噪声与电平阶数正相关的实现流程进行说明。该实现流程中的电信号指的是接收电信号在一个时刻的具体电信号。该实现流程包括以下步骤A1至步骤A4。
在步骤A1中,处理单元在确定接收电信号的N个功率范围之后,获取N个功率范围中每个功率范围所包括的M个符号分别对应的M个功率值。
本申请实施例提供的电信号可以包括一系列的符号,如符号a1、a2、a3至aX。本申请实施例对X的取值不做限定。处理单元逐一确定电信号所包括的符号的功率值。假设处理单元确定了四个功率范围,包括第一功率范围、第二功率范围、第三功率范围以及第四功率范围。处理单元确定符号a1对应的功率值归一化后位于第一功率范围内,则对第一功率范围的频数计数为1。处理单元确定符号a2对应的功率值归一化后位于第三功率范围内,则对第三功率范围的频数计数为1。处理单元确定符号a3对应的功率值位于第一功率范围内,则对该第一功率范围的频数累计计数为2,依次类推。这样处理单元能够确定目标功率范围所包括的M个符号分别对应的M个功率值。目标功率范围为处理单元所确定的N个功率范围中的任一个。该M个符号可以为该目标功率范围所包括的所有符号,或者也可为该目标功率范围所包括的部分符号。
在步骤A2中,处理单元确定目标功率范围对应的M个符号噪声。
可选地,处理单元通过以下公式对目标功率范围所包括的M个符号分别对应的M个功率值逐一进行判决,以确定M个符号噪声。该公式为:Noise(ai)=Signal(ai)-Threshold。
其中,Noise(ai)表示目标功率范围所包括的M个符号中,第i个符号(即ai)的符号噪声,该符号ai的功率值位于目标功率范围内,且ai为目标功率范围所包括的M个符号中的一个。Signal(ai)为该符号ai的功率值,该Threshold为处理单元预先设置的预设门限。即,目标功率范围内的任一符号噪声Noise(ai)为该符号ai的功率值Signal(ai)与预设门限Threshold的差值。
在步骤A3中,处理单元获取目标功率范围对应的噪声参数。
该目标功率范围对应的噪声参数可为目标功率范围对应的M个符号噪声的平均量。具体地,该目标功率范围对应的噪声参数为目标功率范围对应的M个符号噪声的方差、均方差、标准差、或均方误差。
在步骤A4,当M个功率范围中第一功率范围对应的噪声参数大于第二功率范围对应的噪声参数时,处理单元确定电信号的噪声与电平阶数正相关。
在步骤2023中,当该多个时刻中存在目标时刻,并且,K个频率值中的至少一个频率值在该多个时刻的频谱强度存在波动性,该接收电信号在该多个时刻的噪声存在波动性时,确定故障部件包括光纤链路,故障原因包括光纤链路上存在多径干扰。
一个频率值在多个时刻分别对应多个频谱强度。一个频率值在多个时刻的频谱强度存在波动性,指该频率值在多个时刻分别对应的多个频谱强度存在波动性。例如参见图4,K个频率值包括频率f1,假设频率f1在时刻T1对应的频谱强度为m1,频率f1在时刻T2对应的频谱强度为m2,频率f1在时刻T3对应的频谱强度为m3,频率f1在时刻T4对应的频谱强度为m4,频率f1在时刻T5对应的频谱强度为m5,基于图4可知,频率f1在不同时刻对应的频谱强度不同,即频率f1在时刻T1至时刻T5对应的频谱强度存在波动性。
可选地,当上述预设条件为目标时刻对应的峰均比大于峰均比阈值时,接收电信号在多个时刻分别对应的K个频谱强度存在波动性,包括:多个时刻分别对应的峰均比之间的变化量超出第一变化阈值。可选地,多个时刻分别对应的峰均比之间的变化量可以是多个时刻分别对应的峰均比的方差、均方差、标准差或均方误差。
可选地,接收电信号在目标时刻的噪声与电平阶数正相关,包括:第一功率范围在目标时刻对应的噪声参数大于第二功率范围在目标时刻对应的噪声参数。则接收电信号在多个时刻的噪声存在波动性,包括:N个功率范围中至少一个功率范围在多个时刻分别对应的噪声参数之间的变化量超出第二变化阈值。例如,上述第一功率范围在多个时刻分别对应的噪声参数的方差大于第二变化阈值。
由于光纤链路上的MPI通常是由于光纤链路上存在反射点造成的,因此可以进一步确定故障部件包括光纤链路上的光纤连接器。
在步骤2024中,当该多个时刻中存在目标时刻,并且,K个频率值中的所有频率值在该多个时刻的频谱强度不存在波动性和/或该接收电信号在该多个时刻的噪声不存在波动性时,确定故障部件包括第一通信设备中的供电部件,故障原因包括该供电部件的输出电压异常。
该多个时刻中存在目标时刻,也就是说,接收电信号的PSD满足低频抬起,且接收电信号的噪声与电平阶数正相关。
接收电信号的PSD满足低频抬起,在排除是光纤链路上的MPI导致的之后,可以怀疑是接收侧通信设备中的供电部件的输出电压异常导致的。通信设备中的供电部件包括通信设备中的光传输装置的供电部件和/或通信设备中的网络设备的供电部件。
接收电信号的噪声与电平阶数正相关,说明接收电信号存在电平相关噪声。电平相关噪声可能是由于发射器中的激光器的啁啾过大和/或接收器中的跨阻放大器的增益输出电压饱和导致的非线性噪声,也可能是由于发射器中的激光器的RIN值异常导致的光源本征噪声。由于光源本征噪声无法通过非线性均衡处理来消除,因此可以对接收电信号进行非线性均衡处理以进一步明确噪声类型。
在步骤2025中,当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低时,确定故障部件还包括第二通信设备的发射器中的激光器和/或第一通信设备的接收器中的跨阻放大器,故障原因还包括该激光器的啁啾过大和/或该跨阻放大器的增益输出电压饱和。
经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低,说明接收电信号存在非线性噪声,进而处理单元可以确定故障部件包括发射器中的激光器和/或接收器中的跨阻放大器。
在步骤2026中,当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低时,确定故障部件还包括第二通信设备的发射器中的激光器,故障原因包括该激光器的RIN值异常。
经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低,说明接收电信号不存在非线性噪声,进一步推断接收电信号中的电平相关噪声可能是激光器的光源本征噪声,进而处理单元可以确定故障部件包括发射器中的激光器。
在步骤2027中,当该接收电信号在该多个时刻中至少一个时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,且该接收电信号在该至少一个时刻的噪声与电平阶数非正相关时,确定故障部件包括第一通信设备中的供电部件,故障原因包括该供电部件的输出电压异常。
接收电信号在该多个时刻中至少一个时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,即接收电信号的PSD满足低频抬起,在排除是光纤链路上的MPI导致的之后,可以怀疑是接收侧通信设备中的供电部件的输出电压异常导致的。
在步骤2028中,当该接收电信号在该多个时刻中每个时刻对应的K个频谱强度均不满足预设条件,且该接收电信号在该多个时刻的噪声均与电平阶数非正相关时,确定故障部件包括第一通信设备的接收器中的跨阻放大器和/或光电探测器,故障原因包括该跨阻放大器的噪声异常和/或该光电探测器的噪声异常。
在步骤2029中,当该接收电信号在每个时刻对应的K个频谱强度均不满足预设条件,且该接收电信号在该多个时刻的噪声与电平阶数正相关时,对该接收电信号进行非线性均衡处理。
接收电信号的噪声与电平阶数正相关,说明接收电信号存在电平相关噪声。电平相关噪声可能是由于发射器中的激光器的啁啾过大和/或接收器中的跨阻放大器的增益输出电压饱和导致的非线性噪声,也可能是由于发射器中的激光器的RIN值异常导致的光源本征噪声。由于光源本征噪声无法通过非线性均衡处理来消除,因此可以对接收电信号进行非线性均衡处理以进一步明确噪声类型。
在步骤2030中,当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低时,确定故障部件包括第二通信设备的发射器中的激光器和/或第一通信设备的接收器中的跨阻放大器,故障原因包括该激光器的啁啾过大和/或该跨阻放大器的增益输出电压饱和。
此步骤2030的解释可参考上述步骤2025的相关解释,本申请实施例在此不再赘述。
在步骤2031中,当经过非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低时,确定故障部件包括第二通信设备的发射器中的激光器,故障原因包括该激光器的RIN值异常。
此步骤2031的解释可参考上述步骤2026的相关解释,本申请实施例在此不再赘述。
本申请实施例通过分析接收电信号的信号特征实现对光网络系统的全链路故障定位,这个过程中无需单独对光纤链路进行故障检测,通过排除法逐步定位故障来源,故障定位效率较高,有助于对光网络系统的运维管理。并且整个过程无需人工干预,可以降低运维成本。
可选地,处理单元在确定光网络系统中的故障部件和故障原因之后,还可以执行步骤203。
步骤203、输出故障分析报告,该故障分析报告包括故障部件和故障原因。
如果上述方法由光传输装置或网络设备中的处理单元执行,输出故障分析报告可以理解为,向管理设备发送故障分析报告,以供管理设备显示该故障分析报告。如果网络设备具有显示功能,网络设备也可以显示该故障分析报告。如果上述方法由管理设备中的处理单元执行,输出故障分析报告可以理解为显示故障分析报告。本申请实施例通过输出故障分析报告,便于运维人员有针对性地对光网络系统中的可能故障部件进行故障排查,进而可以缩短故障修复时间,提高光网络系统的运行可靠性。
在本申请实施例提供的故障定位方法中,通过在线分析接收电信号的信号特征实现对光网络系统的全链路故障定位,这个过程中无需单独对光纤链路进行故障检测,故障定位效率较高,有助于对光网络系统的运维管理。并且整个过程无需人工干预,可以降低运维成本。具体可以根据接收电信号的信号特征通过排除法逐步定位故障来源。进一步可以输出故障分析报告,便于运维人员有针对性地对光网络系统中的可能故障部件进行故障排查,进而可以缩短故障修复时间,提高光网络系统的运行可靠性。
可选地,用于执行图2所示方法的处理单元可以是如图5所示的通信设备500中的处理单元501。通信设备500中的处理单元501位于通信设备500中的光传输装置或网络设备中。处理单元501用于执行图2所示的方法中的步骤201至步骤202。
可选地,请继续参见图5,通信设备500还包括发送单元502。发送单元502用于向管理设备发送故障分析报告,该故障分析报告包括该通信设备所在的光网络系统中的故障部件和故障原因。如果通信设备500具有显示功能,通信设备500还可以通过显示单元显示故障分析报告。
上述通信设备500在不包括发送单元502的情况下,可以是一个光传输装置。
可选地,用于执行图2所示方法的处理单元可以是如图6所示的管理设备600中的处理单元602。如图6所示,管理设备600包括接收单元601和处理单元602。接收单元601,用于接收光网络系统中的第一通信设备发送的接收电信号的信号质量,该接收电信号为第一通信设备对通过光纤链路接收到的来自光网络系统中的第二通信设备的光信号进行转换得到的电信号。处理单元602,用于执行图2所示的方法中的步骤201至步骤202。
可选地,请继续参见图6,管理设备600还包括显示单元603。显示单元603用于显示故障分析报告,该故障分析报告包括光网络系统中的故障部件和故障原因。
关于上述实施例中的装置,其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述,此处将不做详细阐述说明。
本申请实施例还提供了一种光网络系统,包括管理设备和通信设备。通信设备用于向管理设备发送接收电信号的信号质量,该接收电信号为该通信设备对通过光纤链路接收到的来自另一通信设备的光信号进行转换得到的电信号。管理设备可以是如图6所示的管理设备。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有指令,当所述指令被处理器执行时,实现上述图2所示的方法。
本申请实施例提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现图2所示的方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成,也可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
在本申请实施例中,术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以上所述仅为本申请的可选实施例,并不用以限制本申请,凡在本申请的构思和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种故障定位方法,其特征在于,应用于光网络系统,所述光网络系统包括第一通信设备和第二通信设备,所述第一通信设备与所述第二通信设备通过光纤链路连接,所述方法包括:
获取所述第一通信设备上的接收电信号的信号质量,所述接收电信号为所述第一通信设备对通过所述光纤链路接收到的来自所述第二通信设备的光信号进行转换得到的电信号;
当所述接收电信号的信号质量低于信号质量阈值时,根据所述接收电信号分别在多个时刻的功率频谱密度PSD以及所述接收电信号分别在所述多个时刻的噪声特征,确定所述光网络系统中的故障部件和故障原因,所述故障部件包括所述第一通信设备中的光网络部件、所述第二通信设备中的光网络部件或所述光纤链路。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述接收电信号的信号质量低于信号质量阈值,包括:所述接收电信号的误码率大于或等于误码率阈值,和/或,所述接收电信号的信噪比小于或等于信噪比阈值。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述根据所述接收电信号分别在多个时刻的功率频谱密度PSD以及所述接收电信号分别在所述多个时刻的噪声特征,确定所述光网络系统中的故障部件和故障原因,包括:
根据所述接收电信号在所述多个时刻中每个时刻的PSD,分别获取K个频率值分别对应的K个频谱强度,所述K为大于1的正整数,所述K个频率值均小于低频阈值;
判断所述多个时刻中是否存在至少一个目标时刻,所述目标时刻对应的K个频谱强度满足预设条件,且所述接收电信号在所述目标时刻的噪声与电平阶数正相关;
当所述多个时刻中存在所述目标时刻,并且,所述K个频率值中的至少一个频率值在所述多个时刻的频谱强度存在波动性,所述接收电信号在所述多个时刻的噪声存在波动性时,确定所述故障部件包括所述光纤链路,所述故障原因包括所述光纤链路上存在多径干扰。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述预设条件包括:所述目标时刻对应的K个频谱强度中存在两个频谱强度的差值的绝对值大于频谱强度阈值,或,所述目标时刻对应的峰均比大于峰均比阈值,所述峰均比为所述K个频谱强度中的最大值与所述K个频谱强度的平均量的比值;
当所述预设条件为所述目标时刻对应的峰均比大于峰均比阈值时,所述接收电信号在所述多个时刻分别对应的K个频谱强度存在波动性,包括:所述多个时刻分别对应的峰均比之间的变化量超出第一变化阈值。
5.根据权利要求3或4所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
确定所述接收电信号的N个功率范围,所述N为所述接收电信号的电平种类的数量,所述接收电信号的任一符号对应的功率值属于所述N个功率范围中的一个,所述N个功率范围中的每个功率范围在所述每个时刻对应一个噪声参数,所述噪声参数与对应的所述功率范围内的各个符号在对应时刻的噪声相关;
所述接收电信号在所述目标时刻的噪声与电平阶数正相关,包括:第一功率范围在所述目标时刻对应的噪声参数大于第二功率范围在所述目标时刻对应的噪声参数,所述第一功率范围和所述第二功率范围为所述N个功率范围中的两个功率范围,且所述第一功率范围对应的功率值大于所述第二功率范围对应的功率值;
所述接收电信号在所述多个时刻的噪声存在波动性,包括:所述N个功率范围中至少一个功率范围在所述多个时刻分别对应的噪声参数之间的变化量超出第二变化阈值。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述功率范围在一个时刻对应的噪声参数为所述功率范围在所述时刻对应的M个符号噪声的方差、均方差、标准差或均方误差中的一个,其中,所述M个符号噪声为所述功率范围所包括的M个符号在所述时刻对应的M个功率值分别与预设门限的差值,所述M为大于1的正整数。
7.根据权利要求3至6任一所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
当所述多个时刻中存在所述目标时刻,并且,所述K个频率值中的所有频率值在所述多个时刻的频谱强度不存在波动性和/或所述接收电信号在所述多个时刻的噪声不存在波动性时,确定所述故障部件包括所述第一通信设备中的供电部件,所述故障原因包括所述供电部件的输出电压异常;
对所述接收电信号进行非线性均衡处理;
当经过所述非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低时,确定所述故障部件还包括所述第二通信设备的发射器中的激光器和/或所述第一通信设备的接收器中的跨阻放大器,所述故障原因还包括所述激光器的啁啾过大和/或所述跨阻放大器的增益输出电压饱和;
当经过所述非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低时,确定所述故障部件还包括所述第二通信设备的发射器中的激光器,所述故障原因包括所述激光器的相对强度噪声值异常。
8.根据权利要求3至6任一所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
当所述接收电信号在所述多个时刻中至少一个时刻对应的K个频谱强度满足所述预设条件,且所述接收电信号在所述至少一个时刻的噪声与电平阶数非正相关时,确定所述故障部件包括所述第一通信设备中的供电部件,所述故障原因包括所述供电部件的输出电压异常。
9.根据权利要求3至6任一所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
当所述接收电信号在所述每个时刻对应的K个频谱强度均不满足所述预设条件,且所述接收电信号在所述多个时刻的噪声均与电平阶数非正相关时,确定所述故障部件包括所述第一通信设备的接收器中的跨阻放大器和/或光电探测器,所述故障原因包括所述跨阻放大器的噪声异常和/或所述光电探测器的噪声异常。
10.根据权利要求3至6任一所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
当所述接收电信号在所述每个时刻对应的K个频谱强度均不满足所述预设条件,且所述接收电信号在所述多个时刻的噪声与电平阶数正相关时,对所述接收电信号进行非线性均衡处理;
当经过所述非线性均衡处理的接收电信号的噪声降低时,确定所述故障部件包括所述第二通信设备的发射器中的激光器和/或所述第一通信设备的接收器中的跨阻放大器,所述故障原因包括所述激光器的啁啾过大和/或所述跨阻放大器的增益输出电压饱和;
当经过所述非线性均衡处理的接收电信号的噪声未降低时,确定所述故障部件包括所述第二通信设备的发射器中的激光器,所述故障原因包括所述激光器的相对强度噪声值异常。
11.根据权利要求1至10任一所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
输出故障分析报告,所述故障分析报告包括所述故障部件和所述故障原因。
12.一种通信设备,其特征在于,包括处理单元,所述处理单元用于执行如权利要求1至10任一所述的方法。
13.根据权利要求12所述的通信设备,其特征在于,所述通信设备还包括发送单元,所述发送单元用于向管理设备发送故障分析报告,所述故障分析报告包括所述通信设备所在的光网络系统中的故障部件和故障原因。
14.一种管理设备,其特征在于,包括接收单元和处理单元;
所述接收单元,用于接收光网络系统中的第一通信设备发送的接收电信号的信号质量,所述接收电信号为所述第一通信设备对通过光纤链路接收到的来自所述光网络系统中的第二通信设备的光信号进行转换得到的电信号;
所述处理单元,用于执行如权利要求1至10任一所述的方法。
15.根据权利要求14所述的管理设备,其特征在于,所述管理设备还包括显示单元;
所述显示单元用于显示故障分析报告,所述故障分析报告包括所述光网络系统中的故障部件和故障原因。
16.一种光网络系统,其特征在于,包括管理设备和通信设备;
所述通信设备用于向所述管理设备发送接收电信号的信号质量,所述接收电信号为所述通信设备对通过光纤链路接收到的来自另一通信设备的光信号进行转换得到的电信号;所述管理设备包括如权利要求14或15所述的管理设备。
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