CN1794613B

CN1794613B - 无源光网络监控方法和包括中心站和光网络单元的无源光网络

Info

Publication number: CN1794613B
Application number: CN2005101279554A
Authority: CN
Inventors: 海因茨·格奥尔格·克里梅尔
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel Lucent NV
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2025-12-07
Also published as: US7620319B2; EP1675280A1; JP4570555B2; DE602004009956T2; US20060133806A1; JP2006180475A; ATE377871T1; DE602004009956D1; CN1794613A; EP1675280B1

Abstract

本发明涉及用于监控无源光网络的光纤链路(15，16)的至少一个部分(50)，最好为无源分配节点后面的分配部分(10-13)的方法，以及用来执行该方法之步骤的无源光网络。该方法包括以下步骤：无源光网络的第一收发设备(30，1-9)的发送装置(81，34)在第一信号发送时间经由所述部分发送第一光学监控信号(40)；无源光网络的第二收发设备(30，1-9)的发送装置(81，34)在第二信号发送时间经由所述部分发送至少一个第二光学监控信号(41-45)，其中按以下方式协调所述光学监控信号(40-45)，最好是光时域反射法信号的发送时间，在穿过所述部分时叠加光学监控信号(40-45)，以构建测量信号(52)；以及最好通过至少一个光学监控信号发送收发设备(1-9)来检测并分析所述测量信号(52)的至少一些部分的特征。

Description

无源光网络监控方法和包括中心站和光网络单元的无源光网络

本发明基于优先权申请EP 04293072.7，兹引用该申请作为参考。

发明领域

本发明涉及无源光网络(PON)，特别是光分配网络(ODN))监控方法和用来执行该监控方法之步骤的无源光网络。无源光网络包括连接两个收发设备的至少一个光纤链路，其中一个设备是光线路终端(OLT)，一个设备是光纤终端，如最终用户(订户)光网络单元(ONU)。光分配网络包括至少一个无源分配节点和所述无源分配节点(分光器)后面的分配部分的光纤链路，以及到达所述无源分配节点的馈送部分的至少一个光纤链路。在光分配网络中，光网络单元与分配部分的引入部分的光纤链路相连，光线路终端与馈送部分的光纤链路相连。

发明背景

如今，光纤传输系统已经非常普遍，它支持速率非常高的数据、声频和视频传输。由于需要支持增强的重要性和可靠性水平，所以网络的性能监控和管理越来越重要。人们感到越来越需要能够检测物理载体(即光纤)之故障的可靠工具。在提供光纤设备时或者在网络运行时，必须运用某种方法来检查光学线路条件，因为快速检测和确定光纤链路的故障有助于把用户的服务停机时间降到最低程度，有助于将网络运营商(提供商)的收入损失降到最低程度。

由于在大城市和接入网络中部署的光纤越来越多，所以日益需要连续不断地或者至少需要定期监督光学链路的性能。监督能够对早期检测到的链路降级采取预防性对策，从而确保网络的高可用性，例如向商业客户传送关键服务。同时，在发生故障时，通过引入监督装置有助于快速定位和确定故障原因，以便进行修理或恢复操作。

网络运营商需要快速确定链路故障的原因，即，确定光纤设备(如光纤，光纤链路)和节点设备之间的故障的原因，对于光纤问题，需要定位并确定光纤链路上的故障或降级的类型。大部分光纤链路问题与增加的损耗和反射有关，它们或者妨碍正确检测数据，或者干扰发射激光器，从而使传输的数据失真。由于色散变化引起的问题未必是由于所认为的接入网络中的低速率引起的。因此，PON接入网络监控是PON运营商保证预防性维护和网络可靠性的关键。

在接入网络内，除点对点(p-t-p)链路之外，无源光分配系统(PON)是最重要的。PON技术代表用于本地环路的高性价比的体系结构，这主要是因为它消除了服务提供商和订户之间的复杂的、昂贵的有源元件。

在接入网络的PON中，连续不断的光学性能监控和监督，故障的检测和定位，即，测量光纤链路的特性，是首选的网络功能，因为它们能够增加服务可用性，并且给提供商节省大量费用。PON网络基于光分配网络，其中分光器位于中心局(CO)(即，网络中心)的外部，而光线路终端与ODN的馈送部分相连。在p-t-p网络中，使用光时域反射法(OTDR)技术来监控网络，其实现方法是，向光纤链路中发射单一光脉冲，然后测量能够实现光纤链路之特性的反射光。在PON网络中，很难从中心局一侧检查超过无源分配节点的光纤链路的性质，因为在分光器之外的所有相连的光纤链路分支的响应(即，反向散射反射)是重叠的，并且不容易分离。每个分支的OTDR信号被其他信号部分屏蔽。因此，在PON类型的光分配网络中，使用与单脉冲方法类似的现有的基于CO的OTDR技术进行光学性能监控不能获得明确的结果。

此外，无源光网络中的光时域反射可能遭受非常显著的分离损耗，从而会降低可达到的测量精度，并且增加必要的测量时间。

特别地，具有分布式分离位置的PON会妨碍中间链路(即，两个分光器之间的光纤链路)的反射测量。对于使用光学链路光源和检测器(即，ONU和/或ONT的收发设备的光源和检测器)用于监控并且不能引入较高测量信号功率电平的测量/监控技术而言，这是值得关注的。

为了减轻上述分光器衰减问题，除光学链路发射器之外，还要部署高峰值输出功率的光源，并且利用专用的附加光学开关或耦合器与光纤链路相连。本质上，此时不监控具有分布式分光器的高衰减PON网络，也不会连续监控。

在PON中，使用OTDR技术的基本问题是分配部分的测量，即，分光器(分配光纤)后面的光纤链路的测量，这是因为正向信号(即，激励信号)和反向散射测量信号的衰减造成的。上述衰减使得从OLT一侧发射的测量信号的反向散射部分的功率电平的程度不足以获得所需精度和灵敏度的测量。

已知的监控方法需要相当大的技术努力并且导致很高的成本。专用OTDR设备非常昂贵，并且需要时必须将其运输到预期的故障现场。附加的耦合设备会在数据链路中引入永久性的附加插入损耗。不能实现连续监控。

发明目的

因此，本发明的目的在于提供用于监控无源光网络的方法和无源光网络，监控无源光网络的方法和无源光网络能够克服与有关技术关联的问题，特别地，它能够监控无源光分配网络的分配部分的各个光纤链路分支。

发明内容

用于监控光纤链路的至少一个部分，即测量位置，最好是无源光网络的无源分配节点后面的分配部分的发明方法包括以下步骤：

-无源光网络的第一收发设备的发送装置在第一信号发送时间经由所述部分发送第一光学监控信号；以及

-无源光网络的第二收发设备的发送装置在第二信号发送时间经由所述部分发送至少一个第二光学监控信号。

按以下方式协调所述光学监控信号，最好是光时域反射法信号的发送时间，在穿过所述部分时叠加光学监控信号，以便构建测量信号。叠加是按以下方式实现的，叠加信号的包络，即，测量信号的功率电平为每个信号的功率电平之和。

收发设备是用光网络单元或光线路终端实现的。最好利用至少一个光学监控信号发送收发设备来检测所述测量信号的至少一些部分，即，例如反射或散射信号功率，并分析其特征。

例如，信号发送收发设备可以发送固有信号，即，永久发送的测试信号或在所定义的时间间隔内发送的测试信号作为光学监控信号。因此，发送光学监控信号不需要额外的启动过程。仅仅需要调整信号发送收发设备(此时为ONU)的相位，借助于已知无源光网络中的收发设备熟知的均衡延时可以实现上述处理。均衡延时是根据各收发设备在网络中注册时从该收发设备到与该收发设备通信的OLT的信号传播时间导出的。

本发明建议从PON的两端开始部署光时域反射计，并且例如从订户端开始，亦即，从至少两个ONU开始安装互相配合的(即，并存的)脉冲发射，以便增加分离开的光纤链路部分(即，该部分的测量位置)上的测量信号功率。

同时使用全部ONU(订户端)发射器可以使一端的单发射器方法面对的往返衰减变为50％(分贝)。

借助于至少两个(最好是全部)链路发射器(即，收发设备)，可以更准确地(衰减、反向散射、反射、弯曲、故障定位)或在更短时间帧内刻画被两端的各分光器的光学衰减掩盖的位于离散的分离位置之间的各个部分。从而无需靠近ONU或订户站。

本质上，可以使用位于任何位置的设备或组件来实现发明的方法，亦即，该设备适合于用新的软件来实现发明的方法。

如果全部的所述光学监控信号都是由作为收发设备的光网络单元发送的，则可以使用光网络单元来检测测量信号的各个部分，如散射信号功率，不会被光线路终端发送的测量信号遮蔽。

在本发明的首选实施方式中，执行向至少一个所述收发设备发送测量协调消息的步骤，测量协调消息包括以下信息：无源光网络，最好为光线路终端的中心站发送的光学监控信号以及该光学监控信号的信号发送时间，最好为所定义的帧内的起始位数或相对于该网络内分配的时间信息。因此，可以灵活选择测量时间。可以按以下方式选择测量时间，无源光网络上的正常数据传播没有受到干扰，或仅仅受到最小限度的干扰。在已知的无源光网络中，通过计数从帧的起始点开始的位数，使用系统时间。如果将信号发送时间设置成该系统时间的起始位数，则不需要额外调整信号发送设备的系统时间。如果仅仅向一个所述收发设备发送测量协调消息，则中心站本身必须发送第二个监控信号。更可取地，向作为收发设备的至少两个光网络单元发送测量协调消息。

特别地，在所发明的方法的后一种首选实施方式中，最好发送脉冲信号作为光学监控信号，并且利用所述中心站的时间调度装置选择信号发送时间。所述光学监控信号发送收发设备利用已知的均衡延时来校正至少一个选择的信号发送时间，以计算所述信号发送时间之间的时隙。该时隙相当于到达要监控的所述部分的光学监控信号的信号传播路径的信号传播时间的差值，相当于从光网络单元到光线路终端的完整信号传播路径的信号传播时间的时间差值。即使可以根据到达测量位置的信号传播路径来计算时隙，但是最好使用已知的无源光网络中的收发设备熟知的均衡延时。均衡延时是根据各收发设备在网络中注册时从该收发设备到与该收发设备通信的OLT的信号传播时间导出的。

因此，所发明的方法使用PON中进行的时间测距，以避免上行链路上的多路复用出现碰撞。

因此，PON中进行的测距处理支持测量能量脉冲(监控信号)的构造性叠加。利用到达测量位置的传播时间的余数来延迟所有发射器(收发设备)发射的脉冲，以便及时在同样情况下在相同位置(测量位置)组合所有信号和所有激励能量。时间校正值与PON上的时分复用使用的校正值相同。本质上，对于根据本发明的反射计，以下情况是强制性的，在正常操作期间必须避免规则性的延迟测距和没有重叠的时间调度。测距处理本身归一化相互连接的ONU的传播延迟差值，这意味着如果调度装置给所有ONU分配相同时隙，这些发射将碰撞。本发明正是这么做的，目的是为某个测量位置安排预期的功率增量。

根据本发明，用于无源光网络的中心站包括：

-时间调度装置，用来选择按以下方式协调的光学监控信号的信号发送时间，在穿过无源光网络的光纤链路的要监控的至少一个部分，最好是无源分配节点后面的分配部分时，叠加光学监控信号，以构建测量信号；以及

-发送装置，用来向至少一个光网络单元发送测量协调消息，测量协调消息包括以下信息，要发送的监控信号以及该监控信号的信号发送时间，最好为起始位数。

所发明的中心站可以与光网络单元一起工作，以执行所发明的方法的步骤，特别是根据本发明的首选实施方式的方法的步骤。因此，所发明的中心站提供所发明的方法的优点。

如果中心站包括包含发送装置的光线路终端，则可以使用光线路终端作为一个光学监控信号发送收发设备，其中发送装置用来在一个信号发送时间经由光纤链路发送监控信号。

更可取地，所述时间调度装置用来选择无源光网络的时分复用系统给调度装置分配的时间间隔内的所述信号发送时间。因此，可以使用无源光网络的现有时分复用系统按以下方式选择信号发送时间，无源光网络上的正常数据通信量不会受到干扰。

根据本发明，用于无源光网络的光网络单元包括：

-接收装置，用来接收测量协调消息，测量协调消息包括以下信息，要发送的监控信号以及该监控信号的信号发送时间，最好为起始位数；以及

-发送装置，用来在所述信号发送时间经由光纤链路发送监控信号。

所发明的光网络单元可以与至少一个所发明的中心站一起工作，以执行所发明的方法的步骤，特别是根据本发明的首选实施方式的方法的步骤。因此，所发明的中心站提供所发明的方法的优点。

有利地，所发明的光网络单元包括时间校正装置，该装置利用已知的均衡延时来校正所述信号发送时间。因此，通过使用无源光网络中的已知的延迟测距，所发明的光网络单元可以协调光学监控信号的发送时间。

根据本发明，无源光网络，最好为光分配网络，包括至少一个所发明的中心站和至少一个所发明的光网络单元。

根据详细说明书和附图，可以推断出其它优点。根据本发明，可以单独或者与各种组合一起使用上下文提及的各种特征。请不要把提及的各种实施方式视为穷举性的，相反，它们只是用来描述本发明的典型特征。

附图说明

以下参照附图描述本发明的实施方式。

图1是一个示意图，表示用于执行所发明的方法的根据本发明的无源光分配网络。

具体实施方式

用示意图表示光分配网络。光分配网络包括4个无源分配节点10-13(如分光器)，位于第一无源分配节点10后面(即，第一分配节点10和连接光网络单元1-9(订户站)的光纤之间)的分配部分20的光纤链路15，以及到达所述第一无源分配节点10的馈送部分22的光纤链路16。无源光分配网络包括9个光网络单元1-9以及作为收发设备的光线路终端30。作为例证，仅仅将8个ONU表示为一个连接盒。光纤路终端30是根据本发明的中心站31的一部分。

无源光网络的中心站31包括时间调度装置32以及发送装置34，后者与OLT 30的发送装置相同。时间调度装置32用来选择按以下方式协调的光学监控信号40-45的信号发送时间，在穿过要监控的光纤链路15、16的某个部分时叠加光学监控信号40-45。在该图的例子中，测量位置50位于第一分光器10和第二分光器11之间。通过叠加光学监控信号40-45，构建测量信号52，利用该图中的左下角的图示表示测量信号52，它表示依赖于时间t的叠加信号的局部功率电平LP。

发送装置34用来向光网络单元发送测量协调消息。测量协调消息包括以下信息，要发送的监控信号以及该监控信号的信号发送时间，如起始位数。将测量协调消息发送到ONU 1-9，利用连接OLT 30和ONU 1-9的光纤链路15、16上的小圆圈60进行表示。在所示的例子中，只有6个ONU 1-6发送光学监控信号40-45，因为在该图的例子中测量位置50位于第一分光器10和第二分光器11之间，所以ONU7、8、9发送的光学监控信号不会到达该测量位置50。

测量协调消息60传送的信息依赖于在所发明的无源光网络中如何指定监控信号的性质。如果需要发送预先定义的监控信号，即，诸如频率、持续时间、调制和/或强度之类的监控信号的性质是预先定义的，则测量协调消息中包含的信息仅仅刻画信号的发送时间。也可以在信号发送收发设备(如所发明的ONU)中存储不同种类的监控信号的目录。此时，测量协调消息60包括一个编码(如短数)，收发设备根据该编码选择需要发送的监控信号。此外，测量协调消息60可以包括用来刻画收发设备的编码，收发设备发送监控信号。

如果不发送预先定义的监控信号，则测量协调消息包括一个数据集，后者包括要发送的监控信号的所有参数以及该信号的发送时间，参数如频率、持续时间、调制和/或强度。

中心站31是按以下方式排列的，它所在的位置通知订户站(即ONU 1-9)开始按以下方式发送监控信号40-45，在从订户站到中心站31的信号通道的公共部分上互相叠加所有监控信号40-45。

调度装置32用来选择无源光网络的时分复用系统70给调度装置32分配的时间间隔内的所述信号发送时间。例如，时分复用系统70可以位于中心站31内，或者位于任何网络监督管理设备内。可以利用至少一个软件可编程微处理器来实现时分复用系统70和调度装置32。此外，OLT 30包括接收装置36。接收装置36用于接收光网络上的任何数据通信量和/或接收并分析测量信号的至少某些部分的特征。

所发明的光网络单元1-9包括接收装置80，发送装置81以及时间校正装置82，把这些装置互连起来以使它们能够一起工作，该图仅仅示出一个ONU 3。ONU 1-9的接收装置80用来接收以上提及的测量协调消息。此外，接收装置80可以用来接收光纤链路15、16的所述部分(即，测量位置50)内反射的测量信号52的某些部分。因此，ONU 1-9包括检测和/或分析装置，这些装置用来检测和/或分析测量信号52的接收部分的特征。这些检测和/或分析装置可以位于无源光网络的任何收发设备内，甚至位于与无源光网络相连的任何其他设备内。可以作为至少一个软件可编程微处理器来实现时间校正装置82以及检测和/或分析装置32。

ONU 1-9的发送装置81用来在所接收的测量协调消息60提交的信号发送时间经由光纤链路15、16发送监控信号40-45。在该图中，利用位于该图右上角的图示进行说明，它表示依赖于时间t的各ONU的监控信号的发射功率电平EP。在该图中，提交的信号发送时间称为t_p。

因此，按以下方式排列作为订户站的ONU 1-9，当得到通知时，它们适于在给定时间t_p开始发送监控信号40-45。ONU 1-9的时间校正装置82利用每个ONU 1-9熟知的各均衡延时校正所接收的测量协调消息60内的信号发送时间。在该图中，均衡延时称为Td_i，其中i列举各ONU 1-9。通过从提交的信号发送时间t_p中减去各ONU 1-9的均衡延时Td_i，校正信号发送时间。

如上所示，中心站31通知6个订户站1-6(通常为至少两个订户站，当中心站31本身发送监控信号时，为至少一个订户站)开始按以下方式向中心站31发送监控信号40-45，在从所述订户站开始的信号通道的公共部分上互相叠加所有监控信号。在无源光网络的至少一个点(即，测量位置50)上，检测叠加的监控信号及其功率电平，或反射或散射信号功率，以便进行分析。

本发明涉及用于监控无源光网络的光纤链路(15，16)的至少一个部分(50)(最好为无源分配节点(10-13)后面的分配部分)的方法，以及用来执行该方法之步骤的无源光网络。该方法包括以下步骤：

-无源光网络的第一收发设备(30，1-9)的发送装置(81，34)在第一信号发送时间经由所述部分发送第一光学监控信号(40)；

-无源光网络的第二收发设备(30，1-9)的发送装置(81，34)在第二信号发送时间经由所述部分发送至少一个第二光学监控信号(41-45)；

其中按以下方式协调所述光学监控信号(40-45)，最好是光时域反射法信号的发送时间，在穿过所述部分时叠加光学监控信号(40-45)，以构建测量信号(52)，

以及

-最好通过至少一个光学监控信号发送收发设备(1-9)来检测并分析所述测量信号(52)的至少一些部分的特征。

Claims

1.用于监控无源光网络的光纤链路的测量位置的方法，该方法包括以下步骤：

-无源光网络的第一收发设备的发送装置在第一信号发送时间经由所述测量位置发送第一光学监控信号；

-无源光网络的第二收发设备的发送装置在第二信号发送时间经由所述测量位置发送至少一个第二光学监控信号；

其中按以下方式协调所述第一和第二光学监控信号的第一和第二信号发送时间，即在穿过所述测量位置时叠加所述第一和第二光学监控信号，以构建测量信号，

以及

-通过至少一个光学监控信号发送收发设备来检测并分析所述测量信号的至少一些部分的特征。

2.根据权利要求1的方法，其中全部所述光学监控信号都是由作为收发设备的光网络单元发送的。

3.根据权利要求1的方法，其中还包括在执行所述方法步骤之前执行向至少一个所述收发设备发送测量协调消息，所述测量协调消息包括以下信息，无源光网络的中心站要发送的指定的所述第一或第二光学监控信号以及该指定的第一或第二光学监控信号的指定的第一或第二信号发送时间。

4.根据权利要求3的方法，其中发送脉冲信号作为所述第一或第二光学监控信号，并且所述第一或第二信号发送时间是由所述中心站的时间调度装置选择的，所述至少一个光学监控信号发送收发设备通过利用已知的均衡延时校正至少一个所述选择的信号发送时间，计算所述信号发送时间之间的时隙。

5.根据权利要求1的方法，其中所述光学监控信号为光时域反射法信号。

6.根据权利要求3的方法，其中所述指定的信号发送时间为起始位数。

7.根据权利要求3的方法，其中无源光网络的中心站为光线路终端。

8.用于无源光网络的中心站，包括：

-时间调度装置，用来选择按以下方式协调的光学监控信号的信号发送时间，即在穿过无源光网络的光纤链路的要监控的测量位置时叠加光学监控信号，以构建测量信号；以及

-发送装置，用来向至少一个光网络单元发送测量协调消息，所述测量协调消息包括以下信息，要发送的指定的光学监控信号以及该指定的光学监控信号的指定的信号发送时间。

9.根据权利要求8的中心站，其中所述时间调度装置用来选择无源光网络的时分复用系统给该调度装置分配的时间间隔内的所述信号发送时间。

10.根据权利要求8的中心站，其中所述光纤链路的要监控的测量位置是无源分配节点后面的分配部分。

11.根据权利要求8的中心站，其中所述指定的信号发送时间是起始位数。

12.用于无源光网络的光网络单元，包括：

-接收装置，用来接收测量协调消息，所述测量协调消息包括以下信息，要发送的光学监控信号以及该光学监控信号的信号发送时间；以及

-发送装置，用来在所述信号发送时间经由光纤链路发送光学监控信号。

13.根据权利要求12的光网络单元，其中光网络单元包括时间校正装置，时间校正装置利用已知的均衡延时校正所述信号发送时间。

14.根据权利要求12所述的光网络单元，其中信号发送时间是起始位数。

15.包括中心站和至少一个光网络单元的无源光网络，

所述中心站包括：

-时间调度装置，用来选择按以下方式协调的光学监控信号的信号发送时间，即在穿过无源光网络的光纤链路的要监控的测量位置时，叠加光学监控信号，以构建测量信号，以及

-发送装置，用来向至少一个光网络单元发送测量协调消息，所述测量协调消息包括以下信息，要发送的指定的光学监控信号以及该指定的光学监控信号的指定的信号发送时间；

所述光网络单元包括：

-接收装置，用来接收该测量协调消息，所述测量协调消息包括以下信息，要发送的指定的光学监控信号以及该光学监控信号的指定的信号发送时间，以及

-发送装置，用来在所述指定的信号发送时间经由光纤链路发送该指定的光学监控信号。

16.根据权利要求15的无源光网络，其中所述光纤链路的要监控的测量位置是无源分配节点后面的分配部分。

17.根据权利要求15的无源光网络，其中所述指定的信号发送时间是起始位数。