DE19926463B4

DE19926463B4 - Verfahren zur Überwachung von optischen Signalen auf mehreren optischen Fasern

Info

Publication number: DE19926463B4
Application number: DE19926463A
Authority: DE
Inventors: Detlef Dr.-Ing. Stoll
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Xieon Networks SARL
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: US6236478B1; DE19926463A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung von optischen Signalen auf mehreren optischen Fasern (OF1, ..., OFN),
– das gleichzeitig für jede optische Faser (OF1, ..., OFN) einen Gesamtpegel ermittelt und jeweils ein hieraus abgeleitetes Gesamtpegel-Kriterium (P1, ..., PN) auswertet,
– das außerdem zyklisch jeweils die Übertragungskanäle (CH1 – CHM) der optischen Fasern (OF1, ..., OFN) überwacht und die gewonnenen Kanalqualität-Kriterien (Z1, ..., ZN) auswertet und
– das aufgrund dieser Auswertungen den Überwachungsalgorithmus für die optischen Fasern (OF1, ..., OFN) und damit für die Übertragungskanäle derart steuert, daß kritische Übertragungskanäle intensiver überwacht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von optischen Signalen auf mehreren optischen Fasern.

In „IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS", Vol. 14, No. 5 June 1996, Seiten 914 – 922 werden Überwachungsprobleme bei einem optischen Transportnetzwerk beschrieben.

Zur Zeit befinden sich die optischen Kommunikationssysteme (All Optical Networks/Photonic Transport Networks) in der Standardisierungsphase. Hierbei erfolgt bei der Definition der charakteristischen Strukturmerkmale eine Orientierung an den existierenden Standards für synchrone Kommunikationssysteme (SDH – Synchronous Digital Hierarchy; SONET – Synchronous Optical Network), wobei eine maximale strukturelle Ähnlichkeit der Netzstrukturen angestrebt wird. In rein optischen Add/Drop-Multiplexern oder Crossconnectoren, die mittelfristig zum Einsatz kommen werden, sind etwa 30 bis 300 optische Kanäle untereinander zu verschalten. Wie bereits bei den bekannten synchronen Kommunikationssystemen werden auch bei den rein optischen Systemen sehr hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit gestellt. Diese kann aber nur sichergestellt werden, wenn die optischen Kanäle hinsichtlich ihrer Signalqualität ständig einzeln überwacht werden und im Fehlerfall sofort Ersatz-Übertragungswege zur Verfügung stehen. Die Zeitspanne zwischen dem Auftreten eines Fehlers bis zum Abschluß des Ersatzschaltvorganges beträgt in synchronen Netzen 50 ms. Um die neuen rein optischen Kommunikationssysteme problemlos in das gesamte Übertragungsnetz integrieren zu können, müssen diese Reaktionszeiten eingehalten werden oder noch kürzer sein. Eine Überwachung sämtlicher optischen Übertragungskanäle unter Verwendung herkömmlicher Überwachungsmittel ist aber mit unvertretbar hohem technischen Aufwand und damit auch unvertretbaren Kosten verbunden.

In IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1996, Vol. 14, No. 5, S. 914 – 922 beschreiben Tada, Y. u. a. in "OA&M Framework for Multiwavelength Photonic Transport Networks" ein Verfahren zur optischen Überwachung von optischen Signalen, das für eine optische Faser einen Gesamtpegel ermittelt und die einzelnen Übertragungskanäle überwacht.

Aus dem Patent US 5 510 917 ist ein Verfahren zur Überwachung von optischen Signalen auf mehreren Fasern beschrieben. In einer besonderen Weiterbildung wird nur der gefährdetste Kanal überwacht.

Im Beitrag "A High-Performance Optical Spectrum Monitor with High-Speed Measuring Time for WDM Optical Networks" von OTSUKA, K. u.a. in 23^rd European Conference on Optical Communications, 1997, Vol. 2, S. 147 – 150 wird auf mechanisch bewegte Komponenten verzichtet und werden hierdurch kurze Messzeiten erreicht. Auch bei einer Verwendung eines solchen Messgerätes dauert ein Messzyklus zur Überwachung aller Signale bei einem WDM-System noch zu lange, um auf kritische Signale rasch reagieren zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein kostengünstig realisierbares Verfahren zur Überwachung optischer Übertragungssysteme mit einer Vielzahl von optischen Kanälen anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der wesentliche Unterschied bei diesem Überwachungssystem ist, daß im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren die jeweils auf einer Faser übertragenen Gesamtsignale (Wellenlängen-Multiplexsignale) und deren einzelne optische Übertragungskanäle getrennt überwacht werden und im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren insbesondere bei der Überwachung der einzelnen optischen Kanäle Prioritäten gesetzt werden. Stärker gefährdete Verbindungen und insbesondere kritische Übertragungskanäle werden intensiver überwacht als andere.

Die Prioritäten werden mit Hilfe eines Auswertesystems ermittelt, welches auf der Basis von Algorithmen neuronaler Netze, von Fuzzy-Logik sowie von regelbasierten Algorithmen (Expertensystemen) arbeitet. Dieses Auswertesystem liefert eine Beobachtungssequenz, welche bei geringstmöglichem Beobachtungsaufwand Fehler mit größtmöglicher Wahrscheinlichkeit innerhalb der vorgeschriebenen Reaktionszeit erkennen läßt. Der Hauptvorteil liegt in der Reduktion des Schaltungsaufwandes für die Überwachungseinrichtungen.

Ein weiterer Vorteil liegt im Lernverhalten, so daß die Option besteht, während des Betriebes die Sicherheit der Fehlererkennung weiter zu verbessern, ohne die Hardware ändern zu müssen. Die einfache Differenzierungsmöglichkeit für die Signalqualität lassen die Anwendung von Fuzzy-Logik vorteilhaft erscheinen.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahren wird anhand eines in 1 dargestellten Prinzipschaltbildes näher erläutert.
In 2 sind die über eine Faser übertragenen Kanäle dargestellt.
In der 1 sind ein optisches Netzelement ONE und die zugehörige Überwachungseinrichtung MU dargestellt. Zu überwachen sind die Wellenlängen-Multiplexsignale auf optischen Fasern OF1 bis OFN. Jedes dieser Signale besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Signalen entsprechend der Anzahl von Übertragungskanälen CH1 bis CHM (2), die im Wellenlängen-Multiplexverfahren über eine Faser übertragen werden.
In 2 sind die Pegel P der Übertragungskanäle CH1 bis CHM über der Wellenlänge λ für ein über eine Faser übertragenes Multiplexsignal dargestellt.
Über Koppler K werden Meßsignale S1 bis SN von jeweils einer Faser ausgekoppelt und Gesamtpegel-Detektoren GPD1 bis GPDN, z.B. Photodioden zugeführt und außerdem – hier über weitere Koppler K – über einen Auswahlschalter AS (optischen Multiplexer) einem optischen Spektralanalysator SA zugeführt. Der Spektralanalysator kann hierbei zur Zeitersparnis die einzelnen Fasern zugeordneten Kanäle parallel analysieren. Falls es zeitlich möglich ist, können zur Kostenersparnis die einzelnen Kanäle auch nacheinander in einem einfacher ausgeführten Spektralanalysator analysiert werden.
Die Ausgangsgrößen der Gesamtpegel, die Summensignal-Kriterien P1 bis PN, werden von den Gesamtpegel-Detektoren GPD1 bis GPDN einer Auswerteeinheit CU (Prozessor) zugeführt und von dieser überwacht. Von dem Spektralanalysator SA werden die Kanalqualität-Kriterien Z1 bis ZN von jeweils einer Faser parallel zugeführt. Die Auswerteeinheit steuert wiederum den Auswahlschalter AS durch ein Auswahlsignal IS (Information Select) und erforderlichenfalls auch den Spektralanalysator. Die Gesamtpegel werden nach den Kriterien der Fuzzy-Logik bewertet. Fuzzy-Systeme führen zunächst Klassifizierungsaufgaben durch, beispielsweise zu hoch, ideal, zu niedrig, Signalverlust. Diese Größen werden durch neuronale Algorithmen weiterverarbeitet, wobei auch abgeleitete Größen, wie Pegeländerungen, verwertet werden können. Starke Pegeländerungen innerhalb weniger Millisekunden können auf einen bevorstehenden Faserbruch (Baggereinwirkung) hindeuten. Abrupte Pegelschwankungen können auf den Ausfall eines optischen Verstärkers oder eines Lasers hindeuten. Neuro-Fuzzy-Systeme sind beispielsweise in "Neuronale Netze und Fuzzy-Systeme" von Nauck, Klawonn und Kruse, Friedrich Vieweg und Sohn, 1996, Seiten 377 bis 416 beschrieben.
Die Auswerteeinheit CU bestimmt einen Überwachungsalgorithmus oder Beobachtungszyklus, gegebenenfalls mit speziellen Überwachungsvorschriften für einzelne Übertragungskanäle, der mit hoher Wahrscheinlichkeit dem Auftreten von Störungen angepaßt ist und diese sicher erkennen läßt.
Über den Auswahlschalter und den Spektralanalysator wird die Qualität (Pegel, Impulsform, Wellenlänge) von Signalen einzelner Kanäle und damit auch der zugeordnete Laser überwacht. Ausgehend von den Ergebnissen der Qualitätsbewertung der einzelnen Kanäle werden die Beobachtungskriterien, Häufigkeit und Dauer, festgelegt. Zur genauen Analyse besitzt die Auswerteeinheit über das Auswahlsignal IS die Möglichkeit, kritische Signale einer detaillierten optischen Analyse zuzuführen, um ein detaillierteres Überwachungssignal (Kanalqualitäts-Kriterium) zu erhalten. Kritisch erscheinende Fasern bzw. auf diesen übertragene Kanäle werden einer häufigeren und gegebenenfalls genaueren Überprüfung durch den Spektralanalysator unterzogen.
Aufgrund der aufgetretenen Überwachungsergebnisse wird der Überwachungsalgorithmus im Rahmen der zulässigen Bedingungen optimiert.
Zur Verbesserung der Überwachungseffektivität können bereits vorliegende (gespeicherte) Zusatzinformationen IZ verwendet werden, die Hinweise über die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Fehlern geben. Solche Informationen können beispielsweise die Längen und die Störanfälligkeiten von optischen Strecken sein. Auch diese in einem Zusatzinformation-Speicher ZS gespeicherte Information kann aufgrund von Erfahrungswerten abgeändert werden.
Präventiv oder als Reaktion auf plötzlich auftretenden Veränderungen generiert die Überwachungseinrichtung ein Protection-Signal AIS, um eine geeignete Ersatzschaltung durchzuführen. Hierbei kann sowohl die Auswahl eines anderen Übertragungskanals erfolgen, als auch eine "Line-Protection" (Verbindung) oder eine "Card-Protection" (Baugruppe) vorgesehen sein, wobei alle bekannten Methoden der Protection-Schaltungen realisiert werden können.
Eine vorsorgliche Ersatzumschaltung eines Störungen aufweisenden Übertragungskanals, einer Faser oder einer Baugruppe verhindert das Entstehen von Fehlern und trägt besonders zur Zuverlässigkeit des Übertragungssystems bei.

Claims

Verfahren zur Überwachung von optischen Signalen auf mehreren optischen Fasern (OF1, ..., OFN), – das gleichzeitig für jede optische Faser (OF1, ..., OFN) einen Gesamtpegel ermittelt und jeweils ein hieraus abgeleitetes Gesamtpegel-Kriterium (P1, ..., PN) auswertet, – das außerdem zyklisch jeweils die Übertragungskanäle (CH1 – CHM) der optischen Fasern (OF1, ..., OFN) überwacht und die gewonnenen Kanalqualität-Kriterien (Z1, ..., ZN) auswertet und – das aufgrund dieser Auswertungen den Überwachungsalgorithmus für die optischen Fasern (OF1, ..., OFN) und damit für die Übertragungskanäle derart steuert, daß kritische Übertragungskanäle intensiver überwacht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtpegel nach Fuzzy-Logik-Kriterien bewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen des Gesamtpegels auf den optischen Fasern (OF1, ..., OFN) und/oder der Qualitäten der einzelnen Übertragungskanäle ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Gesamtpegel-Kriterien (P1 bis PN) und der Kanalqualität-Kriterien (Z1, ..., ZN) durch lernende und/oder regelbasierte Algorithmen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzinformationen (IZ) über das Auftreten von Fehlern bei optischen Fasern und/oder in Übertragungskanälen den Überwachungsalgorithmus mitbestimmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß präventiv oder reaktiv entsprechend der als Überwachungsergebnisse festgestellten Fehlersituation kanalweise, faserweise oder baugruppenweise Ersatzschaltungen veranlaßt werden.