JP5514751B2

JP5514751B2 - 光アクセス設備管理方法及び光アクセス設備管理システム

Info

Publication number: JP5514751B2
Application number: JP2011016583A
Authority: JP
Inventors: 雅晶井上; ファン・シンユウ; 優介古敷谷; 則幸荒木; 文彦伊藤; 大輔飯田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: JP2012156945A

Description

本発明は、光アクセス設備の稼働状態を速やかに判定する光アクセス設備管理方法及び光アクセス設備管理システムに関する。

光アクセス設備の保守・運用業務では、故障発生時に故障位置を迅速に特定することが重要である。そのために、光アクセス設備それぞれの状況を示す情報を取得し、各光アクセス設備の情報を蓄積した設備データベース（以下、設備ＤＢ）を構築している。このことから、設備ＤＢは常に最新化し正確なＤＢを維持する必要があり、設備更改時には設備ＤＢをタイムリーに更新する必要がある。

従来は、故障発生時には、設備管理部署からＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometry：光ファイバ通信網の標準的な光学的評価法）を用いて光の反射量や損失値を距離データとともに測定し、値に異常値が発生した箇所の距離データを元に、予め構築しておいた設備ＤＢと照合し、異常が発生した対象設備を把握している（特許文献１参照）。

図１０を用いてＯＴＤＲシステムの構成を示す。
図１０において、通信用における所内装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）３６と終端装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）３１３は、所内光配線３７および光線路３１４と、この光線路に対して試験光を入出力する光カプラ３８によって接続され、光通信しているものとする。

ＯＴＤＲ試験装置３５は光カプラ３８を用いて、所内光配線３７および光線路３１４に接続する。ＯＴＤＲ試験装置３５は、試験光送出器３１、試験光検出器３２、光カプラ３３、ＰＣ制御部３４を有する。試験光送出器３１から送出された試験光は光カプラ３３および３８を介して光線路３１４を後方散乱しながら伝播する。後方散乱光は光カプラ３８および３３を通り、試験光検出器３２で光電変換される。これを、長手方向の距離に対する後方散乱光強度をプロットしてグラフにする。以上が、ＯＴＤＲ法である。

ＯＴＤＲ法によってコネクタや融着点を有する光線路の評価結果を図１１に示す。図１１に示す反射４１や損失４２はそれぞれ、線路内に存在するコネクタや融着点によるものである。また、光アクセス設備を管理するためには設備データベース４３を予め構築しておく。例えば、反射４１における損失が増加して通信に障害が発生した場合には、修理対応するために前出の設備データベース４３を用いて、反射や損失点の位置とＯＴＤＲによる障害発生位置を比較照合する。

ここで、10km地点に反射点を観測した時は、設備データベース４３の同箇所の設備を確認する。設備データベース４３でコネクタと記録されていれば、この反射はコネクタ接続によるものであり、コネクタが収容されている設備として、クロージャ番号等が特定され、設備を識別できる。

減衰点に対しても、同様にしてＯＴＤＲ測定結果から光線路上の設備識別を行うことができる。これによって、光線路が故障した場合に、どの設備において修理等の作業を行えばよいかが得られる。

特公平７−２８２６６号公報

しかしながら、上述の従来技術には以下のような問題点が知られている。上記説明の中に、作業者がＯＴＤＲ結果から反射点や損失点を読み取り、設備データベースと照合する必要があり、波形読取スキルや設備データベース操作スキルが要求される。当該スキルを習得するには有スキル者から技術を継承するか、講習を受ける必要があり、作業効率の向上や保守費用の経済化の観点を考慮して、設備識別のスキルフリー化が求められていた。

また、現場作業中に目視可能な設備の情報を取得するために、局内に設置してある設備データベースを操作する、あるいはオペレータに依頼する必要があり、作業時間の長延化が問題となっていた。
本発明は、上記の事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、作業者に波形読取スキルや設備ＤＢ操作スキルを要求することなく、設備属性情報を取得することができ、これによって正確かつ迅速に設備状態を把握することが可能な光アクセス設備管理方法及び光アクセス設備管理システムを提供することにある。

本発明に係る光アクセス設備管理方法は以下のような態様の構成とする。
（１）光ファイバ網を構成する複数の光アクセス設備それぞれの光ファイバ内に光学識別データを刻印すると共に前記複数の光アクセス設備それぞれに対応する設備情報を設備データベースに登録しておき、前記複数の光アクセス設備それぞれの光ファイバに試験光を出射してその反射光を受光することで前記複数の光アクセス設備それぞれの光ファイバ内に刻印された光学識別データを読み取り、前記読み取られた光学識別データを前記設備データベース内の設備情報と照合することで前記複数の光アクセス設備それぞれの設備情報を提供し、かつ前記光学識別データは、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用いて光ファイバの接続点に刻印され、その格子長が１mm以下で、かつ屈折率分布を周期の異なる複数の屈折率格子構造を重ね合わせた態様とする。

（２）光ファイバ網を構成する複数の光アクセス設備それぞれの光ファイバに試験光を出射してその反射光を受光することで、前記複数の光アクセス設備それぞれの光ファイバ内に刻印された光学識別データを読み取る読み取り手段と、前記複数の光アクセス設備それぞれに対応する設備情報が前記光学識別データと対応付けて登録される設備データベースと、前記読み取り手段で読み取られた光学識別データを前記設備データベース内の設備情報と照合することで前記複数の光アクセス設備それぞれの設備情報を提供する情報提供手段とを具備し、前記光学識別データは、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用いて光ファイバの接続点に刻印され、その格子長が１mm以下で、かつ屈折率分布を周期の異なる複数の屈折率格子構造を重ね合わせたものである。

以上のように、本発明によれば、作業者に波形読取スキルや設備ＤＢ操作スキルを要求することなく、設備属性情報を取得することができ、これによって正確かつ迅速に設備状態を把握することが可能な光アクセス設備管理方法及び光アクセス設備管理システムを提供することができる。

本発明に係る光アクセス設備管理システムの第１の実施形態を示すブロック構成図。図１に示すシステムの光線路上の反射光スペクトル波形を示す模式図。図１に示すシステムの格子１個の長さと反射率の関係を表すグラフ。図１に示すシステムの格子の長さと反射スペクトル幅の関係を表すグラフ。図１に示すシステムの各格子の長さでの反射率と反射スペクトル幅の関係を表すグラフ。図１に示すシステムの反射スペクトル幅と反射率の関係を表すグラフ。図１に示すシステムの反射部１つ当たりの反射率における、反射部の個数と、受光される反射光強度の関係を表すグラフ。図１に示すシステムの光ＩＤから設備属性を測定する際に実行されるフローチャート。本発明に係る光アクセス設備管理システムの第２の実施形態を示すブロック構成図。従来のＯＴＤＲ法を示す構成例。従来法であるＯＴＤＲ法を用いた設備識別法を説明するための図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明に係る光ＩＤを用いた設備管理方法が適用された第１の実施形態に係る光アクセス設備管理システムの構成を示すブロック図である。尚、図１において、図１０の説明と共通する部分については説明を省略する。

図１において、１１は図１０に示したＯＴＤＲ試験装置を利用した光ＩＤ読出装置、１２は結果表示部、１３は光ＩＤ解析部、１４及び１５、１６は光ＩＤ、１７はブロードバンドネットワーク（ＮＷ）、１８は設備データベース（設備ＤＢ）、１９は光ＩＤ及び設備属性を設備ＤＢへ書き込む書き込み制御装置である。

光ＩＤ読出装置１１の試験光送出器３１から送出された試験光は光カプラ３３、３８を介して被測定ファイバ３１４に入射される。試験光は1.65μmの保守用波長を用いることでＯＬＴ３６とＯＮＵ３１３の通信を阻害することなくインサービス試験が可能である。

当該試験光は後方に散乱光を放ちながら光ファイバ中を伝搬する。このとき、予め光アクセス設備３９、３１０、３１１に各々ユニークな後方散乱光の特徴点を付与する光ファイバ（光ＩＤ部という。）を配置する。例えば、光ケーブル３９の光ＩＤ１４ならば(０１１)の符号情報をＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用いて接続点（例えば，コネクタのフェルール部）に刻印し、後方散乱光波長の異なる反射を付与する。同様にファイバ収容部３１０の接続点に刻印された光ＩＤ１５ならば（１０１）、宅内配線３１１の接続点に刻印された光ＩＤ１６ならば（００１）というようなユニークな符号情報を付与する。図２に一つの光ＩＤ部が３ビットで、１０１を表す場合の例を示す。

以下、ＦＢＧを用いた光ＩＤ部の格子構造の設計について説明する。
ＦＢＧは、光ファイバ内に屈折率の大きい部分と小さい部分で格子を作成し、特定波長のみを反射させる光ファイバデバイスとして知られている。このデバイスでは、反射波長λ_Bと格子周期Λは以下の(1)式の関係が知られている。

ここで、ｎはファイバ格子内の平均屈折率である。また、その反射光の反射率（入射光強度と反射光強度の比）Ｒと波長スペクトルの幅Δλは以下の(2)，(3)式が成り立つ。

ここで、Ｌは格子の長さ、Δｎは格子を形成する２つの屈折率の差、ηはファイバを伝搬する光のエネルギーのうち、コアを伝搬するエネルギーの割合である。Ｌが1cm、Δｎが0.0003、ηが１とすると、反射波長1.65μmとしたＦＢＧの場合、Ｒは0.99、Δλは0.56nmとなる。

通信光の波長と異なる波長を反射させるため、反射波長を1650nmとした設計例について述べる。
光ＩＤ部での格子の長さと反射率の関係は、(2)式より計算できる。図３は本発明の実施形態に係る格子１個の長さと反射率を表すグラフである。各線は、格子構造の屈折率変化の大きさを示す。すなわち、計算による、光ＩＤ部１〜Ｎ（Ｎは光ＩＤ部の総数）の格子長と反射率の関係を示したものである。格子構造の屈折率の変化の大きさΔｎによって開きはあるが、一般的に、格子の長さが短い方が、反射率は小さくなる。1mm以下の長さの格子長の場合、屈折率変化Δｎを小さくすれば、-10〜-30dBの反射を起こすことができる。

一般的に、２つの屈折率による格子を用いた反射は全反射することを目的として作成されることが多いため、屈折率格子構造を紫外線の多重印加により作成することは、屈折率変化の限界を超えてしまい、位相を調節するなどした高度な制御が必要であった。しかしながら、今回用いる多波長光ＩＤ部は、上記のとおり、非常に小さい反射を起こすことを目的としているため、屈折率分布を、周期の異なる複数の屈折率格子構造を重ね合わせたものとすれば、線形に屈折率格子構造が足されるだけなので容易に作成可能である。

次に、光ＩＤ部の反射波長の設計について説明する。
(3)式より計算した、格子長と反射波長幅の関係を図４に示す。凡例は、(3)式中のΔｎηである。Δｎηを0.0001とすれば、1cmの光ＩＤ部で0.3nmの波長幅になる。各反射波長の有無を1bitの情報とすれば、用いる反射波長帯域をΔλ_total、ビット数をＢ、１つの反射波長での反射波長幅をΔλとすると、

を満たすようにし、式2から求められる反射率と合わせて反射率と反射波長幅を設計すればよい。
(2)式と(3)式から屈折率格子の深さΔｎηを消してまとめると、

となる。この式から計算した反射率と反射波長幅の関係を図５に示す。各線は格子長を示す。反射率が5dB以下になると、(5)式はλ_B ²/Lに収束して、反射波長幅はＬにのみ依存することになる。

この場合の(2)〜(6)式をまとめると、

となる。この式の計算結果を図６に示す。各線は屈折率格子の深さΔｎηを示す。図６と(5),(6)式を用いて、格子長、反射率、反射波長幅を設計することができる。
次に、伝送線路上の光ＩＤ部１〜Ｎの数と格子の反射率の関係について例を挙げる。
線路上のＮ個目の光ＩＤ部Ｎから受光される反射光の反射率Ｒ_Nは、

となる。図７は、各光ＩＤ部１個当たりの反射率における、光ＩＤ部の個数と受光される反射率の関係を表すグラフである。すなわち、光ＩＤ部１個あたりの反射率を-10、-15、-20、-25、-30、-35、-40、-45dBとしたときの、Ｎ個目の光ＩＤ部からの反射率を表している（横軸は光ＩＤ部の個数Ｎである。）。光ＩＤ部１個当たりの反射率が小さいほど（反射の数字が-30とか-40とか数字が大きいほど）遠方の光ＩＤ部からの反射光の劣化が小さく（Ｎが増えても直線状となる）、光ＩＤ部１個当たりの反射率とほぼ同じ大きさで受光されることがわかる。

以下のような条件を仮定した場合の光ＩＤ部の設計例を示す。
１．反射波長帯域Δλ_total：10nm
２．必要ビット数Ｂ：16bit
３．測定器の感度：-60dB
４．線路中の光ＩＤ部の数：100
条件１、２より、反射波長幅は(4)式より10nm/16で0.625nm以下である必要がある。ここでは、上限値の0.625nmとする。(6)式より、格子の長さは、1650²/0.625で4.4mmと決まる。条件３と４を言い直すと、１００個目の光ＩＤ部からの反射光のパワーは-60dB以上である必要があるということである。図７から、Ｎが１００で反射光強度が-60dB以上であるためには、１個あたりの反射率は-15dB以下である必要がある。これと(7)式から、Δｎηは2.1×10^-5以下にする必要がある。ηはコアを導波する光のパワーの割合なので、ほとんど１に近い値である。このため、格子の屈折率差Δｎをおおよそ2×10^-5以下で光ＩＤ部の格子を作成すればよい。

次に、格子の作成方法について述べる。
上述のように、一般的に多波長反射屈折率格子を作成する場合には、位相制御などの高度な作成方法が必要である。しかし、本発明での光ＩＤ部は上記のように-15dB程度以下の反射で十分なため、紫外線を光ファイバに当てて作成する屈折率格子の深さは十分小さくて済む。したがって、例えば上記のように１６種類の反射波長がある16bitの光ＩＤ部を作成する場合には、１６種類の波長に対応した周期を持つ１６種類の位相マスクを用意して、１つ目のマスクを用いて紫外線を照射し、次に２つ目のマスクを用いて紫外線を照射して、と順次マスクを変えながら紫外線を重ねて照射することで、線形に重ね合わされた屈折率格子を作成し、多波長光ＩＤ部を作成することができる。

ビットの数だけ用意された反射波長と、同じ波長で測定できるような多波長ＯＴＤＲや多波長ＯＦＤＲを用いれば、ある特定の位置の光ＩＤ部からの反射光スペクトルを見ると、図２のように測定される。各光ＩＤ部からは複数の波長の反射が測定され、この測定された反射波長のビットから、光ＩＤ部での情報を読み取る。図２の例では、3bitの符号として、１０１を表している。また、当然のことながら反射光分布測定方法は、いずれの方法でもかまわない。

上記は、１つの光ＩＤ部から複数の波長の光反射波を起こし、光反射波の波長の有無によって符号化する実現手段できるが、１つの光ＩＤ部から複数の反射波を起こし、反射波の有無によっても符号化できる。
上記光ＩＤ部の後方散乱光は光カプラ３８、３３を介して試験光検出器３２で検出され、光ＩＤ解析部１３にて光ファイバ長手方向の光ＩＤ情報として解析される。当該光ＩＤ情報はネットワークＮＷ１７を経由し、予め光アクセス設備敷設時に光ＩＤ及び設備属性を設備ＤＢ１８へ書込む書き込み制御装置１９を用いて光ＩＤに埋め込まれた符号情報と設備属性を保存する設備ＤＢ１８と照合され、結果表示部１２に設備属性が表示される。

例えば、（101）ならばファイバ収容部３１０、(001)ならば宅内配線３１１、(011)ならば光ケーブル３１４の属性情報を得る。ここで、得られた属性情報を設備ＤＢ１８に照合し、設備ＤＢに属性情報が存在しない場合（保存されていない場合）や登録されている光ＩＤ情報と属性情報を変更する場合は光ＩＤ及び設備属性を設備ＤＢ１８へ書込む書き込み制御装置１９を用いて設備ＤＢ１８を更改する。

以上の手法の処理の流れを図８に示すフローチャートを参照して説明する。
図８において、まず、試験光を被測定光ファイバに入射し、後方散乱光の特徴点（例えば反射など）から光ケーブル長手方向の光ＩＤを測定する（ステップＳ１）。次に得られた光ＩＤ情報はネットワーク１７を通して設備ＤＢ１８と内容を照合する（ステップＳ２）。ここで、当該光ＩＤ情報と一致する情報が設備ＤＢ１８に保存されている場合（ＹＥＳ）は設備ＤＢ１８に保存されている設備属性情報を結果として表示する（ステップＳ３）。一方、照合不可の場合（ＮＯ）は、設備属性を入力し、設備ＤＢ１８を更改する（ステップＳ４）。全ての設備において判定を行い、一連の処理を終了する。

以上に述べた方法をとることで、光学的に設備状態を速やかに判定・更改することができる。
（第２の実施形態）
次に、現場作業時に設備属性を即時判定する方法を、図９を用いて説明する。尚、図９において、図１０の説明と共通する部分については説明を省略する。

光アクセス設備３９、３１０、３１１には予め、第１の実施形態で説明した光ＩＤ部と同じ符号情報を持つ一次元もしくは二次元バーコード（以下、ＩＤバーコードとする）５２，５３，５４を設備外観に張付する。
ここで光アクセス設備には、光ケーブルの他、ファイバ収容部の例として、コネクタ、融着点、メカニカルスプライス等が、そして宅内配線の例として光カールコード、等が対象として挙げられる。光カールコードは光コンセントとＯＮＵを接続するカール状の光ファイバである。

作業者５５はＩＤバーコード読出装置５１を用いて当該ＩＤバーコードを読取り、当該ＩＤバーコード読出装置５１に保存されている設備ＤＢと照合し、設備属性を取得する。
以上に述べた方法をとることで、保守作業時に即時に設備状態を把握することが可能となる。

上記実施形態に適用された光ＩＤを用いた設備管理方法は、従来技術に対して以下の優位性を持つと考えられる。
第１に、従来技術では、作業者がＯＴＤＲ結果から反射点や損失点を読み取り、設備データベースと照合する必要があり、波形読取スキルや設備データベース操作スキルが要求される。当該スキルを習得するには有スキル者から技術を継承するか、講習を受けなければならなく、作業効率の向上や保守費用の経済化の観点から設備識別のスキルフリー化が求められていた。

これに対して上記実施形態では、光ＩＤ読取装置が波形測定から光ＩＤを検出し、自動的に設備ＤＢと照合させるため、作業者に波形読取スキルや設備ＤＢ操作スキルを要求することなく、設備属性情報を取得することができる。よって、従来技術よりも正確かつ迅速に設備状態を把握することが可能となる。

第２に、従来では、現場作業中に目視可能な設備の情報を取得するために、局内に設置してある設備データベースを操作する、あるいはオペレータに依頼する必要があり、作業時間の長延化が問題となっていた。
これに対して上記実施形態では、光ＩＤ情報をＩＤバーコードにして設備外観に張付することで、現場作業中にＩＤバーコードを読取り、設備属性を取得することが可能となる。よって、即時に設備状態を把握することが可能となる。

尚、ＩＤバーコードは、光ＩＤ情報を設備外観に張付することができるものであれば良く、一次元および二次元バーコードに限られるものではなく、三次元バーコードやＡＲ（拡張現実）マーカなどで代替することも可能である。
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…光ＩＤ読出装置、１２…結果表示部、１３…光ＩＤ解析部、１４，１５，１６…光ＩＤ、１７…ブロードバンドネットワーク（ＮＷ）、１８…設備データベース（設備ＤＢ）、１９…書き込み制御装置、３１…試験光送出器、３１０…ファイバ収容部、３１１…宅内配線、３１３…終端装置（ＯＮＵ）、３１４…光線路（光ケーブルまたは被測定ファイバ）、３２…試験光検出器、３３…光カプラ、３４…ＰＣ制御部、３５…ＯＴＤＲ試験装置、３６…所内装置（ＯＬＴ）、３７…所内光配線、３８…光カプラ、３９…光ケーブル、４１…反射、４２…損失、４３…設備データベース、５１…ＩＤバーコード読出装置。

Claims

光ファイバ網を構成する複数の光アクセス設備それぞれの光ファイバ内に光学識別データを刻印すると共に前記複数の光アクセス設備それぞれに対応する設備情報を設備データベースに登録しておき、
前記複数の光アクセス設備それぞれの光ファイバに試験光を出射してその反射光を受光することで前記複数の光アクセス設備それぞれの光ファイバ内に刻印された光学識別データを読み取り、
前記読み取られた光学識別データを前記設備データベース内の設備情報と照合することで前記複数の光アクセス設備それぞれの設備情報を提供し、
かつ前記光学識別データは、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用いて光ファイバの接続点に刻印され、その格子長が１mm以下で、かつ屈折率分布を周期の異なる複数の屈折率格子構造を重ね合わせたものである）ことを特徴とする光アクセス設備管理方法。
光ファイバ網を構成する複数の光アクセス設備それぞれの光ファイバに試験光を出射してその反射光を受光することで、前記複数の光アクセス設備それぞれの光ファイバ内に刻印された光学識別データを読み取る読み取り手段と、
前記複数の光アクセス設備それぞれに対応する設備情報が前記光学識別データと対応付けて登録される設備データベースと、
前記読み取り手段で読み取られた光学識別データを前記設備データベース内の設備情報と照合することで前記複数の光アクセス設備それぞれの設備情報を提供する情報提供手段と
を具備し、
前記光学識別データは、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用いて光ファイバの接続点に刻印され、その格子長が１mm以下で、かつ屈折率分布を周期の異なる複数の屈折率格子構造を重ね合わせたものであることを特徴とする光アクセス設備管理システム。