TWI406514B - Real - time monitoring device and method for multi - channel optical fiber routing - Google Patents

Description

多通道光纖路由即時監測裝置與方法

本發明係關於一種多通道光纖路由即時監測裝置與方法，特別為一種利用光時域反射器、光路選擇器、監測用光分歧器結合光開關可同時監測多通道光纖路由以及單一光纖路由的光損失狀態之裝置與方法。

光時域反射器的功能隨著科技進步其測試的動態範圍、解析度與取樣點數亦有長足進步。但光纖網路的監測目前為止仍以光時域反射器並以光路選擇器(Optical Channel Selector,OCS)擴充其可監測光纖路由芯數，但其仍一次只能監測一芯光纖路由，不僅無法充分利用光時域反射器的性能，譬如於區域光網路，光時域反射器可測試光纖長度達100公里以上卻只用於監測20公里左右的光纖路由而且每次測試時必須啟動光路選擇器逐芯測試、判斷其品質，耗費時間與能源。

光時域反射器使用於被動式光網路，由於光分歧器之樹狀架構緣故，所有分支路由的信號均疊加在一起，在光時域反射器軌跡圖上不僅無法進行一般光時域反射器的光纖與事件點光特性分析甚至無法識別出任何分支路由。為了解決識別問題，有在分歧路由末端加裝主動識別組件，但需配合通信網路與機房端的控制電腦互動，往往增加監測系統複雜度。亦有用餘長位移光纖加反射單元做為識別組件，但因分歧路由長短不一，於設計與安裝時均有其困難性。另一方面，亦有用可調式雷射(Tunable Laser)光源、光循環器，光功率計再於末端搭配光纖光柵濾波器(Fiber Bragg Grating,FBG)之設計，雖可達偵測障礙目的，唯其量測各分歧光纖路由時，無法同時顯示所有路由即時現況，且須控制可調式雷射光源輪流切換不同的監測波長，當路由之分歧數愈多時，耗時愈久。

由此可見，上述習用方式仍有諸多缺失，實非良善之設計，而亟待加以改良。

本案發明人鑑於上述習用方式所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成多通道光纖路由即時監測裝置與方法。

本發明之目的在於提供一種多通道光纖路由即時監測裝置與方法，特別係指一種使用簡便且成本低之光分歧器與光開關配合光時域反射器以更經濟、有效方式監測點對點與點對多點之光纖網路服務系統，當服務系統有問題時，在一般機房即可監測光纖路由是否斷線或光損失值過大，明確釐清是服務系統或光纖路由之問題，並正確清楚地顯示障礙之路由與狀態，以降低維運成本並提高維修效率。

達成上述發明目的之多通道光纖路由即時監測裝置，其組成包括：

(1)、光時域反射器：用以測試光纖路由之光損失與距離特性。

(2)、監測用光分歧器：可導引光時域反射器測試光分光至各光網路之光纖路由。

(3)、光開關：可控制光時域反射器測試光是否傳送入光網路之光纖路由。

(4)、長度調整光纖：可調整光網路之光纖路由以避免有光時域反射器無法分辨出長度差異之光纖路由存在。

(5)、分波多工器：可將兩不同光纖內通信系統通信光訊號以及光時域反射器脈波光耦合入單一光纖或將單一光纖內通信系統通信光訊號以及光時域反射器脈波光分光至兩不同光纖。

(6)、光路選擇器：可擴充光纖路由監測芯數。

(7)、監測用光纖，可連接光時域反射器與遠距離監測用光分歧器。

(8)、控制電腦：控制光時域反射器、光路選擇器、光開關以選擇測試分支光纖路由。

本發明所提供之多通道光纖路由即時監測裝置與方法主要應用於包括點對點以及點對多點光纖網路之光纖路由監測。與傳統光時域反射器的監測方式比較，本發明可提供更高效率，更經濟之監測方式。

達成上述發明目的之多通道光纖路由即時監測裝置與方法，其原理係利用光時域反射器可同時測試連接光分歧器上之多芯光纖路由，雖然各芯光纖路由分歧的信號均疊加在一起，但經由各光纖路由前裝置的光開關，可控制光時域反射器測試任一光纖路由或所有光纖路由。當開啟其中任一光開關而關閉其他光開關時即可測試出單一光纖路由信號曲線。由此可建立每一芯光纖路由之光損失與距離等特性資料。當所有光開關開啟時光時域反射器可測試出所有光纖路由疊加信號曲線。

由於所有光纖路由信號曲線是由所有光纖路由信號疊加而成，因此如果有某一芯光纖路由發生障礙必定會使所有光纖路由信號疊加曲線產生變化，譬如最明顯的光纖末端的反射峰會於光纖斷裂位置產生新的反射峰而原來的反射峰消失。由於資料庫建有每一芯光纖路由之準確長度資料，經由比對即可判定出障礙之光纖路由。

1、監測架構

在實際使用上，本發明可應用在下列五種不同監測架構，其實施例如下：

(1)、第一實施例：

本實施例為點對點光纖路由監測之架構，係應用於光通信系統由傳送端至接收端為一對一光纖路由時之監測架構。

請參閱圖一，圖一為本發明之架構示意圖；如圖一所示，光時域反射器(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)10連接監測用光分歧器(Optical Splitter)11的共同埠並於前述光分歧器11之各分支埠連接一光開關12與光纖路由長度調整光纖14，再經監測用分波多工器15耦合入待測光纖路由16。其監測方法是控制光開關12，當只開啟其中之一光開關12而關閉其他光開關12即可測試出該單一光纖路由之光功率準位與距離關係曲線30，如圖二所示。由此可建立每一光纖路由之光特性與距離初始參考資料，當距離有十分相近無法由光時域反射器10判別之光纖路由，可使用長度調整光纖14以利判別。當開啟所有光開關12可測試出所有光纖路由疊加而成之光功率準位與距離關係曲線31，如圖三所示。由於已建立各光纖路由初始參考資料，圖三中曲線雖然有許多光纖末端的光反射峰亦可以輕易判別出為哪一光纖路由所產生。當光纖路由產生斷線障礙時，如圖三中原光纖路由末端之光反射峰33會消失而於斷裂點產生新的光反射峰34，如圖四所示。由於已知末端之光反射峰33所屬光纖路由，因此，不需逐芯掃描即可迅速判斷出障礙之光纖路由與障礙點位置。由於斷裂點以後的光纖無法將光時域反射器10測試光回散射(Back-Scattering)至光時域反射器10，因此圖三中光反射峰33前光功率準位35降低至如圖四中之光功率準位36，由光功率準位降低所涵蓋距離，即使光纖斷裂點與其他光纖路由距離相同亦可判斷出障礙點位置。此外，開啟連接障礙光纖路由之光開關12，同時關閉連接其他光纖路由光開關12，由此光時域反射器10只測試發生障礙之單一芯光纖路由可與該芯光纖路由原始參考資料比對出細微變化情形。於例行監測掃描測試時可逐芯進行測試比對以判斷出各芯光纖路由之特性變化情形。

光開關模組13由一陣列光開關12與控制電路組成，控制電腦17用於控制光開關模組13內各光開關12的開啟或關閉、擷取光時域反射器10測試曲線資料，對光纖路由之測試曲線資料進行比對分析，即可得到各光纖路由最新的狀態資訊，並做為告警等後續流程之依據。

(2)、第二實施例：

本實施例為點對點光纖路由監測之架構，係利用加入光路選擇器以擴充點對點光纖路由監測芯數之架構。

本發明可搭配光路選擇器(Optical Channel Selector,OCS)18，如圖五所示，其監測原理如同圖一，但加裝光路選擇器經由控制電腦依監測流程可切換不同光路將監測的光纖路由數目與區域擴大，以提高監測裝置的使用效益，降低監測的單位成本。

(3)、第三實施例：

本實施例為點對多點光纖路由監測之架構，係應用於光通信系統由傳送端至接收端為一對多條光纖路由時之監測架構。

本發明亦可使用於利用分波多工器或光分歧器20之被動式光網路，如圖六所示，其監測架構是以監測用光纖23連接光路選擇器18與監測用光分歧器11，經光開關12、長度調整光纖14，再以監測用分波多工器15耦合入待測分支光纖路由22。其監測原理如同圖一，其中可遙控光開關模組21由一陣列光開關12與控制電路組成，可由遠端控制電腦17控制光開關模組21內各光開關12的開啟或關閉。以此裝置與方法可完全解決各分支光纖路由以光時域反射器10測試之曲線圖上信號重疊無法辨識問題。

(4)、第四實施例：

本實施例為點對多點光纖路由監測之架構，係應用於使用光通信系統之主光纖路由為監測光纖時之監測架構。

圖六中裝置架構中的監測用光纖23亦可使用被動式光網路之主光纖路由19做為監測用光纖，如圖七所示為本實施例之架構圖。

(5)、第五實施例：

本實施例為點對多點光纖路由監測之架構，係應用於使用光通信系統之光分歧器為監測用光分歧器之監測架構。

如圖八所示，對於使用光分歧器24之被動式光網路，光時域反射器10經光路選擇器18以監測用分波多工器15耦合入被動式光網路之主光纖路由19，經光分歧器24、監測用分波多工器15擷取出的光時域反射器10測試訊號經光開關12、長度調整光纖14再以監測用分波多工器15耦合入被動式光網路。以此方式可監測被動式光網路之主光纖路由19、光分歧器24與各分支光纖路由22。

2、監測方法

應用於以上諸架構之多通道光纖路由即時監測方法，其包含下列步驟：

(1)、建立多芯光纖路由同時監測之初始參考資料：依序控制光路選擇器，開啟所有光開關使光時域反射器同時測試多芯光纖路由，取得該組多芯光纖路由之光時域反射器之測試資料並儲存為各多芯光纖路由同時監測之初始參考資料；

(2)、建立單芯光纖路由初始之參考資料：依序控制光路選擇器，光開關使光時域反射器以一次只測試單一光纖路由的方式，測試所有光纖路由，並儲存各光纖路由之初始光時域反射器測試資料；

(3)、多通道光纖路由即時監測：依序控制光路選擇器，開啟所有光開關使光時域反射器同時測試多芯光纖路由，取得該組多芯光纖路由之光時域反射器之測試資料並與多芯光纖路由同時監測之初始參考資料比對分析以判斷各光纖路由是否有改變以作為障礙告警、發生變化之光纖路由、障礙點位置以及是否啟動單芯光纖路由測試進一步分析測試之依據。其判斷方式為光纖路由末端反射峰是否有消失與增加以及光功率準位是否產生變化。

(4)、單芯光纖路由監測：依序控制光路選擇器，光開關使光時域反射器逐芯測試光纖路由，所測得之光時域反射器之資料並與該芯光纖路由之初始參考資料比對分析以判斷各光纖路由是否有改變以作為障礙告警、發生變化之光纖路由、障礙點位置。其判斷方式為光纖路由末端反射峰是否有消失與增加以及光功率準位是否產生變化。

10．．．光時域反射器(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)

11．．．監測用光分歧器(Optical Splitter)

12．．．光開關(Optical ON/OFF Switch)

13．．．可程式控制光開關模組

14．．．長度調整光纖

15．．．監測用分波多工器(Wavelength Division Multiplexer)

16．．．通信系統之光纖路由

17．．．控制電腦

18．．．光路選擇器(Optical Channel Selector,OCS)

19．．．被動式光網路之主光纖路由

20．．．被動式光網路之分波多工器(WDM)或光分歧器

21．．．可遙控光開關模組

22．．．被動式光網路之分支光纖路由(Branched optical fiber route)

23．．．監測用光纖

24．．．被動式光網路之光分歧器

圖一為本發明裝置使用於監測點對點光通信系統光網路之光纖路由之架構圖；

圖二為圖一中只開啟一光開關而關閉其他光開關之光時域反射器測試曲線；

圖三為圖一中開啟所有光開關，當所有光纖路由無障礙時之光時域反射器測試曲線；

圖四為圖一中開啟所有光開關當有一芯光纖路由發生障礙時，之光時域反射器測試曲線；

圖五為圖一中於光時域反射器後增加光路選擇器以擴充光纖路由監測芯數之架構圖；

圖六為本發明裝置使用於監測點對多點光通信系統光網路之光纖路由之架構圖(使用專用監測光纖)；

圖七為本發明裝置使用於監測點對多點光通信系統光網路之光纖路由之架構圖(使用光通信系統之主光纖路由為監測光纖)；

圖八為本發明裝置使用於監測點對多點光通信系統光網路之光纖路由之架構圖(使用光通信系統之光分歧器為監測用光分歧器)。

10．．．光時域反射器(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)

11．．．監測用光分歧器(Optical Splitter)

12．．．光開關(Optical ON/OFF Switch)

13．．．可程式控制光開關模組

14．．．長度調整光纖

15．．．監測用分波多工器(Wavelength Division Multiplexer)

16．．．通信系統之光纖路由

17．．．控制電腦

Claims (8)

1. 一種多通道光纖路由即時監測裝置，適用於監測點對點或點對多點光通信系統光網路之光纖路由，其組成包括：一光時域反射器，用以測試光纖路由之光損失與距離特性；一監測用光分歧器，可導引光時域反射器測試光分光至各光網路之光纖路由；一光開關，可控制光時域反射器測試光是否傳送入光網路之光纖路由；一長度調整光纖，可調整光網路之光纖路由以避免有光時域反射器無法分辨出長度差異之光纖路由存在；一分波多工器，可將兩不同光纖內通信系統通信光訊號以及光時域反射器脈波光耦合入單一光纖或將單一光纖內通信系統通信光訊號及光時域反射器脈波光分光至兩不同光纖；一光路選擇器，可擴充光纖路由監測芯數；一監測用光纖，可連接光時域反射器與遠距離監測用光分歧器；以及一控制電腦，控制光時域反射器、光路選擇器、光開關以選擇測試分支光纖路由。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多通道光纖路由即時監測裝置，其中該光時域反射器連接光分歧器之共同埠並於前述之光分歧器各分歧埠後連接一光開關再經由分波多工器耦合入通信系統之光纖路由。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多通道光纖路由即時監測裝置，該控制電腦，控制光時域反射器與光開關的測試與開啟/關閉、擷取儲存光時域反射器測完之測試資料，經比對分析以得到整個光纖分歧路由最新的狀態資訊，並發布各項控制命令。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多通道光纖路由即時監測裝置，其中該光路選擇器將光時域反射器與多個光分歧器連接，經由切換光路，一套監測裝置可監測更多條光纖路由。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多通道光纖路由即時監測裝置，其中該監測用光纖連接光路選擇器與遠端之監測用光分歧器、光開關、監測用分波多工器耦合入光纖路由，以監測遠端點對點光網路之光纖路由或點對多點光網路之分支光纖路由。
6. 如申請專利範圍第1項所述之多通道光纖路由即時監測裝置，其中該監測用光纖可使用點對多點光網路之主光纖路由，光時域反射器測試光經光路選擇器以分波多工器耦合入對多點光網路之主光纖路由，於通信系統光分歧器或分波多工器前以分波多工器擷取出光時域反射器測試光，再經遠端之監測用光分歧器、光開關、監測用分波多工器耦合入對多點光網路之分支光纖路由以監測遠端之點對多點光網路之分支光纖路由。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多通道光纖路由即時監測裝置，其中該監測用光纖與監測用光分歧器可使用點對多點光網路之主光纖路由與光分歧器，光時域反射器測試光經光路選擇器以監測用分波多工器耦合入對多點光網路之主光纖路由經通信系統光分歧器後以監測用分波多工器擷取出光時域反射器測試光，再經光開關、監測用 分波多工器耦合入對多點光網路之分支光纖路由以監測遠端之點對多點光網路之分支光纖路由，於各或分波多工器前前以監測用分波多工器耦合入擷取出光時域反射器測試光，再經遠端之監測用光分歧器、光開關、長度調整光纖後以監測用分波多工器耦合入對多點光網路之分支光纖路由以監測遠端之點對多點光網路之分支光纖路由。
8. 一種多通道光纖路由即時監測方法，該監測方法包含下列步驟：建立多芯光纖路由同時監測之初始參考資料：依序控制光路選擇器，開啟所有光開關使光時域反射器同時測試多芯光纖路由，取得該組多芯光纖路由之光時域反射器之測試資料並儲存為各多芯光纖路由同時監測之初始參考資料；建立單芯光纖路由初始之參考資料：依序控制光路選擇器，光開關使光時域反射器以一次只測試單一光纖路由的方式，測試所有光纖路由，並儲存各光纖路由之初始光時域反射器測試資料；多通道光纖路由即時監測：依序控制光路選擇器，開啟所有光開關使光時域反射器同時測試多芯光纖路由，取得該組多芯光纖路由之光時域反射器之測試資料並與多芯光纖路由同時監測之初始參考資料比對分析以判斷各光纖路由是否有改變以作為障礙告警、發生變化之光纖路由、障礙點位置以及是否啟動單芯光纖路由測試進一步分析測試之依據，其判斷方式為光纖路由末端反射峰是否有消失與增加以及光功率準位是否產生變化；以及單芯光纖路由監測：依序控制光路選擇器，光開關使光時域反射器 逐芯測試光纖路由，所測得之光時域反射器之資料並與該芯光纖路由之初始參考資料比對分析以判斷各光纖路由是否有改變以作為障礙告警、發生變化之光纖路由、障礙點位置，其判斷方式為光纖路由末端反射峰是否有消失與增加以及光功率準位是否產生變化。