一種基於輪詢自匹配的網絡監測方法及裝置與流程
2023-05-17 09:27:57 2
本發明屬於光纖通信技術領域，涉及一種基於輪詢自匹配的網絡監測方法及裝置。
背景技術：
在國內運營商「光進銅退」的建設如火如荼的過程中，無源光網絡系統開始大規模商用。對該系統而言，有效的運營、維護和管理是一個不可忽視但又亟需解決的問題，迅速發現、定位及處理光層故障在無源光網絡中顯得尤為重要。同時，對於光鏈路監測的各種技術，成本、實現難度及有效性等因素很大程度上限制了具體技術的實際應用。因此，一種易實現、低成本的監測技術能在實際部署中必將發揮重要的作用。
眾所周知，光時域反射儀(OTDR)在光纜線路維護中應用廣泛，主要用於光纖長度測量和損耗測試。其基本原理為：OTDR先向待測光纖中發射光脈衝信號，通過接收分析反射和背向散射信號，可以測量光纖長度、線路損耗等參數，並且能對故障進行定位。但在點到多點的光網絡(如無源光網絡)中，中心局處的光時域反射儀接收到的光纖鏈路中由瑞利散射和菲涅爾反射所產生的信號為各分支鏈路信號的疊加，這給具體線路的故障定位增加了很大的難度。為了解決這個問題，基於可調諧光時域反射儀的網絡監測技術被提出。該技術在中心局端使用可調諧的OTDR替代單波長的OTDR，在各ONU處使用特定波長的反射器件(如不同中心反射波長的光纖布拉格光柵)。特別需要指出的是，該技術同樣基於輪詢方式，即每次向光網絡系統中發射一個具有特定波長的探測脈衝信號，經分路器向下行鏈路傳輸，在對應光纖鏈路中傳輸時所產生的反射信號被光電探測器所檢測，可實時從其探測器獲得的曲線中獲取光纖鏈路故障信息，實現收發一體化。波長可調諧OTDR技術維持了OTDR技術原有的優勢，既可以定位光纖故障，又可通過光纖連接、斷面等引起的損耗而判斷發生故障的原因。這種方法在遠程節點處未增加任何器件，布放設備簡單，但是在接收端使用的可調諧設備價格十分昂貴，無疑會增加網絡建設的成本。
值得提出的是，在無源光網絡中，無源器件(如高分光比的光分路器)給鏈路引入較大的插入損耗，同時短距離多結點的網絡拓撲結構，對OTDR在高解析度條件下的動態範圍提出了更高的要求。除此之外，在背向散射的測量中會出現相干噪聲，其由光纖中不同位置的大量後向瑞利散射相干引起的，產生的相位噪聲在接收機中表現為後向瑞利散射信號幅度的波動。而可調諧光源的線寬是相干噪聲的重要參數，線寬越窄，相干噪聲越大，可調諧0TDR測量的衰減曲線的幅值抖動就會越大，從而影響對光纖鏈路故障的判斷。
技術實現要素：
技術問題：本發明提供一種基於輪詢自匹配的網絡監測方法及裝置。通過出射監測脈衝序列與ONU前編碼器的匹配有效地對無源光網絡中各分支光纖鏈路實現監測。
本發明採用如下技術方案：
本發明所述一種基於輪詢自匹配的網絡監測方法，根據處理及控制單元發出的指令，逐個完成待監測的鏈路的網絡監測；對每條待監測的鏈路進行網絡監測的方法如下：
根據處理及控制單元發出的指令，可調光源為待監測的鏈路內調製並出射一個與待監測鏈路相對應的監測脈衝序列，所述監測脈衝序列從光環形器的a埠入射，由環形器的b埠經主幹光纖到達光分路器；所述光分路器將監測脈衝序列均分為k個子脈衝序列，並由與光分路器各埠連接的下路光纖分別下路至各光編碼器及各用戶終端，其中，k為鏈路總數；位於各用戶終端前端的光編碼器對各子脈衝序列分別反射後由環形器的c埠送至光接收機，經過光電轉換後由處理及控制單元對待監測的鏈路進行狀態識別；
所述光編碼器包括第一光纖布拉格光柵、第二光纖布拉格光柵及光纖延時線，光纖延時線的兩端分別與第一光柵、第二光柵連接，所述監測脈衝序列的子脈衝序列先經由與光分路器各埠連接的下路光纖進入第一光柵，再經光纖延時線進入第二光柵，所述第一光柵及第二光柵採用反射率均為完全反射率的光柵；
所述監測脈衝序列由兩種不同波長的光脈衝組成且兩種光脈衝交替排列，相鄰脈衝之間的時間間隔各不相同，分別為τ1，τ2，…，τm，τi＝2lini/C，i＝1，2，…，m-1，m為監測脈衝序列的脈衝總數，τi為第i光脈衝與第i+1光脈衝之間的時間間隔，C為光在真空中的傳播速度，li為第i鏈路上的光纖延時線的長度，ni為第i鏈路上的光纖延時線纖芯的折射率；
所述第一光柵的中心反射波長對應於監測脈衝序列中第一個光脈衝的光波長，第二光柵的中心反射波長對應於監測脈衝序列中第二個光脈衝的光波長；
所述狀態識別為：處理及控制單元對待監測鏈路上的光編碼器反射回的子脈衝序列進行識別，如果用戶終端反射回的子脈衝序列中含有幅度加倍的脈衝時，則待監測鏈路處於健康正常狀態；否則，待監測鏈路為故障鏈路。
本發明所述一種基於輪詢自匹配的網絡監測裝置，包括：可調光源、光環形器、光分路器、光接收機及處理及控制單元，在光接收機的各個輸出埠上分別連接一個包括光編碼器和用戶終端的鏈路，所述光編碼器包括第一光纖布拉格光柵及第二光纖布拉格光柵光纖延時線，第一光纖布拉格光柵的輸出端通過光纖延時線與第二光纖布拉格光柵輸入端連接，第二光纖布拉格光柵的輸入端與用戶終端連接；
所述可調光源用於接收處理及控制單元發出的指令，為待監測的鏈路內調製並出射一個與待監測鏈路相對應的監測脈衝序列；所述監測脈衝序列由兩種不同波長的光脈衝組成且兩種光脈衝交替排列，相鄰脈衝之間的時間間隔各不相同，分別為τ1，τ2，…，τm，τi＝2lini/C，i＝1，2，…，m-1，m為監測脈衝序列的脈衝總數，τi為第i光脈衝與第i+1光脈衝之間的時間間隔，C為光在真空中的傳播速度，li為第i鏈路上的光纖延時線的長度，ni為第i鏈路上的光纖延時線纖芯的折射率；
所述環形器用於將入射監測脈衝序列傳送至光分路器；
所述光分路器用於將監測脈衝序列均分為k個子脈衝序列，並由與光分路器各埠連接的下路光纖分別下路至各光編碼器及各用戶終端，其中，k為鏈路總數；
所述光編碼器用於對子脈衝序列進行反射；
所述光接收機通過環形器接收所述光編碼器反射的子脈衝序列；
所述處理及控制單元用於向可調光源發出的指令，並用於對待監測的鏈路進行狀態識別，如果光編碼器反射回的子脈衝序列中含有幅度加倍的脈衝時，則待監測鏈路處於健康正常狀態；否則，待監測鏈路為故障鏈路。
有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：
1、本發明通過對可調光源1逐一發射多組具有兩個不同波長，時間間隔均不相等的監測脈衝序列，且兩脈衝間隔與ONU4前端的編碼器3中的光纖延時線滿足匹配條件，由監測脈衝序列中具有特定時間間隔的脈衝經過對應分支鏈路上的編碼器反射後的時間間隔將變為零，兩不同波長的脈衝將發生重疊，組成一個幅度加倍的複合脈衝信號，相比於未疊加前的監測信號，疊加後的信號幅度增加，在噪聲不變或增加幅度遠小於監測脈衝信號的增幅時，信號噪聲比得到提高，更有利於信號識別過程中的檢測。同時，由於信號幅度的增加，其對應信號的光功率也變大，可降低對光接收機靈敏度的要求；
2、本發明採用的終端光編碼器3僅由兩個光纖布拉格光柵及光纖延時線組成，結構簡單，能有效降低用戶端的使用成本。通過調整光纖延時線的長度便可達到與出射脈衝中各序列匹配的目的，實現簡單，操作靈活；
3、相比於基於輪詢檢測的可調OTDR監測技術，其系統成本更低，監測信號波長不會對ONU端的通信設備造成幹擾；
4、本發明在對各分支鏈路狀態的識別過程中，通過預先存儲的數據與實時採集的數據的比對來判別對應鏈路的狀態。網絡狀態的識別最終可轉化為對應脈衝幅度的變化來確定，可簡化識別過程。特別地，當各用戶終端反射回的信號在主幹路中均不疊加時，僅通過脈衝幅度的變化便可快速的判別對應支路的鏈路狀態。
附圖說明
圖1為無源光網絡光纖鏈路監測系統原理圖；
圖2為監測方法的基本步驟示意圖；
圖3為接收信號示意圖，(a)為當各用戶終端反射回的信號在主幹路中均不疊加時接收信號示意圖，(b)為當各用戶終端反射回的信號在主幹路中出現疊加時，預先存儲的各分支鏈路在健康狀態下的信號示意圖，(c)為當各用戶終端反射回的信號在主幹路中出現疊加時，鏈路出現故障時的實時接收信號示意圖；
圖4為控制處理單元的示意圖
具體實施方式
實施例1
一種基於輪詢自匹配的網絡監測方法，根據處理及控制單元6發出的指令，逐個完成待監測的鏈路的網絡監測；對每條待監測的鏈路進行網絡監測的方法如下：
根據處理及控制單元6發出的指令，可調光源1為待監測的鏈路內調製並出射一個與待監測鏈路相對應的監測脈衝序列，所述監測脈衝序列從光環形器2的a埠入射，由環形器2的b埠經主幹光纖到達光分路器；所述光分路器將監測脈衝序列均分為k個子脈衝序列，並由與光分路器各埠連接的下路光纖分別下路至各光編碼器及各用戶終端，其中，k為鏈路總數；位於各用戶終端前端的光編碼器對各子脈衝序列分別反射後由環形器2的c埠送至光接收機5，經過光電轉換後由處理及控制單元6對待監測的鏈路進行狀態識別；
所述光編碼器包括第一光纖布拉格光柵、第二光纖布拉格光柵及光纖延時線，光纖延時線的兩端分別與第一光柵、第二光柵連接，所述監測脈衝序列的子脈衝序列先經由與光分路器各埠連接的下路光纖進入第一光柵，再經光纖延時線進入第二光柵，所述第一光柵及第二光柵採用反射率均為完全反射率的光柵；
所述監測脈衝序列由兩種不同波長的光脈衝組成且兩種光脈衝交替排列，相鄰脈衝之間的時間間隔各不相同，分別為τ1，τ2，…，τm，τi＝2lini/C，i＝1，2，…，m-1，m為監測脈衝序列的脈衝總數，τi為第i光脈衝與第i+1光脈衝之間的時間間隔，C為光在真空中的傳播速度，li為第i鏈路上的光纖延時線的長度，ni為第i鏈路上的光纖延時線纖芯的折射率；
所述第一光柵的中心反射波長對應於監測脈衝序列中第一個光脈衝的光波長，第二光柵的中心反射波長對應於監測脈衝序列中第二個光脈衝的光波長；
所述狀態識別為：處理及控制單元6對待監測鏈路上的光編碼器反射回的子脈衝序列進行識別，如果用戶終端反射回的子脈衝序列中含有幅度加倍的脈衝時，則待監測鏈路處於健康正常狀態；否則，待監測鏈路為故障鏈路。
在本實施例中，處理及控制單元6對待監測鏈路上的用戶終端反射回的信號的識別採用如下方法：首先由處理及控制單元6獲取待監測鏈路的健康狀態下的子脈衝序列，然後將待監測鏈路的健康狀態下的子脈衝序列與反射回的子脈衝序列進行比較，如果兩者吻合，則待監測鏈路處於健康正常狀態；否則，待監測鏈路為故障鏈路。
實施例2
一種基於輪詢自匹配的網絡監測裝置，包括：可調光源1、光環形器2、光分路器7、光接收機5及處理及控制單元6，在光接收機5的各個輸出埠上分別連接一個包括光編碼器3和用戶終端4的鏈路，所述光編碼器包括第一光纖布拉格光柵及第二光纖布拉格光柵光纖延時線，第一光纖布拉格光柵的輸出端通過光纖延時線與第二光纖布拉格光柵輸入端連接，第二光纖布拉格光柵的輸入端與用戶終端4連接；
所述可調光源1用於接收處理及控制單元6發出的指令，為待監測的鏈路內調製並出射一個與待監測鏈路相對應的監測脈衝序列；所述監測脈衝序列由兩種不同波長的光脈衝組成且兩種光脈衝交替排列，相鄰脈衝之間的時間間隔各不相同，分別為τ1，τ2，…，τm，τi＝2lini/C，i＝1，2，…，m-1，m為監測脈衝序列的脈衝總數，τi為第i光脈衝與第i+1光脈衝之間的時間間隔，C為光在真空中的傳播速度，li為第i鏈路上的光纖延時線的長度，ni為第i鏈路上的光纖延時線纖芯的折射率；
所述環形器2用於將入射監測脈衝序列傳送至光分路器3；
所述光分路器7用於將監測脈衝序列均分為k個子脈衝序列，並由與光分路器各埠連接的下路光纖分別下路至各光編碼器及各用戶終端，其中，k為鏈路總數；
所述光編碼器3用於對子脈衝序列進行反射；
所述光接收機5通過環形器2接收所述光編碼器3反射的子脈衝序列；
所述處理及控制單元6用於向可調光源1發出的指令，並用於對待監測的鏈路進行狀態識別，如果光編碼器3反射回的子脈衝序列中含有幅度加倍的脈衝時，則待監測鏈路處於健康正常狀態；否則，待監測鏈路為故障鏈路。
在本實施例中，在所述處理及控制單元6中存儲有待監測鏈路的健康狀態下的子脈衝序列，所述處理及控制單元6用於將待監測鏈路的健康狀態下的子脈衝序列與反射回的子脈衝序列進行比較，完成對光編碼器3反射回的子脈衝序列中含有幅度加倍的脈衝的識別，如果兩者吻合，則待監測鏈路處於健康正常狀態；否則，待監測鏈路為故障鏈路。所述第一光柵及第二光柵採用反射率均為完全反射率的光柵，所述第一光柵的中心反射波長對應於監測脈衝序列中第一個光脈衝的光波長，第二光柵的中心反射波長對應於監測脈衝序列中第二個光脈衝的光波長。
下面結合實施例和說明書附圖對本發明作進一步的說明。
本發明通過可調光源1逐一發射具有不同脈衝間隔的監測脈衝序列，分別與對應ONU4端處的光編碼器3形成匹配來實現對各分支鏈路狀態的監測。本發明的輪詢自匹配的網絡監測裝置如圖1所示。具體包括以下步驟：
步驟1、位於中心局的可調光源1經內調製出射第一個監測脈衝序列，監測脈衝序列包含波長為λ1及λ2的兩個子脈衝，其中任一監測脈衝序列中兩脈衝之間的時間間隔各不相同，分別為τ1，τ2，…，τm，用於與不同分支鏈路終端處的編碼器3相匹配。所述監測脈衝序列從光環形器2的a埠入射，由環形器2的b埠經主幹光纖到達光分路器。所述光分路器將監測脈衝序列均分為k個子脈衝序列，並由與光分路器各埠連接的下路光纖下路至各用戶終端。
步驟2、位於ONU4前端的各編碼器3對各子脈衝序列分別反射，編碼器由兩個中心反射波長分別與監測脈衝序列中子脈衝波長λ1及λ2對應的光纖布拉格光柵及光纖延時線組成，且兩光柵反射率均為高反射率。所述編碼器中兩個不同光纖布拉格光柵的布放順序為：與監測脈衝序列中先出射的波長對應的中心反射波長的光纖布拉格光柵放置在離ONU4更近的一側。所述編碼器中的光纖延時線的長度li與步驟1中監測脈衝序列的兩脈衝的時間間隔τi滿足：τi＝2lini/c，表明監測脈衝序列與光編碼器3匹配，可對編碼器3所在鏈路進行檢測，其中c為光在真空中的傳播速度，li為第i鏈路上的光纖延時線的長度，ni為第i鏈路上的光纖延時線纖芯的折射率。
在與監測脈衝序列匹配的分支鏈路上，反射回的兩個子脈衝疊加形成一個幅度加倍的新脈衝。各脈衝子序列由ONU4處的光編碼器經光分路器合波後通過環形器2的c埠送至位於中心局的光接收機5。
步驟3、各反射回的脈衝子序列經過光電轉換後由位於中心局處的處理及控制單元6對與ONU4.1相連的分支鏈路進行狀態識別。處理及控制單元6預先存儲有各分支鏈路在健康狀態下的數據。當各用戶終端反射回的信號在主幹路中均不疊加時，僅有鏈路終端處的編碼器與監測脈衝序列相匹配的分支鏈路上反射回的子脈衝會疊加形成極大脈衝，如圖3(a)所示，此時，依據接收到的信號中幅度加倍的脈衝的有無便可快速對該分支鏈路的狀態進行識別，接收信號中有幅度加倍的脈衝則說明該分支鏈路狀態良好，接收信號中無極大脈衝則說明該分支鏈路出現故障，即通過信號的幅度便可判別對應支路的鏈路狀態。
當各用戶終端反射回的信號在主幹路中出現疊加時，這種情況發生在不同分支鏈路上的下路光纖長度相同或者長度差值與光纖延時線長度滿足特定關係時。例如，某一脈衝序列波長為λ1及λ2的子脈衝間時間間隔為τ，分支鏈路1和分支鏈路2的下路光纖長度分別為L1和L2，對應的編碼器中光纖延時線長度分別為l1和l2。當L1＝L2時，顯然，兩分支鏈路中波長為λ2的子脈衝經過相同的光程並反射回主幹路，疊加形成與匹配分支鏈路類似的幅度加倍的新脈衝，從而在主幹路出現多個幅度加倍的脈衝。與上述情況類似，當L1+l1＝L2+l2時，兩分支鏈路中波長為λ1的子脈衝形成疊加。另一種情況下，當L2＝L1+l1-τc/2ng時，分支鏈路1上波長為λ1的子脈衝與分支鏈路2上波長為λ2的子脈衝在主幹路疊加形成幅度加倍的新脈衝。當L1＝L2+l2+τc/2ng時，分支鏈路1上波長為λ2的子脈衝與分支鏈路2上波長為λ1的子脈衝在主幹路疊加形成幅度加倍的新脈衝。
此時，處理及控制單元6通過預先存儲有各分支鏈路在健康狀態下的數據與實時採集數據的比對來判別各分支鏈路的狀態。若健康狀態下的數據曲線與實時數據曲線基本相吻合，則說明鏈路狀態良好，若健康狀態下的數據曲線與實時數據曲線相差剛好為一個幅度加倍脈衝值，則說明鏈路出現故障。如圖3(b)(c)所示，若圖3(b)為處理及控制單元預先存儲有各分支鏈路在健康狀態下的信號數據，圖3(c)為當各用戶終端反射信號在主幹路中出現疊加時，接收到的實時信號數據，可以發現，由於反射信號在主幹路出現疊加，接收到的實時數據中存在多個極大脈衝信號，此時通過與預先儲存的該分支鏈路健康狀態下的數據對比判別該分支鏈路的狀態。與健康狀態下該分支鏈路的數據相比(圖3(b))，該分支鏈路的實時數據中(圖3(c))缺失了一個極大脈衝信號，說明該分支鏈路出現故障。
當上述鏈路狀態識別完成後，由處理及控制單元6發出指令，可調光源1經內調製出射下一個個監測脈衝序列，重複以上步驟對與ONU4.2相連的分支鏈路進行狀態識別。按照此順序，依次完成與所有用戶(ONU4.1、ONU4.2、…、ONU4.n)分別相連的分支鏈路的狀態識別。在此過程中，處理及控制單元6主要完成數據的運算以及光源控制信號的觸發，其可由FPGA(現場可編程門陣列)來實現。處理及控制單元6的數據運算部分主要工作為：對接收到的某一分支鏈路的反射信號進行數據採集、信號處理，同時根據識別算法判定該分支鏈路的工作狀態並顯示出來；光源信號觸發部分則是在某一分支鏈路的工作狀態判定完成之後，通過控制器程序控制可調光源1出射下一組監測脈衝序列。
上述實施例僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和等同替換，這些對本發明權利要求進行改進和等同替換後的技術方案，均落入本發明的保護範圍。