一种光通信网络故障监测系统及方法与流程

本发明属于光纤通信，尤其涉及一种光通信网络故障监测系统及方法。

背景技术：

1、近年来，随着信息技术的高速发展，人们对宽带网络的速度要求越来越高，尤其是网络电视、网络游戏、在线视频和视频下载等，人们对高带宽需求和网络的依赖性将日益提升。在高速带宽需求下，传统的双绞线传输网已根本无法满足需求，在此情况下全光网络应运而生。

2、光纤线路一旦发生故障，将会造成巨大的经济损失，因此，一旦发生故障必须及时有效地修复光缆，当前一个重要问题是如何能够快速、精准的解决光缆障碍。目前，在监测和定位光纤故障方面会有一定的进展，例如可以采用监测西系统进行故障的预报和定位、可以把电光测量装置安装在光缆端以定期地测量光缆的衰减等。由于这些方法还是存在着定位不准确的问题，并没有达到预期的目的，因此，亟待需要提升光纤网的故障监测质量。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种可以提升通信网路故障监测效率和快速定位故障点的光通信网络故障监测系统及方法，来解决上述存在的技术问题，具体采用以下技术方案来实现。

2、第一方面，本发明提供了一种光通信网络故障监测系统，包括控制模块、otdr模块、光功率模块、波分复用器、分光器、光开关和上位机，所述上位机、所述光功率模块、所述光功率模块与所述控制模块连接，所述光开关连接所述波分复用器、所述光功率模块，所述上位机连接所述otdr模块、所述控制模块，所述波分复用器与光通信网络中的待测光纤连接，其中，所述待测光纤包括工作纤和备用纤，所述分光器用于传输传感光信号和通信光信号，所述传感光信号和所述通信光信号的波长不同，所述波分复用器用于实现同一纤芯中传输不同波长光信号的分合波；

3、在备用纤的工作模式下，所述控制模块控制所述光开关和所述oydr模块在预设周期内轮询向所述待测纤芯注入测试光；

4、在工作纤的工作模式下，所述分光器分取工作纤中5％的通信光传给所述光功率模块，所述光功率模块实时监测并上传工作纤芯的光功率强度，若光纤中的光功率数值大于阈值，则判定待测光纤中不存在故障点；若待测光纤中的光功率强度低于阈值，则判定光纤中存在故障点，所述控制模块将所述光开关打到故障纤芯上，启动所述otdr模块向故障纤芯注入测试光，然后将otdr特性曲线数据上传至所述上位机，所述上位机通过曲线数据分析出事件点类型和距离以实现光纤故障实时监测。

5、作为上述技术方案的进一步改进，启动所述otdr模块向故障纤芯注入测试光，然后将otdr特性曲线数据上传至所述上位机，包括：

6、预设otdr模块测试光功率为p(0)，经过待测光纤的传输损耗后到达z点的光功率p(z)的表达式为p(z)＝p(0)×10-(αz/10)，在z点会发生瑞利散射，其中γ(z)是z处的背向散射系数，表示为γ(z)＝(ut/2)αγs，其中s表示背向散射功率与瑞利散射总功率的比值，αγ表示瑞利散射系统，z＝0处的背向散射功率的表达式为pγ(0)＝p(0)γ(0)，根据瑞利散射和背向散射功率对应的表达式确定平均衰减系数为将整条光纤理想为均匀连续的，此时γ(0)＝γ(z)，可得0-z之间的平均衰减系数的表达式为根据光速算出损耗与光纤位置的关系的表达式为其中t表示发出信号时间与接收到反射信号的时间间隔。

7、作为上述技术方案的进一步改进，所述传感光信号和所述通信光信号的波长不同，所述波分复用器用于实现同一纤芯中传输不同波长光信号的分合波，包括：

8、采用光纤布拉格光栅在纤芯内形成空间光栅，通过光栅前向传输的纤芯模式与后项传输的纤芯模式之间的耦合，使前向传输的能量给后向传输的纤芯模式以形成对入射波的反射，其反射中心波长为布拉格波长的表达式为λb＝2neffλ，其中neff表示待测光纤的纤芯对中心波长的折射率，λ表示光栅周期。

9、作为上述技术方案的进一步改进，所述上位机通过曲线数据分析出事件点类型和距离以实现光纤故障实时监测，包括：

10、当监测到异常时，线路故障发生后以快速定位故障点的位置，并于实际的地理位置相匹配，在30s内以可视化地图的形式显示故障点的地理位置并发出告警信息。

11、作为上述技术方案的进一步改进，采用通信网络中的通信信号进行光纤故障的测量，在数字信号处理中，相关函数为两个信号之间相似程度的一种度量，相关函数包括互相关和自相关，互相关函数反映不同变量相关性即信号x(n)、信号y(n)在两个不同时刻n1、n2取值之间的相关程度；自相关函数为一个信号函数与其自身在不同时间点的互相关即随机信号x(n)在任意两个不同时刻n1、n2取值之间的相关程度；

12、首先保持x(n)不动，将y(n)向右移m个采样周期得到y(n-m)，再将x(n)与y(n-m)相乘并求和，最后得到互相关函数rxy(m)在m时刻的值，这个值反映了x(n)和y(n-m)数两个信号的相似程度，即若x(n)＝y(n)，则可得到x(n)的自相关函数，记为rxx(m)，即若信号x(n)为随机信号，则x(n)的自相关函数可表示为其中k表示归一化系数，在延时位置处会有一条相关峰。

13、作为上述技术方案的进一步改进，若光网络中的通信信号全部为周期信号，则它的相关曲线中会出现多的峰值，并且每两个相邻相关峰之间的时间间隔为该段通信信号的周期；

14、若光网络中的通信信号全部为加密后的随机信号，则该段随机信号的相关曲线中有一个相关峰，且相关峰的位置对应于延迟时间，若光网络中的通信信号为周期信号和随机信号叠加的复杂信号，则相关曲线会有相关峰，最大峰值对应于延迟时间，确定互相关曲线的最高峰的位置与延迟时间对应，以确定两列信号的延迟时间，再由速度距离公式即可精确定位光纤发生故障的位置。

15、作为上述技术方案的进一步改进，采用通信网络中的通信信号进行光纤故障的测量。包括：

16、预设开始传输时的参考光通信信号为f(t)，遇到故障点后反射回的光通信信号为af(t+τ)，其中，光纤的衰减和故障点的反射所引起的信号衰减的混合系数为a，延迟时间为τ，是待求参数，由相关公式可计算出参数为τ，即根据得到的时间τ，若dfault是光纤故障点的位置，v是激光在光纤中传播速度，则故障点的位置计算表达式为dfault＝vτ/2，最终确定光纤故障点的精确位置以实现光纤故障定位。

17、作为上述技术方案的进一步改进，所述上位机包括电子地图、数据库和后台软件，当上位机分析解调仪解析的数据消失时，则有出现光纤线路故障，采用光开关切换到反射波消失的待测光纤线路，计算出光纤距离otdr模块入射光端的具体长度。

18、作为上述技术方案的进一步改进，将计算所得出的长度与预存在上位机中的预存长度进行对比，判断是否出现光纤线路故障，若出现线路故障，将光纤中断长度与上位机中的具体地理信息做匹配，将结果以可视化图形的方式展现在电子地图上，且做出光纤故障告警。

19、第二方面，本发明还提供了一种光通信网络故障监测方法，包括以下步骤：

20、预设周期内，监测到待测光纤的光功率异常时，向上位机上报异常事件并将光路切换至otdr模块接入，遍历所有待测光纤，以获取所有待测光纤的otdr曲线；

21、监测到otdr曲线异常时切换至光功率模块，并将异常otdr曲线对应的纤芯编号和异常事件距离发送至上位机。

22、本发明提供了一种光通信网络故障监测系统及方法，通过设置控制模块、otdr模块、光功率模块、波分复用器、分光器、光开关和上位机，可以对光通信网络进行有效监测，监测到待测光纤的光功率异常时，向上位机上报异常事件并将光路切换至otdr模块接入，遍历所有待测光纤，以获取所有待测光纤的otdr曲线，监测到otdr曲线异常时切换至光功率模块，并将异常otdr曲线对应的纤芯编号和异常事件距离发送至上位机，能有效提升光通信网络故障监测质量，确保了光通信网络的工作稳定性。