Pon网络光纤链路故障定位系统和定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及PON网络光纤链路故障定位系统和定位方法。
【背景技术】
[0002]无源光纤网络PON(Passive Optical Network)是一种点对多点结构，其典型组网结构如图1所示。PON由位于局端的光线路终端OLT(Optical Line Terminal)、位于用户端的光网络单元 ONU (Optical Network Unit)以及光分配网 ODN(Optical Distribut1nNetwork)组成，为单纤双向系统。在下行方向(0LT到0NU)，OLT发送的信号通过ODN到达各个ONU ;在上行方向(0NU到0LT)，各ONU在指定时间发送信号到0LT。ODN由光缆/光纤和无源分光器POS (Passive Optical Splitter)等无源光器件组成，在OLT和ONU之间提供光通道。PON以其高带宽、多业务接入、节省光纤便于维护等优势，成为FTTX的主要实现形式。
[0003]PON的ODN由无源器件组成，无源分光器、光连接器和光缆等长期置于室外，容易受到外界环境的影响而发生意外故障，造成通信中断、不稳定或连接速率下降。可能的故障有:光缆老化或断裂、熔接点性能变异、光连接器损坏、交接处污损或连接不良、终端缺失等。随着光纤到户部署的规模不断扩大，网上光缆的数量剧增，PON分支光路庞大，对ODN的故障定位、维护安排、日常巡检等，工作量非常大。在大规模、多用户单元的环境下，如何更高效合理地运营和维护光网络成了迫切需要解决的问题。
[0004]光时域反射仪OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)是光缆测试和故障定位的重要工具，在骨干网上发挥了重要作用。OTDR将激光光源和检测器组合在一起，其工作原理是:0TDR将窄的光脉冲注入到光纤端面作为探测信号，在光脉冲沿着光纤传播时，各处瑞利散射的背向散射部分将不断返回光纤入射端，而当光信号遇到裂纹或断面时，其背向反射光(菲涅尔反射)也会返回光纤入射端，OTDR对检测到的反向光进行多次取样平均化并执行信号处理，除了计算出总链路长度、总链路损耗和光回损外，还可以计算出每个事件的反射光强度和到达时间，定量地测量出光纤的传输特性、长度以及故障点位置。
[0005]传统的OTDR是手持式仪表，主要用于骨干网和城域网中进行点到点的测试，依靠人工方式逐段排查和定位网络故障，不能实现实时自动的在线监测。随着FTTH网络的兴起，PON网络技术方案逐渐成为主流，而PON网络的最大特点是在光链路上使用了无源分光器P0S，POS在光网络中的引入，特别是POS的多级级联结构，造成前端光纤的背向反射光(故障引起)强度呈指数级的减弱，使传统的OTDR技术检测不到背向反射光，一些OTDR甚至不会在POS后显示光纤区域，难以在局端对用户侧的光缆故障进行准确定位。
[0006]目前，PON光纤链路的维护手段仍然是以人工检查为主，运营商根据用户投诉，安排技术人员到用户处检查光纤连接状态，检测时往往需要断开在POS处的光纤连接，用手持式OTDR仪表逐段检测排查。PON网络目前仍缺乏有效的在线自动故障定位手段，难以实现在线监测和自动维护管理。近些年，光纤到户部署的规模不断扩大，PON网络的数量和规模大幅增加，运行和维护工作十分繁重，依靠手工现场作业的方式人工工作量大，耗费时间长，时效性差，且不利于实现现代化管理。
[0007]PON网络中的POS是一个无源分光器件，实现将输入光信号平均分配到每一个输出通道的功能。根据输出端数量的不同，光信号的衰减也各不相同。一般地，1X32的分光比情形下，衰减值在16DB左右。如果一个光信号从局端往用户端，在从用户端反射回来，光分路器引入的损耗在32DB，这样使得反射信号及其微弱并且变得几乎不可辨认。
[0008]现有的PON网络监测系统由于OTDR性能的局限性，需要在用户端安装光纤反射器(REFLECTOR)，光纤反射器安装在用户终端(ONU)之前，它只对OTDR发射的测试波长(1650nm)进行反射，而对其他业务波长(下行1390nm/上行1550nm)直通。光纤反射器可以增强测试波长的反射量，并且做到较好的终端分辨率。但光纤反射器的引入不仅会增加成本(器件本身级安装工程)，而且会造成新的故障点(光纤反射器本身)；同时，为了达到实用的检测效果，要求分辨用户的光纤长度差异达到5米，不同长度的光纤是区分用户的关键。考虑到FTTH的特点，特别是中国的高密度住宅结构，FTTH用户庞大，每个用户5米的冗余长度会造成光缆的巨大冗余，不但成本增加，而且施工布放都会造成新的问题，要做到每用户光纤长度5米的差异是很难的，更小的分辨率具有巨大的现实意义。
[0009]另外，对于电信、电力等PON网络的运营方来说，为了保障通信，提高光缆的可用率，同时弥补维护力量相对不足的缺点，客观上要求采用集中化的维护手段。一方面要及时掌握光缆网的运行状况，及时发现劣化趋势，防患于未然；另一方面当出现断纤时，能够快速响应、准确定位，缩短故障历时。同时，大量与光缆维护和管理相关的施工、割接等资料信息，都需要利用电子化的手段进行报表记录、处理和查询、统计。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种PON网络光纤链路故障定位系统和定位方法，其能对PON网络光纤链路故障进行定位。
[0011]为实现上述目的，本发明提供一种PON网络光纤链路故障定位系统，包括都设置在局端的:测试服务器、ARD-OTDR设备、光开关、波分复用器；
[0012]所述测试服务器通过以太网络与ARD-OTDR设备相连接；
[0013]所述ARD-OTDR设备依次通过光开关和波分复用器连接一个或多个OLT的Ρ0Ν，将测试光耦合到主干光纤上；
[0014]所述波分复用器设置在局端OLT光缆上，光缆通过波分复用器后连接至光纤配线架0DF(0ptical Distribut1n Frame)，光纤配线架出口的光纤通过无源分光器连接到用户端ONU ;同一无源分光器下不同用户的光纤长度差异不低于I米；
[0015]所述测试服务器内置有:
[0016]用于向ARD-OTDR设备发送点查或周期查测试命令的测试控制模块；
[0017]用于接收ARD-OTDR设备发回测试数据的数据接收模块；
[0018]用于存储数据的数据库存储模块；
[0019]用于分析处理测试数据的数据分析模块。
[0020]优选的，所述ARD-OTDR设备内置有:激光器发生和控制模块、光电转换电路、ARD光纤链路模型和算法实现电路、DSP高速计算电路、FPGA控制和同步电路。
[0021]优选的，所述ARD-OTDR设备内置有噪声抑制电路。
[0022]优选的，所述数据库存储模块存储有被测网络链路的基础资料、健康档案以及测试历史数据。
[0023]优选的，所述测试服务器还内置有:基础资料管理模块、测量数据管理模块、报表管理模块、申告管理模块、告警管理模块、设备监控模块。
[0024]优选的，所述光开关为MEMOS芯片光开关或机电一体化光开关。
[0025]优选的，所述测试服务器设置在监测室，所述监测室设置在中心局内。
[0026]优选的，所述ARD-OTDR设备、光开关、波分复用器设置在机房。
[0027]优选的，所述ARD-OTDR通过激光输出端口连接光纤，该光纤连接到光开关的OTDR光源入口。
[0028]本发明还提供PON网络光纤链路故障定位方法，通过上述PON网络光纤链路故障定位系统对PON网络光纤链路故障进行定位，包括如下步骤:由用户投诉或者定时例测机制触发的测试请求发送到测试服务器，经过分析后发送至ARD-OTDR设备，同时对应用户的光纤链路通过光开关接入ARD-OTDR设备端口相应的测试头，测试头启动测试，ARD-OTDR设备发射的测试光脉冲和业务光通过波分复用器实现合路，在主干光纤下行信道上传输；测试光的背向反射光脉冲返回ARD-OTDR设备，ARD-OTDR设备探测到测试返回的光脉冲，通过其到达时间和脉冲位置进行分析计算，得出故障定位和光纤传输性能分析，计算结果传输给测试服务器，测试服务器结合原有的健康档案进行故障分析及判断，将结论回送给测试发起端。
[0029]与传统的OTDR技术相比，ARD-OTDR设备采用增强型的反射探测技术ARD(Advanced Reflect1n Detect1n)。针对弱小反射信号，现有光波探测技术很难准确地分辨和提取，导致无法判断和定位故障。ARD技术的核心在于它的光纤链路模型和算法，模型的建立来源于大量的PON网络特性测试实验，通过实验进行模拟和对比，把光传输特性进行频谱化，提取各种情况下的频域特征参数，确立了一整套有效的光链路模型和以及针对每个模型的算法。将每次测试接收信号与模型进行比对分析，可以有效地把光纤噪声与有用的弱小反射信号区分开来，使得检测端能成功检测到微弱的反射信号。ARD算法模型通过DSP技术转换成光处理电路和电子电路硬件来实现。
[0030]测试光波长为1650nm，与PON业务波长不同，通过波分复用设备和业务光一起在主干光纤上传输，但又不影响通信业务，测试光可以在PON网络中穿透无源分光器，解决了从局端(OLT)到用户端(ONU)之间的全程故障定位问题。在无源分光器之后的用户侧，规划不同长度的光纤，通过用户端光纤链路长度不同来区分定位同一个无源分光器的不同用户。
[0031]所述光开关(OSW)为MEMOS芯片光开关或机电一体化