利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测方法及装置，属于光网络故障检测技术领域，整套技术方案针对无源光通信网络提出了利用光通信网络中的信号自身，结合相关探测法来诊断链路故障点的方案，达到边传输边检测的目的。光通信网络中的通信信号，和它在光纤中传输时产生的后向瑞利散射信号，具有δ函数型的相关曲线。曲线上的峰值的位置，以及大小都携带着光纤反射点的信息，其次光纤的特性也有所不同，根据这些信息再结合相关法检测技术便可诊断出光网络中的多支路故障的位置。本发明专利技术利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测的方法是可行的，而且它不随检测距离的变化而变化，检测过程对网络的正常通信业务也没有干扰。

【技术实现步骤摘要】
利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测方法及装置
本专利技术涉及一种低成本的光网络故障检测装置及其检测方法，具体而言，是一种利用通信信号自身实现光网络中多支路故障检测方法及装置。
技术介绍
光纤通信系统因其高传输率和大传输容量的特点，长期以来都是各界学者们的主要研究内容。随着光网络的迅速发展和大范围使用，人们对光通信网络的依赖越来越强。在这种情况下，一旦光纤通信链路出现故障将会造成很大的经济损失。因而，实时地诊断并且定位传输链路中的故障位置，保证网络系统传输的正常进行，长期以来都是光通信领域研究的热点内容。光时域反射仪(OTDR)一直以来是诊断光纤链路故障点的主要手段。但是，OTDR有其自身的缺点，如精度不够高，尤其是存在检测分辨率随着检测距离增加下降很快的问题。而且，OTDR诊断链路故障点时需要暂停光通信网络中正常的通信业务，这在某些情况下会造成较大的损失。为了解决光时域反射仪的上述缺点，国内外的多家研究机构开展了深入的研究，并取得了一些重要的技术。目前这些技术分有两类：一是使用OTDR的光纤故障诊断方案。该方案的原理是通过测量后向瑞利散射光的到达时间及功率来推知光纤链路的故障情况。其中利用波长可调谐的激光器作为光源的OTDR，公开号为CN102104423A的“一种多分枝无源光网络的故障检测方法和系统”，其波长可调谐的激光器可以输出不同的波长，不同波长的光进入不同的网络分支，进而达到对不同支路网络检测的目的；其中利用噪声信号作为信号源也可实现光纤链路的故障检测。公开号为CN102684785A的“基于噪声信号的光网络故障检测装置及其检测方法”即为此类。该方案要求噪声源要有很宽的光谱，其光谱包含多个ONU分支支路的中心波长。二是不使用OTDR的检测方案。该方案的原理与前述基于OTDR的测量方案有本质不同。其中公开号为CN101226100的“混沌光时域反射仪及其测量方法”，利用单波长的混沌激光，通过互相关法原理计算参考信号和探测信号的互相关性来实现故障定位；其中公开号为CN102291173A的“一种无源光网络故障检测装置及其检测方法”，利用波长可调的混沌光作为信号源，通过相关法进行故障检测和定位，并通过实验验证了它的可行性；还有利用光通信链路中的通信信号本身，结合相关探测法来实验光纤故障点的测量和定位，目前该技术只能测量光网络中单一支路的光纤故障点，还无法做到多支路的同时测量。综上所述，本专利技术是基于现有技术，利用通信信号本身，结合相关探测法，提出一种成本较低、较有前途的多支路光纤故障诊断技术方案。
技术实现思路
本专利技术利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测方法及检测装置，其目的在于解决现有传统的光时域反射仪(OTDR)的缺点，公开一种使用通信信号本身，结合相关探测法来实现光网络中多支路光纤故障点的测量和定位的技术方案。具有高精度、大动态范围、在线实时故障检测和低成本等优点。本专利技术所述的检测方法是采用以下技术方案实现的：一种利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测方法，在光通信网络的主路光纤上引出一路信号作为参考光，并通过与主路光纤相连接的一个光环形器，将由主路光纤上的故障点产生的后向传输的瑞利散射及菲尼尔反射光引出作为探测光，将参考光和探测光分别转换成相应的电信号后做互相关运算，根据互相关曲线可以得出主路光纤上的故障点位置信息。进一步的，在光通信网络的主路光纤上引出一路信号作为参考光，并通过与主路光纤相连接的一个光环形器，将由主路光纤上的故障点产生的后向传输的瑞利散射及菲尼尔反射光引出作为探测光，将参考光和探测光分别转换成相应的电信号后做互相关运算，根据互相关曲线可以得出主路光纤上的故障点位置信息。进一步的，在对主路光纤进行故障点检测时，还可以对各支路光纤进行检测，方法如下：在待检测的各条支路光纤上分别接入一个支路光环形器，通过支路光环形器将支路光纤上由故障点产生的后向传输的瑞利散射及菲尼尔反射光引出作为探测光；首先对主路光纤上的参考信号和探测信号进行互相关运算，确定光网络中所有的故障点，再将各条支路光纤上采集到的探测光转换成相应的电信号并分别与主路光纤上的参考信号进行互相关运算，确定光网络中各条支路光纤中的故障点；最后根据多次互相关运算处理的结果以及支路光纤的特性综合分析，确定光网络中所有故障点的具体位置。该方案可适用于支路光纤长度相同的情况。进一步的，在对参考信号和探测信号进行互相关运算前，通过随机信号提取算法分别提取参考信号和探测信号中的随机信号，然后再进行互相关运算；所述随机信号提取算法包括如下步骤：步骤一：提取探测信号或者参考信号上有用的传输信号；步骤二：对步骤一得到的有用的传输信号作自相关计算，得到自相关曲线；步骤三：根据步骤二中所得到的自相关曲线中的相邻相关峰之间的间距来确定周期T；步骤四：任意选择时长为T的整数倍的信号把整体信号分成N段，分别计算各段的排列熵即HPE值，得到关于各段信号的HPE曲线；步骤五：如果HPE曲线中存在由小的HPE值向大的HPE值突变的一段或多段曲线，则该HPE曲线可用于提取随机信号；如果HPE曲线不存在这样的突变段，则减小时长返回到步骤四；步骤六：针对步骤五得到的HPE曲线，比较各突变段的HPE值，提取一段明显突变的信号，对提取的信号做自相关，若自相关曲线中只有一条主相关峰，则为最终提取的随机信号；否则减小时长，重复步骤四，五，直到提取到符合前述要求的随机信号。其中随机信号提取算法具体如下：排列熵算法为度量时间序列复杂性的一种方法。其中HPE值的大小表示时间序列X(i)i＝1,2,…,n的随机程度。HPE的值越小，说明时间序列越规则，反之，则时间序列越复杂。根据以上理论，以任意时长T把时间序列信号分成N段，分别计算各段HPE值，随机振荡部分的HPE值会远高于周期信号间的HPE值，观察HPE完整曲线，明显突变的位置即为随机信号和周期信号的分界位置，进而可在对应位置将随机振荡部分提取出来用于光纤故障的相关法探测。本专利技术所述的检测装置是采用以下技术方案实现的：一种利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测装置，包括光通信网络部分和信号采集及处理部分；所述光通信网络部分包括顺次连接的光线路终端机OLT、主路光纤、光分配网络单元ODN、支路光纤、光网络用户ONU；所述信号采集及处理部分包括光耦合器、光环形器、第一光电探测器、第二光电探测器和示波器或相关处理单元；光耦合器和光环形器连接在光线路终端机OLT和主路光纤之间，光耦合器具有两个输出端，其中一个输出端与光环形器的第一端口相连接，另一个输出端与第一光电探测器相连接；光环形器的第二端口与主路光纤相连接，光环形器的第三端口与第二光电探测器相连接；第一、第二光电探测器的信号输出端均与示波器或相关处理单元的信号输入端相连接。进一步的，在光分配网络单元ODN与每路支路光纤之间均串接有一个支路光环形器，该支路光环形器的第一端口、第二端口分别与光分配网络单元ODN和支路光纤相连接，第三端口连接有支路光电探测器；所述支路光电探测器的信号输出端与示波器或相关处理单元的信号输入端相连接。本专利技术的特点是利用光通信链路中的通信信号本身进行光纤故障点的实时测量和定位的监测装置，整套装置由光通信网络和信号采集及检测两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测方法，其特征在于，在光通信网络的主路光纤上引出一路信号作为参考光，并通过与主路光纤相连接的一个光环形器，将由主路光纤上的故障点产生的后向传输的瑞利散射及菲尼尔反射光引出作为探测光，将参考光和探测光分别转换成相应的电信号后做互相关运算，根据互相关曲线可以得出主路光纤上的故障点位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测方法，其特征在于，在光通信网络的主路光纤上引出一路信号作为参考光，并通过与主路光纤相连接的一个光环形器，将由主路光纤上的故障点产生的后向传输的瑞利散射及菲尼尔反射光引出作为探测光，将参考光和探测光分别转换成相应的电信号后做互相关运算，根据互相关曲线可以得出主路光纤上的故障点位置信息。2.如权利要求1所述的利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测方法，其特征在于，针对光通信网络的多条支路光纤长度都不相同的情况，此时如果其中一条或多条支路光纤上有故障，则根据互相关曲线还可以得出该支路光纤上的故障点位置信息。3.如权利要求1所述的利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测方法，其特征在于，在对主路光纤进行故障点检测时，还可以对各支路光纤进行检测，方法如下：在待检测的各条支路光纤上分别接入一个支路光环形器，通过支路光环形器将支路光纤上由故障点产生的后向传输的瑞利散射及菲尼尔反射光引出作为探测光；首先对主路光纤上的参考信号和探测信号进行互相关运算，确定光网络中所有的故障点，再将各条支路光纤上采集到的探测光转换成相应的电信号并分别与主路光纤上的参考信号进行互相关运算，确定光网络中各条支路光纤中的故障点；最后根据多次互相关运算处理的结果以及光纤衰减、色散和非线性的本身特性，确定光网络中所有故障点的具体位置。4.如权利要求1~3中任一项所述的利用通信信号自身实现光网络中的多支路故障检测方法，其特征在于，在对参考信号和探测信号进行互相关运算前，通过随机信号提取算法分别提取参考信号和探测信号中的随机信号，然后再进行互相关运算；所述随机信号提取算法包括如下步骤：步骤一：提取探测信号或者参考信号上有用的传输信号；步骤二：对步骤一得到的有用的传输信号作自相关计算，得到自相关曲线；步骤三：根据步骤二中所得到的自相关曲线中的相邻相关峰之间的间距来确定周期T；步骤四：任意选择时长为T的整数倍的信号把整体信号分成N段，分别计算各段的排列熵即HPE值，得到关于各段信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：易小刚，薛欣，闫慧文，王云才，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14