使用故障注入到线路监测系统基线中的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于建立新的线路监测系统（LMS）基线数据的方法（500）和关联的系统（12），与所述新的线路监控系统（LMS）基线数据相比较，故障在对所述系统的改变之后在光通信系统（10）的线路监测系统（12）中被识别。新的LMS基线通过将与先前的未修复的故障相关联的故障特征数据注入到LMS当前测量环路增益数据中来建立。
【专利说明】使用故障注入到线路监测系统基线中的系统和方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及光通信系统，并且更具体地，涉及一种使用故障注入到线路监测系统基线中的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在长距离光通信系统中监测系统的健康状况可能是重要的。例如，监测能够被用来检测光传输电缆中的故障或中断、出故障的中继器或放大器或系统的其它问题。
[0003]已知的监测技术包括在系统放大器/中继器和/或其它网络设备内包括环回路径(例如，高损耗环回(HLLB)路径)的网络的线路监测系统(line monitoring system,LMS)以及生成表示伪随机位序列的测试信号的线路监测设备(line monitoring equipment, LME)的使用。例如在波分复用系统中，LME可以随着信息信号发送测试信号。测试信号可以通过HLLB路径而被返回给LME。LME可以包括硬件和软件组件，所述硬件和软件组件使所返回的测试信号与数据信号分离，并且处理所返回的测试信号来获得表示在它从线路监测设备通过HLLB和任何中间光路和放大器并回到LME的传播中给予测试信号的HLLB环路增益的数据。HLLB环路增益中的显著偏差可以指示系统中的故障。
[0004]被LMS用来确定例如在光纤、中继器、分路单元等中是否已发生系统故障的基本数据集是LMS基线。特别地，LMS基线是在系统开始运转之前或在系统中发生故障或降级之前所做出的来自每个环回路径的增益数据的控制测量，当前测量与所述控制测量相比较以确定是否在系统中已发生新的故障或降级。
[0005]故障可以由LMS使用自动特征分析(automatic signature analysis, ASA)算法来检测。一般而言，ASA算法使用LMS基线的增益数据(例如差分增益数据)对与一组已存储的增益特征相比较的当前测量的增益数据来确定可能存在什么故障。包含ASA的系统的一个示例在共同拥有的美国专利N0.7，809，279中被描述，其教导从而通过引用合并于此。
[0006]在特定条件下，诸如在系统修复之后或如果发生改变终端线路特性的系统升级，LMS基线应该被重置为新的LMS基线测量，即系统应该被“重定基线(re-baseline)”。将来的测量被与新的LMS基线相比较。遗憾的是，一旦新的LMS基线被建立，在与旧的LMS基线的比较中可能已被报告的任何故障或降级就将消失，因为它们与新的LMS基线相比将不是可见的。仅在新的LMS基线被设置之后发生的新的故障将被LMS的ASA算法所检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]现将参考附图通过示例的方式来描述本发明，其中:
图1是与本公开一致的系统的一个示例性实施例的简化框图；
图2包括与本公开一致的示例性系统中与额外泵浦损耗(pump loss)相关联的差分环路增益(differential loop gain)的改变对环回路径号的曲线图；
图3包括与本公开一致的环路增益对中继器环回号的曲线图，其与LMS当前测量和通过用与先前的故障相关联的故障特征来修改LMS当前测量所建立的新的LMS基线相关联； 图4包括与本公开一致的使用新的LMS基线所计算的并且识别先前的额外泵浦损耗故障的差分环路增益中的改变对环回路径号的曲线图；以及
图5是图示了与本公开一致的过程的一个示例的流程框图。
【具体实施方式】
[0008]本发明涉及用于建立新的线路监测系统(LMS)基线数据的方法和关联的系统，与所述新的线路监测系统(LMS)基线数据相比故障在对系统的改变之后在光通信系统的线路监测系统中被识别。通过将与先前未修复的故障相关联的故障特征数据注入到LMS当前测量环路增益数据中来建立新的LMS基线。所述方法包括获得表示通过系统的多个环回路径中的每一个给予测试信号的增益的LMS当前测量环路增益数据的第一步骤，所述环回路径中的每一个将用于承载第一方向上的信号的第一光纤路径和用于承载与第一方向相反的第二方向上的信号的第二光纤路径相耦合。所述方法还包括用表示与在改变之前在所述系统中所识别的先前的故障相关联的故障特征的数据来修改LMS当前测量环路增益数据以建立新的LMS基线数据的第二步骤。
[0009]与本公开一致的系统和方法包括将相对于先前的LMS基线所识别的先前的故障注入到新的LMS基线中以便使得可以相对于新的LMS基线来识别先前的故障。在一个实施例中，最后一个已知的故障特征集的相反(inverse)可以被注入到当前基线中以便使得可以使用与先前的基线相关联的相同的故障特征集来完成具有新的基线的故障检测。在此类实施例中检测先前的故障和新的故障从而可以在没有对与先前的故障相关联的故障特征集的改变的情况下相对于新的基线来实现。
[0010]图1是与本公开一致的包括线路监测系统的WDM传输系统10的一个示例性实施例的简化框图，其包括线路监测设备(LME)12和环回路径42-1、42-2...42-Ν。一般而言，系统10可以被配置成计算与每个中继器/环回路径相关联的环路增益值。环路增益中的变化可以被用来生成指示系统中的故障的系统警报。自动化特征分析(ASA)算法可以被应用于环路增益以识别故障的性质。
[0011]如本文中所用的术语环路增益指的是沿着从LME通过关联的环回路径并回到LME的路径、或沿着此类路径的任何部分给予LME测试信号的增益。沿着相邻环回路径之间的路径部分的环路增益在本文中被称为差分环路增益。实施例将在本文中被描述为使用差分环路增益。一般而言，差分环路增益可以被计算为沿着从LME通过第一环回路径并回到LME的路径给予LME测试信号的增益减去沿着从LME通过紧接在第一环回路径之前的环回路径并回到LME的路径给予LME测试信号的增益。
[0012]本领域的普通技术人员将认识到，为便于解释，系统10已被描绘为高度简化的点对点系统形式。应当理解的是，与本公开一致的系统和方法可以被合并到各式各样的网络组件和配置中。本文所图示的示例性实施例仅通过解释而非限制的方式来提供。
[0013]在所图不的不例性实施例中，传输系统10包括激光发射机30和用于承载光信号的光纤对(包括光纤28和29)。光纤28和29可以是用于例如在水体中和/或跨水体部署的长距离光纤线路。布置在水体(例如海洋)中的系统部分可以在本文被称为“湿设备(wetplant)，，。
[0014]光纤28和29可以是单向光纤并且承载相反的方向上的信号。光纤28和29 —起建立双向路径以用于传输信号。虽然所图示的示例性监测系统可以被描述为监测包括两个单向光纤28和29的传输系统，但是与本公开一致的系统可以被用来监测采用单个双向光纤的传输系统。
[0015]激光发射机30可以是被配置成通过光纤29将多个信道(或波长)上的光数据发送到WDM接收机60的波分复用(WDM)发射机。当然，为便于解释，发射机和接收机被以高度简化的形式示出。激光发射机30可以包括均使用不同的信道或波长来发送光数据信号的多个激光发射机，以及用于将数据信号组合成通过光纤29发送的聚合信号的复用器。接收机可以解复用并且检测所发送的数据信号。类似地，WDM数据信号可以通过光纤28被从发射机62发送到接收机64,即在与光纤29上的那些信号相反的方向上。可替换地，可以在光纤28和/或29上承载仅单个数据信道。
[0016]线路监测设备(LME)12可以被配置用于监测系统10的健康状况，并且可以用各种配置来提供。在所图示的示例性实施例中，LME 12包括码生成器14、包括激光发射机16和偏振扰频器70的测试信号发射机15、延迟系统20、包括ASA处理器72和计算机可读存储器的相关器系统22以及滤波器26。LME 12可以被配置成当在系统10中检测到故障时将输出24 (例如警报)提供给元件管理系统74。 [0017]码生成器14可以被配置用于生成和输出测试码，诸如码的伪随机序列(PRS)。各种码生成器和码配置为本领域的普通技术人员所知。码生成器14的输出端可以被耦合到激光发射机16。如本文中所用的术语“耦合的”指的是任何连接、耦合、链路等，通过所述任何连接、耦合、链路等将一个系统元件所承载的信号给予经“耦合的”元件的。此类“耦合的”设备不一定被直接地连接到彼此并且可以被可操纵或者修改此类信号的中间组件或设备分尚。
[0018]激光发射机16可以采用已知配置，例如分布反馈激光器(DFB)，并且可以被配置成在以载波波长λ ^产生光输出，所述载波波长λ ^可以不同于要被在传输系统上传输的所有数据信道的波长。载波波长λ ^例如可以在系统的光谱带宽的边缘处或者可以是在数据信道之间。在一个实施例中，激光发射机可以被配置成以多个不同的载波波长提供光输出。例如，激光发射机可以以在数据信号传输带的短波长端的短LME波长(即相邻的最短波长数据信道)和以在数据信号传输带的长波长端的长LME波长(即相邻的最长波长数据信道)提供输出。在一个实施例中，短LME波长可以是1537nm以及长LME波长可以是1563nm。激光输出的功率可以被设置低于通过光纤28和29所传送的数据信号的功率水平以最小化数据信号的损伤。
[0019]激光发射机16可以例如在长和短LME波长两者上生成表示从码生成器14接收到的码的LME测试信号。LME测试信号可以被提供为测试信号发射机15的LME测试信号输出18。在一个实施例中，码生成器的输出可以直接地对激光输出的幅度进行调制。用于将码给予来自激光发射机的输出光的其它配置是已知的。例如，码可以通过耦合到激光发射机16的输出的幅度或其它调制器而被给予。
[0020]在所图示的示例性实施例中，可选的偏振扰频器70被耦合到激光发射机16以用于对LME测试信号的偏振进行加扰。偏振扰频器可以米用已知配置。在一个实施例中，偏振扰频器70可以以在偏振调制时段内偏振态的平均值从一减小的方式来变更LME测试信号的偏振态。因此，测试信号发射机15的LME测试信号输出18可以具有大体上等于零的偏振度并且可以被认为被偏振加扰。
[0021]在所图示的示例性实施例中，耦合器34可以组合来自发射机30的WDM数据32和LME测试信号18并且输出该组合信号以供在光纤29上传输。多个光中继器36-1、36_2...36-N可以被耦合到光纤28和29。每个中继器都可以分别包括用于放大通过光纤29发送到接收机60的光信号的第一放大器40-1、40-2…40-N，并且分别包括用于放大通过光纤28发送到接收机64的光信号的第二放大器38-1、38-2...38-Ν。每个中继器都还可以包括关联的环回路径42_1、42_2...42_Ν(例如高损耗环回路径),其将在光纤29上发送的信号的一部分返回给光纤28以用于传输到LME 12。
[0022]信号52可以被耦合到滤波器26，并且可以承载存在于光纤28上的所有信号，包括经组合的WDM数据32和由环回路径42-1、42-2...42-Ν通过光纤28所返回的LME测试信号
18。滤波器26可以是波长选择性的，并且仅将所返回的LME测试信号18的波长传递到相关器22。
[0023]由每个中继器经由光纤28返回给LME 12的LME测试信号与原始LME测试信号18延迟了与每个中继器的延迟路径的距离成比例的时间段。对于第一中继器36-1，例如，时间延迟tsl与通过第一中继器36-1的延迟路径的距离成比例。通过第一中继器的距离Cl1可以被计算为从码生成器14到发射机16、偏振扰频器70、到耦合器34、到第一中继器36-1、通过环回路径42-1、到光滤波器26以及到相关器22的距离。对于由第一中继器36-1所返回的LME测试信号的时间延迟tsl因此可以被计算为U=Cl1A^其中c是光的速度。类似地，对于由第二中继器36- 2所返回的LME测试信号的时间延迟ts2能够基于第二中继器36-2的延迟路径的已知距离(12来计算并且可以被计算为ts2= d2/c。同样地，对于系统中附加的中继器的时间延迟还能够基于它们的延迟路径的已知距离来计算。
[0024]为了促进通过相关器22进行的相关操作，延迟系统20可以从码生成器14接收所发送的码并且将多个关联的延迟码输出到相关器22。延迟系统20可以在与每个中继器相对应的时间延迟(即，tsl (与对于第一中继器36的时间延迟相对应)、ts2 (与对于第二中继器44的时间延迟相对应)等)之后输出每个码。换句话说，延迟系统20可以基于每个中继器的位置使码延迟。
[0025]相关器22然后可以使已返回LME测试信号与来自延迟系统20的经延迟的码相关。相关器22可以使电信号或光信号相关。在相关器22使电信号相关的情况下，LME 12可以进一步包括连接在滤波器26与相关器22之间用于将由滤波器26所输出的光信号转换成电信号的光至电转换器。
[0026]在相关操作中，相关器22可以被配置成计算与每个中继器36-1、36-2...36_Ν/环回路径42-1、42-2…42-Ν相关联的环路增益数据。为便于连同图1解释，在本文中可以参考与每个中继器相关联的环路增益。应当理解的是，可以在耦合到系统的任何组件中(例如，在中继器、分路单元等中)提供环回路径，并且可以相对于每个环回路径来计算环路增益而不考虑提供该环回路径的组件。
[0027]对于每个中继器的环路增益数据可以通过将从中继器接收到的所返回的LME测试信号与关联的延迟测试码相比较来计算。在所图示的示例性实施例中，任何中继器36-1的环路增益可以表示从码生成器14到发射机16、到偏振扰频器70、到耦合器34、到中继器36-1、通过环回路径42-1到光滤波器26以及到相关器22给予测试信号的增益和损耗。[0028]在一个实施例中，相关器22可以被配置成将与每个中继器相关联的环路增益数据转换为与每个中继器36-1、36-2...36-Ν相关联的差分环路增益数据。对于每个中继器36-1的差分环路增益可以被计算为与中继器36-1相关联的环路增益减去与紧接在中继器36-1之前的中继器36-(1-l)相关联的环路增益。例如，与中继器36-2相关联的差分环路增益可以被计算为对于中继器36-2的环路增益减去对于中继器36-1的环路增益。在所图示的示例性实施例中，因为与相继的中继器的HLLB路径相关联的损耗基本上可以彼此抵消，所以与中继器36-2相关联的差分环路增益大体上可以表示通过放大器40-2和38-1给予测试信号的增益减去在路径39和37上给予测试信号的损耗。
[0029]差分环路增益因此可以依赖于仅四个随机变量，即两个增益变量和两个损耗变量。因此，与简单的环路增益相比，差分环路增益可以表现出由于正常系统波动而导致的相对小的最大/最小偏差，并且可能不特别对距离敏感。这些因素可以允许设置可靠增益变化阈值，在所述可靠增益变化阈值处可以设置故障检测触发器。
[0030]在所图示的示例性实施例中，相关器22包括ASA处理器72和计算机可读存储器71。ASA处理器72可以被配置成将一个或多个ASA算法应用于由相关器22所计算的差分环路增益数据以表征在传输系统10中发生的故障的类型。一般而言，ASA过程使用LMS基线数据与环路增益数据的当前测量的关系对照一组已存储(例如在存储器71中)的故障特征相比较来确定系统中可能存在什么故障。ASA过程可以由当中继器中的差分环路增益超过预定差分环路增益变化阈值时所生成的警报来触发。作为ASA过程的结果，相关器可以将输出24提供给元件管理系统74从而指示故障的类型。
[0031]ASA算法可以采用各种配置并且可以被实现为例如在诸如ASA处理器72之类的计算机系统上运行的一个或多个计算机程序或应用。计算机程序或应用(诸如ASA算法)可以被存储在存储器71或其它机器可读介质(例如，硬盘、CD Rom、系统存储器、光存储器等)上并且可以被处理器(诸如ASA处理器74)所运行以使处理器执行在本文中描述为被相关器22所执行的功能中的全部或部分。应该预期的是，此类计算机程序产品可以被分布为可拆卸非暂时性机器可读介质(例如磁盘、CD-ROM)、与系统一起预加载(例如，在系统ROM或固定盘上)，或者通过网络(例如，因特网或万维网)从服务器或电子公告板分布。本领域的普通技术人员将认识到，相关器功能可以使用硬件、软件和/或固件的任何组合来实现以提供此类功能。
[0032]在一个实施例中，ASA处理器72可以被配置成将当前差分环路增益数据与对应于由光通信系统中的故障而导致的差分环路增益的预定差分环路增益故障特征相比较。差分环路增益数据与预定差分环路增益故障特征的比较可以使用已知的信号处理技术(诸如匹配滤波器)来执行。可以针对诸如额外泵浦损耗和额外光纤损耗之类的系统故障来建立预定故障特征。额外泵浦损耗可以由在中继器内的放大器泵浦激光器的完全失效或部分失效来表征。额外光纤损耗可能发生并且可以由通过光纤路径(例如，在图1中的放大器40-1与40-2之间的路径中)的传输的附加损耗或完全损耗来表征。与额外泵浦损耗和额外光纤损耗相关联的特征的示例可以在通过引用合并在本文中的前述美国专利N0.7，809，279中找到。当然，可以检测并且检查其它故障。
[0033]与本公开一致，系统10的相关器系统22可以被配置成在新的LMS基线被建立时(例如，在对系统的改变之后或应用户通过耦合到元件管理系统74的接口的请求)将相对于先前的LMS基线所识别的先前的故障注入到新的LMS基线中。图2-4和表1_2图示了系统10 (例如相关器系统22)将先前的故障注入到新的LMS基线中的操作的一个实施例。图2-4中所阐述的曲线和表1-2中所给出的值仅通过解释的方式来提供。对于任何给定系统的曲线和测量值将取决于系统配置。
[0034]下面的表1图示了与操作于LMS基线(即在系统的后续重定基线之前)的系统中的一个或多个初始故障的检测相关联的示例性测量。表1包括与十二个不同的环回路径中的每一个相关联的LMS基线测量(A栏)和LMS当前测量(C栏)，即每个测量都表示从LME (例如图1中的LMS 12)通过所指示的环回路径并回到LME的LME测试信号的增益。环回路径在表1-2中被连续地编号，即环回路径I是在传输方向上的第一环回路径，例如图1中的环回路径42-1，以及环回路径2是在传输方向上的下一个环回路径，例如图1中的环回路径42HMS基线测量可以是系统的初始基线或系统的先前的重定基线，并且指示没有故障的系统的性能，或者在LMS基线为系统的先前的重定基线情况下指示具有先前注入的故障的系统的性能。表1中的LMS当前测量是在LMS基线测量被建立之后所做出的测量，并且指示在测试下的系统中的一个或多个故障。
[0035]表1-初始故障特征检测
【权利要求】
1.一种建立新的线路监测系统(LMS)基线数据的方法(500)，与所述新的线路监测系统(LMS)基线数据相比较，故障在对所述系统的改变之后在光通信系统(10)的线路监测系统(12)中被识别，所述方法包括: (502)获得表示通过所述系统的多个环回路径(42-1，…42-N)中的每一个给予测试信号(18)的增益的LMS当前测量环路增益数据，所述环回路径中的每一个将用于承载第一方向上的信号的第一光纤路径(28)和用于承载与所述第一方向相反的第二方向上的信号的第二光纤路径(29)相耦合；以及 (504)用表示与在改变之前在所述系统(12)中所识别的先前的故障相关联的故障特征的数据(24)来修改所述LMS当前测量环路增益数据以建立新的LMS基线数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述LMS当前测量环路增益数据包括差分环路增益数据，所述差分环路增益数据对于所述环回路径(42-1，…42-N)中的每一个包括， 通过所述环回路径(42-1，…42-N)中的所述每一个给予所述测试信号的环路增益，减去 通过在所述环回路径中的所述每一个之前的所述环回路径之一给予所述测试信号的先前的环回路径环路增益。
3.根据权利要求1所述的方法，其中表示所述故障特征的所述数据包括先前的LMS基线数据与先前的LMS当前测量环路增益数据之间的差。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述修改包括将表示所述故障特征的所述数据规范化为所述LMS当前测量环路增益数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述修改包括从所述LMS当前测量环路增益数据中减去表示所述故障特征的所述数据。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括响应于所述将新的LMS基线数据与后续LMS当前测量环路增益数据相比较来识别光通信系统中的所述先前的故障。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述识别包括将所述新的LMS基线数据与所述后续LMS当前测量环路增益数据之间的差与关联于所述先前故障的预定故障特征相比较。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定故障特征响应于在所述改变之前所获得的先前的LMS基线数据与在所述改变之前所获得的先前的LMS当前测量环路增益数据之间的差而被确定。
9.一种监测包括多个环回路径(42-1，…42-N)的光通信系统(10)的方法，所述多个环回路径(42-1，…42-N)将用于承载第一方向上的信号的第一光纤路径(28)和用于承载与所述第一方向相反的第二方向上的信号的第二光纤路径(29)相耦合，所述方法包括: 在第一光纤路径上发送第一测试信号(18)； 从第二光纤路径接收来自所述环回路径(42-1，…42-N)中的每一个的关联的第一返回测试信号(52); 根据所述返回测试信号(52)来计算与所述环回路径中的每一个相关联的LMS基线环路增益数据； 在第一光纤路径上发 送第二测试信号； 从第二光纤路径接收来自所述环回路径中的每一个的关联的第二返回测试信号； 根据所述第二返回测试信号来计算与所述环回路径中的每一个相关联的LMS当前测量环路增益数据； 响应于所述LMS基线环路增益数据与所述LMS当前测量环路增益数据的比较来识别与所述光通信系统中的故障相对应的故障特征； 在对所述系统的改变之后在所述第一光纤路径上发送第三测试信号； 从第二光纤路径接收来自所述环回路径42-N中的每一个的关联的第三返回测试信号; 根据所述第三返回测试信号来计算与所述环回路径中的每一个相关联的第二 LMS当前测量环路增益数据；以及 用表示所述故障特征的数据来修改所述第二 LMS当前测量以为所述系统建立新的LMS基线环路增益数据。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述修改包括将表示所述故障特征的所述数据规范化为所述第二 LMS当 前测量环路增益数据。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述修改包括从所述第二LMS当前测量环路增益数据中减去表示所述故障特征的所述数据。
【文档编号】H04B10/077GK103947136SQ201280057410
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年11月9日 优先权日:2011年11月23日
【发明者】R.克拉姆, J.M.利斯, Y.萨尔特斯坎 申请人:泰科电子海底通信有限责任公司