通信网络光纤故障监测和定位系统及其方法

专利名称：通信网络光纤故障监测和定位系统及其方法
技术领域：
本发明涉及基于光纤的通信网络，特别涉及通信网络光纤故障监测和定位技术。
背景技术：
光缆由于频带宽、速率高，做为电讯行业的高速公路，正广泛的应用于电信、广电、联通、铁路、电力和军队的传输网中，形成了国家的神经系统，使各行各业的信息能够得以及时感知。因此，一旦线路出现问题，就会造成巨大损失。作为这些大大小小的网络管理者，都希望能及时的知道何时、何地会出现什么问题，并提出解决方案。对于光缆网来说，它不仅有突发事件发生，还因为光纤是一种会逐渐劣化的媒体，必须要知道它的过去和现在的运行状况，并分析出未来的趋势，才能作出整改方案。因此，建立光缆监测系统，实现实时、在线自动地监测通信光缆光纤传输特性变化，监测光缆光纤故障位置，可以有效地预防和压缩光缆故障，保证光缆网优质、高效、安全、稳定的运行。
光缆线路自动监测系统(Optical fiber cable line Automatic MonitoringSystem，简称“OAMS”)是通过分布在光缆线路中大量的数据采集点的光器件，将光纤传输性能的大量基础数据，如光功率等指标，传递到各级监测中心及监测站，并对其数据进行分析和处理，及时、准确地将光缆系统运行情况反馈给维护人员，使维护人员能及时发现和修复故障。OAMS系统将现代网络通信、计算机通信、光学测量技术融合在一起，同时利用地理信息系统等技术为线路信息、故障定位提供可靠的保证，对光缆中纤芯传输衰耗特性的变化及光纤阻断故障等情况，可以实现分布式实时、在线的自动监测，且不影响在用光传输系统的传输性能，达到服务与维护两不误的目的。
OAMS主要由监测中心、区域监测中心、现场监测站组成。监测中心负责对各监测站进行控制，是采集和处理数据的中心，由数据传输网将各检测站组建成网。监测站负责对光缆线路进行远程遥控自动监测，跟踪光纤传输损耗的变化，由告警监测模块、光时域反射计(Optical Time DomainReflectometer，简称“OTDR”)模块、控制模块、电源模块、光开关、波分多路复用(Wavelength Division Multiplexing，简称“WDM”)、滤光器、数据传输模块等及相应的软件(含OTDR仿真软件)组成。
OAMS能够对光缆性能劣化的监视、故障自动准确定位、提高维护效率等起到一定的作用。它不仅能够及时处理已发生的障碍，大大缩短障碍历时，同时能够预先发现障碍事故苗头，及时处理，消除隐患，有效地预防恶性障碍的发生。
在长途传输设备中集成光纤光缆自动监控系统，长途系统跨越的地理环境十分复杂，设备配置不均，一旦传输光缆老化、破损，将对业务传送造成无法预计的影响。光缆断裂将直接造成所有业务中断，后果非常严重。光缆修复过程中，故障点的定位也需要专门仪器进行测定，如光时域反射计等。传输光纤的这些潜在故障大大增加了运营商的维护人员配备和维护仪表投资。OAMS系统利用OTDR技术，通过测试传输光纤路径上不同距离处的反射谱，获得光纤线路的损耗、光连接器损耗特性及其历史变化趋势，提供光纤老化预警。如存在光纤故障，OAMS系统可发出相应告警并精确定位光路中断点位置和断点类型，方便光纤线路维护和监控。传输系统中内嵌OAMS特性可进一步完善传输设备的告警性能，变被动维护为主动维护，增强了传输网络的可维护性。
网络管理系统(Network Manager system，简称“NMS”)对网络的监测和维护，起着重要的作用。它可以通过网元发送的告警信息，对光网络进行网络故障管理和异常事件的分析和处理。在光纤通信系统中，各种光缆故障是影响光通信系统服务质量集系统正常运行的主要问题。为了使网络有更高程度的监视和管理水平，提高全网的服务水平和竞争能力，同时，为了能够迅速方便地从光缆设计、施工到维护管理阶段积累的大量原始数据和资料中获得相关的信息，进而对这些原始数据进行再加工和分析利用，满足未来网络管理更高层次的要求，建立一个集监测、网管和文档管理于一体的全面的光缆网络管理系统是十分有必要的。该系统的建成，能够从根本上改善目前光缆线路的被动维护局面，使光缆网络的维护从传统维护转变为智能维护。系统能够广泛应用于光缆监测及光网络维护领域，在光缆监测设备之上建立统一的管理平台，提供全面的针对基础网络建设、监测及维护管理的计算机支持手段，完成对网络故障及时处理、网络性能状况分析、网络运维成本核算等任务，实现光纤网络维护管理的计算机化和智能化，使管理者对维护工作的展开状况一目了然，并在此基础之上，进一步完成网络建设规划决策等更高层次的网络管理工作。
光传输设备由于传输的信息量大，距离远，光功率很大，导致光器件的损耗较大，尤其在远程传输系统中，传输设备在正常工作几年后会由于损耗，其功率范围和OTDR测试出来的曲线都有所变化。因此，维护人员需要对设备进行例行检查，在必要时要对一些参数作调整。并存储新的测试曲线，作为之后一段时间的测试参考曲线。
现有的光网络设备故障管理技术中，由NMS管理光纤传输设备，设备或光纤出现故障时，都会向NMS发送告警信息，由于NMS无法区分这两种故障，只有借助专门的设备来进行测试以定位原因。目前常用的是利用OTDR设备及其管理软件来定位故障，将OTDR接在光纤和设备的接口处，通过OTDR的测试管理软件来判断是否是光纤的问题，若是，则显示出光纤的故障部位，否则还必须到原NMS网管上判定是哪个网元出现了故障。
在实际应用中，上述方案存在以下问题光网络设备故障管理需要两套管理设备，协调起来比较麻烦；问题出现时需要用两套设备分别进行手动分析以定位故障，费时费力，使得网络平均恢复时间较长，业务中断时间较长，影响用户正常使用；OTDR系统无法将其所发现的光纤劣化的情况及时上报给NMS系统，NMS系统只有在业务中断时才能发现问题；若要实现实时监测，需另外加上独立的功能模块，成本高，且不能有效的使用资源。
造成这种情况的主要原因在于，目前OTDR和NMS是两套独立的管理系统，两者内部的信息不能够共享，这使得光纤故障的发现及处理的效率较低，同时测试过程需要人工手动完成，没有实现自动化。

发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通信网络光纤故障监测和定位系统及其方法，使得光通信系统的自动告警、自动测试以及故障定位得以实现。
为实现上述目的，本发明提供了一种通信网络光纤故障监测和定位系统，包含至少一个光纤测试单元，用于检测光纤的性能和故障位置；光纤监测对应关系模块，用于记录所述光纤测试单元与其所监视的所述通信网络中通信设备的端口的对应关系；网络管理子系统，用于根据来自所述通信设备的告警信号，从所述光纤监测对应关系模块中查询对应的光纤测试单元，启动该光纤测试单元进行测试，并根据测试结果对故障进行分析和定位。
其中，所述光纤测试单元是插板形式或独立设备形式的光时域反射计。
所述光纤监测对应关系模块在所述网络管理子系统中。
所述网络管理子系统还用于对整个通信网络的管理，以及周期性地启动所述光纤测试单元对所述通信网络中的光纤进行轮询测试。
所述告警信号可以是远端信号丢失或远端帧丢失信号或用户指定的任何必要的告警信号。
所述网络管理子系统通过点名测试命令启动光纤测试单元进行测试。
本发明还提供了一种通信网络光纤故障监测和定位方法，包含以下步骤网络管理子系统接收来自所述通信网络中通信设备的告警信号；根据所述告警信号从光纤监测对应关系模块中查询对应的光纤测试单元，并启动该光纤测试单元进行测试；对测试结果和所述通信网络中通信设备的状态进行分析，获得故障定位结果。
其中，还包含以下步骤将所述故障定位结果上报给网络管理员。
所述告警信号可以是远端信号丢失或远端帧丢失信号或用户指定的任何必要的告警信号。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，将原先独立的NMS和OTDR管理系统集成到了一个系统中，信息共享，并且增加了光纤监测对应关系模块，从而实现了故障的自动监测和故障定位，能够对逐渐劣化的光纤进行预警。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即通过对故障的自动化检测和定位缩短了设备故障平均修复时间，节省了人力，提高了故障处理效率；对逐渐劣化的光纤的预警可以预防一些故障的发生，提高了通信网的可靠性。


图1是根据本发明的一个实施例的集成式通信网络光纤故障监测和定位系统结构图；图2是根据本发明的一个实施例的网络管理子系统中的光纤监测对应关系模块中保存的对应关系表；图3是根据本发明的一个实施例的通信网络光纤故障监测和定位方法的流程图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，本实施例的集成式通信网络光纤故障监测和定位系统由网络管理子系统10和设备20组成，其中，设备20由传输设备21和OTDR光纤测试单元22组成，即OTDR做为设备的一个模块被集成到了系统之中。
其中，网络管理子系统10用于进行光纤网络管理，包括根据告警信号和OTDR光纤测试单元22的测试结果对故障进行分析和定位。本发明中的光网络管理子系统10与已有的网络管理系统不同的是，它集成了原有的NMS管理系统的功能以及OTDR管理系统的功能。用户能够直接在网络管理子系统10上通过对OTDR光纤测试单元22设置实现对其的控制，从而实现光传输设备的自动监测和对故障的自动分析和预警。
设备20用于完成设备的功能，同时集成了OTDR的测试功能。同时在出现故障时，向NMS发送告警信号，例如RLOS、RLOF等。设备20由传输设备21和OTDR光纤测试单元22组成。
传输设备21用于完成设备的传输等功能。同时有一个端口与网络管理子系统10进行通信，可将告警信号发送给网络管理子系统10。
OTDR光纤测试单元22用于完成传输功能和光纤的测试功能。OTDR是光时域反射计，是用来测量光纤性能的仪表。OTDR利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。已有商用的芯片可以完成主要功能。在本发明的实施例中，OTDR可以做为传输设备20的一个单板，被内嵌到设备20中，即为OTDR光纤测试单元22，它接在传输设备21和光纤的光口之间，同时有一个与NMS通信的端口，用于NMS向OTDR下发测试命令。OTDR光纤测试单元22还可以是一个独立的设备，只需提供一个由NMS下发测试命令和上报测试结果的端口即可。OTDR有两种测试命令，自动测试功能和点名测试功能。自动测试命令用于周期性定时测试，点名测试命令在以前的技术中主要用于手工下发测试命令。在本发明中，网络管理(Network Management，简称“NM”)和OTDR使用一个管理系统，即网络管理系统NMS。可以由NMS在需要时对OTDR下发点名测试命令，实现了在出现故障时可以由系统及时的启动OTDR测试，从而缩短了故障平均修复时间，提高了系统效率。
本系统的发明点就是NMS和OTDR的结合，在本实施例中，即是指网络管理子系统10和OTDR光纤测试单元22的结合。在本发明中，在网络管理子系统10中有一个光纤监测对应关系模块，如图2所示。这个光纤监测对应关系模块中记录有将监视光纤的两端网元的光口与对应的监视设备对应起来的信息，这种对应关系是在工程施工过程前的设计图中就可以确定下来的。一个OTDR设备可以监测一条光纤的通讯正常与否，而如果一旦光纤通讯失效，其两端网元的对应接收端端口上都会有远端信号丢失(Remote Loss OfSignal，简称“RLOS”)、远端帧丢失(Remote Loss Of Frame，简称“RLOF”)等告警。因此每个OTDR端口则必须与两端网元上的端口都对应起来。如图2所示，当网络管理子系统10从设备20上收到RLOS、RLOF等预先定义的异常事件时，则程序自动查询光纤监测对应关系模块中的信息，从中找到相应的OTDR光纤测试单元22，并自动下发点名测试命令，启动相关的OTDR光纤测试单元22进行测试。而在现有技术中，当用户从NMS接收到设备的RLOS、RLOF等告警信号时，则需要人工去使用OTDR测试仪来进行测试。而在本发明中，光纤监测对应关系模块的应用，使得告警和测试结合起来，实现了自动化。
网络管理子系统10对OTDR光纤测试单元22的测试结果进行一定的分析处理，并将最终结果上报用户。例如，若OTDR测试发现光纤正常，则对网元进行必要的检查，并将结果上报用户。这样用户分析问题时就可以排除光纤中断的影响，有利于更快的找到故障原因；若OTDR结果与测试基准曲线比较发现光纤中断，则直接将光纤中断位置上报用户，比如将故障信息通过短消息方式通知给网络管理员，网络管理员甚至可以不需要赶回机房进行处理，而是直接根据具体的故障信息通知相关维护人员去相应的地点进行维护工作。这样就可以有效地提高对故障的响应速度。
网络管理子系统10还可以对OTDR设置轮询测试，当OTDR发现光纤有劣化的迹象时，就上报NMS，NMS通过程序自动从光纤监测对应关系模块中查询相应的端口，进而可以查到这些端口上的所有业务信息，对相关业务进行自动预警。还可以自动存储光纤正常工作时的曲线，做为此后一段时间内的测试基准曲线。
还有一个替代方案，即OTDR光纤测试单元22和网络管理子系统10仍然使用原有的各自的管理系统，OTDR在此处可以是一个独立的设备，但在NM管理系统中10中增加与OTDR管理系统通信的机制，当异常事件发生时，NM主动向OTDR管理系统下发测试命令，OTDR管理系统将测试结果上报给NM管理系统，NM根据返回结果进行下一步处理。NM管理系统中仍然需要原方案中的光纤监测对应关系模块。这样与原方案相比，只是浪费了一些资源，即多了一个管理系统，并且多了一个程序之间的通信机制。取得的技术效果是一样的。
图3示出了一种通信网络光纤故障监测和定位方法的流程图。
在步骤100中，网络管理子系统10接收来自设备20的告警信号。告警信号可以是RLOS、RLOF或用户指定的任何必要的告警信号。
此后进入步骤110，网络管理子系统10根据告警信号从光纤监测对应关系模块中查询对应的OTDR光纤测试单元22，并启动该OTDR光纤测试单元22进行测试。例如告警信号指示传输设备B的左向接口发生RLOS故障，在图2所示的光纤监测对应关系模块中可以查到对应的OTDR光纤测试单元22是OTDR板A，于是启动OTDR板A检测光纤的性能和故障位置。
此后进入步骤120，网络管理子系统10对测试结果和通信网络中设备20(也称作网元)的状态进行分析，获得故障定位结果。例如告警信号指示传输设备B的左向接口发生RLOS故障，但是对应的OTDR板A通过检测发现光纤是正常的，而网络管理子系统10的其他信息指示设备20的状态不正常，则可以初步得到是设备20发生故障的结论。这一结论完全由系统自动得到，不需要网络管理员的参与。
此后进入步骤130，网络管理子系统10将故障定位结果上报给网络管理员。上报的方式可以有多种，例如在图形界面中弹出告警对话框，同时还可以发出声光报警，又如通过短信将简要的故障定位结果发送到系统管理员的手机等等。在本发明的一个较佳实施例中，还同时将故障定位结果记录到系统的日志中。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种通信网络光纤故障监测和定位系统，其特征在于，包含至少一个光纤测试单元，用于检测光纤的性能和故障位置；光纤监测对应关系模块，用于记录所述光纤测试单元与其所监视的所述通信网络中通信设备的端口的对应关系；网络管理子系统，用于根据来自所述通信设备的告警信号，从所述光纤监测对应关系模块中查询对应的光纤测试单元，启动该光纤测试单元进行测试，并根据测试结果对故障进行分析和定位。
2.根据权利要求1所述的通信网络光纤故障监测和定位系统，其特征在于，所述光纤测试单元是插板形式或独立设备形式的光时域反射计。
3.根据权利要求1所述的通信网络光纤故障监测和定位系统，其特征在于，所述光纤监测对应关系模块在所述网络管理子系统中。
4.根据权利要求1所述的通信网络光纤故障监测和定位系统，其特征在于，所述网络管理子系统还用于对整个通信网络的管理，以及周期性地启动所述光纤测试单元对所述通信网络中的光纤进行轮询测试。
5.根据权利要求1所述的通信网络光纤故障监测和定位系统，其特征在于，所述告警信号可以是远端信号丢失或远端帧丢失信号或用户指定的任何必要的告警信号。
6.根据权利要求1所述的通信网络光纤故障监测和定位系统，其特征在于，所述网络管理子系统通过点名测试命令启动光纤测试单元进行测试。
7.一种通信网络光纤故障监测和定位方法，其特征在于，包含以下步骤网络管理子系统接收来自所述通信网络中通信设备的告警信号；根据所述告警信号从光纤监测对应关系模块中查询对应的光纤测试单元，并启动该光纤测试单元进行测试；对测试结果和所述通信网络中通信设备的状态进行分析，获得故障定位结果。
8.根据权利要求7所述的通信网络光纤故障监测和定位方法，其特征在于，还包含以下步骤将所述故障定位结果上报给网络管理员。
9.根据权利要求7所述的通信网络光纤故障监测和定位方法，其特征在于，所述告警信号可以是远端信号丢失或远端帧丢失信号或用户指定的任何必要的告警信号。
全文摘要
本发明涉及基于光纤的通信网络，公开了一种通信网络光纤故障监测和定位系统及其方法，使得光通信系统的自动告警、自动测试以及故障定位得以实现。这种通信网络光纤故障监测和定位系统集成了现有技术中网络管理系统和光纤故障定位系统，并且增加了光纤监测对应关系模块，该模块用于记录光纤测试单元与其所监视的通信网络中通信设备的端口的对应关系；当收到来自通信设备的告警信号时，从光纤监测对应关系模块中查询对应的光纤测试单元，启动该光纤测试单元进行测试，并根据测试结果对故障进行分析和定位。
文档编号H04B10/08GK1665173SQ200410008319
公开日2005年9月7日 申请日期2004年3月3日 优先权日2004年3月3日
发明者曾建国, 徐慧颖 申请人:华为技术有限公司