一种基于弱反射率光栅阵列密集编码的全光链路监测系统

本发明属于光网络数字化编码领域，涉及电力光纤网络、网络供应商、大型企业等全光网络数字化的应用领域，具体为一种基于弱反射率光栅阵列密集编码的全光链路监测系统。

背景技术：

1、光纤编码是实现全光网络数字化的基础和核心技术。光纤链路安全是保证光接入网安全的基础，有研究表明光网络故障中约有三分之一是由光纤线缆故障引起，因此为光接入网中每一条光纤链路以及光纤链路上无源器件进行数字化编码并利用此编码对网络状态实施监测，实现更精准、可靠、智能、高效的全光网络数字化管理是光接入网可以高效稳定运行的前提。

2、电力光纤网络系统做为电力通信信息和智能控制的基础组成部分，其支撑着电网调度、营销、生产等核心业务，是电网稳定可靠运行的基础。由于光纤网络具有“暗网络”和“哑资源”的属性，目前主要采用电子标签、纸质标签、otdr(光时域反射)技术对光纤网络进行管理。但是电子标签或纸质标签的管理方式非常依赖人工，容易出错、且不具有光纤网络自动识别管理功能，从而造成现有光纤网络管理效率低下，大量的光纤网络甚至处于“脱管”状态；而otdr技术也只能对光网络进行部分管理和维护，特别是在光纤网络进行故障定位时，存在依赖特定人员、光缆故障地理定位误差大、室内光纤故障不能精确定位等一系列问题。因此，更精准、可靠、智能、高效的全光链路数字化管理技术是智能电网光纤网络管理的要求。

3、但是光纤不可识别特性以及光纤资源与业务的不匹配，造成实际运行中存在“共模”现象的危害。如在电力光通信网中，为了保证重要业务的可靠性，一般会铺设多张通信网络。比如，在铺设的a、b两张完全隔离的通信网络中，虽然a、b光通信网络在设备层面已经做到了物理隔离，但在物理光链路层面，由于电力光纤网络依附于电力线和地下管廊架设，在很多情况下，并不能完全做到在两点之间建立直接的光纤连接，而只能通过第三方站点跳接的方式，从而导致了光纤网络在链路层面非常复杂，a平面光纤网络和b平面光纤网络存在大量隐性的“交叉点”和“相邻点”，导致了电力通信光纤网络特有的“共模”现象严重。当这些“共模点”发生故障，将导致a、b网同时中断，而以现有的技术手段和人员配置是很难发现这些隐性的“共模点”，是电力通信光纤网络的重要隐患和缺陷。

4、光纤编码可以实现电力光纤网络的光学数字化，其以波分复用、时分复用、空分复用等方式实现光纤网络各组成部件的唯一编码，提高光纤网络的综合保障能力，提升光纤网络的资源利用率，降低光纤网络的共模风险。但是目前所使用的光纤编码技术大多只利用光纤光栅对监测光脉冲进行一维或二维波长编码。一维编码波长编码只能为一条链路分配单一的波长作为其唯一标签，其优点是结构简单实现方便，编码器只包含一个布置于用户端的光纤光栅；缺点则显而易见，使用的光谱资源随编码链路数线性增长，只能适用于小规模光网络的编码需求。二维波长编码使用了一个由光纤光栅和一分二光分路器所构成的光编码器，编码器被放置于接入网中的局端，采用集中式编码降低了用户端的复杂度，编码效率相比一维编码大大提高，但在实际使用中受限于光谱资源依然只能实现对数百条链路的编码。

5、因此现有的编码技术并不能适用于实现对大规模、可靠性要求高全光网络的实时编码。

技术实现思路

1、针对上述编码规模受可使用波长限制的问题，本发明提供了一种基于弱反射率光栅阵列密集编码的全光链路监测系统，通过将现有光纤光栅编码技术和弱反射率光纤光栅的特点结合，利用弱反射光栅阵列从波长域提高光纤光栅编码技术的效率，进而提高在一条光纤链路上可编码的光学节点数量，解决目前技术实时编码规模受限、无法满足大规模网络使用要求的问题，能够满足高实时性密集光网络链路监测的需求。

2、一种基于弱反射率光栅阵列密集编码的全光链路监测系统，分为光监测终端和分支链路两部分；具体包括l波段的多波长脉冲光源、脉冲发生器、环形器、波分解复用器、波分复用器、探测器阵列、多通道采集卡、上位机、1×n光开关和分支链路，n≥1。

3、所述l波段的多波长脉冲光源设置于光监测终端内，接受脉冲发生器的控制产生m个不同波长的光脉冲；光脉冲是由多波长脉冲光源中激光器阵列产生的m个在时域上宽度、功率、周期相同，在波长域上中心波长不同、3db带宽相同的光脉冲，且相邻光脉冲中心波长的间隔大于其带宽以保证各脉冲在波长域不会混叠，各光脉冲同时离开激光器并合束为时域上的一个待编码光脉冲；这种待编码光脉冲分布在l波段且与通信光(通信常用波段的光)的中心波长不重叠，m＞1。

4、所述环形器的端口1接多波长脉冲光源，通过端口2将待编码光脉冲输出至1×n光开关完成分路；环形器的端口3连接波分解复用器的输入端口。

5、所述1×n光开关和波分复用器设置于光监测终端内，完成待编码光脉冲的选路并将选路后的待编码光脉冲同通信光一一对应耦合，光开光有1个，波分复用器共n个：

6、光开光含有1个输入端口和n个输出端口，同一时刻只将一个输出端口与输入端口接通，输入端口接入环形器的2端口，n个输出端口分别一一对应n个波分复用器的输入端口；光开光接受上位机控制完成通道的切换，切换时间小于15ms以及分支链路切换次数大于109，能够完成在n条分支链路(光纤)中稳定快速切换。

7、波分复用器含有1个反射口、1个通带口和1个com口，通信光接入反射口，将经光开关某一端口输出的待编码脉冲光接入通带口，两路光耦合形成耦合光后经com口输出至分支链路，分支链路对应共计n个。

8、所述分支链路均设有至少一个弱反射率光栅阵列，每个弱反射率光栅阵列为一个编码节点，弱反射率光栅阵列将来自光监测终端的≤1％的一部分待编码脉冲光反射，得到该编码节点的编码光脉冲，编码光脉冲经环形器的3端口输出至波分解复用器；剩余部分的待编码脉冲光以及其他波长的光完全透射，继续向前传输至下一个弱反射率光栅阵列。

9、弱反射率光栅阵列通过在各分支链路的光纤上刻写一个或多个弱反射率光栅制成，弱反射率光栅的反射率≤1％，各光栅除中心波长外其他参数相同，光栅的中心波长取多波长光源m种中心波长中的一个或多个；在不影响相邻波长信道编码脉冲光的前提下，光栅的反射带宽为光源发射光线宽的1.5倍以上，保证即使光栅发生了一定的波长偏移也能够维持相对稳定的反射率，提高编码器对中心波长差的容忍度。

10、所述波分解复用器为m通道，即有一个输入端口和m个输出端口，接收从分支链路各个编码节点处反射回的编码光脉冲，按m种不同的波长分为m路，并一一对应的输出至m通道的探测器阵列。

11、所述探测器阵列为m通道，接收波分解复用器输入的m路编码光脉冲，并对每一路的光完成光电转换，光电转换之后的各路信号通过由脉冲发生器控制同步的多通道采集卡采样获得数字信号。

12、所述多通道采集卡为m通道，将探测器阵列输入的电信号转化为数字信号，并通过相应接口传送给上位机，以进行后续的信号编码识别及处理操作。

13、进一步的，所述弱反射率光栅阵列通过熔接或耦合器设置于分支链路上。

14、进一步的，所述弱反射率光栅阵列有两种编码形式：

15、单链路串行编码：在一条分支链路上每隔一段间距设置一个弱反射率光栅阵列，每个弱反射率光栅阵列为一个编码节点，这些编码节点分布在同一条分支链路的不同位置；

16、多链路并行编码：在多条并行分支链路上的相同位置分别设置一个弱反射率光栅阵列，这些弱反射率光栅阵列组成一个并行编码器或是一种“智能”光纤配线盘，从光编码的层面赋予了这种“智能”光纤配线盘的每个出端口一个数字化编码。

17、通过这种单链路串行编码和多链路并行编码的交替组合编码形式，实现在多条光链路上的、大容量的、密集的光编码。

18、进一步的，上述方案中，为了使每个编码信号都包含至少1个波长的脉冲，一条分支链路上使用包含m种波长的光脉冲总共可以产生2m-1种编码，每一个编码都唯一地对应到一条分支链路中的一个编码节点且保证该分支链路上各个编码节点的编码互不相同。

19、每一条分支链路上各弱反射率光栅阵列处反射的编码光脉冲，都有唯一的波长编码形式且唯一的对应到一个编码节点，根据光脉冲的返回时间计算各编码节点与光监测终端的间距。

20、进一步的，所述m波长脉冲光源所使用的光脉冲波长选择1565nm～1575nm，按照itu-tg.691标准中所列出各信道中心波长选择，以避开通信光。

21、进一步的，所述基于弱反射率光栅阵列密集编码的全光链路监测系统，工作流程为：

22、(1)生成待编码光脉冲：位于光监测终端的l波段的多波长脉冲光源由脉冲发生器控制产生含有m种中心波长的待编码光脉冲。

23、(2)待编码光脉冲进入环形器的端口1，又由端口2离开环形器后进入光开关。

24、(3)待编码光脉冲经1×n光开关进行选路，光开光同一时刻只将一个输出端口与输入端口接通，从某一端口输出后注入波分复用器完成与通信光的耦合，耦合光继续向前传输进入分支链路。

25、(4)进入分支链路的耦合光每经过一个弱反射率光栅阵列构成的编码节点，将待编码脉冲光≤1％的一部分能量反射，得到该编码节点的编码脉冲信号，且同一分支链路上各编码节点的编码脉冲波长成分组合唯一。

26、(5)各分支链路的各编码脉冲信号返回至光监测终端，通过环形器的端口3输入至波分解复用器完成波长成分分离，以及通过探测器阵列和多通道采集卡完成光-电转换，进一步地输入至上位机完成编码脉冲信号的分析和编码识别。

27、光纤编码的效率直接影响到了全光网络数字化实现的效果，本发明提出的基于弱反射率光栅阵列的密集型波长编码方法可以利用更少的波长资源完成对光链路上更多的无源器件编码，节省了频谱资源，在光纤信道紧张、用户数量逐步增加的当下可以大大提高全光网络数字化技术可监测网络的规模。

28、综上所述，本发明采用通信光以外l波段的波长脉冲光源产生m个在时域上宽度、功率、周期相同，在波长域上中心波长不同、3db带宽相同的光脉冲，通过将现有光纤光栅编码技术和弱反射率光纤光栅的特点结合，利用反射率≤1％的弱反射光栅阵列从波长域提高光纤光栅编码技术的效率，进而提高在一条光纤链路上可编码的光学节点数量；本发明解决了现有技术实时编码规模受限、无法满足大规模网络使用要求的问题，能够满足高实时性密集光网络链路监测的需求。