PON中光链路自动监测系统浅析

PON中光链路自动监测系统浅析 PON 中光链路自劢监测系统浅析 Initial Analysis of Optical link Automatic Monitoring systemPON in 121尹祖新 ,孔令迖 ,宋 洋 ，1. 中讯邮电咨询设计院有限公司,北京 100048;2. 中讯邮电咨询设计院有限公司,上海 200050， 121Yin Zuxin,Kong Lingyua,nSong Yang，1. China Information Technology Designing& Consulting InstituteCo., Ltd.,Beijing100048 ,Chi? na;2. China Information Technology Designing& Consulting InstituteCo., Ltd.,Shanghai200050 ,China， 摘 要:关键词: 无源光分配网是 PON 技术的重要组成部分和基础承载媒介,如何快速对光纤链路故 PON;ODN;光链路自劢监测系统 障迕行准确定位和预判,缩短故障抢修时限,是各运营商占据有利竞争地位的重要手 中图分类号:TN929.11段。基于此结合 PON 特点,对光链路自劢监测系统的现状及发展迕行分析,幵就部 文献标识码:A 署应用提出建议。 文章编号:1007-304，32012，11-0014-05Abstract: ODN is the important partof PON network.Fast default orientation and anticipationin optical link, shortening repairing timeis vital to competition. Based on PON system, the status and developmentof optical link automatic monitoringsystem is ana- lyzed. Suggestions on deployment applicationgiven. are Keywords: PON; ODN; Optical link automatic monitoringsystem ADSL 用户增长，而且总端口规模已接近并很快会超过 0 前言 传统的 DSL 端口总数。随着光纤宽带用户数的增多， 随着宽带中国战略和三网融合迕程的逐步推迕, 由光分配网络(ODN)光纤故障导致的业务中断越来越 各大电信运营商和广电运营商都在大力推迕光纤宽 多，根据中国联通维护部门相关统计，接入线路故障已 带建设,PON 技术目前已经成为最主要的宽带接入方 经成为影响用户感知的最主要因素，线缆故障导致的 式,FTTH 接入用户迅猛增加。至 2011 年底,中国联通 用户投诉占比超过 50%，因此加强对 ODN 故障的自动 宽带用户总端口数约 9 000 万,其中采用光纤宽带接 监测，提升维护时效，是提升用户服务质量的一个重要 入的端口数约 4 100 万,占宽带总端口数的比例约为 手段。 45%,FTTH 用户端口数约 1 100 万,占宽带总端口数的 1 光链路自劢监测系统现状 比例约为 12%。2011 年中国电信城区新增光纤入户 铜线接入时代各运营商均部署了宽带 112 测试系 达到 3 000 万个家庭,累计覆盖 4 000 万个家庭;预计 统,用于实现故障的集中受理、自劢派单和统一管理, 到“十二五”末,将实现光纤入户超过 1 亿个家庭。从 上 能做到对申告用户的故障迕行准确判断、对未开通用 述 数 据 可 以 看 出 ,光 纤 宽 带 用 户 数 增 长 已 经 超 过 户预先检测以评定是否可开通及开通速率、对区域内 —————————— 用户例行检测收集数据用于分析铜缆质量和指导网络 收稿日期:2012-10-08 13邮电设计技术/2012/11 尹祖新,孔令迖,宋 洋 本期关注 Monthly Focus PON 中光链路自劢监测系统浅析 规划。 光接入技术。 PON 由局端光线路终端(OLT)、用户端 光节点(ONU)和光分配网络(ODN)组成，ODN全部 由自 2005 年以后，PON 接入网建设虽然如火如荼， 但对光链路的性能监测一直是比较欠缺的环节。光链 无源器件组成。按照 ONU 在接入网中所处位置的不 路性能监测目前主要应用的技术手段是 OTDR 技术， 同，PON 系统通常分为光纤到交接箱(FTTCab)、光纤 该技术已经广泛应用于骨干光缆网的建设、开通和维 到楼宇/分线盒(FTTB/C)、光纤到户(FTTH)、光纤到办 护中，主要用于干线光缆的测试和故障点定位，部分厂 公室(FTTO)等。图 1 和图 2 分别示出了 PON 系统和 家还开发了光链路自动监测系统，将测试结果直观呈 ODN 的组成结构。 现在网管界面上。但对于点对多点的 PON 接入方式， LAN 由于分光器件的应用会对光信号造成较大的信号衰 减，配线光缆的多分枝特性也会带来光缆区分的麻烦， 另外接入网对投资造价十分敏感，因此在接入网应用 ONT PSTN/SS 环境中，如何实现光链路自动监测还是个正在研究的 网管 热门话题。 Internet ONT PBX 1.1 OTDR 工作原理 Splitter OTDR 测试是通过发射光脉冲到光纤内,然后在 OLT ONTIPTV OTDR 端口接收迒回的信息来迕行的。当光脉冲在光 机房 ONT 纤内传输时,会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、 VOICE+DATA 弯曲或其他类似的事件而产生散射和反射,其中一部 核心网 接入网 驻地网 分散射和反射会迒回到 OTDR 接收端口,迒回的有用 图 1 PON 系统结构示意图信息由 OTDR 探测器来测量。根据发射信号到迒回信 1.3 国外光测量技术的应用情冴 号所用的时间和光在光纤中的传输速度,就可以计算 PON 技术最早在日本、韩国、加拿大等国家大规 出距离。 模应用,各国组网特点和技术情冴虽有所不同,但一致 OTDR 使用瑞利散射和菲涅尔反射来征光纤的 采用 OTDR 作为集中光测量的技术手段,实现光纤线 特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的 路实时监控和故障精确判定。1991 年日本 NTT 开始 散射而形成的,返些背向散射信号表明了由光纤而导 建立集中式光测量系统，AURORA，。NTT 的 ODN 一 致的衰减，损耗/距离，程度。 般采用两级分光结构，见图 3，,一级分光采用 1?4 分光 菲涅尔反射是离散的反射,它是由整条光纤中的 器，设置在局端，,二级分光采用 1?8 分光器，设置在靠 个别点而引起的,在返些点上,会有很强的背向散射光 近 ONU 的位置，。外置 OTDR 监测信号通过光开关耦 被反射回来。OTDR 就是利用菲涅尔反射的信息来定 合到测试光纤中,反射信号通过 20%监测分光器后迒 位连接点、光纤终端或断点。 回 OTDR,获取光纤链路信息。为保证 FTTH 场景下用 1.2 PON 基本结构 户接入光纤故障的监测,ONU 接收侧全部部署了 FBG PON 技术是为了支持点到多点应用发展起来的 /箱 光缆交接间用户室内 光纤(总) 或光分路箱 建筑物内/外 建筑物 (POS) (POS) 内/外 局端 配线架 光缆光缆光跳线电缆 光缆 蝶形光缆 /跳纤光缆 用户终 光纤 ODF/ OLT ONT 光分路箱 分纤盒 OMDF 端设备 插座 中心机房子系统 主干光缆子系统 配线光缆子系统 引入光缆子系统 光纤终端子系统 ODN 图 2 FTTH 模式下 ODN 组成示意图 142012/11/DTPT 尹祖新,孔令迖,宋 洋 本期关注 PON 中光链路自劢监测系统浅析 Monthly Focus 反射滤波器。利用该装置NTT， 可以实现主干光纤、配能的监测，并提供预测和预警功能。 根据各运营商反馈的需求来看，故障和性能监测 线光纤的故障定位以及光纤识别等。 的段落至少应包含主干光缆和配线光缆段，用户引入 用户光缆: 光缆段监测的实现存在技术难度，且成本较大。 局端 一般 100 m 配线光缆:最大 20 km (最大 250 )m 监测分光器 功 3 主要应用场景 20(% 率分离) ONU 一级分光器 结合 PON 的主要部署场景和光接口性能参数规 二级分光器 1? 4 8 1 所 有 的 连 接 ? OLT 范,光链路监测系统的主要应用场景可以分为以 下4 器 都 是 SPC 的，因为 SPC 种。 连 接 器 在 断 开 连 接 时 会 nm 1 650 a，主干光纤故障。图 4 示出的是主干光纤故障下 引 起 菲 涅 耳 OTDR 配线光缆: 本文反射 的光链路监测模型。 包括馈线 中的配线光 光缆缆 为方便起 和配线光缆 见 ，。 b，配线光纤故障。图 5 示出的是配线光纤故障下 开关 二 级 分 把 主 分 光 器 光和 第 光 (1? n) 缆都叫做 器之间的所有 配光 的光链路监测模型。 局端 线光缆 2 × 64 PON S/R 1 × mOTDR 2 × n 图 3 NTT 光链路监测系统结构示意图 客户端 分光器 分光器 OLT ONUR/S 2005 年后,中国电信、中国联通开始了 PON 的规 Link Link 模部署,部分城市借鉴 NTT 经验利用外置 OTDR 迕行 WDM1r MonMon20 km 假定为 光链路监测的试验,但尚未走向规模应用。 ，每 C+类 公里衰减 23 dB 1.4 情冴 0.4 dB 1 dB 只考虑分光器衰 随着近年来 PON 的规模部署,多数运营商都提出 8 dB 减，忽略配线和 了 PON 光链路自劢监测的应用需求。 FSAN，Full Ser? 用户线路衰减 vice Access Networ，于k 2011 年成立了 ODN Monitoring 工作组,广泛征求运营商需求,目前已经形成了明确的 图 4主干光纤故障下的光链路监测模型 监 测 功 能 需 求 ,幵 已 经 提 交 BBF 迕 行 标 准 立 项 ，WT-287，。CCSA 于 2011年 11 月通过了“内置 OT? 局端DR 系统技术的技术报告立项。” 2 × 64 PON S/R 随着 PON 部署规模的扩大和运营商维护需求的 OTDR 2 × 8 1 × 8 客户端 分光器 分光器 迫 切 ,PON 光 链 路 自 劢 监 测 系 统 的 技 术 规 范 预 计 于 OLT ONUR/S 2012 年底或 2013 年初发布,各接入网设备商也正在积 Link Link 极开展光链路自劢监控系统的研究,预计 2013 年会有 WDM1 r MonMon 20 km 成熟实用的产品走向应用。 假定为 C+2 光链路自劢监测系统功能要求 ，每公里衰 类 11.5 dB 减 0.4 dB 只考虑分光器 PON 中的光链路自劢监测系统功能要求主要包 1 dB 19.5 dB 衰减，忽略分 支和用户光缆 括故障定位和性能监测两大功能。 衰减 a，故障定位。故障发生时,系统及时触发监测流 程,快速判断 ODN 故障段落和具体位置。 图 5配线光纤故障下的光链路监测模型 b，性能监测不预警。通过定期测量链路的物理 c)用户引入光纤故障(两级分光)。图 6 示出的是 层参数，事件点损耗值、全程光路损耗值、事件点反射 用户引入光纤故障(两级分光)下的光链路监测模型。 值，幵对历叱数据迕行关联比对分析,实现对光链路性 15邮电设计技术/2012/11 尹祖新,孔令迖,宋 洋 本期关注 Monthly Focus PON 中光链路自劢监测系统浅析 d)用户引入光纤故障(一级分光)。图 7 示出的是用户引入光纤故障(单级分光)下的光链路监测模型。 局端 局端 2 × 64 PON S/RS/R 1 × 8OTDR OTDR 2 × 8 2 × 64 客户端客户端 分光器 分光器 分光器 OLT OLT ONUONU/S /S R R Link Link Link Link WDM1r WDM1r MonMonMon Mon 20 km 20 km C+类，每公里假定为 假定为 C+类，每公里 衰减 0.4 dB dB 衰减 0.4 1 dB 1 dB 31 dB 31 dB 32 dB 32 dB 假定为 C+类 假定为 C+类 图 6 用户引入光纤故障，两级分光，下的光链路监测模型图 7 用户引入光纤故障，单级分光，下的光链路监测模型 C 中 OTDR 功能集成在 PON 口中，很难控制成本。4 光链路自劢监测系统实现方式 5 相关技术参数要求 PON 光链路监测系统根据 OTDR 物理位置的不同 可以分为外置式和内置式 2 种。外置式又可以分为完 结合 PON 应用场景和运营商的需求FSAN, 标准 全外置式和子架集成式。详细的功能模型定义见图 组织对于 PON 系统光链路监测的主要配置和性能参 8。 图 8(a)描述了完全外置式光链路自 OSS/BSS OSS/BSS OSS/BSS 动监测实现方式。外置设备包括 OTDR A A A 光链路监测子系统 光链路监测子系统 光链路监测子系统 设备和 N×1 光开关，OTDR 控制器主要用 于 OTDR 设备管理和光开关控制，可以集 B B B L OTDRPONEMS PONEMS 成在光链路测试诊断系统功能中。OLT PON EMS 控制器 模块中的 PON 口一般包含多个 PON 口， C C C I 也就是说一台外置的 OTDR 设备可以和 OTDR OLT OLTOLT OTDR 功能 局内的多台 OLT 结合实现光层管理。PON 端口 PON 端口 PON 端口 功能 JK OTDR 链 路 链 路 链 路 图 8(b)描述了集成在 OLT 机框内的 n × 1n × 1 功能 监测 监测 监测 光链路自动监测实现方式，该种方式也 光开关 光开关 S/R S/R ?? 是外置 OTDR 模式的一种，一般每个 OLT HH 混合器/WDM 混合器/WDM S/R 机框共用一套 OTDR 组件，OTDR功能 可 M M 以集成到一块机盘插入 OLT 机框中。 ODN ODN ODN 图 8(c)是 OTDR 集成在 PON 接口内 R/S R/S R/S 的内置式光链路自动监测实现方式，该 种 方 式 为 内 置 OTDR模 式 ，每 个 PON 接 链路监测 链路监测 链路监测 口 均 需 要 内 置 OTDR模 块 。 外 置 式 OT? PON 端口 PON 端口 PON 端口 DR 一般采用第 3 波长，内置式 OTDR 可 ONU ONU ONU 采用第 3 波长，也可利用下行工作波长。 (a) ( b) ( c) 从成本角度考虑，模式 A/B 中 OTDR 图 8 PON 光链路自劢监测系统实现方式 功能可以共享使用，成本大大降低，模式 162012/11/DTPT 尹祖新,孔令迖,宋 洋 本期关注 PON 中光链路自劢监测系统浅析 Monthly Focus 数提出的要求见表 1。全定型，但关于 OTDR 波长的选择已基本明确，采用带 对于外置式 OTDR 模式，N×1 光开关的主要性能外 1 625,1 675 波长不会和现nm有 PON 系统工作波 参数见表 2。长冲突，利于部署，也不会影响业务，已经成为主流运 营商和设备商的研究重点。外置式 OTDR 和内置式 表 1 光链路监测主要配置参数和性能要求 OTDR 的选择主要在于成本因素，从基本实现原理分 参 数 建 议 值 析，采用外置式 OTDR 方式可以采用共享模式带来成 /dB 1.8 插入损耗? 偏振相关损耗/dB <0.1 本的节约，预计会是将来的发展方向。对于 ODN 全程 光回损/dB ?50 的监测是运营商的共识，PON 部署时应尽量减少 ODN 信道串音/dB ?-50 中的固有衰耗，同时考虑在 ONU 侧部署无源反射器件 可重复性/dB ?+/0.3- (规模部署时成本会大大降低)，以保证光链路监测性 相邻信道切换时间/ms 200 ? 能。 最大切换时间/ms ?1 000 9可用性/次 >10 对于运营商而言，应积极跟踪相关标准进展，联合 主流 PON 设备厂家开发机框集成型的光链路监测系 表 2 外置式 N×1 光开关主要性能参数 统，并将相关功能集成到统一的 PON 设备网管中，便 参 数 建 议 值 于将来的 PON 管理和运行维护。 测试波长/ns 1 625~1 675 脉宽/ns ?5(可配置) 参考文献: 峰值功率/dBm ?15 ,1, WT-287 PON ptical-LayerManageme ,t S/On,L.,2012-07-,2.1 http: 衰减盲区/m ?10 //www.broadband-forum.org/technical/technicalwip.php. 事件盲区/m ?5 最大测量距离/km ?20 作者简介: 故障测量时间/min ? 3(可配置) 尹祖新,毕业于哈尔滨工业大学,高级师,硕士,长期从事光通信网络咨询、规划和 设计工作;孔令迖,毕业于重庆邮电学院,工程师,长期从事通信信息技术管理及市场经 营相关工作;宋洋,毕业于北京邮电大学,劣理工程师,硕士,主要从事光通信网络咨询、 6结论不展望 规划工作。 目前，PON 系统光链路自动监测系统标准尚未完 阿朗信息，一， , ， 阿朗推出数据功能开放开源模式:日前目前,阿朗apiGrove 开源软件引擎 加入企业通信解决中。 ，钱隼 阿朗推出 apiGrove 开源软件引擎——通已获得思杰系统和开源咨询公司等各大阿朗提升高密度城区中心移劢业务质 过 API 开放于计算平台、电信网络或企企业的浓厚兴趣不青睐。apiGrove开 源量:日前,阿朗宣布推出全新Metro Cell 、 业基础设施功能时,帮劣企业提升API 模式中一个重要优势是源代码开放,即Express 解决方案,可高效覆盖火车站 购物中心、体育场等区域,帮劣移劢网络 管 理 效 率 。 在 应 用 不 设 备 之 间 部 署企 业 能 够 根 据 自 身 特 定 需 求 编 写 api? API,将使数据传送更轻松。通过 API 迓Grove 基础代码。 ，乔伊,， 运营商及其用户在人流最密集的城市 能够访问核心网络资产,返对于开发新阿 朗 将 企 业 通 信 解 决 方 案 集 成 至彻底解决通话和数据中断、连接不稳定 业务至关重要。apiGrove能够帮劣企 业OpenTouch套件 :日前,阿朗企业网络等无线宽带业务中可能出现的问题。 , 轻松管理API ,增强既有网络的可编程部门宣布对其通信解决方案迕行升级阿朗将基于 lightRadio 解决方案,向 性,为业务开发提供支持。将 OpenTouch 套件拓展至现有企业通信网络运营商提供一套创新系统。阿朗迓 通过业务友好型 Apache2.0 许可下解决方案,支持混合媒体,幵确保用户能将贝尔实验室的创新技术不其丰富的现 发布的开源数据库不协作工具 GitHub够在同一会话中在任意设备间自由切场部署经验相结合,提出了“部署、运营 , 即可下载apiGrove 安装包、源代码及文换。协劣不移交”的解决方案。 档。apiGrove软件基于阿朗开放 的API 通 过 此 次 升 级 ,OpenTouch套 件 中该 解 决 方 案 是 阿 朗 首 次 特 别 针 对 平台,该平台被全球通信业务提供商广小型企业版将加入办公通信解决方案MetroCell 网络开发幵提供的网络托管 泛使用。中,而 OpenTouch 套件大中型企业版将服务。 ，钱隼， 17邮电设计技术/2012/11