智能 ODN 系统研究与设计

摘 要：为了解决ODN面临的光纤错综复杂，故障定位低效等问题，引入电子标签，智能OTDR技术，提出了一种基于电子标签、光纤检测笔和智能OTDR故障监测的智能 ODN 解决方案,并重点讲述了智能ODN系统的核心—新一代智能OTDR故障定位系统。通过对ODN的研究，结合光纤通信技术，计算机软件技术等，研究和设计了一套用于各种光纤问题的智能ODN系统。

关键词：光分配网络；电子标签；OTDR；故障定位；检测系统

中图分类号：TN915                文献标识码：B

Intelligent ODN System Research and Design

Abstract：In order to solve the problem of ODN are facing, such as fiber complex, inefficient fault location. The electronic labels, intelligent OTDR technology were Introduced, and the intelligent ODN solution that is based on electronic labels, optical fiber detection pens, intelligent OTDR fault monitoring was came up. And focus on the core of intelligent ODN system - a new generation of intelligent OTDR fault location system. According to the study of ODN ，combined with the optical fiber communication technology, computer software technology, etc, a set of intelligent ODN system used for a variety of optical fiber problem was researched and designed.

Key words：ODN(Optical Distribution Network); electronic labels; OTDR; Fault location; Detection system.

0 引言

随着通信行业的发展以及三网融合的加速，中国掀起了FTTX网络建设热潮，我国光纤宽带用户数目持续高速增加，各通信运营商大力投资建设 FTTX 网络。与此同时，建设光纤宽带网络形成了庞大数量光纤线路资源，可是由于ODN的无源特征，致使维护管理困难，需要大量人力、物力。各

大运营商都被低效困扰，网络系统中心机房光纤、标签、节点数量庞大，原有系统诊断故障耗费时间长，准确性低，找到故障之后去维修，由于故障定位准确性低，现场施工难度大，需要几个小时。ODN 网络容易发生故障，而且故障定位处理低效，通过看标签查找端口、节点，失误多、难度大、效率低。传统的ODN系统无法很好地解决这些问题，如何及时检测并定位处理故障成为目前的研究重点，在光网络系统空前发展的环境下，运营商需要一套高效低耗，方便统一管理维护的智能ODN 系统网络。

1 ODN 系统

1.1 FTTX与ODN系统组成

FTTX系统的组成有：用户端的光网络单元(ONU)、局端的光线路终端(OLT)、光分配网（ODN）[1]。其中ODN是无源的，由光纤、分光器等无源器件组成，用于连接ONU与OLT，从功能上分，ODN从用户端到局端依次为：光纤终端、入户段光缆、配线段光缆、馈线段光揽四部分[2]。

1.2 ODN面临的问题

ODN网络从发展到现在面临的一些问题主要表现在以下两个方面：

1) 人工处理效率低下，准确性不高，管理滞后：端口标签错综复杂，主要依靠人工标记抄写，数据错误率高[3]。在工程实行阶段，工程师既要打印图纸，还要将所有网络信息手工录入。而且端口节点众多，人工处理，不仅效率低、错误率高，而且服务器收到的信息更新慢，网络管理低效滞后，影响业务开展和用户的使用，还有可能给运营商、用户造成巨大损失。

2)故障多发，而 OTDR故障检测处理系统不够智能化：随着光纤通信的发展，光网络的大规模建设，出现海量无源光器件，如分光器、光连接器光纤等[4]。这些无源光器件有的经历风吹日晒，有的被腐蚀，有的被施工挖断，有的在其它恶劣环境下，容易发生各种故障，如分光器接触头老化，连接器不稳定、光纤断裂，光纤重大弯曲等，而现有系统由于人工操作太多，不够智能，效率低下，还不能高效的检测并处理故障，不仅会影响用户的使用，而且还会造成经济损失。此外目前的故障检测系统只能对主干线做一个粗略的检测，分光器之后，由于衰耗大，OTDR动态范围小，各路光纤反射功率重叠，而无法进行有效判断和检测。

2 智能ODN系统

2.1 智能ODN要求和实现方法

智能ODN总体要求是：高效低耗、自动管理、快速故障定位和划分(RFTS)、快速施工、灵活、面向未来。智能 ODN 的实现方法是：一方面为原有ODN系统网络引入新的的智能成份，例如改善数据连接接口，提高传输稳定性；分光器智能管理；在节点和端口的管理中引入电子标签；光纤智能指示；去掉可省部分TF反射器，降低成本等；另一方面在服务器系统软件智能OTDR上改进算法，增加地理信息系统(GIS）以及系统拓扑图，增加历史查询系统，改善检测定位系统，增加对分光器后接入用户光纤的高效定位（由于返回的功率值重叠，在检测系统很难分辨，目前还没有应用对接入用户光纤的故障定位，该智能ODN系统提出了分析算法原理），实现快速定位的功能，同时引入光纤检测笔等现场工具。

2.2 智能ODN系统架构

智能ODN系统组成：

1) 中心检测服务器：通过光纤连接OTDR，利用智能OTDR系统检测软件对光纤整体线路做检测，返回各种功率值、距离，及衰耗等，结合GIS地理信息系统进行定位。

2) 机架式OTDR与光开关：机架式OTDR是整个系统的硬件核心，用于发射不同波长的测试激光，一般为1550nm，1310nm，1625nm三种激光。并对反射回来的测试信号进行算法分析，把功率值与损耗值传给服务器检测系统；光开关对光信号进行转换，将OTDR发射的激光测试波长导入不同的测试路由。

3) TAM测试接入模块：此模块的合波器可使测试激光与其它信号在同一根光纤传播。

4) 线路模块：尾纤、光纤、多路分光器、电子标签、光纤检测笔等。

2.3 设备要求

如果在ONU端都添加TF高反射，成本太高，不利于应用。该系统ONU端去掉TF高反射，但需采用高动态范围的OTDR（动态范围40dB以上），同时依靠故障分析软件（智能OTDR）的开发与完善，并结合线路正常时的历史记录。在此故障分析软件的开发完善成为重点，机架式OTDR至分光器之间的主干光纤链路与普通的光纤线路在线检测没有区别，检测方式一样，而对于分光器后的光纤非反射类事件（比如严重挤压、严重弯曲、熔接头异常、被动物撕咬等），无论ONU端有无TF反射，RFTS能做到通过软件分析算法的开发，并结合正常时的历史记录和入户光纤的特性，进行比较分析，从而实现故障定位。

3 智能ODN优势

3.1 智能OTDR软件

检测系统显示信息包括：事件类型、位置、插入损耗、回波损耗、衰减系数、累计损耗、链长、链衰减系数、链损耗、两定位杆所在位置参数、两定位杆之间的距离、两定位杆之间的衰减等。此软件需要对分光器后的多条线路进行检测，甚至能分析出哪家用户光纤出现错误，当然这必须要求用户与用户之间光纤距离差规律，比如从一楼到二十楼，一楼光纤假设为5米，二楼若为10米，则每上一层楼，光纤需增加等距离，这样在哪段距离出现异常反射，或应该有反射而没有出现，根据距离并结合历史记录就可推断出哪家用户光纤出现问题，现在用户家都是暗线，逐一做检查会带来很大成本与困难，这样就大大降低了成本，同时减少了排除故障所需的时间。

3.2 智能ODN新特性

智能ODN系统新增以下智能设计：电子标签新技术、智能端口与终端、智能OTDR故障检测系统、末端去掉TF终端滤波器、连接采用以太网接口，其中整个智能ODN的核心是智能化OTDR故障检测系统。

1) “电子标识||二维码”智能标签：电子标签记录了端口参数、使用状态、所连接器件信息等，对连接器、适配器、光纤端口、以及光跳线与端口间的连接关系进行标记。通过电子标签可得到端口参数，为 ODN智能管理做好铺垫，实现统一管理，资源信息同步、施工操作高效，提升服务质量，提高资源利用率，排除由于人工录入信息带来的一系列困扰。“电子标识||二维码”智能标签兼容二维码与电子标识，可只使用电子标识，或只用二维码，也可以同时使用二者。电子标识模式可很好提升效率，具有高准确率，应用性强等优势，适用于新建的 ODN 网络。二维码模式具有运作快，高效低耗等优点，适用于传统 ODN 网络的发展完善。而在一些对网络质量要求较高的场合，则采取电子标识与二维码相结合工作模式，这样可使网络具有更高的稳定性和更高的业务保障[3]。这种组合模式的智能标签具有高效率，低成本，可运作，运用灵活，适用性广等优势。

2) 智能端口与终端：智能 ODN 网络中的所有端口、节点信息可自动上报给 ODN 网管。智能终端主要实现以下功能：为智能 ODN 设备提供临时电源，作业时可为 ODN 网络设备供电；作为 ODN 设备与管理系统互通的桥梁，智能 ODN 端口与ODN 网管系统之间的信息传递通过智能终端完成；把部分信息可视化，显示到终端。

3) 智能OTDR故障检测系统：首先进行登录授权，进入网管部分，可选择系统拓扑图查看或修改整体系统拓扑机构，拓扑图示例如图1所示。

图1 系统拓扑图

检测人员也可进入历史检测查询系统，查询特定通道在某一时间段的检测历史，历史记录可方便使用者查询各种信息，并对符合条件信息进行打印或导出到EXCEL中，方便记忆，查看。查询界面如图2所示。

图2 历史检测查询系统

若要进行检测需要进入检测系统，配置相关线路参数，进行检测，该检测系统利用一套协议机制来建立软件与仪器之间的相互通信,根据OTDR协议，通过给OTDR一系列命令，返回所需要的光纤各点功率值，再根据信号返回时间等，利用算法公式计算出距离，并返回各种损耗衰减值。然后以距离为横轴，功率为纵轴，绘制坐标曲线图，把光纤信息显示在曲线中，并能对曲线进行放大缩小等，建立A，B标杆，用于用户可以直观了解曲线各点信息，以及各段距离。该系统突出之处是在目前已有系统之上添加了自动分析功能，可以对曲线进行分析对比，建立一套算法，找出曲线特点，并结合详细的历史记录，分析出光纤各种故障点，并能分析出分光器后通向用户的各路光纤是否出现故障，甚至第几用户家出现故障，当然分光器后通向用户的光纤距离需要符合用户与用户之间光纤距离差相等的规律，检测系统界面如图3所示。

图3 检测系统