TDM-PON链路故障探测与定位一体化设计关键技术研究

TDM-PON has become one of the most popular broadband access due to its unique networking and bandwidth advantages. The continuous and rapid development of various broadband services and services needs for end-users has led to a dramatic increase in the scale of PONs, which makes the management and maintenance of network systems increasingly prominent. Most of the optical coding-based PON monitoring schemes solve the problem that OTDR is ineffective in a TDM-PON. However, they can hardly achieve comprehensive consideration of factors such as cost, implementation difficulty and effectiveness. Most importantly, they are impossible to accurately locate the fault point. In this project, a combination of scheme design, theoretical modeling and experimental demonstration will be used. The studies will be aimed at the key technologies for the integrated design of fault detection and localization of TDM-PON systems. The remote coding scheme using FBG cascaded encoder is employed to solve the problem of fault detection in a high capacity TDM-PON. In addition, a matching network recognition algorithm is proposed to realize fast and accurate identification of fault branches. On this basis, the properties of the detecting signal of the monitoring system and its transmission characteristics in the optical fiber link will be analyzed. The accurate localization of the fault point can be achieved by the dual pulse widths method. The project provides an efficient, low-cost solution for rapid diagnosis and repair of link failures based on a small increase in the cost of the original monitoring system.

TDM-PON凭借独特的组网和带宽优势已经成为当前最主流的宽带接入方式之一。终端用户对各类宽带业务和服务需求的持续快速发展导致PON的规模不断增大，网络系统的管理与维护问题日益突出。多数基于光编码的链路监测技术解决了OTDR在TDM-PON中探测失效的问题，但无法全面兼顾成本、实现难度和有效性等因素，尤其不能对故障点进行精准定位。本项目将采用方案设计、理论建模和实验验证相结合的方法，研究实现TDM-PON故障探测与定位一体化设计的关键技术。利用基于FBG级联编码器的远端编码技术解决大用户容量TDM-PON链路故障探测问题，设计配套的网络识别算法，实现对故障分支快速、准确的识别。在此基础上，分析监测系统探测信号特征及其在光纤链路中的传输特性，通过双脉宽探测方法实现对故障点的精准、在线定位。在不过多增加原监测系统成本的前提下，项目可为链路故障的快速诊断和修复提供高效、低成本的解决方案。

PON凭借独特的组网和带宽优势已经成为当前最主流的宽带接入方式之一。终端用户对各类宽带业务和服务需求的持续快速增长导致PON的规模不断扩大，网络系统的管理与维护问题日渐凸显。部分已提出的链路监测技术解决了OTDR在PON中探测失效的问题，但无法全面兼顾成本、实现难度及有效性等因素，尤其不能对故障点进行精准定位，在实际应用中遭遇了巨大困难。本项目采用方案设计、理论建模、实验验证及性能评估等方法，突破了一系列实现PON链路故障探测与定位一体化设计的关键技术。提出了基于单FBG的波长-带宽识别的PON链路监测技术，在配套的网络识别算法中利用相似度分析法解决了同一波长处不同带宽识别的问题，可实现对大容量、高密度网络故障分支链路地快速、准确探测。在此基础上，通过深入分析监测源信号在系统链路上的传输特性，提出了集故障探测与定位功能于一体的PON链路监测系统。在鲜有报道的情形下，同时实现了对PON故障分支链路的简单、有效探测与无OTDR的精准定位。计算与实验结果表明所提系统具有极低的动态范围要求和较高的定位精度。提出了基于FBG-FP腔的PON链路监测技术，通过引入有效腔长及对相关参数的优化实现了精准的单纵模输出，简化了最终识别过程，极大地降低了多用户干扰概率。提出了PON链路故障探测与定位一体化在线监测技术，其中故障探测技术利用特定的算法配置各链路末端的级联FBG，在最小化系统成本的同时也提升了系统性能；故障定位方法通过同一发射模块依次向相应链路注入两个不同的未调制宽带源信号来获取所建模型方程的相关参数，并利用最小二乘法获得了准确的数值解，在不依赖OTDR的情况下实现了对故障点的精确、在线定位。此外，项目还在实用化方面进行了一些探索与尝试。在全面兼顾成本、实现难度及有效性等因素的前提下，项目可为PON链路故障的快速诊断和修复提供高效、低成本的解决方案，助力宽带中国建设最后一英里光纤链路无阻断、自动、快速安全运行，为提升接入网的可靠性提供核心监控手段。