无源光开关多级级联的光纤链路端到端故障检测与定位系统及方法与流程

本发明涉及光纤通信链路故障检测与定位，具体涉及一种无源光开关多级级联的光纤链路端到端故障检测与定位系统及方法。

背景技术：

1、无源光开关凭借无源免供电、低插入损耗、运行稳定、免现场维护等的特性，而被广泛应用于电力通信专网、工业光纤组网、通信接入网、分布式骨干光纤传输网络等场景。以往技术中，在大规模、广覆盖、多节点的光纤组网架构中，普遍采用多级无源光开关级联的分层拓扑结构，通过多级光开关的通道切换与分光功能，实现单局端对多终端的分布式光纤传输，大幅提升光纤资源复用率与组网灵活性。此外，多级级联无源光开关光纤链路具有层级多、分支数量大、链路拓扑耦合性强、传输距离长等优点，以及长期运行过程中易受环境温湿度变化、外力牵拉弯折、光纤老化、接头氧化松动、施工磨损等因素影响，出现光纤断裂、纤芯微弯损耗超标、接头损耗异常、链路色散畸变、节点接触不良等故障缺点。多级链路故障具有耦合叠加特性，单层级、多层级故障极易相互干扰，直接导致光纤通信链路传输中断、误码率升高、传输稳定性下降，对通信专网、工业控制、电力调度等关键业务造成严重影响。

2、现有光纤链路故障检测技术存在诸多实质性技术缺陷，无法适配多级无源光开关级联组网场景。传统otdr检测技术仅能实现单段光纤损耗与断点检测，针对多级耦合级联链路存在大量检测盲区，无法区分故障所属光开关层级与具体分支纤段，定位精度低，无法解耦多级链路叠加的故障信息。现有多级链路检测方案大多依赖各级链路部署有源检测单元，设备部署成本高、布线复杂，有源器件易引入电磁干扰与信号噪声，同时自身故障率高，增加系统运维压力。更为关键的是，现有常规检测方案仅能实现单一点故障识别，面对多级链路多点共存故障场景，存在故障特征耦合、无法分层解耦的问题，极易出现故障误判、漏判、定位偏移，无法实现精准溯源。此外，现有技术未针对多级光开关组态与链路分支的对应关系建立精准数字化模型，链路映射关系模糊，故障溯源缺乏有效数据支撑，检测自动化与精准度难以满足工程应用需求。

3、综上，现有技术普遍存在多级链路检测盲区大、故障耦合无法解耦、多点故障识别能力缺失、有源设备依赖度高、定位精度差、自动化程度低的技术短板，亟需设计一种全新的、适配多级无源光开关级联拓扑的端到端无盲区、高精度故障检测与定位技术方案。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供了一种无源光开关多级级联的光纤链路端到端故障检测与定位系统及方法，实现纯无源链路架构下的全链路无盲区检测、多层级故障解耦溯源、单点/多点故障精准定位与分类，大幅降低运维成本，提升光纤链路运行可靠性，而能有助于解决现有多级级联无源光纤链路检测盲区大、故障耦合无法解耦、多点故障难以识别、定位精度低、依赖有源设备的技术问题。

2、本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下。

3、本发明涉及的无源光开关多级级联的光纤链路端到端故障检测与定位系统，包括多级级联无源光开关链路、端到端光信号采集模块、人机交互运维模块，以及链路映射建模模块与故障分析定位模块。

4、参照现有技术：多级级联无源光开关链路为多级或者说n级无源光开关首尾级联构成的分层分布式无源光纤传输链路，连接局端光纤收发单元与终端光纤节点，其中n为自然数且不小于2。端到端光信号采集模块部署于局端，用于采集光纤链路光信号特征数据。人机交互运维模块用于可视化展示检测结果、配置运行参数并存储故障日志。

5、在本发明的革新内容中：链路映射建模模块用于控制各级无源光开关完成全覆盖组态切换，遍历所有通断工况以建立光开关组态与各级链路纤段的一一对应映射矩阵，完成多级复杂链路的数字化解耦建模。端到端光信号采集模块与光开关组态切换时序同步，采用分时编码抗串扰方式向链路注入探针光脉冲，采集不同组态工况下链路的时延、光功率、相位多维度差异化特征数据。

6、故障分析定位模块用于比对多工况实时特征数据与无故障基准数据，依托组态-链路映射矩阵完成多层级数据解耦与故障溯源，精准/准确定位故障所属链路层级、具体纤段，并结合差异化畸变特征识别对应故障类型。

7、可选地，多级级联无源光开关链路采用对称分层拓扑结构，第一级无源光开关输入端对接局端光纤收发单元，输出端分别连接次级无源光开关与本级分支终端节点，逐级递推布置，末级无源光开关输出端全部对接终端光纤节点，构成多分支端到端光纤传输链路。

8、可选地，链路映射建模模块对各级无源光开关全通、单通道通、多通道通、全断四类基础组态进行全覆盖无遗漏遍历采集，匹配各组态对应的链路连通组合状态，及关联光开关组态参数与各链路纤段的连通属性，构建并固化n*m维度的专属链路映射矩阵作为故障溯源基准模型，其中n为光开关级联数量，m为单级光开关最大分支纤段数量，实现多级耦合链路的物理层级与电气组态精准对应。

9、可选地，端到端光信号采集模块采用分时复用编码方式对探针光脉冲进行时序编码，通过不同组态时序错位采集规避多级级联链路的信号串扰问题；同步采集各工况下链路往返时延、光功率损耗、相位偏移核心数据，过滤温度噪声、链路底噪等环境干扰数据后，汇总形成包含多组态差异化特征的完整链路特征数据集。

10、可选地，故障分析定位模块内置基准数据库与算法组件。

11、基准数据库预存不同链路长度、不同级联工况下的无故障标准时延、标准光功率、标准相位阈值基准参数。

12、算法组件包括特征比对算法、层级溯源算法及故障分类算法；

13、特征比对算法用于比对多工况实时数据与基准数据，提取链路异常畸变特征；

14、层级溯源算法用于匹配映射矩阵，反向锁定故障对应的光开关级次与具体故障纤段；

15、故障分类算法用于依据时延突变、功率骤降、相位偏移超标等差异化畸变特征，精准/准确区分光纤断裂、纤芯弯折、接头损耗超标、链路色散异常、节点接触不良各类故障类型。

16、可选地，故障分析定位模块利用不同光开关组态下的链路特征差异化分布规律，对多级链路叠加的故障畸变信息进行分层解耦处理，可独立识别单级单点故障、多级多点共存故障，有效解决传统检测方式多故障叠加导致的定位偏差、误判及漏判问题。

17、可选地，还包括故障告警模块。故障告警模块分别与故障分析定位模块、人机交互运维模块信号连接，用于依据预设故障等级阈值对检测到的故障进行分级判定，并对应输出本地声光告警及远程网络告警信号。

18、可选地，各级无源光开关为无供电、无有源信号处理的纯无源器件，仅通过局端远程组态切换实现链路状态调控，链路传输与故障检测全过程无有源设备介入。

19、本发明还涉及基于上述任何一种形式的所述系统的一种无源光开关多级级联的光纤链路端到端故障检测与定位方法，包括光纤链路光信号采集、数据比对分析、运维结果输出及日志存储基础步骤：且特别低还包括以下步骤：

20、s1系统初始化，链路映射建模模块完成多级级联光开关链路的映射矩阵建模，固化链路无故障基准参数；

21、s2根据定时自动触发或人工手动触发方式启动故障检测，控制各级无源光开关按照预设序列完成时序组态切换；

22、s3端到端光信号采集模块同步光开关切换时序，采集不同开关组态下的链路时延、光功率、相位特征数据，生成多维度特征数据集；

23、s4故障分析定位模块将实时特征数据集与预设基准参数比对，提取故障畸变特征，通过映射矩阵反向溯源故障层级与具体故障纤段；

24、s5根据畸变特征判定故障类型与故障等级，生成标准化故障检测报告，通过人机交互运维模块可视化展示，并同步执行分级告警；

25、s6自动存储故障日志，完成单次闭环检测流程，并循环执行定时检测任务，持续实时监测链路运行状态，实现链路故障常态化监控。

26、进一步，针对多级链路多点故障场景，通过匹配不同光开关组态对应的差异化特征数据，独立拆分、分离各层级故障畸变信息，实现多故障点位的无干扰精准独立定位，规避多级链路故障相互耦合干扰导致的定位误差。

27、有益效果：本发明采用纯无源链路检测架构，无需分布式有源检测设备，彻底消除传统多级链路检测盲区，解决了现有技术故障耦合干扰、多点故障识别能力差、定位精度低、有源依赖度高的技术问题，而且检测自动化程度高、适配场景广、运行稳定性强，适用于各类多级无源光开关级联光纤组网的故障运维检测场景。具体地，相比现有技术具备如下突出实质性特点与显著进步：1）实现多级耦合链路全解耦建模，彻底消除检测盲区：本技术的技术方案通过对各级无源光开关四类基础组态进行全覆盖遍历，构建组态与链路纤段一一对应的映射矩阵，实现多级耦合链路的数字化分层解耦，打破传统otdr检测层级盲区限制，覆盖所有级联层级与分支纤段，实现端到端全链路无盲区检测。2）纯无源检测架构，系统稳定性高、成本低：本技术的技术方案全程采用无源光开关器件，无需在分布式链路中部署任何有源检测设备，无需现场供电与布线，规避有源器件带来的信号干扰、设备故障与运维成本高的问题，适配高温、高湿、强电磁干扰等复杂工业与户外组网场景。3）多点故障分层解耦识别，检测准确率大幅提升：本技术的技术方案依托多组态差异化特征数据，对多级链路叠加的故障畸变信息进行分层拆分处理，可精准区分单级单点故障、多级多点共存故障，解决现有技术多故障耦合无法识别、误判漏判的核心痛点，故障定位精度可达米级。4）多维度特征融合检测，故障分类精准度高：申请的技术方案针对融合链路时延、光功率损耗、相位偏移三类核心特征，依托不同故障的差异化畸变规律，实现光纤断裂、纤芯弯折、接头损耗超标等多类故障的精准分类，为现场运维修复提供精准依据。5）自动化程度高、运维便捷：支持定时自动检测与人工手动检测双模式，可自动完成链路建模、数据采集、故障分析、定位分类、分级告警与日志存储，全流程自动化运行，可视化展示检测结果，大幅降低人工运维难度，提升故障处置效率。6）适配性广、扩展性强：可适配二级及以上任意级数的无源光开关级联组网，兼容多分支、长距离、对称/准对称拓扑光纤链路，可广泛应用于电力、工业、通信等各类光纤专网场景，应用范围广。