使用故障注入到線路監測系統基線中的系統和方法

使用故障注入到線路監測系統基線中的系統和方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于建立新的線路監測系統（LMS）基線數據的方法（500）和關聯的系統（12），與所述新的線路監控系統（LMS）基線數據相比較，故障在對所述系統的改變之后在光通信系統（10）的線路監測系統（12）中被識別。新的LMS基線通過將與先前的未修復的故障相關聯的故障特征數據注入到LMS當前測量環路增益數據中來建立。
【專利說明】使用故障注入到線路監測系統基線中的系統和方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及光通信系統，并且更具體地，涉及一種使用故障注入到線路監測系統基線中的系統和方法。
【背景技術】
[0002]在長距離光通信系統中監測系統的健康狀況可能是重要的。例如，監測能夠被用來檢測光傳輸電纜中的故障或中斷、出故障的中繼器或放大器或系統的其它問題。
[0003]已知的監測技術包括在系統放大器/中繼器和/或其它網絡設備內包括環回路徑(例如，高損耗環回(HLLB)路徑)的網絡的線路監測系統(line monitoring system,LMS)以及生成表示偽隨機位序列的測試信號的線路監測設備(line monitoring equipment, LME)的使用。例如在波分復用系統中，LME可以隨著信息信號發送測試信號。測試信號可以通過HLLB路徑而被返回給LME。LME可以包括硬件和軟件組件，所述硬件和軟件組件使所返回的測試信號與數據信號分離，并且處理所返回的測試信號來獲得表示在它從線路監測設備通過HLLB和任何中間光路和放大器并回到LME的傳播中給予測試信號的HLLB環路增益的數據。HLLB環路增益中的顯著偏差可以指示系統中的故障。
[0004]被LMS用來確定例如在光纖、中繼器、分路單元等中是否已發生系統故障的基本數據集是LMS基線。特別地，LMS基線是在系統開始運轉之前或在系統中發生故障或降級之前所做出的來自每個環回路徑的增益數據的控制測量，當前測量與所述控制測量相比較以確定是否在系統中已發生新的故障或降級。
[0005]故障可以由LMS使用自動特征分析(automatic signature analysis, ASA)算法來檢測。一般而言，ASA算法使用LMS基線的增益數據(例如差分增益數據)對與一組已存儲的增益特征相比較的當前測量的增益數據來確定可能存在什么故障。包含ASA的系統的一個示例在共同擁有的美國專利N0.7，809，279中被描述，其教導從而通過引用合并于此。
[0006]在特定條件下，諸如在系統修復之后或如果發生改變終端線路特性的系統升級，LMS基線應該被重置為新的LMS基線測量，即系統應該被“重定基線(re-baseline)”。將來的測量被與新的LMS基線相比較。遺憾的是，一旦新的LMS基線被建立，在與舊的LMS基線的比較中可能已被報告的任何故障或降級就將消失，因為它們與新的LMS基線相比將不是可見的。僅在新的LMS基線被設置之后發生的新的故障將被LMS的ASA算法所檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]現將參考附圖通過示例的方式來描述本發明，其中:
圖1是與本公開一致的系統的一個示例性實施例的簡化框圖；
圖2包括與本公開一致的示例性系統中與額外泵浦損耗(pump loss)相關聯的差分環路增益(differential loop gain)的改變對環回路徑號的曲線圖；
圖3包括與本公開一致的環路增益對中繼器環回號的曲線圖，其與LMS當前測量和通過用與先前的故障相關聯的故障特征來修改LMS當前測量所建立的新的LMS基線相關聯； 圖4包括與本公開一致的使用新的LMS基線所計算的并且識別先前的額外泵浦損耗故障的差分環路增益中的改變對環回路徑號的曲線圖；以及
圖5是圖示了與本公開一致的過程的一個示例的流程框圖。
【具體實施方式】
[0008]本發明涉及用于建立新的線路監測系統(LMS)基線數據的方法和關聯的系統，與所述新的線路監測系統(LMS)基線數據相比故障在對系統的改變之后在光通信系統的線路監測系統中被識別。通過將與先前未修復的故障相關聯的故障特征數據注入到LMS當前測量環路增益數據中來建立新的LMS基線。所述方法包括獲得表示通過系統的多個環回路徑中的每一個給予測試信號的增益的LMS當前測量環路增益數據的第一步驟，所述環回路徑中的每一個將用于承載第一方向上的信號的第一光纖路徑和用于承載與第一方向相反的第二方向上的信號的第二光纖路徑相耦合。所述方法還包括用表示與在改變之前在所述系統中所識別的先前的故障相關聯的故障特征的數據來修改LMS當前測量環路增益數據以建立新的LMS基線數據的第二步驟。
[0009]與本公開一致的系統和方法包括將相對于先前的LMS基線所識別的先前的故障注入到新的LMS基線中以便使得可以相對于新的LMS基線來識別先前的故障。在一個實施例中，最后一個已知的故障特征集的相反(inverse)可以被注入到當前基線中以便使得可以使用與先前的基線相關聯的相同的故障特征集來完成具有新的基線的故障檢測。在此類實施例中檢測先前的故障和新的故障從而可以在沒有對與先前的故障相關聯的故障特征集的改變的情況下相對于新的基線來實現。
[0010]圖1是與本公開一致的包括線路監測系統的WDM傳輸系統10的一個示例性實施例的簡化框圖，其包括線路監測設備(LME)12和環回路徑42-1、42-2...42-Ν。一般而言，系統10可以被配置成計算與每個中繼器/環回路徑相關聯的環路增益值。環路增益中的變化可以被用來生成指示系統中的故障的系統警報。自動化特征分析(ASA)算法可以被應用于環路增益以識別故障的性質。
[0011]如本文中所用的術語環路增益指的是沿著從LME通過關聯的環回路徑并回到LME的路徑、或沿著此類路徑的任何部分給予LME測試信號的增益。沿著相鄰環回路徑之間的路徑部分的環路增益在本文中被稱為差分環路增益。實施例將在本文中被描述為使用差分環路增益。一般而言，差分環路增益可以被計算為沿著從LME通過第一環回路徑并回到LME的路徑給予LME測試信號的增益減去沿著從LME通過緊接在第一環回路徑之前的環回路徑并回到LME的路徑給予LME測試信號的增益。
[0012]本領域的普通技術人員將認識到，為便于解釋，系統10已被描繪為高度簡化的點對點系統形式。應當理解的是，與本公開一致的系統和方法可以被合并到各式各樣的網絡組件和配置中。本文所圖示的示例性實施例僅通過解釋而非限制的方式來提供。
[0013]在所圖不的不例性實施例中，傳輸系統10包括激光發射機30和用于承載光信號的光纖對(包括光纖28和29)。光纖28和29可以是用于例如在水體中和/或跨水體部署的長距離光纖線路。布置在水體(例如海洋)中的系統部分可以在本文被稱為“濕設備(wetplant)，，。
[0014]光纖28和29可以是單向光纖并且承載相反的方向上的信號。光纖28和29 —起建立雙向路徑以用于傳輸信號。雖然所圖示的示例性監測系統可以被描述為監測包括兩個單向光纖28和29的傳輸系統，但是與本公開一致的系統可以被用來監測采用單個雙向光纖的傳輸系統。
[0015]激光發射機30可以是被配置成通過光纖29將多個信道(或波長)上的光數據發送到WDM接收機60的波分復用(WDM)發射機。當然，為便于解釋，發射機和接收機被以高度簡化的形式示出。激光發射機30可以包括均使用不同的信道或波長來發送光數據信號的多個激光發射機，以及用于將數據信號組合成通過光纖29發送的聚合信號的復用器。接收機可以解復用并且檢測所發送的數據信號。類似地，WDM數據信號可以通過光纖28被從發射機62發送到接收機64,即在與光纖29上的那些信號相反的方向上。可替換地，可以在光纖28和/或29上承載僅單個數據信道。
[0016]線路監測設備(LME)12可以被配置用于監測系統10的健康狀況，并且可以用各種配置來提供。在所圖示的示例性實施例中，LME 12包括碼生成器14、包括激光發射機16和偏振擾頻器70的測試信號發射機15、延遲系統20、包括ASA處理器72和計算機可讀存儲器的相關器系統22以及濾波器26。LME 12可以被配置成當在系統10中檢測到故障時將輸出24 (例如警報)提供給元件管理系統74。 [0017]碼生成器14可以被配置用于生成和輸出測試碼，諸如碼的偽隨機序列(PRS)。各種碼生成器和碼配置為本領域的普通技術人員所知。碼生成器14的輸出端可以被耦合到激光發射機16。如本文中所用的術語“耦合的”指的是任何連接、耦合、鏈路等，通過所述任何連接、耦合、鏈路等將一個系統元件所承載的信號給予經“耦合的”元件的。此類“耦合的”設備不一定被直接地連接到彼此并且可以被可操縱或者修改此類信號的中間組件或設備分尚。
[0018]激光發射機16可以采用已知配置，例如分布反饋激光器(DFB)，并且可以被配置成在以載波波長λ ^產生光輸出，所述載波波長λ ^可以不同于要被在傳輸系統上傳輸的所有數據信道的波長。載波波長λ ^例如可以在系統的光譜帶寬的邊緣處或者可以是在數據信道之間。在一個實施例中，激光發射機可以被配置成以多個不同的載波波長提供光輸出。例如，激光發射機可以以在數據信號傳輸帶的短波長端的短LME波長(即相鄰的最短波長數據信道)和以在數據信號傳輸帶的長波長端的長LME波長(即相鄰的最長波長數據信道)提供輸出。在一個實施例中，短LME波長可以是1537nm以及長LME波長可以是1563nm。激光輸出的功率可以被設置低于通過光纖28和29所傳送的數據信號的功率水平以最小化數據信號的損傷。
[0019]激光發射機16可以例如在長和短LME波長兩者上生成表示從碼生成器14接收到的碼的LME測試信號。LME測試信號可以被提供為測試信號發射機15的LME測試信號輸出18。在一個實施例中，碼生成器的輸出可以直接地對激光輸出的幅度進行調制。用于將碼給予來自激光發射機的輸出光的其它配置是已知的。例如，碼可以通過耦合到激光發射機16的輸出的幅度或其它調制器而被給予。
[0020]在所圖示的示例性實施例中，可選的偏振擾頻器70被耦合到激光發射機16以用于對LME測試信號的偏振進行加擾。偏振擾頻器可以米用已知配置。在一個實施例中，偏振擾頻器70可以以在偏振調制時段內偏振態的平均值從一減小的方式來變更LME測試信號的偏振態。因此，測試信號發射機15的LME測試信號輸出18可以具有大體上等于零的偏振度并且可以被認為被偏振加擾。
[0021]在所圖示的示例性實施例中，耦合器34可以組合來自發射機30的WDM數據32和LME測試信號18并且輸出該組合信號以供在光纖29上傳輸。多個光中繼器36-1、36_2...36-N可以被耦合到光纖28和29。每個中繼器都可以分別包括用于放大通過光纖29發送到接收機60的光信號的第一放大器40-1、40-2…40-N，并且分別包括用于放大通過光纖28發送到接收機64的光信號的第二放大器38-1、38-2...38-Ν。每個中繼器都還可以包括關聯的環回路徑42_1、42_2...42_Ν(例如高損耗環回路徑),其將在光纖29上發送的信號的一部分返回給光纖28以用于傳輸到LME 12。
[0022]信號52可以被耦合到濾波器26，并且可以承載存在于光纖28上的所有信號，包括經組合的WDM數據32和由環回路徑42-1、42-2...42-Ν通過光纖28所返回的LME測試信號
18。濾波器26可以是波長選擇性的，并且僅將所返回的LME測試信號18的波長傳遞到相關器22。
[0023]由每個中繼器經由光纖28返回給LME 12的LME測試信號與原始LME測試信號18延遲了與每個中繼器的延遲路徑的距離成比例的時間段。對于第一中繼器36-1，例如，時間延遲tsl與通過第一中繼器36-1的延遲路徑的距離成比例。通過第一中繼器的距離Cl1可以被計算為從碼生成器14到發射機16、偏振擾頻器70、到耦合器34、到第一中繼器36-1、通過環回路徑42-1、到光濾波器26以及到相關器22的距離。對于由第一中繼器36-1所返回的LME測試信號的時間延遲tsl因此可以被計算為U=Cl1A^其中c是光的速度。類似地，對于由第二中繼器36- 2所返回的LME測試信號的時間延遲ts2能夠基于第二中繼器36-2的延遲路徑的已知距離(12來計算并且可以被計算為ts2= d2/c。同樣地，對于系統中附加的中繼器的時間延遲還能夠基于它們的延遲路徑的已知距離來計算。
[0024]為了促進通過相關器22進行的相關操作，延遲系統20可以從碼生成器14接收所發送的碼并且將多個關聯的延遲碼輸出到相關器22。延遲系統20可以在與每個中繼器相對應的時間延遲(即，tsl (與對于第一中繼器36的時間延遲相對應)、ts2 (與對于第二中繼器44的時間延遲相對應)等)之后輸出每個碼。換句話說，延遲系統20可以基于每個中繼器的位置使碼延遲。
[0025]相關器22然后可以使已返回LME測試信號與來自延遲系統20的經延遲的碼相關。相關器22可以使電信號或光信號相關。在相關器22使電信號相關的情況下，LME 12可以進一步包括連接在濾波器26與相關器22之間用于將由濾波器26所輸出的光信號轉換成電信號的光至電轉換器。
[0026]在相關操作中，相關器22可以被配置成計算與每個中繼器36-1、36-2...36_Ν/環回路徑42-1、42-2…42-Ν相關聯的環路增益數據。為便于連同圖1解釋，在本文中可以參考與每個中繼器相關聯的環路增益。應當理解的是，可以在耦合到系統的任何組件中(例如，在中繼器、分路單元等中)提供環回路徑，并且可以相對于每個環回路徑來計算環路增益而不考慮提供該環回路徑的組件。
[0027]對于每個中繼器的環路增益數據可以通過將從中繼器接收到的所返回的LME測試信號與關聯的延遲測試碼相比較來計算。在所圖示的示例性實施例中，任何中繼器36-1的環路增益可以表示從碼生成器14到發射機16、到偏振擾頻器70、到耦合器34、到中繼器36-1、通過環回路徑42-1到光濾波器26以及到相關器22給予測試信號的增益和損耗。[0028]在一個實施例中，相關器22可以被配置成將與每個中繼器相關聯的環路增益數據轉換為與每個中繼器36-1、36-2...36-Ν相關聯的差分環路增益數據。對于每個中繼器36-1的差分環路增益可以被計算為與中繼器36-1相關聯的環路增益減去與緊接在中繼器36-1之前的中繼器36-(1-l)相關聯的環路增益。例如，與中繼器36-2相關聯的差分環路增益可以被計算為對于中繼器36-2的環路增益減去對于中繼器36-1的環路增益。在所圖示的示例性實施例中，因為與相繼的中繼器的HLLB路徑相關聯的損耗基本上可以彼此抵消，所以與中繼器36-2相關聯的差分環路增益大體上可以表示通過放大器40-2和38-1給予測試信號的增益減去在路徑39和37上給予測試信號的損耗。
[0029]差分環路增益因此可以依賴于僅四個隨機變量，即兩個增益變量和兩個損耗變量。因此，與簡單的環路增益相比，差分環路增益可以表現出由于正常系統波動而導致的相對小的最大/最小偏差，并且可能不特別對距離敏感。這些因素可以允許設置可靠增益變化閾值，在所述可靠增益變化閾值處可以設置故障檢測觸發器。
[0030]在所圖示的示例性實施例中，相關器22包括ASA處理器72和計算機可讀存儲器71。ASA處理器72可以被配置成將一個或多個ASA算法應用于由相關器22所計算的差分環路增益數據以表征在傳輸系統10中發生的故障的類型。一般而言，ASA過程使用LMS基線數據與環路增益數據的當前測量的關系對照一組已存儲(例如在存儲器71中)的故障特征相比較來確定系統中可能存在什么故障。ASA過程可以由當中繼器中的差分環路增益超過預定差分環路增益變化閾值時所生成的警報來觸發。作為ASA過程的結果，相關器可以將輸出24提供給元件管理系統74從而指示故障的類型。
[0031]ASA算法可以采用各種配置并且可以被實現為例如在諸如ASA處理器72之類的計算機系統上運行的一個或多個計算機程序或應用。計算機程序或應用(諸如ASA算法)可以被存儲在存儲器71或其它機器可讀介質(例如，硬盤、CD Rom、系統存儲器、光存儲器等)上并且可以被處理器(諸如ASA處理器74)所運行以使處理器執行在本文中描述為被相關器22所執行的功能中的全部或部分。應該預期的是，此類計算機程序產品可以被分布為可拆卸非暫時性機器可讀介質(例如磁盤、CD-ROM)、與系統一起預加載(例如，在系統ROM或固定盤上)，或者通過網絡(例如，因特網或萬維網)從服務器或電子公告板分布。本領域的普通技術人員將認識到，相關器功能可以使用硬件、軟件和/或固件的任何組合來實現以提供此類功能。
[0032]在一個實施例中，ASA處理器72可以被配置成將當前差分環路增益數據與對應于由光通信系統中的故障而導致的差分環路增益的預定差分環路增益故障特征相比較。差分環路增益數據與預定差分環路增益故障特征的比較可以使用已知的信號處理技術(諸如匹配濾波器)來執行。可以針對諸如額外泵浦損耗和額外光纖損耗之類的系統故障來建立預定故障特征。額外泵浦損耗可以由在中繼器內的放大器泵浦激光器的完全失效或部分失效來表征。額外光纖損耗可能發生并且可以由通過光纖路徑(例如，在圖1中的放大器40-1與40-2之間的路徑中)的傳輸的附加損耗或完全損耗來表征。與額外泵浦損耗和額外光纖損耗相關聯的特征的示例可以在通過引用合并在本文中的前述美國專利N0.7，809，279中找到。當然，可以檢測并且檢查其它故障。
[0033]與本公開一致，系統10的相關器系統22可以被配置成在新的LMS基線被建立時(例如，在對系統的改變之后或應用戶通過耦合到元件管理系統74的接口的請求)將相對于先前的LMS基線所識別的先前的故障注入到新的LMS基線中。圖2-4和表1_2圖示了系統10 (例如相關器系統22)將先前的故障注入到新的LMS基線中的操作的一個實施例。圖2-4中所闡述的曲線和表1-2中所給出的值僅通過解釋的方式來提供。對于任何給定系統的曲線和測量值將取決于系統配置。
[0034]下面的表1圖示了與操作于LMS基線(即在系統的后續重定基線之前)的系統中的一個或多個初始故障的檢測相關聯的示例性測量。表1包括與十二個不同的環回路徑中的每一個相關聯的LMS基線測量(A欄)和LMS當前測量(C欄)，即每個測量都表示從LME (例如圖1中的LMS 12)通過所指示的環回路徑并回到LME的LME測試信號的增益。環回路徑在表1-2中被連續地編號，即環回路徑I是在傳輸方向上的第一環回路徑，例如圖1中的環回路徑42-1，以及環回路徑2是在傳輸方向上的下一個環回路徑，例如圖1中的環回路徑42HMS基線測量可以是系統的初始基線或系統的先前的重定基線，并且指示沒有故障的系統的性能，或者在LMS基線為系統的先前的重定基線情況下指示具有先前注入的故障的系統的性能。表1中的LMS當前測量是在LMS基線測量被建立之后所做出的測量，并且指示在測試下的系統中的一個或多個故障。
[0035]表1-初始故障特征檢測
【權利要求】
1.一種建立新的線路監測系統(LMS)基線數據的方法(500)，與所述新的線路監測系統(LMS)基線數據相比較，故障在對所述系統的改變之后在光通信系統(10)的線路監測系統(12)中被識別，所述方法包括: (502)獲得表示通過所述系統的多個環回路徑(42-1，…42-N)中的每一個給予測試信號(18)的增益的LMS當前測量環路增益數據，所述環回路徑中的每一個將用于承載第一方向上的信號的第一光纖路徑(28)和用于承載與所述第一方向相反的第二方向上的信號的第二光纖路徑(29)相耦合；以及 (504)用表示與在改變之前在所述系統(12)中所識別的先前的故障相關聯的故障特征的數據(24)來修改所述LMS當前測量環路增益數據以建立新的LMS基線數據。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述LMS當前測量環路增益數據包括差分環路增益數據，所述差分環路增益數據對于所述環回路徑(42-1，…42-N)中的每一個包括， 通過所述環回路徑(42-1，…42-N)中的所述每一個給予所述測試信號的環路增益，減去 通過在所述環回路徑中的所述每一個之前的所述環回路徑之一給予所述測試信號的先前的環回路徑環路增益。
3.根據權利要求1所述的方法，其中表示所述故障特征的所述數據包括先前的LMS基線數據與先前的LMS當前測量環路增益數據之間的差。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述修改包括將表示所述故障特征的所述數據規范化為所述LMS當前測量環路增益數據。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述修改包括從所述LMS當前測量環路增益數據中減去表示所述故障特征的所述數據。
6.根據權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括響應于所述將新的LMS基線數據與后續LMS當前測量環路增益數據相比較來識別光通信系統中的所述先前的故障。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述識別包括將所述新的LMS基線數據與所述后續LMS當前測量環路增益數據之間的差與關聯于所述先前故障的預定故障特征相比較。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述預定故障特征響應于在所述改變之前所獲得的先前的LMS基線數據與在所述改變之前所獲得的先前的LMS當前測量環路增益數據之間的差而被確定。
9.一種監測包括多個環回路徑(42-1，…42-N)的光通信系統(10)的方法，所述多個環回路徑(42-1，…42-N)將用于承載第一方向上的信號的第一光纖路徑(28)和用于承載與所述第一方向相反的第二方向上的信號的第二光纖路徑(29)相耦合，所述方法包括: 在第一光纖路徑上發送第一測試信號(18)； 從第二光纖路徑接收來自所述環回路徑(42-1，…42-N)中的每一個的關聯的第一返回測試信號(52); 根據所述返回測試信號(52)來計算與所述環回路徑中的每一個相關聯的LMS基線環路增益數據； 在第一光纖路徑上發 送第二測試信號； 從第二光纖路徑接收來自所述環回路徑中的每一個的關聯的第二返回測試信號； 根據所述第二返回測試信號來計算與所述環回路徑中的每一個相關聯的LMS當前測量環路增益數據； 響應于所述LMS基線環路增益數據與所述LMS當前測量環路增益數據的比較來識別與所述光通信系統中的故障相對應的故障特征； 在對所述系統的改變之后在所述第一光纖路徑上發送第三測試信號； 從第二光纖路徑接收來自所述環回路徑42-N中的每一個的關聯的第三返回測試信號; 根據所述第三返回測試信號來計算與所述環回路徑中的每一個相關聯的第二 LMS當前測量環路增益數據；以及 用表示所述故障特征的數據來修改所述第二 LMS當前測量以為所述系統建立新的LMS基線環路增益數據。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述修改包括將表示所述故障特征的所述數據規范化為所述第二 LMS當 前測量環路增益數據。
11.根據權利要求9所述的方法，其中所述修改包括從所述第二LMS當前測量環路增益數據中減去表示所述故障特征的所述數據。
【文檔編號】H04B10/077GK103947136SQ201280057410
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年11月9日 優先權日:2011年11月23日
【發明者】R.克拉姆, J.M.利斯, Y.薩爾特斯坎 申請人:泰科電子海底通信有限責任公司