- 文献综述(或调研报告)：
- 当前市场需求
近年来，无源光网络(PON)凭借独特的组网和带宽优势已经成为最主流的宽带接入方式。随着终端用户对各类宽带业务和服务需求的持续快速发展，网络用户数量及覆盖率呈现快速增长的趋势，宽带接入网的规模也越来越大，使得光网络系统的管理与维护问题日益突出。一旦网络系统出现故障将会造成大量用户数据的丢失，同时也会给网络运营商造成极大的经济损失。因此，研究PON链路监测技术在当前和下一代光纤接入网络中的应用具有很高的理论及应用价值。
随着互联网业务和多媒体应用的快速发展，网络的业务量正在以指数级的趋势迅速膨胀，互联网流量也在以不可思议的速度迅猛增长，而这种增长对电信网络尤其是接入网提出了挑战。为了应对这一挑战，各运营商都在大力开展光纤宽带接入建设，接入网光纤化趋势也愈加明显。目前，PON技术被认为是现阶段中最能适应未来网络发展的一种技术。由于PON与以太网有良好的兼容性，并具有高带宽，传输距离远，设备之间没有有源器件等优点，在实际应用中已取得了极大的成功，如在简化网络工程，降低建网成本，支持平滑演进，助力运营商快速部署千兆业务等方面。与此同时，随着光纤接入网规模的持续扩大，光纤线路的维护与管理的问题也日渐突出，对于运营商来说，如何对宽带光接入网实施有效地维护已成为个迫切需一要解决的问题。另一方面，随着高清电视、视频会议、互动视频游戏等高速率、高质量服务需求的出现和发展，人们对接入网带宽的需求越来越大，这促使光接入网传输速率不断的上升，网络故障会造成大量用户无法上传或下载数据，甚至造成很大的经济损失;另一方面，传统的光网络维护管理工作大部分依靠人工，效率与实效性较差，已经不能支撑庞大的光纤网络安全、稳定、高效地运行。因此，无论从高服务质量还是业务连续性的角度，提升光接入网(OAN)的可靠性已经变得越来越重要。
- 现有解决方案
按照监测设备放置的具体位置，各类监测技术可分为集中式与分布式两种。
- 分布式检测技术
对于分布式监测技术，各ONU中均被嵌入个有源模块用来测量各链路的性能状态并上报给位于CO处的网络管理系统(NMS)。各模块周期性地评估上行链路中个特定光纤分支，并在ONU端进行相关电处理。基于分布式监视的技术可以有效地发现光纤链路的性能劣化，但当光纤链路发生断裂时往往会失去作用，各ONU无法与其进行实时协作。因此分布式检测技术逐渐被取代。
- 集中式检测技术
相比于分布式监测技术，集中式监测技术中用来处理及发射探测信号的收、发模块均位于CO处，无需ONU协作。此外，按照测试设备中是否包含OTDR,又可分为基于OTDR及非OTDR的链路检测技术。基于OTDR的链路检测技术保留OTDR在P2P检测中固有的一些优点，如可对路的劣化性能和损伤事件进行测量且故障定位的准确度极高，但往往在P2MP网络中遭遇到一些问题。而基于非OTDR技术可以有效解决大分光比P2MP网络(尤其是PON)监测的问题，但大多不能对具体链路上的故障点进行精确定位。因此，基于两种技术综合应用的探索可为当前或下一代PON链路监测提供具有极大发展前景的技术解决方案。
具体而言，集中式检测技术可分为以下几类：
- 基于反射峰监测技术
基于参考反射峰的监测技术在每个分支链路末端处均配有一个反射器件，可为每一个支路产生一个参考反射峰，位于CO处单波长OTDR通过检测参考反射峰的缺失及幅度变化来确定各支路的状态。其中，配置给各支路末端的反射器可以有多种实现方式。值得指出的是，最简易的实现方式为采用FBG,其具有成本低、体积小、易于与光纤集成等优点，且所有分支链路用于末端产生峰值反射的FBG均可具有相同的中心反射波长，具有滤波器与反射器的双重作用。对于该监测技术，由于各支路反射回的探测光信号经光分路器(PSC)合波后会发生叠加，因此各反射峰将位于同一条轨迹曲线上。通常先将各光纤链路正常工作状态下的OTDR轨迹曲线作为参考值，而在实时测量过程中，当某支路发生故障时，则该支路对应的参考反射峰将下降，在对应的故障点处将有OTDR轨迹曲线的相应变化。当主干线路出现断路时，所有分支链路的参考反射峰都将消失。并且，仅通过检测各反射峰幅度变化的效率远高于整条迹线。
- 基于可调OTDR的监测技术
可调OTDR的原理与普通OTDR类似，不同之处在于其使用波长可调谐激光源(TLS)替代了普通单波长激光源。可调OTDR的光源般可采用可调谐激光器、混沌光源及宽带光源频谱分割技术等三种方案实现。为了避免对通信波长产生干扰，当前用于PON系统在线监测的可调OTDR主要工作在L或U波段。
- 基于嵌入式OTDR的检测技术
嵌入式OTDR方式最早由贝尔实验室提出，并于2009年由该实验室成功演示了嵌入式OTDR技术，实现了对光分配网(ODN)的连续监控，可以在不增加设备的情况下，对网络进行预防性维护管理。基于嵌入式OTDR监测方案通常将OTDR功能集成在光收发器模块上，以实现对各链路光纤的纠正、预防、监测等功能。具体而言，嵌入式OTDR模块一般采用低功率的半导体激光器作为探测光源，高灵敏度的探测器作为接收器来探测背向散射信号，并实现信号的自处理。对于这种监测技术，节点设备及网络管理系统同样需要做出适当的修改。此外，由于嵌入式OTDR技术方案是将微型的OTDR集成在其它原有模块之上，不可避免的会受到尺寸的限制，导致可选择的器件较少，并且在器件确定的情况下，只能通过对探测得到的电信号进行相应的优化处理来提升相应的技术性能。
- 下一代光接入网设备要求
- 集中式：可通过远程操作完成对监测信息的收集，无需终端用户协作或由终端收集部分信息。
- 自动化：无需派遣维护人员前往现场，网络管理员便可完成对监测信息的收集和相关故障的探测。与传统主要依赖于人工的维护模式相比，该技术要求可有效降低运营成本以及缩短测量时间。
- 透明性：在对正常的在线业务通信不产生干扰的情况下，能对目标网络的物理层实现有效监测，从而保证测试的即时性和信号处理的便利性。
- 大用户容量：下一代PON系统的主要技术特征中包括支待更高光功率预算及更大分光比，分光比应达到64、128或更大。为了满足下一代PON系统监测的需求，与之配套的监测技术无疑需要具备支持大分光比网络监测的能力。
- 无源性：在中心局与网络用户终端之间尽量避免使用有源器件。但所有的有源器件都需要外加电源为其单独供电，相比于无源器件， 其稳定性与可维护性较差， 会相应增加使用和维护的成本。
- 低成本：接入网对成本异常敏感，尤其当网内所用元器件在用户间未能形成共享时，每一个用户都需要定制一根不同材质的光纤，显然会大幅增加 PON 系统的建设成本。
- 可扩展性：能自如的应对网络基础设施的变化，也即要预留适当的扩容和升级改造空间， 要具有能够面对未来网络膨胀和业务不可预测性发展的能力。
- 响应时间短：从故障发生到被探测到的历时应尽可能的短，为提升网络系统的维护效率提供最基本的条件。
参考文献：
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