欧月华，任 艳
（中国电信股份有限公司广州研究院广州510630)
摘 要：为了满足日益增多的PON的网络光纤检测需求，光模块内置OTDR技术正在不断地发展完善，提出了基于光模块内置OTDR的PON系统架构中OTDR相关接口的数据传输接口功能和数据分析功能，确定了OTDR数据文件结构，分析梳理了OTDR的数据内容，定义了OTDR的数据格式，目的是能够实现通用的内置OTDR数据格式，促进内置OTDR技术产业发展成熟。
1 引言
“宽带中国”战略实施以来，我国的宽带网络建设得到了快速发展，各大运营商积极部署FTTH，敷设光纤的数量日益增多，覆盖范围越来越广，光纤光缆所承载的业务量也越来越大，一旦发生故障，将会给整个通信网络造成极大的损失。因此，在骨干网的光缆故障检测中发挥了重要作用的OTDR（optical time domain reflectometer，光时域反射仪）技术，也逐渐成为PON（passive optical network，无源光纤网络）光缆故障定位的重要手段。
OLT光模块内置OTDR技术（以下简称内置OTDR）是OTDR的一种实现方案，其优势在于可实现与OLT (opticalline terminal．光线路终端)设备共同管理、机房布线简单、器件成本较低等，并且理论上能够实现接近外置OTDR检测故障的能力。但是ODN（optical distribution network，光配线网络）环境复杂多样，器件种类繁多，内置OTDR面临在现网中测试的各种考验，目前内置OTDR技术由厂商各自内部开发，因此应用于PON系统时，没有统一接口和规范的测试结果数据，不利于运营商对内置OTDR的统一管理、设备的互通以及内置OTDR测试性能的优化。本文的目的是在分析PON系统中内置OTDR相关接口的OTDR数据要求和数据内容的基础上，设计接口输出的OTDR文件和数据格式等，以实现内置OTDR技术的规范化。
2 内置OTDR数据格式设计原则
2.1 总体原则
目前OTDR数据格式标准有Telcordia SR-4731，SR-4731主要是针对外置OTDR仪表的标准，用于规范单台OTDR测试仪表的输出文件，所以可以理解为单机版；另外由于外置OTDR仪表厂商没有互通的需求，所以Telcordia SR-4731没有包含OTDR互通的相关要求，各厂商读取解析OTDR数据输出文件的软件差异较大，无法兼容。同时，如果OTDR仪表厂商要使用SR-4731，还需要购买Telcordia的认证服务。
因此，跟外置OTDR技术不同，内置OTDR技术无法直接利用SR-4731标准设计的OTDR数据格式。内置OTDR技术集成于运营商的PON系统，是在不影响原有的光模块传输功能基础上增加OTDR光纤故障检测功能，OLT在硬件方面需要更换插拔式的具有OTDR的光模块，在软件方面需要升级以实现OTDR光纤故障检测功能，并且为了方便与OLT设备实现共同管理，OTDR的管理模块也内置于EMS（element management system，网元管理系统）中。因此，对于内置OTDR数据和格式的要求，应在基于内置OTDR的PON系统的整体架构上考虑内置OTDR相关模块和接口的功能。
2.2 PON系统中内置OTDR相关模块和接口分析
如图1所示，在基于内置OTDR的PON系统架构中，原来的PON系统增加了PON ODN测试诊断模块、OTDR管理模块和OTDR功能模块，具体介绍如下。
(1)PON ODN测试诊断模块是PON测试能力(OTDR测试能力、网管测试诊断能力和设备自测能力等)的综合管理模块。
(2)OTDR管理模块内置在EMS中，因此可以不用单独外设OTDR服务器，实现内置OTDR与OLT的共同管理，它的主要功能在于：OTDR管理模块负责管理EMS下所有的OTDR功能模块；接收PON ODN测试诊断模块的查询和测试命令，命令OTDR功能模块对相关PON端口下的ODN进行测试，向PON ODN测试诊断模块发送相关查询结果以及从OTDR功能模块返回的OTDR测试数据。
(3)OTDR功能模块内置在OLT中，实现ODN链路中的OTDR测试，完成测试后把测试数据返回给OTDR管理模块．确定光纤的损耗、光纤链路上的反射事件和衰减事件等。OTDR功能模块是由OTDR控制单元（OLT的软件部分）、OTDR处理单元（光模块中OTDR处理芯片）和OTDR测试单元（光模块中OTDR发射器和接收器等）组成。
系统架构中OTDR相关数据接口主要包括以下3种。
(1)L接口
PON ODN测试诊断模块通过L接口与OTDR管理模块相互关联，实现两个模块间数据传输，尤其是完成OTDR测试时，测试结果的OTDR数据文件由OTDR管理模块处理后通过L接口传递回PON ODN测试诊断模块。
(2)1接口
OTDR管理模块与OTDR功能模块之间的接口。OTDR管理模块通过I接口查询和获取OTDR功能模块能力参数、配置、状态和模块故障信息等；OTDR管理模块通过I接口向OTDR功能模块发送OTDR测试参数，启动OTDR功能模块进行OTDR测试，测试完毕后从OTDR功能模块获取测试结果的OTDR数据文件。
(3)K接口
OLT中的OTDR控制单元与OTDR处理单元的接口，硬件上复用PON光模块的I2C接口，OTDR处理单元通过K接口接受OTDR控制单元参数和命令的写入，向OTDR控制单元输出原始采样数据。
2.3接口数据要求
OTDR数据格式研究与统一的目标在于在线OTDR测试的配置、控制和结果获取。本文重点研究基于内置OTDR的PON系统架构中L和I接口传输的测试结果的OTDR数据文件的数据输出内容和格式，而K接口是OLT中OTDR功能模块的内部接口，考虑存在不同波长的内置OTDR实现方案以及实现硬件上的差异，建议其作为厂商内部接口，由厂商内部开发数据格式更为灵活。
另外，基于内置OTDR的PON系统架构中，PON ODN测试诊断模块可以管理多个EMS．每台EMS又管理多个OTDR功能模块，因此在L接口和I接口的OTDR数据传输可以理解为网络版，因此对L接口和I接口的OTDR数据格式的要求为：
·OTDR管理模块、OTDR功能模块存在多个厂商开发，因此接口数据互通要求高；
·能够针对业务在线时实现OTDR测试的优化；
·方便调试和开发，便于扩展。
对于整个系统架构，还要考虑区分L接口和I接口的数据功能，实现系统不同模块层面数据采集与数据分析功能的分离，建议数据分析功能应尽量向上集中，至少集中到OTDR管理模块层面或者在PON ODN测试诊断模块中实现。因此，I接口的OTDR数据要求可以仅仅为OTDR测试采集到的原始数据，L接口的OTDR数据要求为OTDR原始数据经过分析处理后的OTDR事件信息等，具体在下文中再作说明。
3 内置OTDR数据分析设计
3.1 0TDR数据文件结构
OTDR的测试数据以数据文件的形式传输，OTDR数据文件内容可分成6个区段，包括文件信息区、OTDR基本信息区、测试曲线数据点区、测试曲线事件区、扩展信息区和校验区，每段对应不同的数据内容，见表1。根据数据采集与数据分析功能分离的思路．L接口和I接口按照各自数据功能，选取合适的区段。
I接口的OTDR数据文件（由OTDR功能模块向OTDR管理模块传送）应以文件信息区开始，依次紧跟OTDR基本信息区、测试曲线数据点区、扩展信息区和校验区。其中，扩展信息区和校验区为可选，测试曲线事件区在I接口不作要求，如图2所示。
L接口的OTDR数据文件（由OTDR管理模块向PONODN测试诊断模块传送）应从文件信息区开始，依次紧跟OTDR基本信息区、测试曲线数据点区、测试曲线事件区、扩展信息区和校验区。其中，扩展信息区、校验区和测试曲线事件区在L接口可选，如图3所示。
3.2 0TDR数据内容
为了获取到可靠的OTDR测试结果，OTDR数据文件中，除了与文件本身相关的信息内容外，必须包括一定有效的OTDR数据内容，如OTDR基本信息、测试曲线数据点和测试曲线事件等，本文对内置OTDR的数据内容进行了如下梳理。
·OTDR的基本信息包括OTDR测试的概要信息（测试波长、测试光纤状态、测试点开始距离、测试次数等）、设备基本信息（OTDR光模块供应商、设备模块信息、测试目标端口等）、OTDR数据文件中一次或多次测试配置信息（包括测试序号、测试执行时刻、距离单位、脉宽长度、序列长度、背向散射系数、平均次数、采样间隔、测试所用时间、测试范围、底噪水平、底噪缩放系数、损耗门限、反射率门限、光纤末端判断门限和曲线类型等）。
·OTDR测试结果主要表现为测试曲线，OTDR的测试曲线由许多分离的曲线数据点组成，这也是OTDR数据文件的主要组成。测试曲线数据点信息包括了数据点的总数、缩放系数和采用了该缩放系数的OTDR数据点功率数值。OTDR测试结果进一步可分析成事件信息，每次OTDR测试中存在多个事件（被监测光纤的事件，如光纤异常衰减、分光器和断纤等），可以通过事件参数表征其在OTDR测试曲线上的分析结果。事件参数包括事件总数、每个事件的事件序号、事件位置、事件前的光纤衰减系数、事件的衰减、反射事件的相对高度、反射事件的反射系数、事件类型、事件的衰减计算方法代码和事件衰减计算的数据点位置等。
3.3 0TDR数据格式
3.3.1格式定义
OTDR数据文件中的数据信息涉及的格式包括短整型、无符号短整型、长整型、无符号长整型、浮点型和字符串等，见表2。OTDR数据文件中的数据信息按照各自数值的特点选择相应的类型。
3.3.2 曲线数据点格式选择
OTDR数据文件主要是OTDR测试曲线数据点的存储，因此数据点存储的大小决定了文件的大小，另外数据点数值的类型选取需要考虑数据点数值的范围、数值精度等。能够满足0.001的数据分辨率，达到0.1 dB衰减的检测能力，同时能够满足OTDR测试曲线数据范围而不会造成溢出的数据点数值类型方案分别有单精度浮点型、原始数值经过放大后采用的无符号短整型。
·单精度浮点数：带有小数的数值，单精度浮点数有32 bit，即4 byte的存储空间。
·无符号短整型：每个测试数据点的功率数值有2 byte存储空间。首先将数据点功率数值的原值放大成整数（比如默认1 000倍），忽略数值符号，按照无符号短整型存储。原值默认范围为0~65.535。另外，为了灵活地分析比较测试曲线中数据点功率数值，可以将数据点分段再进行缩放，采用缩放系数将功率数值进行缩小或者扩展存储，即缩小或者放大该段数据点的相对功率范围。
综合以上分析，曲线数据点采用短整型+扩展系数，存储的空间比浮点数存储空间少一半。
3.3.3数据文件存储格式
OTDR数据文件存储可以采用二进制或者文本存储，两种存储方式各有优缺点，见表3。
总的来说，采用文本存储时，OTDR数据文件较大，为了提高数据的传输速度，可以采用GZIP进行压缩和解压缩。另外，文本方式定义较为简单、直观，如果OTDR数据点数值类型采用原始数值扩大预处理后存储的短整型，会使文本的可读性降低，因此建议数据点数值采用原值存储，定义为单精度浮点型。文本存储普遍适合网络应用场景。
采用二进制存储时，OTDR数据文件存储空间较小，适合大量PON端口进行OTDR巡查。同时，建议将OTDR数据点数值预处理后定义为无符号短整型。
4结束语
本文对内置OTDR的数据文件和数据格式的分析，也适合外置OTDR参考使用。规范化的OTDR数据文件、数据内容和格式，能够降低技术实现的复杂度，提高实现基于内置OTDR的PON系统中不同厂商模块间互通的可能性，从而达到比较可靠的测试性能，并方便运营商维护管理。
