基于PON 网络下的光路故障分析与处理

李 聪

（湖南邮电职业技术学院，湖南长沙410015）

1 PON 网络技术

PON 名为无源光网络，它由OLT、ODN 和ONU三部分组成[1]，其中OLT 是指放在局端的光线路终端设备，ODN 是光分配网，ONU 是光网络单元。PON 主要包括APON、EPON、GPON 以及NG- PON 技术。其拓扑结构如图1 所示。

图1 PON 网络拓扑结构图

PON 网络采用P2MP 的拓扑结构，有效地节约了光缆线路资源，降低了维护成本。利用分光器替代了传统的交换设备，简化了网络节点数量。根据ONU 在网络中布放的不同位置，将网络划分为不同的应用类型，如图2 所示。

图2 PON 技术典型应用类型图

光分配网（ODN） 是PON 网络的线路部分，从OLT 设备的PON 口输出到ONU 的PON 口的整个线路部分，包括了机房ODF 架、光交接箱和光分纤箱等设施[2]。其ODN 的核心是实现光路分配，其中最重要的设备是无源分光器。ODN 的结构一般采用树形分支拓扑。具体结构示意图如图3。

图3 全网ODN 结构示意图

2 光路故障的检测及处理

2.1 光链路测试

光路故障的定位需要对光纤线路部分进行损耗测试，使用测试仪表对每段光纤线路进行测试。测试时以分光点为切入点，分段测试每段线路的损耗。测量从OLT 到一级分光点的光路损耗，再逐段逐根测试[3]。从电信机房到用户家里的整个光路进行测试，对光口收发光功率测试，线路衰减和损耗测试。一般采用光源、光功率计和OTDR 等仪表来完成测试。

2.1.1 PON 口光功率测试

首先对局端OLT 设备的PON 口发光功率进行测试，PON 口的正常发光功率+2 dBm～+7 dBm，可以使用普通光功率计或者PON 网络专用光功率计在局端OLT 侧测得PON 口发光功率。具体连接如图4 所示。打开光功率计将波长调至1490 nm,用跳纤连接至PON 口，可以读到PON 口发光功率。

图4 PON 口光功率测试连接图

测试ONU 侧PON 口上行发光功率，需要使用PON 网络专用的光功率计，其测试过程首先对OLT和ONU 进行加电，等PON 口状态指示灯正常运行后，按照图5 所示连接测试仪表，必须使用PON 网络专用光功率计，被测ONU 光信号通过跳纤连接至仪表的ONT 口，局端OLT 过来的光纤接入到仪表的OLT 口，实现物理线路的连接。测试仪表上会显示出1490 nm 和1310 nm 波长的功率值，1310 nm 所对应的光功率值就是ONU 侧发光功率值，从而完成对ONU 的PON 口出光功率测试。

图5 ONU PON 口发光功率测试连接图

2.1.2 线路插入损耗测试

对于线路插入损耗进行测试，可以将光纤接入到OLT 设备的PON 口，利用PON 发光，测试下行线路损耗。每次测试都要清洁光纤接头，减少测试误差，以保证结果的准确性。在前面已经测得PON 口的出光功率，在每个测试节点，都可以得到一个测试结果。该结果减去PON 口测试值，就得到该节点到PON 口处整个线路衰耗。对整个线路光衰减测试结果受PON口出光功率，光纤距离，活动连接数目和分光比相关联。按照上述测试方法，分别测试一级分光，二级分光，ONU 侧光功率，如图6 所示。

图6 全链路光功率测试连接图

下面测试某PON 网络工程链路ODN 网络中各节点的典型损耗值，该PON 网络采用二级分光，一级1:8 分光比，二级分光1:8 分光比，光链路长度将近6 km, 全链路光功率测试结果如表1 所示。根据对ODN 光衰减损耗测算，测试结果与测算吻合，光路建设满足质量要求。

表1 光链路光功率测试结果表

2.1.3 上行光路损耗测试

ONU 到OLT 的上行光路损耗测试可以使用光源加光功率计仪表进行测量，进行上行链路测试，记录链路的损耗。光源采用1310 nm 的光测试作为参考。在局端OLT 侧和用户ONU 侧安排两个人配合测试。在用户侧将光源接在线路上，提供1310 nm 的波长稳定光。在局端用光功率计测试收光。连接示意图如图7 所示。

图7 上行光路损耗测试连接示意图

这种相对前面专用的PON 光功率计测试要复杂一些，但是可排除由下行链路引起的问题，所以在网络排障过程中也有应用。

2.1.4 采用OTDR 测试链路插入损耗及反射损耗

OTDR 的激光器放光，激光在待测光纤中传输，根据待测光纤折射率的不同会产生瑞丽散射和菲涅尔反射，得到一组P- L 曲线，由P- L 曲线可以得到光纤的长度、损耗以及准确判断光纤的障碍点和障碍点的损耗。采用OTDR 对光路插入损耗测试测得的数据比较准确，同时在OTDR 中可以得到该段线路的反射损耗。测试过程要断开OLT 和ONU 与光路的连接，以免OTDR 的激光造成光模块损坏，按照连接示意图完成物理连线；测试时可以分段进行线路损耗测试，得到P- L 曲线，进行事件分析，连接示意图如图8 所示。

图8 OTDR 测试链路连接示意图

例如采用OTDR 测试OLT 到某小区光交接箱的链路损耗，测试结果如图9 所示。测试结果显示OLT到小区光交主干长度约为5.4 km，整个线路损耗3.78 dB，线路平均损耗0.45 dB/km，反射损耗30.797 dB，这个测试结果符合规范。

图9 干线插损P- L 曲线图

2.2 光路故障处理

2.2.1 局端OLT 设备PON 口故障处理

局端OLT 设备PON 口故障主要有PON 口出无光和PON 口光功率异常等故障现象。引起OLT 设备PON 口故障的可能原因有:PON 板卡损坏或板卡未激活离线，PON 口无光；PON 口光模块损坏造成PON 口无光；PON 口出光功率过低或接收灵敏度过低。

OLT 设备PON 口出无光故障处理, 使用光功率计在局端OLT 侧测得PON 口出无光，首先查看PON板指示灯是否异常，确定PON 板卡是否离线，可通过重启板卡恢复；然后检查光模块状况，PON 模块异常可通过插拔来检验是否损坏，损坏了则更换光模块解决故障。

PON 口光功率异常故障处理, 确认PON 接口尾纤收发光情况，以及光模块状况,对局端OLT 设备的PON 口发光功率进行测试，PON 口的正常发光功率+2 dBm～+7 dBm，若低于标准值，判断是尾纤或光模块故障，通过更换故障尾纤或光模块解决。

2.2.2 跳纤故障处理

跳纤在PON 网络中主要应用在ODF 架、光交接箱、楼道分纤箱和用户光接头盒等地方，跳纤故障判断跳纤是否存在故障，主要方法是通过光功率计对跳纤两端进行收光测试，进行光功率比较，确定跳纤断纤还是损耗大，断纤需要更换跳纤；若损耗大一般要进行进一步检查原因，排除是否有跳纤弯曲过大、污损、接触不良等原因。

跳纤更换需注意：找出障碍跳纤，并拆除；根据光调单等资料确定需跳接尾纤的端子占位和尾纤类型；确定走线路径，加上余长，估算出本次跳接所需跳纤长度，选取合适长度规格的跳纤，根据“一次下走线加一次上走线”的原则及规范路径进行布放；在ODF 架和光交接箱中，沿法兰盘跳纤位理顺跳纤，将跳纤搁置于跳纤走线导向环，跳纤不与跳纤缠绞，不受其他器件、支架扯刮，确保跳纤自然松弛，不紧绷、不受外界机械应力影响；正确粘贴标签，保证资源信息的准确性，利于后期维护；业务确认，与用户或设备管理部门确认业务是否恢复或确认设备端口是否完好。

2.2.3 光缆线路故障处理

在PON 网络中，光缆线路故障主要包括光纤断纤和大损耗问题。光缆线路主要分为馈线、配线和引入线三段，光缆线路故障处理，首先采用光功率计进行线路插入损耗测试来进行故障定位，通过逐段测试，排除外部故障，确定是断纤或大损耗故障，并完成故障定位到区段。故障若发生在馈线和配线段，可采用OTDR 测试得到P- L 曲线，通过P- L 曲线分析准确判断光纤的障碍点和障碍点的损耗，确认发生障碍的具体位置点，找出故障光缆，断纤则进行光缆接续并测试；通过P- L 曲线分析可以确定大损耗点位置，找到确定位置进行故障处理，进一步排查引起线路故障原因，分析是不是接续质量问题、线路老化问题、光接头插接不牢靠或污损问题、光纤弯曲半径过小问题、外力损伤光纤问题等。

引入线一般指从楼道分纤箱到用户信息箱光猫的皮线光缆，皮线光缆的故障确定一般可以通过红光笔打红光进行初步排查，也可以通过光功率计对跳纤两端进行收光测试，确定断纤或损耗大问题，断纤或线路损伤则重新布放皮线光缆，损耗大按之前馈线线路故障排查技巧确定位具体原因，进行故障解决。

2.2.4 法兰故障处理

光纤活动连接器是一种以单芯插头和适配器为基础组成的插拔式连接器，俗称法兰盘[4]。在PON 网络中，光接头以SC 和FC 接头居多，所以在PON 网络应用中常见的法兰有SC- SC、FC- SC、FC- FC 等类型，为保证传输质量，法兰的插入损耗一般要求应不大于0.5 dB。法兰故障包括法兰损坏和法兰污损造成的光路不通或衰减大。法兰故障处理一般通过光功率计对跳纤两端进行收光测试，确定法兰是否存在问题，有问题则更换好的法兰即可。

2.2.5 分光器故障处理

光分路器是指用于实现特定波段光信号的功率辑合及再分配功能的光无源器件。光分路器根据电信运营商在宽带接入工程中的应用，主要包括托盘式、插片式、机架式和盒式四种类型，常见分光器的分光比有1:2、1:4、1:8、1:16、1:32、1:64、1：128，其插入损耗性能指标表参考表2。

表2 光分路器插入损耗性能指标表

分光器故障类型主要包括分光器损坏、部分出光口损坏和插损过大，通过光功率计对跳纤两端进行收光测试，计算出分光器插入损耗，对照表2 光分路器插入损耗性能指标表，确定分光器故障类型，分光器坏则更换同样类型的分光器，部分出光口损坏可以通过换分光器或更换法兰来解决，插损过大进一步排查具体原因，如果是因为光口损坏按出光口损坏处理办法解决，若是光接头或者出光口落灰不干净造成衰减大，则使用蘸有酒精的无脂棉纸清洁光接头或者出光口。

2.2.6 长发光ONU 故障处理

长发光ONU 是指那些光模块不受控制的ONU，也称作“流氓”ONU，由于PON 网络中采用的是P2MP的组网结构，ONU 数据上行传送采用TDMA 复用传输模式，若同一PON 口下一个ONU 长发光会导致其他ONU 工作异常。

长发光ONU 故障处理关键在于定位到 “流氓” ONU，第一种方法是人工处理，装维人员在局端确认告警，对应PON 端口并拔出OLT 端口侧尾纤接头量测光功率，若能收到光判定该PON 口下存在长发光ONU，调取资源信息，到末级光分路器，逐条分支纤进行测试，确定“流氓”ONU，中断回光对应纤芯连接，或更换正常ONU 解决；第二种方法是PON 网管软件处理，通过OLT 自动检测机制发现长发光ONU，将ONU 的MAC 地址和相关用户信息上报到网管，装维人员再进行上门处理。

3 提升PON 网络光路可靠性策略

3.1 主动性维护，定期巡检

主动性维护作业包括日常巡检及线路整治工作。PON 接入网的日常巡检包括机房内巡检和室外道路巡检场景。线路整治工作整治点包括光缆线路整治、电缆线路整治、杆路整治及管道整治。严格按照巡检作业计划要求，对设备运行情况、资源标识情况、光路等进行详细检查。巡检时，巡检人员要利用巡检智能终端准确、详细地记录（包括拍照）检查结果，以便分析和存档。对发现的问题或设备隐患进行详细记录，拍照存档，提出处理或整改意见，及时派单给处理责任人处理。

巡检过程中发现有不按规范施工、作业的现象，需及时指出并进行记录，并以问题工单形式上报管控责任部门。定期对反馈的问题进行跟踪，对问题或隐患的处理结果进行评估和审核。巡检过程中维护人员应主动维护所发现的问题。对于无法处理的问题，需要巡检人员通过在运维系统建立隐患工单，通过服保系统派给相应的责任人。责任人登录服保系统，在隐患工单的待办箱中就可以查看其责任现场的工单。

3.2 规范PON 网络的设计、施工和维护

根据PON 网络规划设计原则，合理规划和设计PON 网络，选定OLT 放置局点，根据用户的分布和线路最短的原则，把规划区划分为几个馈线段光缆路由区，合理划分交接服务区，合理配置馈线段光缆、配线光缆、交接配线和分纤设备[5]。设计合理的线路保护方案及分光器布放方案。施工单位按设计规范施工，监理公司落实监理责任，确保施工质量。良好的设计和高质量的工程建设对后期的高效维护提供了基础，降低故障率。

对装维人员进行专业培训，掌握PON 网络常见故障处理，熟练各种测试仪表的使用，熟悉PON 网管系统的操作。必要的维护工具配备到位，确保PON 设备和网管系统的稳定运行，标签、资源信息完整准确，维护人员需规范维护作业，熟悉网络结构、资源分布，能根据故障现象快速定位故障，有效利用网管或资源系统调取资源信息，和网管人员、客调做好沟通，高效、快速处理好故障并及时更新资源信息。

3.3 引入智能ODN，提升光路运维效率

在PON 网络中将传统的ODN 改造成智能ODN，即利用电子标签对光纤的活动连接器插头进行唯一标识，自动存储、导入和导出光配线设施端口资源及光纤连接关系数据，从而实现光纤信息自动存储、光纤连接关系信息自动识别、光纤资源信息校准、可视化现场操作指导等智能化的光分配网络。依托智能ODN 的良好功能，提升光路运维效率，其主要体现在以下几个方面：智能ODN 网管GIS 准确定位故障产生的地理位置和端口信息；智能ODF 架、智能光交上LED 灯自动提示故障端口，可以自动查找可用端口并用LED 灯给出提示，不需要再向资源管理中心确认；电子标签标识，并对现场施工结果进行校验，保证故障的快速恢复；自动收集故障恢复的施工记录，施工回单自动更新到数据库。确保数据库信息和变更后实际光纤物理连接关系的一致性。

4 结束语

各大电信运营商接入网FTTH 建设取得了显著的成效。然而，随着PON 网络规模的持续扩大，接入节点的数量也随之剧增，庞大的接入节点带来的电源保障、链路中断、设备故障等问题，给FTTH 的日常维护和故障处理带来了不小的压力，PON 网络光链路的维护问题尤其突出。光路问题使得用户对业务的体验满意度不高，投诉增加，末端维护人员的压力越来越大。本文主要研究和分析了基于PON 网络下的光路故障处理，阐述了PON 网络技术基础，介绍了光链路测试的五种测试方法，分析了PON 网络中光路故障六种常见问题的处理，并提出了三点提升PON 网络光路可靠性的策略，让PON 网络更稳定可靠，维护人员在进行光路故障维护时可以参考本文的排障思路，但需要注意具体问题具体分析。