光纖通信行業(yè)通過提供更高性能、更可靠的電信鏈路以及不斷降低的帶寬成本，徹底改變了整個電信行業(yè)。由于其高帶寬能力和最小的衰減或功率損失，因此光纖的發(fā)展是必要的，因為創(chuàng)新技術(shù)需要以極高的速度、可靠性和安全性傳輸數(shù)千公里的數(shù)據(jù)。大多數(shù)光網(wǎng)絡(luò)都建立了保護機制，可以在 50 毫秒內(nèi)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到備份光纖通道，從而與光纖分離器進行交互，以滿足最高的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。
然而，光纖通信的一個主要問題是隨著時間的推移而出現(xiàn)的故障。由于其損壞會導(dǎo)致服務(wù)中斷和大量數(shù)據(jù)丟失，并可能產(chǎn)生嚴(yán)重的社會后果，因此必須立即定位其缺陷并進行診斷。還可以將由于電纜安裝錯誤及信號滯后導(dǎo)致的連接丟失記錄為故障。因此，需要一個有效的監(jiān)督系統(tǒng)來發(fā)現(xiàn)問題、查明問題并最大限度地減少服務(wù)中斷。
最流行的光纖測試工具之一是 OTDR（光時域反射儀），盡管它不是唯一的工具。在本文中，我們將重點介紹一些用于光纖異常檢測的最新機器人技術(shù)。
光纖故障檢測
高速互聯(lián)網(wǎng)需要光網(wǎng)絡(luò)中安全可靠的數(shù)據(jù)通信。因此，提供穩(wěn)定可靠網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分是故障識別和定位。
影響光纖的最常見的故障的原因是光纖切割，這種現(xiàn)象是在光纖電纜部署工作中發(fā)生的，它會中斷傳輸流量的有源光纖。不過，與金屬線纜相比，光纖的一個顯著優(yōu)勢是其低衰減性。
當(dāng)使用光纖傳輸時，色散也會導(dǎo)致信息流失真。光脈沖進入光纖后分散；這種現(xiàn)象被稱為“脈沖色散”?？梢栽诮邮掌魈帍V播和解析的最大脈沖數(shù)根據(jù)色散水平確定系統(tǒng)的容量。
圖片來源：fibre-optic-equipment.com– 光纖損耗
接下來，讓我們來看看用于光纖通信線路故障檢測和定位的最新光纖工具。
利用光反射器的基于光纖到 X (FTTx) 網(wǎng)絡(luò)的OAN
由于所涉及的網(wǎng)絡(luò)組件的無源性質(zhì)，光纖通信線路中的故障檢測和定位對于光接入網(wǎng)絡(luò)（OAN）至關(guān)重要。任何鏈路故障都可能導(dǎo)致大量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)丟失。然而，設(shè)備的可靠性和成本嚴(yán)重限制了故障檢測和定位光纖工具的應(yīng)用。
圖片來源：i.imgur.com– 光接入網(wǎng)絡(luò)
在基于光纖到 x (FTTx) 網(wǎng)絡(luò)的 OAN 中，使用光反射器是一種低成本的故障定位和檢測方法。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視器的反射信號用于查找并查明有缺陷的光鏈路。實驗結(jié)果證明了該方法能夠在20公里外運行時定位和檢測網(wǎng)絡(luò)故障。
使用機器學(xué)習(xí)監(jiān)測光纖異常
一種用于正確、及時地識別、診斷和定位光纖網(wǎng)絡(luò)中的異常（例如光纖切斷和光竊聽攻擊）的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法是光纖異常檢測的最新工具之一。該技術(shù)將基于注意力的雙向門控循環(huán)單元算法與基于自動編碼器的異常檢測算法相結(jié)合。
一旦自動編碼器識別出異常，就會采用基于注意力的雙向門控循環(huán)單元算法進行故障診斷和定位。自動編碼器的F1分?jǐn)?shù)為96.86%，可以識別任何光纖問題或異常。此外，基于注意力的雙向門控循環(huán)單元算法以平均均方根誤差為0.19 m定位缺陷，并以平均98.2%的準(zhǔn)確度識別已識別的異常。
圖片來源：atlantis-press.com
光纖傳感器
工程師和科學(xué)家現(xiàn)在可以通過在研究中使用光纖傳感器等光纖工具來進行以前難以完成的研究，或者在某些情況下使用傳統(tǒng)電氣傳感器不可能進行的研究。
因此，得益于光纖傳感器（FOS），光學(xué)傳感器現(xiàn)在在各個軍事、工業(yè)和社會領(lǐng)域更加有用和需求。與傳統(tǒng)的電氣和電子傳感器相比，F(xiàn)OS 因其重量輕、尺寸緊湊、無源、低衰減、抗電磁干擾（EMI）、寬帶寬和環(huán)境耐用等固有優(yōu)勢而表現(xiàn)出可靠和剛性的傳感活動。
圖片來源：3c1703fe8d.site.internapcdn.net– 用于檢測光纖異常的高速光學(xué)傳感器
Arduino
在光纖通信中，使用了基于Arduino的智能故障檢測系統(tǒng)。該故障檢查模塊旨在監(jiān)視光纖接收的電源。為此，傳感器單元與 Arduino UNO 結(jié)合使用，Arduino UNO 具有 Atmega 328 微控制器。Proteus ISIS 模擬器用于創(chuàng)建和模擬傳感器的輸出，同時密切關(guān)注光纖的接收電源。LDR 和運算放大器構(gòu)成了仿真中使用的傳感器單元。
如果光線路功率發(fā)生突然變化，故障消息會顯示在與 Arduino 連接的 LCD 上，同時故障發(fā)生的日期和時間會發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。
圖片來源：i.pinimg.com– 使用 Arduino 進行地下電纜故障檢測
觸覺感應(yīng)
由于觸覺傳感提供了相機或激光雷達(dá)等遠(yuǎn)程傳感器無法提供的信息，因此它是操縱機器人的一種有用技術(shù)。在非結(jié)構(gòu)化情況下，機器人所操縱物體的內(nèi)部圖像是模糊的，觸摸非常重要。
機器人手手指尖上內(nèi)置的軟傳感器可傳輸觸覺反饋。該傳感器由一根光纖組成，光纖內(nèi)部插入了光纖布拉格光柵 (FBG) 換能器，該光纖通過柔軟的聚合材料連接到堅硬的手上。系統(tǒng)收集信息的能力是通過一系列任務(wù)來評估的，這些任務(wù)涉及在不同情況下掌握各種項目。
圖片來源：eenews.cdnartwhere.eu– 光纖傳感器
根據(jù)結(jié)果，基于機械手傳感器輸出的分類器可以分別以 99.36 和 100% 的準(zhǔn)確度檢測操作物品的尺寸和硬度。這些基于傳感器的光纖工具的輸出還證明了執(zhí)行動態(tài)操縱任務(wù)的能力，這需要根據(jù)所抓取物體的狀況改變手指位置，并在不破損或滑動的情況下抓住精致的物體。
基于機器視覺的光纖預(yù)制棒缺陷檢測方法
對于缺陷識別，與光纖測試工具相比，大多數(shù)生產(chǎn)商采用人眼檢查。人工檢驗速度慢、主觀性強，極易出現(xiàn)漏檢、誤檢等問題，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。
采用基于機器視覺的光纖預(yù)制棒探傷方法，利用實驗平臺對光纖預(yù)制棒進行缺陷識別，首先獲取光纖預(yù)制棒的全角度圖像。
在所提出的技術(shù)確定圖像中光纖預(yù)制棒的邊界之后，對全角度圖像進行預(yù)處理。另外，利用全角度圖像對缺陷進行跟蹤，并保存跟蹤數(shù)據(jù)。最后，跟蹤數(shù)據(jù)確定缺陷的位置、大小和類型。實驗證明，該技術(shù)可以檢測光纖預(yù)制棒中的缺陷。
光纖性能監(jiān)控工具（FPMT）
這些光纖測試工具的目標(biāo)是在不中斷數(shù)據(jù)流的情況下遠(yuǎn)程識別和估計光纖問題，從而提高光纖網(wǎng)絡(luò)的可用性和可靠性。新提出的光纖性能監(jiān)測技術(shù)（FPMT）使用光時域反射計來檢測各種光纖故障，例如光纖斷裂、端面污染、端面燒毀、連接器和互連中的高插入損耗或光纜之間的不匹配類型。這與傳統(tǒng)方法不同。
圖片來源：mdpi.com– 光纖性能監(jiān)控工具
用于檢測網(wǎng)絡(luò)中光纖故障的方法基于分析反射信號的反饋和反射的圖案形狀。這允許更廣泛的距離測試和性能監(jiān)控。通過與 OSC 板集成，可以在光網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實時遠(yuǎn)程使用它。該方法可以增強系統(tǒng)功率預(yù)算，插入損耗可忽略不計，僅為 0.4 dB，并且可以在長達(dá) 150 km 的距離內(nèi)以高達(dá) 99.8% 的平均測量精度檢測光纖問題。
FPMT 發(fā)現(xiàn)了多種光纖故障類型，包括光纖斷裂、端面污染、端面燒毀以及連接器和兩根獨立光纖電纜之間接合處的顯著插入損耗。該方法在以下方面表現(xiàn)出更好的性能：降低插入損耗，同時增加系統(tǒng)功率預(yù)算，提供更廣泛的距離測試和性能監(jiān)控，測量精度高，偏差值低，檢測的光纖故障類型多。
總結(jié)
光纖是連接全球數(shù)十億用戶的數(shù)據(jù)傳輸通道，很容易受到惡意物理攻擊，例如光竊聽（光纖竊聽）和硬故障帶來的各種異常情況。此類異?？赡軙袛嗑W(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致重大的財務(wù)和數(shù)據(jù)損失，允許對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行不需要的訪問，從而危及光網(wǎng)絡(luò)的保密性，或者逐漸損害網(wǎng)絡(luò)性能。因此，必須將有效的異常檢測、診斷和定位系統(tǒng)與有效的光纖工具付諸實踐，以提高光網(wǎng)絡(luò)的可用性和可靠性。
常見問題解答
1. 什么是光纖衰減？
信號強度降低的電信術(shù)語是“衰減”。當(dāng)遠(yuǎn)距離發(fā)送信號時可能會發(fā)生這種情況。分貝 (dB) 可用于根據(jù)電壓來計算。
圖片來源：thorlabs.com– 光纖衰減
光纖的衰減與波長相關(guān)，是指光纖兩個橫截面之間光功率的降低。衰減有多種形式，包括有意的、自動的和環(huán)境的。連接和熔接產(chǎn)生的散射、吸收和光損耗是衰減的主要原因。當(dāng)信號的衰減非常高時，它就會變得不相干。因此，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都會定期使用中繼器來增強信號強度。
2. 光纖中有哪幾種色散？
材料色散：也稱為顏色色散。這是由折射率與波長的關(guān)系得出的。
波長色散：在光纖中，基模的能量失真與波長相關(guān)。這主要影響單一模式。隨著波長變長，能量模式通過護套傳播。
偏振模式色散：這是由于缺乏完美對稱的光纖而導(dǎo)致的，從而導(dǎo)致每種偏振模式的速度不同。
3. 光纖系統(tǒng)失敗的最典型原因是什么？
以下是一些最典型的光纖電纜問題和一些潛在的解決方案：
由于物理應(yīng)變或過度彎曲而導(dǎo)致纖維斷裂；發(fā)射功率不足；電纜跨度過長導(dǎo)致信號損失過大；由于連接器被污染而造成過多的信號損失；由于接頭或連接器過多而導(dǎo)致信號損失過大；光纖與配線架或熔接盤的連接不當(dāng)；由于接頭或連接器故障而導(dǎo)致的過多信號丟失就是信號丟失的一個例子。通常，電纜損壞是導(dǎo)致連接完全失效的原因。但是，連接時斷時續(xù)的原因有很多：
電纜中的接頭過多或質(zhì)量較差可能會導(dǎo)致其衰減過多。連接器可能會被灰塵、指紋、刮痕和濕氣等物質(zhì)污染。配線柜內(nèi)連接不良；發(fā)射機信號弱。4. 什么是OTDR？
光時域反射儀 (OTDR) 是一種廣泛使用的工具，用于識別光纖網(wǎng)絡(luò)中的缺陷。它用于光纖網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、認(rèn)證、維護和故障排除，并檢查光纜的完整性。OTDR 可以顯示電纜映射、評估端接質(zhì)量并定位影響網(wǎng)絡(luò)性能的缺陷。它能夠識別整個通道長度上可能影響長期可靠性的問題。
線段長度、連接和熔接的位置和插入損耗，以及電纜安裝期間或之后可能發(fā)生的其他事件（例如嚴(yán)重彎曲）都是 OTDR 可以識別的特征。較新的技術(shù)還對鏈路中每個連接器的反射率有限制，只能使用 100BASE-DR 進行驗證。
資料來源：STL
- 蜜度索驥：以跨模態(tài)檢索技術(shù)助力“企宣”向上生長
- MediaTek發(fā)布天璣8400 5G全大核智能體AI芯片，賦能高階智能手機
- 千方科技：擬以1.198億元受讓車聯(lián)網(wǎng)基金20%合伙份額
- 中國鐵塔：高同慶因年齡原因辭任公司非執(zhí)行董事等職務(wù)
- MediaTek發(fā)布天璣8400 5G全大核智能體AI芯片，賦能高階智能手機
- 榮耀官宣成為《哪吒之魔童鬧?！饭俜胶献骰锇?，2025魔法科技年貨節(jié)開啟
- 榮耀Magic7 RSR保時捷設(shè)計發(fā)布：大王影像升級，重塑影像創(chuàng)作與處理邊界
- VR和AR技術(shù)的未來趨勢：重塑互動與體驗
- 6G技術(shù)和頻譜需求：解鎖下一代無線連接
- 關(guān)于數(shù)據(jù)存儲的四個驚人事實
- 千家周報|上周熱門資訊 排行榜（12月16日-12月22日）
免責(zé)聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準(zhǔn)確性及可靠性，但不保證有關(guān)資料的準(zhǔn)確性及可靠性，讀者在使用前請進一步核實，并對任何自主決定的行為負(fù)責(zé)。本網(wǎng)站對有關(guān)資料所引致的錯誤、不確或遺漏，概不負(fù)任何法律責(zé)任。任何單位或個人認(rèn)為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識產(chǎn)權(quán)或存在不實內(nèi)容時，應(yīng)及時向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實情況說明，并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細(xì)侵權(quán)或不實情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實，溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。
