1、 2020-1-光 模 块 异 常 预 判 方 法 的 研 究 哈欣楠（国网宁夏电力有限公司信息通信公司，宁夏回族自治区 银川市 750001）STUDY ON ANNORMAL PREDICTION METHOD OF OPTICAL MODULE HA Xinnan State Grid NingXia Electric Power Information&Communication Company NingXia YinChuan 750001 摘要：目前，国网一、二级骨 干通信网承载业务重要性日益增强，通信设备发生异常后将严重影响业务的正常运行，常规的设备网管告警监控无法满足设备运行异
2、常的分析预判。因此，需探寻一种事前故障预判机制。在告警发生前，提前预判设备告警，尽量在设备故障发生前完成处置，或为故障处置争取宝贵时间,提高宁夏公司所辖国网一二级通信设备运行管理水平。经分析，通过对设备网管相关性能指标的监测提前做到故障预判断，能够有效缩短预警时间，提高故障处置能力与调度运行管理水平。关键词：光模块，故障，多项 式，线性拟合，光电子 ABSTRACT:At present,the carrying business of the primary and secondary backbone communication network of the State Grid is b
3、ecoming increasingly important.Abnormal communication equipment will seriously affect the normal operation of the business.However,the network management warning monitoring of conventional equipment cannot meet the analysis and prediction of abnormal operation.Therefore,it is necessary to explore a
4、kind of fault prediction mechanism beforehand.In order to improve the operation and management level of the first and second level communication equipment of Ningxia Company,it is essential to predict the equipment warning in advance,and try to complete the disposal before the equipment fault occurs
5、,or gain precious time for the fault disposal.Through analyses,the monitoring of relevant performance indicators of equipment network management can achieve fault pre-judgment in advance,which can effectively shorten the warning time,improve the ability of fault disposal and the level of dispatching
6、 operation management.KEY WORD:Optical module;fault;polynomial;linear fitting;photoelectron 0.引言 当前，宁夏 境内 目前 所辖 国网一 级 OTN 传输设备，大 量采 用光 模块 进行业 务通 信，随着骨干通 信网 承载 业务 重要 性日益 增强，一 旦发生光模 块异 常后 将严 重影 响业务 的正 常运 行。常规的 告警 监控 作为 目前 主要的 监控 手段，因其为“事 后处 理”手 段已 无 法满足“快速 响应，实时处 理”的要 求。因此，需探 寻一 种事 前故障预判 机制。在 告警 发生 前，
7、提 前预 判设 备告警，尽 量在 设备 故障 发生 前完成 处置，或 为故障处置 争取 宝贵 时间,提 高 宁夏公 司通 信设 备运行保 障能 力。为提高 调度 运行 管理 水平，加强 中心 监控能力，调 度中 心于2016 年 三月开 展了 通信 网管巡视工 作。经分 析，通过 巡视网 管所 得设 备光模块相 关性 能的 实时 参数 不仅可 以有 效分 析当前光模 块状 态，而且 能够 预测光 模块 的失 效时间，从 而预 判光 模块 的故 障发生 时间。因 此，将目前 的监 控手 段从 事后 发现事 后处 理变 为提前发现 提前 处理，提 高了 通信故 障处 置能 力，加强了 调度 运行
8、监控 管理 水平。1.光模块故障处理现状分析 当前光 传输 设备 故障 检修 作业流 程均 为故障发生 后启 动检 修流 程进 行处理。直 到检 修结束，设 备都 无法 工作。检 修时长 越长，造 成设备处于 停运 状态 的时 间也 就越长，为 检修 工作带来了 巨大 的挑 战。通过 对2015 年3 月份至2016 年3 月份OTN设备通 信故 障抢 修工 作调 查分析，如表1 所 示。光模块 故障 是 OTN 设 备故 障里发 生次 数最 多的故障，也是 平均 抢修 时间 较长的 故障（因 OTN 2020-2-设备光 模块 配件 需国 网调 配）。抢修 时间 越长，对设备 业务 影响 越
9、大，造 成的后 果就 更严 重。表 1 OTN 设备故障统计表 Tab.1 OTN equipment failure statistics 序号 故障 原因 故障次数 百分比 平均抢修时间 1 设备板卡故障 2 光模块故障 8 75%4.2h 因此，需要 一种 光模 块故 障预警 方法，以达到提 前排 除故 障的 目的，降低 检修 工作 风险与难度。通过调 查分 析发 现，光模 块作为 通信 传输设备的 重要 组成 部分，其 性能好 坏关 系到 业务能否正 常运 行。经查 询相 关资料 可知，光 模块在发生 故障 前，往往 伴随 着某些 性能 参数 的劣化。如 果能 够掌 握其 性能 参数变
10、 化规 律，就可以提前 预判 故障。2016 年5 月，全 体小 组成 员统计、分 析国网OTN 专业 网管 相关 参数 后，确 定目 标为：发现光模 块告 警由 原来 即时 告警提 前到1 个 小时发现发 生的 告警，且 采用 无需人 工干 预的 提前告警模 式。2.多 项式拟合预测法 2.1 算法原 理介绍 假 设 给 定 数 据 点),1,0(,m i i iy x）（,为所有次数不超过)(m n n 的多项式构成的函数类,现求,使得：（1）当拟合 函数 为多 项式 时，称 为多项 式拟 合，满足式（1）的 称为 最小 二 乘拟合 多项 式。特别地，当n=1 时，称 为线 性拟合 或直
11、线拟 合。2.2 设计方 案 用 数 据 分 析 软 件 对 所 巡 视 的 性 能 参 数 进行多项 式拟 合，通过 拟合 得到的 曲线 符合 判断条件后，即 可用 该多 项式 函数预 测未 来光 模块的性能 参数，从 而达 到预 警的目 的。将采集 到的 至少 一组 所述 光模块 工作 状态 下的收（发）光 功率、温 度或 者偏置 电流 进行 多项式拟合，多 项式 拟合 模型 公式为：(2)其中).2,1,0(N n，为关 于温 度T 的系数。利用 Origin 软 件进 行拟 合得到 模型 公式的系数。判断 所述 均方 差是 否小于 预设 的误差容限,此时设置误差容限为。若判断结果 为是
12、，则 确定 所述 光模块 寿命 预测 模型的系数 和阶 数，并将 所述 光模块 模型 的系 数和阶数代 入所 述光 模块 预测 模型公 式。具体 步骤如下：（1）记录 网元 参数 数据 通 过对 设备 网管 巡视 得到当 前光 模块 的性能参数，如 收（发）光功 率、光 模块 温度、偏置电流、调 制电 流等 参数。（2）绘制数 据散 点图 将 光模 块性 能参 数数 据录 入 Origin 软件，同时，生成 数据 散点 图。（3）确定拟 合多 项式 阶数 通 过对 当前 数据 的散 点图进 行分 析，尝试用不同 阶数 的模 型函 数进 行拟合。（4）开始拟 合 通 过 比 较 确 定 误 差
13、容 限 小 于 1%即 为 符 合要求的 多项 式模 型。用当 前函数 绘制 性能 参数曲线对 光模 块性 能即 可进 行预测。（5）效果展 示 如图 1 所示，黑 色散 点图 为实际 测量 某光模块同 一温 度下 不同 时刻 偏置电 流数 据绘 制，红色曲 线为 利用 多项 式拟 合得到 的数 据曲 线，可以看 出拟 合效 果达 到预 期目标，误 差容 限如图中标 识所 示 为 0.4%，符 合判断 条件。此 时，我们得 到了 该偏 置电 流的 拟合多 项式 为（3）式（3）中)(t I为对 应时 间t的偏 置电流。可 以看出该 多项 式 为 5 阶，随 着阶数 的升 高，自变量t对)(t
14、I的影响 在逐 渐减 小，反 应在数 据拟 合 2020-3-曲线上 即为 曲线 开始 单调 递增速 度逐 渐加 快，在曲线 后半 段单 调递 增速 度逐渐 减缓，这 也正符合实 测数 据所 得到 的散 点图规 律。图 1 光 模 块 偏 置 电 流 拟 合 曲 线 图 Fig.1 The bias current of the light module fits the curve 光 模块 结构 原理 示意 图如图 2 所 示，其核心部件 为发 光二 极管。根 据半导 体器 件原 理我们可知，当 二级 管失 效时，其偏 置电 流也 会随之发生 增加。根 据失 效原 理我们 规定 当发 光二
15、级管的 偏置 电流 变为 初始 阈值电 流 1.5 倍 时，判断器 件失 效。图 2 光 模 块 结 构 示 意 图 Fig.2 Schematic diagram of light module structure 图 3 光 模 块 偏 置 电 流 曲 线 预 测 图 Fig.3 Prediction diagram of optical module bias current curve 前文我 们通 过多 项式 拟合 已得到 光模 块偏置电流 的模 型函 数。通过 Origin 进行曲线 绘制，如图 3 所示。通过网 管查 询可 得该 光模 块初始 阈值 电流,因 此 当 器 件 失
16、效 时，其 偏 置 电流,通 过图 3 我们找到对 应的 时 间 t 此时 为 1060.6h，此 时器 件已使用 了 1000 小 时，因 此可 以推断 出该 光模 块将在 60 小时 后失 效。我 们可 以根据 该推 断合 理安排光模 块更 换时 间，而不 用再等 到器 件失 效以后通过 告警 发现 去安 排紧 急抢修。这 从根 本上改变了 我们 对光 模块 故障 的处理 方法，即由“事后发现，事 后处 理”变为“事前 预警，事 前处理”的 方法。3.结语 本文实 施提 供一 种光 模块 性能预 测的 研究方法，涉及 光电 子技 术领 域，能 够更 精确 地提前预警 光模 块失 效的 时间
17、，指导 检修 人员 提前更换光 模块。这 种失 效预 判方法 简单，高 效，适 用于 缓慢 退化 或失 效不 明显的 光模 块器 件。所考虑 的失 效时 间是 通用 器件失 效模 型的 普遍结论，保证 了性 能预 测的 准确性。由 于时 间，器材，实验 环境 的诸 多限 制，本 文只 选取 了光模块的 偏置 电流 进行 预判 分析，其光 模块 核心另一重 要参 数收（发）光 功率变 化规 律，有待下一步 更深 层次 的研 究。参 考 文 献:1 王 衍 学.机 械 故 障 监 测 诊 断 的 若 干 新 方 法 及 其 应 用 研 究D.西安交通大学,2009 年.2 2 Flores-Jar
18、dines E,Black J,et al.Remote sensing of aircraft exhaust temperature and composition by passive Fourier transform infrared(FTIR)J.Proceedings of SPIE.2007,6745:67451Q.3 3 徐志钮,樊 明 月,赵 丽 娟.二 次 多 项 式 拟 合 在 分 布 式 光 纤传感中的应用J.半导体光电,2020,30(03):1-8.4 4 Yanwu Chu,Zhanjie Zhang,Qianyuan He,Feng Chen,Ziqian S
19、heng,Deng Zhang,Honglin Jin,Fagang Jiang,Lianbo Guo.Half-life determination of inorganic-organic hybrid nanomaterials in mice using laser-induced breakdown spectroscopyJ.Journal of Advanced Research,2020,24.5 5 Zi-Kai Yang,Sheng Zhao,Xiang-Dong Huang,Wei Lu.Accurate Doppler radar-based heart rate me
20、asurement using matched filterJ.IEICE Electronics Express.2020,17(8).6 6 成 高 飞,郭媛.基 于 多 项 式 曲 线 拟 合 方 程 法 的 矿 用 风 机 2020-4-风压特性曲线的对比研究J.陕西煤炭,2019,38(01):47-50.7 于佳慧,张世涛,张岩.基于 MATLAB 的抗差多项式拟合方法在 GNSS 周 跳 探 测 中 的 应 用 研 究 J.软件,2019,40(08):175-180.8 杨栋,张 宗 谦,彭虎.基 于 多 项 式 拟 合 法 的 超 声 速 度 的 测 量J.生物医学工程研究,
21、2012,31(03):173-176.9 李姗珊,全智,卢媛媛.多 速 率 误 码 和 光 功 率 集 成 检 测 系 统 的研究与开发J.仪表技术与传感器,2020(01):112-116.10 李军旗,雷宏,张大利.多通道高速图像采集系统设计J.光电技术应用,2020,35(03):59-66.11 Li Junqi,Lei Hong,Zhang Dali.Design of multi-channel high-speed image acquisition systemJ.Application of Photoelectric Technology,2020,35(03):59-6
22、6.12 12 Enplas Corporation;Researchers Submit Patent Application,Optical Receptacle And Optical Module,for Approval(USPTO 20200150358)J.Politics&Government Week,2020.13 13 Fujitsu Limited;Researchers Submit Patent Application,Optical Module,for Approval(USPTO 20200150365)J.Politics&Government Week,2
23、020.14 14 Leonardo Micheli,Eduardo F.Fern ndez,Matthew Muller,Greg P.Smestad,Florencia Almonacid.Selection of optimal wavelengths for optical soiling modelling and detection in photovoltaic modulesJ.Solar Energy Materials and Solar Cells,2020,212.15 15 Hisense Broadband MultiMedia Technologies Co.Lt
24、d.;Patent Application Titled Optical Module Published Online(USPTO 20200145113)J.Electronics Newsweekly,2020.16 16 Young-Su Jeong,Jong Min Lee,Jinho Park,Eugene Chong,Kibong Choi.Development of a real-time handheld bioaerosol monitoring system using ultraviolet-light emitting diode induced fluorescenceJ.Instrumentation Science&Technology,2020,48(4).收稿日 期：2020 年 10 月 作者简 介：哈欣楠（1989），男，硕 士，工程 师，从事电 力系 统通 信运 行、维护工作。
