光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

姜 彬

1 光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)

光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)及光纖測量等技術(shù)，對光纖傳輸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、分布式實(shí)時自動監(jiān)測，并將光纜線路的狀況信息進(jìn)行收集、存儲、處理的自動化監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)將光纜自動監(jiān)測、網(wǎng)管告警、故障分析、定位、故障管理、線路維護(hù)、線路管理有機(jī)結(jié)合在一起，從而為光纜網(wǎng)絡(luò)的安全高效運(yùn)行提供保障。

光纖通信具有很多優(yōu)點(diǎn)，通信容量大、傳送信息質(zhì)量高、傳輸距離遠(yuǎn)、性能穩(wěn)定、防電磁干擾、抗腐蝕能力強(qiáng)，因此近年來光纖通信得到大力發(fā)展。由于光纜線路本身極易受外界環(huán)境的影響以及自然、人力的破壞，而且故障排除時間較長，成為通信網(wǎng)最主要的維護(hù)薄弱環(huán)節(jié)。對運(yùn)營商而言，如何管理和維護(hù)好光纜網(wǎng)絡(luò)，如何保證光纜網(wǎng)絡(luò)安全就顯得尤為重要。

對于光纖的劣化，手工測試難以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楣饫w的劣化過程是一個長期而漸近的過程，若沒有長時間測試數(shù)據(jù)的積累分析是很難發(fā)現(xiàn)的。采用光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)后，可以及時發(fā)現(xiàn)光纜光纖特性的變化，準(zhǔn)確地捕捉、發(fā)現(xiàn)光纜可能發(fā)生的故障征兆，在未形成阻斷故障前及時維護(hù)解決，使光纜維護(hù)變被動為主動，以降低光纜阻斷的可能性。

隨著光纜網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，帶來的另一個問題是光纜數(shù)據(jù)管理困難。以往，所有光纜的資料采用人工管理，比較混亂、檢索困難，如果發(fā)生故障，不易查找。利用光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)可以很好地完成上述數(shù)據(jù)的管理。

綜合以上分析，對光纜線路進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與管理，動態(tài)觀察光纜線路傳輸性能的劣化情況，及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)光纜隱患，對光纜的運(yùn)營和維護(hù)顯得至關(guān)重要，因此建立一種實(shí)時的光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的。

2 系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)主要由監(jiān)測中心MC、監(jiān)測站MS、通信網(wǎng)絡(luò)3個部分組成，它們分別完成不同的功能。

監(jiān)測中心（MC）負(fù)責(zé)對本管區(qū)的各監(jiān)測站進(jìn)行控制和管理，是收集和處理數(shù)據(jù)的中心。監(jiān)測中心負(fù)責(zé)系統(tǒng)配置，接收監(jiān)測站的告警信號及測試數(shù)據(jù)，并作相應(yīng)的處理。它由控制器（服務(wù)器、客戶機(jī)、工作站）、路由器、集線器、網(wǎng)絡(luò)適配器、相應(yīng)的軟件及打印機(jī)等組成。

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監(jiān)測站（MS）在監(jiān)測中心控制下，對光纖傳輸損耗的變化進(jìn)行監(jiān)測，并將告警及時上報(bào)監(jiān)測中心。按照安裝地點(diǎn)的不同，監(jiān)測站分為本地監(jiān)測站和遠(yuǎn)程監(jiān)測站。監(jiān)測站由告警監(jiān)測模塊（含光功率采集單元AIU和光功率控制單元ACU）、OTDR模塊、控制模塊、電源模塊、程控光開關(guān)（OSU）、波分復(fù)用器（WDM）、濾波器、路由器、網(wǎng)絡(luò)適配器及相應(yīng)的軟件（含 OTDR仿真軟件）等組成，通常安裝于傳輸機(jī)房用的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架內(nèi)。

通信網(wǎng)絡(luò)主要為監(jiān)測站與各級監(jiān)測中心之間的通信提供通道。

3 工作原理及技術(shù)特點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)工作原理

監(jiān)測站（MS）的光功率監(jiān)測模塊的采集單元（AIU）對被測光纖的光功率進(jìn)行監(jiān)測采集，并將采集的數(shù)據(jù)送至光功率控制單元（ACU），光功率控制單元對光功率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，將超過告警門限的光功率數(shù)據(jù)傳報(bào)給監(jiān)測中心（MC），隨后,監(jiān)測中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，對發(fā)生超門限值的光功率變化進(jìn)行警告，統(tǒng)計(jì)判斷出故障光纜段，自動快速啟動監(jiān)測站的光時域反射測試儀（OTDR）和程控光開關(guān)（OSW）對故障光纜段進(jìn)行測試，測試的曲線數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測中心，監(jiān)測中心對測試曲線進(jìn)行分析，從而確定故障點(diǎn)位置、類型、告警級別，并用各種方式告警。

借助于地理信息系統(tǒng)，在監(jiān)測中心的顯示屏幕上以地圖的形式準(zhǔn)確地顯示出光纜的路由和故障點(diǎn)位置。

在周期測試中，如發(fā)現(xiàn)傳輸損耗值變化超過門限值或接頭損耗超標(biāo)時系統(tǒng)按上述方式告警。

系統(tǒng)可通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)，對測試曲線進(jìn)行分析比較，動態(tài)觀察光纜光纖的特性變化，判斷光纜線路的劣化情況。

3.2 系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、光學(xué)測量技術(shù)等融合在一起，同時，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）等技術(shù)為故障定位提供可靠的保證。系統(tǒng)可以對光纜中光纖傳輸衰耗特性變化及光纖阻斷故障實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分布式實(shí)時、在線的自動監(jiān)測，并迅速、準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)的位置。

采用TCP/IP進(jìn)行系統(tǒng)互連，并可進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程復(fù)位和系統(tǒng)升級。

系統(tǒng)采用模塊化、分布式、多級體系結(jié)構(gòu)，通過開放式通信協(xié)議可以非常方便地集成到網(wǎng)絡(luò)中?？缮炜s的體系結(jié)構(gòu)適合于平滑地?cái)U(kuò)容和升級。

4 系統(tǒng)的主要功能

4.1 監(jiān)測分析及故障點(diǎn)精確定位功能

自動監(jiān)測功能：在光纜運(yùn)營中，遠(yuǎn)程、實(shí)時、長期地對被監(jiān)測光纖運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控、事件實(shí)時判斷、自動告警。

纖芯劣化分析功能：能進(jìn)行纖芯劣化追蹤，按纖芯損耗的變化趨勢來判斷其可用度、劣化趨勢，在出現(xiàn)故障前提前告警。

光纖故障點(diǎn)的精確定位功能：可完成光纜故障點(diǎn)位置的精確定位，壓縮障礙歷時。

4.2 多樣的測試方式

點(diǎn)名測試：按照用戶需要，指定光纖進(jìn)行測試，滿足日常維護(hù)和調(diào)試需要。

告警測試：對于超過門限值的告警，系統(tǒng)自動激活相關(guān)監(jiān)測站的 OTDR測試，并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，是系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測的有效測試方式。

周期測試：由用戶設(shè)定測試任務(wù)及計(jì)劃，系統(tǒng)自動測試光纖各項(xiàng)數(shù)據(jù)并分析存儲，隨著時間的推移，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析可以發(fā)現(xiàn)光纖通道的劣化性能。

4.3 OTDR仿真分析功能

對光纜測試數(shù)據(jù)可以使用曲線圖形進(jìn)行光纜特性分析，詳細(xì)了解光纖的衰減因素及影響通信的各種事件。

可通過與歷史數(shù)據(jù)比較，分析光纖隱性衰減因素，提早做出預(yù)防措施，減少光纖的重大通信故障。

4.4 地理信息系統(tǒng)支持

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系統(tǒng)能夠在計(jì)算機(jī)屏幕上以圖形化的方式顯示出故障位置。管理人員可以直觀地看出故障點(diǎn)附近的建筑、光纜接頭和明顯的標(biāo)志物，方便維護(hù)人員迅速準(zhǔn)確定位，縮短搶修時間。

5 光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的工作方式

光纖的自動監(jiān)測方式一般有2種：備纖監(jiān)測、在線監(jiān)測。

5.1 備纖監(jiān)測方式

備纖監(jiān)測方式是監(jiān)測光纜中除工作光纖外的備用光纖。

備纖監(jiān)測方式需在監(jiān)測路由的末端加入一個光源，向被測光纖送入穩(wěn)定光信號，然后由監(jiān)測站的光功率采集和控制單元對光功率進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)光纖異常時，光源信號減弱或被阻斷，系統(tǒng)立即激活OTDR進(jìn)行測試，檢測出光纖是否中斷，中斷點(diǎn)距離或是否老化等指標(biāo)，進(jìn)行故障判斷與精確定位。

由于備纖與其他工作光纖都在同一根光纜中，理論上來說，相同光纜中的光纖不論是否使用，其受環(huán)境影響的程度和物理特性的變化大致相同，所表現(xiàn)出的性能數(shù)據(jù)的改變情況基本相同。系統(tǒng)通過對備用光纖的監(jiān)測，并采用類比的方法可近似得到在線光纖的運(yùn)行參數(shù)。因此采用測試備纖的性能基本上可以反映整根光纜包括工作光纖的性能。

5.2 在線監(jiān)測方式

在線監(jiān)測方式利用的是波分復(fù)用的原理，將測試光波同工作光合到一起，利用與工作光不同波長（如波長為1 625 nm）的光波進(jìn)行測試的一種方法。監(jiān)測站的 OTDR利用波分復(fù)用器（WDM）、濾波器（FILTER）、程控光開關(guān)（OSU），通過波分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對在用光纖的監(jiān)測。

在線監(jiān)測方式是采用分光器將傳輸設(shè)備的工作光分出3%，送入光功率采集單元，光功率控制單元對工作光纖進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)工作光纖出現(xiàn)斷纖或工作光功率下降到某一門限值時，或光線路出現(xiàn)較大衰減時，產(chǎn)生告警，系統(tǒng)立即激活 OTDR對工作光纖進(jìn)行測試，根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行分析、判斷與定位。在線監(jiān)測方式能夠?qū)崟r反映工作光纖的傳輸性能。

由于目前常用的通信光波長為 1 310和1 550 nm，所以在線監(jiān)測方式中OTDR通常采用1 625 nm波長的光波，使OTDR測試光波長與通信工作光波長不同，從而不影響在用的光傳輸系統(tǒng)的傳輸性能。

5.3 在線監(jiān)測和備纖監(jiān)測方式的比較

在可靠性上，備纖監(jiān)測方式由于不介入通信設(shè)備與在用光纖，可靠性較好；在線監(jiān)測方式由于需引入分光器、濾波器、WDM等，系統(tǒng)可靠性有所降低，對光纖通道的衰耗冗余度有一定的要求。

在實(shí)施上，備纖監(jiān)測只需在對端增加一個光源，對原有的光纖連接方式不需要做大的改動，實(shí)施復(fù)雜度小。而在線監(jiān)測需引入分光器、濾波器等，對原有通信設(shè)備和光纖連接方式均需做改動，實(shí)施難度大。

6 光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

鐵路上通常同時采用在線監(jiān)測、備纖監(jiān)測2種監(jiān)測方式，以確保光纜線路和通信設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，確保行車安全。如新建寧啟鐵路即同時采用在線和備纖監(jiān)測2種方式。系統(tǒng)在揚(yáng)州站設(shè)監(jiān)測中心和本地監(jiān)測站，在海安、南京各設(shè)一套遠(yuǎn)端監(jiān)測站，成功地實(shí)現(xiàn)了干線光纜的遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測，提高了維護(hù)質(zhì)量，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用使光纜維護(hù)逐步向受控性方向發(fā)展，對確保干線光纜暢通，壓縮障礙歷時有十分重要的意義。

7 結(jié)束語

光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的采用，可將測試變成秒級監(jiān)測和分鐘級故障定位，加強(qiáng)和提高了光纜維護(hù)水平，更重要的一點(diǎn)是該系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)尚未影響通信的故障隱患和進(jìn)行精確的故障定位，從而進(jìn)行預(yù)防性的線路監(jiān)測和維護(hù)，維護(hù)水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍。隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，光纖傳輸信息的能力越來越大，以及人們對通信質(zhì)量、服務(wù)質(zhì)量的要求提高，光纖自動監(jiān)測的重要性將更加突出。光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)將會成為光通信領(lǐng)域的一個亮點(diǎn)，并得到廣泛應(yīng)用。