光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

姜 彬

1 光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)及光纖測(cè)量等技術(shù)，對(duì)光纖傳輸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、分布式實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并將光纜線路的狀況信息進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、處理的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)、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(shí)間較長(zhǎng)，成為通信網(wǎng)最主要的維護(hù)薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)運(yùn)營(yíng)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(duì)于光纖的劣化，手工測(cè)試難以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楣饫w的劣化過程是一個(gè)長(zhǎng)期而漸近的過程，若沒有長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)的積累分析是很難發(fā)現(xiàn)的。采用光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，可以及時(shí)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(shí)維護(hù)解決，使光纜維護(hù)變被動(dòng)為主動(dòng)，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(gè)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(dòng)監(jiān)測(cè)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(duì)光纜線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理，動(dòng)態(tài)觀察光纜線路傳輸性能的劣化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)光纜隱患，對(duì)光纜的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)顯得至關(guān)重要，因此建立一種實(shí)時(shí)的光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(cè)中心MC、監(jiān)測(cè)站MS、通信網(wǎng)絡(luò)3個(gè)部分組成，它們分別完成不同的功能。

監(jiān)測(cè)中心（MC）負(fù)責(zé)對(duì)本管區(qū)的各監(jiān)測(cè)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(cè)中心負(fù)責(zé)系統(tǒng)配置，接收監(jiān)測(cè)站的告警信號(hào)及測(cè)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(cè)站（MS）在監(jiān)測(cè)中心控制下，對(duì)光纖傳輸損耗的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將告警及時(shí)上報(bào)監(jiān)測(cè)中心。按照安裝地點(diǎn)的不同，監(jiān)測(cè)站分為本地監(jiān)測(cè)站和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)站由告警監(jiān)測(cè)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(cè)站與各級(jí)監(jiān)測(cè)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(cè)站（MS）的光功率監(jiān)測(cè)模塊的采集單元（AIU）對(duì)被測(cè)光纖的光功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)中心（MC），隨后,監(jiān)測(cè)中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，對(duì)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(dòng)快速啟動(dòng)監(jiān)測(cè)站的光時(shí)域反射測(cè)試儀（OTDR）和程控光開關(guān)（OSW）對(duì)故障光纜段進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試的曲線數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心對(duì)測(cè)試曲線進(jìn)行分析，從而確定故障點(diǎn)位置、類型、告警級(jí)別，并用各種方式告警。

借助于地理信息系統(tǒng)，在監(jiān)測(cè)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(cè)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(shí)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(duì)測(cè)試曲線進(jìn)行分析比較，動(dòng)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(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、光學(xué)測(cè)量技術(shù)等融合在一起，同時(shí)，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(duì)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(shí)、在線的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，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(jí)。

系統(tǒng)采用模塊化、分布式、多級(jí)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(jí)。

4 系統(tǒng)的主要功能

4.1 監(jiān)測(cè)分析及故障點(diǎn)精確定位功能

自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能：在光纜運(yùn)營(yíng)中，遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、長(zhǎng)期地對(duì)被監(jiān)測(cè)光纖運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控、事件實(shí)時(shí)判斷、自動(dòng)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(shì)來判斷其可用度、劣化趨勢(shì)，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(shí)。

4.2 多樣的測(cè)試方式

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

告警測(cè)試：對(duì)于超過門限值的告警，系統(tǒng)自動(dòng)激活相關(guān)監(jiān)測(cè)站的 OTDR測(cè)試，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的有效測(cè)試方式。

周期測(cè)試：由用戶設(shè)定測(cè)試任務(wù)及計(jì)劃，系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試光纖各項(xiàng)數(shù)據(jù)并分析存儲(chǔ)，隨著時(shí)間的推移，通過對(duì)監(jiān)測(cè)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(duì)光纜測(cè)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(shí)間。

5 光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作方式

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

5.1 備纖監(jiān)測(cè)方式

備纖監(jiān)測(cè)方式是監(jiān)測(cè)光纜中除工作光纖外的備用光纖。

備纖監(jiān)測(cè)方式需在監(jiān)測(cè)路由的末端加入一個(gè)光源，向被測(cè)光纖送入穩(wěn)定光信號(hào)，然后由監(jiān)測(cè)站的光功率采集和控制單元對(duì)光功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)光纖異常時(shí)，光源信號(hào)減弱或被阻斷，系統(tǒng)立即激活OTDR進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)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(duì)備用光纖的監(jiān)測(cè)，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(cè)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(cè)方式

在線監(jiān)測(cè)方式利用的是波分復(fù)用的原理，將測(cè)試光波同工作光合到一起，利用與工作光不同波長(zhǎng)（如波長(zhǎng)為1 625 nm）的光波進(jìn)行測(cè)試的一種方法。監(jiān)測(cè)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(duì)在用光纖的監(jiān)測(cè)。

在線監(jiān)測(cè)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(duì)工作光纖進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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(shí)，或光線路出現(xiàn)較大衰減時(shí)，產(chǎn)生告警，系統(tǒng)立即激活 OTDR對(duì)工作光纖進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析、判斷與定位。在線監(jiān)測(cè)方式能夠?qū)崟r(shí)反映工作光纖的傳輸性能。

由于目前常用的通信光波長(zhǎng)為 1 310和1 550 nm，所以在線監(jiān)測(cè)方式中OTDR通常采用1 625 nm波長(zhǎng)的光波，使OTDR測(cè)試光波長(zhǎng)與通信工作光波長(zhǎng)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(cè)和備纖監(jiān)測(cè)方式的比較

在可靠性上，備纖監(jiān)測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)只需在對(duì)端增加一個(gè)光源，對(duì)原有的光纖連接方式不需要做大的改動(dòng)，實(shí)施復(fù)雜度小。而在線監(jiān)測(cè)需引入分光器、濾波器等，對(duì)原有通信設(shè)備和光纖連接方式均需做改動(dòng)，實(shí)施難度大。

6 光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

鐵路上通常同時(shí)采用在線監(jiān)測(cè)、備纖監(jiān)測(cè)2種監(jiān)測(cè)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(shí)采用在線和備纖監(jiān)測(cè)2種方式。系統(tǒng)在揚(yáng)州站設(shè)監(jiān)測(cè)中心和本地監(jiān)測(cè)站，在海安、南京各設(shè)一套遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)站，成功地實(shí)現(xiàn)了干線光纜的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，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(dòng)監(jiān)測(cè)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(duì)確保干線光纜暢通，壓縮障礙歷時(shí)有十分重要的意義。

7 結(jié)束語

光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采用，可將測(cè)試變成秒級(jí)監(jiān)測(cè)和分鐘級(jí)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(cè)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(duì)通信質(zhì)量、服務(wù)質(zhì)量的要求提高，光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)的重要性將更加突出。光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)成為光通信領(lǐng)域的一個(gè)亮點(diǎn)，并得到廣泛應(yīng)用。