光傳輸系統(tǒng)收光功率的監(jiān)控管理分析

徐 茹 魏文彬

（國網(wǎng)寧夏電力信息通信公司，寧夏 銀川750000）

0 引言

電力通信已與電網(wǎng)安全經(jīng)息息相關(guān)，而“智能電網(wǎng)”戰(zhàn)略的推進(jìn)，對(duì)電力通信網(wǎng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提出了更高的要求。提高運(yùn)行維護(hù)效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除網(wǎng)絡(luò)隱患，縮短故障處理歷時(shí)，提升企業(yè)良好的服務(wù)形象，更好地為電網(wǎng)安全生產(chǎn)提供通信支撐，是電力通信部門的重要研究方向和課題。在計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，前述工作人工勞動(dòng)效率過低，因此，有必要對(duì)馬可尼傳輸網(wǎng)設(shè)備的收光功率進(jìn)行接口研究與分析，以便對(duì)傳輸網(wǎng)元的收光功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸網(wǎng)中光纖線路的運(yùn)行質(zhì)量監(jiān)視及性能數(shù)據(jù)分析處理，提高通信服務(wù)水平，為通信運(yùn)維工作提供技術(shù)支撐手段，提高工作效率。

1 光功率監(jiān)控管理的需求分析

1．1 總體需求

寧夏電力通信光纖傳輸網(wǎng)主要采用的是Marconi SDH設(shè)備，該專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)的北向接口不支持傳輸網(wǎng)元光板的收光電平的數(shù)據(jù)接口，只能對(duì)光口當(dāng)前的收光電平進(jìn)行查看，無法以軟件的方式從SDH專業(yè)網(wǎng)管實(shí)時(shí)獲取光口收光電平數(shù)據(jù)，不能進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析，不能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值比較。在這種情況下，要想對(duì)傳輸網(wǎng)光口收光電平進(jìn)行監(jiān)測(cè)，只有通過人工方式實(shí)現(xiàn)，工作效率極低，主要體現(xiàn)在：（1）維護(hù)人員需要在專業(yè)網(wǎng)管上點(diǎn)擊需要查看的光口，等待較長的響應(yīng)時(shí)間才能查看到一個(gè)端口的即時(shí)收光功率。寧夏電力通信三級(jí)網(wǎng)目前約有500個(gè)光口，需要花費(fèi)大量時(shí)間查看，兩個(gè)專業(yè)人員要花費(fèi)2～3天的時(shí)間才能對(duì)上述光口進(jìn)行一次數(shù)據(jù)記錄，由于工作量大，重復(fù)枯燥勞動(dòng)，效率低下，容易出錯(cuò)。（2）專業(yè)網(wǎng)管上不能設(shè)置收光功率的標(biāo)準(zhǔn)值，不能設(shè)置門限，因此很難看到收光功率值正常與否，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)收光功率的問題。（3）專業(yè)網(wǎng)管上不能保存歷史數(shù)據(jù)，因此無法進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)對(duì)照，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)收光電平衰耗的變化，從而預(yù)先發(fā)現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)中的隱患。（4）對(duì)于光纖的衰耗，只能通過人工進(jìn)行計(jì)算判斷，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，建設(shè)一套傳輸網(wǎng)收光功率的監(jiān)控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)收光功率的自動(dòng)采集及告警管理，能從根本上解決設(shè)備的監(jiān)控管理問題。

1．2 系統(tǒng)功能需求

（1）數(shù)據(jù)采集功能。系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)采集接口模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸設(shè)備各光口的光功率數(shù)據(jù)的采集，采集方式靈活，可以連續(xù)采集，也可以設(shè)置離散的時(shí)間點(diǎn)，進(jìn)行定時(shí)采集。（2）超門限告警功能。光功率超門限告警管理功能能夠?qū)崿F(xiàn)光功率的門限閾值管理，具體功能包括：1）可以根據(jù)實(shí)際線路的情況，設(shè)置光端口收光功率的告警閾值，對(duì)于不同的光纖接口，可以單獨(dú)設(shè)置不同的閾值。2）對(duì)于超過設(shè)置值的光功率信號(hào)，在拓?fù)鋱D中將以不同的顏色顯示。3）對(duì)于已經(jīng)越限的光口節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)支持多種方式的告警通知，包括不同顏色的顯示、語音通知、推屏通知、短信通知等方式。（3）趨勢(shì)告警分析提示。系統(tǒng)提出了一種用于監(jiān)控傳輸網(wǎng)收光功率數(shù)據(jù)的趨勢(shì)分析方法，通過線性回歸算法和指數(shù)回歸算法預(yù)測(cè)光功率的未來值。根據(jù)趨勢(shì)分析結(jié)果和事先設(shè)定的報(bào)警閾值確定是否預(yù)先報(bào)警，繪制該指標(biāo)變化的周期性曲線。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)光接口的收光功率指標(biāo)在發(fā)生越限前預(yù)先報(bào)警，自動(dòng)生成收光功率的變化周期性曲線，為光功率的監(jiān)控管理系統(tǒng)增加了趨勢(shì)分析功能。（4）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D形展示。光纖網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涔芾砉δ馨ǎ?）支持光纖網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔故?，根?jù)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以環(huán)網(wǎng)的方式展示傳輸網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)。2）以不同顏色的連接線標(biāo)識(shí)當(dāng)前光纖的可用程度（相對(duì)于光纖的劣化程度而言）。3）能夠快速進(jìn)行定位故障，找到故障影響的設(shè)備和業(yè)務(wù)范圍。4）具備拓?fù)涞娜斯ぞS護(hù)功能，可以對(duì)拓?fù)鋱D在線進(jìn)行編輯處理。（5）報(bào)表統(tǒng)計(jì)。報(bào)表統(tǒng)計(jì)支持Web遠(yuǎn)程訪問，并可根據(jù)用戶的需求變化自定義不同的報(bào)表模版，提供報(bào)表打印及Excel格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)出。報(bào)表統(tǒng)計(jì)包括資產(chǎn)報(bào)表、性能報(bào)表、事件報(bào)表，具體如下：1）資產(chǎn)報(bào)表：主要是對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備及配置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；2）性能報(bào)表：對(duì)指定的各光纖接口的收光功率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；3）事件報(bào)表：對(duì)系統(tǒng)發(fā)生的告警、預(yù)警等信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。（6）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)中的局站、傳輸設(shè)備、板卡、端口、光纜及其連接信息進(jìn)行管理，為系統(tǒng)的各種管理功能提供服務(wù)。

2 光功率監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2．1 總體結(jié)構(gòu)

（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。監(jiān)控系統(tǒng)采用快速以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建成局域網(wǎng)絡(luò)，通過防火墻／路由器與傳輸網(wǎng)管、用戶局域網(wǎng)進(jìn)行接口，實(shí)現(xiàn)采集模塊與傳輸網(wǎng)管的通訊、用戶工作站與系統(tǒng)的通訊，如圖1所示。

（2）功能結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)軟件采用傳統(tǒng)的B／S架構(gòu)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：用戶界面層、應(yīng)用服務(wù)層、數(shù)據(jù)服務(wù)層，系統(tǒng)的功能邏輯主要在應(yīng)用服務(wù)層實(shí)現(xiàn)（數(shù)據(jù)采集除外）。功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2．2 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖2 功能結(jié)構(gòu)圖

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)展示整個(gè)傳輸網(wǎng)的總體運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)顯示傳輸設(shè)備所在位置及當(dāng)前狀態(tài)，包括收光功率、承載的業(yè)務(wù)、光口對(duì)端設(shè)備名稱等。（2）配置管理。配置管理功能包括配置系統(tǒng)參數(shù)、用戶信息、站點(diǎn)信息、設(shè)備信息、傳輸網(wǎng)管信息、業(yè)務(wù)信息、節(jié)點(diǎn)收光功率的初值、拓?fù)滟Y料等。（3）通知管理。對(duì)于新生成的告警事件，系統(tǒng)具有多樣化的通知機(jī)制，包括不同告警等級(jí)的語音提示、不同顏色提示、短信通知等方式，相關(guān)管理、維護(hù)人員都能收到通知。（4）數(shù)據(jù)查詢。通過查詢可以快速查詢系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)，給管理者決策提供幫助。可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向比較，也可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。（5）拓?fù)涔芾?。支持光纖網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔故荆圆煌伾倪B接線標(biāo)識(shí)當(dāng)前光纖的劣化程度。（6）數(shù)據(jù)采集。通過數(shù)據(jù)采集模塊，完成對(duì)傳輸網(wǎng)管系統(tǒng)的收光功率的數(shù)據(jù)采集。（7）趨勢(shì)分析。通過對(duì)傳輸網(wǎng)設(shè)備收光功率的數(shù)據(jù)采集及趨勢(shì)分析，能夠?qū)崿F(xiàn)在監(jiān)控指標(biāo)發(fā)生越限前預(yù)先告警，并自動(dòng)生成光功率指標(biāo)變化的曲線。首先預(yù)先設(shè)定收光功率的預(yù)測(cè)分析參數(shù)，再利用所采集到的收光功率數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，在預(yù)測(cè)分析中采用指數(shù)回歸算法算出預(yù)測(cè)值，然后將預(yù)測(cè)值與系統(tǒng)預(yù)定閾值進(jìn)行比較，得出光接口的預(yù)測(cè)結(jié)論。（8）報(bào)表管理。有多種報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析模型，能智能提取監(jiān)控系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)信息及相關(guān)告警信息，以便于管理者及時(shí)掌控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。設(shè)備的報(bào)表類型主要包括資產(chǎn)報(bào)表、性能報(bào)表、事件報(bào)表、日志報(bào)表。（9）用戶及安全管理。系統(tǒng)提供統(tǒng)一的用戶身份管理平臺(tái)，采用統(tǒng)一的用戶安全驗(yàn)證方式。用戶管理包括對(duì)用戶的添加、刪除、修改、權(quán)限分配和權(quán)限控制。沒有授權(quán)的用戶不能查看系統(tǒng)；系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸采用密文傳輸方式，保證系統(tǒng)安全性；支持系統(tǒng)的安全性恢復(fù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)備份，保證系統(tǒng)安全可靠。系統(tǒng)自動(dòng)在數(shù)據(jù)庫中保存用戶的登錄／登出記錄以及用戶操作記錄。

3 監(jiān)控系統(tǒng)模擬測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證

由圖3我們可以看到離監(jiān)測(cè)開始終端511m的3號(hào)位置處有一明顯的菲涅耳反射峰，實(shí)驗(yàn)布局為在監(jiān)控系統(tǒng)OTDR出口接了一長為10m的跳線，然后再接一段500m的光纖。在10dB衰減器的接頭位置存在較強(qiáng)的菲涅耳反射，在光纖末端也同樣存在。很顯然，測(cè)試結(jié)果與實(shí)際事實(shí)基本吻合，誤差僅為1m，而軟件也基本實(shí)現(xiàn)了結(jié)果測(cè)試和顯示的操作功能。利用本系統(tǒng)我們可通過GUI上監(jiān)控的RX－Power和每個(gè)光口單獨(dú)設(shè)置閾值后實(shí)際模塊接收的光功率進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證監(jiān)控的精確度。在該方案中，一般情況下，由光端機(jī)附近的分光器（分光比發(fā)射端為99∶1，接收端為97∶3）和光功率監(jiān)測(cè)單元對(duì)光端機(jī)的發(fā)射光功率和信道光功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如光功率異常則產(chǎn)生告警信號(hào)，并通過通訊接口傳給A端的主控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖通信網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖3 系統(tǒng)模擬軟件分析結(jié)果

4 結(jié)語

本文提出的用于光纖傳輸網(wǎng)系統(tǒng)的收光功率監(jiān)控管理系統(tǒng)（每個(gè)光口單獨(dú)設(shè)置閾值），可以提高傳輸系統(tǒng)的故障響應(yīng)速度和處理效率，特別是使用了收光功率的預(yù)測(cè)分析算法，可以有效防止由于光纖老化、光纖接頭不好、光纖彎曲受壓等情況發(fā)生的收光功率逐步變小導(dǎo)致的由隱患變成故障。

［1］Marconi SPA．Service On Fusion for Optical TMF 814Northbound Interface r．1．3Description［Z］．2009：1－82．