電網(wǎng)通信光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉星 鄧旭聰 胡力

電網(wǎng)通信光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉星 鄧旭聰 胡力

（國網(wǎng)廣安供電公司 四川廣安 638000）

近年來，隨著智能電網(wǎng)的大力推廣，電力通信行業(yè)發(fā)得以飛速發(fā)展，尤其光纜工程規(guī)模不斷增大，數(shù)量不斷增多，通信光纜不僅承擔(dān)了綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、辦公自動化等業(yè)務(wù)，更承擔(dān)了光纖線路保護(hù)、調(diào)度自動化等重要業(yè)務(wù)，其一旦發(fā)生故障，必然會給正常通信造成影響，輕則會影響用戶的正常使用，重則會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，必須采取有效地措施確保光纜線路的安全可靠運(yùn)行。本文主要從通信光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求入手，重點(diǎn)對光纜自動監(jiān)測原理進(jìn)行了分析，并有針對性地提出了一系列光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與測試方式與方法，希望給行業(yè)相關(guān)人士提供一定的參考和借鑒。

電網(wǎng)通信；光纜；自動監(jiān)測；設(shè)計(jì)

1 引言

在實(shí)際應(yīng)用過程中，光纖非常脆弱，光纜雖然對內(nèi)部光纖采取了加設(shè)油膏、塑料外護(hù)套保護(hù)等一系列措施，但是在安裝及使用過程中，光纜傳輸系統(tǒng)發(fā)生故障依然居高不下，給電網(wǎng)企業(yè)及人們生產(chǎn)生活帶來巨額經(jīng)濟(jì)損失。加上，傳統(tǒng)人工維修模式落后，很難滿足現(xiàn)階段大規(guī)模電力通信電纜優(yōu)質(zhì)、高效、安全、可靠運(yùn)行的需要。因此，光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的出現(xiàn)和推廣應(yīng)用是電力通信發(fā)展的必然選擇。

2 通信光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

通信光纜自動監(jiān)測系統(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)之中；它采用多級監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各級對其相應(yīng)的上一級監(jiān)測中心負(fù)責(zé)，上級監(jiān)測中心可以對其管轄的下級監(jiān)測中心和監(jiān)測站進(jìn)行統(tǒng)一管理。該系統(tǒng)是遵照YDN－010－1998《通信光纜線路自動監(jiān)測系統(tǒng)》技術(shù)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

2.1 先進(jìn)性

通信光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)采用了目前最為流行的ActiveX控件技術(shù)，使得系統(tǒng)的性能、安全性及可靠性得以明顯提升，有效實(shí)現(xiàn)了高對監(jiān)測設(shè)備的軟控制。

2.2 伸縮性

通信光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)憑借其易于擴(kuò)充的硬件平臺和系統(tǒng)軟件支撐平臺，容易升級、添加模塊。隨著系統(tǒng)功能新需要的產(chǎn)生和數(shù)據(jù)的增加，通信光纜憑借其良好的伸縮性能得以將硬件及新功能進(jìn)行靈活升級，其目的是保護(hù)用戶已有的投資。

2.3 開放性

本系統(tǒng)通過對Intranet技術(shù)的利用，有效實(shí)現(xiàn)在企業(yè)范圍內(nèi)的分布式環(huán)境下的空間數(shù)據(jù)和地理信息資源共享，并且通過對Autocad、MapInfo、Arc/Info等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的利用，形成一個面向用戶、開放的GIS系統(tǒng)。

2.4 實(shí)用性

該系統(tǒng)以滿足用戶需要為根本，以實(shí)時高效為基本準(zhǔn)則，通過對系統(tǒng)配置的完善，為用戶提供方便，從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)的可維護(hù)性。通過監(jiān)測光纜的應(yīng)力應(yīng)變，及時發(fā)出預(yù)警，避免光纜出現(xiàn)重大損失。

3 光纜自動監(jiān)測原理

3.1 OTDR接觸源

一般來說，常規(guī)的光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)采用在遠(yuǎn)端設(shè)置監(jiān)測光源作為OTDR啟動測試的觸發(fā)源，也就是遠(yuǎn)端設(shè)置監(jiān)測光源，OTDR端在接收監(jiān)測光源的光功率發(fā)生異常時啟動OTDR測試。同時，還可以使用光纖自動切換系統(tǒng)的光功率作為OTDR的觸發(fā)源，不僅能夠省去在遠(yuǎn)端設(shè)置安裝監(jiān)測光源，還可以使用OTDR同時對OLP系統(tǒng)所使用的主備用光纖資源進(jìn)行測試，使用更方便，測試更合理。

3.2 單備纖監(jiān)測

所謂的單備纖監(jiān)測指的是OTDR與遠(yuǎn)端光源在同一根光纖中進(jìn)行傳輸，因OTDR的發(fā)射波長使用1625nm，如果將遠(yuǎn)端監(jiān)測光源作為OTDR啟動測試的觸發(fā)源，那么監(jiān)測光源的波長可以使用1550nm。因此，在光源及OTDR的發(fā)端可以分別使用一個光耦合模塊（WDM）隔離兩種信號。如果將OLP系統(tǒng)作為觸發(fā)源，則不需要增加相應(yīng)的WDM模塊，且對OTDR的波長沒有特別的要求。單備纖監(jiān)測方式只是對用一根備纖的情況適用。

3.3 雙備纖監(jiān)測

所謂的雙備纖監(jiān)測指的是OTDR與遠(yuǎn)端光源在不同的光纖中進(jìn)行傳輸，如果將遠(yuǎn)端監(jiān)測光源作為OTDR啟動測試的觸發(fā)源，那么運(yùn)用雙備纖監(jiān)測方式的過程中只需要使用兩根備纖即可，不需要另外增加其他光器件。如果使用OLP系統(tǒng)作為觸發(fā)源，則本方式與單備纖監(jiān)測相同，運(yùn)用一根備纖即可。

3.4 在線監(jiān)測

在線監(jiān)測僅針對于遠(yuǎn)端監(jiān)測光源作為OTDR啟動測試的觸發(fā)源。在線監(jiān)測在備用光纖稀少的情況下使用。傳輸系統(tǒng)的發(fā)光與OTDR使用光耦合模塊（WDM）進(jìn)行耦合后發(fā)送到光纜中去，對端在接收時使用濾波器過濾掉OTDR的1625nm的光后進(jìn)入傳輸系統(tǒng)。在線監(jiān)測不使用備纖資源，但是需要增加一塊光耦合模塊和濾波器，而且對現(xiàn)有的傳輸系統(tǒng)引入1～2dB的插損。需要注意的是，對于DWDM密集波分系統(tǒng)，由于DWDM波分系統(tǒng)發(fā)光很強(qiáng)，OTDR卡的發(fā)光也較強(qiáng)，如果將OTDR與DWDM系統(tǒng)發(fā)射光耦合后發(fā)送到光纖中后會產(chǎn)生非線性效應(yīng)，從而影響當(dāng)前在用傳輸系統(tǒng)。所以在線監(jiān)測不適用于波分系統(tǒng)。

4 光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與測試

4.1 光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架

本系統(tǒng)是由監(jiān)測中心、監(jiān)測站以及通信網(wǎng)絡(luò)三部分構(gòu)成。通常情況下，一個監(jiān)測中心能夠?qū)€多監(jiān)測站進(jìn)行管理和控制，以此來達(dá)到分散測量、集中管理的目的。監(jiān)測中心與監(jiān)測站之間主要是通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)通信。這兩個部分既相互關(guān)聯(lián)，又相對獨(dú)立，當(dāng)通信中斷時，監(jiān)測站能夠按照預(yù)先配置的數(shù)據(jù)獨(dú)立完成測試。其中每個部分所負(fù)責(zé)完成的功能均不相同，各部分的具體功能如下：①監(jiān)測中心。這部分的主要功能是負(fù)責(zé)對本管區(qū)內(nèi)的監(jiān)測站進(jìn)行管理；②監(jiān)測站。一般按照管區(qū)可將監(jiān)測站分為市級和縣級兩類，具體負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)中的光纜進(jìn)行監(jiān)測，并對整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況實(shí)施監(jiān)控，可將告警及時傳給監(jiān)測中心；③通信網(wǎng)絡(luò)。即數(shù)據(jù)傳輸通道，其主要作用是將中心與監(jiān)測站之間進(jìn)行連接，借此來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

4.1.2 各部分的具體設(shè)計(jì)

（1）監(jiān)測中心。該部分一般采用的是主備用方式，主要由GIS服務(wù)器、控制器、路由器、網(wǎng)絡(luò)適配器、集線器、顯示器、MODEM、打印機(jī)以及一些相關(guān)軟件等構(gòu)成。

（2）監(jiān)測站。該部分通常都是安裝在通信機(jī)房中的機(jī)架內(nèi)，其具體負(fù)責(zé)對光纜進(jìn)行遠(yuǎn)程自動監(jiān)測，主要由網(wǎng)絡(luò)適配器、濾光器、路由器、程控光開關(guān)、MODEM、波分復(fù)用器和告警監(jiān)測、控制、OTDR、電源等模塊以及相關(guān)軟件構(gòu)成。

（3）通信網(wǎng)絡(luò)。該部分能夠?qū)崿F(xiàn)中心與各站之間的數(shù)據(jù)交換，從而達(dá)到遠(yuǎn)程管理的目的。本系統(tǒng)支持多種類型的通信線路。

4.1.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)采用的是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，并按照模塊的方式構(gòu)成，其中各個模塊均以獨(dú)立的形式存在，單個模塊的升級或變更不會對其它模塊造成影響。其具有性能控制、安全管理、備份以及容錯等能力。根據(jù)軟件的具體功能可將其分為以下三層：①監(jiān)測數(shù)據(jù)采集層，主要負(fù)責(zé)完成光纜光功率的實(shí)時采集和OTDR測試，處理之后的數(shù)據(jù)信息通過通信網(wǎng)絡(luò)回傳給監(jiān)測中心；②數(shù)據(jù)處理層，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的存儲備份、分析處理、通信調(diào)度以及系統(tǒng)告警等功能；③應(yīng)用層，負(fù)責(zé)為用戶提供操作及維護(hù)工具，該層采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，其中主要應(yīng)用了GIS故障定位、實(shí)時監(jiān)測、性能統(tǒng)計(jì)、曲線分析、對外接口以及告警等技術(shù)。

4.1.4 軟件特點(diǎn)

本系統(tǒng)采用的軟件具有以下特點(diǎn)：便于維護(hù)、良好的開放性、模塊修改方便簡單、易于升級。

4.2 系統(tǒng)測試

4.2.1 軟件測試

（1）黑盒測試。該測試方法又被稱之為數(shù)據(jù)驅(qū)動測試或功能測試。其最大的優(yōu)點(diǎn)是無論系統(tǒng)采用的是何種軟件程序，它都是從客戶的角度出發(fā)，并按照產(chǎn)品所要實(shí)現(xiàn)的功能及預(yù)先設(shè)計(jì)好的規(guī)格等內(nèi)容，來檢驗(yàn)產(chǎn)品是否符合用戶要求。在具體測試的過程中，測試者僅需要在軟件程序的接口上進(jìn)行測試即可，它只檢查程序功能是否與使用說明書中的有關(guān)規(guī)定相符。利用該方法進(jìn)行測試能夠發(fā)現(xiàn)如下問題：應(yīng)具備的功能是否有遺漏或是不正確、各種性能是否與用戶的要求相符、人機(jī)界面是否美觀正確、接受到的輸入數(shù)據(jù)是否正確、產(chǎn)出的輸出信息結(jié)果是否準(zhǔn)確等。

（2）白盒測試。又稱邏輯驅(qū)動測試或是結(jié)構(gòu)測試。該方法主要是從設(shè)計(jì)開發(fā)者的角度進(jìn)行測試。具體是指已知產(chǎn)品的內(nèi)部工作流程，然后檢測其內(nèi)部動作是否與預(yù)定的工作要求相符，這種方法所關(guān)心的是軟件程序的使用，而并不注重軟件的功能。

4.2.2 性能測試

（1）點(diǎn)名測試。首先，由監(jiān)測中心發(fā)出指定的點(diǎn)名測試口令，然后對數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程及其分析結(jié)果進(jìn)行觀察，如果測試結(jié)果的回傳率能夠達(dá)到100%則表示合格。

（2）周期測試。可將每條光纜的測試周期設(shè)定為24h，并進(jìn)行10次反復(fù)測試，如果在這一周期內(nèi)，測試回傳率能夠達(dá)到100%即為合格。

（3）故障告警測試?？刹捎萌斯y試法對故障告警進(jìn)行測試，具體做法為在監(jiān)測系統(tǒng)的范圍內(nèi)，選擇一條備用的光纜，通過人為彎曲的方式造成其衰耗增加，如果系統(tǒng)能夠及時準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障，則表示合格。

5 結(jié)語

總而言之，在對電力通信光纜的自動監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)與設(shè)計(jì)目標(biāo)密切結(jié)合，并選擇科學(xué)的監(jiān)測方式，有效實(shí)現(xiàn)對硬盤和網(wǎng)絡(luò)傳輸優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提升電力通信光纜的整體性能，為電力通信不斷深化和社會發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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[2]蔣淵，楊金，葛紋伉.基于GIS的配網(wǎng)通信光纜自動監(jiān)測管理系統(tǒng)[J].自動化應(yīng)用，2015（03）：112～113.

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1004-7344（2016）31-0253-02

2016-10-17