光纜自動監(jiān)測技術(shù)在光纖通信中的應(yīng)用

王璐 劉潔 涂超

（國網(wǎng)甘肅省電力公司酒泉供電公司 甘肅省酒泉市 735000）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了解決人工監(jiān)測周期長效率低的問題，設(shè)計出一套自動監(jiān)測系統(tǒng)可以全天候、全方位的對光纜實施監(jiān)測成為了唯一的選擇。

1 光纜自動監(jiān)測技術(shù)的工作原理

新時期下隨著計算機科學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)以及GIS 技術(shù)等的發(fā)展，為我國的光纖通信的監(jiān)測提供了新的思路。傳統(tǒng)的人工對光纜進行監(jiān)測方式周期較長，效率低，一旦光纜出現(xiàn)了故障不能及時快速修復(fù)將會造成嚴重的后果。新時期下，光纜監(jiān)測必然要借助計算機來實現(xiàn)對通信光纜的實時動態(tài)監(jiān)測，隨時地自動監(jiān)測光纜纜芯的工作狀態(tài)，對潛在的光纜故障風(fēng)險進行預(yù)測，快速準確的定位光纜故障點，減少光纜發(fā)生故障的概率，降低故障搶修時間。光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理就是在光纜上安裝光纜數(shù)據(jù)采集元件例如OPM、OTDR設(shè)備等，通過這些數(shù)據(jù)可以采集到大量的光纜運行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，例如光功率、光脈沖北向散射信號燈。監(jiān)測系統(tǒng)對各個光器件采集到的信息進行綜合分析，發(fā)現(xiàn)可能或者是已經(jīng)存的故障隱患，及時作出故障點定位和預(yù)防。光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方式主要有三種，即在線監(jiān)測、光功率和OTDR 聯(lián)動監(jiān)測、備纖監(jiān)測。光纜檢測有可以細分成兩種監(jiān)測，即OPM 光功率監(jiān)測和OTDR 故障測試。綜合運用科學(xué)技術(shù)，根據(jù)實際情況設(shè)計出一套通信光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)，對可能會出現(xiàn)的故障進行預(yù)判，對已經(jīng)出現(xiàn)的故障進行快速的定位，這將會極大的提升通信光纜的維護效率，極大的降低因為光纜故障所產(chǎn)生的經(jīng)濟損失。

2 光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)

新時期，隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，通信光纜監(jiān)測工作從人工逐漸向自動化轉(zhuǎn)變。借助計算機系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、GIS/GPS 技術(shù)、OTDR 等，根據(jù)城市通信光纜的實際情況以及未來的發(fā)展方向，將這些高新科技相互融合，研發(fā)出一套可以徹底取代人工監(jiān)測的自動實時通信光纜監(jiān)測系統(tǒng)，為促進城市的光纖通信事業(yè)發(fā)展提供支持。

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路

光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)主要采用計算機技術(shù)、光學(xué)檢測技術(shù)等作為系統(tǒng)的支撐，在故障點定位和光纜線路定位方面，采用GIS 和GPS，在具體的光纖線路檢測方面綜合運用上述三種檢測方法對光纖線路實行全方位自動檢測，真正做到正常通信和線路檢修兩相互不相影響的目的。通信光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)是基于現(xiàn)有的通信光纜線路進行設(shè)計的，所以在系統(tǒng)設(shè)計之初應(yīng)該考慮到光纜所在的城市通信管網(wǎng)框架。因此我們在設(shè)計時應(yīng)該將系統(tǒng)分成三個中心，第一部分是省級監(jiān)測中心，該部分是整個通信光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的核心內(nèi)容，同樣是數(shù)據(jù)綜合處理中心、服務(wù)器所在，省級監(jiān)測中心可以對下面兩個分級中心進行管控。第二部分是市級監(jiān)測中心，第三部分是縣區(qū)級監(jiān)測中心。這三級監(jiān)測中心通過計算機互聯(lián)網(wǎng)來連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

2.2 自動監(jiān)測系統(tǒng)的總體構(gòu)成

根據(jù)上述的系統(tǒng)總體設(shè)計思路，整個光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成分為三級，即省級監(jiān)測中心，縣市級監(jiān)測中心以及區(qū)級監(jiān)測站。三個監(jiān)測中心之間通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)實時連接，形成一個互相關(guān)聯(lián)的動態(tài)的有機整體。其中對于省級監(jiān)測中心來說是整個系統(tǒng)的中心，應(yīng)該配備數(shù)據(jù)服務(wù)器、統(tǒng)一構(gòu)建局域網(wǎng)，而對于縣區(qū)級監(jiān)測站而言是他們則要實施自動監(jiān)測行為?？h區(qū)級監(jiān)測站應(yīng)該對其所覆蓋的全范圍內(nèi)的光纜進行全面的實時的監(jiān)測工作，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計，監(jiān)測站重點監(jiān)測通信光纜中的光纖信號的衰減情況，同時還要負責(zé)對線路光纖定期實施測試，在完成各項測試之后，將獲取到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測中心，由監(jiān)測中心進行統(tǒng)一處理和分析。

2.3 系統(tǒng)軟件體系的構(gòu)成

系統(tǒng)的軟件應(yīng)用界面必須要遵照用戶的使用習(xí)慣來進行設(shè)計，按照模塊功能進詳細的劃分，每個模塊之間相互獨立互不影響。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，必須要在系統(tǒng)之外建立數(shù)據(jù)備份庫，將所有的數(shù)據(jù)進行獨立備份，一旦系統(tǒng)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)丟失，也不會影響整個數(shù)據(jù)的調(diào)用。系統(tǒng)軟件的劃分一共分為三個層面。首層為基礎(chǔ)層，主要功能就是收集并處理監(jiān)測站發(fā)送過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測站OTDR 測試得到的相關(guān)數(shù)據(jù)以及光功率的監(jiān)測數(shù)據(jù)等。將所采集到的數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測中心，由系統(tǒng)的第二層數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的處理，按照特定公式算法進行計算得出故障線路的測試結(jié)果，根據(jù)所得到的測試結(jié)果來進行自動報警或者預(yù)警。第三層是應(yīng)用層，也就是將第二層的數(shù)據(jù)處理結(jié)果進行展示，包括OTDR 曲線分析、通過曲線分析得出故障點具體位置、系統(tǒng)自動告警/預(yù)警應(yīng)用以及其他的通信光纜日常管理事務(wù)處理界面。軟件系統(tǒng)的三個層面具體的工作流程：軟件首層采集監(jiān)測站的測試數(shù)據(jù)，通過固定的算法來判斷這些數(shù)據(jù)是否超過閾值，如果超過了則產(chǎn)生告警。向上級檢測中心上傳數(shù)據(jù)，受上級檢測中心的管控，按照上級下達的指令來執(zhí)行OTDR 測試。

2.4 監(jiān)測中心功能設(shè)計

檢測中心在結(jié)構(gòu)構(gòu)成上應(yīng)該包含5 項內(nèi)容：

（1）數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器。

（2）GIS/GPS 定位服務(wù)器。

（3）數(shù)據(jù)接口。

（4）工作站的維護。

（5）其他事務(wù)。

監(jiān)測中心會設(shè)置多級光功率變化限值，這樣做的目的在于可以將故障情況分成多等級，監(jiān)測中心還具有日志管理、統(tǒng)計上報監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)糾錯以及故障自動重啟功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。檢測中心的軟件在運行時是根據(jù)既定流程進行工作，具體的工作流程如下：

（1）確定檢測時間。

（2）OTDR 測試光纖。

（3）數(shù)據(jù)整理匯總。

（4）與標準數(shù)據(jù)進行比對。

（5）形成工作日志。

（6）打印上報。

軟件系統(tǒng)中的OTDR 曲線分析是一項非常重要的工作，該模塊主要是對通信光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)中OTDR 元件測試所得到的數(shù)據(jù)進行整理和分析，并按照特定的算法計算公式計算出故障點距離中心機房的距離、故障點處于光纖何種位置、各個線路接口處的信號衰減情況，然后輸出各個測試點的測試曲線，工作人員將其與標準曲線進行對比，對比之后如果與標準曲線存在差異，便可以得到故障點的情況，包括通信光纜的故障等級、產(chǎn)生故障的具體原因以及故障點的精確地理位置，以便搶修人員可以快速的到達現(xiàn)場。故障處理模塊的功能是對光纜故障或者是可能發(fā)生的故障進行告警/預(yù)警，系統(tǒng)先對告警進行預(yù)處理，去除掉誤報信息，然后在對其余的告警信息加以驗證。如果線路的告警確屬正確，則要對對告警線路進行測試，與標準數(shù)據(jù)進行比對，如果測試結(jié)果顯示光纜存在故障，則將此告警發(fā)送至上級監(jiān)測中心。數(shù)據(jù)報表模塊就是監(jiān)測范圍內(nèi)的所有通信光纜設(shè)備運行所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)按照分層管理的方式進行統(tǒng)一管理。故障數(shù)據(jù)報表中，需要對監(jiān)測點所覆蓋的光纜在一定時期內(nèi)發(fā)生的故障數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一，包括了故障發(fā)生時間、故障點數(shù)量、告警信息等。

2.5 現(xiàn)場監(jiān)測站功能設(shè)計

現(xiàn)場監(jiān)測站主要功能就是承擔(dān)光纜線路的監(jiān)測工作，監(jiān)測站是由不同的監(jiān)測模塊組成，監(jiān)測站實時監(jiān)測功能主要通過兩種方式來實現(xiàn)，一種是光功率告警監(jiān)測，另外一種是OTDR 測試。光功率告警監(jiān)測主要是對光功率變化進行實時監(jiān)測，主要借助分光器和光開關(guān)等原件來實現(xiàn)；OTDR 測試主要是對光信號的衰減進行監(jiān)測，主要借助波分復(fù)用器來完成。現(xiàn)場監(jiān)測站完成了測試之后，通過檢測系統(tǒng)的告警機制將告警信息發(fā)送至監(jiān)測中心，從而完成現(xiàn)場的通行光纜線路監(jiān)測。

OTDR 測試模塊主要是測試通信光纜內(nèi)部的光信號衰減情況，這是現(xiàn)場測試中最為重要的一個環(huán)節(jié)。在實際工作中，首先向被檢光纖發(fā)射一道特定波長的光脈沖信號，該光脈沖信號在光纜內(nèi)部經(jīng)過一段時間的反射之后，在一端接收到反射信號，OTDR 會對這些光信號數(shù)據(jù)進行記錄并形成OTDR 曲線，將這條曲線與標準曲線進行比對，從而確定被測光纜是否存在故障，通過特定的算法計算公式計算出故障點的距離機房的距離，結(jié)合GIS 技術(shù)可以快速的將故障點的位置鎖定。光功率監(jiān)測模塊一般是作為OTDR 測試的輔助手段來對通信光纜實施實時監(jiān)測，通常用在OTDR 測試之前，用于彌補OTDR 監(jiān)測存在的缺陷。光功率監(jiān)測的具體工作原理是通過通信光纜的光功率變化來判斷光纜是否出現(xiàn)故障，這是因為光線傳播的一個特性就是當(dāng)光纖內(nèi)部發(fā)生了物理損傷，那么輸出的信號就會發(fā)生改變，也就是光功率會降低。在光功率監(jiān)測過程中，為了防止數(shù)據(jù)采集對光纖運行的正常使用，通常我們會采用分光器設(shè)備來將光信號按照一定比例進行分離，這樣不會對正常光信號的傳播產(chǎn)生影響。

3 自動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方案設(shè)計

3.1 光功率在線監(jiān)測

在光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)中，光功率監(jiān)測屬于實時監(jiān)測，對監(jiān)測站內(nèi)所有管轄光纜的正常線路工作進行測試。為了保證通過這種監(jiān)測方法來保證監(jiān)測的實時性，那么我們必須要采取一定的方法來預(yù)防測試過程中正常信號受到干擾，從而能夠保證光纖通信的質(zhì)量。所以，在技術(shù)層面上我們采用分光器和波分復(fù)用器進行組合，并結(jié)合告警模塊來提升通信光纜監(jiān)測質(zhì)量。光功率在線監(jiān)測工作原理是：光信號在通過分光器之后可以從光信號中截取一部分信號用于測試，利用光功率監(jiān)測模塊對截取到的信號進行分析和判斷，如果得到的結(jié)果超過了系統(tǒng)設(shè)置的閾值那么會將信號發(fā)送到主控模板進行OTDR 測試，一般我們采用1625nm 波長的信號進行測試，在測試時間上可以采用三種方式：告警聯(lián)動、定期測試和不定期測試。

3.2 空閑光纖監(jiān)測

空閑光纖監(jiān)測是對備用空閑的光纖進行測試的方法。通信光纜在實際的工作中，一根光纜內(nèi)部會設(shè)置很多根光纖，這些光纖并不是全部在運行，有些光纖會作為備用光纖，并未參與到光信號的傳播中。對備用光纖進行測試，我們可以在不影響正在工作的光纖的前提下來測試出光纜的運行情況。這種測試方法的優(yōu)點在于可以避免與正常工作的光纖產(chǎn)生沖突，也可以在不使用波分復(fù)用器的情況下裁成對光纜的測試。這種測試方式的工作原理是：將光纜內(nèi)部的備用光纖使用尾纖連接成為一根光纖，連接之后的光纖長度必須要滿足在OTDR 測試范圍之內(nèi)。由于這些備用光纖上沒有光信號通過，只有測試信號經(jīng)過，所以在OTDR 測試過程中可以不使用波分復(fù)用器，如此一來在系統(tǒng)的建設(shè)中就可以大量的減少使用波分復(fù)用器，是一種非常經(jīng)濟的監(jiān)測方式。

3.3 告警監(jiān)測

告警監(jiān)測功能的實現(xiàn)主要是結(jié)合告警采集模塊，利用告警模塊可以將上報上來的告警信息進行整理、篩選和分析，將誤報信息剔除掉，分析出正確的告警信息。對這些確定是故障的信息，系統(tǒng)可以即時啟動OTDR 測試對故障信息所在的光纜進行測試，結(jié)合GIS技術(shù)，工作人員可以很快的得到定位到故障點的具體位置。

3.4 通信機制的設(shè)計

本通行光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)采用三級監(jiān)測方式，即省級監(jiān)測中心，市級監(jiān)測中心以及區(qū)縣級監(jiān)測站，三個等級的監(jiān)測中心之間要形成數(shù)據(jù)共享，互聯(lián)互通，形成動態(tài)有機整體。因此在整個系統(tǒng)中通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計也是非常重要的一部分，通信光纜故障自動監(jiān)測系統(tǒng)所設(shè)計的通信機制必須要滿足各個級別監(jiān)測中心的所有工作要求，例如三個層級之間的數(shù)據(jù)共享、上級對下級的控制以及對用戶數(shù)據(jù)庫的調(diào)查訪問等。在系統(tǒng)的通信機制設(shè)計中，我可以采用局域網(wǎng)的方式，將三個層級的監(jiān)測中心連接起來。

4 總結(jié)

通信光纜的發(fā)展未我國的通信事業(yè)注入了新的活力，光纖通信具有容量大、保密性高、傳播速度快的有點逐漸被廣泛應(yīng)用。隨著光纖通信的發(fā)展，城市的通信光纜敷設(shè)越來越多，對光纜的維護以及光纜故障搶修工作變得越來越難。面對日益增加的數(shù)據(jù)傳輸總量，對光纜的維護工作要求日益增高。計算機互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，為通信光纜的監(jiān)測提供了新的思路，自動監(jiān)測逐漸取代了人工監(jiān)測。自動監(jiān)測系統(tǒng)可以實施實時監(jiān)測，對故障進行進準定位，為縮短光纜搶修時間提供了支撐。