智能光纖管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究

李敏　蔣弢

【摘要】 ? ?隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提速，5G智能終端只是各行各業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用的冰山一角，未來的多樣化的應(yīng)用場景和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，能夠讓人們體驗(yàn)和暢想更精彩和豐富的5G生活。在遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程辦公、在線課堂、無人駕駛、VR等各種應(yīng)用體驗(yàn)的推動下，點(diǎn)燃了人們對5G網(wǎng)絡(luò)高可靠、低時延、大帶寬的熱情渴望。同時對網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提出了更高的要求和新的技術(shù)挑戰(zhàn)。面向新時代“新基建”信息網(wǎng)絡(luò)的光纖線路熱點(diǎn)問題思考，參考國內(nèi)外新產(chǎn)品、新技術(shù)、新方法和經(jīng)驗(yàn)交流，探討WDM/OTN網(wǎng)絡(luò)及通信線路的維護(hù)和優(yōu)化改造?；诖耍瑢χ悄芄饫w系統(tǒng)的研究和應(yīng)用迅速提上了議事日程。

【關(guān)鍵詞】 ? ?5G ? ?OTN ? ?OSC ? ?FD系統(tǒng)

一、系統(tǒng)概述

本文主要介紹智能光纖管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究。智能光纖管理系統(tǒng)，簡稱FD（Fiber Doctor）系統(tǒng)，它由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，相互協(xié)同配合。光纖的質(zhì)量監(jiān)測是通過發(fā)射探測光脈沖到光纖內(nèi)，接收并分析探測光在光纖中傳輸時各點(diǎn)產(chǎn)生的瑞利背向散射光和菲涅爾反射光，實(shí)現(xiàn)對光纖的鏈路衰減計(jì)算與故障定位。通過FD系統(tǒng)的應(yīng)用，快速而準(zhǔn)確的進(jìn)行光纖異常點(diǎn)定位分析，極大的提高線路維護(hù)效率，降低運(yùn)行維護(hù)成本。

本文主要適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、調(diào)測和維護(hù)等相關(guān)人員研討和使用。

二、應(yīng)用場景

FD系統(tǒng)利用OTDR的原理，在WDM/OTN產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)對光纖質(zhì)量監(jiān)測的一種應(yīng)用方案。通過精準(zhǔn)檢測線路光纖連接的狀態(tài)，協(xié)助維護(hù)人員分析光纖接口、光纖熔接質(zhì)量，并快速定位光纖質(zhì)量問題。

現(xiàn)有FD系統(tǒng)方案是通過12ST2單板的內(nèi)置單元發(fā)送探測光信號，并利用光纖菲涅爾反射和瑞利散射原理探測光纖損耗變化的位置和大小，并將檢測性能數(shù)據(jù)上報(bào)給網(wǎng)管系統(tǒng)。

2.1 OTDR基本原理

OTDR是光時域反射儀，由OTDR光源發(fā)射一個探測光到光纖上，然后通過檢測該光纖上返回的微弱信號，得到OTDR變化曲線，曲線橫軸是時間，對應(yīng)返回光的位置，縱軸對應(yīng)返回光的強(qiáng)弱。不同的光纖狀態(tài)返回光強(qiáng)度不同，因此根據(jù)曲線形狀，可以判斷光纖的損耗、故障等。返回的光信號有兩種：一種是菲涅爾反射，光纖上的連接不佳的點(diǎn)或者斷點(diǎn)，會因反射系數(shù)的改變形成較強(qiáng)的菲涅爾反射，在OTDR曲線上就是一個比較高的反射峰;另一種是瑞利散射，光纖會由于瑞利散射造成衰減，形成向下傾斜的曲線。兩種返回信號的原理和作用如圖所示。

2.2 FD系統(tǒng)組成

FD系統(tǒng)硬件部分負(fù)責(zé)發(fā)送探測光進(jìn)行檢測，得到光纖的性能數(shù)據(jù)。軟件部分提供用戶友好交互界面，支持不同場景下檢測模式的參數(shù)設(shè)置。

2.2.1硬件部分

硬件支持OTDR探測的OSC單板，用于線路光纖質(zhì)量監(jiān)測。負(fù)責(zé)將OTDR探測信號調(diào)制在光監(jiān)控信道上，利用光纖的菲涅爾反射和瑞利散射原理探測光纖損耗變化的大小和位置信息，并將檢測性能數(shù)據(jù)上報(bào)網(wǎng)管系統(tǒng)。

2.2.2軟件部分

FD系統(tǒng)軟件集成在網(wǎng)管系統(tǒng)軟件內(nèi)。用戶通過網(wǎng)管操作界面下發(fā)檢測命令，F(xiàn)D系統(tǒng)軟件接收設(shè)備上報(bào)的性能數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)圖形化呈現(xiàn)檢測結(jié)果。

2.3 FD系統(tǒng)應(yīng)用場景

2.3.1 12ST2雙纖雙向系統(tǒng)

1.配置要求：12ST2+13FIU03，無Raman場景。

2.該場景支持雙纖分別進(jìn)行單端OTDR探測。

3.在跨段較短時需在12ST2的接收端加固衰，防止接收機(jī)過載。

2.3.2 12ST2單纖雙向系統(tǒng)

1.單板選型配置要求：12ST2+11SFIU01。

2.該場景支持在光纖上進(jìn)行單纖雙端OTDR探測，但不能雙端同時探測。

3.此場景自動模式僅支持1511nm端的單端掃描。

4.在跨段較短時需在12ST2的接收端加固衰，防止接收機(jī)過載。

三、使用方法

1.工程調(diào)測前，檢查光纖質(zhì)量。

2.網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時，實(shí)時監(jiān)控檢查線路光纖連接的健康狀態(tài)。若檢測到斷纖，網(wǎng)管主動上報(bào)Fiber_Break_POS告警，提示光纖中斷位置。

3.發(fā)生斷纖故障時，F(xiàn)IU類單板上報(bào)MUT_LOS告警時，可啟動檢測定位故障點(diǎn);修復(fù)斷纖故障之后，可再次啟動檢測，檢查修復(fù)效果。

3.1光纖質(zhì)量監(jiān)測類型

光纖質(zhì)量監(jiān)測分為在線監(jiān)測和離線監(jiān)測， OSC單板的光纖質(zhì)量監(jiān)測光與OSC光通道共用光源。

3.2離線監(jiān)測與在線監(jiān)測

3.2.1離線監(jiān)測

在中斷OSC通信情況下進(jìn)行監(jiān)測。OTDR探測脈沖全幅度發(fā)射，將會中斷OSC通信。此時，OSC單板只發(fā)送光纖質(zhì)量檢測信號，檢測動態(tài)范圍較大，性能相對較優(yōu)。

3.2.2在線監(jiān)測

在不影響OSC通信情況下進(jìn)行監(jiān)測。以調(diào)頂信號方式在OSC信號中疊加OTDR探測脈沖，不影響OSC通信。此時，光纖質(zhì)量檢測功能與OSC通信同時工作，檢測動態(tài)范圍較小，相對離線性能較弱。

3.3光纖質(zhì)量檢測要求

1.近端端面要求線路光纖的近端端面必須清潔干凈，最好使用端面儀觀察確認(rèn)。

2.12ST2工作在1491nm波長時，不支持“默認(rèn)模式”的探測。

3.單纖雙向探測，一端12ST2單板探測完后才能啟動另一端探測，否則會對檢測結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

4.斷纖告警，智能光纖管理系統(tǒng)支持向網(wǎng)管系統(tǒng)主動上報(bào) Fiber_Break_POS告警，提示光纖中斷位置。

5.對OSC通信影響。使用12ST2單板采用“高級模式”下“離線”方式進(jìn)行光纖質(zhì)量監(jiān)測。此刻可能會造成網(wǎng)元脫管，影響DCN通信、1588v2時鐘、EOW公務(wù)等功能。

3.4啟動光纖質(zhì)量檢測

啟動光纖質(zhì)量檢測，需設(shè)置“探測模式”和“探測參數(shù)”。首次進(jìn)行線路光纖質(zhì)量檢測時，必須采取該方式啟動檢測。

步驟1 進(jìn)入“智能光纖管理系統(tǒng)”主界面。

在網(wǎng)管主菜單中，選擇“配置 > 波分光層運(yùn)維管理 > 智能光纖管理系統(tǒng)”?；蛘?，在網(wǎng)管主拓?fù)鋱D中，選中一條站間光纖，在右鍵菜單中選擇“光纖質(zhì)量探測”。

步驟2設(shè)置檢測參數(shù)。

1.若被檢測光纖的源網(wǎng)元和宿網(wǎng)元均存在探測端口，在彈出的“信號流圖”中，可勾選“雙向探測”，選中源端和宿端用于光纖探測的單板，啟動雙端探測。否則，系統(tǒng)默認(rèn)僅通過源端的單板進(jìn)行單向探測。

2.在“探測模式”區(qū)域，設(shè)置探測模式和參數(shù)。雙向探測情況下，需要為源端和宿端單板設(shè)置探測模式和參數(shù);單向探測情況下，僅需為源端單板設(shè)置探測模式和參數(shù)。

步驟3查看探測結(jié)果

1.使用12ST2單板并采用參考模式進(jìn)行光纖質(zhì)量監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)斷纖會向網(wǎng)管主動上報(bào)Fiber_Break_POS告警，提示光纖中斷位置。

2.查看當(dāng)前檢測結(jié)果，手動啟動光纖質(zhì)量檢測后，系統(tǒng)會直接在“探測結(jié)果”區(qū)域顯示探測進(jìn)度和探測結(jié)果。單擊“查看結(jié)果”，可顯示探測曲線和事件。

3.查看歷史檢測結(jié)果，選擇“智能光纖管理系統(tǒng) > 歷史記錄”，篩選出該光纖的手動探測記錄后，可選擇查看歷史錄的探測曲線和事件。

3.5參數(shù)說明

光纖質(zhì)量檢測的性能參數(shù)，主要指“脈沖寬度”、“探測量程”和“探測時長”。

1.脈沖寬度，探測光脈沖寬度。加大脈沖寬度會使激光器發(fā)射的持續(xù)時間增加，即增大了注入的能量，可以獲得更大的動態(tài)范圍，但脈寬調(diào)大也會導(dǎo)致更大的盲區(qū)。

2.探測量程，線路監(jiān)測獲取數(shù)據(jù)取樣的最大距離。線路光纖的總損耗會影響實(shí)際探測距離，光纖總損耗越大，所能探測到的距離越小。為了最大限度的發(fā)揮檢測能力，設(shè)置的“探測量程”一般應(yīng)大于實(shí)際檢測距離。

3.探測時長，線路光纖質(zhì)量監(jiān)測功將多次測量結(jié)果加權(quán)取平均值的方式提高檢測精度。從啟動檢測到軟件返回檢測結(jié)果，實(shí)際所需時間會大于“探測時長”參數(shù)。

四、應(yīng)用價(jià)值

FD系統(tǒng)應(yīng)用部署簡單，與網(wǎng)管系統(tǒng)有機(jī)集成。支持在線檢測，不影響業(yè)務(wù)使用?？蛇h(yuǎn)程定位光纖故障，節(jié)省線路維護(hù)成本?？勺詣釉诰€檢測光纖質(zhì)量，及時掌握線路光纖健康狀況。可自動測量線路光纖性能，方便工程實(shí)施。支持檢測數(shù)據(jù)對比，協(xié)助快速分析光纖異常點(diǎn)位。

綜上所述，F(xiàn)D系統(tǒng)的光纖質(zhì)量監(jiān)測功能可以協(xié)助維護(hù)人員及時發(fā)現(xiàn)光纖質(zhì)量問題，快速修復(fù)光纖故障，提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)效率，保證網(wǎng)絡(luò)安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

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