基于智能光纜的電力通信網(wǎng)絡(luò)運維管理系統(tǒng)設(shè)計研究

摘要：為提升網(wǎng)絡(luò)運維的效率和準確性，重點設(shè)計并開發(fā)一套基于智能光纜的電力通信網(wǎng)絡(luò)運維管理系統(tǒng)。通過集成光功率預警模型、光時域反射儀（Optical Time-Domain Reflectometer，OTDR）[A2] 故障定位算法等關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測光纜狀態(tài)、快速定位故障、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能并高效管理資源。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)在故障檢測準確率、性能優(yōu)化效果和資源調(diào)配效率方面均表現(xiàn)出色。因此，該系統(tǒng)為電力通信網(wǎng)絡(luò)的運維管理提供了有力的技術(shù)支持，顯著提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性，具有廣泛的應用前景。

關(guān)鍵詞：智能光[A3] 纜 電力通信網(wǎng)絡(luò) 運維管理 系統(tǒng)設(shè)計

Design and Research of Power Communication Network Operation and Maintenance Management System Based on Intelligent Optical Cable

WANG Zhen’gang

Shandong Guangda Engineering Consulting Co.， Ltd.， Ji’nan， Shandong Province， 25000[A4] 0 China

Abstract： In order to improve the efficiency and accuracy of network operation and maintenance， a power communication network operation and maintenance management system based on intelligent optical cables is designed and developed. By integrating key technologies such as optical power warning models and Optical Time Domain Reflectometer （OTDR） fault location algorithms， the system can monitor the status of optical cables in real time， quickly locate faults， optimize network performance， and efficiently manage resources. The experimental results show that the system performs well in terms of fault detection accuracy， performance optimization effect， and resource allocation efficiency. Therefore， this system provides strong technical support for the operation and maintenance management of power communication networks， significantly improving the reliability and stability of the network， and has broad application prospects.

Key Words： Intelligent optical cable; Power communication network; Operation and maintenance management; System design

隨著電力通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)運維管理面臨前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的運維方式已難以滿足當前復雜多變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和高效運維的需求[1]。智能光纜作為電力通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其狀態(tài)監(jiān)測和故障定位對保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有的光纜運維管理系統(tǒng)存在監(jiān)測手段單一、故障定位不準確、響應速度慢等問題，嚴重影響了電力通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性。為此，通過整合先進的光纖傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)分析算法和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，構(gòu)建一套智能化、高效化的電力通信網(wǎng)絡(luò)運維管理系統(tǒng)。

?1" 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的目的是實現(xiàn)對光纜網(wǎng)絡(luò)的全面、實時監(jiān)測，將光纜網(wǎng)絡(luò)的維護由被動轉(zhuǎn)為主動，方便運維人員利用實時監(jiān)測、自動分析、故障定位等功能，及時發(fā)現(xiàn)并處理光纜故障，從而確保電力通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行。系統(tǒng)架構(gòu)主要包含以下3個組成部分。（1）監(jiān)測中心。監(jiān)測中心主要負責收集、分析和處理來自各個監(jiān)測終端和監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)。它具備強大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠?qū)崟r顯示光纜網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)，并對潛在故障進行預警[2]。（2）監(jiān)測終端。監(jiān)測終端部署在光纜網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點，通過高精度光時域反射儀（Optical Time-Domain Reflectometer，OTDR）[A5] 和光功率監(jiān)測技術(shù)，實時監(jiān)測光纜的損耗、反射等參數(shù)。當監(jiān)測到異常時，監(jiān)測終端會自動觸發(fā)故障預警，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測中心。（3）監(jiān)測單元。監(jiān)測單元作為光纜網(wǎng)絡(luò)中的基本監(jiān)測單位，主要負責具體光纜段落的監(jiān)測任務。每個監(jiān)測單元都配備了相應的傳感器和通信設(shè)備，能夠?qū)崟r采集光纜的運行數(shù)據(jù)，并將其上傳至監(jiān)測終端。

?2" 系統(tǒng)關(guān)鍵模塊設(shè)計

2.1" 故障處理模塊

在設(shè)計故障處理模塊時，技術(shù)人員需要從以下幾個方面入手。

2.1.1故障檢測與定位

首先，系統(tǒng)通過光功率預警模型進行故障檢測[3]。該模型通過光功率計模塊輪巡檢測光纜中各支光纖的光功率值，并與系統(tǒng)設(shè)定的閾值進行比較。當檢測到光纖中的光功率值低于閾值時，產(chǎn)生告警信號，并啟動OTDR模塊對故障點進行測距。光功率[A7] 預警模型的公式[A8] 可以表示為

式（1）中：代表告警條件；代表為光纖中光公路的實際值；代表系統(tǒng)設(shè)定的閾值；代表告警會滯值。

在OTDR故障定位算法方面，系統(tǒng)通過多次測量設(shè)備與故障點的距離，并將多次測量的數(shù)據(jù)進行求平均，以減小誤差。最終，通過考慮光纜接頭盒內(nèi)的盤留長度、光纜的絞縮率等因素，得出設(shè)備到故障點的實際距離。OTDR故障定位算法的公式可以表示為

式（2）中：為設(shè)備到故障點的實際距離；為設(shè)備與故障點的平均距離；為設(shè)備到光纖故障點之間的光接頭盒數(shù)量；為光纜接頭盒內(nèi)的盤留長度；為光纜絞縮率；為光纜皮長。

通過光功率預警模型和OTDR故障定位算法的結(jié)合，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對光纜故障的精準定位和有效檢測，從而提高電力通信網(wǎng)絡(luò)運維管理的效率和可靠性[4]。

2.1.2報警?

在定位到故障點后，系統(tǒng)立即觸發(fā)報警機制，通過短信、郵件、系統(tǒng)界面等方式向運維人員發(fā)送報警信息，告知故障類型、位置、影響范圍等信息。

2.1.3故障處理?

運維人員接收到報警信息后，根據(jù)故障類型和位置，迅速組織搶修隊伍前往現(xiàn)場進行處理。同時，系統(tǒng)提供故障處理指導和歷史故障案例庫，幫助運維人員快速、準確地解決故障。

2.2性能監(jiān)控模塊

在設(shè)計性能監(jiān)控模塊時，首先，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的性能監(jiān)測傳感器，實時采集網(wǎng)絡(luò)流量、誤碼率、時延等性能指標數(shù)據(jù)。同時，系統(tǒng)還收集網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行狀態(tài)信息，如CPU利用率、內(nèi)存使用情況等[5]。其次，將采集的性能數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭\維中心后，系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)對其進行深入分析。通過對比歷史數(shù)據(jù)、設(shè)定閾值等方式，系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能異常和潛在問題。最后，通過直觀的圖表和界面，將分析好的性能數(shù)據(jù)展示給運維人員。系統(tǒng)提供實時性能監(jiān)控界面和歷史性能報告，幫助運維人員全面了解網(wǎng)絡(luò)性能狀況，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。

2.3資源管理模塊

資源管理模塊主要用于對光纜資源的分配、監(jiān)控和調(diào)整，該模塊的實現(xiàn)機制如下。首先，

資源管理模塊通過集成網(wǎng)絡(luò)拓撲信息和光纜資源數(shù)據(jù)，自動靈活地分配所需要的光纜資源。當有新業(yè)務需求時，系統(tǒng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲、光纜容量、光纜質(zhì)量等因素，自動選擇最優(yōu)的光纜路徑進行資源分配，確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。其次，該模塊可以實時采集光纜網(wǎng)絡(luò)的光功率、誤碼率、時延等各項性能指標，全面化監(jiān)控光纜資源。同時，利用故障預警功能進行光纜異常問題檢測，當檢測到光纜性能異常時，會及時發(fā)出預警信息，以便運維人員及時處理。最后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運行情況和業(yè)務需求的變化，資源管理模塊能夠動態(tài)調(diào)整光纜資源的分配。例如：當某條光纜的負載過高時，系統(tǒng)可以自動將部分業(yè)務遷移到其他光纜上，以平衡網(wǎng)絡(luò)負載，提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

3系統(tǒng)測試

3.1實驗步驟

本次實驗步驟如下。（1）數(shù)據(jù)預處理?：對收集的光纜運行數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)和故障模擬數(shù)據(jù)進行清洗、整合和標注，為后續(xù)的模型訓練和測試做準備。（2）故障檢測模型訓練?：利用預處理后的故障模擬數(shù)據(jù)，訓練故障檢測模型，使其能夠準確識別光纜故障。（3）性能優(yōu)化策略實施?：在網(wǎng)絡(luò)中實施性能優(yōu)化策略，如動態(tài)帶寬分配、故障快速恢復等，并收集實施前后的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)。（4）資源調(diào)配算法測試?：在模擬故障和網(wǎng)絡(luò)負載變化的情況下，測試資源調(diào)配算法的優(yōu)化效果，如資源利用率和響應速度的提升情況。（5）結(jié)果記錄與分析?：記錄實驗過程中故障檢測模型的準確率、網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化前后的對比數(shù)據(jù)、資源調(diào)配算法的優(yōu)化效果等各項數(shù)據(jù)，并進行詳細的分析。

3.2實驗結(jié)果分析

系統(tǒng)各指標測試結(jié)果如表1所示，從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，可以得出以下結(jié)論。（1）故障檢測準確率。通過改進模型算法和增加訓練數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的故障檢測模型的準確率提升至98%，誤報率降低至1%。這表明優(yōu)化后的模型能夠更準確地識別光纜故障，減少誤報情況，提高運維效率。（2）性能優(yōu)化效果。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平均延遲、帶寬利用率、設(shè)備負載均衡度均得以明顯提升，其提升率分別為33.3%、41.7%、28.6%。這表明該系統(tǒng)獲得良好的性能優(yōu)化效果。（3）資源調(diào)配效率。優(yōu)化后的資源利用率提升至95%；平均響應時間縮短至5 s。這說明優(yōu)化后的系統(tǒng)具有較高的資源調(diào)配率。

4 結(jié)語

綜上所述，基于智能光纜的電力通信網(wǎng)絡(luò)運維管理系統(tǒng)通過集成光功率預警模型、OTDR故障定位算法等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了對電力通信網(wǎng)絡(luò)的全面、實時、智能監(jiān)控與管理。系統(tǒng)能夠高效準確地檢測光纜故障，快速定位故障點，并通過遠程光鏈路倒換機制保障網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)穩(wěn)定運行。同時，系統(tǒng)還具備強大的性能監(jiān)控與優(yōu)化能力，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況動態(tài)調(diào)整資源分配，提升網(wǎng)絡(luò)整體效率。

參考文獻

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