光纜自動監測系統的研究與分析

摘 要:隨著大容量、高速率光纜通信系統的廣泛應用，通信網的穩定性對通信線路的日常維護管理工作提出了更高的要求。一旦發生光纜線路阻斷，不但修復困難，阻斷歷時長，而且損失巨大，因此開發獨立光纜自動監測系統成為光通信領域研究的重點。通過分析光纜自動監測系統的枝術特點，建立了光纜監測系統的硬件結構體系和軟件結構體系。給出光纜自動監測原理及光纜監測三種監測方式在實踐中的應用，實現光纜中斷后迅速上報告警，及時自愈保護功能，使光纖傳輸線路管理維護進入自動化的時代。

關鍵詞:光纜自動監測系統; OTDR; 傳輸網絡; SDH

中圖分類號:TN929 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)07-0104-03

Study and Analysis on Fiber Cable Automatic Monitoring System

ZHANG Ying， LONG Hai-nan

(Hebei University， Baoding 071002， China)

Abstract: With extensive use of the large capacity high-speed fiber cable communication system， a higher demand of the stability of the communication network for maintenance work of the communication lines is proposed. In case of the occurrence of fiber cable blocking， it is not only difficult to repair， but also the time of blockade lasts for long and suffers a great loss， so the development of an automatic monitoring system becomes focus of the optical communication. By analyzing technical characteristics of the fiber cable automatic monitoring system， it establishes the hardware and software architectures of the system. It shows the principle of automatic monitoring and three kinds of modes for fiber cable monitoring applied in practice， realizes high-speed alarm reporting and timely self-healing protection when the fiber cable occurs breakdown， and makes management and maintenance of fiber transmission lines go into the automation age.

Keywords: fiber automatic monitoring system; OTDR; transport network; SDH

0 引 言

近年來，建設信息高速公路已成為通信網絡發展的當務之急。為了給信息高速公路提供“高速、安全、靈活”的服務，適應未來寬帶綜合業務數字網發展的需要，對于信息高速公路的承載者——光傳送網提出了更高的要求。如何提高傳輸網絡的安全性，使其具有較高的生存能力和競爭力，已經成為各大運營商在傳輸網絡的優化擴容中首要考慮的問題。由于光纖通信系統傳輸的容量巨大，一旦光纖通信系統的可靠性和安全性出現問題，人們的政治生活、經濟生活以及日常生活都會受到極大的影響，其后果對于社會和個人可能是破壞性的。監于光纜線路障礙對于光纖通信系統可靠性和安全性、公共社會構成的重大影響，以及目前運行的監控系統存大的問題，必須有新的維護手段才能適應通信的發展。開發和安裝獨立光纜線路自動監測系統就顯得更為重要[1]。

對光纜金屬護層破損情況進行監測，在短時間內難以解決;而對光纜纖芯進行監測則能實時掌握傳輸系統的變化及光纖的劣化情況，是目前推廣使用的方法。該方法除可進行實時監測外，還能及時發現可能出現的光纜故障征兆。當光纜線路發生障礙時，能及時準確地判斷出故障點位置。

利用光纜自動監測系統解決光傳輸網維護問題，將預警功能與實時告警功能相結合，及時發現光纜網隱患，有效壓縮障礙歷時，變被動維護為主動維護，成為光纜自動監測系統今后發展急需解決的難題。

1 技術特點

光纜自動監測系統是一種利用計算機、通信技術，以及光纖特性測量技術，對光纖傳輸網進行遠程分布式的實時監測，并將光纜線路的狀況信息集中收集、處理和存儲的自動化監測系統[2]。

系統可進行定期(周期)測試、點名測試和障礙告警測試。當光纖發生障礙時，系統進行障礙告警測試，并對光纖障礙性質進行自動判斷，按規定的告警級別發出告警信息，并迅速、準確地確定故障點的位置。

該系統通常融合了網絡通信技術、光學測量技術、地理信息系統(GIS)以及全球衛星定位系統(GPS)等技術，對光纜中光纖傳輸衰耗特性變化及光纖阻斷故障實現遠程分布式實時、在線地自動監測。

采用TCP/IP進行系統互連，可使監測中心和監測站同時處理多個連接，并可遠程進行系統維護及軟件升級，還具有較好的安全性和較高的可靠性，符合全國電信管理網(TMN)的要求。

2 光纜監測系統的體系結構

2.1 系統結構

光纜線路自動監測網的建設要保證在本傳輸網中的統一性、完整性和先進性。光纜監測網應該是功能比較齊備，性能可靠地逐級與本地傳輸網管相聯的網絡。各級網管、監測中心各負其責，其中省級監測中心只對存大的重大問題進行掌握，而地市級監測中心一般要承擔維護的主要任務。如圖1，一般來說光纜自動監測系統分成三層結構，即省監控中心PMC、區域監測中心LMC和監測站MS。

其中，監測中心對測試站進行控制，是采集數據和處理數據的中心;測試站對光纜線路進行光功率監測和遠程遙控自動監測，以跟蹤光纖傳輸損耗的變化，監督測站可無人值守[3]。

圖1 光纜監測系統的硬件結構

PMC和LMC為管理層，可以查看、控制MS監測站的工作;MS監測站為設備層，主要完成OTDR的測試以及光功率的監測等功能。

2.2 軟件結構

如圖2，光纜自動監測系統支持C/S結構(客戶端/服務器結構)和B/S(瀏覽器/服務器)結構。服務器、客戶端共用一個數據庫服務器，通過TCP/IP網絡對監測站進行管理[4]。

圖2 光纜自動監測系統軟件結構

3 光纜自動監測原理

光纜自動監測系統工作原理是通過對接收到的OTDR觸發源的光功率的分析，得到光纜的運行狀態，如果得到可光功率的告警信號則光纜自動監測系統會自動啟動OTDR模塊，對接在光開關上的光纖線路進行故障測試，查找故障點[5]。

光纜自動監測系統共有三種監測方式:單備纖監測、雙備纖監測和在線監測。

3.1 OTDR接觸源

一般來說，常規的光纜自動監測系統采用在遠端設置監測光源作為OTDR啟動測試的觸發源，即在遠端設置監測光源，OTDR端在接收監測光源的光功率發生異常時啟動OTDR測試。

除了這種常規的觸發方式外，還可以使用光纖自動切換系統(光保護系統OLP)的光功率作為OTDR的觸發源。這樣，既可以省去在遠端設置安裝監測光源，還可以使用OTDR同時測試OLP系統所使用的主備用光纖資源，使用更方便，測試更合理。

OTDR觸發源有兩種:遠端監測光源和OLP系統。

3.2 單備纖監測

單備纖監測即OTDR與遠端光源在同一根光纖中傳輸，由于OTDR的發射波長一般使用1 625 nm，如果使用遠端監測光源作為OTDR啟動測試的觸發源，則監測光源的波長一般采用1 550 nm，所以在光源的發端和OTDR的發端分別使用一個光耦合模塊(WDM)對兩種信號進行隔離。

如果使用OLP系統作為觸發源，則不需要增加WDM模塊，且對OTDR的波長也無特殊要求。

單備纖監測方式只使用一根備纖。

3.3 雙備纖監測

雙備纖監測即OTDR與遠端光源在不同的光纖中傳輸，如果使用遠端監測光源作為OTDR啟動測試的觸發源，則雙備纖監測方式只需要使用兩根備纖，不需要增加其他光器件。

如果使用OLP系統作為觸發源，則本方式同上節，只使用一根備纖。

3.4 在線監測

在線監測僅針對于遠端監測光源作為OTDR啟動測試的觸發源。

在線監測在備用光纖稀少的情況下使用。一般對傳輸系統收光分光的3%～5%進行分析，其余的光(95%～97%)仍然回到傳輸系統中。通過分析3%～5%的光的性能，判斷整個光纜的運行狀態。

傳輸系統的發光與OTDR使用光耦合模塊(WDM)進行耦合后發送到光纜中去，對端在接收時使用濾波器過濾掉OTDR的1 625 nm的光后進入傳輸系統。

在線監測不使用備纖資源，但是需要增加一塊光耦合模塊和濾波器，而且對現有的傳輸系統引入1～2 dB的插損。

需要注意的是，對于DWDM密集波分系統，由于DWDM波分系統發光很強，OTDR卡的發光也較強，如果將OTDR與DWDM系統發射光耦合后發送到光纖中后會產生非線性效應，從而影響當前在用傳輸系統。所以在線監測不適用于波分系統[6]。

4 監控信息的傳輸方式

光纜線路監控系統應該采用集中維護方式(這是維護方式的主要發展方向)，這樣做存在一個監控信號的傳輸問題。監控信號的傳輸可以考慮采用兩種方式:一種是依托于公眾通信網的傳輸方式，另一種是依托于SDH網元設備的傳輸方式[7]。

4.1 利用公眾通信網的傳輸方式

利用公眾通信網的傳輸監控信號時，要求租用公眾通信網來傳輸監控信號。如果公眾通信網的可靠性和接通率足夠高時，那么監控信號的傳輸是比較可靠的(盡管情況并非如人意，在長途公眾通信網中尤其如此)，而且光纜線路監控系統與所監控的光纜線路的好壞沒有任何關系，從而防止了由于光纜線路障礙所造成的光纜線路監控系統的癱瘓。這種傳輸方式的主要缺點包括:對租用公眾通信網的依賴性較大，光纜線路監控的可靠性主要由公眾通信網的可靠性決定;光纜線路監控系統運行的經濟性比較差等。

在利用公眾通信網的傳輸方式中，也存在兩種工作方式:一種方式是各個監控站(網關站)或者子站(非網關站)持續傳輸數據的方式，另一種方式是各個監控站(網關站)或者子站(非網關站)定時傳輸數據的方式[8]。

4.2 利用SDH網元設備的傳輸方式

利用SDH網元設備傳輸網管信號時，要利用到SDH信號幀結構中的一部分目前還沒有定義的段開銷字節，也就是光纜線路監控系統要依托于現有的SDH傳輸設備。

利用SDH網元設備傳輸網管信號時，最大的優點是它的經濟性。當然，這種方式也有其缺點:當SDH網絡癱瘓時，光纜線路監控系統也會像SDH網管系統一樣發生失效現象。然而，這里提出的光纜線路監控系統的主要任務是:在光纖通信系統正常運行狀態下，實時地監控光纜線路的逐步劣化情況，以便對于逐劣化情況采取必要和正確的維護措施，從而避免逐漸劣化情況轉變成光纜線路障礙。所以，光纜線路監控系統的這一缺點對于要完成的系統功能來說是微不足道的[9]。

5 結 語

光纜自動監測系統能與光保護系統有效結合，真正實現了光纖故障時及時保護，OTDR自動測試，同時進行故障點GIS定位，并自動通報維護人員，為及時準確地排除光纜線路故障提供了強有力的監控手段。將光纜自動監測系統的功能總結如下:

(1) 光功率系統報警迅速，測試定位準確，5 s內可反映出全網內光纖性能狀態變化。

(2) 詳實的統計報表，分析光纜網絡性能，為管理人員提供決策依據。

(3) 建立了傳輸系統與光纖的串接路由表庫，能在十分復雜的光纜網中及時準確地分析出真正的故障光纜段[10]。

21世紀，IP業務爆炸性的增長給電信業帶來了激烈的競爭，也為其提供了難得的機遇。據有關統計數據說明，傳統話音業務量年增長率只有5%~10%，而以Internet為代表的數據業務年增長率高達30%~40%。在未來10年內，世界主要電信網絡的數據業務量將大大超過話音業務量，網絡的業務構成將發生根本性的變化，傳輸網承載的業務向以數據業務為中心的方向融合已成為一種必然趨勢。隨著傳輸網承載的業務越來越重要，光纜自動監測系統所發揮的作用也越來越大。隨著科學的發展、技術的進步，未來一定會有更加先進的光纜自動監測系統為現代化通信保駕護航。

參考文獻

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[2]楊同友，楊湘邦.光纖通信技術[M].北京:人民郵電出版社，2006.

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[10]謝意，黃樂天，周健鴻，等.光纖相位轉換通信技術[J].現代電子技術，2006，29(3):7-9.