光纜自動監控技術在光纖通信中的應用

方剛

中國通信服務四川建設分公司 四川成都 610041

當前最重要的通信網絡就是光纖網絡。隨著對其的應用的不斷擴展，網絡的傳輸結構變得越來越復雜。在分析了全球數百個傳輸網絡的故障之后，可以得出一個結論：所有傳輸事故中有多一半是由基于傳輸介質的故障引起的。在光纜中，這是影響網絡安全的主要因素。在中國，隨著對通信服務質量需求的不斷提高，光纜線路的維護和管理變得越來越重要，而光纜數量的增加以及老化逐漸的也導致光纜線路出現故障的數量增加。因此，及時發現光纜故障和隱藏的危害，可以減少光纜阻斷的發生，并減少光纜故障的持續時間。這類問題的研究變得越來越重要。

1 自動光纜監控技術的工作原理

1.1 空閑芯監控

該監控方法是使用未在光纜中使用的纖芯進行監控。從理論上講，無論是否在同一根光纜中使用，對環境的影響程度和物理特性的變化幾乎相同，并且通常會斷裂或彎曲，對生產線的影響以及對每根光纖的影響都是相同的，因此使用閑置芯線進行測試可以大致獲得光纜整個光纖的工作參數。由于該類纖芯中沒有光信號，因此必須在被測光纖芯的另一側安裝一個遠程光源，并且將光測試信號主動注入到被測纖芯中，并且強度光功率通過側面的OPM 測量。實時將測量數據發送到主控制模塊（MCU）的遠方數據終端，該模塊對光功率進行實時統計分析，并將數據上傳到中央監控站。當OPM 檢測到光功率低于閾值時，遠方數據終端立即啟動光時域反射儀，驗證有故障的光纖核心，并將數據實時傳輸到中央監控站。中央監控站檢測到GIS 地理信息系統中的錯誤。由于此測試解決方案僅監控光纜中的空閑纖芯，因此能夠檢測到光纖故障并查明故障點的前提是，光纜中的所有光纖纖芯必須同時發生故障，而不是單個故障。

1.2 備用電源光纖監控

還使用了光功率警報模塊。在離線測試模式下，光纖待機被監控以實時監控光功率警報。由于監控備用光纖，因此沒有來自傳輸設備的信號源，因此此測試方法必須在監控路徑的末尾添加一個光源，將光信號發送到備份，然后在測試結束時運行光功率檢測。應該強調的是，這里增加的光源可以選擇1310 納米，1550 納米和1625 納米三種波長之一，因此不需要WDM 設備。當芯線異常時，光源信號會被阻塞或減弱，系統會立即激活光時域反射儀以測試芯線以確定故障的準確性和位置，見圖1。

圖1 備用光纖監控結構圖，用于監控光纜

這種實時監控方法具有以下三個特點：第一，無需將設備插入傳輸設備的工作光纖中，完全不影響傳輸設備的運行，減少了危險以及隱藏在系統中的故障；其次，對于每一個被監控的光纖進行實時監控，以確保故障報警的實時性；第三，它可以適應復雜的網絡條件，對于較短的光纜線路，無需附加設備即可實現跨網段監控[1]。

1.3 跨段監控和跨段解決問題

通過在光纜的交叉點配置無源光學設備或光纖橋接器，可以對多條連續光纜進行遠程或在線監控。對于不同的監控方法，必須設計不同的監控方法以實現跨網段監控。由于在線光功率監控只能采樣和監控一部分公司信號，因此不支持跨段監控，但是可以實施跨段故障掃描。當使用合成光功率在線監控模式時，由于光時域反射儀故障檢測信號和業務信號共享核心，跨網段設計應增加兩套無源波長復用設備在交叉段的點發射測試信號的無源設備（FCM）可以省略。對于網段監控，空閑芯監控模式相對容易實現：通過使用網橋或合并方法傳遞網段點，可以輕松實現網段監控和網段故障掃描。先前各圖的示意圖顯示了部門間監控的實施[2]。

2 研發自動光纜監控系統

2.1 總體的系統設計思路

自動光纜監控系統主要采用計算機技術，光學檢測技術等。支持系統在對光纜線路進行故障排除和定位方面，使用GIS 和GPS將以上概述的三種檢測方法完全應用于光纜線路，以進行光纜線路的特定檢測。進行全自動檢測，真正達到互不影響的正常通訊和線路維護的目的。自動光通信電纜監控系統是根據光通信電纜的現有線路設計的，因此應從一開始就考慮光電纜所處的城市通信管道網絡的結構和系統設計[3]。

2.2 OPM 光功率檢測模塊

①對于在線光功率監控模式，以接收端的光分路器作為監控對象，截取接收到的百分之三的光信號功率，即可改變線路功率的狀態它是實時監控的。一旦發現功率指標惡化到預定閾值，就會自動生成警報，并且主控制模塊調用光時域反射儀測試模塊來測試有故障的光纜。遠程OPM 放置在光纜網絡的交叉點，以收集光能并將數據通過數據通信網絡通道返回到遠方數據終端。②對于空閑光纖功率監控模式，通過在光纖末端設置已知功率或相對穩定的光源（光標記），可以使用OPM 檢測和比較接收到的光功率在接收端實時顯示信息，可以直觀并快速檢測出影響正常光纖通信的大多數緊急情況，并啟動光時域反射儀來檢測有故障的光纜。③對于傳輸鏈路警報監控模式，傳輸設備網絡管理中的警報信號被收集為激活信號以掃描光時域反射儀故障，因此無需配置OPM 和光標記。

2.3 現場監控站測試單元的設計

現場監控站測試單元的設計主要包括以下四個方面：①通信模塊的設計。②設計測試表。③電源模塊的設計。④遠程測試單元主控制面板的設計。

3 結語

光通信電纜的發展給中國通信行業帶來了新的活力，光通信電纜由于其容量大，保密性高和傳播速度快等優點而被廣泛使用。隨著光纖通信的發展，城市中鋪設了越來越多的光通信電纜，并且光纜的維護和光纜故障的修復變得越來越困難。隨著總數據傳輸的增加，對光纜的維護要求也在增加。計算機互聯網的發展為監控光通信電纜提供了新的思路，自動監控逐漸取代了手動監控。自動監控系統可以實現實時監控，準確識別故障并提供支持，從而大幅縮短光纜的維修時間。