光纜自動監測技術在光纖通信中的應用

王璐 劉潔 涂超

（國網甘肅省電力公司酒泉供電公司 甘肅省酒泉市 735000）

隨著科學技術的發展，為了解決人工監測周期長效率低的問題，設計出一套自動監測系統可以全天候、全方位的對光纜實施監測成為了唯一的選擇。

1 光纜自動監測技術的工作原理

新時期下隨著計算機科學、互聯網以及GIS 技術等的發展，為我國的光纖通信的監測提供了新的思路。傳統的人工對光纜進行監測方式周期較長，效率低，一旦光纜出現了故障不能及時快速修復將會造成嚴重的后果。新時期下，光纜監測必然要借助計算機來實現對通信光纜的實時動態監測，隨時地自動監測光纜纜芯的工作狀態，對潛在的光纜故障風險進行預測，快速準確的定位光纜故障點，減少光纜發生故障的概率，降低故障搶修時間。光纜自動監測系統的工作原理就是在光纜上安裝光纜數據采集元件例如OPM、OTDR設備等，通過這些數據可以采集到大量的光纜運行基礎數據，例如光功率、光脈沖北向散射信號燈。監測系統對各個光器件采集到的信息進行綜合分析，發現可能或者是已經存的故障隱患，及時作出故障點定位和預防。光纜自動監測系統的監測方式主要有三種，即在線監測、光功率和OTDR 聯動監測、備纖監測。光纜檢測有可以細分成兩種監測，即OPM 光功率監測和OTDR 故障測試。綜合運用科學技術，根據實際情況設計出一套通信光纜自動監測系統，對可能會出現的故障進行預判，對已經出現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生的經濟損失。

2 光纜自動監測系統的研發

新時期，隨著計算機和互聯網技術的發展，通信光纜監測工作從人工逐漸向自動化轉變。借助計算機系統、互聯網技術、GIS/GPS 技術、OTDR 等，根據城市通信光纜的實際情況以及未來的發展方向，將這些高新科技相互融合，研發出一套可以徹底取代人工監測的自動實時通信光纜監測系統，為促進城市的光纖通信事業發展提供支持。

2.1 系統總體設計思路

光纜自動監測系統主要采用計算機技術、光學檢測技術等作為系統的支撐，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。通信光纜自動監測系統是基于現有的通信光纜線路進行設計的，所以在系統設計之初應該考慮到光纜所在的城市通信管網框架。因此我們在設計時應該將系統分成三個中心，第一部分是省級監測中心，該部分是整個通信光纜自動監測系統的核心內容，同樣是數據綜合處理中心、服務器所在，省級監測中心可以對下面兩個分級中心進行管控。第二部分是市級監測中心，第三部分是縣區級監測中心。這三級監測中心通過計算機互聯網來連接，實現數據互聯互通。

2.2 自動監測系統的總體構成

根據上述的系統總體設計思路，整個光纜自動監測系統的構成分為三級，即省級監測中心，縣市級監測中心以及區級監測站。三個監測中心之間通過計算機互聯網實現實時連接，形成一個互相關聯的動態的有機整體。其中對于省級監測中心來說是整個系統的中心，應該配備數據服務器、統一構建局域網，而對于縣區級監測站而言是他們則要實施自動監測行為。縣區級監測站應該對其所覆蓋的全范圍內的光纜進行全面的實時的監測工作，根據系統的設計，監測站重點監測通信光纜中的光纖信號的衰減情況，同時還要負責對線路光纖定期實施測試，在完成各項測試之后，將獲取到的基礎數據上傳至監測中心，由監測中心進行統一處理和分析。

2.3 系統軟件體系的構成

系統的軟件應用界面必須要遵照用戶的使用習慣來進行設計，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。為了保證數據的安全性，必須要在系統之外建立數據備份庫，將所有的數據進行獨立備份，一旦系統服務器中的數據丟失，也不會影響整個數據的調用。系統軟件的劃分一共分為三個層面。首層為基礎層，主要功能就是收集并處理監測站發送過來的監測數據，包括監測站OTDR 測試得到的相關數據以及光功率的監測數據等。將所采集到的數據上傳至監測中心，由系統的第二層數據進行統一的處理，按照特定公式算法進行計算得出故障線路的測試結果，根據所得到的測試結果來進行自動報警或者預警。第三層是應用層，也就是將第二層的數據處理結果進行展示，包括OTDR 曲線分析、通過曲線分析得出故障點具體位置、系統自動告警/預警應用以及其他的通信光纜日常管理事務處理界面。軟件系統的三個層面具體的工作流程：軟件首層采集監測站的測試數據，通過固定的算法來判斷這些數據是否超過閾值，如果超過了則產生告警。向上級檢測中心上傳數據，受上級檢測中心的管控，按照上級下達的指令來執行OTDR 測試。

2.4 監測中心功能設計

檢測中心在結構構成上應該包含5 項內容：

（1）數據存儲服務器。

（2）GIS/GPS 定位服務器。

（3）數據接口。

（4）工作站的維護。

（5）其他事務。

監測中心會設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，監測中心還具有日志管理、統計上報監測數據，系統糾錯以及故障自動重啟功能，確保系統穩定運行。檢測中心的軟件在運行時是根據既定流程進行工作，具體的工作流程如下：

（1）確定檢測時間。

（2）OTDR 測試光纖。

（3）數據整理匯總。

（4）與標準數據進行比對。

（5）形成工作日志。

（6）打印上報。

軟件系統中的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測系統中OTDR 元件測試所得到的數據進行整理和分析，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場。故障處理模塊的功能是對光纜故障或者是可能發生的故障進行告警/預警，系統先對告警進行預處理，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，與標準數據進行比對，如果測試結果顯示光纜存在故障，則將此告警發送至上級監測中心。數據報表模塊就是監測范圍內的所有通信光纜設備運行所產生的數據按照分層管理的方式進行統一管理。故障數據報表中，需要對監測點所覆蓋的光纜在一定時期內發生的故障數據進行統一，包括了故障發生時間、故障點數量、告警信息等。

2.5 現場監測站功能設計

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

OTDR 測試模塊主要是測試通信光纜內部的光信號衰減情況，這是現場測試中最為重要的一個環節。在實際工作中，首先向被檢光纖發射一道特定波長的光脈沖信號，該光脈沖信號在光纜內部經過一段時間的反射之后，在一端接收到反射信號，OTDR 會對這些光信號數據進行記錄并形成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，結合GIS 技術可以快速的將故障點的位置鎖定。光功率監測模塊一般是作為OTDR 測試的輔助手段來對通信光纜實施實時監測，通常用在OTDR 測試之前，用于彌補OTDR 監測存在的缺陷。光功率監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故障，這是因為光線傳播的一個特性就是當光纖內部發生了物理損傷，那么輸出的信號就會發生改變，也就是光功率會降低。在光功率監測過程中，為了防止數據采集對光纖運行的正常使用，通常我們會采用分光器設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生影響。

3 自動監測系統的監測方案設計

3.1 光功率在線監測

在光纜自動監測系統中，光功率監測屬于實時監測，對監測站內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測方法來保證監測的實時性，那么我們必須要采取一定的方法來預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量。所以，在技術層面上我們采用分光器和波分復用器進行組合，并結合告警模塊來提升通信光纜監測質量。光功率在線監測工作原理是：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，利用光功率監測模塊對截取到的信號進行分析和判斷，如果得到的結果超過了系統設置的閾值那么會將信號發送到主控模板進行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：告警聯動、定期測試和不定期測試。

3.2 空閑光纖監測

空閑光纖監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，一根光纜內部會設置很多根光纖，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。這種測試方法的優點在于可以避免與正常工作的光纖產生沖突，也可以在不使用波分復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。由于這些備用光纖上沒有光信號通過，只有測試信號經過，所以在OTDR 測試過程中可以不使用波分復用器，如此一來在系統的建設中就可以大量的減少使用波分復用器，是一種非常經濟的監測方式。

3.3 告警監測

告警監測功能的實現主要是結合告警采集模塊，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，系統可以即時啟動OTDR 測試對故障信息所在的光纜進行測試，結合GIS技術，工作人員可以很快的得到定位到故障點的具體位置。

3.4 通信機制的設計

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

4 總結

通信光纜的發展未我國的通信事業注入了新的活力，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用。隨著光纖通信的發展，城市的通信光纜敷設越來越多，對光纜的維護以及光纜故障搶修工作變得越來越難。面對日益增加的數據傳輸總量，對光纜的維護工作要求日益增高。計算機互聯網的發展，為通信光纜的監測提供了新的思路，自動監測逐漸取代了人工監測。自動監測系統可以實施實時監測，對故障進行進準定位，為縮短光纜搶修時間提供了支撐。