光纖通信故障信號在線診斷系統的設計

嵇洪濤

（山東省郵電規劃設計院有限公司，山東 濟南 250101）

0 引 言

在我國通信網絡建設快速發展的背景下，光纖通信技術因具有大容量、傳輸速度快的優勢得到了廣泛應用，大大提升了通信網絡傳輸的效率。智能化通信網絡發展成為我國經濟建設的重要支撐，因此通信行業高度重視智能通信網絡的建設和發展，并進行相應的技術升級和優化改造。為提高對通信光纜信號的監測管理，本文對光纖通信故障信號在線診斷系統設計和關鍵技術進行闡述，試圖為之提供行之有效的建議。

1 系統設計背景及應用效益

光纖通信系統基于光纖進行信號傳輸，光纖作為傳輸介質，光波作為傳播載體，主要由光纖、中繼器、發送機以及光接收機組成。該系統是光纖理論和波動光學理論結合的產物。在光纖通信系統中，光反射是重要技術，也是一項關鍵技術。通過光反射可以實現將光信號從一種介質到另外一種介質的快速傳播，在兩種介質的界面上發生反射和折射[1]。此時會出現兩種情況，一種光疏介質傳入光密介質，另一種是光密介質傳入光疏介質。光疏介質傳入光密介質，折射角會小于入射角，光密介質傳入光疏介質，折射角會大于入射角。入射角達到臨界值就會消失，此時光纖信號會全部反射到光密介質，此種現象被稱作全反射現象。研究得知，光纖通信故障出現的主要原因是光纖斷裂和光纖彎曲。光纖通信故障，按照位置可以劃分為鏈路故障和設備器件故障；按照故障支路數目可以劃分為單支路故障和多支路故障。就單支路故障而言，發生故障的支路只有一條，就多支路故障而言，發生故障的支路就在兩條以上。

光纖通信是我國主要通信方式之一，2019全國人民代表大會政府工作報告中明確指出：“創新驅動發展戰略持續推進，互聯網與各行業加速融合，落實“互聯網+”行動計劃，增強經濟發展新動力”。在我國通信網絡快速發展背景下，光纖通信建設規模也在快速擴大，如果依然采用傳統人工檢修管理方法，顯然達不到通信網絡維護要求。光纖通信傳輸信號雖傳播速度快，不容易失真，但是由于光纖材質特性原因，容易發生斷裂，從而導致信號傳輸發生變化[2-3]。光纜線路出現通信故障，不僅會帶來巨大經濟損失，而且難以排查，如人工排查效率低、故障點定位不夠精確。因此，采用光纖通信故障信號在線診斷系統。該系統不僅故障點定位更加準確，還大大減少了光纜線路維護成本，提高了維護管理和管理信息化水平。

2 在線診斷系統與關鍵技術設計

2.1 系統設計原理及實現

光纖通信故障信號在線診斷系統基于地理信息系統（Geographic Information System，GIS）實現，系統通過地理信息系統（GIS）進行信息的故障信息采集、存儲和管理，在此基礎上進一步分析空間和地理分布數據。系統工作過程中，能夠有效結合地理信息系統（GIS）的空間位置表征和拓撲關系，利用先進的計算機信息技術，達到光纜故障快速定位的目的。

此外，該系統在工作過程中，采用iODN解決方案，通過該方案實現了對光纖的智慧光網絡管理。通過eID技術來標識光纖連接器之間的關系。將光纖連接器的位置和鏈接關系繪制成光纜路由圖，并且能夠在Web界面中進行可視化顯示。全網光纜路由圖繪制過程中，第一個流程是NMS通過TCP/IP網絡與配網GIS對接，第二個流程是借助地理信息系統（GIS）的地圖背景渲染iODN拓撲資源信息資源，從而實現對全網光纜路由圖的繪制。光纖通信故障信號在線診斷系統故障地理位置的精確定位，取決于地理信息系統（GIS）繪制的光纜路由圖，定位過程中需要將線路檢測模塊嵌入到NMS中，才能夠達到免進站周期性測試和主動預警，進而達到快速故障分責和精確定位的目的。重要告警信息可通過OSS短信平臺及時通知運維人員，該功能的實現，采用TCP/IP網絡將NMS與OSS對接。將告警信息分為自動采集和人工采集，自動信息采集是在有源的環境下進行，此時NMS通過TCP/IP網絡定期自動采集iODN中的各光纖端口信息；人工信息采集則需要工人進站采集，將使用PAD采集到的信息由GPRS網絡上傳至NMS網絡管理系統，從而實現端口信息的同步，完成故障診斷、網絡操作與網絡管理的數據處理和統計。

2.2 系統關鍵技術及應用

光纖通信故障信號在線診斷系統實現故障位置的精確定位基于光纜路由圖，光纜路由圖是基于現有通信網絡GIS圖進行研發。在對診斷系統進行二次開發過程中，又融合iODN（光分配網絡）解決方案，借助eID技術實現了電子標簽，因此，提高了OTDR光纖線芯在線故障檢測和統計分析的科學性，并且基于GIS技術提高光纖故障自動定位和界面圖形顯示的準確性。

2.2.1 采用eID技術實現電子標簽

eID技術（Electronic Identity）作為一種電子編碼技術，以密碼技術為基礎、以智能安全芯片為載體，能夠在高安全防護等級下遠程識別訪客身份，光纜線路中安裝光纖連接器，如圖1所示。此時，需要區別線路中的每個光纖連接器，采用eID技術對每個光纖連接器進行唯一編號，在光纖連接器中新增eID芯片進行身份標識，并將線路兩端的eID進行鏈接，即可以準確標明連接器之間的關系[4-5]。eID技術的應用可以使系統獲取光纖連接器兩端的交互關系，并通過服務器平臺存儲采集數據，便于后續的數據處理和分析。

圖1 eID技術電子標簽實現原理

2.2.2 采用GIS技術實現故障定位

傳統光纖故障定位方法需要借助圖紙資料對故障點的大概地理位置進行估算，然后到故障區域點對光纜進行逐段檢測，最終確定信號故障點，然后進行手工修復。傳統方法工作效率很低，人工成本高。因此，為解決該問題，該系統采用GIS地理信息定位技術，實現光纖故障點自動化定位，利用經緯度坐標確定地理信息，并對空間信息進行分析和處理。其中，光纖故障信號點地理位置的計算，是將光纖電纜長度進行統計，然后依據光纜絞縮率等屬性值計算得出光纖故障信號點的所處位置，如圖2所示。實現光纜路由圖和距離的計算，完成故障纖長到路面實際地理位置的識別和數據轉化。最終以可視化地圖方式將故障位置進行展示，對工作人員進行精確引導。

圖2 光纖線路故障點地理位置計算

2.2.3 OTDR光纖在線監測的實現

傳統光纜檢測方法需要維護人員進站手動實施，每次定檢還需要暫停某些通信設備后才可以通過OTDR掃描纖芯，基于掃描結果對纖芯的狀態進行判斷，最后決定下一步需要采取的措施。OTDR光纖在線監測的實現優勢在于定檢過程可以避免進站操作，并且可以自動生成檢修結果報表成，自動評估單根光纖以及整個光纖線路的運行狀況，給故障點的定位操作帶來了極大便利，配網線路光纖通信的傳輸管理質量也有了很大提升。

3 結 論

光纖通信故障信號在線診斷系統的應用，能夠有效提高光纖通信故障檢測的效率，利用自動化技術手段，降低運維成本，保障光纖通信線路的正常運行。光纖通信故障信號在線診斷系統作為一個自動化系統，應用了eID、GIS和OTDR技術，當光纖通信出現異常中斷信號時，系統可以快速識別故障信息，并將故障地理位置在GIS可視化地圖中進行顯示。這極大限度地保障通信網絡系統的正常運行，避免因通信中斷異常所造成損失。