應(yīng)用于ODN 室外光交智能門鎖技術(shù)研究和分析

［歐月華 任艷］

1 背景和問題分析

大量分布于室外的光纜交接箱是光分配網(wǎng)ODN 的重要組成部分，對光纜交接箱的維護(hù)在一定程度上影響著網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量好壞。目前，僅僅使用機(jī)械門鎖對光纜交接箱進(jìn)行管理和安防這種比較原始的模式不僅效率低下，也無法對光纜交接箱進(jìn)行有效的監(jiān)控和保護(hù)，具體問題表現(xiàn)在：

（1）指揮調(diào)度難，作業(yè)不及時，故障處置延宕。

（2）光纜交接箱分布廣泛，設(shè)施及其光纜被損壞、遷移，管理人員不能及時獲知狀況。

（3）光纜交接箱數(shù)量大，且不斷增長，使用傳統(tǒng)的機(jī)械式門鎖管控，不易操作，對大量箱體的鑰匙人工管理困難。

（4）施工、巡檢人員頻繁更換，無法對開箱人員和時間進(jìn)行有效管理，而且當(dāng)前的運維操作無記錄手段，難以對不當(dāng)行為進(jìn)行管理和追責(zé)。

（5）由于監(jiān)管困難，大多數(shù)光纜交接箱箱門遭到破壞，或門鎖常年處于開啟狀態(tài)無人問津，造成設(shè)備的故障。

以上問題給運營商帶來經(jīng)濟(jì)損失的同時，也影響著客戶的光纖寬帶的使用效果，運營商需要著重考慮如何提升建設(shè)和運營效率，支撐優(yōu)化用戶體驗，因此實現(xiàn)對ODN光纜交接箱的智能化管理迫在眉睫，其中智能門鎖是重要的一種。

2 光纜交接箱智能門禁需求

光纜交接箱智能門禁主要需求包括有。

（1）可管可控的開鎖權(quán)限：通過無線通信技術(shù)進(jìn)行開鎖授權(quán)管理，無權(quán)限開鎖者需要經(jīng)授權(quán)審批才可以進(jìn)行開鎖操作。對各級操作人員權(quán)限進(jìn)行管理，實現(xiàn)分區(qū)域、分設(shè)施進(jìn)行開鎖權(quán)限的配置。

（2）箱體狀態(tài)監(jiān)控及告警：通過光纜交接箱智能門鎖，對箱體鎖具開關(guān)狀態(tài)、門開合狀態(tài)、箱體內(nèi)溫濕度和箱體傾斜度等進(jìn)行監(jiān)控，智能門鎖對未授權(quán)開門、電量過低等異常狀態(tài)進(jìn)行主動告警，聯(lián)動上層系統(tǒng)啟動相應(yīng)排障工單。

（3）采用虛擬化鑰匙：實現(xiàn)多種開鎖方式，采用網(wǎng)管、手機(jī)應(yīng)用或者電子鑰匙對安裝在室外光纜交接箱的智能門鎖進(jìn)行遠(yuǎn)程或近程開鎖，徹底避免機(jī)械鑰匙的攜帶和管理不便。

（4）操作人員和操作日志信息化：對操作人員的信息記錄，并且對每次開關(guān)門/鎖、施工記錄均可進(jìn)行保存、統(tǒng)計分析和查詢，便于進(jìn)行問題回溯。

3 應(yīng)用于ODN 光纜交接箱的智能門鎖技術(shù)

3.1 兩種智能門禁系統(tǒng)架構(gòu)

針對運營商的需求、ODN 光纜交接箱的大小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及分布的位置（比如光纜交接箱內(nèi)部是否有空余空間，光纜交接箱所處位置網(wǎng)絡(luò)信號是否良好）等條件，應(yīng)用于ODN 光纜交接箱的智能門禁系統(tǒng)包括實時系統(tǒng)和非實時系統(tǒng)，基本組成包括智能門禁管理系統(tǒng)、智能門禁管理應(yīng)用和智能門鎖，實時系統(tǒng)和非實時系統(tǒng)的智能門禁系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 智能門禁系統(tǒng)架構(gòu)

智能門鎖是智能門禁系統(tǒng)中安裝在光纜交接箱的硬件設(shè)備部分，是通過電子方式實現(xiàn)管理控制光纜交接箱的門禁。

非實時系統(tǒng)中的智能門鎖只包含簡單的電子鎖體和電子鑰匙，無法直接和智能門禁管理系統(tǒng)通信，只能實現(xiàn)智能門禁管理應(yīng)用藍(lán)牙開鎖或電子鑰匙授權(quán)開鎖以及電子記錄門鎖開關(guān)等簡單的功能，無法實現(xiàn)上文中光纜交接箱智能門禁的大部分需求，本文暫不做詳細(xì)分析。

本文重點分析實時系統(tǒng)的智能門鎖。實時系統(tǒng)中，智能門禁管理系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)管控光纜交接箱智能門鎖，能夠直接遠(yuǎn)程開鎖，或者授權(quán)智能門禁管理應(yīng)用管控光纜交接箱上的智能門鎖。實時系統(tǒng)下的智能門鎖能夠?qū)崿F(xiàn)智能授權(quán)開鎖、狀態(tài)監(jiān)控和告警上報、操作信息自動記錄和工單流轉(zhuǎn)等功能。

3.2 智能門鎖的組成

實時系統(tǒng)的智能門鎖實現(xiàn)室外光纜交接箱的安防和管理，包括控制箱門和鎖體開關(guān)，管控和上報箱體門鎖狀態(tài)及其動力環(huán)境狀態(tài)，如有異常觸發(fā)告警并主動上報。智能門鎖由供電模塊、控制單元、一個或者多個電子門鎖（與光纜交接箱的門對應(yīng)，一個控制單元支持1～4 個電子門鎖）、電子鑰匙組成，另外還包括有控制單元連接的一些傳感器（水浸傳感器、溫度傳感器和震動傳感器等，根據(jù)運營商需求進(jìn)行選配），如圖2 所示。

圖2 智能門鎖的組成

（1）電子門鎖：實現(xiàn)光纜交接箱箱門的開關(guān)，連接控制單元。

（2）控制單元：用于管理電子門鎖、門磁/行程開關(guān)和其他傳感器，通過無線網(wǎng)絡(luò)與智能門禁管理系統(tǒng)直接通信，通過藍(lán)牙與智能門禁管理應(yīng)用進(jìn)行通信，接收智能門禁管理系統(tǒng)/智能門禁管理應(yīng)用命令去控制電子門鎖開關(guān)，同時監(jiān)控光纜交接箱的箱體狀態(tài)包括監(jiān)測供電模塊電量、門或鎖開關(guān)、和光纜交接箱水浸、傾斜、震動等情況，上傳到智能門禁管理系統(tǒng)/智能門禁管理應(yīng)用。

（3）供電模塊：內(nèi)置一次性鋰電池，對控制單元、電子門鎖和傳感器等模塊提供電能。

（4）電子鑰匙：電子鑰匙支持在是智能門禁管理應(yīng)用授權(quán)下進(jìn)行應(yīng)急開鎖。

3.3 光纜交接箱智能門鎖功能

由于智能門鎖需要安裝在光纜交接箱上，除了實現(xiàn)鎖具本身的能力外，需要實現(xiàn)符合光纜交接箱場景的門禁、管控需求的功能。

光纜交接箱智能門鎖的主要功能包括：可管控下的多種開鎖方式、光纜交接箱參數(shù)配置和儲存功能、告警功能、休眠和喚醒功能、信息上報功能等。

（1）通過智能門鎖實現(xiàn)可管控下的多種開鎖方式。

①通過智能門禁管理系統(tǒng)使用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程開鎖。

② 通過智能門禁管理應(yīng)用使用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程開鎖或者使用藍(lán)牙進(jìn)行近程開鎖。

③正常狀態(tài)下，光纜交接箱建議使用以上的開鎖方式，電子鑰匙建議在應(yīng)急狀態(tài)下（控制單元失效、供電模塊中的電池?zé)o電或電量不夠的）通過智能門禁管理應(yīng)用授權(quán)進(jìn)行開鎖。

在光纜交接箱開鎖之前應(yīng)該手動按下該電子門鎖的喚醒按鈕，才能接收除應(yīng)急開鎖方式外下發(fā)的開鎖指令。對于2 門型、3 門型、4 門型的智能門鎖，僅能開啟指定門的電子門鎖，在同一個控制單元的其他門應(yīng)不開啟；已經(jīng)打開部分電子門鎖的情況下，再開其他電子門鎖，也應(yīng)先手動按該電子門鎖的喚醒按鈕。

（2）智能門鎖對光纜交接箱信息配置和儲存。

智能門鎖的控制單元能通過智能門禁管理系統(tǒng)或者智能門禁管理應(yīng)用進(jìn)行配置光纜交接箱相關(guān)的信息并儲存，包括：光纜交接箱的信息（名稱、位置）、智能門禁管理系統(tǒng)的IP 地址和端口號、光纜交接箱箱門與電子門鎖的映射關(guān)系等。

（3）智能門鎖支持以下告警。

①非法開門告警：門關(guān)鎖關(guān)狀態(tài)變?yōu)殚T開鎖關(guān)狀態(tài)，產(chǎn)生非法開門告警。

② 非法開鎖告警：未授權(quán)開鎖情形下鎖由關(guān)變開，產(chǎn)生非法開鎖告警。

③長時間未關(guān)門告警：休眠一定時間后（時間可以設(shè)置）鎖關(guān)門未關(guān)產(chǎn)生未關(guān)門告警。

④ 長時間未關(guān)鎖告警：休眠一定時間后（時間可以設(shè)置）鎖未關(guān)產(chǎn)生未關(guān)鎖告警。

⑤ 智能門鎖低電量告警：電池電量低于設(shè)定值（可以設(shè)置）產(chǎn)生的告警。

⑥ 溫度超限告警（擴(kuò)展功能）：溫度超過設(shè)定值（可以設(shè)置）產(chǎn)生的告警。

⑦ 傾斜告警（擴(kuò)展功能）：載體傾斜超過設(shè)定值（可以設(shè)置）產(chǎn)生的告警。

⑧ 震動告警（擴(kuò)展功能）：載體震動超過設(shè)定值（可以設(shè)置）產(chǎn)生的告警。

⑨ 水浸告警（擴(kuò)展功能）：監(jiān)測到水浸產(chǎn)生的告警。

（4）休眠和喚醒功能

由于光纜交接箱大部分位于室外，供電條件有限，為了節(jié)省供電模塊的電量，需要對智能門鎖設(shè)置一定的休眠規(guī)則。比如對光纜交接箱智能門鎖喚醒后、開鎖開門、關(guān)門關(guān)鎖等動作后不再操作，在一定時長比如2 分鐘內(nèi)能進(jìn)入休眠待機(jī)場景，供電模塊的電流能降到80 μA 以下。

智能門鎖應(yīng)在下面幾種情況下喚醒設(shè)備。

①操作人員需要進(jìn)行操作時，手動按下喚醒按鈕將智能門鎖從休眠狀態(tài)喚醒。

② 實時時鐘定期喚醒（在無告警的情況下采用正常時間間隔，正常時間間隔可設(shè)置，默認(rèn)為24 小時；在有告警的情況下采用告警時間間隔，告警時間間隔可設(shè)置，默認(rèn)為4 小時。正常時間間隔和告警時間間隔應(yīng)可通過智能門禁管理系統(tǒng)進(jìn)行配置）。

③鎖舌狀態(tài)發(fā)生變化。

④ 門開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化。

⑤ 震動超過門限值（擴(kuò)展功能）。

⑥ 溫度超過門限值（擴(kuò)展功能）。

⑦ 水浸（擴(kuò)展功能）。

（5）信息上報功能

智能門鎖喚醒后，應(yīng)能上報當(dāng)前的告警信息和設(shè)備狀態(tài)信息，設(shè)備狀態(tài)信息包括實時信息時間戳、門開關(guān)狀態(tài)、鎖舌狀態(tài)、供電模塊電壓、電量信息、3G/4G/NB-IoT 信的卡號信息、3G/4G/NB-IoT 信號質(zhì)量信息、軟件版本信息、硬件版本信息、溫度（擴(kuò)展功能）、水浸（擴(kuò)展功能）、傾斜（擴(kuò)展功能）。

3.4 光纜交接箱智能門鎖其他技術(shù)建議

安裝在光纜交接箱上的智能門鎖還要適應(yīng)光纜交接箱特點比如工作環(huán)境、尺寸、密封、引導(dǎo)操作等要求。因此本文給出如下建議。

（1）工作環(huán)境

智能門鎖部件是安裝在光纜交接箱內(nèi)部，參照光纜交接箱標(biāo)準(zhǔn)YD/T 988-2015 工作環(huán)境，建議智能門鎖能在以下的工作環(huán)境正常運作：

①工作溫度：-40℃～+60℃；

② 相對濕度：10%～90%（非凝結(jié)）；

③大氣壓：62～106 kPa。

（2）尺寸建議

建議智能門禁的控制單元及供電模塊的封裝盒子體積要盡量小巧，同時電子門鎖部分應(yīng)能適配光纜交接箱712 鎖的開孔尺寸，智能門鎖各個模塊部件能在光纜交接箱中穩(wěn)固安裝和具有限位措施（防止鎖具發(fā)生位移）。

（3）密封建議

智能門禁的控制單元和供電模塊防水防塵應(yīng)滿足IP65 要求。電子門鎖防護(hù)等級應(yīng)滿足IP55 要求，在水進(jìn)入鎖體時，應(yīng)不能影響鎖的使用，并防止水進(jìn)入載體。

（4）引導(dǎo)操作建議

①為了便于操作人員在光纜交接箱進(jìn)行開關(guān)門鎖一系列操作，在電子門鎖上安裝指示燈和蜂鳴器，使用不同的聲光提示光纜交接箱智能門鎖鎖開狀態(tài)、落鎖狀態(tài)等。

② 智能門鎖控制單元的通信部分使用接插式SIM卡，便于異常的時候可以更換，通過智能門禁管理系統(tǒng)對sim卡狀態(tài)資費進(jìn)行管理。

4 光纜交接箱的智能門鎖新建和改造

在部署光纜交接箱智能門禁系統(tǒng)中，智能門禁管理系統(tǒng)和智能門禁管理應(yīng)用部署和安裝較為簡單，重點在于對光纜交接箱進(jìn)行智能門鎖新建和改造。

4.1 智能門禁管理系統(tǒng)安裝方案

智能門禁管理系統(tǒng)包括智能門禁管理系統(tǒng)后臺服務(wù)器和Web 客戶端，智能門禁管理系統(tǒng)后臺作為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理后臺，需要單獨安裝在服務(wù)器上，用戶側(cè)可以采用Web 方式接入系統(tǒng)。

4.2 智能門禁管理應(yīng)用安裝方案

智能門禁管理應(yīng)用安裝并運行在智能門禁管理終端上，智能門禁管理終端是一種具備藍(lán)牙、移動通信等功能的智能化手持終端設(shè)備。智能門禁管理終端與智能門禁管理應(yīng)用的組成框圖如圖3 所示。

圖3 智能門禁管理終端與應(yīng)用的組成框圖

為保證智能門禁管理應(yīng)用程序運行正常，智能門禁管理終端須具備以下要求。

（1）RAM ≥2G；

（2）支持藍(lán)牙核心規(guī)范v4.0 以上；

（3）支持3G 及以上的移動網(wǎng)絡(luò)；

（4）可存儲記錄條數(shù)不小于2 000 條。

4.3 智能門鎖安裝

4.3.1 新建光纜交接箱配套智能門鎖

對于新建的光纜交接箱，配套的智能門鎖可以在光纜交接箱出廠或者出場時預(yù)裝，在現(xiàn)場免安裝，可以從總體縮短工程周期。

4.3.2 存量光纜交接箱的智能門鎖改造

對于存量的光纜交接箱需要加裝的智能門鎖組件包括：控制單元、供電模塊（電池盒）、電子門鎖和行程開光/門磁（與光纜交接箱的門一一對應(yīng)），可選的其他傳感器等。

為了降低光纜交接箱智能門鎖改造的操作難度，建議改造的步驟如圖4 所示。

圖4 安裝流程圖

④ 使用螺絲刀拆卸掉箱體門上原位置的鎖芯。

⑤ 將新鎖體的背面塑料外殼水平翻轉(zhuǎn)，用拆卸的四顆螺釘固定在箱門背面，將鎖體固定在箱門正面。

⑥ 使用鎖體扭轉(zhuǎn)螺釘穿過箱門鎖舌、鎖體扭轉(zhuǎn)固定件、背面塑料外殼，然后和正面鎖體連接。

⑦ 旋轉(zhuǎn)鎖體正面的手柄，閉合鎖體正面，保證鎖舌處于水平位置可以關(guān)門。

⑧ 使用粘式固定座將電子門鎖的線固定在箱門，避免線纜懸空或影響柜門開關(guān)。

⑨ 將電子門鎖的連接線接到控制單元的接口。

（2）安裝控制單元和供電模塊（電池）。

以左出纖、單門光纜交接箱上安裝控制單元和供電模塊為例：

操作步驟：首先將控制單位與供電模塊連接，然后控制單元和供電模塊固定在箱體合適的位置。

位置的選擇、安放原則：①箱內(nèi)的空余空間；② 安放位置不影響線纜走線、方便線纜插拔。控制單元和供電模塊安放的建議位置如圖5 所示。

圖5 控制單位和供電模塊安裝建議位置

（1）改造電子門鎖

電子門鎖的鎖具包括鎖體、扭轉(zhuǎn)螺釘、扭轉(zhuǎn)固定件和連接線。

操作步驟：

①找到光交箱門原來鎖具的孔位，利用螺絲刀拆卸掉原鎖具，只保留原來的鎖桿和鎖舌部分。

② 確定光纜交接箱孔位安裝尺寸和新鎖孔位尺寸匹配。

③通過扳手、十字螺絲刀將新鎖體的扭轉(zhuǎn)螺栓、扭轉(zhuǎn)固定件從新鎖具上拆卸下來。

（3）安裝行程開關(guān)

行程開關(guān)是一種常用的小電流電器，利用部件的機(jī)械運動碰撞來實現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐罚瑥亩鴻z測門的開關(guān)狀態(tài)，以單門的光纜交接箱上安裝為例。

操作步驟：

①將行程開關(guān)放在光纜交接箱邊緣處合適的安裝位置上，使箱門關(guān)閉時能夠觸動行程開關(guān)。

② 用手鉆在行程開關(guān)螺絲孔對應(yīng)的固定位置處鉆孔。

③使用自攻螺絲將行程開關(guān)固定在箱體上。

④ 用粘式固定座固定住行程開關(guān)的信號線。

⑤ 關(guān)閉箱門，聽見“咔嚓”聲，行程開關(guān)能被箱門觸碰，說明安裝成功。

（4）安裝傳感器（可選）

以安裝溫濕度傳感器為例。

溫濕度傳感器需要連接控制單元的連接線。

操作步驟：

①將溫濕度傳感器連接線連接到控制單元接口上。

② 使用粘式固定座將溫濕度傳感器固定在箱體空隙位置，并使用展示固定卡座固定連接線，走線過程不要影響光纖、光纜套管。

4.3.3 改造問題小結(jié)及建議

改造過程中可根據(jù)存量的光纜交接箱的實際情況，會較多遇到以下問題以及相應(yīng)的處理如下：

（1）光纜交接箱需要擴(kuò)孔場景：帶齊配套工具進(jìn)行擴(kuò)孔。

（2）光纜交接箱箱體厚度不適配：小鈑金加固。

（3）電子門鎖的鎖桿長度不匹配：適度切割。

（4）由于門磁成本比較低，某些情況下會選擇門磁，但是如果實際場景下門磁安裝不合適：可換行程開關(guān)。

5 小結(jié)

ODN 光纜交接箱智能門鎖順利實現(xiàn)了光纜交接箱可控開鎖授權(quán)、多種便捷開鎖方式、狀態(tài)實時監(jiān)控、異常情況及時告警等一系列智能化的管理、安防功能，使得光纜交接箱巡檢、運維管理工作將變得高效便捷、安全智能。