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光缆自动监测系统的研究与分析 摘 要:随着大容量、高速率光缆通信系统的广泛应用,通信网的稳定性对通信线路的日常维护管理工作提出了更高的要求。一旦发生光缆线路阻断,不但修复困难,阻断历时长,而且损失巨大,因此开发独立光缆自动监测系统成为光通信领域探讨的重点。通过分析光缆自动监测系统的枝术特点,建立了光缆监测系统的硬件结构体系和软件结构体系。给出光缆自动监测原理及光缆监测三种监测方式在实践中的应用,实现光缆中断后快速上报告警,刚好自愈爱护功能,使光纤传输线路管理维护进入自动化的时代。 关键词:光缆自动监测系统; OTDR; 传输网络; SDH 中图分类号:TN929 文献标识码:A 文章编号:1014-373X(2022)07-0104-03 Study and Analysis on Fiber Cable Automatic Monitoring System ZHANG Ying, LONG Hai-nan (Hebei University, Baoding 073012, 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 近年来,建设信息高速马路已成为通信网络发展的当务之急。为了给信息高速马路供应“高速、平安、敏捷”的服务,适应将来宽带综合业务数字网发展的须要,对于信息高速马路的承载者光传送网提出了更高的要求。如何提高传输网络的平安性,使其具有较高的生存实力和竞争力,已经成为各大运营商在传输网络的优化扩容中首要考虑的问题。由于光纤通信系统传输的容量巨大,一旦光纤通信系统的牢靠性和平安性出现问题,人们的政治生活、经济生活以及日常生活都会受到极大的影响,其后果对于社会和个人可能是破坏性的。监于光缆线路障碍对于光纤通信系统牢靠性和平安性、公共社会构成的重大影响,以及目前运行的监控系统存大的问题,必需有新的维护手段才能适应通信的发展。开发和安装独立光缆线路自动监测系统就显得更为重要1。 对光缆金属护层破损状况进行监测,在短时间内难以解决;而对光缆纤芯进行监测则能实时驾驭传输系统的改变及光纤的劣化状况,是目前推广运用的方法。该方法除可进行实时监测外,还能刚好发觉可能出现的光缆故障征兆。当光缆线路发生障碍时,能刚好精确地推断出故障点位置。 利用光缆自动监测系统解决光传输网维护问题,将预警功能与实时告警功能相结合,刚好发觉光缆网隐患,有效压缩障碍历时,变被动维护为主动维护,成为光缆自动监测系统今后发展急需解决的难题。 1 技术特点 光缆自动监测系统是一种利用计算机、通信技术,以及光纤特性测量技术,对光纤传输网进行远程分布式的实时监测,并将光缆线路的状况信息集中收集、处理和存储的自动化监测系统2。 系统可进行定期(周期)测试、点名测试和障碍告警测试。当光纤发生障碍时,系统进行障碍告警测试,并对光纤障碍性质进行自动推断,按规定的告警级别发出告警信息,并快速、精确地确定故障点的位置。 该系统通常融合了网络通信技术、光学测量技术、地理信息系统(GIS)以及全球卫星定位系统(GPS)等技术,对光缆中光纤传输衰耗特性改变及光纤阻断故障实现远程分布式实时、在线地自动监测。 采纳TCP/IP进行系统互连,可使监测中心和监测站同时处理多个连接,并可远程进行系统维护及软件升级,还具有较好的平安性和较高的牢靠性,符合全国电信管理网(TMN)的要求。 2 光缆监测系统的体系结构 2.1 系统结构 光缆线路自动监测网的建设要保证在本传输网中的统一性、完整性和先进性。光缆监测网应当是功能比较齐备,性能牢靠地逐级与本地传输网管相联的网络。各级网管、监测中心各负其责,其中省级监测中心只对存大的重大问题进行驾驭,而地市级监测中心一般要担当维护的主要任务。如图1,一般来说光缆自动监测系统分成三层结构,即省监控中心PMC、区域监测中心LMC和监测站MS。 其中,监测中心对测试站进行限制,是采集数据和处理数据的中心;测试站对光缆线路进行光功率监测和远程遥控自动监测,以跟踪光纤传输损耗的改变,监督测站可无人值守3。 图1 光缆监测系统的硬件结构 PMC和LMC为管理层,可以查看、限制MS监测站的工作;MS监测站为设备层,主要完成OTDR的测试以及光功率的监测等功能。 2.2 软件结构 如图2,光缆自动监测系统支持C/S结构(客户端/服务器结构)和B/S(阅读器/服务器)结构。服务器、客户端共用一个数据库服务器,通过TCP/IP网络对监测站进行管理4。 图2 光缆自动监测系统软件结构 3 光缆自动监测原理 光缆自动监测系统工作原理是通过对接收到的OTDR触发源的光功率的分析,得到光缆的运行状态,假如得到可光功率的告警信号则光缆自动监测系统会自动启动OTDR模块,对接在光开关上的光纤线路进行故障测试,查找故障点5。 光缆自动监测系统共有三种监测方式:单备纤监测、双备纤监测和在线监测。 3.1 OTDR接触源 一般来说,常规的光缆自动监测系统采纳在远端设置监测光源作为OTDR启动测试的触发源,即在远端设置监测光源,OTDR端在接收监测光源的光功率发生异样时启动OTDR测试。 除了这种常规的触发方式外,还可以运用光纤自动切换系统(光爱护系统OLP)的光功率作为OTDR的触发源。这样,既可以省去在远端设置安装监测光源,还可以运用OTDR同时测试OLP系统所运用的主备用光纤资源,运用更便利,测试更合理。 OTDR触发源有两种:远端监测光源和OLP系统。 3.2 单备纤监测 单备纤监测即OTDR与远端光源在同一根光纤中传输,由于OTDR的放射波长一般运用1 625 nm,假如运用远端监测光源作为OTDR启动测试的触发源,则监测光源的波长一般采纳1 550 nm,所以在光源的发端和OTDR的发端分别运用一个光耦合模块(WDM)对两种信号进行隔离。 假如运用OLP系统作为触发源,则不须要增加WDM模块,且对OTDR的波长也无特别要求。 单备纤监测方式只运用一根备纤。 3.3 双备纤监测 双备纤监测即OTDR与远端光源在不同的光纤中传输,假如运用远端监测光源作为OTDR启动测试的触发源,则双备纤监测方式只须要运用两根备纤,不须要增加其他光器件。 假如运用OLP系统作为触发源,则本方式同上节,只运用一根备纤。 3.4 在线监测 在线监测仅针对于远端监测光源作为OTDR启动测试的触发源。 在线监测在备用光纤稀有的状况下运用。一般对传输系统收光分光的3%5%进行分析,其余的光(95%101%)仍旧回到传输系统中。通过分析3%5%的光的性能,推断整个光缆的运行状态。 传输系统的发光与OTDR运用光耦合模块(WDM)进行耦合后发送到光缆中去,对端在接收时运用滤波器过滤掉OTDR的1 625 nm的光后进入传输系统。 在线监测不运用备纤资源,但是须要增加一块光耦合模块和滤波器,而且对现有的传输系统引入12 dB的插损。 须要留意的是,对于DWDM密集波分系统,由于DWDM波分系统发光很强,OTDR卡的发光也较强,假如将OTDR与DWDM系统放射光耦合后发送到光纤中后会产生非线性效应,从而影响当前在用传输系统。所以在线监测不适用于波分系统6。 4 监控信息的传输方式 光缆线路监控系统应当采纳集中维护方式(这是维护方式的主要发展方向),这样做存在一个监控信号的传输问题。监控信号的传输可以考虑采纳两种方式:一种是依托于公众通信网的传输方式,另一种是依托于SDH网元设备的传输方式7。 4.1 利用公众通信网的传输方式 利用公众通信网的传输监控信号时,要求租用公众通信网来传输监控信号。假如公众通信网的牢靠性和接通率足够高时,那么监控信号的传输是比较牢靠的(尽管状况并非如人意,在长途公众通信网中尤其如此),而且光缆线路监控系统与所监控的光缆线路的好坏没有任何关系,从而防止了由于光缆线路障碍所造成的光缆线路监控系统的瘫痪。这种传输方式的主要缺点包括:对租用公众通信网的依靠性较大,光缆线路监控的牢靠性主要由公众通信网的牢靠性确定;光缆线路监控系统运行的经济性比较差等。 在利用公众通信网的传输方式中,也存在两种工作方式:一种方式是各个监控站(网关站)或者子站(非网关站)持续传输数据的方式,另一种方式是各个监控站(网关站)或者子站(非网关站)定时传输数据的方式8。 4.2 利用SDH网元设备的传输方式 利用SDH网元设备传输网管信号时,要利用到SDH信号帧结构中的一部分目前还没有定义的段开销字节,也就是光缆线路监控系统要依托于现有的SDH传输设备。 利用SDH网元设备传输网管信号时,最大的优点是它的经济性。当然,这种方式也有其缺点:当SDH网络瘫痪时,光缆线路监控系统也会像SDH网管系统一样发生失效现象。然而,这里提出的光缆线路监控系统的主要任务是:在光纤通信系统正常运行状态下,实时地监控光缆线路的逐步劣化状况,以便对于逐劣化状况实行必要和正确的维护措施,从而避开渐渐劣化状况转变成光缆线路障碍。所以,光缆线路监控系统的这一缺点对于要完成的系统功能来说是微乎其微的9。 5 结 语 光缆自动监测系统能与光爱护系统有效结合,真正实现了光纤故障时刚好爱护,OTDR自动测试,同时进行故障点GIS定位,并自动通报维护人员,为刚好精确地解除光缆线路故障供应了强有力的监控手段。将光缆自动监测系统的功能总结如下: (1) 光功率系统报警快速,测试定位精确,5 s内可反映出全网内光纤性能状态改变。 (2) 详实的统计报表,分析光缆网络性能,为管理人员供应决策依据。 (3) 建立了传输系统与光纤的串接路由表库,能在非常困难的光缆网中刚好精确地分析出真正的故障光缆段10。 21世纪,IP业务爆炸性的增长给电信业带来了激烈的竞争,也为其供应了难得的机遇。据有关统计数据说明,传统话音业务量年增长率只有5%10%,而以Internet为代表的数据业务年增长率高达30%40%。在将来10年内,世界主要电信网络的数据业务量将大大超过话音业务量,网络的业务构成将发生根本性的改变,传输网承载的业务向以数据业务为中心的方向融合已成为一种必定趋势。随着传输网承载的业务越来越重要,光缆自动监测系统所发挥的作用也越来越大。随着科学的发展、技术的进步,将来肯定会有更加先进的光缆自动监测系统为现代化通信保驾护航。 参考文献 1张锡斌.光缆线路工程M.北京:人民邮电出版社,2022. 2杨同友,杨湘邦.光纤通信技术M.北京:人民邮电出版社,2022. 3王晶,郝明.基于分布式光纤传感器的光缆监测系统改进方案J.光通信技术,2022(1):43-45. 4赵仲刚.光纤通信与光纤传感器M.上海:上海科技文献出版社,11013. 5胡先志,刘泽恒.光纤光缆工程测试M.北京:人民邮电出版社,2022. 6纪越峰.光波分复用系统M.北京:北京邮电高校出版社,2022. 7钱宗珏,区惟煦.光接入网技术及其应用M.北京:人民邮电出版社,2022. 8赵梓林.单模光纤通信系统原理M.北京:人民邮电出版社,2022. 9董孝义,王廷尧.新一代光纤通信与同步网原理与发展M.天津:天津科学技术出版社,2022. 10谢意,黄乐天,周健鸿,等.光纤相位转换通信技术J.现代电子技术,2022,29(3):7-9. 第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页