光缆自动监测

光缆自动监测（通用8篇）

光缆自动监测 篇1

通信技术已逐步发展到以新型光网络为主, 光缆在信息技术中发挥着越来越大的作用, 成为信息传送网络中重要的基础设施。长期以来, 光缆线路维护中的技术监测以半年度纤芯测试为主, 故障性监控以承载的业务中断告警来实现, 无法满足当前光缆性能监测及时性和通信业务安全的要求, 需要有新的手段来实现对光缆线路的自动监测。

1 光缆线路自动监测的必要性

1.1 光缆线路监测维护现状

按照通信《维护规程》, 长途光缆线路技术维护中空闲纤芯的性能测试, 每半年测试一次, 备用纤芯按照需要进行测试。正在运营中的光缆线路大多数2004年前建成, 已经过了多次路由迁改, 日积月累的故障抢修, 光缆性能逐步劣化, 超过全程性能劣化5d B余量的情况较多。受外部因素对光缆稳定性干扰, 经常出现不明原因系统性能劣化。半年周期性测试, 无法及时掌握和对比性能变化, 及时定位隐患位置, 只有劣化导致故障发生后, 才能发现并处理, 难以起到预防性维护, 提前消除小隐患。因性能测试依靠不同的人, 不同的测试仪表, 进行人工汇总, 数据的准确性低、可比性差, 资料的保存和共享都不便。

光缆中断只有通过承载的业务系统告警, 才能发现。在确定是线路故障, 再通知相关维护人员, 到对应的机房, 进行断点测试。而目前大部分机房已是无人值守, 需要调配维护人员赶往机房, 找到ODF架进行测试。以现有人员配备和交通状况, 到达机房并测试出断点, 需要30分钟以上。根据经验, 故障肇事45分钟内, 故障点较容易发现, 肇事者难以掩盖现场, 不易逃跑。只有及时定位出断点距离, 方可缩短故障处理时间, 满足一干故障修复3小时时限要求。

1.2 维护效率和成本效益分析

光缆线路实现自动监测以后, 可设定光缆性能周期性的自动测试和性能对比, 提前预知性能变化;可自动测试出断点位置, 并短信通知到相应的维护人员, 立即查找现场, 抢修队伍就能赶往指定位置, 故障定位缩短到0分钟。

从成本上分析, 1套自动监测系统, 可同时监测多个机房多条光缆, 共享1台OTDR, 提高了OTDR使用效率。如果合肥安装1套自动监测系统, 同时监测5个机房16条干线光缆, 以32端口配置预算约30万。若每个机房配置1套OTDR, 就需要花费约35万。

2 自动监测技术演进和原理

光缆自动监测技术, 已经过了三代技术发展, 分别如下。

(1) 第一代光缆线路自动监测原理是利用光源发光, 在另一端用光功率计收光, 以收光功率告警, 实现光缆中断自动告警监控功能。

(2) 第二代光缆线路自动监测原理, 用1套OTDR, 通过光开关, 对纤芯进行轮询测试, 根据预设纤芯长度对比, 监测出断点距离并告警, 可实现实时监测和故障监控功能。但是光开关的持续轮询, 容易损坏, 稳定性差, 测试数据量大, 统计分析量大, 平台和数据库配置高。

(3) 第三代光缆线路自动监测系统 (OLM) 。采用两种不同的告警驱动方式, 实现实时监控;强大的软件管理, 实现OTDR点名测试, 进行计划性、周期性的性能测试和对比。实现实时告警监控和性能监测双重功能。

光源光功率 (OS) 驱动方式原理如图1, 收光功率告警后, 启动OTDR断点定位测试。

OLP驱动方式原理如图2, 正常情况可按照软件管理, 进行周期性或点名测试备用纤芯。在OLP倒换告警后, 启动OTDR对故障纤芯进行断点定位测试。

第三代自动监测系统与管理平台相结合, 若与资源管理系统、GIS地图信息关联, 可实现与路由GPS定位等多种智能化功能。

3 自动监测系统组成和功能

自动监测采用4U标准子框结构, 安装方便。主要有电源、OTDR、光开关, 光源光功率计, 协议转换及交换板等模块。每个模块分开组装, 可根据需要调整配置及组装。

自动监测系统主要功能如下:

(1) 光纤性能实时监测。对光纤运行状况进行点名测试、障碍告警测试和定期测试等。

(2) 自动监控告警功能。在被监测光纤发生障碍时, 通过短信、EMAIL、声光等发出告警信息, 并迅速地、准确地确定故障距离位置。

(3) 统计分析功能。通过周期性测试数据, 以全程衰耗、接头衰耗、衰耗系统等指标进行自动对比分析, 以便发现质量劣化趋势和提出质量整改预警, 实现质量分析;故障信息自动记录和统计汇总, 建立故障档案。

(4) 智能化功能扩展。可借助资源管理, 与GIS地图资料关联后, 完成故障点的GPS定位, 提供故障位置的G PS位置。可按照需要扩展纤芯资源和系统应用等多种功能。

OLP网管与OLM系统可共享一套网管和服务器。

4 安徽OLM应用方案和技术选型

安徽一、二干光缆线路已达到9000公里, 另有近400公里承载干线业务的局间中继光缆, 以及作为干线系统倒代的本地网光缆近850公里。因地处中西部经济转接区, 近几年发展迅猛, 地方建设开发力度大, 光缆路由安全威胁大, 故障多。分析故障处理超时情况, 多数因为未能及时定位距离, 及时找到中断现场而延误抢修。为此, 选择合肥、宿州进行OLM项目试点。

4.1 合肥OLM选型和方案

合肥有5个核心机房, 16条出局干线, 承载大量的干线系统和重要业务。目前马鞍山路机房为有人职守机房, 其它4个机房无人职守, 鉴于合肥市区的交通状况, 站点分布, 拟在政务区安装1套OLM, 监控平台放置于马鞍山路机房。

因合肥出局11条光缆有OLP保护, 5条光缆无OLP保护, 建议采用OLP+OS驱动方式的OLM系统。可与现有OLP共享1套网管监控平台, 充分利用现有OLP功能, 节省光源功率设备投资, 节约服务器和软件平台投资。有OLP保护的线路方案如图3, 无OLP保护的线路方案如图4。

自动监控系统硬件安装政务区机房, 其它机房干线通过局间转接1芯至政务区连接到OLM端口。可监测政务区机房出局合安、沪宁汉穗、宁汉2号、合六、合六舒5光缆, 轻工商城机房出局新京津宁光缆2个方向、上海武汉光缆2个方向、沪宁汉穗1个方向、合淮阜宿1个方向, 马鞍山路机房出局宁汉2号、合滁、合巢芜、合淮蚌宿、合淮蚌5条光缆, 西开发机房出局1条西合光缆, 滨湖机房局间3条光缆, 以及其它重要的局间光缆。每条光缆至少选择1芯空闲纤芯, 作为监测纤芯, 需配置32路光开;监测中继段最长纤芯129公里, 加上局间转接约15公里, 全程衰耗约38 d B, OTDR动态范围选择45d B;整体能耗小于80W。

4.2 宿州砀山OLM选型和方案

宿州砀山地处安徽最北端, 距离市分宿州有3个多小时路程, 其无人一干中继站, 因一干设备省内无网管, 无法监测光缆运行状况, 曾发生光缆中断后4小时才得知故障信息, 因已到夜间故障现场已被掩埋, 故障查找和抢修非常困难。为此在砀山中继站新建1套OLM系统, 实现一干光缆自动监控, 同时对砀山本地骨干光缆进行监测, 提高本地骨干业务安全。

因砀山中继站无OLP设备, 采用光源光功率驱动方式的OLM。徐郑西二号一干光缆在河南商丘和江苏徐州机房分别配置光源, 本地骨干光缆可利用传输设备监测光源, 节省光源投资。具体方案如图5。

自动监控设备安装在砀山宏发大厦一干中继站, 徐郑西二号一干48芯光缆, 每个方向光缆的1个松套管监测1芯, 光源占用1芯, 两个方向共需10芯。3条本地骨干环光缆, 每条缆监测2芯, 光功率监测占用1芯, 需9芯。考虑后期监测端口扩容需求, 建议配置32路光开关。监测光缆中继段最长纤芯116公里, 全程衰耗约33 dB, OTDR动态范围可选择40dB, 整体能耗小于80W。

5 结语

网络维护的专业化维护管理, 在不断适应新技术应用和维护管理方式的转变中创新。光缆线路自动监测功能需求和市场需求, 都将不断丰富, 光缆线路的自动监测, 将在网络安全和日常维护中发挥积极作用。

摘要：随着光通信技术的发展, 光缆质量监控越显重要。本文简要阐述光缆自动监测的必要性、主要技术发展、原理功能, 以及典型案例选型和分析。

关键词：光缆,监测,OLM,功能,选型

光通信系统中光缆线路的监测技术 篇2

【关键词】光缆线路 监测系统

【中图分类号】TN818 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0175-02

光纤通信网络具有无可比拟的优越性。但是，相对于日益提高的数字传输设备的可靠性来说，光纤、光缆线路本身造成的重大故障的比例则越来越高，光纤线路本身的故障率高，故障排除时间长，影响面大，因此已逐渐成为通信网中最为薄弱的环节。由于光纤线路的中继距离长，日常人工维护周期长，一旦发生故障或全阻，故障排除时间长，由此所造成的电信业务量损失很大，即使是网络已精心设计了线路的冗余配置，电信部门仍希望维护人员能够立即发现问题，最好能赶在事件发生还没有严重影响到网络性能、客户利益前，维护部门能够尽快检测修复为好，把损失降到最低程度。

为了保证光通信系统的性能，在出现指标恶化时及时发现故障原因并进行处理，发展了多种光缆线路的监测技术。本文就总结光通信中光缆线路的一些性能监测案例，如充气型光缆气压监测法、充油型光缆湿度和绝缘自动监测系统、光缆护套对地绝缘电阻自动监测系统。

光缆自动监测系统是利用计算机和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、处理和存储的一种自动化监测系统。

光缆自动监测系统利用计算机软件的智能和数据库保存的历史信息，对实时、定时或发生故障告警时远端测量模块采集来的光缆线路数据信息进行诊断、检索、比较、分析和记录，做到对光缆进行实时、全面、综合地监测。通过掌握、跟踪传输系统的变化以及光纤的劣化情况，就能及时发现光缆的故障征兆，在发生光缆线路事故之前预先做好维护工作，提高光纤通信网的传输质量和可用性。并且在发生线路故障时，可以及时、准确地判断出故障点的位置，大大缩短历时，减少由此造成的电信业务损失。光缆线路自动监测系统有两种类型：

1早期对光缆线路的金属钢带或者铝带的破损情况进行监测；

2目前对光缆线路的纤芯进行检测。

早期的光缆线路自动监测系统，主要是对光缆周围环境进行监测，及时发现线路障碍隐患，进行处理，不致于影响正常的通信。主要包括将在本节介绍的下面一些具体应用方案。目前，光缆线路自动监测系统主要是采用先进的告警、测试、数据库、网络控制、业务流程控制和地理信息系统等技术，将光纤测试、网管告警与维护体制全面地结合起来，通过对光缆的实时自动监视、告警信息的自动分析，自动启动相应的测试，对光纤、光缆故障进行自动定位、自动派修，从而压缩障碍历时，把用户的损失降到最低。

一、充气型光缆气压监测法

光缆气压监测系统实际是电缆气压监测系统的应用扩展。我国最早使用的光缆多为充气型的，内部可充有一定气压的干燥气体，在光缆沿途放置气压传感器以监测漏气情况，一旦外皮破损或者光缆断裂，则气压监测系统即可根据监测气压的变化及时发现。气压监测法要求采用干式光缆，光缆要具有足够的导气率，光缆接头盒与成端部分应当有较好的密封性。这种方法是一种主动的维护方法，可以确保光缆及其接头盒不进水，使光纤处于干燥环境中，且可以及时发现光缆外皮的损伤或光缆断裂并确定其位置，具有一定的实时性。另外，该方法可以纳入现有电缆气压监测系统，可以降低成本。这种方法的弱点是只对外皮监测，不能确切了解光纤本身的运行状况，因此不能完全信赖这个系统，仍然需要维持相当数量的维护人员和OTDR设备才能进行正常的维护工作。此外，这种方法只能对出局主干光缆进行监测，对用户分支光缆不能监测。

系统的主要构成包括线路设备和监测中心两部分，如图1所示

线路设备是由沿光缆线路安装的气压传感器和安装在局内的采集器组成。传感器一般是由光缆中的铜线对或者LAP护层、加强芯连接到采集器的，可把光缆中的气压值转变为电信号，传送到监测中心，采集器则向传感器提供工作电压，每个采集器有16个通道（可扩展到32个），每个通道可带127只传感器，同时每个采集器还分配一个电话号码，使监测中心能通过电话网对采集器进行控制。监测中心设立了计算机单元，用以监视、显示和打印光缆中的气压值，即根据各传感器提供的气压值，自动给出气压分布的曲线，当气压低于设定的门限值时，可自动告警。

二、充油型光缆湿度和绝缘自动监测系统

室外地下光缆由于各种原因受到损伤，使接头渗水或者湿度过大，导致光缆电绝缘指标下降，使通信受到影响，甚至会降低光缆的使用寿命，因此需要及时地发现、修补光缆的损伤。这种方案比较适用于充油型光缆。在充油型光缆的接头处装上湿度传感器（MS），在光缆线路的某一终端安装终端传感器（TS），用以进行湿度和电绝缘的自动监测。其原理与充气型光缆对气压的监测类似。

如图2所示，系统的采集器可向传感器提供工作电压，传感器位于接头盒内，接在光缆的监测铜线对上（无铜线对就跨接在加强芯和金属外护层上）。终端传感器可终接整个监测回路并提供精确的环路电阻，使监测环路保持连续和完整。系统的运行主要是利用金属的外护层，形成一个导体监测回路。当光缆的塑料外皮破裂，绝缘受到破坏时，金属外护层则在外皮破裂处对地形成故障环路，产生故障环路电流，监测系统可以根据环路电流的变化而触发告警器件，产生告警。

由于监测系统是用光缆金属外护层作监测线，光缆的任何损坏都能被监测得到，因而监测系统会期光缆刚刚损坏还未涉及光纤及引起通信中断的时候发出告警，同时也会自动向光缆受损的部位提供阴极保护电流，防止在修复前受到化学腐蚀。对于这种系统，通过对告警传感器进行地址编码，还可以进行故障定位，方便对故障的修复。

三、光缆护套对地绝缘电阻自动监测系统

这种系统通过远程测量直埋光缆金属外护层对大地构成回路的完整性来实现对光缆监测的目的。它利用远程供电系统对安装于直埋光缆接头盒内的设备进行充电，并进行数据的收集和分析，产生告警信号。

系统由前站、监测站和监测中心组成。前站是主要组成部分，安装于光缆接头盒处，通过测量本接头盒与下一个接头盒之间的金属护套对大地的绝缘电阻来监测地下光缆状况，还可以测量接头盒内湿度，并传送数据到监测站。

光缆自动监测 篇3

关键词：光缆,自动监测系统,设计,测试

1 建设光缆自动监测系统的必要性

光缆自动监测系统的提出, 主要是针对现阶段光缆应用的不断增长以及各种故障问题的日益突出。该系统能够对光缆线路进行实时、动态的监测、管理和维护, 并通过故障快速定位、缩小故障历时和及时故障隐患排除等, 有效地提高了光缆日常维护及管理工作的效率和可控性, 从而使原本被动的光缆维护转变为主动维护, 进一步降低了企业运行维护成本。

1.1 有助于确保光缆安全、高效、稳定运行

目前, 随着我国光缆通信的发展速度越来越快, 光缆通信工程也随之不断增多, 大量新技术的应用使得传输系统的容量也越来越大。由于光缆本身的通信容量非常大, 而且故障的查找及维修也较为困难, 一旦出现光缆线路故障极有可能导致系统长时间阻断, 这样不仅会影响用户的正常使用, 同时也会给企业带来巨大的损失。而光缆自动监测系统能够及时、准确地对线路中的故障进行定位, 并以最快的速度进行维修, 有效地确保了光缆的安全、高效、稳定运行。

1.2 有利于提高经济效益

光缆自动监测系统最主要的作用是能够有效地预防线路阻断或是全阻故障的发生, 通过实时监测可以发现光缆中可能出现的故障征兆, 并在其未形成严重故障前及时解决处理。系统可对光缆线路中某些缓慢变化的情况进行监测, 如光缆接头盒进水等, 这对于防止尚无防水防潮性能的接头盒发生故障是极其重要的。同时, 系统还可以缩小故障历时, 从而有效降低了经济损失。通过对光缆容易发生阻断的地点进行实时监测, 可以为抢修提供及时准确的信息, 这样不仅使光缆故障历时缩短, 而且还降低了各种难以预防的风险给光缆通信带来的损失。

2 光缆自动监测系统的设计与测试

2.1 光缆自动监测系统的设计

(1) 系统的总体结构框架。本系统是由监测中心、监测站以及通信网络三部分构成。通常情况下, 一个监测中心能够对个多监测站进行管理和控制, 以此来达到分散测量、集中管理的目的。监测中心与监测站之间主要是通过网络连接实现通信。这两个部分既相互关联, 又相对独立, 当通信中断时, 监测站能够按照预先配置的数据独立完成测试。其中每个部分所负责完成的功能均不相同, 各部分的具体功能如下: (1) 监测中心。这部分的主要功能是负责对本管区内的监测站进行管理; (2) 监测站。一般按照管区可将监测站分为市级和县级两类, 具体负责对网络中的光缆进行监测, 并对整个网络的运行状况实施监控, 可将告警及时传给监测中心; (3) 通信网络。即数据传输通道, 其主要作用是将中心与监测站之间进行连接, 借此来实现数据传输。

(2) 各部分的具体设计。 (1) 监测中心。该部分一般采用的是主备用方式, 主要由GIS服务器、控制器、路由器、网络适配器、集线器、显示器、MODEM、打印机以及一些相关软件等构成; (2) 监测站。该部分通常都是安装在传输机房中的机架内, 其具体负责对光缆进行远程自动监测, 主要由网络适配器、滤光器、路由器、程控光开关、MODEM、波分复用器和告警监测、控制、OTDR、电源等模块以及相关软件构成; (3) 通信网络。该部分能够实现中心与各站之间的数据交换, 从而达到远程管理的目的。本系统支持多种类型的通信线路。

(3) 系统软件结构。本系统软件的结构采用的是面向对象的设计, 并按照模块的方式构成, 其中各个模块均以独立的形式存在, 单个模块的升级或变更不会对其它模块造成影响。其具有性能控制、安全管理、备份以及容错等能力。根据软件的具体功能可将其分为以下三层: (1) 监测数据采集层。该层主要负责完成光缆光功率的实时采集和OTDR测试, 处理之后的数据信息通过通信网络回传给监测中心; (2) 数据处理层。主要负责实现各类数据的存储备份、分析处理、通信调度以及系统告警等功能; (3) 应用层。负责为用户提供操作及维护工具, 该层采用的是模块化结构, 其中主要应用了以下技术:GIS故障定位、实时监测、性能统计、曲线分析、对外接口以及告警等等。

(4) 软件特点。本系统采用的软件具有以下特点:便于维护、良好的开放性、模块修改方便简单、易于升级。

2.2 系统测试

(1) 软件测试。目前针对光缆自动检测系统软件的常用测试方法主要有以下两种: (1) 黑盒测试。该测试方法又被称之为数据驱动测试或功能测试。其最大的优点是无论系统采用的是何种软件程序, 它都是从客户的角度出发, 并按照产品所要实现的功能及预先设计好的规格等内容, 来检验产品是否符合用户要求。在具体测试的过程中, 测试者仅需要在软件程序的接口上进行测试即可, 它只检查程序功能是否与使用说明书中的有关规定相符。利用该方法进行测试能够发现如下问题:应具备的功能是否有遗漏或是不正确、各种性能是否与用户的要求相符、人机界面是否美观正确、接受到的输入数据是否正确、产出的输出信息结果是否准确等; (2) 白盒测试。又称逻辑驱动测试或是结构测试。该方法主要是从设计开发者的角度进行测试。具体是指已知产品的内部工作流程, 然后检测其内部动作是否与预定的工作要求相符, 这种方法所关心的是软件程序的使用, 而并不注重软件的功能。

(2) 性能测试。 (1) 点名测试。首先, 由监测中心发出指定的点名测试口令, 然后对数据传输的过程及其分析结果进行观察, 如果测试结果的回传率能够达到100%则表示合格; (2) 周期测试。可将每条光缆的测试周期设定为24h, 并进行10次反复测试, 如果在这一周期内, 测试回传率能够达到100%即为合格; (3) 故障告警测试。可采用人工测试法对故障告警进行测试, 具体做法为在监测系统的范围内, 选择一条备用的光缆, 通过人为弯曲的方式造成其衰耗增加, 如果系统能够及时准确发现故障, 则表示合格。

3 结语

总而言之, 随着光缆的覆盖范围越来越广, 其运行的安全性和可靠性也受到人们越来越多的关注, 为了进一步确保光缆的稳定运行, 光缆自动监测系统的建设已经势在必行。这不仅能够保障用户的正常使用, 而且还能够降低运行维护成本, 从而为企业带来巨大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]郭平元.光缆自动监测系统在城域网设计中的初探[J].内蒙古科技与经济, 2009 (11) .

[2]李平.基于GIS的光缆自动监测系统探讨[C].中国电机工程学会电力通信专业委员会第七届学术会议论文集, 2008 (11) .

[3]孟嗣仪.电力系统光缆自动监测系统的设计及实现[J].北方交通大学学报, 2010 (2) .

光缆自动监测 篇4

随着我国建设智能电网的进程不断深入, 光纤光缆通信因其大容量、高速率而发挥着日益重要的作用。智能配电网是发展智能电网的重要环节, 我国投入大量资金用于智能配电网的优化和改造, 在配网新建了大量的普通光缆线路, 与此同时, 对光纤通信的维护与管理问题也日益突出, 结合某供电局的工程实践, 介绍基于GIS的配网通信光缆自动监测管理技术。

1 实施配网通信光缆自动监测管理的必要性

目前, 我国的配网自动化系统传输通道主要以光纤信道为主, 沿着10k V线路或电缆沟, 新建了大量的普通光缆线路。在对配网通信光缆的管理中, 传统的运维方法还存在一定的局限性。

随着电网不断发展, 光缆规模急剧增加, 传统的管理办法已经不再能够满足运维需要。光纤特性较脆且容易断裂, 其传输特性在运行过程中经常发生变化。一旦因故出现光缆中断, 可能直接导致一个片区的配网自动化终端与主站之间通道中断, 带来巨大损失, 为提高光缆的运行可靠性, 亟需开发一套光缆线路管理的系统, 提高维护管理水平和管理信息化水平, 解决传统的运维方法存在的局限性。

2 基于GIS的配网通信光缆自动监测管理系统原理

地理信息系统 (GIS) 是采集、存储、管理、描述、分析空间和地理分布有关数据的信息系统, 由于光缆网络与GIS系统关系密切, 所以可以通过GIS系统的空间位置表征和拓扑关系, 结合先进的计算机信息技术, 实现光缆故障的快速定位。

系统原理如图1所示, 以华为i ODN的解决方案为基础, 实现智能光纤管理。其中, NMS通过TCP/IP网络与配网GIS对接, 在配网GIS地图背景上对i ODN拓扑资源信息进行渲染, 完成全网光缆路由图绘制, 经Web客户端在界面上展现出来。在NMS中嵌入线路检测模块, 实现免进站周期性测试、快速故障分责和主动预警, 结合GIS光缆路由图精确定位故障的地理位置。NMS通过TCP/IP网络与OSS对接, 及时将重要告警信息经OSS短信平台发送至值班人员手机上。在有源环境下, NMS通过TCP/IP网络定期自动采集i ODN中的各光纤端口信息;在无源环境下, 需要工人进站后使用PAD采集端口信息, 然后经GPRS通道最终上送至NMS实现端口信息同步。

3 基于GIS的配网通信光缆自动监测管理系统关键技术分析

基于GIS的配网通信光缆自动监测管理系统在现有配电GIS图的基础上, 增加了通信普通光缆路由图, 结合华为i ODN (光分配网络) 解决方案进行二次开发, 通过e ID技术实现了电子标签, 使用OTDR光纤在线监测实现光缆线芯的在线监测和统计分析, 通过GIS技术实现了光纤故障的自动定位和图形化显示。

3.1 采用e ID技术实现电子标签

e ID是一种电子编码, 即“电子标签”。采用e ID技术给每个光纤连接器编号, 以代替传统的纸质标签, 如图2所示。在光纤连接器上添加一个e ID芯片来进行标识, 跳纤两端的e ID之间相互关联, 并可以标识这两个连接器分别从属于一根跳纤的两个端子, 基于此实现对光纤连接器的编号。设备可自动读取跳纤两端的e ID信息来获取光纤连接关系, 通过软、硬件配合一键收集并记录资源信息, 确保端口状态准确无误, 提高资源利用率。

电子标签与传统纸质标签的使用对比:

(1) 使用体验。传统纸质标签模式下, ODF架相对凌乱, 而且不易整理, 同时, 纸质标签容易污损, 影响标签的读取;而新型电子标签模式的ODF面板实现了电子化, 界面十分友好整洁, 能够进行光纤端口的智能识别, 不仅方便管理, 而且不存在污损或丢失现象。

(2) 读写方式。传统纸质标签模式下, 一旦出现跳纤更改端口, 则原有的跳纤一端的标签将作废, 需要重新制作新的标签, 增加了维护人员的工作量;而新型电子标签模式下, 无论跳纤端口如何更改, 其连接关系均能被上层管理系统自动识别。

可见, 电子标签 (e ID) 替代传统的纸质标签极大地便利了光缆网络的信息化和可视化管理, 能够智能识别各端口的状态和信息, 进而达到自动管理ODN网络的目的, 极大地提高了对配网通信光缆运行、维护、故障处理的管理效率。

3.2 OTDR光纤在线监测的实现

传统的光缆运维需人工进站, 定检时还需暂时中断某些通信业务, 然后使用OTDR扫描纤芯, 根据扫描结果判断此纤芯是否“状态良好”, 进而决定是否需采取进一步措施。采用光纤外置的OTDR实现对光缆纤芯的在线监测和统计分析, 能够免进站对光缆进行定检, 并可将定检结果自动生成报表, 能够评估单根光纤或完整光缆链路的特征, 极大地便利了故障点的定位工作, 提升了配网线路光纤通信的传输管理质量。

3.2.1 测试脉冲波长的选择

在外置OTDR的测试脉冲波长选择上, 考虑到测试衰耗、监测方式以及抗干扰性能, 没有选择常规的1550nm波长, 而是选择更长的1625nm。原因为:少数业务波长为1550nm, 如果测试波长也为1550nm则会对业务波造成干扰, 选择1625nm的测试波长可保证测试信号落在光纤通信的有效频带之外;1625nm测试波对光纤弯曲更敏感, 如果有光纤弯曲的故障, 1625nm测试的衰耗会比1550nm大很多。

3.2.2 具体测试方案

采用一套专业软件系统控制外置OTDR和光开关工作, 外置OTDR通过光开关 (OSU) 连接被测光纤, 利用外置OTDR测试设备进行光纤故障定位。根据应用场景, 测试方案分为:

(1) 业务光纤测试。

外置OTDR测试信号与通信设备业务信号使用同一根业务光纤。进行业务光纤测试时, 测试信号与业务信号采用不同的波长, 因此, 需要通过WDM设备将OTDR测试信号与通信设备业务信号复用到同一根光纤的不同波长上。服务器控制外置OTDR发射测试脉冲经OSU进入WDM装置, 与OTM发射的业务脉冲复用到一根光纤后向其他站点传输。

业务光纤测试方案如图3所示, 服务器控制外置OTDR发射测试脉冲, 经OSU进入WDM (波分复用装置) , 与OTM (光终端设备) 发射的业务脉冲复用到一根光纤, 实现了在一根光纤中同时传输通信光源和OTDR测试光源, 然后向其他站点传输, 进入接入站。

(2) 备用纤芯测试。

根据贝尔实验室的结论, 一条光缆里所有纤芯受环境影响的程度和物理特性的变化大致相同, 对光缆中的某条空闲 (即备用) 纤芯测试可以反映光缆的所有纤芯的物理性能的变化。

备用纤芯测试与业务纤芯测试的不同之处在于:备用光纤测试无需OTM和WDM模块, 只要在备光纤端点所在的局点安装外置OTDR和OSU, 将备光纤接入OSU对应的端口即可进行线路测试。

备用纤芯测试方案:从每条待测光缆中选出1条备用纤芯插到OSU的一个空闲端口上, 启动控制系统即可进行周期轮询测试。每一条被测光纤被分配进行测试时, 首先进行一个快速故障测试, 该测试耗时7~8s, 主要用于检测光纤是否存在断纤故障;如果不存在该类故障, 则该被测光纤的本轮测试结束;如果快速故障测试发现断纤故障, 则启动一个正常时间的测试, 用于更精确地诊断和定位故障。这样, 可以达到1min完成8条光纤的轮询测试, 真正实现光纤纤芯在线监测。

3.2.3 告警信息的输出

在告警采集模块中, 通过设备告警采集接口实现对光纤的实时监测, 来实时追踪光纤的传输特性, 一旦监测出光纤故障, 光功率降低到门槛值以下, 或出现异常的衰耗情况时, 立即输出告警。测试期间自动判断“接头松动/污损、断纤/脱落、弯曲”等故障并产生告警信息, 告警信息发出后, 立即激活OTDR测试该芯线, 进行准确的故障定位。

3.3 基于GIS实现光纤故障定位

在传统的工作方法下, 在测出故障纤长后 (即故障点距离OTDR的光纤长度) , 需根据图纸资料和经验估算故障点的大概地理位置, 再派工人到指定区域对故障光缆逐段排查, 直到找到故障点完成修复。针对传统配网通信光缆运维管理所面临的对光纤故障准确定位的技术难题, 引入了光纤故障点GIS定位技术, 当检测到光纤故障后, 通过光缆路由图和距离转换实现对光纤故障的智能定位, 自动将故障纤长转换为路面实际地理位置, 最终在GIS画面上呈现出来, 指引工作人员精确派单维修。

光纤故障点GIS定位分两个步骤来实现:

(1) 在GIS地图上绘制出全网光缆路由图。

光缆部分的图形界面主要是在GIS地图上建立光缆模型, 待录入全网光缆数据后, 将光缆模型与光缆数据进行关联, 在GIS地图上绘制出全网光缆路由图。

采集一条光缆敷设期间经过的地理路径坐标, 包括局/通信站、水泥杆/铁塔/钢管塔、人孔/手孔、接头、盘留点、熔接点、拐点及其他标识位置, 将这些坐标录入相同坐标系的GIS系统中 (采用国际标准, 即WGS84坐标系) , 由GIS完成此光缆路由图的绘制, 最终通过Web客户界面展现出来。

由于绝大多数配网通信光缆与配网电缆线路同杆 (沟) 敷设, 可移植配网GIS的杆塔等资源信息, 在此GIS背景图上增加实际光缆路径来完成光缆路由图的快速建模, 对于配网通信光缆特有的设备、盘留、接头盒等位置信息, 可通过图纸资料及现场核对后手工录入模型中。这样, 大大减少了“地标”等基础数据采集, 降低了信息采集和录入期间的出错率。

(2) 故障纤长转换为路面位置。

根据上述光缆路由图, 结合光缆故障监测系统, 将光缆故障位置在光缆路由图中精确定位出来, 指引维护人员及时修复。当系统告警并启动OTDR对故障光纤进行测试后, 通过OTDR测试曲线与参考曲线对比, 结合工程前期配置的参考点信息, 输出光纤故障的位置、事件类型、告警级别, 并将这些信息上送光缆信息数据库的服务器。

光纤故障点地理位置计算示例如图4所示, 已知故障纤长后, 先根据光纤所在光缆的固有属性 (即绞缩率, 其取值在光缆出厂前已确定) , 计算出光纤故障点在光缆上的位置, 即将光纤故障点转换为光缆故障点。计算公式:

Lf=Of÷ (1+α)

式中, Lf为故障点与测试装置 (图4中地标点a) 之间的光缆长度, Of为故障点与测试装置之间的光纤长度, α为光缆绞缩率。

然后根据此光缆途经的地标位置 (以测试装置为起点, 沿测试光的方向) 各分段的敷设方式 (架空、直埋、管道等, 敷设方式不同, 光缆的自然弯曲率不同, 管道敷设或架空敷设方式可取值0.5%, 直埋敷设方式可取值0.7%~1.0%) , 计算出从起始地标点到路径上任意地标点的光缆长度, 公式为:

式中, Lij为地标点i与地标点j之间的光缆长度, Sij为地标点i与地标点j之间的路面距离, βij为地标点i与地标点j之间的光缆自然弯曲率, Rk为地标点i与地标点j之间的一段余缆长度 (余缆包括盘留、尾纤、引上、引下等, 无余缆则为0) , L为地标点0与地标点n之间的光缆长度。

将L与Lf进行比较 (Ln-1≤Lf≤Ln) , 确定光缆故障点的大概路面位置:位于Ln-1与Ln之间, 距离地标点n-1的光缆长度为 (Lf-Ln-1) , 距离地标点n的光缆长度为 (Ln-Lf) (如图4中位于地标点P1和地标点P2之间的某地标点P) 。

再将光缆长度转换为地面距离, 公式为:

式中, Sxy为地标点x与地标点y之间的路面距离, Lxy为地标点x与地标点y之间的光缆长度, βxy为地标点x与地标点y之间的光缆自然弯曲率。

最后, 通过GIS技术精确计算出以地标点x为起点, 路面相距Sxy的光缆故障点的地标信息, 自动绘制并展现在GIS地图上。

4 应用效果

试点成功后, 基于GIS的配网通信光缆管理系统一次建成, 后续维护和升级费用较小, 可在各供电单位大规模推广运用, 输电线路上的通信光缆也可参照这个模式进行推广运用。光缆自动检测和故障定位功能需要根据监测规模增加相应设备, 可在主干通信线路上推广使用。

该系统的应用, 将极大提高配网通信的工作效率, 系统检测到光缆通信中断后, 能快速将故障点位置在配网GIS地图上展示出来, 并精确派单维修, 不仅降低了运维成本, 而且最大限度保障了电力自动化系统的正常通信, 避免因通信中断造成的大面积系统瘫痪造成的损失。光缆图档资料信息化后, 从系统上可立即查看到备用端口, 使用备用端口快速实现故障的临时恢复, 能够在故障修复时快速改纤, 从而大大降低光缆故障率, 缩短光缆故障的定位和处理的时间, 大大提高通信光缆和传输业务的运行可靠性, 为配电网自动化和智能电网的运用和电网的安全稳定运行提供安全、可靠的通信平台。

摘要：针对传统的运维方法在配网通信光缆管理中存在的局限性, 结合某电力公司的具体项目, 提出基于GIS的配网通信光缆自动监测管理系统。

关键词：GIS,配网通信,光缆自动监测,故障定位

参考文献

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[8]姜子炎.湖北省网光缆线路自动监测系统[D].北京:北京邮电大学

光缆自动监测 篇5

近年电力通信蓬勃发展, 电力通信网络在通信技术体制、网络规模发生了根本性的变革, 光纤、数据网络等宽带通信技术发展迅速, 成为主流。微波、载波等载带通信技术逐步萎缩。南方电网光缆网络经过了“十一五”及“十二五”的建设和发展, 已覆盖所有的110k V以上变电站及各个地区局, 实现了网、省、地三级互联, 部分地区已经延伸到县级单位。

由于超高压所管辖的站点分布较广、监测线路距离较长, 网络的复杂性日益提高, 网络的管理、维护工作日益繁重;作为光传输主体的光缆线路常有缆线接续不良、水气渗入光纤芯线、接头接点不良和光缆被挖断等故障发生。通常情况下, 故障并不会立即引起光缆传输信号的中断, 而是导致光缆系统缓慢劣变, 但对其修复又必须在很紧急的情况下进行。在维修时需要能尽快知道故障的类型和地点, 最好能做到防患于未然, 对正在缓慢劣变的光纤采取更换或维修, 以避免丧失服务和昂贵的修复。因此, 对光纤进行实时的监测有着重要的现实意义。

1 系统组成

光缆线路自动监测系统主要由监测中心、监测站组成。系统采用模块化、分布式多级体系结构, 通过开放式通信协议可以非常方便地集成到网络之中。系统采用多级监测网络互联的拓扑结构, 各级对其相应的上一级监测中心负责, 上级监测中心可以对属于它管辖的下级监测中心和监测站统一进行管理。根据监测的区域大小及规模不同, 监测中心又分为全国监测中心、省级监测中心 (PMC, Province Monitoring Center) 、区域监测中心 (DMC, Domain Monitoring Center) 三级, 监测终端和便携终端作为监测中心的辅助设备配置, 各级监测中心共同构成管理层。管理层主要是由根据RTU采集上来的数据进行处理、分析、故障操作、决策、统计等作用。

2 光缆自动监测方式

监测站 (MS, Monitoring Station) 由远程测试站 (RTU, Remote Test Unit) 、远程测试转接站 (Remote Test Shift Unit) 、对端站等组成。监测站及各个子监测模块扩展构成监测层, 其实现的主要功能是对光缆数据的采集, 实时光功率告警判断。选择不同的测试方法, 各个远端监测模块 (RTU) 配置不同。如图1光缆监测分层组织图所示。

2.1 光缆自动监测自动扫描功能

光缆监测自动扫描是故障定位的核心, 扫描通过系统所安装的OTDR和光开关的控制切换自动实现, 可以实现对整个传输系统自动监测的目的。系统提供三种监测功能, 周期监测、点名监测、告警启动监测。

(1) 周期 (定制) 监测。在监测中心设置OTDR对所管理的各条光路进行周期或者通过计划任务的方式扫描测试。系统可指定OTDR测试的时间和间隔。周期测试数据由系统存储、记录。系统在分析周期测试数据的基础上确定是否有故障点及故障点定位。

(2) 点名监测。人工在光缆网络图上选定所要测试的光缆, 直接对光缆下达测试命令, 系统自动选择一OTDR来测试此光缆。该OTDR接到指令后驱动光开关测试此光路, 测试曲线数据回送到监测中心。

(3) 告警启动监测。通过接受来自综合网管系统或光功率告警系统所监测到的光缆故障预告警信号启动OTDR进行测试, 系统控制测试穿过发生预告警的光缆段, 测试结果经监测中心分析确定出故障点, 并打印出故障报告。这种方式实时和实用性强。

2.2 光缆自动扫描测试方法

在光纤网络设计的方案中, 同一段光缆中可用光纤芯的数量通常会大于信号传输使用的芯数, 所以剩下的光芯通常可以作为备用光纤。理论上来说, 相同光缆里光纤不论使用与否, 其受环境影响的程度和物理特性的变化大致相同, 如:当受外力时 (大弯曲、小弯曲) 、湿气渗透、线路受潮或线路断损等, 所表现出来的性能数据的改变情况基本相同。系统通过测试备用光纤, 并采用类比的方法可以近似取得在线光纤的运行参数。测试方案如图2, 测试波长一般采用1550nm用于获得最好的传输曲线和距离。

2.3 光功率测试

通过对光信号功率强度的监测, 监测信号在光缆中的衰减情况, 及时地发现光缆异常。功率监测的特点是系统组成简单, 监测的过程不间断, 能够及时、迅速地反映光缆地故障, 提高光缆监测系统的可靠性、准确性, 杜绝了光端机架因其它系统告警引起光缆监测误告, 监测周期由每天一次变为30天一次, 有效地节约了OTDR和光开关, 延长使用寿命;其不足是, 只依靠功率监测无法精确地故障定位。在一些要求不高的场合, 功率监测可以独立组成光缆监测系统, 来预告光缆中的中断异常。但在一般情况下, 在光缆自动监测系统中光功率监测往往是作为故障预警的手段。通过光缆功率监测与扫描监测的结合实现对光缆异常的及时报警和精确定位。见图3光功率监测所示, 光功率监测系统是由光功率耦合器件 (FCM) 和光功率监测仪 (OPM) 组成。光功率耦合器件可以从光纤中分出微弱的光信号;光功率监测仪通过微弱的光信号测量光纤中光信号的强度。

方案的特点:

(1) 结构简单, 监测性能优良; (2) 光终端走独立的芯纤与功率信号物理隔离; (3) OTDR走独立的芯纤, 扫描信号与光功率测试信号物理隔离; (4) 光功率走独立的纤芯; (5) 功率和扫描测试可以多级级联。

3 自动测试的功能

超高压公司光缆自动监测系统主要实现以下功能。

(1) 性能管理:请求RTU报告当时的定期测试或点名测试的数据文件;设置或改变RTU进行定期测试的时间表和定期测试所涉及的光纤列表;可定期或根据指令扫描RTU各实体的工作状态和通信网络的状态, 定期间隔由系统设定。 (2) 监测中心测试、处理和数据分析功能:不定期地进行RTU的点名测试;收到告警信号后, 启动RTU对告警光纤进行测试;在收到RTU回传的障碍曲线数据文件后, 在3分钟 (段内) 或分钟 (跨段) 时间内完成障碍分析报告;判明障碍点的位置和障碍点离前、后接头点的位置, 记录障碍发生的时间和受理回应的时间, 并向系统发出报警信号;为能准确地进行障碍点的定位, 需要时进行光纤长度或光缆长度路由长度必要的修正;数据分析功能应包括全程传输损耗、全程光学长度、接头损耗、两接头点之间的光纤衰减系数、光连接器位置、光纤接头和光纤断点位置;对RTU回传的测试数据文件进行分析、处理, 按规定周期向系统传报被监测光缆线路运行状况的数据文件;报表功能:包括光纤损耗统计报表、光纤性能分析报表、光纤测试分析报表;根据指定时间段, 或指定光缆光纤段来生成相应的报表; (3) 告警分色显示功能:系统和光缆监测系统具有分色显示告警的功能。 (4) 告警原因显示功能:在监测中心的系统告警种类有芯线告警、设备告警和通讯告警及其它告警种类。芯线告警包含了断线告警、芯线主次要告警、事件主次要告警是, 告警与否是依据使用者所设定的主要和次要门槛 (d B值) 。当监测中心和RTU端不能正常通讯, 或其它相关通讯故障导致联机失败时, 系统亦会以闪光示警并以声音告警 (告警通知方式可由使用者设定) 。不属于以上部分者, 如温度告警等归类于其它告警的部分。

4 监测效果

4.1 系统界面

超高压动力环境监控系统针对桂林变至贤令山变和桂林变至黎平变的两条光缆进行监测。

4.2 监测数据

下图为黎桂线光功率在线监测的曲线, 显示为对端光源到本端的功率值。

下图为桂林站至黎平站的光缆OTDR测试的结果。

5 结论

目前, 自动监控系统正在向分布式和网络化方向发展, 人们不断对远程监控的简便性、实时性、可靠性提出更高的要求。而光缆检测系统对光缆中纤芯传输衰耗特性的变化及光纤阻断故障等情况, 可以实现分布式的、实时的、在线的自动监测, 且不影响在用光传输系统的传输性能, 实现服务与维护两不误。可不断地满足电网发展的需求。

光缆监测系统的应用提升了光缆线路的实时监测与管理能力, 动态地观察光缆线路传输性能的劣化情况, 及时发现和预报光缆隐患, 实现了光缆维护由粗放型向集约型的转变, 实现了向智能化的迈进, 大大有利于电网的安全可靠运行。

参考文献

[1]王荣.光缆线路自动化测试系统设计与实现[J].光纤与测试, 2000 (4) :21-23

[2]孙毅, 赵泰, 候思祖.基于OTDR的光纤在线监测系统[J].华北电力大学报, 2004 (5)

一种EPON光缆在线监测系统 篇6

关键词：EPON,光缆在线监测,OTDR,光反射器,合波器,光开关

0 引言

随着光纤到户(Fiber to the Home,FTTH)的大量商用,光纤铺设的数量日益增多,光纤覆盖的范围日趋广阔,其所承载的业务量不断增大。无源光网络产生于20 世纪90 年代,随着Internet和计算机技术的迅速发展,以太无源光网络[1,2,3](Ethernet Passive Optical Network,EPON)以其较高的带宽、较强的抗干扰能力、较高的可靠性和较低的成本,成为各大运营商解决“最后一公里”问题的最优解决方案之一。近两年来,安徽省全面建设的信息采集项目中铺设了大批量的光缆,其建设量等同于新建一个完整的光缆通信网络,这种高密度、广分布、大容量、高速率的光缆网络,对安全性和可靠性的要求更严格,一旦光纤由于温度和应力等因素发生故障,势必会给国家的经济和政治造成巨大的损失。

在传统的光缆故障维护模式[4,5,6]下,一旦光缆线路发生故障,值班人员首先会根据告警的信息确定故障区段,然后利用光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)在该区段进行测量,以定位故障点,最后通知线路维护人员进行故障点抢修。这种光缆维护方式属于被动方式,费时费力,无法实时监测光缆状态,无法及时地修复故障点。同时,随着光纤通信业务的不断丰富,上述光缆线路隐患日渐突出,光缆线路的维护与管理形势日益严峻,传统的依赖人力的光缆网络维护管理已无法满足日益庞大的光缆网络运维需求[7,8,9,10]。因此,本文针对现有光纤运维的不足和问题,致力于研究光缆线路的实时监测与管理,通过实时监测光缆线路的传输状态,及时、准确地定位光缆故障,从而有效地降低光缆中断的概率和时间。

1 EPON光缆在线监测系统

针对安徽省电力光通信网络的特点及现有光缆监测手段的不足,本文提出了一种基于OTDR的EPON网络在线监测系统方案。EPON在线监测系统实现框图如图1 所示。 在光线路终端(Optical Line Terminal,OLT)一侧,WDM合波器将OLT光信号和OTDR测试信号合二为一,OLT用于透传信号发送端的信号,OTDR作为OTDR接入网络用于对网络中的光路进行检测,并对故障定位。远程测试单元发指令给光分配网络(Optical Distribution Network,ODN),使其光开关切换到指定的通道,在等待一段时间后,控制OTDR发送检测脉冲,从而检测该通道的光路是否正常。

OTDR测试的原理如图2 所示,OTDR与ODN的多个支路通过多路光开关相连,通过光开关的切换,保证OTDR发出的光信号只能到达一个光网络单元(Optical Network Unit,ONU)所在的支路。当光波到达光纤芯尾端或者连接器时,在玻璃与空气接触面的空隙处,折射率会出现突变,从而产生一个很强的反射,于是在OTDR测试曲线上形成一个波峰。虽然测试光经过分光器后会变得很弱,但是,该反射仍然比其他位置的散射信号水平要高很多。分支光缆长度的不同,会使得OTDR测试曲线在不同位置上出现反射峰。因此,通过判断OTDR测试曲线在不同位置的反射峰,就可以定位ONU的不同分支光缆。当ONU某一分支光缆发生中断时,该OTDR测试曲线的相应反射峰会消失,于是通过观察OTDR测试曲线,就能分辨出发生故障的ONU分支光缆。同时,OTDR收到回波信号后,可以根据回波时间测算出故障点与接头的距离,从而确定故障点的位置。

该系统的优点如下:采用干路、支路分别测试,从而增加低成本OTDR模块用于干路测试,延长高精度OTDR模块使用寿命;提供在线检测和备用光纤这两种检测方式,在在线检测的同时,可同时对其他非PON线路备用纤芯进行测试;采用尾纤型终端反射器,通过安装不同长度的尾纤,完美解决系统对于终端线路不同长度的需求,而且工程施工方便,直接进行替换,可做到秒级的系统中断;该系统可独立于网管实现对设备的本地控制,进行基本的测试与光缆性能监测,增强了本地管理功能。该系统的建设,能够提高EPON光缆网运维的自动化水平,网络故障的发现变被动为主动,提高排障速度,极大地降低ODN光网络维护成本,提高维护质量和用户感知度。

2 EPON光缆在线监测实验

为了验证本文提出的EPON光缆在线监测系统的性能,本节详细说明EPON光缆在线监测实验。通过将RTU设备和网管接入到EPON的实际应用系统,构建如图3 所示的EPON在线监测系统测试环境。远端终端单元(Remote Terminal Unit,RTU)主机相当于OTDR,用于产生8 路OTDR信号源,RTU从机用于产生OTDR的1 650 波长信号和EPON的PON口合波,合波信号输出到线路的光分路器,光分路器再接ONU。RTU主机和从机都有光开关,用于多路信号的轮流测试。

本节通过进行OLT到分光器的距离测试实验,说明本系统在故障监测定位方面的性能。从图4 的测试结果可以看出,采用OTDR仪表检测的通信机房ODF至光纤拆迁小区分光器的距离为468 m,利用本系统检测的通信机房OLT至光纤拆迁小区分光器的距离为474.93 m,除通信机房OLT至通信机房ODF的尾纤5 m,本系统的位置测试误差为1.93 m,测试误差在允许范围±20 m内,从而验证了本系统的功能能够满足光缆在线监测的要求。

3 结语

根据现有PON网络的现状,本文设计了一种“高精度OTDR+光开关+合波器+光终端反射器”EPON光缆在线监测系统。该系统将大大提高光缆维护的效率,提高故障定位的精度和准确性,具有巨大的市场潜在价值。该系统的可延展性前景广阔,如:扩展线路及设备保护模块,无论线路故障或设备故障均可进行自动切换,节省设备投资。维护终端功能扩展,网管可实时同步数据。该系统能指导维护人员迅速准确到达故障点。而且由于采用了高精度OTDR、光纤传感等新技术,还可实现对光缆的温度、应力、震动等性能进行监测。

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[9]李良.光纤实时监测系统在配电自动化中的应用[J].科学之友,2012(5):48-49.

光缆监测系统的原理及实现 篇7

关键词：光缆,监测,原理

随着通信技术的兴起和不断的发展, 大量的通信设备在通信网络中广泛的使用, 这些设备的制式种类纷繁芜杂, 给管理工作带来了极大的困难。在这些设备中, 光缆作为一种优秀的通信信号传输通道具有其它介质所无法比拟的优点, 如信息容量达、传输密度高、安全性高等, 这使得光缆在通信领域得到十分广泛的使用, 在通信网络中扮演着十分重要的作用, 是当之无愧的通信网络的大动脉。这使得光缆的安全性和稳定性十分的重要, 一旦光缆出现故障将会导致十分严重的后果。光缆的使用已经有了很长的一段时间, 随着时间的延长很多早年铺设的光缆开始老化, 发生故障的概率不断的增加。出现故障的时候采用传统的维修方式很难及时的定位故障的位置, 维修周期十分的长, 造成通信网络长时间无法恢复。在这种情况下, 对通信光缆进行实时的监控与维护就是十分必要了。这样可以对于光缆的性能进行实时的检测和管理, 一旦发现出现问题可以在问题造成大范围的影响之前采取相应的措施, 从而保证其传输的通畅, 提高光缆维修效率, 降低维护时间。

1 光缆监测系统原理

能够自动对光缆线路进行实时在线监控, 对光缆线路的性能状态进行动态的检测, 并及时的发出故障警告的自动化系统被称为光缆监测系统简称FOMS。在各个检测站上安装光时域反射仪, 该仪器是整个光缆监测系统发挥作用的关键所在。光时域反射仪对光缆线路中不同时间和距离上的测试波长的背向散射光的分布曲线的变化对光缆线路的传输性能进行及时的掌握, 这样一旦光缆出现断裂或者是其他形式的各种故障, 都能被该仪器及时的发现, 并及时发出告警。

整个光缆检测系统通过多个光缆检测路由对光时域反射仪所收集的信号进行加载, 而系统中本身存在着一个完备的数据库, 该数据库记录着光缆正常运行的相关参数和数据, 这样通过和各个检测站的光时域反射仪收集到的数据进行比对, 看其是否存在不一致的地方, 从而对光缆线路的运行状态进行相应的判断, 同时相关的数据反馈给上一级的监测中心。光缆监测系统监测光端机收光功率, 如果光端机的收光功率出现异常, 光缆监测系统将根据异常的原因发出相应的警报, 随后光时域反射仪被启动进行探测。这样再结合全球卫星定位系统和地理信息系统的协助, 对光缆出现故障的位置进行准确的定位, 故障的地点将被显示在监控中心。

2 系统实时监测的实现

光缆监测系统最大的优点是能够实现对光缆状态的实时监测, 在发现光缆存在异常的时候系统能够及时的发出警告, 常见的警告以及解决方案如下:

1) 光功率在线监测

将光传输设备的工作光, 利用分光器进行分离, 使之和警报模块相连, 这样工作光的状态就被监测, 通过工作光的状态来及时的掌握光缆的工作状态, 这样一旦光缆出现问题的时候能够被及时的发现。科学合理的设置每个检测通道的光的功率值, 一旦光线出现异常就会导致光功率的下降, 当光功率低于这个值得时候就会发出警报, 同时光时域反射仪被启动对该条光缆进行检测, 从而有效的对故障进行定位。

2) 光端机告警监测

光缆在发出异常的时候产生的告警信号通过系统上集成的告警采集模块进行收集, 告警采集模块对收集到的告警信号进行初步的分析判断, 将无关的信息清理掉, 激活光时域反射仪对相应的光缆进行检测, 以便及时的发现问题。

3) 光功率备纤监测

对于备用光纤可以利用光功率告警模块进行离线检测, 从而对光功率进行实时的监测, 发现问题及时发出警告。由于备用光纤本身没有信号源, 为了能够向备用光线发出光信号可以将一个光源设置在监测路由的末端, 然后在测试的一端进行光功率的检测。

4) 各种监测方式的比较

在告警反映实时性上, 光功率的在线监测和备纤监测方式要优于利用光端机告警的监测方式。从系统的可靠性方面来看, 采用备纤进行光功率实时监测的系统由于不介入通信设备与线路, 因此其系统可靠性最高;采用在线光纤进行光功率实时监测的系统由于和通信光源共用同一纤芯, 并且引入了波分复用器和滤光器等器件, 使得整个系统的可靠性有所降低;而利用光端机告警的监测方式由于光端机会有误告警, 会导致测试系统常被激活测试, 其系统可靠性差。

从实施方面来看, 光功率的备纤监测方式只需在发端增加一个光源, 而对原有的光纤通信设备和光纤连线方式不需要做大的改造, 实施复杂度最小。光功率的在线监测方式则需要引入一系列光器件, 对原有的光纤通信设备和光纤连线方式需要做大的改造, 实施复杂度大;光端机告警的监测方式则需要增加光端机告警信号采集接口, 实施复杂度较大。综合网管告警监测方式需要网管系统提供相应的接口, 需要编写协议转换程序。

3 结论

光缆监测系统融合了网络通信技术、光学测量技术、地理信息系统以及全球卫星定位系统等技术, 对光缆中光纤传输衰耗特性变化及光纤阻断故障实现远程分布式实时、在线的自动监测。采用TCP/IP进行系统互连, 符合全国电信管理网的要求。引入光缆线路监测系统, 不影响在用的光传输系统的传输性能。今后, 随着信息技术的发展和电力系统对高速数据业务、图像业务的迫切需求以及高速因特网、多媒体视像等宽带业务的接入, 电力系统的光纤传输网将会继续得到持续快速发展。光通信技术的发展, 将使光纤传输信息的能力越来越大, 单位时间的线路阻断会造成更大损失。因此, 光缆线路监测的重要性将更加突出。如何进一步提高光纤通信的可靠性, 如何更及时有效地对光缆线路实施监控与管理, 准确地捕捉故障征兆, 防止线路阻塞, 已经成为人们关心的问题, 因此也使光缆监测系统成为电力通信市场的一个新亮点, 而得到空前的发展。

参考文献

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[2]魏琴芳, 任彤.光时域反射仪测试范围与光纤线路测试精度分析[J].重庆邮电学院学报:自然科学版, 2000 (3) .

光缆监测系统研究开发技术报告 篇8

光缆网络是光纤通信系统的基础设施,目前,福建电力通信干线网络已建成500KV线路OPGW光缆一千多公里,220KV线路OPGW光缆三千多公里,110KV及以下线路OPGW光缆一千多公里,普通光缆一百多公里。

1 光缆监测系统现存问题

光缆的故障对福建电力光纤通信的影响是比较大的,它直接导致运行在此光缆上的光纤通信系统的中断,给福建电力生产带来不利的影响。目前光缆故障时,都是由用户告诉维护部门,因此故障发现时间较长。

由于光缆网络系统涉及的地域广泛,网络路由较为复杂,架空和地埋管路交错铺设,节点繁多。因此,在故障发生后及时、准确地故障定位是一个十分困难的问题。目前主要在收到用户通知后,进入网管进行查看,对数据进行分析,判断是否为光缆故障,然后用OTDR测试,查看具体故障点,因此整个故障定位时间较长。

1.1 RTU站的选择

目前到省调的光缆共有8条,其中涉及省网波分网络,闽南干线光纤通信网络,宁德华为四纤复用段环,福州地区ALCATEL光纤通信网络等。由于福州变是500KV变电站,且是大部分省网干线光纤通信网络光缆的必经之路,因此选择将RTU站放在福州变。

1.2 光缆监测系统设备介绍

1.2.1 RTU

RTU既远端测试单元,其作用就是在远端的通信站点,对光缆进行实际测试的设备,并将信息上传。它是光缆监测系统硬件设备的最主要组成部分。其次在福州变配置为RTU分站,主要的硬件配置包括RTU控制单元(工控机)*1台,OTDR光时域反射仪(动态增益:40DB),16口程控光开关,其连接机构如图1所示:

1.2.2 系统结构拓扑图(图2)

1.2.3 包含路由曲线

为了尽可能多的对已有光缆监测,选择将RTU站放在福州变,并选择以下测试路由,得到测试结果如下:

路由1:福州变-北郊(旧)-水口(全长68.6KM)(图3)

路由2:福州变-北郊(新)-省调(36芯)(全长:10.5kM)(图4)

路由3:福州-省调(48芯)-南门(全长:18.05KM)(图5)

路由4:福州变-南门-省调(12芯)(全长:23.6KM)(图6)

路由5:福州变-东郊-鼓山(全长:33KM)(图7)

路由6:福州变-宁德变(全长:98.5KM)(图8)

路由7:福州变-白花变(全长:49KM)(图9)

路由8:福州变-东台变(全长:78KM)(图10)

路由9:福州变-可门电厂(全长:60.55KM)(图11)

路由10:福州-北郊-塔前-水口(全长:90KM)(图12)

2 光缆监测系统的功能特点

本次在福建省调通中心建设的光缆监测系统主要包括监控和测试两个部分功能。监控就是发现光缆故障的方法,而测试是定位光缆故障的具体位置的重要手段。

2.1 光缆故障告警自动监视功能

2.1.1 基于轮询的自动测试方案

所谓的基于轮询的自动测试方案,实际上是周期性测试方案,是系统针对监测范围内的光缆网络中的每一条或每一组光缆段,逐一选择相应的光纤测试链路,启动OTDR进行测试,判断当前测试的光缆段是否有故障。轮询方案的优势在于成本低,除了主控单元、OTDR模块和和光开关(OSW)模块,也即RTU测试单元的标准配置,不需要再部署其他硬件,但这种方案的实时性不强,因此只能在设定的周期内完成对光缆故障的响应,最长告警误差时间即为周期时长。

2.1.2 基于传输告警启动测试的方案

基于传输告警启动测试方案,主要是采用业务设备告警作为启动OTDR测试条件的方案。由于光缆上承载了大量的业务设备,这些业务设备在光缆出现中断或劣化等问题后,往往会产生特定的告警,譬如对于传输网络来说,光缆中断会导致与这根光缆相连接的设备端口产生R-LOS、R-LOF、B1-OVER等RS层相关的告警。如果定义清楚业务设备端口和光缆的对应关系,就可以通过告警发生的端口号和单板号感知到是哪一段光缆发生了故障,进而再启动OTDR进行测试。

2.2 光缆监测系统的测试功能

在光缆监测系统的时空顺序中,在完成对光缆故障的监测,发现告警之后,随即就要对告警光缆芯线路由进行测试。

2.2.1 测试功能的实现方式

光缆监测系统的测试功能是故障定位的核心,扫描通过系统所安装的OTDR和光开关的控制切换自动实现,以达到对整个光缆传输系统自动监测的目的。

光时域反射仪OTDR是测试功能实现的主体,使用OTDR对光缆芯线进行测试已经是绝大多数电力通信行业乃至所有光通信运维部门的主要维护手段,OTDR的工作方式类似雷达,以一连串的高能量激光脉波射入光纤,然后测量这些脉波在光纤中反射或是散射回来的强度与经过的时间,再据以换算成脉波在光纤中进行的距离。脉冲发生器发出宽度可调的窄脉冲驱动激光二极管(LD),产生所需宽度的光脉冲(通常为2ns~20μs),经方向耦合器后入射到被测光纤,光纤中的后向散射光和菲涅耳反射光经耦合器进入光电探测器,光电探测器把接收到的散射光和反射光信号转换成电信号,由放大器放大后送信号处理部件处理(包括取样、模数转换和平均),结果由显示部件显示:纵轴表示功率电平,横轴表示距离。时基与控制单元控制脉冲宽度、取样和平均。

本系统通过将OTDR以模块化的方式整合到RTU测试单元,优化了测试方式并使系统向用户提供三种对故障光缆或欲巡检光缆的测试功能:周期测试、点名测试、告警启动测试。

2.2.2 周期测试

在监测中心设置OTDR对所管理的各条光路进行周期扫描测试。系统可指定OTDR测试的时间和间隔。周期测试数据由系统存储、记录。系统在分析周期测试数据的基础上确定故障点,并作故障点定位。该功能主要用于实现每日测试,其实每日测试功能就是周期测试实现的一个特例。

2.2.3 点名测试

人工在光缆客户端选定所要测试的光缆,直接对光缆下达测试命令,系统自动选择OTDR来测试此光缆。该OTDR接到指令后驱动光开关测试此光路,测试曲线数据回送到监测中心。

2.2.4 告警启动监测

通过与目前存在的通信综合网管相连,采集西门子SDH、阿尔卡特SDH、华为SDH等传输设备网管的告警信号,在收到网管系统发出的光缆故障告警信号后,光缆监测系统启动OTDR进行测试,系统产生的测试信号穿过发生预告警的光缆段,测试结果经监测中心分析确定出故障点,并打印出故障报告。

2.2.5 测试曲线分析功能

光缆自动监测系统通过福州变RTU分站和数据传输网络,将大量的反映光纤传输性能的数据(如光功率、光脉冲背向散射等)传递到省调监测中心站,中心站将收到的测试结果与数据库中的参考数据进行分析和比较,以确定光缆的信号传送质量是否有变化,进行数据分析和处理,做出故障判断。使光缆系统的操作和维护人员能够及时地发现和修复故障。

系统采用先进的光时域反射仪(OTDR),将测试光脉冲信号直接打入被测纤芯或者通过波分复用器(WDM)和光开关耦合到被测光纤中,将各监测站的OTDR测试结果与数据库中相应的参考数据进行比较,以确定光缆的信号传送质量是否有变化,从而及时发现隐患,真正做到变被动维护为主动维护。

3 结论

为解决光缆出现故障后,故障定位时间长,运行维护人员压力大等问题,本期工程在福建省调建立一套光缆监测系统。该系统利用空闲的纤芯,以周期测试、点名测试、告警启动测试等方式对光缆进行监测,并与地理信息系统(GIS)协同工作,在光缆出现故障时,可以在计算机的屏幕上以图形化的方式显示出光缆的路由和故障点的位置。

摘要：传输网,是通信网中最重要的基础部分,一个先进、合理的传输网建设对通信网的可靠性、灵活性具有重要的意义。目前,福建电力通信传输网是以光纤通信为主要传输方式,辅之以微波通信、电力线载波通信、卫星通信、扩频微波等多种传输方式。

关键词：光缆系统,传输网,通信

参考文献

[1]徐宏宇,阎学龙.有线电视HFC网络与光纤链路设计[J].沈阳航空工业学院学报,2000,(02).

[2]牛文学,梁艺军,姜宇,覃喜庆.光纤端面检测方法的实验研究[J].应用科技,2002,(03).