光纤自动监测系统的应用

姜 彬

1 光纤自动监测系统

光纤自动监测系统是利用计算机和通信技术及光纤测量等技术，对光纤传输网实现远程、分布式实时自动监测，并将光缆线路的状况信息进行收集、存储、处理的自动化监测系统。该系统将光缆自动监测、网管告警、故障分析、定位、故障管理、线路维护、线路管理有机结合在一起，从而为光缆网络的安全高效运行提供保障。

光纤通信具有很多优点，通信容量大、传送信息质量高、传输距离远、性能稳定、防电磁干扰、抗腐蚀能力强，因此近年来光纤通信得到大力发展。由于光缆线路本身极易受外界环境的影响以及自然、人力的破坏，而且故障排除时间较长，成为通信网最主要的维护薄弱环节。对运营商而言，如何管理和维护好光缆网络，如何保证光缆网络安全就显得尤为重要。

对于光纤的劣化，手工测试难以发现，因为光纤的劣化过程是一个长期而渐近的过程，若没有长时间测试数据的积累分析是很难发现的。采用光纤自动监测系统后，可以及时发现光缆光纤特性的变化，准确地捕捉、发现光缆可能发生的故障征兆，在未形成阻断故障前及时维护解决，使光缆维护变被动为主动，以降低光缆阻断的可能性。

随着光缆网络规模的迅速扩大，带来的另一个问题是光缆数据管理困难。以往，所有光缆的资料采用人工管理，比较混乱、检索困难，如果发生故障，不易查找。利用光纤自动监测系统可以很好地完成上述数据的管理。

综合以上分析，对光缆线路进行实时监测与管理，动态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，对光缆的运营和维护显得至关重要，因此建立一种实时的光纤自动监测系统是十分必要的。

2 系统的组成

系统主要由监测中心MC、监测站MS、通信网络3个部分组成，它们分别完成不同的功能。

监测中心（MC）负责对本管区的各监测站进行控制和管理，是收集和处理数据的中心。监测中心负责系统配置，接收监测站的告警信号及测试数据，并作相应的处理。它由控制器（服务器、客户机、工作站）、路由器、集线器、网络适配器、相应的软件及打印机等组成。

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监测站（MS）在监测中心控制下，对光纤传输损耗的变化进行监测，并将告警及时上报监测中心。按照安装地点的不同，监测站分为本地监测站和远程监测站。监测站由告警监测模块（含光功率采集单元AIU和光功率控制单元ACU）、OTDR模块、控制模块、电源模块、程控光开关（OSU）、波分复用器（WDM）、滤波器、路由器、网络适配器及相应的软件（含 OTDR仿真软件）等组成，通常安装于传输机房用的标准机架内。

通信网络主要为监测站与各级监测中心之间的通信提供通道。

3 工作原理及技术特点

3.1 系统工作原理

监测站（MS）的光功率监测模块的采集单元（AIU）对被测光纤的光功率进行监测采集，并将采集的数据送至光功率控制单元（ACU），光功率控制单元对光功率数据进行分析比较，将超过告警门限的光功率数据传报给监测中心（MC），随后,监测中心对数据进行分析、统计，对发生超门限值的光功率变化进行警告，统计判断出故障光缆段，自动快速启动监测站的光时域反射测试仪（OTDR）和程控光开关（OSW）对故障光缆段进行测试，测试的曲线数据上传至监测中心，监测中心对测试曲线进行分析，从而确定故障点位置、类型、告警级别，并用各种方式告警。

借助于地理信息系统，在监测中心的显示屏幕上以地图的形式准确地显示出光缆的路由和故障点位置。

在周期测试中，如发现传输损耗值变化超过门限值或接头损耗超标时系统按上述方式告警。

系统可通过调用数据库中的原始数据，对测试曲线进行分析比较，动态观察光缆光纤的特性变化，判断光缆线路的劣化情况。

3.2 系统的技术特点

光纤自动监测系统将网络通信技术、光学测量技术等融合在一起，同时，利用地理信息系统（GIS）等技术为故障定位提供可靠的保证。系统可以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，并迅速、准确地确定故障点的位置。

采用TCP/IP进行系统互连，并可进行系统远程复位和系统升级。

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中。可伸缩的体系结构适合于平滑地扩容和升级。

4 系统的主要功能

4.1 监测分析及故障点精确定位功能

自动监测功能：在光缆运营中，远程、实时、长期地对被监测光纤运行状况进行监控、事件实时判断、自动告警。

纤芯劣化分析功能：能进行纤芯劣化追踪，按纤芯损耗的变化趋势来判断其可用度、劣化趋势，在出现故障前提前告警。

光纤故障点的精确定位功能：可完成光缆故障点位置的精确定位，压缩障碍历时。

4.2 多样的测试方式

点名测试：按照用户需要，指定光纤进行测试，满足日常维护和调试需要。

告警测试：对于超过门限值的告警，系统自动激活相关监测站的 OTDR测试，并对测试数据进行分析处理，是系统动态监测的有效测试方式。

周期测试：由用户设定测试任务及计划，系统自动测试光纤各项数据并分析存储，随着时间的推移，通过对监测数据的统计和分析可以发现光纤通道的劣化性能。

4.3 OTDR仿真分析功能

对光缆测试数据可以使用曲线图形进行光缆特性分析，详细了解光纤的衰减因素及影响通信的各种事件。

可通过与历史数据比较，分析光纤隐性衰减因素，提早做出预防措施，减少光纤的重大通信故障。

4.4 地理信息系统支持

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系统能够在计算机屏幕上以图形化的方式显示出故障位置。管理人员可以直观地看出故障点附近的建筑、光缆接头和明显的标志物，方便维护人员迅速准确定位，缩短抢修时间。

5 光纤自动监测系统的工作方式

光纤的自动监测方式一般有2种：备纤监测、在线监测。

5.1 备纤监测方式

备纤监测方式是监测光缆中除工作光纤外的备用光纤。

备纤监测方式需在监测路由的末端加入一个光源，向被测光纤送入稳定光信号，然后由监测站的光功率采集和控制单元对光功率进行监测。当光纤异常时，光源信号减弱或被阻断，系统立即激活OTDR进行测试，检测出光纤是否中断，中断点距离或是否老化等指标，进行故障判断与精确定位。

由于备纤与其他工作光纤都在同一根光缆中，理论上来说，相同光缆中的光纤不论是否使用，其受环境影响的程度和物理特性的变化大致相同，所表现出的性能数据的改变情况基本相同。系统通过对备用光纤的监测，并采用类比的方法可近似得到在线光纤的运行参数。因此采用测试备纤的性能基本上可以反映整根光缆包括工作光纤的性能。

5.2 在线监测方式

在线监测方式利用的是波分复用的原理，将测试光波同工作光合到一起，利用与工作光不同波长（如波长为1 625 nm）的光波进行测试的一种方法。监测站的 OTDR利用波分复用器（WDM）、滤波器（FILTER）、程控光开关（OSU），通过波分复用技术，实现对在用光纤的监测。

在线监测方式是采用分光器将传输设备的工作光分出3%，送入光功率采集单元，光功率控制单元对工作光纤进行实时监测，当工作光纤出现断纤或工作光功率下降到某一门限值时，或光线路出现较大衰减时，产生告警，系统立即激活 OTDR对工作光纤进行测试，根据测试结果进行分析、判断与定位。在线监测方式能够实时反映工作光纤的传输性能。

由于目前常用的通信光波长为 1 310和1 550 nm，所以在线监测方式中OTDR通常采用1 625 nm波长的光波，使OTDR测试光波长与通信工作光波长不同，从而不影响在用的光传输系统的传输性能。

5.3 在线监测和备纤监测方式的比较

在可靠性上，备纤监测方式由于不介入通信设备与在用光纤，可靠性较好；在线监测方式由于需引入分光器、滤波器、WDM等，系统可靠性有所降低，对光纤通道的衰耗冗余度有一定的要求。

在实施上，备纤监测只需在对端增加一个光源，对原有的光纤连接方式不需要做大的改动，实施复杂度小。而在线监测需引入分光器、滤波器等，对原有通信设备和光纤连接方式均需做改动，实施难度大。

6 光纤自动监测系统的应用

铁路上通常同时采用在线监测、备纤监测2种监测方式，以确保光缆线路和通信设备的安全可靠运行，确保行车安全。如新建宁启铁路即同时采用在线和备纤监测2种方式。系统在扬州站设监测中心和本地监测站，在海安、南京各设一套远端监测站，成功地实现了干线光缆的远程动态监测，提高了维护质量，取得了很好的经济效益。光纤自动监测系统的应用使光缆维护逐步向受控性方向发展，对确保干线光缆畅通，压缩障碍历时有十分重要的意义。

7 结束语

光纤自动监测系统的采用，可将测试变成秒级监测和分钟级故障定位，加强和提高了光缆维护水平，更重要的一点是该系统可以发现尚未影响通信的故障隐患和进行精确的故障定位，从而进行预防性的线路监测和维护，维护水平发生了质的飞跃。随着光通信技术的发展，光纤传输信息的能力越来越大，以及人们对通信质量、服务质量的要求提高，光纤自动监测的重要性将更加突出。光纤自动监测系统将会成为光通信领域的一个亮点，并得到广泛应用。