基于波分复用技术的保护专用光纤实时在线监测系统

蒋凯明

（国网河北省电力公司石家庄供电分公司，石家庄 050051）

1 概述

目前，光缆上传输保护信息使用的通道有复用2M 通道和保护专用光纤通道2种，使用的光波长是1 310nm 或1 550nm。复用2 M 通道可以通过通信光网络网管系统进行监测，当光设备或光纤发生故障时，网管系统可准确判断出是设备故障还是光纤故障，并发出告警，通信调度会及时通知相应的设备维护班组进行处置。保护专用光纤通道是通信部门提供两芯光纤，由保护设备运维部门直接将光纤接入保护装置，光纤无法接入通信网管系统。当保护设备或光纤发生故障时，通信网管不会发出告警，通信调度不能及时发现，只能通过变电站运行人员发现保护设备告警来申报，但通信调度不能准确判断是光纤的故障还是保护设备的故障，只能等保护设备运维人员去站端处置后，才能反馈是否为光纤故障，如是光纤故障，这时通信调度才能派出通信人员处理光纤故障，导致故障处理时间延长。

波分复用（wavelength division multiplexing，WDM）是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输，在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。保护专用光纤在线监测，是利用WDM 装置，通过在站端增加相应的设备，有效解决保护专用光纤不能实现网管实时监测的问题。

监测系统在A 站通过WDM 将监测光源发出的1 625nm 光信号耦合入光纤，在B站通过WDM将1 625nm 光信号分出光纤，通过光功率计对此光信号的功率进行探测，从探测到的光功率变化判断被监测光纤是否中断，并将探测结果实时传送到通信调度网管中心的监控服务器上，明确了是否由于光纤中断引起保护显示故障，保证了保护装置故障的正确处理。

2 在线监测系统的技术实现

2.1 技术方案

WDM 为成熟技术，目前已在光通信领域广泛应用。该在线监测方案采用“特殊光源＋WDM 装置＋光功率计”的技术方案部署，利用光信号的波分复用原理，将主系统的1 310nm 或1 550nm 波长信号与光源的特殊波长（目前采用1 625nm 波长）信号通过WDM 合波后在同一根光缆纤芯中传输，并在对端通过WDM 将2个波长的信号进行分离，1 310nm 或1 550nm 波长的主系统信号传送至主系统处理，1 625nm 波长信号分离至光纤在线监测系统的光功率计（OPM）监控处理，实现了传输系统纤芯故障与保护设备故障的有效甄别。

同时光纤在线监测系统的部署，也实现了光纤性能的实时监测，一旦被监测光纤出现劣化，能及时通过中心机房的网管系统预警，通信调度可及时发现光纤隐患，安排维护人员处理，防患于未然，增强通信系统的可靠性。

技术上预留有OTDR 接口，后续可通过对现有系统的改造扩容将内置OTDR 模块的工控机进行集中式部署，实现对光缆中断后的第一时间断点智能定位，全面实现光缆性能监测＋断点智能定位功能，并将断点的位置信息以网管、邮件、短信等多种方式发送至光缆维护人员，有效缩短光缆故障处置时间，极大提升了光缆维护效率。

2.2 系统原理

系统的工作原理如图1所示。

图1 系统工作原理示意

光源和光功率计分别部署于被监测光缆的两端，保护专用光纤的2根光纤以其中的A 站发B站单根光纤为例，在A 站ODF 前的位置部署1 套WDM 装置，将SDH 主 系 统 的1 310nm 或1 550 nm 波长信号与光源的1 625nm 波长信号合波后在同一根光缆纤芯中传输至B 站，在B 站ODF 后部署1套反向放置的WDM 装置，将合波信号中的不同波长信号进行分离，1 625nm 波长的监测信号被分离至OPM 来进行探测，以探测到的光功率变化来判断光纤的状态，另外一根光纤同理。因此，监测2个站点间2根在用纤芯，共需要1套双光口的发送光源和接收光功率计和4个WDM 装置。

2.3 软件监测

光纤在线监测系统支持集中网管，为此开发了网管监测软件OLMScape，安装在中心机房的网管服务器上，通过网管对所有配置设备在线监测并实时显示在屏幕上。该软件具有简单、直观的图形化操作界面，使用简洁方便。通过网管界面可直接读取被监测光纤的衰耗信息，实现对在用光纤的实时监控，一旦光纤的衰耗值大于设定的门限，系统会及时进行预警。同时，实现了对光缆的监测，当光缆中断时，保护专用光芯中断，监测系统会发出告警与标示信息，通信调度通过该系统网管和通信网管系统的综合判断，可准确的判定是单芯故障还是光缆中断故障。

3 在线监测系统的功能实现

3.1 系统实施步骤

光纤在线监测系统的实施主要由设备安装、网管系统建立与割接上线3个步骤。

a.设备安装。光纤在线监测系统站点设备为紧凑型1U 机框，安装方便，节省空间，可就近安装在SDH 主设备机柜或附近机柜内。支持2路－48V电源接入。

b.网管系统建立。网管系统OLMScape设立在网管中心，与各站点间可通过综合数据网或2 M通道连接。在对两端站点的物理设备实现连接与正常管理后，再在网管上建立纤芯系统的逻辑关系，即可实现对在用纤芯的实时监测。

c.割接上线。上述安装与调测工作完成后即可申请进行系统的割接上线，由于必须介入在用主系统，因此割接入网过程中在用系统会短时通信中断，以完成所有的尾纤重连与系统介入。

3.2 安全控制措施

a.光纤在线监测系统的部署使用WDM 装置、光源、光功率计等器件，其中只有WDM 装置会介入主系统光路，而WDM 装置本身是无源器件，不需供电工作，可靠性高，发生故障的概率极小，可有效保证在用系统的运行安全。

b.系统采用高可靠性和高稳定性的光源及光功率计，而且这2种器件是独立在主业务信号之外的，因此即便其发生故障也不会对主业务信号产生任何影响。

c.设备本身对业务光信号完全透明，在主系统的发射端和接收端之间引入的附加损耗最大值为3 dB，在设计时保证接收机的接收功率在合适的接收范围，不会影响在用设备的可靠运行。

4 在线监测系统的测试试验

目前，该系统已安装于国网河北省电力公司石家庄供电分公司地调主站与维明变电站之间。在维明变电站和地调各布置了1 套WDM 装置（该WDM 装置中集成了光源和光功率计），将光源接SDH 的尾纤断开，并接入WDM 装置的输入端，输出端接1根尾纤至SDH，另1根光纤同理布置。在地调安装1台服务器，并在服务器上安装监测网管系统。

设备开通后，进行了2项测试试验：模拟光纤中断故障，在站端将其中的1根尾纤断开，监测网管上尾纤监视状态由正常的绿色变为红色，并发出声音告警，将2根尾纤同时断开，2根尾纤监视状态均由绿色变为红色，并发出声音报警，同时通信系统网管上发出LOS（信号丢失）告警，表示光纤中断；模拟光源或光功率计损坏，将WDM 装置上的光源和光功率计电源断开，监测网管上尾纤监视状态由正常的绿色变为红色，并发出声音告警，而通信网管上并未发出告警，表示光纤通道正常。测试证明，该系统可实现对保护专用光纤的实时在线监测。

5 结束语

光纤实时在线监测系统不仅适用于光缆的监测，更适用于保护专用光纤和其它需要监测光纤的监测，且不占用空余纤芯资源。该监测系统兼容性强，对光信号透明传输，兼容不同厂家、不同速率的光通信系统，主系统容量、速率升级均不需对监测系统进行软、硬件改动，可通用于各种通信主系统中。