一种光缆故障定位方法研究

马小平，朱杰

（中国移动通信集团河北有限公司衡水分公司，衡水 053000）

传输光缆是网络通信的桥梁，怎样维护和管理好光缆网络已经是目前通信建设中的重要课题，尤其是及时发现光缆纤芯隐患和快速抢修成为重中之重。从数次故障历时分析，寻找光缆故障点地理位置占整个抢修时间的约一半时间,尤其在夜间和恶劣天气时时间更长。缩短阻断时长的关键因素在于快速定位故障点地理位置，并将故障信息及时通知到抢修人员，最大限度的缩短阻断时长。

1 技术背景

随着通信网络的快速发展与日趋复杂，4G网络、“宽带中国”和城镇建设如火如荼的开展，对光缆日常维护和故障快速定位都提出了更高的要求。基于光缆网络快速的发展，传输设备系统本身虽然也具备网络管理或维护机能，但却无法支持对光缆（光纤)特性与品质的监控，在告警方面也只能知道有告警发生，而无法具体定位出故障点。

目前光缆性能的监测完全依靠定期的人工使用OTDR和光功率等传输仪表对光缆进行测试，手工记录数据。光缆一旦中断，故障点的判断也是需要依靠人工携带仪表到机房进行测试，然后计算大概的断点位置后进行大范围的查找。这种光缆维护和故障处理的现状，具有效率低、维护被动、抢修速度慢、无法监测日常光缆性能变化等等缺点。

本文设计了一种技术不仅可以及时准确地报告突发性光缆故障，有效缩短故障历时，而且能够通过对多重门限和数据库资料的分析及时发现隐含的、尚未但将会造成通信阻断的潜在故障并进行准确的预告，从而做到提前维护，并减少光缆阻断次数，系统还能够通过原始资料的录入和每天基本的周期测量形成一个完整的数据库，为相关部门提供一个有效的光缆网络的管理手段，可以提高光缆的运维和管理水平。

2 光缆故障定位系统设计

本技术方案采用先进的光纤测试、高阶运算分析模式、数据库、光纤随路控制、地理信息接口、实时告警监测、Internet浏览等技术，将光纤测试、光缆网络管理、分析统计、告警与维护机制全方位整合在本套系统中。

本系统可作为在OS（Operation System, 操作系统)上的应用程序使用。只要在本系统和OS之间提供一般接口；例如TCP/IP、SNMP或Q接口本系统即可与OS整合并与所有的系统兼容。因而，此系统的监测中心（MTC）可以安装在办公室中，透过网络联机到远程各机房的监测站（RTU）。一旦RTU检测到光纤发生问题，网管人员可马上找出故障位置及相关属性，并帮助抢修人员在查找光纤问题点时简化程序及解决困难。

系统架构组成如图1所示。

图1 系统组成

（1） 本地（区域）MTC（Monitoring Test Controller，监测管理中心）：从各地的RTU（Remote Test Unit，远程监测站）收集资料，并为使用者整理成有用的信息表格。监测中心通常安设在使用者的NMC （Network Management Center，网络管理中心)以便于监测控制整个系统。

（2） 监测站（RTU）：安装在设备室或机房中，操纵OTDR（Optical Time Domain Reflectometer）联机并监测所有的受测光纤。其外型精简，很容易安装在任何的设备机房中。在RTU中可配置OPM（Optical Performance Monitoring）模组，实现对光纤的实时光功率检测，提供及时的故障告警。

（3） OTAU（Optical Test Access Unit，远程光路切换器)：帮助RTU切换远程分歧的光纤路由，由RTU通过LAN、WAN或光纤进行控制。OTAU可充分利用RTU的功能，监测更多的光缆路由。

（4） WDM（Wavelength Division Multiplexing，光纤耦合模块）：用于在线测试的模式下，与RTU一起安装。包含光纤无源，如波分复用器（WDM)和滤波器（Filter)。

（5） 便携监测台：使用安装有监测软件的电脑笔记本，通过通信网络（LAN、WAN等）与系统相连，即可根据权限对系统进行监控。

这个技术能够做到优先、实时接收和处理告警数据：当监控中心收到测试数据文件后，根据该条故障路由上的OTDR曲线数据与数据内的保存记录以及工程维护信息，进行障碍分析，自动计算出故障点的地理位置及与前、后“地标”的相对距离，按照预选设定的方式发出警告信息及障碍通知单，自动记录并显示告警产生时间、障碍受理时间、消除时间、告警等级、告警源、和维护人员等信息。值班人员进行告警确认、告警清除操作时，在打印机上实时打印出告警通道、事件时间、确认人等信息。告警发生、告警确认、告警清除数据都会自动保存到告警历史数据库。在规定时间内（重要告警未得到确认时），系统能在预警分析的基础上通过专用系统终端或手机短信息等手段，自动通知有关的管理人员。

3 故障处理流程

光缆发生故障，中断后失去光源，监测中心设备检测到后，自动启动报警，并经过OPM模块的OTDR监测功能，进行光缆中断测试，计算出断点距离，系统综合光缆拓扑及地理信息数据，计算故障点发生的实际地理位置，并在GIS地图页面展示，并将断点位置发送至指定线路维护人员，启动抢修流程。

抢修人员根据监测中心调度员指挥断点位置路线或根据短信中的页面地图链接，确定位置，赶往现场。

人员现场进行断纤抢修，光缆修复后上报完成，系统自动启动测试功能，确认光缆是否接通，完成光缆故障修复闭环管理。故障处理流程图如图2所示。

图2 故障处理流程图

4 关键技术

这个光缆故障定位系统最关键的技术要点是解决光缆故障点精确定位的问题。主要实现当用ODTR测出光纤的长度时，通过建立光缆及光缆的预留、引上、挂墙、弧垂、接头等影响光缆地理位置长度的数据模型，通过绝对和相对长度计算，将光纤的长度与光缆经过路由的各个节点进行逐一对应，从而实现故障点的精确定位。

步骤1，OTDR对该被监测光纤进行测试,触发光缆故障定位算法流程。

步骤2，获取资源的模型数据，资源模型数据是由线路资源管理功能提供，主要包括46种资源对象模型以及资源对象间的关联关系。首先获取资源的光缆网络基于GIS的路由拓扑数据，光缆按照50 m一段进行划分，其次，细化到对光缆的每个支撑节点（电杆、标石、人手井）距离的管理，获取光缆预留、引上、挂墙、弧垂、接头等对光缆纤芯长度有影响的数据，如：这些对象的坐标和长度。最后，根据地理坐标位置建立光缆预留、引上、挂墙、弧垂、接头与每段光缆的逻辑连接关系，实例化被测光纤模型。

根据光缆网络工程建设每几公里左右有一个光缆接头的规则,用网格方法将资源中影响光缆衰耗的关键点（接头、ODF和光交箱等)进行段落划分，并将光缆预留、引上、挂墙、弧垂等影响长度的数据划分到每个段落,建立网格模型。方法举例（图3：光缆网格划分根据计算精度可分为n级,本例以3 km2和50 m22级举例。首先以每3 km2为一个范围在地图上划定网格，将光缆、接头、弧垂、预留、引上等对象根据坐标映射到该网格上，初始化计算每个网格所覆盖光缆的长度范围，便于粗略计算。其次，根据确定的大网格，将大网格按照50 m2再次划分，更精确确定网格覆盖光缆的长度和包含的关键点，便于快速检索。

图3 资源模型数据示例图

步骤3，获取光缆测试过程中测试曲线上的各个关键事件点、衰耗点。以光缆断开为例，获取到光缆断开点及其最近的衰减点即为关键事件点，通过中分遍历算法、相对和绝对长度的计算算法，将测试事件点与资源模型中网格模型进行比对，确定关键事件点网格范围，再根据断开点与最近衰减点距离，利用趋近比对算法准确定位关键事件在资源模型中的位置。

图4 故障定位输出界面图

步骤4，将断缆的关键事件点在资源模型中的位置通过GIS的WGS84坐标系转换得到经纬度坐标，并根据此坐标进行空间缓冲计算得到据此多少米范围内的参考地物或标识，生成故障定位报表数据和GIS地图图形数据。

步骤5，通过软件界面、短彩信、WAP等方式输出定位结果，如图4所示。

5 应用效果

系统通过结合对光缆资源大数据充分的分析和管理，为维护人员提供科学、详细的依据，将故障分析、光缆故障定位和传统光缆故障处理流程融为一体，使监测、查询、定位更加自动、准确、智能化，故障发生后抢修人员第一时间能得到故障点位置，并能准确寻找到光缆故障点地理位置，从数次实际应用故障历时分析，故障定位时间从原来的按小时计算，缩短到现在分钟级，对缩短阻断时长，提升故障处理效率效果显著。

6 结束语

为了解决现有技术中光缆故障点地理定位位置不精确的技术问题，本技术方案提出一种光缆故障定位的方法，将影响光缆长度的具体指标引入光缆故障定位模型，通过中分遍历算法、相对和绝对长度计算算法等确定定位关键事件在资源模型中的位置，为实现光缆故障快速定位提供了有力支撑，对于突发性故障，能迅速准确地确定故障点地理位置，提高了维护管理水平，丰富了管理手段，提高了网络维护效率。

[1]张引发.光缆线路工程[M].北京：电子工业出版社，2002,8.

[2]方志豪等.光纤通信原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2008,1.