光缆线路监测系统在铁路通信中的应用

张强强

摘要：随着铁路通信网的逐步建设和完善，光缆及光纤资源越来越丰富，如何高效管理这些资源，包括资源类型、数量、分布状况、工作状态和主要特性参数的管理，使网络运维部门能够迅速方便的从中获取相关的信息，进而对这些原始数据进行再加工和利用，又成为网络维护管理更高层次的要求。在光缆发生故障时及时获取故障信息和故障点的地理位置，及时排除故障，不但对于保证光缆线路的传输质量，而且对铁路行车安全极为重要。

关键词]：铁路通信;光缆;集中监测系统

前  言

铁路通信网由基础承载网、业务网及支撑网构成。基础承载网为各业务网提供连接服务，基础承载网由以光纤为传输介质的传输系统构成。业务网包括：公务通信网、调度通信网、会议电视、电报、数据通信网、运输管理信息系统、客运自动化系统等，所有业务网均承载于基础承载网上。支撑网包括时钟同步网、信令网和电信管理网。

一、铁路通信中建立光缆线路集中监测系统的必要性

1.铁路光纤通信系统的重要性

随着通信系统业务需求和传输技术的发展，光纤以其频带宽、抗干扰性强等优点已成为通信系统的主要传输介质。铁路通信网为了满足迅速增长的业务需求，提高服务质量，特别是光纤传输介质抗强电磁干扰的能力非常适合于电气化铁路，光纤通信系统已成为铁路基础承载网的主体。铁路光纤通信系统对扩大和提高铁路运输能力，提高行车密度和保障行车安全，改善调度指挥条件，为铁路运输部门实时、准确的传输、交换、处理各种信息，提高铁路的運输质量，促使铁路运输逐步由限制型向开拓型转变，具有重要的社会和经济效益。

2.建立光缆线路集中监测系统的必要性

鉴于铁路光纤通信系统在铁路运输生产指挥中的重要性和光缆敷设环境的特殊性，铁路光通信系统建设时考虑的首要问题是其安全性。随着通信网络中光缆数量的增加以及早期铺设的光缆接近使用年限，出现了大量因光缆接头盒渗水，衰耗随时间推移而增大等影响通信的现象，光缆线路因受到铁路施工、建筑挖方、开采岩石、山体滑坡和其他意外事故造成的光缆中断或损伤等事故也时有发生。

因此，铁路通信网络运维部门迫切需要随时、快速和准确地了解光纤通断状况及主要参数，以便在光纤发生故障时及时的获取故障信息，准确判断故障点的地理位置，及时排除故障;或者在光纤特性发生劣化之前及时进行更换，确保光纤线路的传输质量。满足这一需求的解决方案是建立光缆线路集中监测系统，实现对光纤线路的光层传输性能、衰减变化及光纤阻断等的自动监测。

二、传统的光缆线路维护模式存在的问题

传统的光缆线路维护模式是：当光缆线路发生故障后，机房值班人员根据设备的报警信息确定故障线路所在区段，然后用光时域反射仪（OWDR，Optical Time DomainReflectometer）在该区段进行测量确定故障点，最后通知线路抢修人员赶往具体地点进行抢修。

这种被动的抢修维护方式配合复杂，费时费力，而且这种方式造成的延误往往不可忍受，同时，这种方式不能及时发现和排除光缆线路中的多种衰减积累造成的阻断（比如光缆在承受压力负荷、小半径弯曲或接头盒进水导致的光纤传输特性的劣化等）。

与传统光缆线路维护方法过分依赖于人工，效率低下，难以保证高速、宽带、大容量光缆传输网络的畅通相比，光缆集中监测系统为光缆线路维护部门提供了一种先进的维护手段，通过对光缆实时自动监视、报警信息的自动分析，自动进行相应的测试，对故障进行自动定位、自动派修，从而达到缩短故障响应时间，降低损失，使光缆传输网络优质、安全、高效、稳定地运行的目的。

三、光缆线路集中监测系统简介

1.光纤结构

光纤裸纤一般分三层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为单模的8——l0Fm，多模的50或62.5Fm），中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为1251“m），最外是加强用的树脂涂层。

2.光纤种类

按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。

单模光纤：中心玻璃芯比较细，只能传一种模式的光，适用于远程通信。多模光纤：中心玻璃芯较粗，可传多种模式的光。但其模的色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重，多模光纤传输的距离比较近，一般只有几公里。

3.光纤规格

单模：8/1254m：9/125gm：l0/1251tm;

多模：50/125μm;欧洲标准（62.5/125）tm。

4.光纤衰减

光纤对光波产生的衰减作用称为光纤衰耗，系统中的光纤产生衰耗的原因，一方面是由于光纤本身的损耗（如固有的和杂质的吸收损耗、因波导结构不完善引起的散射损耗等），另一方面是由于成缆、敷设以及作为系统传输媒质所引起的附加损耗（如弯曲损耗、接续损耗等）。通常造成光纤衰减的主要因素有：本征、弯曲、挤压、杂质、不均匀和对接损耗。

5.OTDR测试原理

所有的光纤自动监测系统的最基本原理就是利用光时域反射仪（0TDR）对光纤的后向散射信号进行测量，然后通过计算机技术和通信技术对所测量的数据进行收集、整理和分析。

后向散射法测量衰减是通过光纤中的后向散射信号来提取光纤的衰减信息，其原理是：将窄的光脉冲注入光纤端面，当光纤脉冲沿着光纤传播时，各处瑞利散射的后向散射部分不断放回光纤的入射端，特别是当光信号遇到裂纹时，就会反射回来，而且反射信号比散射信号要强的多。通过耦合、探测以及信号处理，就可分析光脉冲所到之处的光纤损耗特性。

四、光缆监测原理和实现方式

1.光缆监测原理

光缆自动监测系统是在不影响和不干扰现有的通信系统和传输监控设备的基础上，对现有的光缆传输干线进行在线实时监测，主要是通过光功率监测实现实时监测的目的。

光功率监测功能是通过光功率监测单元OPM（Optical Power Monitor）实现的，PM将WDN（波分复用器）和分光器内置于中，每个模块可支持1-4个光路的光功率采集、处理和分析，产生正确的告警信息，自动监测光端机接收端接收到的光功率值的变化，当收光功率变化超过门限告警立即传送到CPU，使之自动控制OTDR（Optical Time Domain Reflectometer，光时域反射仪）和光开关对收光功率告警的光缆段的光纤进行故障定位监测，以实现对在用光纤或备用光纤实时监测。

2.光缆监测实现方式

2.1 光功率在线监测：采用分光器将光传输设备的工作光分出3%，接入告警采集模块中，对工作光进行实时监测，实时地反映光纤的传输特性，并及时地发现传输质量的变化。每个光功率监测通道的门限可以进行设定，当被监测光纤出现断纤，工作光功率下降到某-z'l限值，或出现较大的衰减时，产生即时告警，系统立即激活OTDR测试该纤芯，进行精确的故障判断与定位。

2.2 光终端机告警监测：利用告警采集模块上提供的设备告警采集接口，收集光传输设备上产生的故障告警。经分析过滤，滤除与线路告警无关的信息，然后启动OTDR，对可能引起告警的光缆线路进行测试。每个告警采集端口均可以通过软件进行配置，可以接入如开关量、电压量和电流量等告警信号。

2.3 光功率备纤监测：也是采用光功率告警模块，以离线测试方式，监测备用光纤，从而实現光功率实时告警监测。因为监测的是备纤，没有来自传输设备的信号源，故此种测试方式必须在监测路由的末端加入一个光源，向备纤发送光信号，然后在测试端进行光功率监测。

五、结束语

光缆线路集中监测系统是电信支撑网的一部分，它和电信网TMN中的电信基础设施管理、接入网管理、传输网管理系统有着紧密的联系。要使光缆线路集中监测系统与各个系统间达到有效的互连，需要定义适应本系统实际情况的互连协议和标准，从而实现对全网光缆运行状态、告警、故障信息的交换和共享。

参考文献：

[1]原荣：《光纤通信》，电子工业出版社，2002.

[2]肖建国：《光缆网络的自动监测系统》，人民邮电出版社，1999.

[3]张翎，沈晓：《全国长途光缆线路综合管理网络LIMN线路综合管理》，人民邮电出版社，1999.