电网通信光缆自动监测系统的设计

2016-07-12刘星邓旭聪胡力

大科技 2016年31期

刘星邓旭聪胡力

电网通信光缆自动监测系统的设计

刘星邓旭聪胡力

（国网广安供电公司四川广安 638000）

近年来，随着智能电网的大力推广，电力通信行业发得以飞速发展，尤其光缆工程规模不断增大，数量不断增多，通信光缆不仅承担了综合数据网、办公自动化等业务，更承担了光纤线路保护、调度自动化等重要业务，其一旦发生故障，必然会给正常通信造成影响，轻则会影响用户的正常使用，重则会给企业带来巨大的经济损失。为此，必须采取有效地措施确保光缆线路的安全可靠运行。本文主要从通信光缆自动监测系统的设计要求入手，重点对光缆自动监测原理进行了分析，并有针对性地提出了一系列光缆自动监测系统的设计与测试方式与方法，希望给行业相关人士提供一定的参考和借鉴。

电网通信；光缆；自动监测；设计

1 引言

在实际应用过程中，光纤非常脆弱，光缆虽然对内部光纤采取了加设油膏、塑料外护套保护等一系列措施，但是在安装及使用过程中，光缆传输系统发生故障依然居高不下，给电网企业及人们生产生活带来巨额经济损失。加上，传统人工维修模式落后，很难满足现阶段大规模电力通信电缆优质、高效、安全、可靠运行的需要。因此，光缆自动监测系统的出现和推广应用是电力通信发展的必然选择。

2 通信光缆自动监测系统的设计要求

通信光缆自动监测系统采用模块化、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；它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其管辖的下级监测中心和监测站进行统一管理。该系统是遵照YDN－010－1998《通信光缆线路自动监测系统》技术条件进行设计的。

2.1 先进性

通信光缆自动监测系统采用了目前最为流行的ActiveX控件技术，使得系统的性能、安全性及可靠性得以明显提升，有效实现了高对监测设备的软控制。

2.2 伸缩性

通信光缆自动监测系统凭借其易于扩充的硬件平台和系统软件支撑平台，容易升级、添加模块。随着系统功能新需要的产生和数据的增加，通信光缆凭借其良好的伸缩性能得以将硬件及新功能进行灵活升级，其目的是保护用户已有的投资。

2.3 开放性

本系统通过对Intranet技术的利用，有效实现在企业范围内的分布式环境下的空间数据和地理信息资源共享，并且通过对Autocad、MapInfo、Arc/Info等系统数据的利用，形成一个面向用户、开放的GIS系统。

2.4 实用性

该系统以满足用户需要为根本，以实时高效为基本准则，通过对系统配置的完善，为用户提供方便，从而进一步提升系统的可维护性。通过监测光缆的应力应变，及时发出预警，避免光缆出现重大损失。

3 光缆自动监测原理

3.1 OTDR接触源

一般来说，常规的光缆自动监测系统采用在远端设置监测光源作为OTDR启动测试的触发源，也就是远端设置监测光源，OTDR端在接收监测光源的光功率发生异常时启动OTDR测试。同时，还可以使用光纤自动切换系统的光功率作为OTDR的触发源，不仅能够省去在远端设置安装监测光源，还可以使用OTDR同时对OLP系统所使用的主备用光纤资源进行测试，使用更方便，测试更合理。

3.2 单备纤监测

所谓的单备纤监测指的是OTDR与远端光源在同一根光纤中进行传输，因OTDR的发射波长使用1625nm，如果将远端监测光源作为OTDR启动测试的触发源，那么监测光源的波长可以使用1550nm。因此，在光源及OTDR的发端可以分别使用一个光耦合模块（WDM）隔离两种信号。如果将OLP系统作为触发源，则不需要增加相应的WDM模块，且对OTDR的波长没有特别的要求。单备纤监测方式只是对用一根备纤的情况适用。

3.3 双备纤监测

所谓的双备纤监测指的是OTDR与远端光源在不同的光纤中进行传输，如果将远端监测光源作为OTDR启动测试的触发源，那么运用双备纤监测方式的过程中只需要使用两根备纤即可，不需要另外增加其他光器件。如果使用OLP系统作为触发源，则本方式与单备纤监测相同，运用一根备纤即可。

3.4 在线监测

在线监测仅针对于远端监测光源作为OTDR启动测试的触发源。在线监测在备用光纤稀少的情况下使用。传输系统的发光与OTDR使用光耦合模块（WDM）进行耦合后发送到光缆中去，对端在接收时使用滤波器过滤掉OTDR的1625nm的光后进入传输系统。在线监测不使用备纤资源，但是需要增加一块光耦合模块和滤波器，而且对现有的传输系统引入1～2dB的插损。需要注意的是，对于DWDM密集波分系统，由于DWDM波分系统发光很强，OTDR卡的发光也较强，如果将OTDR与DWDM系统发射光耦合后发送到光纤中后会产生非线性效应，从而影响当前在用传输系统。所以在线监测不适用于波分系统。

4 光缆自动监测系统的设计与测试

4.1 光缆自动监测系统的设计

4.1.1 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。

4.1.2 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通信机房中的机架内，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。

4.1.3 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，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技术。

4.1.4 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。

4.2 系统测试

4.2.1 软件测试

（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。

4.2.2 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。