一种光缆线路窃听监测系统的设计

2017-11-07陈安林彭小山

科技视界 2017年17期

关键词：监测中心监测站光缆

陈安林　彭小山

【摘要】光纤通信系统是信息化建设的基础平台，由于其采用通用技术和产品，光缆线路几乎没有安全监测措施，存在被窃听的隐患。本文阐述了一种光缆线路窃听监测系统设计方案，能够很好的保障光缆线路的安全。

【关键词】光缆；窃听；监测；监测站；监测中心

中图分类号： TP311.52 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）17-0064-002

Design of Cable Cable Eavesdropping Monitoring System

CHEN An-lin1 PENG Xiao-shan2

（1.78322 troops，Pu'er Yunnan 665199，China；2.78300 troops，Kunming Yunnan 650032，China）

【Abstract】Fiber optic communication system is the basic platform of information construction.Because of its use of general technology and products，there are few safety monitoring measures in the cable line，and there are hidden hidden dangers.This paper presents a design scheme for the monitoring system of cable wire wiretapping，which can guarantee the safety of the cable line.

【Key words】Optical cable；Eavesdropping；Monitoring；Monitoring station；Monitoring center

1 窃听监测系统工作原理

图1是光缆线路窃听监测系统的结构，其工作原理如下：窃听第一特征检测模块的长波长光源发出1.625μm波长光信号，经光切换单元、耦合器与通信信号一起注入待测光纤。在另一端经WDM分出1.625μm波长的光信号，送到光功率采集单元，测出光功率大小并与发端光功率比较。如果光纤中产生符合窃听第一特征的微量光功率泄漏，就自动触发窃听第二特征检测与定位模块（BOTDR模块）[1]进行光纤应变检测。若检测到窃听第二特征，则断定线路遭受窃听，同时实现窃听定位；若光纤没有检测到窃听第二特征，则表明线路没有遭受窃听，长波长光源经光切换单元切换后和光功率采集单元一起测量其他光纤中的功率泄漏情况。

为避免BOTDR模块发出的检测光干扰光纤中的正常通信信号，一旦利用长波长光信号法检测到窃听第一特征，就把该光纤上的信号倒换至备用光纤后，再触发BOTDR模块检测该光纤中是否存在窃听第二特征。

按各组成模块的功能可将系统分为窃听监测站和窃听监测中心等部分。

窃听监测站分布在各个光复用、光中继站的传输机房，是本监测系统的核心，包括长波长光源单元、光功率告警采集单元、BOTDR单元、程控光开关单元、波分复用器单元等。负责监测系统接收端分离出的长波长光信号的光功率，并根据其变化情况确定是否需要进一步启动BOTDR模块检测、定位窃听第二特征，以及把结果数据上报窃听监测中心。窃听监测站的基本功能：接收窃听监测中心的控制命令；控制光开关的转换；控制BOTDR的测试；控制告警监测；实现系统的点名、周期、告警测试功能[2]。

窃听监测中心是整个光缆线路自动监测系统的操作、维护、处理、统计、分析和监管的中心。从各个窃听监测站收集光纤测试数据并整理成有用的信息给网络管理人員，同时也对测量数据异常的光纤发出告警。无论网络规模大小，所有窃听监测站都可以接收到窃听监测中心的指令，并正确地执行测试、对比和记录等功能，使维护人员可以进行光缆线路窃听的自动监控。

2 窃听监测系统工作流程

光缆线路窃听监测系统综合了长波长光信号法和BOTDR法，组成核心是窃听第一特征检测模块和窃听第二特征检测与定位模块，它们在一个系统中相互协作，实现光缆线路监测，具体工作流程如图2所示。

监测系统采用中心波长为1.625μm的稳定光源，长波长光信号与通信信号共同耦合入光纤传输。在另一端经WDM分离出长波长光信号，送至光功率检测模块。光功率检测模块的采集单元对分离出的长波长光信号功率进行采集，并将采集的数据传送到光功率控制单元进行光功率数据分析比较。在此之前，要设定窃听光功率泄漏的门限值，将超过告警门限的光功率数据及时上报窃听监测中心。窃听监测中心对各个光功率控制单元传报的数据进行分析统计，对发生超门限值的光功率变化进行警告。此时，把该光纤上的信号倒换至备用光纤后，并自动启动窃听监测站的BOTDR模块和程控光开关对该光纤进行应变测试。BODTR测试光经指定的光开关进入WDM，WDM接入在发端ODF架光纤活动接头处，测试光耦合进入被测光纤。BODTR模块根据返回的布里渊散射光的频移量来测试光纤应变大小和特点，对端介入光滤波器可阻断测试光进入后端的通信设备。最后将测试的曲线数据上传窃听监测中心进行分析，若光纤应变的大小及分布特征符合窃听第二特征，则可断定这段光纤遭受窃听。然后发出声光报警、自动拨叫值班电话等，并可借助地理信息系统和全球卫星定位系统，在窃听监测中心的监控屏幕上以地图的形式准确地显示出光缆的路由和窃听点的位置[3]。

此外，由于窃听第一特征检测模块是基于长波长光信号对弯曲功率泄漏敏感特性实现的，设定不同报警门限值，该系统还可以用于动态观察光缆光纤的特性变化、判断光纤线路的长期的劣化情况等。所以，此系统还可以精确地监测光缆线路故障。endprint

3 窃听监测系统的组成

图3 光缆线路窃听监测网络结构

下面介绍光缆线路窃听监测系统中窃听监测站和窃听监测中心的配置原则。某一个管理区域段内的光缆线路由若干个窃听监测站分段管理，分布在各个光复用、光中继站的传输机房，其个数及配置取决于该段光缆的长度和监测方式[4]。一定数量的窃听监测站通过数据通信网络连接到一个窃听监测中心，多个窃听监测中心汇接至上一级窃听监测中心。根据管理区域的大小和窃听监测站数量的多少，窃听监测中心的级数可设计为一级，也可设计为二级或三级。

如图3所示，是由窃听监测站和二级窃听监测中心组成的一个窃听监测网络结构，采用模块化、分布式多级体系结构。

4 窃听监测站的设计

窃听监测站由长波长光源模块、光功率告警采集单元、BOTDR模块、程控光开关、波分复用器（WDM）、控制器单元、电源单元、光滤波器、分光器、调制解调器等组成[5-6]。

4.1 长波长光源模块

长波长光源模块主要产生对窃听造成的弯曲光功率泄漏敏感的1.625μm波长的光信号，它与通信信号共同耦合入光纤传输，在另一端经WDM分离出长波长光信号，送至光功率告警采集单元。

4.2 光功率告警采集单元

光功率告警采集主要有光功率采集子单元、光功率告警控制子单元和负责两者通信的单片机控制子单元等组成，如图4虚线方框内所示。

光功率采集子单元主要完成对各路待测光纤对端分离出的长波长光信号功率的自动采集。一次可以扫描多路光路并采集数据，从而保证光缆线路窃听实时监测的实现。光信号进入光功率采集子单元，首先经过光电转换，再根据光的强度选择相应的放大倍数将电信号放大后送入模数转换器，将电信号转换为相应的光功率值。

当采集完数据后，通过串口传给光功率告警采集子单元，光功率控制子单元把异常数据上报控制器单元（CPU），然后，CPU决定是否启动BOTDR模块对指定的光路进行窃听第二特征检测。可以说，光功率告警采集单元触发了BOTDR模块的测试，只有当通过长波长光信号法检测到窃听第一特征时，系统才会自动触发BOTDR模块做测试，延长了BOTDR模块和程控光开关模块的寿命，节约了系统资源。

4.3 BOTDR模块

BOTDR模块主要用于窃听第二特征的检测与定位。CPU控制BOTDR和光开关，通过合波器可依次向光缆中的某一被测光纤发送光脉冲。利用光时域反射原理，检测各条线路返回布里渊散射信号的频移变化，从而得出光纤上应变的变化并对其定位。

4.4 程控光开关单元

在光缆线路窃听监测系统中，由于长波长光源发出的长波长信号光需要不断地扫描光缆中多根光纤，所以，程控光开关可将测试单元发出的测试光信号切换到不同光纤中。启动BODTR模块作窃听第二特征测试时，也要通过程控光开关单元切换通路。

4.5 波分复用器单元

WDM用于耦合波长为1.55μm通信光和波长为1.625μm长波长监测光，此时用作合波器；对端用WDM分离出长波长监测光，此时用作分光器，监测光被滤出，而其内部允许通信光通过[7]。此外，对于BOTDR模块发出的监测脉冲光的合、分，也是通过WDM完成的。

5 窃听监测中心的设计

窃听监测中心是系统操作、维护、处理、统计、分析和监管的中心，由电脑、专用软件和外设组成，管理一定數量的窃听监测站。由主备服务器、监测终端、路由器、同步和异步调制解调器、集线器、网络适配器及其它一些附属设备组成一个局域网，窃听监测中心可与网管系统进行连接[6]。

窃听监测中心主要完成以下几个方面的功能：

负责窃听监测站的全面管理，是窃听监测站的指挥控制中心；

接收窃听监测站传来的窃听或故障告警信息，并做出相应的处理；

接收窃听监测站的测试数据文件，进行数据分析处理并记录；