光缆自动监测技术在光纤通信中的应用

王璐 刘洁 涂超

（国网甘肃省电力公司酒泉供电公司 甘肃省酒泉市 735000）

随着科学技术的发展，为了解决人工监测周期长效率低的问题，设计出一套自动监测系统可以全天候、全方位的对光缆实施监测成为了唯一的选择。

1 光缆自动监测技术的工作原理

新时期下随着计算机科学、互联网以及GIS 技术等的发展，为我国的光纤通信的监测提供了新的思路。传统的人工对光缆进行监测方式周期较长，效率低，一旦光缆出现了故障不能及时快速修复将会造成严重的后果。新时期下，光缆监测必然要借助计算机来实现对通信光缆的实时动态监测，随时地自动监测光缆缆芯的工作状态，对潜在的光缆故障风险进行预测，快速准确的定位光缆故障点，减少光缆发生故障的概率，降低故障抢修时间。光缆自动监测系统的工作原理就是在光缆上安装光缆数据采集元件例如OPM、OTDR设备等，通过这些数据可以采集到大量的光缆运行基础数据，例如光功率、光脉冲北向散射信号灯。监测系统对各个光器件采集到的信息进行综合分析，发现可能或者是已经存的故障隐患，及时作出故障点定位和预防。光缆自动监测系统的监测方式主要有三种，即在线监测、光功率和OTDR 联动监测、备纤监测。光缆检测有可以细分成两种监测，即OPM 光功率监测和OTDR 故障测试。综合运用科学技术，根据实际情况设计出一套通信光缆自动监测系统，对可能会出现的故障进行预判，对已经出现的故障进行快速的定位，这将会极大的提升通信光缆的维护效率，极大的降低因为光缆故障所产生的经济损失。

2 光缆自动监测系统的研发

新时期，随着计算机和互联网技术的发展，通信光缆监测工作从人工逐渐向自动化转变。借助计算机系统、互联网技术、GIS/GPS 技术、OTDR 等，根据城市通信光缆的实际情况以及未来的发展方向，将这些高新科技相互融合，研发出一套可以彻底取代人工监测的自动实时通信光缆监测系统，为促进城市的光纤通信事业发展提供支持。

2.1 系统总体设计思路

光缆自动监测系统主要采用计算机技术、光学检测技术等作为系统的支撑，在故障点定位和光缆线路定位方面，采用GIS 和GPS，在具体的光纤线路检测方面综合运用上述三种检测方法对光纤线路实行全方位自动检测，真正做到正常通信和线路检修两相互不相影响的目的。通信光缆自动监测系统是基于现有的通信光缆线路进行设计的，所以在系统设计之初应该考虑到光缆所在的城市通信管网框架。因此我们在设计时应该将系统分成三个中心，第一部分是省级监测中心，该部分是整个通信光缆自动监测系统的核心内容，同样是数据综合处理中心、服务器所在，省级监测中心可以对下面两个分级中心进行管控。第二部分是市级监测中心，第三部分是县区级监测中心。这三级监测中心通过计算机互联网来连接，实现数据互联互通。

2.2 自动监测系统的总体构成

根据上述的系统总体设计思路，整个光缆自动监测系统的构成分为三级，即省级监测中心，县市级监测中心以及区级监测站。三个监测中心之间通过计算机互联网实现实时连接，形成一个互相关联的动态的有机整体。其中对于省级监测中心来说是整个系统的中心，应该配备数据服务器、统一构建局域网，而对于县区级监测站而言是他们则要实施自动监测行为。县区级监测站应该对其所覆盖的全范围内的光缆进行全面的实时的监测工作，根据系统的设计，监测站重点监测通信光缆中的光纤信号的衰减情况，同时还要负责对线路光纤定期实施测试，在完成各项测试之后，将获取到的基础数据上传至监测中心，由监测中心进行统一处理和分析。

2.3 系统软件体系的构成

系统的软件应用界面必须要遵照用户的使用习惯来进行设计，按照模块功能进详细的划分，每个模块之间相互独立互不影响。为了保证数据的安全性，必须要在系统之外建立数据备份库，将所有的数据进行独立备份，一旦系统服务器中的数据丢失，也不会影响整个数据的调用。系统软件的划分一共分为三个层面。首层为基础层，主要功能就是收集并处理监测站发送过来的监测数据，包括监测站OTDR 测试得到的相关数据以及光功率的监测数据等。将所采集到的数据上传至监测中心，由系统的第二层数据进行统一的处理，按照特定公式算法进行计算得出故障线路的测试结果，根据所得到的测试结果来进行自动报警或者预警。第三层是应用层，也就是将第二层的数据处理结果进行展示，包括OTDR 曲线分析、通过曲线分析得出故障点具体位置、系统自动告警/预警应用以及其他的通信光缆日常管理事务处理界面。软件系统的三个层面具体的工作流程：软件首层采集监测站的测试数据，通过固定的算法来判断这些数据是否超过阈值，如果超过了则产生告警。向上级检测中心上传数据，受上级检测中心的管控，按照上级下达的指令来执行OTDR 测试。

2.4 监测中心功能设计

检测中心在结构构成上应该包含5 项内容：

（1）数据存储服务器。

（2）GIS/GPS 定位服务器。

（3）数据接口。

（4）工作站的维护。

（5）其他事务。

监测中心会设置多级光功率变化限值，这样做的目的在于可以将故障情况分成多等级，监测中心还具有日志管理、统计上报监测数据，系统纠错以及故障自动重启功能，确保系统稳定运行。检测中心的软件在运行时是根据既定流程进行工作，具体的工作流程如下：

（1）确定检测时间。

（2）OTDR 测试光纤。

（3）数据整理汇总。

（4）与标准数据进行比对。

（5）形成工作日志。

（6）打印上报。

软件系统中的OTDR 曲线分析是一项非常重要的工作，该模块主要是对通信光缆自动监测系统中OTDR 元件测试所得到的数据进行整理和分析，并按照特定的算法计算公式计算出故障点距离中心机房的距离、故障点处于光纤何种位置、各个线路接口处的信号衰减情况，然后输出各个测试点的测试曲线，工作人员将其与标准曲线进行对比，对比之后如果与标准曲线存在差异，便可以得到故障点的情况，包括通信光缆的故障等级、产生故障的具体原因以及故障点的精确地理位置，以便抢修人员可以快速的到达现场。故障处理模块的功能是对光缆故障或者是可能发生的故障进行告警/预警，系统先对告警进行预处理，去除掉误报信息，然后在对其余的告警信息加以验证。如果线路的告警确属正确，则要对对告警线路进行测试，与标准数据进行比对，如果测试结果显示光缆存在故障，则将此告警发送至上级监测中心。数据报表模块就是监测范围内的所有通信光缆设备运行所产生的数据按照分层管理的方式进行统一管理。故障数据报表中，需要对监测点所覆盖的光缆在一定时期内发生的故障数据进行统一，包括了故障发生时间、故障点数量、告警信息等。

2.5 现场监测站功能设计

现场监测站主要功能就是承担光缆线路的监测工作，监测站是由不同的监测模块组成，监测站实时监测功能主要通过两种方式来实现，一种是光功率告警监测，另外一种是OTDR 测试。光功率告警监测主要是对光功率变化进行实时监测，主要借助分光器和光开关等原件来实现；OTDR 测试主要是对光信号的衰减进行监测，主要借助波分复用器来完成。现场监测站完成了测试之后，通过检测系统的告警机制将告警信息发送至监测中心，从而完成现场的通行光缆线路监测。

OTDR 测试模块主要是测试通信光缆内部的光信号衰减情况，这是现场测试中最为重要的一个环节。在实际工作中，首先向被检光纤发射一道特定波长的光脉冲信号，该光脉冲信号在光缆内部经过一段时间的反射之后，在一端接收到反射信号，OTDR 会对这些光信号数据进行记录并形成OTDR 曲线，将这条曲线与标准曲线进行比对，从而确定被测光缆是否存在故障，通过特定的算法计算公式计算出故障点的距离机房的距离，结合GIS 技术可以快速的将故障点的位置锁定。光功率监测模块一般是作为OTDR 测试的辅助手段来对通信光缆实施实时监测，通常用在OTDR 测试之前，用于弥补OTDR 监测存在的缺陷。光功率监测的具体工作原理是通过通信光缆的光功率变化来判断光缆是否出现故障，这是因为光线传播的一个特性就是当光纤内部发生了物理损伤，那么输出的信号就会发生改变，也就是光功率会降低。在光功率监测过程中，为了防止数据采集对光纤运行的正常使用，通常我们会采用分光器设备来将光信号按照一定比例进行分离，这样不会对正常光信号的传播产生影响。

3 自动监测系统的监测方案设计

3.1 光功率在线监测

在光缆自动监测系统中，光功率监测属于实时监测，对监测站内所有管辖光缆的正常线路工作进行测试。为了保证通过这种监测方法来保证监测的实时性，那么我们必须要采取一定的方法来预防测试过程中正常信号受到干扰，从而能够保证光纤通信的质量。所以，在技术层面上我们采用分光器和波分复用器进行组合，并结合告警模块来提升通信光缆监测质量。光功率在线监测工作原理是：光信号在通过分光器之后可以从光信号中截取一部分信号用于测试，利用光功率监测模块对截取到的信号进行分析和判断，如果得到的结果超过了系统设置的阈值那么会将信号发送到主控模板进行OTDR 测试，一般我们采用1625nm 波长的信号进行测试，在测试时间上可以采用三种方式：告警联动、定期测试和不定期测试。

3.2 空闲光纤监测

空闲光纤监测是对备用空闲的光纤进行测试的方法。通信光缆在实际的工作中，一根光缆内部会设置很多根光纤，这些光纤并不是全部在运行，有些光纤会作为备用光纤，并未参与到光信号的传播中。对备用光纤进行测试，我们可以在不影响正在工作的光纤的前提下来测试出光缆的运行情况。这种测试方法的优点在于可以避免与正常工作的光纤产生冲突，也可以在不使用波分复用器的情况下裁成对光缆的测试。这种测试方式的工作原理是：将光缆内部的备用光纤使用尾纤连接成为一根光纤，连接之后的光纤长度必须要满足在OTDR 测试范围之内。由于这些备用光纤上没有光信号通过，只有测试信号经过，所以在OTDR 测试过程中可以不使用波分复用器，如此一来在系统的建设中就可以大量的减少使用波分复用器，是一种非常经济的监测方式。

3.3 告警监测

告警监测功能的实现主要是结合告警采集模块，利用告警模块可以将上报上来的告警信息进行整理、筛选和分析，将误报信息剔除掉，分析出正确的告警信息。对这些确定是故障的信息，系统可以即时启动OTDR 测试对故障信息所在的光缆进行测试，结合GIS技术，工作人员可以很快的得到定位到故障点的具体位置。

3.4 通信机制的设计

本通行光缆自动监测系统采用三级监测方式，即省级监测中心，市级监测中心以及区县级监测站，三个等级的监测中心之间要形成数据共享，互联互通，形成动态有机整体。因此在整个系统中通信网络的设计也是非常重要的一部分，通信光缆故障自动监测系统所设计的通信机制必须要满足各个级别监测中心的所有工作要求，例如三个层级之间的数据共享、上级对下级的控制以及对用户数据库的调查访问等。在系统的通信机制设计中，我可以采用局域网的方式，将三个层级的监测中心连接起来。

4 总结

通信光缆的发展未我国的通信事业注入了新的活力，光纤通信具有容量大、保密性高、传播速度快的有点逐渐被广泛应用。随着光纤通信的发展，城市的通信光缆敷设越来越多，对光缆的维护以及光缆故障抢修工作变得越来越难。面对日益增加的数据传输总量，对光缆的维护工作要求日益增高。计算机互联网的发展，为通信光缆的监测提供了新的思路，自动监测逐渐取代了人工监测。自动监测系统可以实施实时监测，对故障进行进准定位，为缩短光缆抢修时间提供了支撑。