光缆智能监测系统在边缘光缆网应用中的分析与研究

原恩育

（中国人民解放军63887部队 河南 洛阳 471000）

0 引言

随着光纤通信技术的飞速发展，光缆网的应用日益普及。无论是在干线光纤通信网还是用户光纤接入网，光缆线路的快速故障排除都是确保通信网可靠运行的关键因素，而光缆线路故障点的判定则是故障排除过程中的重点和难点。传统的光缆线路维护管理模式，如人为因素占比大、故障查找困难、排障时间长等影响通信故障的快速修复。光缆智能监测系统是根据目前光缆网维护中故障判定查找短板设计，能在故障发生后通过实时监测管理、动态地观察光缆线路传输性能的劣化情况，及时发现和预报光缆隐患，强化光纤通信传输网的智能化管理，增强通信系统的可靠性，降低光缆阻断的发生率，是缩短光缆故障历时、保证服务质量的有效解决手段。

1 光缆智能监测系统

1.1 光缆智能监测系统主要功能

光缆智能监测系统是一套基于GIS技术对光纤网络管理和维护的光缆在线监测系统。系统由操作软件和监测设备组成如图1所示。其基本工作原理为：在OTDR测试功能模块上连接被测纤芯，利用数据库中GIS地图上的光缆线路数据，通过浏览器访问系统平台界面，完成对光纤传输网的故障实时监测，光缆资源的GIS地图显示，光缆故障告警的精确定位，光缆性能的长期渐变监测分析。除此之外，系统还具有自定义用户使用权限、自定义告警分级、光缆故障告警信息短信告知等功能，从而实现对光缆网资源的智能监测管理。

图1 系统工作示意图

1.2 光缆智能监测系统应用

光缆智能监测系统是解决光缆网络管理和维护的智能系统，可用于完整性的通信光网络相关资源管理、光缆线路的通信质量监测。可有效管理光缆资源对象属性、资源分布、文档存储及查询。同时还能为光缆维护分队提供光缆性能、故障告警、故障定位等维护信息，有效提升光缆维护及资源管理效率。

光缆智能监测系统的应用场景主要包括：管道光缆、地埋光缆、架空光缆、海底光缆。其组网方式灵活多样，通过数据传输方式利用2M协议转换器、TCP/IP等协议，可对近百台设备进行组网[1]，通过采用在线监测和备纤监测两种方式可完成对省市级城市的大型光缆网络监测，也可根据实际对小型边缘接入网进行有效管理。

2 监测系统在边缘光缆网中的应用

2.1 光缆智能监测系统在边缘光缆网中的应用

光缆智能监测系统灵活的组网性能，简洁的应用操作，强大的监测功能可在光缆网监测中广泛采用。在实际应用中该系统通过对机房、机柜、机架及其内部设备的图形可视化管理，利用GIS平台系统，与光缆监测设备数据对接，实现光缆、管道、人孔等资源的可视化管理。可在操作界面清晰显示定位所有光缆网资源状态，并能够通过空间元素查询轻易交接到想要的各种资源信息，故障发生后，可通过实时监测定位光缆故障位置，并在GIS地图上闪烁显示。系统反映的故障信息，还可通过短信息和现场声光等多种告警方式在第一时间通知相关维护人员。

2.2 光缆智能监测系统的监测组网方式

基于光缆智能监测系统的现有功能，结合边缘光缆网现状，光缆智能监测系统的芯线测试功能、故障定位功能以及多通路OTDR监测功能都较好地解决边缘无源光网络节点的光缆线路监测问题。多台监测终端按边缘光缆网物理结构布放，更能有效解决不同类型光缆网的监测，达到监测系统的监测组网。

根据边缘光缆网络分布情况复杂，备用纤芯资源较为丰富的实际，监测多选用智能监测系统的备纤监测方式，将系统的OTDR设备嵌入光纤输送网，通过对光缆中不进行任何业务信号传输的备用纤芯实施监控测试的方式实现对光缆网的监测管理（见图2）。同时确保了测试波长与被测线路匹配，不改变设备和纤芯的配置，与现有网络融合度较高。该方式虽然需要占用一根单独的纤芯，但是投资的设备少，建设过程简单，比较适用于边缘光缆网[2]。

图2 备用纤芯监测方式示意图

3 光缆智能监测系统在应用中故障点准确性分析

在边缘光缆网的实际应用中，光缆智能监测系统虽然解决了光缆网无源光节点的智能监测问题，也能及时上报被监测的光缆网中出现的全阻故障，对故障点的位置也有地理位置显示，但仍然出现了一些较为突出的问题，主要从以下几个方面进行分析。

3.1 故障上报时间不够及时

系统运行中，通过自动巡检巡测功能对光缆线路进行实时测试，光缆线路故障发生后，系统通过与原始数据库中的模板比对，结合GIS地图的GPS信息，显示出故障点位置，同时将告警信息上报系统客户端，完成故障点实时监测告警。但在实际运行中，智能监测系统的OTDR模块受系统预设功能控制，只能由一台OTDR对所有监测光通道进行定时巡检巡测，巡测时间还会因监测光纤的数量和长度等因素影响而延长。因此，当故障发生后，由于系统巡测周期较长，无法第一时间上报线路故障情况。与传统的传输网管故障上报时间毫秒或秒级相比，智能监测系统故障上报时间比传输网管故障上报时间晚5～10分钟左右（见图3）。大大影响了故障修复的时效性以及通信业务恢复时间。

图3 传输网管与监测系统告警上报时间对比图

3.2 故障点定位的准确性不高

系统工作原理为基于电子地图的OTDR自动监测，在实际运行的过程中，最原始的数据是基于系统数据库当中的电子地图。在其基础上将光缆线路的GPS信息如光缆、线杆、光缆芯数、长度、预留、接头等信息加载到数据库中，作为底层数据，当故障发生后，系统通过自动巡检巡测功能，将监测到的光纤信息与数据库中的模板数据进行比对，当测试结果与模板信息不匹配程度达到监测系统预设的临界值时，触发系统的故障告警功能，此时系统将OTDR测试的故障点位置与预设的GPS信息进行比对，并在客户终端的电子地图上显示故障点地理位置，同时推送故障点距离等相关信息。但在系统运行中，无论是不断变化的线路信息还是不断变化的地理信息都对自动监测系统故障点的准确定位造成影响（见图4）。如每次线路阻断后经过抢修后的线路由于增加了接头和预留，都会比原有线路更长。此时要想确保智能监测系统后续的测试准确，需要每次精确测量数据变化，重新对整条线路资料进行数据录入，工作量较大。而地理地貌的变化则会造成信息与实际不符，排障过程中也将会影响线路抢修效率。

图4 阻断后监测系统与人工测试数据对比

3.3 故障点告警功能存在弊端

光缆智能监测系统目前采用备用单纤监测与在用纤芯实时监测两种方式对光缆线路进行智能监测，辅助光纤通信设备网管系统，可有效对光缆网进行监测。但在实际运行中，无论备纤监测还是在用纤芯监测都只对光缆的全阻故障和较大衰耗故障反应明显，对部分纤芯故障和损耗故障表现一般。以备用纤芯监测方式为例，就常见的山区林地松鼠咬断光纤故障进行分析，通常松鼠咬断光纤仅为光缆中的部分纤芯，假如被咬断纤芯为在用的SDH/WDM/OTN业务纤芯，此时传输网管发生告警，但监测系统却不告警，无法对故障判定形成有效参考[3]。假如被咬断纤芯为监测纤芯，同缆中的业务纤芯并未阻断，此时监测系统虽有告警，但因主业务未断，要想修复阻断的监测信道光纤则需要将在用传输业务阻断，才能完成对监测故障的彻底修复。而衰耗故障则更为复杂，当发生衰耗故障时，由于光纤传输网管系统是基于光纤链路全程损耗设定的触发告警模式（门限值一般为-32 dB左右），而光缆智能监测系统采取单点故障触发告警模式（门限值为0.1～5 dB）。所以，当传输网管接收线路总损耗到达下门限时，即触发传输网管系统告警。而智能监测系统只要单点损耗故障不超过设定的门限，即使线路总损耗累加超过了告警损耗的总值，也不会触发告警，此时智能监测系统就无法对线路故障提供实时有效的故障点参考。

4 光缆智能监测系统故障点定位的改进方案

基于上述光缆智能监测系统在边缘光缆网现实应用中出现的问题，可重点针对以下几个方面进行改进，全面提升系统监测性能。

4.1 改进监测系统巡检模块

可将现有系统的OTDR测试模块基于通道开关控制的单纤智能轮巡监测方式进行改进[3]。具体改进思路为：利用分光技术将测试模块OTDR发出的监测光进行分光处理，分别送入监测通道，可以有效解决单设备多通道轮巡方式，大大缩短巡检周期，及时发现故障信息，有效缩短告警上报时间。该方式还应考虑单设备测试参数设置与被监测通道波长、纤长等不匹配的问题。该问题较为复杂，需要将OTDR监测模块经分光器处理的每一波道的测试光通过测试调制模块，使调制后的测试光能够适应被测光纤的各项测试参数，从而得到每条通道更为精确的监测数值（见图5）。此方法可以有效解决单台OTDR单纤轮巡模式，同时对数条通道进行巡检巡测，不会因被测光纤的数量和距离等因素对故障告警时间产生较大影响，能第一时间上报线路故障告警信息，提升抢修效率及故障修复时间[4]。

图5 光缆智能监测系统工作示意图

4.2 提升故障点定位的准确性

智能监测系统是依靠数据库中录入的原始数据与监测信息进行比对，将故障定位信息在客户终端显示。应用中，实时变化的光缆线路信息与数据库中不变的地理位置信息必然出现误差，从而影响故障点定位的准确性。因此，要想改进智能监测系统故障点定位的准确性，必须改进智能监测系统的数据库录入方式。增加“一键数据适配”功能，将现有的人工录入数据信息的方式改为一键测试自动更新适配方式。具体思路为：每一次线路信息发生改变时，开启系统“一键数据适配”功能，将新测试的光纤监测数据与原始GPS地理信息数据进行匹配，操作界面中增设线杆、预留、接头等参考标志，在同步生成新的全测试段光纤监测数据信息时，简化数据更新操作步骤，将新的数据信息适配到电子地图并在系统中显示。针对地形地貌变化，可将现有二维地图数据升级为三维电子地图数据库，提升电子地图分辨率及更新频率，同时实现地图数据库升级功能，通过地图数据库升级可自动对原有监测数据与光缆信息进行适配，减少地形变化对监测故障点判定的影响，提升智能监测系统的实时性与准确性。

4.3 更改智能监测系统监测模式

想有效解决光缆智能监测系统告警漏报问题，可改变现有备用单纤监测方式为在用纤芯实时监测（见图6）。参考改进后的监测系统模块对监测信道进行重新配置，增加被监测光纤通道的数量，同时对在用业务光纤也进行光耦合监测，将监测波长调整至业务光纤传输波段，耦合至业务光纤中，在不影响业务传输的同时完成对业务光纤的实时监测[5]。解决线路损耗故障告警可采取调整监测模块定时发送测试脉冲为实时发送测试脉冲方式，与调整测试故障告警门限值相结合的方式，实时发现被监测线路传输状态的变化情况，及时触发报警，为维护人员提供告警分析及预判信息，有效排除阻断隐患。

图6 在用纤芯实时监测参考模型

5 结语

综上所述，光缆智能监测系统是有效解决边缘光网络监测问题的有效工具，通过以上的改进可以有效解决目前光缆智能监测系统在实际应用过程中，遇到的故障告警上报不及时、故障点定位不准确、故障告警信息漏报等问题，可提升光缆智能监测系统对光缆网络的有效监测，为维护人员提供可靠的数据参考，快速排除通信故障，切实提升光纤通信传输网的可靠性。