铁路智能配线系统研究与应用

2022-05-19周建楠秦海超

中国铁路 2022年3期

周建楠，秦海超

（1.中国铁路兰州局集团有限公司兰州通信段，甘肃兰州 730000；2.天津瑞利通科技有限公司，天津 300392）

1 研究背景

随着我国铁路建设的不断发展，也产生了越来越多的铁路通信网，这些通信网承载着大量业务信息，信息网络运行是否稳定，关系着铁路运输生产安全。铁路通信机械室的业务量覆盖范围广，而且日趋多样化，如果运维不当将带来严重安全隐患，对人身和财产造成极大损失［1］。当前光纤和数据网络存在的问题如下：

（1）线路管理混乱。新建时线路比较清晰，但随着设备的增加、线路的变更、运维工程师的人员变动和机柜空间的限制，新增线路在既有的基础上越加越多，使线路越来越混乱。

（2）纸质标签、台账维护难度大。纸质标签或台账变更时操作复杂、错误率高、端口不易管理［2］。

（3）排查故障时间长，运维工作效率低。出现故障时，不能准确定位，需要人工梳理链路，翻阅台账。有时台账因没有及时更新而不准确，不仅维护效率低，维护成本也大大增加。

（4）资源利用率低，存在安全隐患。由于线路过多且混乱，存在大量僵尸线路，设备端口被无效占用，设备资源利用率低下，有时可能会导致网络风暴。同时，过多的线路不易散热、影响送风，容易诱发火灾等事故，存在重大安全隐患［3］。

针对上述问题，研发一套智能配线系统，实现光缆资源的电子化管理和监测，同时做到对端口的实时监测，符合以人类智能与经验为指导，以信号和信息的数字化处理和采集感知为基础的建设要求，可使维护人员对线缆资源具有更深入的智能化处理能力。

2 智能配线系统设计

2.1 系统组成

智能配线系统（见图1）由硬件部分和软件部分组成。硬件部分主要包括智能采集单元、智能管理单元、智能维护终端和智能网管终端，其中智能采集单元包括光纤配线架（ODF）和数据配线架（EDF）。软件部分则是网管系统［4］。

图1 智能配线系统构成

智能采集单元是在传统配线架端口下方增设红外感应装置，通过红外反射探测是否有线缆连接，并把采集的数据汇聚到管理单元。

2.2 系统功能

（1）电子标签和台账。将电子台账录入网管系统后，点击端口可以查看端口信息，点击链路可以查看光缆路径和光缆信息。当现场有数据更新时，直接在网管系统上进行修改即可。

（2）实时监测功能。系统自动监测设备端口状态（如空闲、占用、故障等），自动采集光纤或数据网络的传输路序信息（如设备、端口、路由链路等），能够做到实时监测，实时更新并告警，及时发现非法接入或非法断开［5］。

（3）提高维护效率。对配线架进行数字化管理，实现故障精准定位，以减少排查故障时间。互动下发工单，LED指示灯闪，现场人员根据指示灯操作，工单完成则指示灯熄灭，可减少误差、提高效率。

（4）安全可靠的智能化管理。智能配线系统使网络结构的增减更加方便、准确。提供Web Server管理方式，对配线架进行分配管理，同时可提供标准的SNMP网管，绑定IP和MAC地址，可有效防止非法入侵，提高网络的安全性［6］。

（5）绿色环保理念。智能配线系统在提升信息记录准确性的同时，节省了大量人力和维护成本，减少了纸质标签的使用，切实符合数据中心“绿色化”的环保理念。

（6）不同角色的权限划分。针对铁路行业，对不同角色可以划分不同的权限，以保证每个账号能且仅能查看、修改其所在部门辖区内的线缆、接口等资源。级别由高到低分为系统管理员、段级、车间、工区等4级。

（7）便携式维护终端。智能配线系统的维护终端是指手持或固定在站房中的手机或平板电脑等设备，安装相应的APP软件系统，通过无线或蓝牙连接管理单元，可进行线缆、接口资源的查看和工单的接收等操作。如果涉及网络安全，可以选择关闭无线功能。

（8）可扩功能：光缆在线监测系统。可实现光纤信息参数实时监测，监测数据包括发光功率、光衰耗、光缆长度等，能够实时监测光缆是否阻断并进行快速故障点分析及准确GIS地理定位，具有声、光、短信、电话等多种告警方式；能够实时监测主备光纤插损及设备光功率，并对光缆质量进行长期性能监测。

3 关键技术

3.1 硬件部分

（1）智能采集单元每个端口的下方配有LED指示灯和智能红外感应装置，LED指示灯可用于跳线的引导指示，智能感应装置同时检测跳线是否处于连线状态，并将其传输到管理单元。每个智能采集单元均配有信息采集端口，该端口采用标准RJ45接口，直接连接智能管理单元。管理单元负责收集管理采集单元的信息，并将其上传到网管系统［7］。

智能光纤配线架（见图2）使用的光纤跳线为普通光纤跳线。智能光纤配线架内部配置有熔纤盘，辅助施工人员进行光缆的熔接和内部走线。前面板提供走线槽，辅助理线、方便整洁。智能数据配线架是在传统配线架基础上外设采集感应装置，在不改变原有施工和使用标准的基础上实现了智能化。而且智能采集装置独立组网，不接入既有光纤网线，对其线路内传输的业务没有任何影响，可以保证业务信息持续稳定传输。

图2 智能光纤配线架

（2）智能管理单元是该系统信息管理和传输的中介，采用1U机架式设计，RJ45控制端口，通过TCP/IP协议管理。其单台设备可连接管理24个智能采集单元，采用普通8芯双绞线连接（RJ45接口）。管理单元提供设备信息的上联端口，连接网管终端（笔记本电脑、台式电脑等）。管理单元具有蓝牙和Wi-Fi功能，用来连接智能iODN维护终端（平板电脑、手机等）。管理单元为有源管理设备，-48 V供电，能收集智能iODN采集单元中每个端口的信息和工作状态。管理单元提供1个CON串口、2个百兆管理电口（ETH1、ETH2）和2个百兆管理光口（OP1、OP2）。其中CON串口负责设备电路板的升级及版本转换等操作，管理口负责连接到智能网管系统以及管理单元间的级联操作。同时，可通过管理口设置IP和MAC地址。

（3）可扩功能需要增加光缆监测设备，嵌入到智能配线系统中，实现对光缆的实时监测。

3.2 软件部分

智能配线系统网管使用Tomcat、JDK1.8开发工具，MySql5.5数据库，支持WindowsXP、Windows2003、Win7、Win10及当前主流系统等多种操作系统。采用全图形化操作界面，主要用于综合布线系统的实时状态反馈，引导跳线操作，并提供告警信息、光缆信息等查询功能，完成工单下达、工单完成等功能［8］。

数据库设计采用MySQL关系型数据库管理系统，优点是体积小、成本低、速度快。数据库涵盖角色、权限、资源信息等。

网管系统能自动识别配线架类别并监测设备端口状态，实时采集端口信息，生成机柜盘面图，图形化展示更加直观。端口“绿色”代表已连接，“灰色”代表未连接，“红色”为告警，“黄色”为工单。主页会显示告警数量和工单数量，方便查找。点击某个ODF盘，显示该盘各个端口状态。点击某个端口，显示该端口所属机房、光缆和业务等信息。智能配线系统详细信息见图3。

图3 智能配线系统详细信息

另外，系统维护终端可以是手持或固定在站房中的手机或平板电脑等设备，其中安装相应的APP软件系统，也可进行线缆、接口资源的查看和工单的接收等操作。输入用户名、密码、登录IP即可登录网管中心，根据账号权限的不同进行不同区域多个机房相关信息的查看和简单操作。

4 智能配线系统在铁路中的应用

4.1 实施方案

在铁路通信机房ODF柜中安装智能ODF，每个机柜配1个管理单元。在网络配线柜中安装智能EDF，配1个管理单元，2台管理单元可根据实际网管通道的需要进行级联。每个智能配线系统结构均配有信息采集端口，该端口采用标准RJ45接口，按照从上到下的顺序，依次排序做网线连接到智能管理单元。管理单元前端可选用电口或者光口上联网管系统。管理单元分布在各个车站，可以通过传输或者数据网电口通道，汇聚到网管中心。实际应用场景见图4。

图4 智能配线系统在铁路中的应用

熔接光纤操作与传统光纤配线架相同，在智能光纤配线架背侧进行熔纤，同时后面要做采集单元到管理单元的网线，网线要预留完美弧度，保证后期维护时可以抽拉ODF。前面板进行光纤的跳接。智能数据配线架背部配置有卡线槽，辅助施工人员进行线缆的卡线。配线架下方配置理线架，辅助理线，方便整洁。指示灯存在3种状态，在刚刚加电的初始状态，所有灯巡检1遍，然后熄灭，此时状态正常；灯亮情况代表接线状态与初始不同；灯闪代表该接口是工单指定的端口。如果非法插入、拔出光纤或者网线，指示灯亮，网管告警。网管通过IP访问管理单元，会实时刷新管理单元连接配线架的端口状态（见图5）。

图5 实际应用中的网管端口信息界面

4.2 功能应用

在机柜盘面图中点击端口，可以查看该端口的业务信息。电子台账支持批量导入和导出。导入完整的光缆台账也在首页地图上生成光缆路径。网管告警数量显示在主界面右上角，能够更直观快捷地查询告警。电子台账界面见图6。

图6 电子台账界面

在日常维护操作或施工过程中，需要插拔光纤或网线，需要提前向网管中心申请工单。网管新增工单后，对应端口LED指示灯闪烁，此时进行插拔动作不会上报告警，待施工完成后，网管确认工单完成，指示灯熄灭。

现场维护人员使用手持维护终端接收、查询工单。APP工单界面见图7。维护终端可以访问网管IP登录，也可点击登录界面扫码按钮进入“扫一扫”界面，扫描智能管理单元上的二维码，直接进入该管理单元下所连接的采集单元列表界面，并查看其下连的端口详情。

图7 APP工单界面

4.3 光缆在线监测系统

如果增加光缆在线监测系统，在网管实时监测板块可对光缆进行实时监测（见图8）。将初次监测生成的波形图作为标准，设置光时域反射仪（OTDR）轮巡的时间间隔，实时监测光缆衰耗，并与初始波形图对比。如与初始图形相比有较大波峰出现，即有较大衰耗，则上报告警及故障点的公里标。也可设置短信提醒，如出现告警会向填写的指定手机号发送短信［9］，节省了大量人力、物力和时间，提高了维护效率。