林初善 凌艷香 廖曉閩

光纜網(wǎng)物理線路狀況分析

林初善 凌艷香 廖曉閩

各種光纜架設(shè)方式都有可能受到來自外界的干擾，通過搭建Sagnac光纖干涉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用LabVIEW建模方法，可以很好地分析出光纜網(wǎng)物理線路的一些基本狀況，從而為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)與維護(hù)提供必要的參考。

光纜線路路由架設(shè)方式有直埋、架空、管道等方式，每種方式都有其優(yōu)點(diǎn)和不足，因此各有其適用場(chǎng)合。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，各種架設(shè)方式可能引入的外界干擾不盡相同，但是都會(huì)對(duì)用戶信號(hào)產(chǎn)生一定的影響。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用Sagnac光纖干涉儀結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該結(jié)構(gòu)主要由光源、傳感光路、光電轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)構(gòu)成。

光源發(fā)出的光被3dB耦合器分為兩路，分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向進(jìn)入傳感光纖環(huán)，由于兩束光符合頻率相同、振動(dòng)方向相同和相位差不變的干涉條件，當(dāng)它們環(huán)回到耦合器時(shí)，將在其輸出端發(fā)生干涉。通過分析干涉光強(qiáng)的變化就可以知道光纖環(huán)是否受到外界擾動(dòng)，從而判斷光纜線路的狀況。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析我們采用LabVIEW建模來實(shí)現(xiàn)，通過設(shè)計(jì)和調(diào)用LabVIEW軟件中的多個(gè)子模塊搭建完成數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，直觀呈現(xiàn)光纜線路狀況。

無干擾條件下的數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)條件:光源選用多縱模光源，波長(zhǎng)1310nm，功率-0.88dBm，線路長(zhǎng)度約4.75km，線路損耗約-12dBm，天陰，溫度2℃。監(jiān)測(cè)時(shí)間約1h，采樣率設(shè)為25KHz，單次采集時(shí)間5s，共采集554組數(shù)據(jù)。其中有552組數(shù)據(jù)沒有超限有2組數(shù)據(jù)超限，但由于線路狀態(tài)總體檢測(cè)指標(biāo)過小而沒有觸發(fā)報(bào)警，有0次誤報(bào)。光纜線路正常條件下，系統(tǒng)界面圖如圖2所示。

從系統(tǒng)界面圖上可以看出:當(dāng)線路沒有受到干擾時(shí)，波形顯示在0V值上下輕微抖動(dòng)，這基本符合理論分析結(jié)果。輕微抖動(dòng)是普通自然環(huán)境下存在諸如溫度、振動(dòng)、風(fēng)吹等非常多的不可避免的干擾因素造成的，不可避免。

圖1 基于Sagnac干涉原理的分布式光纖安全監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 無干擾時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 有一般性人為干擾時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4 有惡意人為干擾時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

有惡意干擾條件下的數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)條件:光源選用多縱模光源，波長(zhǎng)1310nm，功率-0.88dBm，線路長(zhǎng)度約4.75km，線路損耗約-12dBm，天陰，溫度2℃。采集時(shí)間約0.5h，采樣率設(shè)為25KHz，單次采集時(shí)間5s，并設(shè)3min內(nèi)出現(xiàn)3次可疑惡意干擾時(shí)判定為惡意干擾（這兩個(gè)閾值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整），系統(tǒng)共采集276組數(shù)據(jù)。采集過程中在實(shí)驗(yàn)光纜上模擬開剝光纜、彎曲光纖一次。其中，系統(tǒng)共觸發(fā)惡意擾動(dòng)報(bào)警7次，光纜受到惡意干擾時(shí)系統(tǒng)界面圖如圖4所示。

從系統(tǒng)界面圖上可以清楚的觀測(cè)到:當(dāng)線路受到惡意干擾時(shí)，干涉信號(hào)光強(qiáng)峰值變化不是很大，但也已經(jīng)超過了上下閾值門限，且線路狀態(tài)總體檢測(cè)指標(biāo)較大，出現(xiàn)多次可疑惡意入侵，并觸發(fā)了惡意報(bào)警。在實(shí)際應(yīng)用中，可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整相關(guān)閾值參數(shù)，從而使在出現(xiàn)惡意干擾時(shí)僅觸發(fā)惡意報(bào)警一次。

有一般性人為干擾條件下的數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)條件:光源選用多縱模光源，波長(zhǎng)1310nm，功率-0.88dBm，線路長(zhǎng)度約4.75km，線路損耗約-12dBm，天陰，溫度2℃。采集時(shí)間約1h，采樣率設(shè)為25KHz，單次采集時(shí)間5s，共采集554組數(shù)據(jù)。采集過程中觸碰光纜10次、拉提光纜10次、敲擊光纜10次。其中，系統(tǒng)共觸發(fā)報(bào)警29次，正確報(bào)警29次，漏報(bào)1次，誤報(bào)0次，漏報(bào)率為3.3%。光纜受到拉提時(shí)系統(tǒng)界面圖如圖3所示。

從系統(tǒng)界面圖上可以清楚的觀測(cè)到:當(dāng)線路受到人為擾動(dòng)（猛烈、快速的拉提）時(shí)，信號(hào)幅度很大，且持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，這時(shí)可以觸發(fā)一般性人為擾動(dòng)報(bào)警。

林初善 凌艷香 廖曉閩西安通信學(xué)院

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.07.001