方剛

中國通信服務(wù)四川建設(shè)分公司 四川成都 610041

當(dāng)前最重要的通信網(wǎng)絡(luò)就是光纖網(wǎng)絡(luò)。隨著對(duì)其的應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)的傳輸結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜。在分析了全球數(shù)百個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的故障之后，可以得出一個(gè)結(jié)論：所有傳輸事故中有多一半是由基于傳輸介質(zhì)的故障引起的。在光纜中，這是影響網(wǎng)絡(luò)安全的主要因素。在中國，隨著對(duì)通信服務(wù)質(zhì)量需求的不斷提高，光纜線路的維護(hù)和管理變得越來越重要，而光纜數(shù)量的增加以及老化逐漸的也導(dǎo)致光纜線路出現(xiàn)故障的數(shù)量增加。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)光纜故障和隱藏的危害，可以減少光纜阻斷的發(fā)生，并減少光纜故障的持續(xù)時(shí)間。這類問題的研究變得越來越重要。

1 自動(dòng)光纜監(jiān)控技術(shù)的工作原理

1.1 空閑芯監(jiān)控

該監(jiān)控方法是使用未在光纜中使用的纖芯進(jìn)行監(jiān)控。從理論上講，無論是否在同一根光纜中使用，對(duì)環(huán)境的影響程度和物理特性的變化幾乎相同，并且通常會(huì)斷裂或彎曲，對(duì)生產(chǎn)線的影響以及對(duì)每根光纖的影響都是相同的，因此使用閑置芯線進(jìn)行測(cè)試可以大致獲得光纜整個(gè)光纖的工作參數(shù)。由于該類纖芯中沒有光信號(hào)，因此必須在被測(cè)光纖芯的另一側(cè)安裝一個(gè)遠(yuǎn)程光源，并且將光測(cè)試信號(hào)主動(dòng)注入到被測(cè)纖芯中，并且強(qiáng)度光功率通過側(cè)面的OPM 測(cè)量。實(shí)時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到主控制模塊（MCU）的遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端，該模塊對(duì)光功率進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，并將數(shù)據(jù)上傳到中央監(jiān)控站。當(dāng)OPM 檢測(cè)到光功率低于閾值時(shí)，遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端立即啟動(dòng)光時(shí)域反射儀，驗(yàn)證有故障的光纖核心，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控站。中央監(jiān)控站檢測(cè)到GIS 地理信息系統(tǒng)中的錯(cuò)誤。由于此測(cè)試解決方案僅監(jiān)控光纜中的空閑纖芯，因此能夠檢測(cè)到光纖故障并查明故障點(diǎn)的前提是，光纜中的所有光纖纖芯必須同時(shí)發(fā)生故障，而不是單個(gè)故障。

1.2 備用電源光纖監(jiān)控

還使用了光功率警報(bào)模塊。在離線測(cè)試模式下，光纖待機(jī)被監(jiān)控以實(shí)時(shí)監(jiān)控光功率警報(bào)。由于監(jiān)控備用光纖，因此沒有來自傳輸設(shè)備的信號(hào)源，因此此測(cè)試方法必須在監(jiān)控路徑的末尾添加一個(gè)光源，將光信號(hào)發(fā)送到備份，然后在測(cè)試結(jié)束時(shí)運(yùn)行光功率檢測(cè)。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，這里增加的光源可以選擇1310 納米，1550 納米和1625 納米三種波長之一，因此不需要WDM 設(shè)備。當(dāng)芯線異常時(shí)，光源信號(hào)會(huì)被阻塞或減弱，系統(tǒng)會(huì)立即激活光時(shí)域反射儀以測(cè)試芯線以確定故障的準(zhǔn)確性和位置，見圖1。

圖1 備用光纖監(jiān)控結(jié)構(gòu)圖，用于監(jiān)控光纜

這種實(shí)時(shí)監(jiān)控方法具有以下三個(gè)特點(diǎn)：第一，無需將設(shè)備插入傳輸設(shè)備的工作光纖中，完全不影響傳輸設(shè)備的運(yùn)行，減少了危險(xiǎn)以及隱藏在系統(tǒng)中的故障；其次，對(duì)于每一個(gè)被監(jiān)控的光纖進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保故障報(bào)警的實(shí)時(shí)性；第三，它可以適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)條件，對(duì)于較短的光纜線路，無需附加設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)段監(jiān)控[1]。

1.3 跨段監(jiān)控和跨段解決問題

通過在光纜的交叉點(diǎn)配置無源光學(xué)設(shè)備或光纖橋接器，可以對(duì)多條連續(xù)光纜進(jìn)行遠(yuǎn)程或在線監(jiān)控。對(duì)于不同的監(jiān)控方法，必須設(shè)計(jì)不同的監(jiān)控方法以實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)段監(jiān)控。由于在線光功率監(jiān)控只能采樣和監(jiān)控一部分公司信號(hào)，因此不支持跨段監(jiān)控，但是可以實(shí)施跨段故障掃描。當(dāng)使用合成光功率在線監(jiān)控模式時(shí)，由于光時(shí)域反射儀故障檢測(cè)信號(hào)和業(yè)務(wù)信號(hào)共享核心，跨網(wǎng)段設(shè)計(jì)應(yīng)增加兩套無源波長復(fù)用設(shè)備在交叉段的點(diǎn)發(fā)射測(cè)試信號(hào)的無源設(shè)備（FCM）可以省略。對(duì)于網(wǎng)段監(jiān)控，空閑芯監(jiān)控模式相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)：通過使用網(wǎng)橋或合并方法傳遞網(wǎng)段點(diǎn)，可以輕松實(shí)現(xiàn)網(wǎng)段監(jiān)控和網(wǎng)段故障掃描。先前各圖的示意圖顯示了部門間監(jiān)控的實(shí)施[2]。

2 研發(fā)自動(dòng)光纜監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 總體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

自動(dòng)光纜監(jiān)控系統(tǒng)主要采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，光學(xué)檢測(cè)技術(shù)等。支持系統(tǒng)在對(duì)光纜線路進(jìn)行故障排除和定位方面，使用GIS 和GPS將以上概述的三種檢測(cè)方法完全應(yīng)用于光纜線路，以進(jìn)行光纜線路的特定檢測(cè)。進(jìn)行全自動(dòng)檢測(cè)，真正達(dá)到互不影響的正常通訊和線路維護(hù)的目的。自動(dòng)光通信電纜監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)光通信電纜的現(xiàn)有線路設(shè)計(jì)的，因此應(yīng)從一開始就考慮光電纜所處的城市通信管道網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]。

2.2 OPM 光功率檢測(cè)模塊

①對(duì)于在線光功率監(jiān)控模式，以接收端的光分路器作為監(jiān)控對(duì)象，截取接收到的百分之三的光信號(hào)功率，即可改變線路功率的狀態(tài)它是實(shí)時(shí)監(jiān)控的。一旦發(fā)現(xiàn)功率指標(biāo)惡化到預(yù)定閾值，就會(huì)自動(dòng)生成警報(bào)，并且主控制模塊調(diào)用光時(shí)域反射儀測(cè)試模塊來測(cè)試有故障的光纜。遠(yuǎn)程OPM 放置在光纜網(wǎng)絡(luò)的交叉點(diǎn)，以收集光能并將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)通道返回到遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端。②對(duì)于空閑光纖功率監(jiān)控模式，通過在光纖末端設(shè)置已知功率或相對(duì)穩(wěn)定的光源（光標(biāo)記），可以使用OPM 檢測(cè)和比較接收到的光功率在接收端實(shí)時(shí)顯示信息，可以直觀并快速檢測(cè)出影響正常光纖通信的大多數(shù)緊急情況，并啟動(dòng)光時(shí)域反射儀來檢測(cè)有故障的光纜。③對(duì)于傳輸鏈路警報(bào)監(jiān)控模式，傳輸設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理中的警報(bào)信號(hào)被收集為激活信號(hào)以掃描光時(shí)域反射儀故障，因此無需配置OPM 和光標(biāo)記。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站測(cè)試單元的設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站測(cè)試單元的設(shè)計(jì)主要包括以下四個(gè)方面：①通信模塊的設(shè)計(jì)。②設(shè)計(jì)測(cè)試表。③電源模塊的設(shè)計(jì)。④遠(yuǎn)程測(cè)試單元主控制面板的設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語

光通信電纜的發(fā)展給中國通信行業(yè)帶來了新的活力，光通信電纜由于其容量大，保密性高和傳播速度快等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。隨著光纖通信的發(fā)展，城市中鋪設(shè)了越來越多的光通信電纜，并且光纜的維護(hù)和光纜故障的修復(fù)變得越來越困難。隨著總數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑黾?，?duì)光纜的維護(hù)要求也在增加。計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為監(jiān)控光通信電纜提供了新的思路，自動(dòng)監(jiān)控逐漸取代了手動(dòng)監(jiān)控。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，準(zhǔn)確識(shí)別故障并提供支持，從而大幅縮短光纜的維修時(shí)間。