摘要：為提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的效率和準(zhǔn)確性，重點(diǎn)設(shè)計(jì)并開發(fā)一套基于智能光纜的電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理系統(tǒng)。通過集成光功率預(yù)警模型、光時(shí)域反射儀（Optical Time-Domain Reflectometer，OTDR）[A2] 故障定位算法等關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)光纜狀態(tài)、快速定位故障、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能并高效管理資源。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)在故障檢測(cè)準(zhǔn)確率、性能優(yōu)化效果和資源調(diào)配效率方面均表現(xiàn)出色。因此，該系統(tǒng)為電力通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維管理提供了有力的技術(shù)支持，顯著提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性，具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：智能光[A3] 纜 電力通信網(wǎng)絡(luò) 運(yùn)維管理 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Design and Research of Power Communication Network Operation and Maintenance Management System Based on Intelligent Optical Cable

WANG Zhen’gang

Shandong Guangda Engineering Consulting Co.， Ltd.， Ji’nan， Shandong Province， 25000[A4] 0 China

Abstract： In order to improve the efficiency and accuracy of network operation and maintenance， a power communication network operation and maintenance management system based on intelligent optical cables is designed and developed. By integrating key technologies such as optical power warning models and Optical Time Domain Reflectometer （OTDR） fault location algorithms， the system can monitor the status of optical cables in real time， quickly locate faults， optimize network performance， and efficiently manage resources. The experimental results show that the system performs well in terms of fault detection accuracy， performance optimization effect， and resource allocation efficiency. Therefore， this system provides strong technical support for the operation and maintenance management of power communication networks， significantly improving the reliability and stability of the network， and has broad application prospects.

Key Words： Intelligent optical cable; Power communication network; Operation and maintenance management; System design

隨著電力通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理面臨前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的運(yùn)維方式已難以滿足當(dāng)前復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和高效運(yùn)維的需求[1]。智能光纜作為電力通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障定位對(duì)保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有的光纜運(yùn)維管理系統(tǒng)存在監(jiān)測(cè)手段單一、故障定位不準(zhǔn)確、響應(yīng)速度慢等問題，嚴(yán)重影響了電力通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性。為此，通過整合先進(jìn)的光纖傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)分析算法和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，構(gòu)建一套智能化、高效化的電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理系統(tǒng)。

?1" 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)光纜網(wǎng)絡(luò)的全面、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將光纜網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)，方便運(yùn)維人員利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)分析、故障定位等功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理光纜故障，從而確保電力通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)架構(gòu)主要包含以下3個(gè)組成部分。（1）監(jiān)測(cè)中心。監(jiān)測(cè)中心主要負(fù)責(zé)收集、分析和處理來自各個(gè)監(jiān)測(cè)終端和監(jiān)測(cè)單元的數(shù)據(jù)。它具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠?qū)崟r(shí)顯示光纜網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)潛在故障進(jìn)行預(yù)警[2]。（2）監(jiān)測(cè)終端。監(jiān)測(cè)終端部署在光纜網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過高精度光時(shí)域反射儀（Optical Time-Domain Reflectometer，OTDR）[A5] 和光功率監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纜的損耗、反射等參數(shù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常時(shí)，監(jiān)測(cè)終端會(huì)自動(dòng)觸發(fā)故障預(yù)警，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)中心。（3）監(jiān)測(cè)單元。監(jiān)測(cè)單元作為光纜網(wǎng)絡(luò)中的基本監(jiān)測(cè)單位，主要負(fù)責(zé)具體光纜段落的監(jiān)測(cè)任務(wù)。每個(gè)監(jiān)測(cè)單元都配備了相應(yīng)的傳感器和通信設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)采集光纜的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將其上傳至監(jiān)測(cè)終端。

?2" 系統(tǒng)關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

2.1" 故障處理模塊

在設(shè)計(jì)故障處理模塊時(shí)，技術(shù)人員需要從以下幾個(gè)方面入手。

2.1.1故障檢測(cè)與定位

首先，系統(tǒng)通過光功率預(yù)警模型進(jìn)行故障檢測(cè)[3]。該模型通過光功率計(jì)模塊輪巡檢測(cè)光纜中各支光纖的光功率值，并與系統(tǒng)設(shè)定的閾值進(jìn)行比較。當(dāng)檢測(cè)到光纖中的光功率值低于閾值時(shí)，產(chǎn)生告警信號(hào)，并啟動(dòng)OTDR模塊對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距。光功率[A7] 預(yù)警模型的公式[A8] 可以表示為

式（1）中：代表告警條件；代表為光纖中光公路的實(shí)際值；代表系統(tǒng)設(shè)定的閾值；代表告警會(huì)滯值。

在OTDR故障定位算法方面，系統(tǒng)通過多次測(cè)量設(shè)備與故障點(diǎn)的距離，并將多次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均，以減小誤差。最終，通過考慮光纜接頭盒內(nèi)的盤留長度、光纜的絞縮率等因素，得出設(shè)備到故障點(diǎn)的實(shí)際距離。OTDR故障定位算法的公式可以表示為

式（2）中：為設(shè)備到故障點(diǎn)的實(shí)際距離；為設(shè)備與故障點(diǎn)的平均距離；為設(shè)備到光纖故障點(diǎn)之間的光接頭盒數(shù)量；為光纜接頭盒內(nèi)的盤留長度；為光纜絞縮率；為光纜皮長。

通過光功率預(yù)警模型和OTDR故障定位算法的結(jié)合，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光纜故障的精準(zhǔn)定位和有效檢測(cè)，從而提高電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理的效率和可靠性[4]。

2.1.2報(bào)警?

在定位到故障點(diǎn)后，系統(tǒng)立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，通過短信、郵件、系統(tǒng)界面等方式向運(yùn)維人員發(fā)送報(bào)警信息，告知故障類型、位置、影響范圍等信息。

2.1.3故障處理?

運(yùn)維人員接收到報(bào)警信息后，根據(jù)故障類型和位置，迅速組織搶修隊(duì)伍前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理。同時(shí)，系統(tǒng)提供故障處理指導(dǎo)和歷史故障案例庫，幫助運(yùn)維人員快速、準(zhǔn)確地解決故障。

2.2性能監(jiān)控模塊

在設(shè)計(jì)性能監(jiān)控模塊時(shí)，首先，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的性能監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)時(shí)采集網(wǎng)絡(luò)流量、誤碼率、時(shí)延等性能指標(biāo)數(shù)據(jù)。同時(shí)，系統(tǒng)還收集網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，如CPU利用率、內(nèi)存使用情況等[5]。其次，將采集的性能數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭\(yùn)維中心后，系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)對(duì)其進(jìn)行深入分析。通過對(duì)比歷史數(shù)據(jù)、設(shè)定閾值等方式，系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能異常和潛在問題。最后，通過直觀的圖表和界面，將分析好的性能數(shù)據(jù)展示給運(yùn)維人員。系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)性能監(jiān)控界面和歷史性能報(bào)告，幫助運(yùn)維人員全面了解網(wǎng)絡(luò)性能狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。

2.3資源管理模塊

資源管理模塊主要用于對(duì)光纜資源的分配、監(jiān)控和調(diào)整，該模塊的實(shí)現(xiàn)機(jī)制如下。首先，

資源管理模塊通過集成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑凸饫|資源數(shù)據(jù)，自動(dòng)靈活地分配所需要的光纜資源。當(dāng)有新業(yè)務(wù)需求時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、光纜容量、光纜質(zhì)量等因素，自動(dòng)選擇最優(yōu)的光纜路徑進(jìn)行資源分配，確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。其次，該模塊可以實(shí)時(shí)采集光纜網(wǎng)絡(luò)的光功率、誤碼率、時(shí)延等各項(xiàng)性能指標(biāo)，全面化監(jiān)控光纜資源。同時(shí)，利用故障預(yù)警功能進(jìn)行光纜異常問題檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到光纜性能異常時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，以便運(yùn)維人員及時(shí)處理。最后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況和業(yè)務(wù)需求的變化，資源管理模塊能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整光纜資源的分配。例如：當(dāng)某條光纜的負(fù)載過高時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)將部分業(yè)務(wù)遷移到其他光纜上，以平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

3系統(tǒng)測(cè)試

3.1實(shí)驗(yàn)步驟

本次實(shí)驗(yàn)步驟如下。（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理?：對(duì)收集的光纜運(yùn)行數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)和故障模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、整合和標(biāo)注，為后續(xù)的模型訓(xùn)練和測(cè)試做準(zhǔn)備。（2）故障檢測(cè)模型訓(xùn)練?：利用預(yù)處理后的故障模擬數(shù)據(jù)，訓(xùn)練故障檢測(cè)模型，使其能夠準(zhǔn)確識(shí)別光纜故障。（3）性能優(yōu)化策略實(shí)施?：在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施性能優(yōu)化策略，如動(dòng)態(tài)帶寬分配、故障快速恢復(fù)等，并收集實(shí)施前后的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)。（4）資源調(diào)配算法測(cè)試?：在模擬故障和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化的情況下，測(cè)試資源調(diào)配算法的優(yōu)化效果，如資源利用率和響應(yīng)速度的提升情況。（5）結(jié)果記錄與分析?：記錄實(shí)驗(yàn)過程中故障檢測(cè)模型的準(zhǔn)確率、網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化前后的對(duì)比數(shù)據(jù)、資源調(diào)配算法的優(yōu)化效果等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行詳細(xì)的分析。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

系統(tǒng)各指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表1所示，從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，可以得出以下結(jié)論。（1）故障檢測(cè)準(zhǔn)確率。通過改進(jìn)模型算法和增加訓(xùn)練數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的故障檢測(cè)模型的準(zhǔn)確率提升至98%，誤報(bào)率降低至1%。這表明優(yōu)化后的模型能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別光纜故障，減少誤報(bào)情況，提高運(yùn)維效率。（2）性能優(yōu)化效果。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平均延遲、帶寬利用率、設(shè)備負(fù)載均衡度均得以明顯提升，其提升率分別為33.3%、41.7%、28.6%。這表明該系統(tǒng)獲得良好的性能優(yōu)化效果。（3）資源調(diào)配效率。優(yōu)化后的資源利用率提升至95%；平均響應(yīng)時(shí)間縮短至5 s。這說明優(yōu)化后的系統(tǒng)具有較高的資源調(diào)配率。

4 結(jié)語

綜上所述，基于智能光纜的電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理系統(tǒng)通過集成光功率預(yù)警模型、OTDR故障定位算法等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)的全面、實(shí)時(shí)、智能監(jiān)控與管理。系統(tǒng)能夠高效準(zhǔn)確地檢測(cè)光纜故障，快速定位故障點(diǎn)，并通過遠(yuǎn)程光鏈路倒換機(jī)制保障網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，系統(tǒng)還具備強(qiáng)大的性能監(jiān)控與優(yōu)化能力，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整資源分配，提升網(wǎng)絡(luò)整體效率。

參考文獻(xiàn)

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