光缆自动监测系统的研究与分析

1、光缆自动监测系统的研究与分析摘 要 :随着大容量、高速率光缆通信系统的广泛应用 通信网的稳定性对通信线路的日常维护管理工作提出了更 高的要求。一旦发生光缆线路阻断 ,不但修复困难 ,阻断历时 长,而且损失巨大 ,因此开发独立光缆自动监测系统成为光通 信领域研究的重点。 通过分析光缆自动监测系统的枝术特点 建立了光缆监测系统的硬件结构体系和软件结构体系。给出 光缆自动监测原理及光缆监测三种监测方式在实践中的应 用,实现光缆中断后迅速上报告警 ,及时自愈保护功能 ,使光纤 传输线路管理维护进入自动化的时代。关键词 :光缆自动监测系统 ; OTDR; 传输网络 ; SDH 中图分类号 :TN929

2、文献标识码 :A 文章编号 :1004-373X(2010)07-0104-03Study and Analysis on Fiber Cable Automatic Monitoring SystemZHANG Ying, LONG Hai-nan(Hebei University, Baoding 071002, China)Abstract: With extensive use of the large capacityhigh-speed fiber cable communication system, a higher demand of the stability of the

3、 communication network for maintenance work of the communication lines is proposed. In case of the occurrence of fiber cable blocking, it is not only difficult to repair, but also the time of blockade lasts for long and suffers a great loss, so the development of an automatic monitoring system becom

4、es focus of the optical communication. By analyzing technical characteristics of the fiber cable automatic monitoring system, it establishes the hardware and software architectures of the system. It shows the principle of automatic monitoring and three kinds of modes for fiber cable monitoring appli

5、ed in practice, realizes high-speed alarm reporting and timely self-healing protection when the fiber cable occurs breakdown, and makes management and maintenance of fiber transmission lines go into the automation age.Keywords: fiber automatic monitoring system; OTDR; transport network; SDH0 引言近年来 ,

6、建设信息高速公路已成为通信网络发展的当务 之急。为了给信息高速公路提供“高速、安全、灵活”的服 务,适应未来宽带综合业务数字网发展的需要,对于信息高速公路的承载者光传送网提出了更高的要求。如何提高传 输网络的安全性 ,使其具有较高的生存能力和竞争力 ,已经成 为各大运营商在传输网络的优化扩容中首要考虑的问题。由 于光纤通信系统传输的容量巨大 ,一旦光纤通信系统的可靠 性和安全性出现问题 ,人们的政治生活、 经济生活以及日常生 活都会受到极大的影响 ,其后果对于社会和个人可能是破坏 性的。监于光缆线路障碍对于光纤通信系统可靠性和安全 性、公共社会构成的重大影响 ,以及目前运行的监控系统存大 的问

7、题 ,必须有新的维护手段才能适应通信的发展。 开发和安 装独立光缆线路自动监测系统就显得更为重要 1 。对光缆金属护层破损情况进行监测 ,在短时间内难以解 决;而对光缆纤芯进行监测则能实时掌握传输系统的变化及 光纤的劣化情况 ,是目前推广使用的方法。 该方法除可进行实 时监测外 ,还能及时发现可能出现的光缆故障征兆。 当光缆线 路发生障碍时 ,能及时准确地判断出故障点位置。利用光缆自动监测系统解决光传输网维护问题,将预警功能与实时告警功能相结合 ,及时发现光缆网隐患 ,有效压缩 障碍历时 ,变被动维护为主动维护 ,成为光缆自动监测系统今 后发展急需解决的难题。1 技术特点 光缆自动监测系统是一

8、种利用计算机、 通信技术 ,以及光 纤特性测量技术 ,对光纤传输网进行远程分布式的实时监测 并将光缆线路的状况信息集中收集、处理和存储的自动化监 测系统 2 。系统可进行定期 （周期 ）测试、 点名测试和障碍告警测试。 当光纤发生障碍时 ,系统进行障碍告警测试 ,并对光纤障碍性 质进行自动判断 ,按规定的告警级别发出告警信息,并迅速、准确地确定故障点的位置。该系统通常融合了网络通信技术、光学测量技术、地理信息系统（GIS）以及全球卫星定位系统（GPS）等技术，对光缆 中光纤传输衰耗特性变化及光纤阻断故障实现远程分布式 实时、在线地自动监测。采用 TCP/IP 进行系统互连 ,可使监测中心和监测

9、站同时 处理多个连接 ,并可远程进行系统维护及软件升级,还具有较好的安全性和较高的可靠性 , 符合全国电信管理网 （TMN） 的 要求。2 光缆监测系统的体系结构2.1 系统结构光缆线路自动监测网的建设要保证在本传输网中的统一性、完整性和先进性。光缆监测网应该是功能比较齐备性能可靠地逐级与本地传输网管相联的网络。各级网管、监 测中心各负其责 ,其中省级监测中心只对存大的重大问题进行掌握 ,而地市级监测中心一般要承担维护的主要任务。如图1,一般来说光缆自动监测系统分成三层结构,即省监控中心PMC、区域监测中心 LMC和监测站MS。其中 ,监测中心对测试站进行控制 ,是采集数据和处理数 据的中心

10、;测试站对光缆线路进行光功率监测和远程遥控自 动监测 ,以跟踪光纤传输损耗的变化 ,监督测站可无人值守3 。图 1 光缆监测系统的硬件结构PMC 和 LMC 为管理层 ,可以查看、 控制 MS 监测站的工 作;MS监测站为设备层，主要完成OTDR的测试以及光功率 的监测等功能。2.2 软件结构如图 2,光缆自动监测系统支持 C/S 结构（客户端 /服务器 结构）和B/S（浏览器/服务器）结构。服务器、客户端共用一个 数据库服务器 ,通过 TCP/IP 网络对监测站进行管理 4 。图 2 光缆自动监测系统软件结构3 光缆自动监测原理光缆自动监测系统工作原理是通过对接收到的 OTDR 触发源的光功

11、率的分析 ,得到光缆的运行状态 ,如果得到可光功率的告警信号则光缆自动监测系统会自动启动 OTDR 模 块 ,对接在光开关上的光纤线路进行故障测试,查找故障点5。光缆自动监测系统共有三种监测方式:单备纤监测、双备纤监测和在线监测。3.1 OTDR 接触源一般来说 ,常规的光缆自动监测系统采用在远端设置监 测光源作为 OTDR 启动测试的触发源 ,即在远端设置监测光 源,OTDR端在接收监测光源的光功率发生异常时启动OTDR测试。除了这种常规的触发方式外 ,还可以使用光纤自动切换 系统(光保护系统OLP)的光功率作为 OTDR的触发源。这样, 既可以省去在远端设置安装监测光源,还可以使用 OTD

12、R 同时测试 OLP 系统所使用的主备用光纤资源 ,使用更方便 ,测试 更合理。OTDR 触发源有两种 :远端监测光源和 OLP 系统。3.2 单备纤监测单备纤监测即 OTDR 与远端光源在同一根光纤中传输 , 由于OTDR的发射波长一般使用 1 625 nm,如果使用远端监 测光源作为 OTDR 启动测试的触发源 ,则监测光源的波长一 般采用1 550 nm,所以在光源的发端和 OTDR的发端分别使 用一个光耦合模块 (WDM) 对两种信号进行隔离。如果使用 OLP 系统作为触发源 ,则不需要增加 WDM 模 块,且对 OTDR 的波长也无特殊要求。单备纤监测方式只使用一根备纤。3.3 双备

13、纤监测双备纤监测即 OTDR 与远端光源在不同的光纤中传输 , 如果使用远端监测光源作为 OTDR 启动测试的触发源 ,则双 备纤监测方式只需要使用两根备纤 ,不需要增加其他光器件。如果使用 OLP 系统作为触发源 ,则本方式同上节 ,只使用 一根备纤。3.4 在线监测在线监测仅针对于远端监测光源作为 OTDR 启动测试 的触发源。在线监测在备用光纤稀少的情况下使用。一般对传输系 统收光分光的3%5%进行分析，其余的光(95%97%)仍然 回到传输系统中。通过分析3%5%的光的性能，判断整个光 缆的运行状态。传输系统的发光与 OTDR 使用光耦合模块 (WDM) 进行 耦合后发送到光缆中去 ,

14、对端在接收时使用滤波器过滤掉 OTDR 的 1 625 nm 的光后进入传输系统。在线监测不使用备纤资源 ,但是需要增加一块光耦合模 块和滤波器 ,而且对现有的传输系统引入 12 dB 的插损。需要注意的是 ,对于 DWDM 密集波分系统 ,由于 DWDM 波分系统发光很强 ,OTDR 卡的发光也较强 ,如果将 OTDR 与 DWDM 系统发射光耦合后发送到光纤中后会产生非线性效 应,从而影响当前在用传输系统。 所以在线监测不适用于波分 系统 6。4 监控信息的传输方式光缆线路监控系统应该采用集中维护方式（这是维护方式的主要发展方向 ）,这样做存在一个监控信号的传输问题。 监控信号的传输可以考

15、虑采用两种方式 :一种是依托于公众 通信网的传输方式 ,另一种是依托于 SDH 网元设备的传输方 式7。4.1 利用公众通信网的传输方式 利用公众通信网的传输监控信号时 ,要求租用公众通信 网来传输监控信号。如果公众通信网的可靠性和接通率足够 高时 ,那么监控信号的传输是比较可靠的 （尽管情况并非如人 意 ,在长途公众通信网中尤其如此 ）,而且光缆线路监控系统与 所监控的光缆线路的好坏没有任何关系 ,从而防止了由于光 缆线路障碍所造成的光缆线路监控系统的瘫痪。这种传输方 式的主要缺点包括 :对租用公众通信网的依赖性较大 ,光缆线 路监控的可靠性主要由公众通信网的可靠性决定;光缆线路监控系统运行

16、的经济性比较差等。在利用公众通信网的传输方式中 ,也存在两种工作方式 : 一种方式是各个监控站 （网关站 ）或者子站 （非网关站 ）持续传 输数据的方式 ,另一种方式是各个监控站 （ 网关站 ）或者子站 （非网关站 ）定时传输数据的方式 8 。4.2 利用 SDH 网元设备的传输方式利用SDH网元设备传输网管信号时，要利用到SDH信号 帧结构中的一部分目前还没有定义的段开销字节 ,也就是光 缆线路监控系统要依托于现有的 SDH 传输设备。利用 SDH 网元设备传输网管信号时 ,最大的优点是它的 经济性。当然,这种方式也有其缺点 :当 SDH 网络瘫痪时 ,光缆 线路监控系统也会像 SDH 网管

17、系统一样发生失效现象。然 而,这里提出的光缆线路监控系统的主要任务是:在光纤通信系统正常运行状态下 ,实时地监控光缆线路的逐步劣化情况,以便对于逐劣化情况采取必要和正确的维护措施 ,从而避免 逐渐劣化情况转变成光缆线路障碍。 所以 ,光缆线路监控系统 的这一缺点对于要完成的系统功能来说是微不足道的9 。5 结语光缆自动监测系统能与光保护系统有效结合 ,真正实现 了光纤故障时及时保护 ,OTDR 自动测试 ,同时进行故障点 GIS 定位 ,并自动通报维护人员 ,为及时准确地排除光缆线路 故障提供了强有力的监控手段。将光缆自动监测系统的功能 总结如下 :(1) 光功率系统报警迅速 ,测试定位准确

18、,5 s 内可反映出 全网内光纤性能状态变化。(2) 详实的统计报表 ,分析光缆网络性能 ,为管理人员提 供决策依据。(3) 建立了传输系统与光纤的串接路由表库 ,能在十分复 杂的光缆网中及时准确地分析出真正的故障光缆段 10 。21世纪,IP业务爆炸性的增长给电信业带来了激烈的竞 争,也为其提供了难得的机遇。据有关统计数据说明,传统话音业务量年增长率只有 5%10%, 而以 Internet 为代表的数据 业务年增长率高达 30%40% 。在未来 1 0年内,世界主要电信 网络的数据业务量将大大超过话音业务量,网络的业务构成将发生根本性的变化 ,传输网承载的业务向以数据业务为中 心的方向融合已成为一种必然趋势。随着传输网承载的业务 越来越重要 ,光缆自动监测系统所发挥的作用也越来越大。 随 着科学的发展、 技术的进步 ,未来一定会有更加先进的光缆自 动监测系统为现代化通信保驾护航。参考文献1 张锡斌 .光缆线路工程 M. 北京:人民邮电出版社, 2006.2 杨同友 ,杨湘邦 .光纤通信技术 M. 北京 : 人民邮电出版 社,2006.3 王晶,郝明.基于分布式光纤传感器的光缆监测系统改 进方案 J. 光通信技术 ,2008(1):43-45.4 赵仲刚 .光纤通信与