智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)研究*

曾 濤，沈成彬，蔣 銘

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海200122）

1 引言

近幾年來，隨著國內(nèi)外運營商FTTx光接入網(wǎng)的大規(guī)模部署和移動網(wǎng)絡(luò)規(guī)模發(fā)展帶動的大量光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，運營商新建的海量光纖基礎(chǔ)設(shè)施的管理成為重要課題。傳統(tǒng)的光纖資源管理主要采用紙質(zhì)標(biāo)簽、人工錄入的方式，存在較多問題，已經(jīng)很難適應(yīng)光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。例如，采用紙質(zhì)標(biāo)簽進(jìn)行光纖和光交接設(shè)備資源的標(biāo)識，缺乏準(zhǔn)確性和可靠性，導(dǎo)致大量光纖資源無法使用；海量資源數(shù)據(jù)需要人工錄入、校驗、派配，缺少自動化資源管理工具，光纖網(wǎng)絡(luò)裝維效率低，施工結(jié)果無法及時驗證，不利于施工流程的有效管理，缺少裝維流程管控手段。因此，光纖網(wǎng)絡(luò)資源的智能化管理顯得極為重要。為了解決上述問題，業(yè)界一些專家提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)，并大力推動其標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品化和現(xiàn)網(wǎng)部署。本文將從技術(shù)原理、系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)進(jìn)展等幾個方面探討智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)。

2 智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)

智能光分配網(wǎng)絡(luò)將電子標(biāo)簽技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)光分配網(wǎng)絡(luò)中，利用電子標(biāo)簽對光纖（包括尾纖、跳纖、光分路器尾纖等）進(jìn)行唯一標(biāo)識，從而實現(xiàn)光纖信息自動存儲、光纖連接關(guān)系信息自動識別、光纖資源信息校準(zhǔn)、可視化施工指導(dǎo)等功能。如圖1所示，智能光纖網(wǎng)絡(luò)由智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、智能管理終端、電子標(biāo)簽及智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等幾個主要部分組成，其中電子標(biāo)簽附著在光纖端口上，實現(xiàn)對光纖端口的標(biāo)識，并由智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口上的傳感器讀取，智能管理終端提供管理操作界面，主要完成智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入管理功能和現(xiàn)場施工管理功能，智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過各類接口實現(xiàn)對智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理。

2.1 電子標(biāo)簽技術(shù)

2.1.1 電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽以集成電路芯片為存儲信息的媒介，記錄電子編碼信息。目前主流技術(shù)方案分為接觸式和非接觸式兩大類，具體包括電子二維碼、接觸式電子標(biāo)簽（eID）和非接觸式電子標(biāo)簽（RFID）3種技術(shù)方案。

（1）電子二維碼

采用電子二維碼，唯一地識別和管理光纖端口。與一般二維碼不同的是，在智能光纖管理系統(tǒng)中的電子二維碼，一般利用光纖網(wǎng)絡(luò)端口所在行列位置作為唯一性識別方式，設(shè)備的地理位置+端口行列信息是電子二維碼的使用基礎(chǔ)。這種二維碼標(biāo)簽?zāi)壳笆褂玫谋容^少，所以暫時不做重點考慮。

（2）接觸式電子標(biāo)簽

采用接觸式的讀寫芯片存儲標(biāo)簽信息，實現(xiàn)光纖端口標(biāo)識信息的識別。跳纖兩端的電子標(biāo)簽之間可以相互關(guān)聯(lián)，可以標(biāo)識兩個連接器分別從屬于一根跳纖的兩個端子。

（3）非接觸式電子標(biāo)簽

采用RFID作為光纖端口的電子標(biāo)簽，由存儲識別代碼的集成電路芯片、內(nèi)置的收發(fā)天線組成。智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口上的傳感器采用RFID讀寫器。

2.1.2 eID和RFID電子標(biāo)簽的技術(shù)對比

（1）功耗

智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功耗越小，供電實現(xiàn)的難度就越小，特別是在室外場景下需要智能管理終端對其進(jìn)行臨時供電，更加需要低功耗的電子標(biāo)簽技術(shù)。從筆者的研究結(jié)果來看，eID單端口功耗為2～6 mW，RFID通過天線線圈對標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作，功耗相對較大，為13～20 mW。

（2）讀寫速率

在光纖網(wǎng)絡(luò)資源管理過程中，電子標(biāo)簽信息讀取速率顯得較為重要，高讀取速率可以極大地提高運維速度及使用感知。目前RFID基本都采用高頻段，工作頻率為13.56 MHz，根據(jù)ISO15693協(xié)議實現(xiàn)，最高讀取速率為26 kbit/s，相對而言，eID讀取速率更高，可達(dá)125 kbit/s。

（3）抗干擾能力

RFID采用無線的傳輸方式，工作頻率為13.56 MHz，容易受到外部電磁干擾，導(dǎo)致讀取錯誤；eID采用接觸式讀取方式，不易受到電磁干擾。

（4）安全性

RFID讀寫器只要靠近標(biāo)簽即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和修改且讀寫工具比較常見，在室外場景無人監(jiān)控下存在數(shù)據(jù)被篡改的風(fēng)險；eID為接觸式讀取數(shù)據(jù)，很難篡改數(shù)據(jù)，安全性較好。

（5）成本及其他

RFID采用無線方式，讀寫器需要外加讀取天線和射頻識別電路，在成本上比eID高且系統(tǒng)也比eID方式略微復(fù)雜。

從上述幾個方面綜合來看，eID性能具有一定的優(yōu)勢，更適合于新建場景采用。從理論上講，RFID不需要讀頭和天線標(biāo)簽接觸即可完成信號的收集，比較容易實現(xiàn)不中斷業(yè)務(wù)的設(shè)備升級。目前也有基于eID的可以保證不中斷業(yè)務(wù)的情況下進(jìn)行改造的解決方案，因此整體上eID技術(shù)具有一定的優(yōu)勢。

2.2 智能管理終端

智能管理終端作為一種便攜式設(shè)備，提供管理操作界面，主要完成智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入管理功能和現(xiàn)場施工管理功能，通過接口定義規(guī)范的接口要求分別與智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和上層OSS間進(jìn)行通信，如圖2所示。

智能管理終端也經(jīng)常用于不支持實現(xiàn)實時供電的智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的操作和維護(hù)，為其接入智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)提供代理服務(wù)功能。同時，智能管理終端可通過相應(yīng)接口從智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)下載施工工單，轉(zhuǎn)換成智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以識別的操作命令，通過對應(yīng)接口下發(fā)給智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為現(xiàn)場施工人員提供可視化的指導(dǎo)和幫助。對于不支持實時供電的智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，智能管理終端可提供供電服務(wù)。

現(xiàn)場施工完成后，智能管理終端可從智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采集端口及對應(yīng)的光纖電子標(biāo)簽信息進(jìn)行分析，實現(xiàn)自動校驗，校驗通過后，再把施工結(jié)果上傳給上層網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

2.3 智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括智能光纖配線架、智能光纜交接箱、智能光纖分纖箱等設(shè)備，主要完成采集標(biāo)簽信息、存儲和上傳標(biāo)簽信息、監(jiān)控端口狀態(tài)以及端口定位指引等功能。通過定義的不同接口分別與電子標(biāo)簽載體、智能管理終端、智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等進(jìn)行通信。智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可通過連接穩(wěn)定的交流或直流電源處于長時供電狀態(tài)或由智能管理終端向其短時供電。當(dāng)無電源輸入時，智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能與傳統(tǒng)光配線設(shè)備功能相同，主要完成光路的連接功能。

如圖3所示，智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備除了具備傳統(tǒng)光配線設(shè)備所具有的光纖連接、分配和調(diào)度等功能外，最重要的就是增加了智能化功能，如電子標(biāo)簽讀寫功能、端口管理功能和通信管理功能等，通過智能管理系統(tǒng)完成端口的電子化標(biāo)識及定位功能。

2.4 智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)直接管理智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或通過智能管理終端管理智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能，通過不同的接口定義分別與智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、智能管理終端和OSS間進(jìn)行通信。具體包括配置管理功能、資源管理功能、故障管理功能、評估分析管理功能、安全管理功能、拓?fù)涔芾砉δ堋⑾到y(tǒng)管理功能等，如圖4所示。

（1）配置管理功能

對包括智能ODF、OCC、ODB在內(nèi)的智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一管理和配置；可手動或自動完成光纖路由計算，能將光路由配置工單拆分為施工工單；可進(jìn)行創(chuàng)建、指派、轉(zhuǎn)派、實施工單操作并實時顯示工單狀態(tài)信息。

（2）資源管理功能

對智能光纖基礎(chǔ)設(shè)備信息資源（如全局信息、機(jī)架、機(jī)框、端口、光纜、設(shè)備連接關(guān)系等）進(jìn)行查詢、導(dǎo)入和導(dǎo)出，可統(tǒng)計當(dāng)前資源（如端口使用情況）使用情況，并能以圖形化界面顯示。

（3）故障管理功能

對智能光纖基礎(chǔ)設(shè)備的各個部分進(jìn)行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)故障或其他異常操作即產(chǎn)生故障告警，并有告警信號燈顯示故障設(shè)備，同時記錄故障發(fā)生時間，定位故障的位置，并能對告警進(jìn)行分級處理。在故障消除后，告警信息可以自動消除。

（4）評估分析管理功能

網(wǎng)管系統(tǒng)可對成端光纜資源、光路資源利用率進(jìn)行統(tǒng)計和分析，通過設(shè)備巡檢獲得資源數(shù)據(jù)，與系統(tǒng)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，統(tǒng)計比對結(jié)果。

（5）安全管理功能

網(wǎng)管系統(tǒng)可將系統(tǒng)中數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和恢復(fù)，保證系統(tǒng)的可靠性，并可配置不同級別的管理員權(quán)限，并能記錄所有操作日志。

（6）拓?fù)涔芾砉δ?/p>

系統(tǒng)可根據(jù)光路部署生成光路邏輯拓?fù)鋱D，可在GIS地圖上查看設(shè)備和光路由地理位置信息及節(jié)點信息。

（7）系統(tǒng)及智能終端管理功能

網(wǎng)管系統(tǒng)支持對自身軟硬件的日常管理功能，并管理和控制接入系統(tǒng)的智能終端數(shù)量，也可授權(quán)或不允許智能終端接入系統(tǒng)，并能管理操作人員賬號及操作日志。

3 智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈、標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展及發(fā)展趨勢

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

智能光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)受到了光接入產(chǎn)業(yè)界的重視和支持，包括光器件廠商、設(shè)備廠商以及運營商，都投入很大精力促進(jìn)其發(fā)展，并逐步解決了一系列關(guān)鍵的技術(shù)問題。

（1）電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽替代紙質(zhì)標(biāo)簽進(jìn)行光纖端口的標(biāo)識是智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)的核心，因此電子標(biāo)簽的性能決定了智能光纖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品使用的便利與否。電子二維碼技術(shù)方案價格較為低廉，但現(xiàn)網(wǎng)改造較為復(fù)雜，所以采用電子二維碼標(biāo)簽技術(shù)方案的廠商較少。eID技術(shù)方案受到絕大多數(shù)廠商的青睞，從技術(shù)、成本等綜合情況來看，eID技術(shù)方案比較可靠，具備一定的優(yōu)勢。也有一些廠商推出基于RFID技術(shù)的解決方案。盡管隨著RFID技術(shù)的不斷成熟，成本在逐步下降，但RFID在目前主流的幾種標(biāo)簽方案中仍然較高，而且RFID技術(shù)為無線接觸方式，所以其穩(wěn)定性、可靠性和壽命等還需要進(jìn)一步驗證。

（2）智能管理終端

目前的智能管理終端因為沒有具體的相關(guān)規(guī)范及要求，終端型態(tài)較多，主要有兩種：一種是通用終端 （如Android系統(tǒng)的智能手機(jī)）+電源通信模塊；另外一種是定制的智能管理終端，如平板電腦。定制智能管理終端可直接和智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行連接和通信，對于運維及施工人員來說使用及攜帶起來較為方便。但因為是定制產(chǎn)品，目前成本還較高。

（3）智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)方面，目前大多廠商采用Windows操作系統(tǒng)平臺、SQL Server或MySQL數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)基本可以實現(xiàn)對智能光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。大多網(wǎng)管系統(tǒng)基本上是在已有PON管理系統(tǒng)或GIS的基礎(chǔ)上演進(jìn)改變而來，界面、窗口、友好度、便捷性等方面較為完善，已經(jīng)能夠滿足運營商網(wǎng)絡(luò)運行維護(hù)的需求。

（4）智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因為已有光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的良好基礎(chǔ)，此類設(shè)備的功能較為成熟。可通過連接交流或直流電進(jìn)行供電，也可由智能管理終端在施工時對其短時供電，基本上不存在技術(shù)及功能上的差距。但此類設(shè)備在高溫、低溫、高濕等惡劣環(huán)境下的可靠性需進(jìn)一步驗證。

在應(yīng)用案例方面，中國移動等運營商已開展進(jìn)行現(xiàn)場試驗，例如，2013年，中國移動在廣東、浙江、福建、江蘇、四川、黑龍江和云南等多省實施試點，中興通訊、華為技術(shù)、上海貝爾、烽火通信等主流智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)廠商參與了試點，系統(tǒng)地驗證了智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)的能力、優(yōu)勢與不足，一定程度上促進(jìn)了智能光纖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

國內(nèi)外運營商對智能光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)展高度關(guān)注，全球超過15家運營商傾向于智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)。國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化組織如BBF、ITU-T、CCSA等都在進(jìn)行關(guān)于智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。

2010 年6月，ITU-T日內(nèi)瓦全體大會最早接收智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提案。2011年2月經(jīng)ITU-T大會討論，接納智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)提案。2011年12月在ITU-T大會上討論相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，并于2012年9月發(fā)布。

2011 年起，BBF開始考慮智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)總體架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)。2012年5月在BBFQ2會議上通過了《Intelligent Fiber Infrastructure Management Systems Architecture and Requirements》標(biāo)準(zhǔn)的立項，標(biāo)準(zhǔn)號為WT-311。目前該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)基本完成了主體內(nèi)容，已進(jìn)入Straw Ballot階段，預(yù)計2014年底正式發(fā)布。

CCSA從2011年就展開了智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，并于2013年發(fā)出了總體技術(shù)要求征求意見稿。中國電信、中國移動和中國聯(lián)通也分別都撰寫了相關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

整體上，國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織在智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)一步加快，智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將逐步完善，預(yù)計1～2年就可以形成完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.3 智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部署模式

智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是對已有光纖分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的升級。從現(xiàn)網(wǎng)情況來看，建設(shè)智能光纖網(wǎng)絡(luò)的主要工作包括制定統(tǒng)一的光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，推動產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和互操作；制定智能光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備改造/新建方案；建設(shè)智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、管理和存儲；打通智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)與運營支撐系統(tǒng)對接的相關(guān)流程，包括業(yè)務(wù)開通、故障處理等。運營商引入智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)的實施過程如圖5所示。

從目前的實際情況來看，現(xiàn)網(wǎng)光纖基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)占FTTx網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資的50%以上，在移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中投資比例也大量增加，再加上光纖網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施具有建設(shè)周期長、在網(wǎng)時間長和敷設(shè)后難調(diào)整的特點。因此，對傳統(tǒng)光纖網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的改造是當(dāng)務(wù)之急。

現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能化改造比新建智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)更加困難，因為要保證在改造過程中業(yè)務(wù)不中斷，還要充分利用現(xiàn)有資源，設(shè)備上要保證軟硬件的兼容性，操作方面要確保便利性、可行性和效率性，成本方面要做到合理、可控。

智能化光纖網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施改造流程如圖6所示。

另外，智能光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最終要融入由綜合資源系統(tǒng)、施工調(diào)度系統(tǒng)、CRM系統(tǒng)以及光路故障檢測和診斷系統(tǒng)等組成的OSS體系架構(gòu)中。網(wǎng)管系統(tǒng)的北向接口用于滿足OSS的對接要求，南向接口滿足異廠商智能ODN設(shè)備互連互通要求。

智能光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在實際的推廣和部署過程中，雖然已解決面臨的大部分問題，但還有以下兩個主要問題未解決。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化問題

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織和機(jī)構(gòu)雖然都在制定智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，但還沒有完成，而且在標(biāo)簽編碼格式、接口協(xié)議、終端形態(tài)及網(wǎng)管系統(tǒng)功能模塊等細(xì)節(jié)方面還存在兩種或更多的選項，產(chǎn)品和技術(shù)方案還不統(tǒng)一，不利于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（2）運營商光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)度問題

眾所周知，主流運營商已經(jīng)初步完成了城市地區(qū)的光纖覆蓋，對已有巨大存量線路資源的運營商來說進(jìn)行智能化改造難度和改造成本巨大，需要逐步有序推進(jìn)。

4 結(jié)束語

面對現(xiàn)網(wǎng)巨大的光纖分配網(wǎng)絡(luò)，光纖網(wǎng)絡(luò)資源的智能化管理將是今后發(fā)展的大趨勢。智能光纖網(wǎng)絡(luò)的引入不單限于光纖網(wǎng)絡(luò)線路設(shè)施資源的標(biāo)簽化，而需要在整體架構(gòu)上對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，既涉及OSS和光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，也涉及大量的光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及線纜設(shè)施，同時需要對運營商的業(yè)務(wù)和管理流程進(jìn)行改造。智能光纖網(wǎng)絡(luò)的引入是一個循序漸進(jìn)的過程。隨著成本的不斷降低，技術(shù)逐步成熟，標(biāo)準(zhǔn)漸趨完善，智能光纖基礎(chǔ)設(shè)施管理技術(shù)的優(yōu)勢會進(jìn)一步凸顯，會在不久的將來迎來大規(guī)模部署的局面。

1 YD/T 778 778-2011.光纖配線架，2011

2 YD/T 988－2007.通信光纜交接箱，2007

3 YD/T 2150－2010.光纜分纖箱，2010

4 BBF WT-311.Fiber Infrastructure Management System:Architecture and Requirements(work in progress)

5 毛雯銘，張毅，沈成彬等.智能光分配網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其進(jìn)展.電信科學(xué)，2012,28(8):17～21