采用微波作為光纜自動監(jiān)控系統(tǒng)備份傳輸?shù)目尚行匝芯?/h1>
2015-04-29 00:00:00寧文暉
科技創(chuàng)新與應用 2015年26期
摘 要：文章闡述了光纜監(jiān)測現(xiàn)狀，對比了衛(wèi)星通話和微波通信的優(yōu)缺點，對微波備份系統(tǒng)的一些關鍵問題進行了研究，提出了解決辦法。對采用微波做為光纜自動監(jiān)控系統(tǒng)備份傳輸?shù)目尚行赃M行了分析和研究。
關鍵詞：微波傳輸；自動監(jiān)控系統(tǒng)；冗余備份；自動切換
目前我國的主要通信線路一般都使用光纜進行傳輸，光纜維護主要依靠人工進行巡查，但隨著光纜線路數(shù)量的增加，靠原有依靠人工巡檢的維護方式已不能滿足實際工作需要。隨著OTDR光時域反射技術的廣泛使用，光纜巡查已經(jīng)逐步過渡到使用光纜監(jiān)控系統(tǒng)進行自動監(jiān)控。
光纜自動監(jiān)控系統(tǒng)一般是由省級監(jiān)控中心、市級監(jiān)控中心和現(xiàn)場監(jiān)測站三部分組成。現(xiàn)場監(jiān)測站安裝在傳輸機房內，主要由光功率告警采集單元和光纖遠程測試單元兩部分組成，由監(jiān)測中心進行管理，實現(xiàn)光功率告警功能和故障定位功能。監(jiān)控中心包括有工作在Windows Server下的服務器和多媒體設備，通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與其他監(jiān)測中心和監(jiān)測站連接。
監(jiān)控中心主要的功能有：（1）配置功能：主要是對系統(tǒng)的遠程和本地數(shù)據(jù)庫參數(shù)做配置管理。（2）故障管理功能：主要是輪詢和記錄處理各種報警。（3）安全管理功能：主要作用是管理用戶賬戶、口令和權限；記錄用戶登錄活動和操作；提供數(shù)據(jù)備份；系統(tǒng)定期監(jiān)測和病毒清除；保存監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。（4）報表功能：主要包括光纜故障統(tǒng)計；生成光纖資源管理表和監(jiān)測設備表；根據(jù)指定的時間段、光纜段、告警來源或告警級別生成對應的報表。
三級設備通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)匯接而成，其中監(jiān)控中心由運行Windows Server的服務器構成，使用SQL Server網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，主要是匯總處理各種信息。現(xiàn)場監(jiān)測站是由監(jiān)控系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊組成的自動控制系統(tǒng)，可根據(jù)系統(tǒng)設定處理各種故障和記錄實時數(shù)據(jù)；監(jiān)測中心和現(xiàn)場監(jiān)測站均采用Router作為網(wǎng)間連接設備。
現(xiàn)有的光纜監(jiān)控系統(tǒng)具有故障自動監(jiān)測功能，但出現(xiàn)故障后，只是對故障進行報警和記錄，大部分情況下還需人工進行現(xiàn)場維修，并不具備故障自動修復功能。目前對重要光纜線路，為保證線路安全性，除使光纜成環(huán)以保證系統(tǒng)通信可靠性外，還可考慮采用光纜實時監(jiān)控系統(tǒng)+主備光纜自動切換的系統(tǒng)。即當通信光纜出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自動切換到備用光纜，以保證線路通暢。隨著新技術的發(fā)展，由高性能的光電器件、自動控制系統(tǒng)和工控級組態(tài)軟件組成的新型光路自動保護系統(tǒng)，在技術上已經(jīng)可以實現(xiàn)主備光纜的實時自動切換的功能。
但隨著近年來城市建設的不斷擴大和深入，由于施工原因造成光纜中斷的現(xiàn)象時有發(fā)生。尤其近年來由于地震、泥石流、洪水等地質災害頻發(fā)，也造成大面積區(qū)域發(fā)生線路故障。此時，即便的采用光纜成環(huán)或自動切換到備用光纜的方式都不能保證通信線路通暢。那么還有沒有更好的保證重要通信線路通暢的方法呢？
除了光纜外，常用的線路傳輸方式一般有衛(wèi)星通信和微波通信，衛(wèi)星通信的優(yōu)點是覆蓋面廣、傳輸速率快、傳輸質量高。衛(wèi)星通信不會受到自然災害的影響，受外界影響較小，信號的可靠性較高，但由于其信息傳輸雙向的不對稱性，交互性較差，不適合作為光纜的備用傳輸方式。而微波傳輸?shù)膬?yōu)點是建站周期短、安裝簡便、安全可靠、幾乎無時延。微波采用點對點的傳播方式，方向性較強，有非常好的抗干擾能力，而且微波往往由多個波道組成，并設置了能自動倒換的主、備波道，能進行大容量、高質量、長距離的傳輸。微波傳輸?shù)娜秉c是在某些頻率開放的區(qū)域，會受到外界的電磁干擾，用微波進行傳輸，中間不能有建筑物、山體等遮擋，在雨雪天氣會有嚴重的雨衰。但微波與光纖通信相比，微波通信抗自然災害和人為破壞的能力還是比較強的。比如在2007年，我國南方發(fā)生嚴重的暴雨洪澇災害，許多省區(qū)的有線通信線路遭到嚴重破壞，而微波線路卻能正常使用。在2008年和2010年，我國分別發(fā)生了汶川和玉樹大地震，震后地震區(qū)域的光纜線路全部中斷，但微波線路只受到輕微損壞，稍做修復后就恢復了通信。微波通信隨不算上是什么新技術，但它的技術成熟可靠，現(xiàn)在已經(jīng)過渡到數(shù)字通信，而且技術還在不斷發(fā)展。在我國光纖通信大發(fā)展之前，半數(shù)以上干線踐路和許多省內干線都是通過微波傳輸?shù)模壳拔覈孕性O計生產(chǎn)的微波設備，性能相當優(yōu)異，微波通信有著投資省、建設周期短、見效快、抗自然災害能力強、線路質量可靠等許多優(yōu)點。但隨著我國光纖通信的發(fā)展，通信主干網(wǎng)絡基本已經(jīng)光纜網(wǎng)絡承載，由此淘汰出來了許多微波設備。大量的微波設備閑置，造成巨大的浪費。而在我國一些重要企事業(yè)單位和軍工系統(tǒng)的通信節(jié)點，對線路穩(wěn)定性要求極高，如果能將原有微波線路作為重要支線的備份，則既能發(fā)揮原有微波設備的作用，增加系統(tǒng)穩(wěn)定些，又能節(jié)約成本減少浪費。
對重要干線，可以采用由現(xiàn)場監(jiān)測站進行日常實時監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)光纜故障，則切換到備用光纖，而一旦發(fā)生重大情況，如洪水、地震等自然災害，整個區(qū)域的光纜發(fā)生大面積故障，則自動切換至微波線路。
使用微波替代光纜通信做線路冗余，還需要考慮的幾個方面問題。
首先，從成本和現(xiàn)實意義上考慮，我們應該明確，并非將所有的光纖傳輸都切換至微波，而只是將其中極其重要的、對穩(wěn)定性要求高的線路做成光纜+微波備份的雙冗余的故障自動切換系統(tǒng)，對其他普通線路將只做成備份光纜自動切換系統(tǒng)。其次，由于光纖傳輸速率較微波高，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也較大，所以一旦光纜發(fā)生故障需要切換到微波時，并非所有的業(yè)務都由微波進行承載，我們只能保證部分重要的業(yè)務優(yōu)先傳送。所以首先必須對業(yè)務根據(jù)重要程度劃分優(yōu)先級，一但發(fā)生業(yè)務切換時，系統(tǒng)先將優(yōu)先級高的業(yè)務切換至微波系統(tǒng)，并實時監(jiān)控數(shù)據(jù)流量，根據(jù)數(shù)據(jù)量變化的情況，由控制系統(tǒng)進行動態(tài)調節(jié)。如線路承載能力足夠，系統(tǒng)將可依次將優(yōu)先級較低的業(yè)務陸續(xù)加載進來，反之則逐次切除優(yōu)先級低的業(yè)務。另外，系統(tǒng)還需要設立大容量的數(shù)據(jù)池。我們可以將接收到的數(shù)據(jù)預先暫存在數(shù)據(jù)池中。數(shù)據(jù)按優(yōu)先級的順序或先進先出原則進行傳輸。設立數(shù)據(jù)池后，可以有效的解決光纖傳輸和微波傳輸速率不匹配的問題，消除數(shù)據(jù)淤塞，保證大數(shù)據(jù)的傳輸。
由于由光纜切換至微波會產(chǎn)生的輕微延時，也為了保證線路的穩(wěn)定性，可將預設的優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)同時用光纜和微波兩套系統(tǒng)并行傳送，即將微波做成冗余熱備系統(tǒng)，控制系統(tǒng)一旦監(jiān)測到光纜發(fā)生故障，將自動切換至微波通信，這樣就能最大限度的減少時延，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
綜上所述，雖然光纖通信具有傳輸速率大、保密性好等優(yōu)點，目前是我國數(shù)據(jù)通信的主要傳輸方式，但它在建設周期、邊遠山區(qū)的施工便利性和抗擊自然災害的能力不如微波通信，需要注意的是，用微波做為光纜備份線路的方法，只適用與一些對安全性、穩(wěn)定性要求極高重要企事業(yè)單位和軍工系統(tǒng)的通信節(jié)點，并不適合于廣泛使用。采用微波做為光纜干線備份傳輸在技術上和操作上都是可行性的，既能夠充分利用原有閑置的微波設備，又能夠節(jié)約成本，非常具有現(xiàn)實意義。
參考文獻
[1]王宏宜.長途光纜干線計算機自動監(jiān)測系統(tǒng)設計[D].哈爾濱理工大學，2005.
[2]梁浩佳.采用微波作為備份信號傳輸方式的可行行分析[J].信息科技，2010，9：189-190.
[3]林學琛.廣播電視微波網(wǎng)改造與光纖信號互為備份傳輸[J].東南傳播，2009，7：66-68.
[4]聶敏.論微波通信與光纖通信的協(xié)調建設[J].西安郵電學院學報，1995，1：43-46.
[5]康晨.OTDR遠程光纜集中監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].北京郵電大學，2007.
作者簡介：寧文暉（1973-），男，漢族，福建省永春縣人，西安電子科技大學碩士，職稱：工程師，現(xiàn)就職于陜西思普瑞通信設計咨詢有限公司，主要從事通信設計咨詢工作。
摘 要：文章闡述了光纜監(jiān)測現(xiàn)狀，對比了衛(wèi)星通話和微波通信的優(yōu)缺點，對微波備份系統(tǒng)的一些關鍵問題進行了研究，提出了解決辦法。對采用微波做為光纜自動監(jiān)控系統(tǒng)備份傳輸?shù)目尚行赃M行了分析和研究。
關鍵詞：微波傳輸；自動監(jiān)控系統(tǒng)；冗余備份；自動切換
目前我國的主要通信線路一般都使用光纜進行傳輸，光纜維護主要依靠人工進行巡查，但隨著光纜線路數(shù)量的增加，靠原有依靠人工巡檢的維護方式已不能滿足實際工作需要。隨著OTDR光時域反射技術的廣泛使用，光纜巡查已經(jīng)逐步過渡到使用光纜監(jiān)控系統(tǒng)進行自動監(jiān)控。
光纜自動監(jiān)控系統(tǒng)一般是由省級監(jiān)控中心、市級監(jiān)控中心和現(xiàn)場監(jiān)測站三部分組成。現(xiàn)場監(jiān)測站安裝在傳輸機房內，主要由光功率告警采集單元和光纖遠程測試單元兩部分組成，由監(jiān)測中心進行管理，實現(xiàn)光功率告警功能和故障定位功能。監(jiān)控中心包括有工作在Windows Server下的服務器和多媒體設備，通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與其他監(jiān)測中心和監(jiān)測站連接。
監(jiān)控中心主要的功能有：（1）配置功能：主要是對系統(tǒng)的遠程和本地數(shù)據(jù)庫參數(shù)做配置管理。（2）故障管理功能：主要是輪詢和記錄處理各種報警。（3）安全管理功能：主要作用是管理用戶賬戶、口令和權限；記錄用戶登錄活動和操作；提供數(shù)據(jù)備份；系統(tǒng)定期監(jiān)測和病毒清除；保存監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。（4）報表功能：主要包括光纜故障統(tǒng)計；生成光纖資源管理表和監(jiān)測設備表；根據(jù)指定的時間段、光纜段、告警來源或告警級別生成對應的報表。
三級設備通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)匯接而成，其中監(jiān)控中心由運行Windows Server的服務器構成，使用SQL Server網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，主要是匯總處理各種信息。現(xiàn)場監(jiān)測站是由監(jiān)控系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊組成的自動控制系統(tǒng)，可根據(jù)系統(tǒng)設定處理各種故障和記錄實時數(shù)據(jù)；監(jiān)測中心和現(xiàn)場監(jiān)測站均采用Router作為網(wǎng)間連接設備。
現(xiàn)有的光纜監(jiān)控系統(tǒng)具有故障自動監(jiān)測功能，但出現(xiàn)故障后，只是對故障進行報警和記錄，大部分情況下還需人工進行現(xiàn)場維修，并不具備故障自動修復功能。目前對重要光纜線路，為保證線路安全性，除使光纜成環(huán)以保證系統(tǒng)通信可靠性外，還可考慮采用光纜實時監(jiān)控系統(tǒng)+主備光纜自動切換的系統(tǒng)。即當通信光纜出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自動切換到備用光纜，以保證線路通暢。隨著新技術的發(fā)展，由高性能的光電器件、自動控制系統(tǒng)和工控級組態(tài)軟件組成的新型光路自動保護系統(tǒng)，在技術上已經(jīng)可以實現(xiàn)主備光纜的實時自動切換的功能。
但隨著近年來城市建設的不斷擴大和深入，由于施工原因造成光纜中斷的現(xiàn)象時有發(fā)生。尤其近年來由于地震、泥石流、洪水等地質災害頻發(fā)，也造成大面積區(qū)域發(fā)生線路故障。此時，即便的采用光纜成環(huán)或自動切換到備用光纜的方式都不能保證通信線路通暢。那么還有沒有更好的保證重要通信線路通暢的方法呢？
除了光纜外，常用的線路傳輸方式一般有衛(wèi)星通信和微波通信，衛(wèi)星通信的優(yōu)點是覆蓋面廣、傳輸速率快、傳輸質量高。衛(wèi)星通信不會受到自然災害的影響，受外界影響較小，信號的可靠性較高，但由于其信息傳輸雙向的不對稱性，交互性較差，不適合作為光纜的備用傳輸方式。而微波傳輸?shù)膬?yōu)點是建站周期短、安裝簡便、安全可靠、幾乎無時延。微波采用點對點的傳播方式，方向性較強，有非常好的抗干擾能力，而且微波往往由多個波道組成，并設置了能自動倒換的主、備波道，能進行大容量、高質量、長距離的傳輸。微波傳輸?shù)娜秉c是在某些頻率開放的區(qū)域，會受到外界的電磁干擾，用微波進行傳輸，中間不能有建筑物、山體等遮擋，在雨雪天氣會有嚴重的雨衰。但微波與光纖通信相比，微波通信抗自然災害和人為破壞的能力還是比較強的。比如在2007年，我國南方發(fā)生嚴重的暴雨洪澇災害，許多省區(qū)的有線通信線路遭到嚴重破壞，而微波線路卻能正常使用。在2008年和2010年，我國分別發(fā)生了汶川和玉樹大地震，震后地震區(qū)域的光纜線路全部中斷，但微波線路只受到輕微損壞，稍做修復后就恢復了通信。微波通信隨不算上是什么新技術，但它的技術成熟可靠，現(xiàn)在已經(jīng)過渡到數(shù)字通信，而且技術還在不斷發(fā)展。在我國光纖通信大發(fā)展之前，半數(shù)以上干線踐路和許多省內干線都是通過微波傳輸?shù)模壳拔覈孕性O計生產(chǎn)的微波設備，性能相當優(yōu)異，微波通信有著投資省、建設周期短、見效快、抗自然災害能力強、線路質量可靠等許多優(yōu)點。但隨著我國光纖通信的發(fā)展，通信主干網(wǎng)絡基本已經(jīng)光纜網(wǎng)絡承載，由此淘汰出來了許多微波設備。大量的微波設備閑置，造成巨大的浪費。而在我國一些重要企事業(yè)單位和軍工系統(tǒng)的通信節(jié)點，對線路穩(wěn)定性要求極高，如果能將原有微波線路作為重要支線的備份，則既能發(fā)揮原有微波設備的作用，增加系統(tǒng)穩(wěn)定些，又能節(jié)約成本減少浪費。
對重要干線，可以采用由現(xiàn)場監(jiān)測站進行日常實時監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)光纜故障，則切換到備用光纖，而一旦發(fā)生重大情況，如洪水、地震等自然災害，整個區(qū)域的光纜發(fā)生大面積故障，則自動切換至微波線路。
使用微波替代光纜通信做線路冗余，還需要考慮的幾個方面問題。
首先，從成本和現(xiàn)實意義上考慮，我們應該明確，并非將所有的光纖傳輸都切換至微波，而只是將其中極其重要的、對穩(wěn)定性要求高的線路做成光纜+微波備份的雙冗余的故障自動切換系統(tǒng)，對其他普通線路將只做成備份光纜自動切換系統(tǒng)。其次，由于光纖傳輸速率較微波高，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也較大，所以一旦光纜發(fā)生故障需要切換到微波時，并非所有的業(yè)務都由微波進行承載，我們只能保證部分重要的業(yè)務優(yōu)先傳送。所以首先必須對業(yè)務根據(jù)重要程度劃分優(yōu)先級，一但發(fā)生業(yè)務切換時，系統(tǒng)先將優(yōu)先級高的業(yè)務切換至微波系統(tǒng)，并實時監(jiān)控數(shù)據(jù)流量，根據(jù)數(shù)據(jù)量變化的情況，由控制系統(tǒng)進行動態(tài)調節(jié)。如線路承載能力足夠，系統(tǒng)將可依次將優(yōu)先級較低的業(yè)務陸續(xù)加載進來，反之則逐次切除優(yōu)先級低的業(yè)務。另外，系統(tǒng)還需要設立大容量的數(shù)據(jù)池。我們可以將接收到的數(shù)據(jù)預先暫存在數(shù)據(jù)池中。數(shù)據(jù)按優(yōu)先級的順序或先進先出原則進行傳輸。設立數(shù)據(jù)池后，可以有效的解決光纖傳輸和微波傳輸速率不匹配的問題，消除數(shù)據(jù)淤塞，保證大數(shù)據(jù)的傳輸。
由于由光纜切換至微波會產(chǎn)生的輕微延時，也為了保證線路的穩(wěn)定性，可將預設的優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)同時用光纜和微波兩套系統(tǒng)并行傳送，即將微波做成冗余熱備系統(tǒng)，控制系統(tǒng)一旦監(jiān)測到光纜發(fā)生故障，將自動切換至微波通信，這樣就能最大限度的減少時延，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
綜上所述，雖然光纖通信具有傳輸速率大、保密性好等優(yōu)點，目前是我國數(shù)據(jù)通信的主要傳輸方式，但它在建設周期、邊遠山區(qū)的施工便利性和抗擊自然災害的能力不如微波通信，需要注意的是，用微波做為光纜備份線路的方法，只適用與一些對安全性、穩(wěn)定性要求極高重要企事業(yè)單位和軍工系統(tǒng)的通信節(jié)點，并不適合于廣泛使用。采用微波做為光纜干線備份傳輸在技術上和操作上都是可行性的，既能夠充分利用原有閑置的微波設備，又能夠節(jié)約成本，非常具有現(xiàn)實意義。
參考文獻
[1]王宏宜.長途光纜干線計算機自動監(jiān)測系統(tǒng)設計[D].哈爾濱理工大學，2005.
[2]梁浩佳.采用微波作為備份信號傳輸方式的可行行分析[J].信息科技，2010，9：189-190.
[3]林學琛.廣播電視微波網(wǎng)改造與光纖信號互為備份傳輸[J].東南傳播，2009，7：66-68.
[4]聶敏.論微波通信與光纖通信的協(xié)調建設[J].西安郵電學院學報，1995，1：43-46.
[5]康晨.OTDR遠程光纜集中監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].北京郵電大學，2007.
作者簡介：寧文暉（1973-），男，漢族，福建省永春縣人，西安電子科技大學碩士，職稱：工程師，現(xiàn)就職于陜西思普瑞通信設計咨詢有限公司，主要從事通信設計咨詢工作。
