智能光纖監測技術在電力光通信中的應用

（中興通訊股份有限公司，江蘇 南京 210012）

智能光纖監測技術在電力光通信中的應用

王勇峰，婁春嬌，劉潤賓

（中興通訊股份有限公司，江蘇 南京 210012）

智能光纖監測技術（eODN）是光纖通信先進的網絡運維技術。首先進行了智能電網光纖網絡運維分析，然后從 eODN基本原理、應用可行性、故障處理建議、市場應用方面分析了 eODN技術在智能電網光通信中的應用可行性。eODN可實現電力光纖網絡的智能化管理，提升電力光纖通信的可靠性和網絡維護的便捷性。

OTDR；光鏈路監測；故障定位；狀態預警；網絡運維

1 引言

2009年5月21日，國家電網公司首次向社會公布了“智能電網”的發展計劃，并初步披露了其建設時間表，將于2020年全面建成統一的“堅強智能網”。

智能電網就是以特高壓電網為骨干網架，以各級電網協調發展的堅強電網為基礎，利用先進的通信、信息和控制技術，構建以信息化、自動化、互動化為特征的統一堅強智能化電網。涵蓋所有電壓等級，由發電、輸電、變電、配電、用電、調度等環節有機組成。“統一”是前提，“堅強”是基礎，“智能”是關鍵。

通信支撐是堅強智能電網的重要組成部分，而基于EPON（Ethernet passive opticalnetwork，以太網無源光網絡）的光纖通信以其無源可靠、經濟高效、高速和遠距離覆蓋的特性，在智能電網配電自動化、用電信息采集和電力光纖到戶的建設過程中得到了成熟和廣泛的應用，不斷提高配電、用電的效率和電力網絡的可靠性。智能光纖監測技術（eODN）是光纖通信先進的網絡運維技術，本文嘗試將eODN技術應用于智能電網EPON系統，分析光網絡智能管理、光鏈路監測、狀態預警和故障精確定位等應用的可行性。

2 智能電網光纖網絡運維分析

2.1 配電自動化光通信網絡

自2009年國家電網公司發布“智能電網”計劃以來，配電自動化建設在全國范圍內全面鋪開，江西、河北、貴州、廣東、江蘇、上海、福建、湖南、寧夏、青海、吉林等眾多省市都陸續進行了地市電網改造。基于EPON的配電自動化方案將OLT放置于變電子站，各個變電子站位于SDH/MSTP傳輸環上，變電子站通信層完成通信終端的匯聚并通過SDH/MSTP與主站系統進行通信。OLT出2個PON口組成2條鏈互為備份，各個開閉所、環網柜或柱上開關處的ONU通過雙PON口分別連接到這2條鏈上，每條鏈上的分光器均采用1×2非等分分光器，雙PON口可以提供高可靠性。終端信息層采用的電力定制ONU提供FE、RS232、RS485等接口與RTU、FTU、TTU、DTU等設備互聯，并且能適應各種惡劣環境。主站系統控制層完成信息提取、分析以及優化等各種管理功能，并完成對通信匯聚設備、通信終端設備的管理。配網自動化整體組網結構如圖1所示。

隨著EPON配電網絡在全國范圍內大規模建設及應用，電力配電穩定性和可靠性得到了大幅提升，進一步夯實了國網公司的品牌形象，提高了客戶滿意度。然而，我國國土廣袤、地域遼闊，西部燥熱、北部高寒、南部濕熱、東部多雷雨，復雜的自然環境為EPON配網自動化系統的日常管理和維護設置了眾多障礙，如何實現海量光纖網絡的監管維護、如何快速定位和恢復光纖節點故障就顯得尤為重要。

2.2 用電信息采集光通信網絡

基于EPON的用電信息采集解決方案中，OLT放置于變電子站，各個變電子站位于SDH/MSTP傳輸環上。OLT可以出1個PON口組成1條鏈，各個配電房集中器處的ONU可以通過PON口連接到這條鏈上，分光器采用1×2非等分分光器。如果集中器的位置比較集中，也可以采用等分光器進行星型連接。終端信息層采用的ONU可以提供FE、RS232、RS485等接口與RTU、FTU、TTU、DTU等設備互聯，并且能適應各種惡劣環境。主站系統控制層主要完成用電信息的提取、分析以及優化等各種管理功能，并完成對通信匯聚設備、通信終端等設備的管理。對于光纖無法覆蓋的配電房，可以輔以無線的方式進行用電信息采集。用電信息采集整體組網結構如圖2所示。

用電信息采集系統和配網自動化系統可以共用EPON光纖網絡，同樣存在因為環境氣候等自然因素導致的光纖網絡穩定性問題，而且電力抄表系統網絡龐大、終端海量，通常出于建設成本考慮，光纖網絡不會采用手拉手等復雜的全網絡保護方式，為了保障用電信息采集的準確性和實時性，光纖網絡運維系統的狀態實時監測及故障定位功能，成為用電信息采集的一個新課題。

圖1 配網自動化整體組網結構

圖2 用電信息采集整體組網結構

2.3 電力光電到戶光通信網絡

隨著國家電網公司智能電網建設的逐步開展，配電、用電環節通信對EPON的需求日益明確。在智能電網用電環節，采用光纖復合低壓電纜 （optical fiber composite low-voltage cable，CPLC）配合EPON技術實現光纖入戶，既能夠實現居民用戶的用電信息采集，也能夠滿足智能電網信息化、自動化、互動化的需求和集電信網、電視網、互聯網為一體的“三網融合”要求。

相比運營商推出的光纖入戶技術，其本質是一樣的，只是在最后入戶線纜鋪設時更具便利性，可大幅降低鋪設成本。由于OPLC的出現，電網在對新建小區進行電纜鋪設的同時，即可將光纜鋪設入戶。電力光纖到戶（power fiber to the home，PFTTH）整體組網結構如圖3所示，完美地實現了語音、數據、IPTV、CATV、智能家居等業務的融合。

PFTTH建設的直接結果即電力光纖網絡一步到位、徹底走進百姓家庭，用戶接入帶寬最高。該種模式下，光纖末端節點最靠近用戶，同時光纖鏈路出現故障的可能性也大大增加，排除自然環境因素干擾以外，還需考慮各種人為因素造成的網絡穩定性及可靠性問題，比如用戶側挖地、施工等造成的光纖斷裂、彎曲等，如何快速、準確地定位故障地點和故障類型成為一個難題。

3 eODN在智能電網光通信中的應用可行性

3.1 eODN基本原理

基于光時域反射儀（optical time-domain reflect meter，OTDR）的eODN智能光纖網絡監測技術主要通過發送測試光脈沖到光纖內，然后對反射回的光進行檢測。光纖末端、光纖斷裂以及連接器等事件可以通過脈沖的反射反映到 OTDR上，OTDR根據光反射回來所花費的時間來確定每個事件的距離。eODN智能光纖監測基本原理如圖 4所示。

圖3 電力光纖到戶整體組網結構

圖4 eODN智能光纖監測基本原理

采用eODN智能光纖網絡監測技術進行光鏈路狀態監測和故障定位，采用雙色曲線對比光路新舊事件。在光路狀態正常情況下，啟動OTDR測試，將健康數據曲線存儲下來；在網絡運行過程中，OTDR測試數據實時刷新并同健康數據實時對比，從而實現光路的實時、在線、性能監測；在光路出現故障以后，OTDR測試的測試結果與健康參數數據將會出現明顯差異，系統發生預警，通過兩條曲線數據差異的對比分析即可獲得故障點精確位置。eODN智能光纖監測曲線對比如圖5所示。

3.2 應用可行性分析

根據電力常見EPON鏈式組網設定如下模型：手拉手12級組網，每個節點采用1×2的非等分分光器，非等分的分光器的規格采用10∶90（插入損耗10.6 dB），每個分光器有2個熔接點與1個活動連接頭，兩側使用的ODF各有2個熔接點與1個活動連接頭，光纖采用G.652D （上行損耗0.35 dB/km，下行損耗0.21 dB/km）。電力配電自動化組網模型如圖6所示。

功率預算=活動連接頭衰減+熔接點衰減+光纜線路衰減+分光器衰減+工程余量（工程余量取1.5 dB），該組網模型下分光器衰減、線路衰減及總衰減情況見表1～表3。

圖5 eODN智能光纖監測曲線

圖6 電力配電自動化組網模型

表1 分光器衰減計算結果

表2 光纖鏈路損耗計算結果

表3 總衰減計算結果

結合實際工程數據，檢測數據門限設置一般情況定義：非反射事件門限設置為0.01 dB；反射事件門限設置為-40 dB；光纖末端/結束門限設置為3.0 dB；前端板連接器警告級別設置為-30 dB。對于上述電力12級手拉手光網絡模型，eODN智能光纖監測技術可完全滿足其檢測需求。

3.3 eODN在電力光通信節點故障處理應用建議

基于OTDR技術的eODN智能光纖監測系統是針對光纖網絡的實時、在線、性能監測的專用平臺，可實現光纖障礙的快速、精確定位，該系統由 eServer網管平臺和eOMU硬件組成。 eServer網管平臺實現光纖測試數據的收集和分析，測試控制、健康庫數據存儲和對比，地理、光纖端口信息查詢等功能；eOMU硬件由OTDR模塊、光纖交換矩陣、合波器、光源、控制模塊、電源模塊等功能模塊組成，執行對光纖網絡的監測。針對電力配電自動化、用電信息采集和電力光纖到戶等P2MP組網場景，eODN智能光纖監測系統可以提供更加豐富的光鏈路檢測功能，詳見表4。

在上述電力配電自動化建設模型下，該監測技術節點故障處理如下。

如果OLT上的某個 PON口下節點5到節點 12的ONU下線，而節點1和節點4均在線，那么可以判斷出節點4和節點5之間的主干光纖斷；將1×N光開關OSW切換到該PON口，通過OTDR設備可以判定出節點4和節點5之間的光纖斷點的具體位置，精度為5 m。

如果OLT上的某個PON口下節點5的ONU下線，而其他節點的ONU均正常，那么可以判定節點5的分支光纖斷或者節點5下的ONU損壞，如果是ONU損壞，則更換ONU，如果是節點5的分支光纖斷，在修復光纖的時候通過手持式OTDR即可判斷分支光纖斷點的具體位置，精度為5 m。

以上舉例的判斷過程均由eODN智能光纖監測系統自動完成、無需人工參與，在光纖鏈路狀態發生異常的情況下，可以及時產生預警；在故障已經發生的情況下，可以根據曲線類型迅速判定故障原因，如果是光纖斷則告警的同時還可以判斷出斷點的位置。

3.4 eODN的市場應用

作為國際領先的智能光纖監測技術，eODN已成功應用于國內外電信運營商及政企網行業領域，如重慶移動、海南移動、內蒙古移動、遼寧移動、山東移動、江蘇移動等，海南聯通、廣東電信、中國中原油田、葡萄牙DSTelecom& Blu、哥倫比亞ETB等的市場應用規模累計近百萬端口。

表4 eODN智能光纖監測典型功能

在傳統ODN建設模式下，客戶對ODN的管理、運維大部分工作借助于手工方式完成，對故障響應慢、資料錄入慢、錯誤率高，已經無法滿足 FTTH建設下海量光纖管理需求。針對這種情況，中原油田決心引入智能化ODN管理，項目一期共建設48芯eODF 5套，72芯eODF 2套，主要完成對新建綠景花園等小區的ODN智能化建設，以此大幅提升了全光接入網建設下ODN信息化水平，實現全天候在線式智能光纖管理，大大減輕了維護壓力，為后續全網規模建設智能化ODN奠定了基礎。

本期項目同時建設7套中興eMonitor光纖檢測系統，分別在中原油田去往7個地區局的主干光纖，采用暗光纖檢測方式實現局向主干光纖7×24 h聯網式檢測，實現了“早發現、早定位、早處理”，項目實施后維護人員光纖故障處理時間平均下降了60%，大大提升了工作效率，為中原油田寬帶接入系統的頑健性和穩定性提供了可靠保障。

4 結束語

結合電力配電自動化、用電信息采集和電力光纖到戶等EPON接入網絡的組網結構以及ODN網絡的光功率損耗分析，基于光時域反射的智能光纖監測技術（eODN）完全可以滿足電力光通信的網絡運維管理的需求，解決故障的精確定位與光鏈路狀態預警處理的難題，實現電力光纖網絡的智能化管理，提升電力光纖通信的可靠性和網絡維護的便捷性。

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App lication of intelligent optical fiber monitoring technology in power optical comm unication

WANG Yongfeng,LOU Chunjiao,LIU Runbin
ZTE Corporation,Nanjing 210012,China

Intelligent optical fiber monitoring technology (eODN)is the advanced network operation and maintenance technology in optical fiber communication.Firstly,the operation and maintenance analysis of the intelligent grid fiber network was carried out.Then,the feasibility of eODN technology in intelligent optical communication was analyzed from the basic principles of eODN,application feasibility,proposal of fault treatment and market application.eODN can realize the intelligent management of power optical fiber network,enhance the reliability of power optical fiber communication and the convenience of network maintenance.

optical time-domain reflect meter,optical link detection,fault location,state warning,network operation and maintenance

TN913.7

：A

10.11959/j.issn.1000-0801.2017052

王勇峰（1975-），男，中興通訊股份有限公司固網產品資深專家、政企方案規劃總工程師，主要從事能源、交通、智慧城市及互聯網行業固定接入網綜合方案和語音核心網NGN解決方案方向的研究工作。

婁春嬌（1986-），女，中興通訊股份有限公司固網產品經理、政企方案規劃高級工程師，主要從事電力、鐵路、教育行業固定接入網綜合方案和語音核心網NGN解決方案方面的研究工作。

劉潤賓（1983-），男，中興通訊股份有限公司固網產品經理、政企方案規劃高級工程師，主要從事電力、軌道交通、金融行業固定接入網綜合方案和語音核心網解決方案方面的研究工作。

2016-12-14；

2017-02-18