無源光網絡通信通道狀態實時監測系統探究

葉水勇

(國網黃山供電公司，安徽 黃山 245000)

隨著電網和通信技術的不斷發展，電網對電力通信的依賴性越來越強，電力通信網的規模也不斷擴大，隨之的設備維護也極為重要，傳統的人工維護方式已滿足不了當前設備維護要求[1-2]。例如，目前的用電信息采集系統是采用EPON網絡進行組網，當EPON網絡在運行中出現故障時，目前的維護手段是以人工檢查為主，而不是采用全自動的手段進行維護。即當發現系統出現設備異常時，先派運維人員到故障點的ONU處，對ONU處光纖的連接情況進行檢查；檢查的方法是在分光器處先斷開光纖連接，接著使用OTDR光纖測試儀對相應的光纖進行測試，再根據測試的數據來判斷光纜是否損壞或存在安全隱患。采用這種傳統的OTDR測試方法進行測試，缺點是在測試過程中需要斷開業務的網絡連接，同時不能測試出分光器之后的光纖運行狀況，因此給運維工作帶來很大的麻煩。

針對用電信息采集系統的特點及EPON系統現有的無源光網絡的監測手段，提出“OTDR+光開關+合波器+光反射器(終端過濾器)”的無源光網絡通信通道監測系統方案。

1 管理內容與結構

1.1 管理內容

a.無源光網絡通信通道狀態實時監測系統主要是應用于用電信息采集監測系統的通信通道監測[3-4]。為保證用電信息采集安全穩定運行，要求無源光網絡通信通道監測系統需能對通信通道進行實時監測，并具有極高的運行可靠性，并且能將光功率的監測和光功率的數據統計及分析功能等集成在一起，從而可以給用戶提供更好的通信通道衰耗數據統計信息及通信通道衰耗實時信息。

b.OTDR(Optical Time Domain Reflectometer，光時域反射儀)是一種利用光波在光纖內部傳輸過程中，會發生菲涅爾反射和瑞利散射現象，并利用所產生的背向散射制成高精密的光電一體化儀器儀表設備[5-6]。所謂OTDR測試就是通過在光纖內發射光脈沖信號，并在OTDR的端口處接收返回信息的一種測試方法。光脈沖在光纖內進行傳輸時，會根據光纖本身的性質、彎曲程度、接合點、連接器或其他的不同事件發生反射或散射，其中有一部分反射和散射就會返回到OTDR的端口處；這些返回的相關信息將被OTDR探測器測量，從而依據光纖內不同位置上的曲線或時間片斷來判斷光纖的好壞。通過觀察發射信號到接收到返回信號所用的時間，再依據光在玻璃介質中的傳播速度，就可以計算出光纖中斷的距離。該設備目前在光纜線路的施工、運維中得到廣泛使用，可以對光纖傳輸衰減、光纖長度、接頭光信號衰減以及光纜故障的定位等進行精確測量。

1.2 系統結構與各模塊功能

如圖1所示，當光波傳輸到光纖的連接器或尾端時，在空氣與玻璃接觸面的空隙處，光的折射率會發生突變，從而產生出一個很強的反射波，這時會在OTDR測試儀上形成一個波峰曲線；經過分光器后的測試光雖然已經很微弱，但其所引起的反射光信號強度依然會比光纖內其他部位散射的光信號強度要高很多，可在OTDR測試儀的噪聲區域出現一個清晰的反射峰；若分光器后不同的分支光纜具有不同的長度，就會在OTDR測試儀的測試曲線的不同位置上出現反射峰；利用高分辨率的OTDR測試儀，并且利用增加一段短跳纖這種人為的方法來造成長度的差異或者利用ONU來分支光纜造成自然長度的差異，就可以分辨出長度2 m之內的2根分支光纜的差異；OTDR測試儀在不同位置上出現反射峰就代表在該處有不同的ONU分支光纜；若ONU的分支光纜出現中斷現象，在該處的反射峰就會消失掉，系統就可以由此判斷出哪一路ONU 的分支光纜出現故障[7-8]。

圖1 系統結構與各模塊功能圖

a.OTDR

OTDR就是利用激光光源向某一被測的光纖發送出一束光脈沖信號，該光脈沖信號會在光纖本身的各特征點上產生不同的光信號，并反射回到OTDR上，采用定向耦合的方法將這些反射回來的光信號傳輸到OTDR的接收器上，在這里被轉換為電信號，并在顯示屏上顯示出最終的結構曲線。同時OTDR收到回波信號后會根據回波時間計算出斷點與接頭的距離[9]。

b.光開關

光開關就是一種具備一個或者多個可選傳輸端口的光學器件。其作用是對集成光路或者光傳輸線路中的光信號進行邏輯操作或相互轉換[10]。

c.合波器

所謂波分復用技術就是在發送端利用合波器(Multiplexer)將2種或者多種不同波長的光載波信號匯合在一起，并將該信號耦合到光傳輸線路的同一根光纖中，進行數據傳輸的一種技術 。

d.終端反射器

終端反射器作用一是反射探測光波，同時能夠增強探測廣播信號值；二是過濾探測光波，避免探測光波干擾業務光。

2 系統主要功能及特點

2.1 系統功能

實現無源光網絡的在線檢測，故障發生能夠快速診斷；系統自動分析主干光纖與支線光纖隨時間變化功能差異，可以結合GIS應用，在地理圖上快速標注故障節點位置，提出線路切換方案。

2.2 系統特點

a.運行穩定。系統試運行以來，運行情況良好。

b.具有良好的實時性。系統獲取OLT到ONU的無源光網絡通道的故障曲線等功能，都能及時得到響應。

c.具有強大的數據解析處理功能。針對各種用電小區的ONU，系統都能獲取通道曲線信息，對數據進行各種分析處理。

d.規范的故障診斷功能。將《帶無源光網絡通道曲線應用規范》應用到系統的輔助診斷功能中，實現診斷的標準化。

e.具有良好的人機界面。該系統的運行界面采用很直觀的方法進行設計，且顯示的信息十分完整，便于運維人員對系統的使用。

f.從系統的運行情況分析，系統還具有良好的接口功能，能夠為將來系統的擴展應用提供良好的基礎。

3 結束語

電力營銷系統用電信息采集無源光網絡通信通道狀態實時監測系統研究與開發，可解決檢修人工檢查為主、缺乏自動維護手段的難題，解決測量時需要多人、多級、多環節排查才能定位障礙點，導致無法有效快速準確定位故障點的問題。該系統可使供電公司供電可靠性進一步提升，系統將設備故障診斷、實踐狀態檢修進行有機結合，使EPON無源光網絡通信通道監測工作走向智能化、實時化，使運維檢修工作更加便捷化、規范化、科學化、實用化。

該系統投入運行后，避免了運維車輛及運維人力資源等方面的浪費，大大降低了同類運維工作的重復勞動率以及生產運維成本。最為重要的是該系統可以大大加強通信運維的實時監測能力，提高供電運行可靠性，將帶來巨大的經濟效益，可以在國網公司系統內大力進行推廣應用。