無源光網(wǎng)絡(luò)通信通道狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)探究

葉水勇

(國網(wǎng)黃山供電公司，安徽 黃山 245000)

隨著電網(wǎng)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)對電力通信的依賴性越來越強，電力通信網(wǎng)的規(guī)模也不斷擴大，隨之的設(shè)備維護(hù)也極為重要，傳統(tǒng)的人工維護(hù)方式已滿足不了當(dāng)前設(shè)備維護(hù)要求[1-2]。例如，目前的用電信息采集系統(tǒng)是采用EPON網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，當(dāng)EPON網(wǎng)絡(luò)在運行中出現(xiàn)故障時，目前的維護(hù)手段是以人工檢查為主，而不是采用全自動的手段進(jìn)行維護(hù)。即當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)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(jìn)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(yīng)的光纖進(jìn)行測試，再根據(jù)測試的數(shù)據(jù)來判斷光纜是否損壞或存在安全隱患。采用這種傳統(tǒng)的OTDR測試方法進(jìn)行測試，缺點是在測試過程中需要斷開業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)的特點及EPON系統(tǒng)現(xiàn)有的無源光網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測手段，提出“OTDR+光開關(guān)+合波器+光反射器(終端過濾器)”的無源光網(wǎng)絡(luò)通信通道監(jiān)測系統(tǒng)方案。

1 管理內(nèi)容與結(jié)構(gòu)

1.1 管理內(nèi)容

a.無源光網(wǎng)絡(luò)通信通道狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)主要是應(yīng)用于用電信息采集監(jiān)測系統(tǒng)的通信通道監(jiān)測[3-4]。為保證用電信息采集安全穩(wěn)定運行，要求無源光網(wǎng)絡(luò)通信通道監(jiān)測系統(tǒng)需能對通信通道進(jìn)行實時監(jiān)測，并具有極高的運行可靠性，并且能將光功率的監(jiān)測和光功率的數(shù)據(jù)統(tǒng)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(shù)據(jù)統(tǒng)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(nèi)部傳輸過程中，會發(fā)生菲涅爾反射和瑞利散射現(xiàn)象，并利用所產(chǎn)生的背向散射制成高精密的光電一體化儀器儀表設(shè)備[5-6]。所謂OTDR測試就是通過在光纖內(nèi)發(fā)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(nèi)進(jìn)行傳輸時，會根據(jù)光纖本身的性質(zhì)、彎曲程度、接合點、連接器或其他的不同事件發(fā)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(guān)信息將被OTDR探測器測量，從而依據(jù)光纖內(nèi)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(fā)射信號到接收到返回信號所用的時間，再依據(jù)光在玻璃介質(zhì)中的傳播速度，就可以計算出光纖中斷的距離。該設(shè)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(jìn)行精確測量。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與各模塊功能

如圖1所示，當(dāng)光波傳輸?shù)焦饫w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(fā)生突變，從而產(chǎn)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(jīng)過分光器后的測試光雖然已經(jīng)很微弱，但其所引起的反射光信號強度依然會比光纖內(nèi)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(qū)域出現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)的2根分支光纜的差異；OTDR測試儀在不同位置上出現(xiàn)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(xiàn)中斷現(xiàn)象，在該處的反射峰就會消失掉，系統(tǒng)就可以由此判斷出哪一路ONU 的分支光纜出現(xiàn)故障[7-8]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(fā)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(chǎn)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?shù)絆TDR的接收器上，在這里被轉(zhuǎn)換為電信號，并在顯示屏上顯示出最終的結(jié)構(gòu)曲線。同時OTDR收到回波信號后會根據(jù)回波時間計算出斷點與接頭的距離[9]。

b.光開關(guān)

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

c.合波器

所謂波分復(fù)用技術(shù)就是在發(fā)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N技術(shù) 。

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(yè)務(wù)光。

2 系統(tǒng)主要功能及特點

2.1 系統(tǒng)功能

實現(xiàn)無源光網(wǎng)絡(luò)的在線檢測，故障發(fā)生能夠快速診斷；系統(tǒng)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(jié)合GIS應(yīng)用，在地理圖上快速標(biāo)注故障節(jié)點位置，提出線路切換方案。

2.2 系統(tǒng)特點

a.運行穩(wěn)定。系統(tǒng)試運行以來，運行情況良好。

b.具有良好的實時性。系統(tǒng)獲取OLT到ONU的無源光網(wǎng)絡(luò)通道的故障曲線等功能，都能及時得到響應(yīng)。

c.具有強大的數(shù)據(jù)解析處理功能。針對各種用電小區(qū)的ONU，系統(tǒng)都能獲取通道曲線信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析處理。

d.規(guī)范的故障診斷功能。將《帶無源光網(wǎng)絡(luò)通道曲線應(yīng)用規(guī)范》應(yīng)用到系統(tǒng)的輔助診斷功能中，實現(xiàn)診斷的標(biāo)準(zhǔn)化。

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

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

3 結(jié)束語

電力營銷系統(tǒng)用電信息采集無源光網(wǎng)絡(luò)通信通道狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)研究與開發(fā)，可解決檢修人工檢查為主、缺乏自動維護(hù)手段的難題，解決測量時需要多人、多級、多環(huán)節(jié)排查才能定位障礙點，導(dǎo)致無法有效快速準(zhǔn)確定位故障點的問題。該系統(tǒng)可使供電公司供電可靠性進(jìn)一步提升，系統(tǒng)將設(shè)備故障診斷、實踐狀態(tài)檢修進(jìn)行有機結(jié)合，使EPON無源光網(wǎng)絡(luò)通信通道監(jiān)測工作走向智能化、實時化，使運維檢修工作更加便捷化、規(guī)范化、科學(xué)化、實用化。

該系統(tǒng)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(fù)勞動率以及生產(chǎn)運維成本。最為重要的是該系統(tǒng)可以大大加強通信運維的實時監(jiān)測能力，提高供電運行可靠性，將帶來巨大的經(jīng)濟效益，可以在國網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)大力進(jìn)行推廣應(yīng)用。