智能光纖管理系統的應用研究

李敏　蔣弢

【摘要】 ? ?隨著5G網絡建設提速，5G智能終端只是各行各業創新應用的冰山一角，未來的多樣化的應用場景和網絡設計，能夠讓人們體驗和暢想更精彩和豐富的5G生活。在遠程醫療、遠程辦公、在線課堂、無人駕駛、VR等各種應用體驗的推動下，點燃了人們對5G網絡高可靠、低時延、大帶寬的熱情渴望。同時對網絡安全和網絡質量提出了更高的要求和新的技術挑戰。面向新時代“新基建”信息網絡的光纖線路熱點問題思考，參考國內外新產品、新技術、新方法和經驗交流，探討WDM/OTN網絡及通信線路的維護和優化改造。基于此，對智能光纖系統的研究和應用迅速提上了議事日程。

【關鍵詞】 ? ?5G ? ?OTN ? ?OSC ? ?FD系統

一、系統概述

本文主要介紹智能光纖管理系統的應用研究。智能光纖管理系統，簡稱FD（Fiber Doctor）系統，它由硬件和軟件兩部分構成，相互協同配合。光纖的質量監測是通過發射探測光脈沖到光纖內，接收并分析探測光在光纖中傳輸時各點產生的瑞利背向散射光和菲涅爾反射光，實現對光纖的鏈路衰減計算與故障定位。通過FD系統的應用，快速而準確的進行光纖異常點定位分析，極大的提高線路維護效率，降低運行維護成本。

本文主要適用于網絡規劃、設計、調測和維護等相關人員研討和使用。

二、應用場景

FD系統利用OTDR的原理，在WDM/OTN產品上實現對光纖質量監測的一種應用方案。通過精準檢測線路光纖連接的狀態，協助維護人員分析光纖接口、光纖熔接質量，并快速定位光纖質量問題。

現有FD系統方案是通過12ST2單板的內置單元發送探測光信號，并利用光纖菲涅爾反射和瑞利散射原理探測光纖損耗變化的位置和大小，并將檢測性能數據上報給網管系統。

2.1 OTDR基本原理

OTDR是光時域反射儀，由OTDR光源發射一個探測光到光纖上，然后通過檢測該光纖上返回的微弱信號，得到OTDR變化曲線，曲線橫軸是時間，對應返回光的位置，縱軸對應返回光的強弱。不同的光纖狀態返回光強度不同，因此根據曲線形狀，可以判斷光纖的損耗、故障等。返回的光信號有兩種：一種是菲涅爾反射，光纖上的連接不佳的點或者斷點，會因反射系數的改變形成較強的菲涅爾反射，在OTDR曲線上就是一個比較高的反射峰;另一種是瑞利散射，光纖會由于瑞利散射造成衰減，形成向下傾斜的曲線。兩種返回信號的原理和作用如圖所示。

2.2 FD系統組成

FD系統硬件部分負責發送探測光進行檢測，得到光纖的性能數據。軟件部分提供用戶友好交互界面，支持不同場景下檢測模式的參數設置。

2.2.1硬件部分

硬件支持OTDR探測的OSC單板，用于線路光纖質量監測。負責將OTDR探測信號調制在光監控信道上，利用光纖的菲涅爾反射和瑞利散射原理探測光纖損耗變化的大小和位置信息，并將檢測性能數據上報網管系統。

2.2.2軟件部分

FD系統軟件集成在網管系統軟件內。用戶通過網管操作界面下發檢測命令，FD系統軟件接收設備上報的性能數據，并將數據圖形化呈現檢測結果。

2.3 FD系統應用場景

2.3.1 12ST2雙纖雙向系統

1.配置要求：12ST2+13FIU03，無Raman場景。

2.該場景支持雙纖分別進行單端OTDR探測。

3.在跨段較短時需在12ST2的接收端加固衰，防止接收機過載。

2.3.2 12ST2單纖雙向系統

1.單板選型配置要求：12ST2+11SFIU01。

2.該場景支持在光纖上進行單纖雙端OTDR探測，但不能雙端同時探測。

3.此場景自動模式僅支持1511nm端的單端掃描。

4.在跨段較短時需在12ST2的接收端加固衰，防止接收機過載。

三、使用方法

1.工程調測前，檢查光纖質量。

2.網絡運行時，實時監控檢查線路光纖連接的健康狀態。若檢測到斷纖，網管主動上報Fiber_Break_POS告警，提示光纖中斷位置。

3.發生斷纖故障時，FIU類單板上報MUT_LOS告警時，可啟動檢測定位故障點;修復斷纖故障之后，可再次啟動檢測，檢查修復效果。

3.1光纖質量監測類型

光纖質量監測分為在線監測和離線監測， OSC單板的光纖質量監測光與OSC光通道共用光源。

3.2離線監測與在線監測

3.2.1離線監測

在中斷OSC通信情況下進行監測。OTDR探測脈沖全幅度發射，將會中斷OSC通信。此時，OSC單板只發送光纖質量檢測信號，檢測動態范圍較大，性能相對較優。

3.2.2在線監測

在不影響OSC通信情況下進行監測。以調頂信號方式在OSC信號中疊加OTDR探測脈沖，不影響OSC通信。此時，光纖質量檢測功能與OSC通信同時工作，檢測動態范圍較小，相對離線性能較弱。

3.3光纖質量檢測要求

1.近端端面要求線路光纖的近端端面必須清潔干凈，最好使用端面儀觀察確認。

2.12ST2工作在1491nm波長時，不支持“默認模式”的探測。

3.單纖雙向探測，一端12ST2單板探測完后才能啟動另一端探測，否則會對檢測結果產生嚴重干擾。

4.斷纖告警，智能光纖管理系統支持向網管系統主動上報 Fiber_Break_POS告警，提示光纖中斷位置。

5.對OSC通信影響。使用12ST2單板采用“高級模式”下“離線”方式進行光纖質量監測。此刻可能會造成網元脫管，影響DCN通信、1588v2時鐘、EOW公務等功能。

3.4啟動光纖質量檢測

啟動光纖質量檢測，需設置“探測模式”和“探測參數”。首次進行線路光纖質量檢測時，必須采取該方式啟動檢測。

步驟1 進入“智能光纖管理系統”主界面。

在網管主菜單中，選擇“配置 > 波分光層運維管理 > 智能光纖管理系統”。或者，在網管主拓撲圖中，選中一條站間光纖，在右鍵菜單中選擇“光纖質量探測”。

步驟2設置檢測參數。

1.若被檢測光纖的源網元和宿網元均存在探測端口，在彈出的“信號流圖”中，可勾選“雙向探測”，選中源端和宿端用于光纖探測的單板，啟動雙端探測。否則，系統默認僅通過源端的單板進行單向探測。

2.在“探測模式”區域，設置探測模式和參數。雙向探測情況下，需要為源端和宿端單板設置探測模式和參數;單向探測情況下，僅需為源端單板設置探測模式和參數。

步驟3查看探測結果

1.使用12ST2單板并采用參考模式進行光纖質量監測，若發現斷纖會向網管主動上報Fiber_Break_POS告警，提示光纖中斷位置。

2.查看當前檢測結果，手動啟動光纖質量檢測后，系統會直接在“探測結果”區域顯示探測進度和探測結果。單擊“查看結果”，可顯示探測曲線和事件。

3.查看歷史檢測結果，選擇“智能光纖管理系統 > 歷史記錄”，篩選出該光纖的手動探測記錄后，可選擇查看歷史錄的探測曲線和事件。

3.5參數說明

光纖質量檢測的性能參數，主要指“脈沖寬度”、“探測量程”和“探測時長”。

1.脈沖寬度，探測光脈沖寬度。加大脈沖寬度會使激光器發射的持續時間增加，即增大了注入的能量，可以獲得更大的動態范圍，但脈寬調大也會導致更大的盲區。

2.探測量程，線路監測獲取數據取樣的最大距離。線路光纖的總損耗會影響實際探測距離，光纖總損耗越大，所能探測到的距離越小。為了最大限度的發揮檢測能力，設置的“探測量程”一般應大于實際檢測距離。

3.探測時長，線路光纖質量監測功將多次測量結果加權取平均值的方式提高檢測精度。從啟動檢測到軟件返回檢測結果，實際所需時間會大于“探測時長”參數。

四、應用價值

FD系統應用部署簡單，與網管系統有機集成。支持在線檢測，不影響業務使用。可遠程定位光纖故障，節省線路維護成本。可自動在線檢測光纖質量，及時掌握線路光纖健康狀況。可自動測量線路光纖性能，方便工程實施。支持檢測數據對比，協助快速分析光纖異常點位。

綜上所述，FD系統的光纖質量監測功能可以協助維護人員及時發現光纖質量問題，快速修復光纖故障，提升網絡運行維護效率，保證網絡安全和穩定運行。

參考文獻

[1] GR–196–CORE[S]。

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