應用于ODN 室外光交智能門鎖技術研究和分析

［歐月華 任艷］

1 背景和問題分析

大量分布于室外的光纜交接箱是光分配網ODN 的重要組成部分，對光纜交接箱的維護在一定程度上影響著網絡質量好壞。目前，僅僅使用機械門鎖對光纜交接箱進行管理和安防這種比較原始的模式不僅效率低下，也無法對光纜交接箱進行有效的監控和保護，具體問題表現在：

（1）指揮調度難，作業不及時，故障處置延宕。

（2）光纜交接箱分布廣泛，設施及其光纜被損壞、遷移，管理人員不能及時獲知狀況。

（3）光纜交接箱數量大，且不斷增長，使用傳統的機械式門鎖管控，不易操作，對大量箱體的鑰匙人工管理困難。

（4）施工、巡檢人員頻繁更換，無法對開箱人員和時間進行有效管理，而且當前的運維操作無記錄手段，難以對不當行為進行管理和追責。

（5）由于監管困難，大多數光纜交接箱箱門遭到破壞，或門鎖常年處于開啟狀態無人問津，造成設備的故障。

以上問題給運營商帶來經濟損失的同時，也影響著客戶的光纖寬帶的使用效果，運營商需要著重考慮如何提升建設和運營效率，支撐優化用戶體驗，因此實現對ODN光纜交接箱的智能化管理迫在眉睫，其中智能門鎖是重要的一種。

2 光纜交接箱智能門禁需求

光纜交接箱智能門禁主要需求包括有。

（1）可管可控的開鎖權限：通過無線通信技術進行開鎖授權管理，無權限開鎖者需要經授權審批才可以進行開鎖操作。對各級操作人員權限進行管理，實現分區域、分設施進行開鎖權限的配置。

（2）箱體狀態監控及告警：通過光纜交接箱智能門鎖，對箱體鎖具開關狀態、門開合狀態、箱體內溫濕度和箱體傾斜度等進行監控，智能門鎖對未授權開門、電量過低等異常狀態進行主動告警，聯動上層系統啟動相應排障工單。

（3）采用虛擬化鑰匙：實現多種開鎖方式，采用網管、手機應用或者電子鑰匙對安裝在室外光纜交接箱的智能門鎖進行遠程或近程開鎖，徹底避免機械鑰匙的攜帶和管理不便。

（4）操作人員和操作日志信息化：對操作人員的信息記錄，并且對每次開關門/鎖、施工記錄均可進行保存、統計分析和查詢，便于進行問題回溯。

3 應用于ODN 光纜交接箱的智能門鎖技術

3.1 兩種智能門禁系統架構

針對運營商的需求、ODN 光纜交接箱的大小、內部結構以及分布的位置（比如光纜交接箱內部是否有空余空間，光纜交接箱所處位置網絡信號是否良好）等條件，應用于ODN 光纜交接箱的智能門禁系統包括實時系統和非實時系統，基本組成包括智能門禁管理系統、智能門禁管理應用和智能門鎖，實時系統和非實時系統的智能門禁系統架構如圖1 所示。

圖1 智能門禁系統架構

智能門鎖是智能門禁系統中安裝在光纜交接箱的硬件設備部分，是通過電子方式實現管理控制光纜交接箱的門禁。

非實時系統中的智能門鎖只包含簡單的電子鎖體和電子鑰匙，無法直接和智能門禁管理系統通信，只能實現智能門禁管理應用藍牙開鎖或電子鑰匙授權開鎖以及電子記錄門鎖開關等簡單的功能，無法實現上文中光纜交接箱智能門禁的大部分需求，本文暫不做詳細分析。

本文重點分析實時系統的智能門鎖。實時系統中，智能門禁管理系統通過無線網絡管控光纜交接箱智能門鎖，能夠直接遠程開鎖，或者授權智能門禁管理應用管控光纜交接箱上的智能門鎖。實時系統下的智能門鎖能夠實現智能授權開鎖、狀態監控和告警上報、操作信息自動記錄和工單流轉等功能。

3.2 智能門鎖的組成

實時系統的智能門鎖實現室外光纜交接箱的安防和管理，包括控制箱門和鎖體開關，管控和上報箱體門鎖狀態及其動力環境狀態，如有異常觸發告警并主動上報。智能門鎖由供電模塊、控制單元、一個或者多個電子門鎖（與光纜交接箱的門對應，一個控制單元支持1～4 個電子門鎖）、電子鑰匙組成，另外還包括有控制單元連接的一些傳感器（水浸傳感器、溫度傳感器和震動傳感器等，根據運營商需求進行選配），如圖2 所示。

圖2 智能門鎖的組成

（1）電子門鎖：實現光纜交接箱箱門的開關，連接控制單元。

（2）控制單元：用于管理電子門鎖、門磁/行程開關和其他傳感器，通過無線網絡與智能門禁管理系統直接通信，通過藍牙與智能門禁管理應用進行通信，接收智能門禁管理系統/智能門禁管理應用命令去控制電子門鎖開關，同時監控光纜交接箱的箱體狀態包括監測供電模塊電量、門或鎖開關、和光纜交接箱水浸、傾斜、震動等情況，上傳到智能門禁管理系統/智能門禁管理應用。

（3）供電模塊：內置一次性鋰電池，對控制單元、電子門鎖和傳感器等模塊提供電能。

（4）電子鑰匙：電子鑰匙支持在是智能門禁管理應用授權下進行應急開鎖。

3.3 光纜交接箱智能門鎖功能

由于智能門鎖需要安裝在光纜交接箱上，除了實現鎖具本身的能力外，需要實現符合光纜交接箱場景的門禁、管控需求的功能。

光纜交接箱智能門鎖的主要功能包括：可管控下的多種開鎖方式、光纜交接箱參數配置和儲存功能、告警功能、休眠和喚醒功能、信息上報功能等。

（1）通過智能門鎖實現可管控下的多種開鎖方式。

①通過智能門禁管理系統使用無線網絡進行遠程開鎖。

② 通過智能門禁管理應用使用無線網絡進行遠程開鎖或者使用藍牙進行近程開鎖。

③正常狀態下，光纜交接箱建議使用以上的開鎖方式，電子鑰匙建議在應急狀態下（控制單元失效、供電模塊中的電池無電或電量不夠的）通過智能門禁管理應用授權進行開鎖。

在光纜交接箱開鎖之前應該手動按下該電子門鎖的喚醒按鈕，才能接收除應急開鎖方式外下發的開鎖指令。對于2 門型、3 門型、4 門型的智能門鎖，僅能開啟指定門的電子門鎖，在同一個控制單元的其他門應不開啟；已經打開部分電子門鎖的情況下，再開其他電子門鎖，也應先手動按該電子門鎖的喚醒按鈕。

（2）智能門鎖對光纜交接箱信息配置和儲存。

智能門鎖的控制單元能通過智能門禁管理系統或者智能門禁管理應用進行配置光纜交接箱相關的信息并儲存，包括：光纜交接箱的信息（名稱、位置）、智能門禁管理系統的IP 地址和端口號、光纜交接箱箱門與電子門鎖的映射關系等。

（3）智能門鎖支持以下告警。

①非法開門告警：門關鎖關狀態變為門開鎖關狀態，產生非法開門告警。

② 非法開鎖告警：未授權開鎖情形下鎖由關變開，產生非法開鎖告警。

③長時間未關門告警：休眠一定時間后（時間可以設置）鎖關門未關產生未關門告警。

④ 長時間未關鎖告警：休眠一定時間后（時間可以設置）鎖未關產生未關鎖告警。

⑤ 智能門鎖低電量告警：電池電量低于設定值（可以設置）產生的告警。

⑥ 溫度超限告警（擴展功能）：溫度超過設定值（可以設置）產生的告警。

⑦ 傾斜告警（擴展功能）：載體傾斜超過設定值（可以設置）產生的告警。

⑧ 震動告警（擴展功能）：載體震動超過設定值（可以設置）產生的告警。

⑨ 水浸告警（擴展功能）：監測到水浸產生的告警。

（4）休眠和喚醒功能

由于光纜交接箱大部分位于室外，供電條件有限，為了節省供電模塊的電量，需要對智能門鎖設置一定的休眠規則。比如對光纜交接箱智能門鎖喚醒后、開鎖開門、關門關鎖等動作后不再操作，在一定時長比如2 分鐘內能進入休眠待機場景，供電模塊的電流能降到80 μA 以下。

智能門鎖應在下面幾種情況下喚醒設備。

①操作人員需要進行操作時，手動按下喚醒按鈕將智能門鎖從休眠狀態喚醒。

② 實時時鐘定期喚醒（在無告警的情況下采用正常時間間隔，正常時間間隔可設置，默認為24 小時；在有告警的情況下采用告警時間間隔，告警時間間隔可設置，默認為4 小時。正常時間間隔和告警時間間隔應可通過智能門禁管理系統進行配置）。

③鎖舌狀態發生變化。

④ 門開關狀態發生變化。

⑤ 震動超過門限值（擴展功能）。

⑥ 溫度超過門限值（擴展功能）。

⑦ 水浸（擴展功能）。

（5）信息上報功能

智能門鎖喚醒后，應能上報當前的告警信息和設備狀態信息，設備狀態信息包括實時信息時間戳、門開關狀態、鎖舌狀態、供電模塊電壓、電量信息、3G/4G/NB-IoT 信的卡號信息、3G/4G/NB-IoT 信號質量信息、軟件版本信息、硬件版本信息、溫度（擴展功能）、水浸（擴展功能）、傾斜（擴展功能）。

3.4 光纜交接箱智能門鎖其他技術建議

安裝在光纜交接箱上的智能門鎖還要適應光纜交接箱特點比如工作環境、尺寸、密封、引導操作等要求。因此本文給出如下建議。

（1）工作環境

智能門鎖部件是安裝在光纜交接箱內部，參照光纜交接箱標準YD/T 988-2015 工作環境，建議智能門鎖能在以下的工作環境正常運作：

①工作溫度：-40℃～+60℃；

② 相對濕度：10%～90%（非凝結）；

③大氣壓：62～106 kPa。

（2）尺寸建議

建議智能門禁的控制單元及供電模塊的封裝盒子體積要盡量小巧，同時電子門鎖部分應能適配光纜交接箱712 鎖的開孔尺寸，智能門鎖各個模塊部件能在光纜交接箱中穩固安裝和具有限位措施（防止鎖具發生位移）。

（3）密封建議

智能門禁的控制單元和供電模塊防水防塵應滿足IP65 要求。電子門鎖防護等級應滿足IP55 要求，在水進入鎖體時，應不能影響鎖的使用，并防止水進入載體。

（4）引導操作建議

①為了便于操作人員在光纜交接箱進行開關門鎖一系列操作，在電子門鎖上安裝指示燈和蜂鳴器，使用不同的聲光提示光纜交接箱智能門鎖鎖開狀態、落鎖狀態等。

② 智能門鎖控制單元的通信部分使用接插式SIM卡，便于異常的時候可以更換，通過智能門禁管理系統對sim卡狀態資費進行管理。

4 光纜交接箱的智能門鎖新建和改造

在部署光纜交接箱智能門禁系統中，智能門禁管理系統和智能門禁管理應用部署和安裝較為簡單，重點在于對光纜交接箱進行智能門鎖新建和改造。

4.1 智能門禁管理系統安裝方案

智能門禁管理系統包括智能門禁管理系統后臺服務器和Web 客戶端，智能門禁管理系統后臺作為業務數據的管理后臺，需要單獨安裝在服務器上，用戶側可以采用Web 方式接入系統。

4.2 智能門禁管理應用安裝方案

智能門禁管理應用安裝并運行在智能門禁管理終端上，智能門禁管理終端是一種具備藍牙、移動通信等功能的智能化手持終端設備。智能門禁管理終端與智能門禁管理應用的組成框圖如圖3 所示。

圖3 智能門禁管理終端與應用的組成框圖

為保證智能門禁管理應用程序運行正常，智能門禁管理終端須具備以下要求。

（1）RAM ≥2G；

（2）支持藍牙核心規范v4.0 以上；

（3）支持3G 及以上的移動網絡；

（4）可存儲記錄條數不小于2 000 條。

4.3 智能門鎖安裝

4.3.1 新建光纜交接箱配套智能門鎖

對于新建的光纜交接箱，配套的智能門鎖可以在光纜交接箱出廠或者出場時預裝，在現場免安裝，可以從總體縮短工程周期。

4.3.2 存量光纜交接箱的智能門鎖改造

對于存量的光纜交接箱需要加裝的智能門鎖組件包括：控制單元、供電模塊（電池盒）、電子門鎖和行程開光/門磁（與光纜交接箱的門一一對應），可選的其他傳感器等。

為了降低光纜交接箱智能門鎖改造的操作難度，建議改造的步驟如圖4 所示。

圖4 安裝流程圖

④ 使用螺絲刀拆卸掉箱體門上原位置的鎖芯。

⑤ 將新鎖體的背面塑料外殼水平翻轉，用拆卸的四顆螺釘固定在箱門背面，將鎖體固定在箱門正面。

⑥ 使用鎖體扭轉螺釘穿過箱門鎖舌、鎖體扭轉固定件、背面塑料外殼，然后和正面鎖體連接。

⑦ 旋轉鎖體正面的手柄，閉合鎖體正面，保證鎖舌處于水平位置可以關門。

⑧ 使用粘式固定座將電子門鎖的線固定在箱門，避免線纜懸空或影響柜門開關。

⑨ 將電子門鎖的連接線接到控制單元的接口。

（2）安裝控制單元和供電模塊（電池）。

以左出纖、單門光纜交接箱上安裝控制單元和供電模塊為例：

操作步驟：首先將控制單位與供電模塊連接，然后控制單元和供電模塊固定在箱體合適的位置。

位置的選擇、安放原則：①箱內的空余空間；② 安放位置不影響線纜走線、方便線纜插拔。控制單元和供電模塊安放的建議位置如圖5 所示。

圖5 控制單位和供電模塊安裝建議位置

（1）改造電子門鎖

電子門鎖的鎖具包括鎖體、扭轉螺釘、扭轉固定件和連接線。

操作步驟：

①找到光交箱門原來鎖具的孔位，利用螺絲刀拆卸掉原鎖具，只保留原來的鎖桿和鎖舌部分。

② 確定光纜交接箱孔位安裝尺寸和新鎖孔位尺寸匹配。

③通過扳手、十字螺絲刀將新鎖體的扭轉螺栓、扭轉固定件從新鎖具上拆卸下來。

（3）安裝行程開關

行程開關是一種常用的小電流電器，利用部件的機械運動碰撞來實現接通或分斷控制電路，從而檢測門的開關狀態，以單門的光纜交接箱上安裝為例。

操作步驟：

①將行程開關放在光纜交接箱邊緣處合適的安裝位置上，使箱門關閉時能夠觸動行程開關。

② 用手鉆在行程開關螺絲孔對應的固定位置處鉆孔。

③使用自攻螺絲將行程開關固定在箱體上。

④ 用粘式固定座固定住行程開關的信號線。

⑤ 關閉箱門，聽見“咔嚓”聲，行程開關能被箱門觸碰，說明安裝成功。

（4）安裝傳感器（可選）

以安裝溫濕度傳感器為例。

溫濕度傳感器需要連接控制單元的連接線。

操作步驟：

①將溫濕度傳感器連接線連接到控制單元接口上。

② 使用粘式固定座將溫濕度傳感器固定在箱體空隙位置，并使用展示固定卡座固定連接線，走線過程不要影響光纖、光纜套管。

4.3.3 改造問題小結及建議

改造過程中可根據存量的光纜交接箱的實際情況，會較多遇到以下問題以及相應的處理如下：

（1）光纜交接箱需要擴孔場景：帶齊配套工具進行擴孔。

（2）光纜交接箱箱體厚度不適配：小鈑金加固。

（3）電子門鎖的鎖桿長度不匹配：適度切割。

（4）由于門磁成本比較低，某些情況下會選擇門磁，但是如果實際場景下門磁安裝不合適：可換行程開關。

5 小結

ODN 光纜交接箱智能門鎖順利實現了光纜交接箱可控開鎖授權、多種便捷開鎖方式、狀態實時監控、異常情況及時告警等一系列智能化的管理、安防功能，使得光纜交接箱巡檢、運維管理工作將變得高效便捷、安全智能。