光纖網絡在線監測管理系統優化設計

摘? 要： 針對光纖網絡在線監測系統在使用過程中存在諸如創建光路等操作繁瑣、告警數據展現不實時、監測設備可擴展性差以及測試數據分析不夠準確的問題，采用WebGIS、HTML5和WebSocket等技術對其進行優化改造。系統中增加了通信機，并采用一種基于小波變換動態降噪的方法進行OTDR曲線數據分析，實現了操作可視化、告警數據實時展現、兼容不同協議的監測設備，大幅提升OTDR曲線數據分析的快速性和準確性。

關鍵詞： 網絡地理信息系統; 小波變換; 通信機; 可視化操作

中圖分類號：TP399? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）12-31-05

Abstract： Aiming at the problems of cumbersome operation such as creating optical path， non real-time display of alarm data， poor scalability of monitoring equipment and inaccurate analysis of test data in the use of optical fiber network online monitoring system， the WebGIS， HTML5 and WebSocket technologies are used to optimize and update it. A communication machine is added to the system， and a method of dynamic noise reduction based on wavelet transform is used for OTDR curve data analysis， which realizes visualized operation， real-time display of alarm data and compatible with monitoring equipment of different protocols， and greatly improves the rapidity and accuracy of OTDR curve data analysis.

Key words： WebGIS; wavelet transform; communication machine; visualized operation

0 引言

目前的智能光纖網絡在線監測管理系統WebGIS[1-2]是基于富客戶端技術flex開發。flex的特點及優勢是作為瀏覽器插件，有跨平臺，較炫的視覺效果而出名，缺陷是開發的swc包在瀏覽器端部署比較龐大，且沒有flashbuilder就無法有效調試。

隨著瀏覽器平臺的去插件化潮流，html5[3-4]技術興起并成熟，諸多本屬于flex的優勢如動畫等特效已經可以基于純瀏覽器端開發，移動端平臺日益重要且不再支持flex，原系統由flex升級到html5正是時候。原系統功能全部在Web服務端實現，業務邏輯采用緊耦合方式，明顯的缺點是系統的擴展性差，采用WebSocket[5]和分布式技術，將Web服務端拆成若干邏輯內聚性強的獨立服務。OTDR測試曲線數據分析是系統的核心算法，原來的算法因曲線數據中夾雜的環境噪聲數據而影響分析的準確性問題比較大，因此采用一種基于小波變換動態降噪的OTDR曲線數據分析方法[6]，也是系統優化的重點。

1 系統優化技術研究

1.1 WebGIS改造

1.1.1 數據庫升級

地理數據庫原系統采用Oracle 10g（及其空間擴展Oracle spatial），底圖為shp文件，存在的問題有：數據存放較凌亂，數據庫與文件shp共存，不在一個數據庫，之間不能做sql操作;Oracle 10對主流坐標系的支持較弱，缺乏較好的空間數據庫管理工具，不是ogc標準的協議，高級的分析功能缺失，如做不到路徑分析。

采用postgresql+postgis取代oracle spatial部分，優勢如下：pgadmin提供免費的客戶端，直接鼠標操作，即可實現shp數據導入數據庫，數據庫圖層導出shp的操作;postgis的gis分析功能強大，是當前主流技術，成熟的開源gis數據庫;postgresql強大的支持，使用wrapper功能，使其能進行跨庫的增刪改查，使得業務數據庫與gis數據庫物理分離與項目結合使用成為可能。

1.1.2 地圖客戶端升級

地圖客戶端將采用OpenLayers 3.5版本開發，ol3是基于html5開發的web客戶端的開源庫，體現了當前html5技術發展的最新成果，地圖顯示效果與操作都已超越了當下任何一個地圖前端開源庫。ol3能非常好的綁定ui控件進行操作，類似flex的[bindable]操作，體驗很好。

1.2 軟件架構改造

新系統軟件架構優化改造，將原系統服務按照邏輯功能拆分為三部分：Web服務、通信機和OTDR曲線數據分析服務。如圖1所示。

Web服務的主要功能：系統管理、資源管理、光路配置、監測管理和劣化分析。

通信機與Web服務通信采用WebSocket方式，數據采用Json格式，通信機與監測設備采用tcp方式，采用監測設備廠商提供的通信協議。

OTDR數據分析是個比較耗時的過程，將其獨立出來可以部署成集群服務（如微服務架構），極大提高系統的服務能力。

系統軟件架構經優化改造后，明顯優點是：業務邏輯實現解耦，便于實現系統擴容，提高系統的服務能力、穩定性。

1.3 資源配置管理改造

原系統中資源配置管理基本靠用戶輸入文字完成，用戶操作相當繁瑣，而且容易產生錯誤，體驗極不友好。隨著Web圖形化技術的發展，特別是HTML5技術日臻成熟，對資源的圖形化配置管理和數據的可視化改造勢在必行。

與基于富頁面技術的Adobe Flash， Microsoft Silverlight， Java Applet等相比，使用HTML5中的Canvas、SVG和CSS3實現的數據可視化方法，具有更好的瀏覽器兼容性、不需要安裝插件、符合W3C國際標準。優化方案使用Qunee for HTML5進行資源的可視化改造。

1.4 OTDR曲線分析優化

原系統OTDR曲線分析使用的是基于兩點法和最小二乘法，算法簡單易實現，但對數據噪聲敏感，誤差較大。目前，OTDR數據分析常用的方法有：時域分析法、基于神經網絡算法、小波變換算法等。小波變換首先對曲線數據進行降噪，然后將信號分解為一系列小波函數疊加，具有良好的時域和頻域局部化的特征信號，分析準確性高，但是計算量大，分析速度慢。

采用“一種基于小波變換動態降噪的OTDR曲線數據分析方法”專利技術，結合小波變換和最小二乘法能有效分析OTDR曲線數據，極大提升了OTDR曲線數據分析的準確性和速度。

2 系統關鍵部分優化設計

2.1 WebGIS設計

2.1.1 數據庫postgis設計

采用PostgreSQL插件oracle_fdw實現postgis與Oracle的同步數據，這里需對光纜、局站、地標和光交接點基于WebGIS進行可視化管理，對照Oracle中的四張業務信息表，在postgis中分別創建四張對應的地理信息表（使用唯一關鍵字關聯）和四張對應的外表，并在外表上創建視圖，視圖上包含地理信息和業務信息。

創建局站、光纜、地標和光交接點表的增/刪/改函數、告警定位函數，新增函數傳入參數：關聯業務表的唯一關鍵字（idcode）、表名和地理信息字符串，輸出基于地理信息字符串和地理坐標系（3857）的幾何值;刪除函數傳入參數：idcode和表名，輸出idcode;告警定位函數計算起始點和參考點的地理距離。

2.1.2 GeoServer配置

配置數據源postgis安裝的IP、端口、賬號口令，配置相關的圖層，分別為PG庫中創建的視圖和函數配置對應的圖層，圖層名字與PG庫中的視圖和函數名字相同，為光纜、局站、地標和光交接點創建樣式。

2.1.3 客戶端設計

Web客戶端使用openlayes調用geoserver的WFS服務，重要JS代碼如下：

function getFeature（options） {

$.ajax（geoserverhost+'geoserver/wfs'， {

type： 'GET'， async：true，

data：{ service：'WFS'，version：'1.1.0'，request：'GetFeature'，

typename：options.typename，srsname：options.srid，

viewparams：options.viewparams， bbox：

（options.extent===undefined）？undefined：options

.extent.join（'，'）+ '，'+options.srid，

filter：options.filter }，

dataType：'jsonp'，jsonpCallback：'callback：'+options.callback，

jsonp：'format_options' }）; }

通過函數getFeature完成數據的加載和資源數據的增刪改，參數typename使用geoserver配置的圖層名稱，調用完成后執行的回調函數在參數jsonpCallback中給出。回調函數完成的任務有：在PG中完成資源的增刪改后，同步進行業務數據庫資源的增刪改;資源數據改動后重新加載地圖數據，刷新地圖。

2.1.4 地圖圖形操作設計

⑴ 展示多個圖層，設定圖層的樣式。

⑵ 縮小放大，展示不同的圖層。

⑶ 添加不同類型的節點（如：局站、光交接點、地標等），節點圖標可選，圖標提供點擊事件，如：點擊圖標顯示具體信息。

⑷ 節點之間連接線，根據連線類型，能設置粗細、顏色，連接線可以標注名稱，連接線可以拖動后形成折線，拖動到節點附近具有自動停靠功能。

⑸ 拖動光纜的連線，自動計算并更新光纜的地理長度;光纜重疊部分的連線自動加粗重疊部分線條，點擊重疊部分光纜線條，通過彈出菜單列表選擇欲操作的光纜。

⑹ 監控，如拖動點線的監控，根據鼠標滑竿的位置，在地圖上綁定顯示當前位置。

⑺ 基于地圖的告警展示，根據監測的光纜、故障點距離光纜頭的地理長度，定位故障點的地理位置，并以閃爍紅色圖標顯示，鼠標移動到故障圖標上顯示告警詳情。

2.2 監測光路圖形化配置設計

光路是由若干段光纜中的纖芯連接起來的，光路的配置需要用到的資源有：局站、監測設備、光纜、纖芯、尾纖、跳纖、配線盤。優化設計采用基于HTML5的圖形化組件：Qunee for HTML5。

2.2.1 光纜配線

光纜配線是指將光纜兩端（A端和Z端）的尾纖連接到配線盤的空端子上，圖形化操作如圖2所示，將局站A和B之間的光纜A<-->B上的纖芯號5、6進行配線。

由圖2可見，配線盤各個端子的狀態一目了然，并且通過彈出提示框查看端子的具體信息。配線過程如圖虛線所示，連接光纜段的可用纖芯到配線盤的空端子即可。

2.2.2 光路建立

光路建立是采用跳纖將光纜中配線好的纖芯連接起來，光路建立過程設計為新建光路和續建光路。如圖3所示，通過在圖中繪制虛線（跳纖），將光纜A<-->B的纖芯1與光纜B<-->C的纖芯2連接后，并顯示光路圖。

2.2.3 光路設備連接

將建好的光路連接監測設備的OTDR、OPM、OSW、OLP模塊端口，實現對光路的光功率測試、OTDR測試、OLP保護。其圖形化操作過程如圖4所示，通過繪制虛線（跳纖）對光纜A<-->B的纖芯1起始的光路進行測試。

2.3 通信機設計

通信機對下采用TCP與各種監測設備通信，對上采用WebSocket與監測系統通信，將各種檢測設備通信協議統一轉換為上層業務協議，軟件結構設計如圖5所示。

2.3.1 任務調度

任務調度對任務分優先級調度，實時任務優先級高，周期任務優先級低。實時任務有：點名測試、下發設備配置參數等;周期任務有：定期采集光功率，定期查詢硬件配置等。

2.3.2 設備通信

包括設備通信連接、協議轉換、數據發送和接收。通信連接完成設備合法性驗證、連接異常處理（如：超時等）;協議轉換將上層系統業務協議（Json格式）與底層的各種測試設備廠家協議相互轉換;數據發送和接收采用流水號、數據優先級、超時重發等機制，保證數據順序、可靠的傳送。

2.3.3 業務系統通信

與業務管理系統的通信采用WebSocket技術，接收來自管理系統Web頁面的業務指令（Json格式），并將指令執行結果返回管理系統，將各種告警數據實時推送到管理系統Web頁面展現。

3 結束語

數據的可視化以及圖形化操作代表了當前技術主流，本文詳細闡述了采用開源的PostGIS+GeoServer+OL3進行WebGIS改造和基于HTML5技術的光路配置圖形化操作過程的設計，將用戶從繁重的文字輸入和閱讀工作中解脫出來，通過鼠標點擊、拖動以及繪制圖形的方式直觀地完成復雜的配置工作。通信機是系統架構優化改造的重點部分，這將為系統以后的升級擴容帶來便利。

參考文獻（References）：

[1] 郭明強，黃穎等.WebGIS之OpenLayers全面解析[M].電子工業出版社，2019.

[2] 張貴軍，陳銘.WebGIS工程項目開發實踐[M].清華大學出版社，2016.

[3] David Geary.HTML5 Canvas核心技術[M].機械工業出版社，2013.

[4] 陶國榮.HTML5實戰[M].機械工業出版社，2011.

[5] 張藝.基于WebSocket的及時通信系統研究與實現[J].軟件，2015.3.

[6] 朱云杰.一種基于小波變換動態降噪的OTDR曲線數據分析方法[P].中國，專利號：ZL 2018 1 1539067.7