光纜智能監測系統在邊緣光纜網應用中的分析與研究

原恩育

（中國人民解放軍63887部隊 河南 洛陽 471000）

0 引言

隨著光纖通信技術的飛速發展，光纜網的應用日益普及。無論是在干線光纖通信網還是用戶光纖接入網，光纜線路的快速故障排除都是確保通信網可靠運行的關鍵因素，而光纜線路故障點的判定則是故障排除過程中的重點和難點。傳統的光纜線路維護管理模式，如人為因素占比大、故障查找困難、排障時間長等影響通信故障的快速修復。光纜智能監測系統是根據目前光纜網維護中故障判定查找短板設計，能在故障發生后通過實時監測管理、動態地觀察光纜線路傳輸性能的劣化情況，及時發現和預報光纜隱患，強化光纖通信傳輸網的智能化管理，增強通信系統的可靠性，降低光纜阻斷的發生率，是縮短光纜故障歷時、保證服務質量的有效解決手段。

1 光纜智能監測系統

1.1 光纜智能監測系統主要功能

光纜智能監測系統是一套基于GIS技術對光纖網絡管理和維護的光纜在線監測系統。系統由操作軟件和監測設備組成如圖1所示。其基本工作原理為：在OTDR測試功能模塊上連接被測纖芯，利用數據庫中GIS地圖上的光纜線路數據，通過瀏覽器訪問系統平臺界面，完成對光纖傳輸網的故障實時監測，光纜資源的GIS地圖顯示，光纜故障告警的精確定位，光纜性能的長期漸變監測分析。除此之外，系統還具有自定義用戶使用權限、自定義告警分級、光纜故障告警信息短信告知等功能，從而實現對光纜網資源的智能監測管理。

圖1 系統工作示意圖

1.2 光纜智能監測系統應用

光纜智能監測系統是解決光纜網絡管理和維護的智能系統，可用于完整性的通信光網絡相關資源管理、光纜線路的通信質量監測?？捎行Ч芾砉饫|資源對象屬性、資源分布、文檔存儲及查詢。同時還能為光纜維護分隊提供光纜性能、故障告警、故障定位等維護信息，有效提升光纜維護及資源管理效率。

光纜智能監測系統的應用場景主要包括：管道光纜、地埋光纜、架空光纜、海底光纜。其組網方式靈活多樣，通過數據傳輸方式利用2M協議轉換器、TCP/IP等協議，可對近百臺設備進行組網[1]，通過采用在線監測和備纖監測兩種方式可完成對省市級城市的大型光纜網絡監測，也可根據實際對小型邊緣接入網進行有效管理。

2 監測系統在邊緣光纜網中的應用

2.1 光纜智能監測系統在邊緣光纜網中的應用

光纜智能監測系統靈活的組網性能，簡潔的應用操作，強大的監測功能可在光纜網監測中廣泛采用。在實際應用中該系統通過對機房、機柜、機架及其內部設備的圖形可視化管理，利用GIS平臺系統，與光纜監測設備數據對接，實現光纜、管道、人孔等資源的可視化管理?？稍诓僮鹘缑媲逦@示定位所有光纜網資源狀態，并能夠通過空間元素查詢輕易交接到想要的各種資源信息，故障發生后，可通過實時監測定位光纜故障位置，并在GIS地圖上閃爍顯示。系統反映的故障信息，還可通過短信息和現場聲光等多種告警方式在第一時間通知相關維護人員。

2.2 光纜智能監測系統的監測組網方式

基于光纜智能監測系統的現有功能，結合邊緣光纜網現狀，光纜智能監測系統的芯線測試功能、故障定位功能以及多通路OTDR監測功能都較好地解決邊緣無源光網絡節點的光纜線路監測問題。多臺監測終端按邊緣光纜網物理結構布放，更能有效解決不同類型光纜網的監測，達到監測系統的監測組網。

根據邊緣光纜網絡分布情況復雜，備用纖芯資源較為豐富的實際，監測多選用智能監測系統的備纖監測方式，將系統的OTDR設備嵌入光纖輸送網，通過對光纜中不進行任何業務信號傳輸的備用纖芯實施監控測試的方式實現對光纜網的監測管理（見圖2）。同時確保了測試波長與被測線路匹配，不改變設備和纖芯的配置，與現有網絡融合度較高。該方式雖然需要占用一根單獨的纖芯，但是投資的設備少，建設過程簡單，比較適用于邊緣光纜網[2]。

圖2 備用纖芯監測方式示意圖

3 光纜智能監測系統在應用中故障點準確性分析

在邊緣光纜網的實際應用中，光纜智能監測系統雖然解決了光纜網無源光節點的智能監測問題，也能及時上報被監測的光纜網中出現的全阻故障，對故障點的位置也有地理位置顯示，但仍然出現了一些較為突出的問題，主要從以下幾個方面進行分析。

3.1 故障上報時間不夠及時

系統運行中，通過自動巡檢巡測功能對光纜線路進行實時測試，光纜線路故障發生后，系統通過與原始數據庫中的模板比對，結合GIS地圖的GPS信息，顯示出故障點位置，同時將告警信息上報系統客戶端，完成故障點實時監測告警。但在實際運行中，智能監測系統的OTDR模塊受系統預設功能控制，只能由一臺OTDR對所有監測光通道進行定時巡檢巡測，巡測時間還會因監測光纖的數量和長度等因素影響而延長。因此，當故障發生后，由于系統巡測周期較長，無法第一時間上報線路故障情況。與傳統的傳輸網管故障上報時間毫秒或秒級相比，智能監測系統故障上報時間比傳輸網管故障上報時間晚5～10分鐘左右（見圖3）。大大影響了故障修復的時效性以及通信業務恢復時間。

圖3 傳輸網管與監測系統告警上報時間對比圖

3.2 故障點定位的準確性不高

系統工作原理為基于電子地圖的OTDR自動監測，在實際運行的過程中，最原始的數據是基于系統數據庫當中的電子地圖。在其基礎上將光纜線路的GPS信息如光纜、線桿、光纜芯數、長度、預留、接頭等信息加載到數據庫中，作為底層數據，當故障發生后，系統通過自動巡檢巡測功能，將監測到的光纖信息與數據庫中的模板數據進行比對，當測試結果與模板信息不匹配程度達到監測系統預設的臨界值時，觸發系統的故障告警功能，此時系統將OTDR測試的故障點位置與預設的GPS信息進行比對，并在客戶終端的電子地圖上顯示故障點地理位置，同時推送故障點距離等相關信息。但在系統運行中，無論是不斷變化的線路信息還是不斷變化的地理信息都對自動監測系統故障點的準確定位造成影響（見圖4）。如每次線路阻斷后經過搶修后的線路由于增加了接頭和預留，都會比原有線路更長。此時要想確保智能監測系統后續的測試準確，需要每次精確測量數據變化，重新對整條線路資料進行數據錄入，工作量較大。而地理地貌的變化則會造成信息與實際不符，排障過程中也將會影響線路搶修效率。

圖4 阻斷后監測系統與人工測試數據對比

3.3 故障點告警功能存在弊端

光纜智能監測系統目前采用備用單纖監測與在用纖芯實時監測兩種方式對光纜線路進行智能監測，輔助光纖通信設備網管系統，可有效對光纜網進行監測。但在實際運行中，無論備纖監測還是在用纖芯監測都只對光纜的全阻故障和較大衰耗故障反應明顯，對部分纖芯故障和損耗故障表現一般。以備用纖芯監測方式為例，就常見的山區林地松鼠咬斷光纖故障進行分析，通常松鼠咬斷光纖僅為光纜中的部分纖芯，假如被咬斷纖芯為在用的SDH/WDM/OTN業務纖芯，此時傳輸網管發生告警，但監測系統卻不告警，無法對故障判定形成有效參考[3]。假如被咬斷纖芯為監測纖芯，同纜中的業務纖芯并未阻斷，此時監測系統雖有告警，但因主業務未斷，要想修復阻斷的監測信道光纖則需要將在用傳輸業務阻斷，才能完成對監測故障的徹底修復。而衰耗故障則更為復雜，當發生衰耗故障時，由于光纖傳輸網管系統是基于光纖鏈路全程損耗設定的觸發告警模式（門限值一般為-32 dB左右），而光纜智能監測系統采取單點故障觸發告警模式（門限值為0.1～5 dB）。所以，當傳輸網管接收線路總損耗到達下門限時，即觸發傳輸網管系統告警。而智能監測系統只要單點損耗故障不超過設定的門限，即使線路總損耗累加超過了告警損耗的總值，也不會觸發告警，此時智能監測系統就無法對線路故障提供實時有效的故障點參考。

4 光纜智能監測系統故障點定位的改進方案

基于上述光纜智能監測系統在邊緣光纜網現實應用中出現的問題，可重點針對以下幾個方面進行改進，全面提升系統監測性能。

4.1 改進監測系統巡檢模塊

可將現有系統的OTDR測試模塊基于通道開關控制的單纖智能輪巡監測方式進行改進[3]。具體改進思路為：利用分光技術將測試模塊OTDR發出的監測光進行分光處理，分別送入監測通道，可以有效解決單設備多通道輪巡方式，大大縮短巡檢周期，及時發現故障信息，有效縮短告警上報時間。該方式還應考慮單設備測試參數設置與被監測通道波長、纖長等不匹配的問題。該問題較為復雜，需要將OTDR監測模塊經分光器處理的每一波道的測試光通過測試調制模塊，使調制后的測試光能夠適應被測光纖的各項測試參數，從而得到每條通道更為精確的監測數值（見圖5）。此方法可以有效解決單臺OTDR單纖輪巡模式，同時對數條通道進行巡檢巡測，不會因被測光纖的數量和距離等因素對故障告警時間產生較大影響，能第一時間上報線路故障告警信息，提升搶修效率及故障修復時間[4]。

圖5 光纜智能監測系統工作示意圖

4.2 提升故障點定位的準確性

智能監測系統是依靠數據庫中錄入的原始數據與監測信息進行比對，將故障定位信息在客戶終端顯示。應用中，實時變化的光纜線路信息與數據庫中不變的地理位置信息必然出現誤差，從而影響故障點定位的準確性。因此，要想改進智能監測系統故障點定位的準確性，必須改進智能監測系統的數據庫錄入方式。增加“一鍵數據適配”功能，將現有的人工錄入數據信息的方式改為一鍵測試自動更新適配方式。具體思路為：每一次線路信息發生改變時，開啟系統“一鍵數據適配”功能，將新測試的光纖監測數據與原始GPS地理信息數據進行匹配，操作界面中增設線桿、預留、接頭等參考標志，在同步生成新的全測試段光纖監測數據信息時，簡化數據更新操作步驟，將新的數據信息適配到電子地圖并在系統中顯示。針對地形地貌變化，可將現有二維地圖數據升級為三維電子地圖數據庫，提升電子地圖分辨率及更新頻率，同時實現地圖數據庫升級功能，通過地圖數據庫升級可自動對原有監測數據與光纜信息進行適配，減少地形變化對監測故障點判定的影響，提升智能監測系統的實時性與準確性。

4.3 更改智能監測系統監測模式

想有效解決光纜智能監測系統告警漏報問題，可改變現有備用單纖監測方式為在用纖芯實時監測（見圖6）。參考改進后的監測系統模塊對監測信道進行重新配置，增加被監測光纖通道的數量，同時對在用業務光纖也進行光耦合監測，將監測波長調整至業務光纖傳輸波段，耦合至業務光纖中，在不影響業務傳輸的同時完成對業務光纖的實時監測[5]。解決線路損耗故障告警可采取調整監測模塊定時發送測試脈沖為實時發送測試脈沖方式，與調整測試故障告警門限值相結合的方式，實時發現被監測線路傳輸狀態的變化情況，及時觸發報警，為維護人員提供告警分析及預判信息，有效排除阻斷隱患。

圖6 在用纖芯實時監測參考模型

5 結語

綜上所述，光纜智能監測系統是有效解決邊緣光網絡監測問題的有效工具，通過以上的改進可以有效解決目前光纜智能監測系統在實際應用過程中，遇到的故障告警上報不及時、故障點定位不準確、故障告警信息漏報等問題，可提升光纜智能監測系統對光纜網絡的有效監測，為維護人員提供可靠的數據參考，快速排除通信故障，切實提升光纖通信傳輸網的可靠性。