基于智能光纜的電力通信網絡運維管理系統設計研究

摘要：為提升網絡運維的效率和準確性，重點設計并開發一套基于智能光纜的電力通信網絡運維管理系統。通過集成光功率預警模型、光時域反射儀（Optical Time-Domain Reflectometer，OTDR）[A2] 故障定位算法等關鍵技術，系統能夠實時監測光纜狀態、快速定位故障、優化網絡性能并高效管理資源。實驗結果表明，該系統在故障檢測準確率、性能優化效果和資源調配效率方面均表現出色。因此，該系統為電力通信網絡的運維管理提供了有力的技術支持，顯著提高了網絡的可靠性和穩定性，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：智能光[A3] 纜 電力通信網絡 運維管理 系統設計

Design and Research of Power Communication Network Operation and Maintenance Management System Based on Intelligent Optical Cable

WANG Zhen’gang

Shandong Guangda Engineering Consulting Co.， Ltd.， Ji’nan， Shandong Province， 25000[A4] 0 China

Abstract： In order to improve the efficiency and accuracy of network operation and maintenance， a power communication network operation and maintenance management system based on intelligent optical cables is designed and developed. By integrating key technologies such as optical power warning models and Optical Time Domain Reflectometer （OTDR） fault location algorithms， the system can monitor the status of optical cables in real time， quickly locate faults， optimize network performance， and efficiently manage resources. The experimental results show that the system performs well in terms of fault detection accuracy， performance optimization effect， and resource allocation efficiency. Therefore， this system provides strong technical support for the operation and maintenance management of power communication networks， significantly improving the reliability and stability of the network， and has broad application prospects.

Key Words： Intelligent optical cable; Power communication network; Operation and maintenance management; System design

隨著電力通信網絡的快速發展和規模的不斷擴大，網絡運維管理面臨前所未有的挑戰。傳統的運維方式已難以滿足當前復雜多變的網絡環境和高效運維的需求[1]。智能光纜作為電力通信網絡的重要組成部分，其狀態監測和故障定位對保障網絡穩定運行至關重要。然而，現有的光纜運維管理系統存在監測手段單一、故障定位不準確、響應速度慢等問題，嚴重影響了電力通信網絡的可靠性和穩定性。為此，通過整合先進的光纖傳感技術、數據分析算法和網絡管理技術，構建一套智能化、高效化的電力通信網絡運維管理系統。

?1" 系統架構設計

該系統架構設計的目的是實現對光纜網絡的全面、實時監測，將光纜網絡的維護由被動轉為主動，方便運維人員利用實時監測、自動分析、故障定位等功能，及時發現并處理光纜故障，從而確保電力通信網絡的穩定運行。系統架構主要包含以下3個組成部分。（1）監測中心。監測中心主要負責收集、分析和處理來自各個監測終端和監測單元的數據。它具備強大的數據處理能力，能夠實時顯示光纜網絡的運行狀態，并對潛在故障進行預警[2]。（2）監測終端。監測終端部署在光纜網絡的關鍵節點，通過高精度光時域反射儀（Optical Time-Domain Reflectometer，OTDR）[A5] 和光功率監測技術，實時監測光纜的損耗、反射等參數。當監測到異常時，監測終端會自動觸發故障預警，并將相關數據傳輸至監測中心。（3）監測單元。監測單元作為光纜網絡中的基本監測單位，主要負責具體光纜段落的監測任務。每個監測單元都配備了相應的傳感器和通信設備，能夠實時采集光纜的運行數據，并將其上傳至監測終端。

?2" 系統關鍵模塊設計

2.1" 故障處理模塊

在設計故障處理模塊時，技術人員需要從以下幾個方面入手。

2.1.1故障檢測與定位

首先，系統通過光功率預警模型進行故障檢測[3]。該模型通過光功率計模塊輪巡檢測光纜中各支光纖的光功率值，并與系統設定的閾值進行比較。當檢測到光纖中的光功率值低于閾值時，產生告警信號，并啟動OTDR模塊對故障點進行測距。光功率[A7] 預警模型的公式[A8] 可以表示為

式（1）中：代表告警條件；代表為光纖中光公路的實際值；代表系統設定的閾值；代表告警會滯值。

在OTDR故障定位算法方面，系統通過多次測量設備與故障點的距離，并將多次測量的數據進行求平均，以減小誤差。最終，通過考慮光纜接頭盒內的盤留長度、光纜的絞縮率等因素，得出設備到故障點的實際距離。OTDR故障定位算法的公式可以表示為

式（2）中：為設備到故障點的實際距離；為設備與故障點的平均距離；為設備到光纖故障點之間的光接頭盒數量；為光纜接頭盒內的盤留長度；為光纜絞縮率；為光纜皮長。

通過光功率預警模型和OTDR故障定位算法的結合，該系統能夠實現對光纜故障的精準定位和有效檢測，從而提高電力通信網絡運維管理的效率和可靠性[4]。

2.1.2報警?

在定位到故障點后，系統立即觸發報警機制，通過短信、郵件、系統界面等方式向運維人員發送報警信息，告知故障類型、位置、影響范圍等信息。

2.1.3故障處理?

運維人員接收到報警信息后，根據故障類型和位置，迅速組織搶修隊伍前往現場進行處理。同時，系統提供故障處理指導和歷史故障案例庫，幫助運維人員快速、準確地解決故障。

2.2性能監控模塊

在設計性能監控模塊時，首先，通過網絡設備上的性能監測傳感器，實時采集網絡流量、誤碼率、時延等性能指標數據。同時，系統還收集網絡設備的運行狀態信息，如CPU利用率、內存使用情況等[5]。其次，將采集的性能數據傳輸到運維中心后，系統利用數據分析和人工智能技術對其進行深入分析。通過對比歷史數據、設定閾值等方式，系統能夠發現網絡性能異常和潛在問題。最后，通過直觀的圖表和界面，將分析好的性能數據展示給運維人員。系統提供實時性能監控界面和歷史性能報告，幫助運維人員全面了解網絡性能狀況，及時發現并解決問題。

2.3資源管理模塊

資源管理模塊主要用于對光纜資源的分配、監控和調整，該模塊的實現機制如下。首先，

資源管理模塊通過集成網絡拓撲信息和光纜資源數據，自動靈活地分配所需要的光纜資源。當有新業務需求時，系統根據網絡拓撲、光纜容量、光纜質量等因素，自動選擇最優的光纜路徑進行資源分配，確保網絡的穩定性和可靠性。其次，該模塊可以實時采集光纜網絡的光功率、誤碼率、時延等各項性能指標，全面化監控光纜資源。同時，利用故障預警功能進行光纜異常問題檢測，當檢測到光纜性能異常時，會及時發出預警信息，以便運維人員及時處理。最后，根據網絡運行情況和業務需求的變化，資源管理模塊能夠動態調整光纜資源的分配。例如：當某條光纜的負載過高時，系統可以自動將部分業務遷移到其他光纜上，以平衡網絡負載，提高網絡的整體性能。

3系統測試

3.1實驗步驟

本次實驗步驟如下。（1）數據預處理?：對收集的光纜運行數據、網絡資源數據和故障模擬數據進行清洗、整合和標注，為后續的模型訓練和測試做準備。（2）故障檢測模型訓練?：利用預處理后的故障模擬數據，訓練故障檢測模型，使其能夠準確識別光纜故障。（3）性能優化策略實施?：在網絡中實施性能優化策略，如動態帶寬分配、故障快速恢復等，并收集實施前后的網絡性能數據。（4）資源調配算法測試?：在模擬故障和網絡負載變化的情況下，測試資源調配算法的優化效果，如資源利用率和響應速度的提升情況。（5）結果記錄與分析?：記錄實驗過程中故障檢測模型的準確率、網絡性能優化前后的對比數據、資源調配算法的優化效果等各項數據，并進行詳細的分析。

3.2實驗結果分析

系統各指標測試結果如表1所示，從表1中的數據可以看出，可以得出以下結論。（1）故障檢測準確率。通過改進模型算法和增加訓練數據，發現優化后的故障檢測模型的準確率提升至98%，誤報率降低至1%。這表明優化后的模型能夠更準確地識別光纜故障，減少誤報情況，提高運維效率。（2）性能優化效果。系統網絡平均延遲、帶寬利用率、設備負載均衡度均得以明顯提升，其提升率分別為33.3%、41.7%、28.6%。這表明該系統獲得良好的性能優化效果。（3）資源調配效率。優化后的資源利用率提升至95%；平均響應時間縮短至5 s。這說明優化后的系統具有較高的資源調配率。

4 結語

綜上所述，基于智能光纜的電力通信網絡運維管理系統通過集成光功率預警模型、OTDR故障定位算法等關鍵技術，實現了對電力通信網絡的全面、實時、智能監控與管理。系統能夠高效準確地檢測光纜故障，快速定位故障點，并通過遠程光鏈路倒換機制保障網絡的持續穩定運行。同時，系統還具備強大的性能監控與優化能力，能夠根據網絡實際情況動態調整資源分配，提升網絡整體效率。

參考文獻

[1] 周實華. 電力通信網絡管理信息系統的設計與實現[D].[A10] [A11] 成都：四川電子科技大學，2020.

[2] 王信俊.惠州電力配網通信網絡的設計與實施[D].廣州：華南理工大學，2020.

[3] 張金天.基于長距離BOTDR的電網在運OPGW光纜應變狀態檢測研究[D].哈爾濱：黑龍江哈爾濱理工大學，2023.

[4] ZHANG L X，YAN L F，SHEN[A12]" W D， et al. Neural network-based fiber optic cable fault prediction study for power distribution communication network[J].Applied Mathematics and Nonlinear Sciences，2024，9（1）：13-15.

[5]叢偉浩.基于智能光纜的電力通信網絡運維管理系統設計研究[J].通信電源技術，2024，41（16）：240-242.