一种光缆线路自动监测系统的设计和实现 - 全文

由于光纤通信具有容量大、传送信息质量高、传输距离远、性能稳定、防电磁干扰、抗腐蚀能力强等优点，而得到了人们的青睐。特别是在近十年里，随着人们对宽带业务需求的不断提高，光纤通信得到了大力发展。但与此同时，光缆的维护与管理问题也日渐突出。随着光缆数量的增加以及早期敷设光缆的老化，光缆线路的故障次数在不断增加。传统的光缆线路维护管理模式的故障查找困难，排障时间长，影响通信网的正常工作，每年因通信光缆故障而造成的经济损失巨大。因此，实施对光缆线路的实时监测与管理，动态地观察光缆线路传输性能的劣化情况，及时发现和预报光缆隐患，以降低光缆阻断的发生率，缩短光缆的故障历时显得至关重要。

　　光缆监测系统集计算机技术、通信技术和光电技术为一体，具备远端实时、定期测试、遇不良情况自动告警及数据综合分析等多项功能。同时，通过定期测试，光缆自动监测系统能及时判断光缆接头盒进水进潮情况，迅速准确地判断光缆障碍，缩短障碍历时，及早发现光缆劣化情况，提高长途光缆的维护质量。本文介绍了光缆线路自动监测系统的组成原理，分析了其应用。

　　一、应用背景

　　据统计，我国已敷设光缆的总长度超过了4.05×106km,约7.582×107芯公里，而微波线路长度仅为2×105km,且传输容量远低于光缆线路，可见目前我国信息容量的90%以上是通过光缆线路传送的。

　　虽然现有环网保护技术可在一定程度上能继续保证业务的畅通，但可以看出，由于线路维护仍然采取传统的方式维护抢修，线路故障恢复历时均较长，出现业务故障的隐患仍然存在。

　　因此，实施对光缆线路的实时监测与管理，动态地观察光缆线路传输性能的劣化情况，及时发现和预报光缆隐患，以降低光缆阻断的发生率，缩短光缆的故障历时显得至关重要。

　　二、光缆线路监测系统的应用

　　光缆线路自动监测系统是电信管理网（TMN）中传输网管理域的一个子网，是有效压缩全阻障碍历时和及时发现光缆线路隐患的重要技术手段。它利用计算机技术、光纤通信测量等技术，对光缆线路质量、运行等情况进行自动、实时监控和测试。

　　根据监测对象的不同，一般将监测系统分为两大类：对光缆金属护套对地绝缘电阻的测试和对光纤后向散射系数的测试，前者也称光缆护套对地绝缘自动监测系统，后者称光纤自动监测系统。

　　1.光缆护套对地绝缘电阻自动监测系统

　　光缆（optical fiber cable）主要是由光导纤维（细如头发的玻璃丝）和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆内没有金、银、铜铝等金属，一般无回收价值。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。 即：由光纤（光传输载体）经过一定的工艺而形成的线缆。光缆护套对地绝缘电阻自动监测系统是通过远程测量直埋光缆金属外护层对大地构成回路的完整性来实现对光缆监测的目的。它利用远程供电系统对安装于直埋光缆接头盒内的设备进行充电，并进行数据的收集和分析，产生告警信号。

　　该系统优点能在外护套质量受到影响时，提供损伤预警，可及时对受损光缆进行修复；自动进行数据采集；系统设备较为简单（与光纤监测相比较）；提供定量的故障定位信号，缩短障碍历时。

　　但该系统在应用时，还存在以下缺点。

　　（1）由于国内直埋光缆施工时，在金属外护层对地绝缘电阻方面存在较多的问题，而该系统在安装前要求对地绝缘电阻必须符合规定，因此前期改造的工作量很大；

　　（2）前站安装传感器时，必须打开接头盒，对已开通电路的线路来讲，危险性大；

　　（3）由于该系统利用直埋光缆金属外护层与大地构成的回路来进行测试和传输数据，不适用于架空光缆线路。

　　综合以上分析，由于目前迫切需要应用光缆线路自动监测系统的干线均已建设成形，改造困难大，故光缆护套对地绝缘电阻自动监测系统应用的可行性较差。

　　2.光纤自动监测系统

　　光纤自动监测系统是利用对光纤后向散射曲线的远端测试来实现光缆线路的自动监测。已应用于运营商的部分光缆干线上。一般所言的光缆监测系统即为光纤监测系统。

　　光纤自动监测系统主要由监测中心和监测站（MS）组成。监测中心又可以分为总监测中心（GMC）、省监测中心（PMC）、区域监测中心（DMC）3个等级。

　　系统工作原理是对由分光路器所截取的光传输网络收、发信端的一部分光进行光功率测量，所得到的光功率值将定性地说明光缆线路所处的状态及故障现象，一旦确定光缆由故障，监测系统会自动启动OTDR,对接在光开关上的光纤线路进行故障测试，查找故障点。

　　根据不同的需要，现场监测站可实现在线监测、备纤监测、跨段监测3种测试方式。

　　光纤自动监测系统近些年的应用和不断的改进完善，已经成为我国干线光缆维护工作中重要的故障定位手段，在全国的干线网的维护中发挥着巨大的作用，但由于技术及其它原因，目前系统本身还存在一定的不足之处。

　　（1）告警信号的提取

　　目前，光纤监测系统提取告警信息大致有3种方式：利用分光器提取3%的在用光，通过AIU、ACU进行分析；利用设备的架告警信号；利用设备中继光盘的收无光告警信号。

　　但这3种方式都存在一定的局限性。

　　①利用AIU方式时，需分流在用系统3%的光功率，这对于光功率富余度较小的中继段来讲不太可行；

　　②利用架告警信号时，监测系统将对该机架所有的告警信号（包括电源告警、设备告警等）进行紧急反应，易形成误告警；

　　③由于不同厂家的中继光盘具有不同数据格式的收无光告警信号，故该方法较难实现，且成本较高。

　　（2）系统介入的衰耗

　　由于系统需要介入WDM、Filter等无源光器件，会影响在用系统的收光功率。

　　（3）缺乏迅速倒换的功能

　　目前的监测系统只有测试、分析和告警的功能，在光缆发生障碍后仍需等待维护人员到现场进行紧急抢修。没有根本解决即时倒换光路、恢复通信的问题。

　　（4）监测光纤的数目较少

　　目前，我国一级光缆干线监测系统一般采用双向四纤监测，即在现场监测站（MS）向两个方向各监测两纤，被监测光纤在光缆中所占比例较小，当光缆发生非全阻障碍时，往往因为阻断光纤不是监测光纤而使监测系统没有产生应有的告警信息。

　　综合以上分析，光纤自动监测系统虽然还存在一定的不足，但在具有完善的光缆竣工基础资料情况下，应用在干线光缆上是可行的。

　　三、结束语

　　一个完整的光缆自动监测系统应包含光纤自监测和光缆护套对地绝缘自动监测两个方面，光纤的监测和护套对地绝缘监测各有其不同含意和作用，二者是互为补充相辅相成的。

　　随着信息技术的发展和人们对宽带业务、通信质量和服务质量要求的不断提高，我国的光纤传输网将会持续快速发展。同时，如何进一步提高光纤通信的可靠性，如何更及时有效地对光缆线路网实施监控与管理，准确地捕捉故障征兆，防止线路阻断已经成为一个人们关心的话题，光缆线路监测的重要性将更加突出，也使光缆线路监测与管理系统成为一个新亮点而得到空前的发展。我们相信，随着通信技术的飞速发展，光缆自动监测系统本身的局限将最终被解决。