光纤通信网络光缆自动监测系统设计与实现 - 信息谷 - ICITU

摘要：随着有线电视技术的迅速发展，越来越多的光纤材料由于其损耗低、重量轻、抗干扰能力强、保真度高、性能可靠、成本低等优点而逐步成为双向传输网的主流；从 DWDM、 OTN等骨干承载网到服务接入网络（xpon)，光纤的应用日益广泛，因此，相关的管理与维修工作也日益复杂。

在现有的SDH、IP等大规模传送或交换系统中，装置自身都有一个监视装置或网络管理装置，能够实时监测装置的工作状况及各项操作指标，一旦出现故障，就能及时预警；然而，承载这种业务的光纤网路，缺乏有效的维护方法与工具，往往会在系统讯号被切断之后，由网路管理员来找出问题的根源，若发现是光缆故障，则会立即通知维修部进行紧急检修，在接到故障报告后，我们的维修员必须携带 OTDR等测试仪器到有条件的机房、光接线箱、终端等场所进行人工测量，通过对故障进行定位，组织人员对设备进行抢修，这种被动的维护方法，不但浪费时间、人力、物力，而且会造成信号的正常传递。

在日常维修中，如光缆维修、资源调整、光缆更换、光缆链路施工等，都是在有需要的情况下进行，而日常工作中的一些自动化测试，也仅针对国家（省级）干线、市县干线等重要光缆线路；根据近年来光纤网络的实际使用情况，光缆的维护与维护率是相当高的；随着通信系统的发展，通信的安全性也越来越高，必须转变以往的人工维护模式，采用先进、高效、智能化的管理模式，确保光纤网络的信号传输与工作效率；在对光缆的多种管理和监测手段进行分析的基础上，选择较为成熟的光缆监控系统，实现对光缆的主动、实时监测。

OAMS是一种将大量的数据集中在光缆中的光器件，通过向各个监控中心的光学设备发送诸如光功率、反向散射等基本信息，然后将这些信息进行分析和处理，以便于维修人员及时发现和解决问题；其核心是利用OTDR对需要测试的纤芯进行周期性或实时预设检测，在GIS（地理信息系统）中识别出光缆隐患点或光缆断点的具体坐标；通过开发相应的手机APP定位软件，更可进一步加强前线维护人员与后台的互动，支持维护人员迅速定位故障点，进一步减少修复处理的时间。

OAMS是一种由省监测中心控制的光缆线路自动监测系统，该系统是采集、处理数据的中心，并利用数据传送网把监测站点建设成一个网络化的系统；监控站主要负责对光缆的远程自动监控，跟踪传输损失的变化，包括报警监测模块，OTDR模块、控制模块、电源模块、光开关、WDM、数据传输模块等；OAMS系统采用模块化、分布式多级控制技术，能有效预防和减少光纤的失效。

OTU：光纤光缆监测中的关键环节，这一环节是以 OTDR模块为主要的测试设备， OTDR其检测功能和准确度也一样；该系统布置在中心机房，由多个 OSX （OSX）与被测试的光纤线路直接相连。

服务器：主要包括电子地图、 Oracle数据库、后台控制软件等。它可以管理和控制300种以上的 OOS，实现测试控制、告警分析、数据管理的同步等操作，同时，该系统还具有 TCP/IP、 XML、 SNMP等网络接口，能够与其他系统连接，例如电子运维、传输网络管理、资源管理等，自动触发警告。

光纤电缆线自动监控系统技术特征：利用现代网络通信技术、计算机通信技术和光学技术结合，利用 GIS技术和 GPS技术，为线路信息和线路定位提供了可靠的保障；通过对光缆中光纤故障和传输损耗的分析，可以实现光纤远程实时在线监测，确保光纤传输的正常和安全。

光缆自动监测系统对光纤网络的智能管理是通过一台（或多台）专业级、可管理、24小时不间断运行的OTDR设备，将监测结果与标准参考值进行比较，分析判断光缆线路状况，它提供三种类型的监控。

在被监视的线缆上没有发送任何业务信号的备用芯线上进行试验，在不改变器件和核心结构的情况下，测试波长可以与服务波长一致；该技术虽只需一根芯线，但其设备投入低、施工简便，适合于监测光缆的芯线资源丰富。

采用 WDM器件，将 WDM设备引入服务信号的传输光纤之前，将其混合到不同于业务波长的检测波长，对服务纤芯进行直接检测；在接收端，为了消除对发射装置的干扰，必须使用滤波器过滤试验波长。

因此，在被监视的通信光缆的两端，都要有一个装置，成本较高，并且要改变光纤的纤芯配置，要对通信信号进行切入，从而导致通信信号的衰减和干扰，适用于在被监控的核心资源不足时，必须确保100%的故障定位。

该方法要求在被监控光缆中的两个空闲纤芯，将OPM连接到被监测的芯线的一端；如果线路出现故障，OPM没有接收到光线或者光功率较小，则会自动进行另外一根纤芯的检测，从而确定线路的失效位置，从而避免了周期的检测，而采取了报警触发的方法，OTDR的使用寿命得到了延长，但是需要附加的设备，需要额外的纤芯来监控 OPM的通讯信号，类似于“在线监测”，会对信号的强度造成一定的影响，因此，它的建设过程比较繁琐，适合于对测试时间要求较高、资源充足、资金充足的情况。

光缆自动监测系统设备较常见的端口配置一般为8-16端口，在部署时应考虑光缆的组网，而非考虑传输设备的组网，同时由于设备功耗较低，体积较小，一般也不受机房条件限制，亦无法专门部署在大机房。其部署应着重考虑以下原则：

1）优先采用备纤监测的方式。尽管备纤监测需占用额外的纤芯资源，但在当前纤芯造价相对较低的情况下，仍是最简单快捷的方式，能避免监测对设备组网增加的压力。

2）光缆监测设备应部署在光缆汇聚点的机房中。通过合理配置设备的监测端口数量及监测方向，可有效节省设备的数量。

3）光缆监测的中继段中，中间跳纤点尽量控制在2个以内。尽管各厂家的设备性能不同，但从目前的使用经验来看，跳纤点超过2个的，较容易出常异常情况。

4）被监测的光缆中继段总长一般不应超过90km，最长不应超过110km。各厂家对所监测的具体的光缆段长度各异，但目前在90km以内的范围内工作较为稳定。如出现超长的光缆中继段，可考虑在中间设置分割点，分别在两端向中间进行监测的方式解决。

目前，典型使用的 ONMSi光缆自动化监控系统（简称“ONMSi系统”）是国内著名的光纤通信厂家研制的，它采用中央自动维护的方法，可以自动测试，分析，报警，定位，资源管理，电子地图，网络拓扑等，让操作、维护、管理、网络管理人员通过实时监测光纤网络的工作状况，及时发现光纤线芯退化的发展趋势，并能迅速地对光纤进行检测和定位，从而缩短故障检修时间，极大地提高了维护工作的效率和水平；主要承担光纤光缆的日常监测工作，提供图形显示界面、自动检测光纤链路、异常报警等功能。

利用电子地图与网络拓扑管理技术，实现了光缆线路走向、站点、故障点的显示在地图上，让操作员和网络管理员清楚的知道被监控的电缆状态；“ONMSi系统”是利用百度的网上地图进行地图放大、缩小、查询、定位等功能，对断点进行检测，并将其转化为特定的故障位置，并显示附近街道、建筑物，便于维修人员了解故障原因，及时进行维修。

在电子地图上显示的每一条电缆线路图，都是操作人员带着相应的 GPS，按照光纤的实际方向，用手工采集到的重要参考点，然后输入到 ONMSi的管理软件中，再由 ONMSi系统产生；由于在日常维修中，我们必须了解维修节点的确切位置，因此必须对被监测的线路进行监测，如圆盘、接线箱、水泥杆、水泥杆等，地标点的名字采用自身或周边的参照物，如水泥杆号、门牌号等等。

在对各光缆进行数据采集时，在没有特别条件的情况下，最大数据采集距离为1000米，在光缆线路中，关键对象（或位置）必须进行精准采集数据，如线路盘余、接线盒、线路拐点、主要路口等，保证预警点的准确性。

在日常的工作中，“ONMSi系统”是一种事先设置好的，该系统采用自动化监测系统，对每一根被监测的光缆进行实时监测，由于被监控的骨干光缆距离很长，如果OTU的扫描正常运行，每条线路的测试耗时3-5分钟，轮流一遍的时间就会比较长，所以，在进行检测时， OTU设置为快速扫描，每条链路的测试周期大约为40秒，“ONMSI”通过对每条链路的测量数据与基准数据进行了对比，分析和比较各个时段的数据，括反射损失，插入损失，每公里衰减损失和总损失，以判定线路是否正常，对于测量结果和基准曲线差异很小的数据，不要进行存储，以免产生大量的记录作业。

对于每个监测光纤链路，通常按照光纤等级设置测试周期、测试参数和报警阈值，举例来说，在全国和省际公路中，设定了一天的测试周期，而在低级别的城市干线则是一个星期；在有特殊需求的情况下，运行人员和网络管理员可以通过人工的方式来实现对客户的中断的监控；OTU在手动操作时，采用常规的测试作业，生成完整的测试图表。

智能化是当前互联网发展的主要特征，而在此基础上，对光纤网进行智能化管理，必须采用新的技术和手段；“ONMSi系统”在光缆维护中的运用，便于维护人员能够更快地进行故障的处理和维修，充分体现了现代技术的便捷和高效。