描述
1.引言 随着密集波分复用技术及高速数字同步传输技术的发展，光纤通信技术在互联网、电话、电视等领域已得到了广泛应用。然而，全球各地基础建设和自然灾害，不可避免的对埋设的光缆造成危害，导致光缆网运营维护越来越困难。光缆网运营维护涉及到多个层面的工作，在业务方面，当光缆出现故障甚至断裂的情况下需要保证业务能够连续不中断；在维护方面，希望能够定期巡检、监测，提前对故障进行预警，并在出现故障时准确分析、准确定位，为快速抢修提供保证；另外，还需要对光缆设施等基础数据进行有效的管理。 目前，已经有一些解决方法，但它们仅能解决某个方向或某个层面的问题，而不能从整个光缆网运营维护的宏观上提出彻底的解决方法。而本文旨在提出一个综合网络管理系统，为整个光缆网运营维护工作提供统一的网络管理平台。 2关键技术介绍 2.1OTDR技术 OTDR的英文全称是OpticalTimeDomainReflectometer，中文意思为光时域反射仪。OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。 2.2GIS/GPS技术 GPS全球卫星定位技术（GlobalPositioningSystem） 全球卫星定位系统是随着现代科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位、授时的多功能系统。它利用位于距地球2万多公里高的、由24颗人造卫星组成的卫星网，向地球不断发射定位信号。地球上的任何一个GPS接收机，只要接收到三颗以上卫星发出的信号，瞬间就可以解算出被测载体的运动状态，如：经度、纬度、高度、时间、速度、航向等。 GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范（Geometrical Product Specifications）-简称GPS。另外一种解释为G/s（GB per s） GPS即全球定位系统,又称全球卫星定位系统，中文简称为“球位系”，是一个中距离圆型轨道卫星导航系统，结合卫星及通讯发展的技术，利用导航卫星进行测时和测距。GPS是美国从本世纪70 年代开始研制，历时20 余年，耗资200 亿美元，于1994 年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实施三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过近十年我国测绘等部门的使用表明，全球定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。 GIS地理信息处理系统（GeophysicsInformationSystem） GIS地理信息处理系统是为了获取、存储、显示、查询定位数据而建立起来的计算机数据库管理系统，将所需要的信息和资料直观、形象地在电子地图上以图形或表格的形式显示出来，为GPS卫星定位提供良好的地图环境，并能将空间信息和属性信息的处理完美结合起来，以直观的方式显示位置状态等信息。 地理信息系统（Geographic Information System, 简称GIS）作为获取、处理、管理和分析地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。从技术和应用的角度，GIS是解决空间问题的工具、方法和技术；从学科的角度，GIS是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，具有独立的学科体系； 从功能上，GIS具有空间数据的获取、存储、现示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能；从系统学的角度，GIS具有一定结构和功能，是一个完整的系统。 地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 GIS的操作对象是空间数据和属性数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量的描述、这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。 地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。 3.系统设计方案 3.1系统功能划分 本系统从逻辑上可以分为如下四个子系统，光保护子系统、光缆监测子系统、光缆资源管理子系统及光缆巡检子系统。 光保护子系统主要作用是在光缆发生故障或者光缆中断的情况下，在极短的时间（≤50ms，典型时间25ms）将光路由切换到备用光缆，在切换的时候，SDH/DWDM系统几乎不会感知到切换，业务能够得以连续，大大增强了系统的可用率。 光缆监测子系统则是采用机架式的RTU设备（内含OTDR、OSW、OPM等模块），一方面通过测试数据了解当前光缆网的运行状况，及时发现劣化趋势，防患于未然；另一方面当出现光缆中断时，能够快速响应，准确定位，快速抢修，缩短障碍历时。 光缆巡检子系统则是以GPS/GIS地理信息技术为基础，通过人工巡检等方法，及时发现外部环境等隐患，及时处理，从而保证光缆网能够安全持续运营。 光缆资源管理子系统则是以光缆设施为基础，提供并维护光缆设施数据库，提供基于GIS的光缆地图。 除了四个相对独立的子系统之外，本系统从外围框架上提供了统一的安全管理、用户管理、日志管理等公用模块。 以上四个子系统采用低耦合的方式有机的融合在一起，四个子系统之间既能够独立运行，又能够通过内部接口相互协助，在需要时能够提供数据信息给对方或从对方获取数据信息。 光保护子系统提供实时的光缆衰耗和功率告警信息给光缆监测子系统，光缆监测子系统对这些信息进行处理后，能够分析光缆故障并驱动OTDR进行故障测试。 光缆监测子系统在测试到光缆存在故障后，需要调用光缆资源管理子系统的光缆设施数据，通过技术分析、计算，将光缆监测子系统得到的以光纤长度表示的故障位置换算成以杆位/标石/接头表示的故障位置，并通过资源管理子系统在GIS光缆地图上呈现出来，方便维护工程师进行准确定位和抢修。 光缆巡检子系统可以在第一次巡检时采集设施信息，为光缆资源管理子系统提供基础数据。完成基础数据的采集后，光缆资源管理子系统则反过来为巡检子系统提供数据支撑，并将巡检发现的故障位置呈现在光缆地图上。同时光缆巡检子系统在发现光缆故障时，也可以给光缆监测系统提供信息驱动OTDR进行障碍测试。 光缆资源管理子系统主要为其他子系统提供数据及GIS信息支撑，同时也是故障信息最直观的人机接口。 3.2系统网络图 本系统采用C/S架构，系统的总体框架图如下，客户端通过TCP的方式和服务器进行通信，服务器则根据设备类型选用TCP或UDP的方式进行通信。 数据库采用SQLServer系列大型数据库，满足高容量系统需求；服务器采用windows系统服务方式，开机自治运行；客户端采用JAVA开发，界面操作简洁，易使用和维护。 各子系统在系统中以模块化的形式存在，子系统之间采用内部通讯方式进行交互，耦合度接近零，各子系统可以方便灵活进行安装/卸载，方便整个系统的分步实施，或根据客户的实际需求进行裁剪。 3.3系统外部接口 系统本身采用开放式的架构，在其上可以进行二次开发，能够提供CORBA、ESB/WebService或TCP/IP协议的接口供更高级别的综合网管调用。 另外，通过二次开发，本系统还能够和其他厂家的网管系统进行互通，如获取传输、EPON等设备的告警以驱动OTDR进行测试等。 4.系统功能介绍 4.1公用模块功能介 系统公用模块功能图如下： 用户级别分为系统管理员、系统维护员、系统操作员、系统监控员四级。 可以根据实际情况对用户分区，该区域的用户只能监控该区域内的设备。 告警级别分为紧急告警、主要告警、次要告警、提示告警四级。 可配置告警时发送短消息或Email通知到相关人员。 4.2光保护子系统功能介绍 光保护子系统功能图如下： 光保护子系统功能特点： 1.方便、直观、实用的路由图 在路由图上可以实时显示机盘各端口的功率监控值，并计算出光纤段的衰耗，并可以方便进行路由倒换、工作模式更改及告警阈值修改等操作。 2.纵观全局的系统图 在系统图上可以查看整个系统的状态，可以查看路由的所有当前功率、告警阈值、是否存在告警、当前工作线路、线路衰耗、机盘的工作模式等信息。 4.3光缆监测子系统功能介绍 光缆监测子系统的功能图如下： 光缆监测子系统特点： 1.灵活的配置功能 告警驱动可以是OLP光保护告警、OPM功率监测告警，或来自其他传输系统的告警。当监测到以上告警时，系统自动启动OTDR对相关光纤进行测试。 2.集成GIS电子地图 GIS电子视图能够显示RTU设备实际位置并能够右键菜单方便操作；在光缆出现故障时，能够自动计算出精确到杆位/标石的地理故障位置信息，并采用图示和文本两种方式显示具体的故障点位置： 3.丰富的报表功能 具有监测设备报表、告警统计报表、光缆障碍报表、光缆衰耗报表、光缆劣化报表、光纤资源报表等众多报表，下图是光缆衰耗报表： 4.独特的PON接入光缆监测功能 除了对主干光缆的监测，本系统还可以通过采用“准无源远程光开关”等先进技术实现使用普通OTDR模块对接入网中的每个分支光缆进行监测的功能，并能够精确定位PON系统中分光器后每根用户纤的准确长度和断点位置，即使两根用户光纤的长度一样。有效解决传统PON光缆监测系统无法区别相同长度光纤的弊端。PON测试示例图如下： 4.4光缆巡检子系统功能介绍 光缆巡检子系统功能图如下 巡检子系统使用了GPS全球卫星定位技术、GSM全球移动通讯技术、GPRS通用无线分组业务、GIS地理信息系统和计算机网络通信与数据处理等多种先进技术，在移动通讯平台上实现了对光缆巡检人员跟踪管理及监控功能。巡检终端可以采用专业的GPS巡检器，也可以使用具有GPS功能的手机终端。 4.5光缆资源管理子系统功能介绍 光缆资源管理子系统功能图： 光缆资源管理子系统中需要管理的对象如下： 局站（含地下进线室、管道闸）、管道（包括人井、进线室、管道段、管群等）、杆路（包括电杆、标石等）；光缆（包括中继光缆和用户接入光缆）、缆段；光交接点（包括光配线架、光交接箱、光缆分歧接头等）、光接入点（包括分纤箱等）；光路（由多段光纤连接而成）。 所管理的资源属性包括资源名称、资源编码、资源类型、资源规格类型、资源GPS坐标等。 电子地图采用MapInfo格式，能够以不同颜色呈现不同级别的告警信息。 提供对局站、光交接点、光缆段、缆段设施等的查询统计，或通过指定设施类别、设施属性等方式来准确地统计所需内容。 5.结束语 本文对光缆网运维综合管理系统的主要功能做了一个介绍，整个系统的开发依照电信级网管要求，符合相关的行业标准和ITU-T建议，通过了苛刻的安全性能、稳定性能测试。系统功能强大，操作简易，界面友好，在全国各大运营商均有应用。
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