光纜線路自動監(jiān)測系統(tǒng)分析
由于光纖通信具有容量大、傳送信息質(zhì)量高、傳輸距離遠(yuǎn)、性能穩(wěn)定、防電磁干擾、抗腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而得到了人們的青睞。特別是在近十年里，隨著人們對寬帶業(yè)務(wù)需求的不斷提高，光纖通信得到了大力發(fā)展。
目前，全國通信業(yè)光纜總長度已達(dá)到200多萬公里，加上有線電視網(wǎng)、各專用網(wǎng)所用的光纜，估計(jì)全國光纜的總長度達(dá)300多萬公里。另一方面，隨著光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)（ＳＤＨ）和密集波分復(fù)用（ＤＷＤＭ）技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖的傳輸容量也在以***的速度發(fā)展著。但與此同時，光纜的維護(hù)與管理問題也日漸突出。隨著光纜數(shù)量的增加以及早期敷設(shè)光纜的老化，光纜線路的故障次數(shù)在不斷增加。傳統(tǒng)的光纜線路維護(hù)管理模式的故障查找困難，排障時間長，影響通信網(wǎng)的正常工作，每年因通信光纜故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，實(shí)施對光纜線路的實(shí)時監(jiān)測與管理，動態(tài)地觀察光纜線路傳輸性能的劣化情況，及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)報光纜隱患，以降低光纜阻斷的發(fā)生率，縮短光纜的故障歷時顯得至關(guān)重要。
1前言
光纜線路自動監(jiān)測系統(tǒng)OAMS（Opticalfibercableline Automatic Monitoring System）是電信管理網(wǎng)（TMN）中傳輸網(wǎng)管理域的一個子網(wǎng)，是有效壓縮全阻障礙歷時和及時發(fā)現(xiàn)光纜線路隱患的重要技術(shù)手段。它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、光纖通信測量等技術(shù)，對光纜線路質(zhì)量、運(yùn)行等情況進(jìn)行自動、實(shí)時監(jiān)控和測試。
2建立OAMS系統(tǒng)的必要性
在長途和市內(nèi)中繼光纜傳輸系統(tǒng)中，傳輸設(shè)備都配置有比特誤碼率（BER）的監(jiān)測設(shè)備或監(jiān)測單元。然而，傳統(tǒng)的線路維護(hù)部門未配備監(jiān)測手段，通常只能是出現(xiàn)BER告警時，首先由機(jī)務(wù)人員判斷引起告警的原因，在查明其原因是傳輸線路――光纜后，機(jī)務(wù)人員再通知相關(guān)的線路維護(hù)部門和上報有關(guān)主管部門，然后線路維護(hù)部門根據(jù)得知的光纜線路傳輸性能劣化情況采取相應(yīng)的維護(hù)措施。如果發(fā)生光纖斷裂障礙，則立即派人員攜帶儀表（OTDR）查找光纖斷裂的位置，同時組織人員、機(jī)具、器材等進(jìn)行搶修，也就是通常所說的障礙搶修；如果是發(fā)生光纖通道總衰減增大，在其值可以容許時，則列入線路維修和改造計(jì)劃；不可容許時，則組織人員對其進(jìn)行搶修，以便改善其傳輸性能，提供可靠的電路。
顯然，維護(hù)部門若只是采用傳統(tǒng)的BER監(jiān)測，在機(jī)務(wù)人員判明是傳輸線路引起的BER告警后，再通知線路維護(hù)部門進(jìn)行搶修或維修、改造，那么線路維護(hù)部門對線路情況的掌握過分依賴于機(jī)務(wù)部門，處于被動，這樣難以保證高速、寬帶、大容量光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)的暢通。因此，建立一種實(shí)時，自動的光纜線路自動監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的。光纜線路自動監(jiān)測系統(tǒng)為光纜線路維護(hù)部門提供了一種先進(jìn)的維護(hù)手段，使線務(wù)部門由被動地接受機(jī)務(wù)部門的信息變?yōu)橹鲃诱莆展饫|傳輸特性的變網(wǎng)優(yōu)質(zhì)、高效、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行提供了可靠保障。
3OAMS系統(tǒng)工作原理
光纜線路自動監(jiān)測系統(tǒng)（OAMS）是通過分布在光纜線路中大量的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的光器件，將光纖傳輸性能的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如光功率、背向散射曲線等，上報到各級監(jiān)測中心及監(jiān)測站，并對其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，及時、準(zhǔn)確地將光纜系統(tǒng)運(yùn)行情況反饋給維護(hù)人員，使維護(hù)人員能及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，以及突發(fā)故障；并指導(dǎo)故障修復(fù)。
4OAMS系統(tǒng)組成
OAMS系統(tǒng)主要由省監(jiān)測中心PMC、區(qū)域監(jiān)測中心LMC、現(xiàn)場監(jiān)測站MS組成。
監(jiān)測中心負(fù)責(zé)對各監(jiān)測站進(jìn)行控制，是采集和處理數(shù)據(jù)的中心，由控制器（服務(wù)器、客戶機(jī)、工作站）、路由器、集線器/交換型集線器、網(wǎng)絡(luò)適配器、MODEM、打印機(jī)及相應(yīng)的軟件等組成。PMC一般采用主備用方式。
監(jiān)測站負(fù)責(zé)對光纜線路進(jìn)行遠(yuǎn)程自動監(jiān)測，跟蹤光纖傳輸損耗的變化，由告警監(jiān)測模塊、OTDR模塊、控制模塊、電源模塊、程控光開關(guān)、WDM（波分復(fù)用器）、濾光器、MODEM、路由器、網(wǎng)絡(luò)適配器及相應(yīng)的軟件（含OTDR仿真軟件）等組成，通常安裝于傳輸機(jī)房用的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架內(nèi)。
OAMS采用模塊化、分布式多級體系結(jié)構(gòu)，有效地預(yù)防和減少光纜線路障礙，實(shí)現(xiàn)多級監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
5系統(tǒng)的主要功能
監(jiān)測站（ＭＳ）的光功率監(jiān)測模塊的采集單元（AIU）對被測光纖的光功率進(jìn)行監(jiān)測采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳報到光功率控制單元（ACU），光功率控制單元對監(jiān)測的光功率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，將超過告警門限的光功率數(shù)據(jù)及時傳報給監(jiān)測中心（LMC），監(jiān)測中心對各光功率控制單元傳報的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，對發(fā)生超出門限值的光功率變化進(jìn)行告警，統(tǒng)計(jì)、判斷出發(fā)生故障的光纜段，自動快速地啟動監(jiān)測站的光時域反射測試儀（OTDR）和程控光開關(guān)（OSW）對故障光纜段進(jìn)行測試，測試后所得的曲線數(shù)據(jù)上傳監(jiān)測中心，監(jiān)測中心將測試曲線與參考曲線進(jìn)行比較分析，確定故障點(diǎn)的位置、類型和告警級別,當(dāng)確實(shí)發(fā)生故障時，可采用聲光告警信息運(yùn)行維護(hù)人員，并可用短信，電話，傳真，Email等多種方式遠(yuǎn)程通知相關(guān)人員。
(1)全國及省監(jiān)測中心（GMC,PMC）
負(fù)責(zé)對全網(wǎng)的LMC和MS進(jìn)行技術(shù)管理，實(shí)時掌握整個監(jiān)測網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)；能提供維護(hù)管理報表、統(tǒng)計(jì)分析報表和綜合信息查詢等功能。
(2)地級監(jiān)測中心（LMC）
可進(jìn)行點(diǎn)名、定期和模擬告警測試；對采集到的曲線進(jìn)行綜合分析，以便及時發(fā)現(xiàn)光纜劣化和精確定位光纜障礙點(diǎn)；具有告警接收功能，結(jié)合參考曲線數(shù)據(jù)可對光纜障礙性質(zhì)進(jìn)行自動判斷，并將障礙信息通過短信等方式通知搶修人員；可與PMC進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)（如：曲線、告警、報告、狀態(tài)文件等）傳輸。
(3)監(jiān)測站（MS）
MS可按中心指令完成點(diǎn)名、周期、障礙告警測試；本地測試功能；仿真OTDR分析功能；數(shù)據(jù)上報功能。
根據(jù)不同的需要，現(xiàn)場監(jiān)測站可實(shí)現(xiàn)以下幾種測試方式：
①在線監(jiān)測。監(jiān)測站中OTDR采用與光傳輸設(shè)備工作波長不同的測試光進(jìn)行測試，利用波分復(fù)用器（WDM）、濾光器（FILTER）、程控光開關(guān)（OSW），通過波分復(fù)用技術(shù)，可實(shí)時地對被在用光纖的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測。
②備纖監(jiān)測。對被監(jiān)測光纜線路中備用光纖的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測。
③跨段監(jiān)測。通過配置有源設(shè)備和無源光器件（主要是WDM和FILTER），對一個光纜段以上的光纜線路進(jìn)行遠(yuǎn)程的在線或備纖監(jiān)測。跨段監(jiān)測一般用于本地網(wǎng)及農(nóng)話等中繼段較短、成網(wǎng)較復(fù)雜的光纜線路。
6OAMS系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)
系統(tǒng)將現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)通信、光纖測量技術(shù)融合在一起，同時，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）以及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）等技術(shù)為線路信息、線路定位提供可靠的保證，對光纜中光纖的傳輸衰耗特性變化及光纖阻斷故障等情況，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分布式實(shí)時、在線的自動監(jiān)測，且不影響在用光傳輸系統(tǒng)的傳輸性能，實(shí)現(xiàn)服務(wù)（為客戶提供優(yōu)質(zhì)電路）與維護(hù)（為線路提供先進(jìn)維護(hù)手段）兩不誤。
7存在的問題
光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過長時間的開發(fā)、應(yīng)用和不斷的完善，已經(jīng)成為我國干線光纜維護(hù)工作中重要的故障定位手段，在全國的干線網(wǎng)的維護(hù)中發(fā)揮著巨大的作用，但由于技術(shù)及其它原因，系統(tǒng)本身還存在一定的局限性。
(1)告警信號的提取
目前，光纖監(jiān)測系統(tǒng)提取告警信息大致有３種方式：利用分光器提取３％的在用光，通過ＡＩＵ、ＡＣＵ進(jìn)行分析；利用機(jī)務(wù)設(shè)備的架告警信號；利用設(shè)備中繼光盤的收無光告警信號。但這３種方式都存在一定的問題：
利用ＡＩＵ方式時，需分流在用系統(tǒng)３％的光功率，這對于光功率富余度較小的中繼段來講不太可行；
利用架告警信號時，監(jiān)測系統(tǒng)將對該機(jī)架所有的告警信號（包括電源告警、設(shè)備告警等）進(jìn)行緊急反應(yīng)，易形成誤告警；
由于不同廠家的中繼光盤具有不同數(shù)據(jù)格式的收無光告警信號，故該方法較難實(shí)現(xiàn)，且成本較高。
(2)系統(tǒng)介入的衰耗
由于系統(tǒng)需要介入WDM,FILTER等無源光器件，會影響在用系統(tǒng)的收光功率。
(3)缺乏迅速光路切換功能
目前的監(jiān)測系統(tǒng)只有測試、分析和告警的功能，在光纜發(fā)生障礙后仍需等待維護(hù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行緊急搶修。沒有根本解決即時光路切換、恢復(fù)通信的問題。
8OAMS系統(tǒng)發(fā)展前景
光纜內(nèi)的光纖可能存在物理缺陷，例如含有雜質(zhì)，氣泡等。再加上填充油膏的變化等因素，將影響光纖的光學(xué)性能和機(jī)械性能。在外界環(huán)境以及外力作用下，會引起光纖強(qiáng)度的降低而導(dǎo)致光纖的破損，縮短光纜的壽命。如果我們能掌握光纜線路的光纖狀態(tài)，即可變被動為主動，盡早發(fā)現(xiàn)故障隱患。而這些問題，僅僅通過OTDR測試難以實(shí)現(xiàn)。為此，可在系統(tǒng)中引入B-OTDR（BrillouinOpticalTimeDomain Reflectmeter）測試設(shè)備。B-OTDR是利用布里淵散射原理對光纖光纜受力應(yīng)變情況進(jìn)行精確測試，即使十分微小的彎曲都可以準(zhǔn)確測試。該產(chǎn)品現(xiàn)以前僅應(yīng)用于監(jiān)測地球地殼微小運(yùn)動、大型橋梁微小震動等特殊要求的方面，目前價格比較昂貴。如果條件允許，可在系統(tǒng)中加入該設(shè)備，對光纜線路光纖的受力應(yīng)變分布情況進(jìn)行監(jiān)測，預(yù)測故障隱患。
另外，現(xiàn)有的OAMS系統(tǒng)已經(jīng)形成一個計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。這一網(wǎng)絡(luò)無論在計(jì)算機(jī)處理能力和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上都有能力承載更多的信息處理工作。現(xiàn)有系統(tǒng)可以與巡檢系統(tǒng)、報表系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、光纜地理信息系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，即做到相關(guān)信息的交流和共享，大大避免硬件的重復(fù)投資。可以建設(shè)長途光纜線路綜合管理網(wǎng)絡(luò)，把光纜日常維護(hù)工作納入管理軌道，使長線維護(hù)從人工管理邁向計(jì)算機(jī)管理，也為國家骨干網(wǎng)、本地網(wǎng)、接入網(wǎng)的光纜維護(hù)提供了可靠保證。
同時，光纜通信網(wǎng)和光纜線路自動監(jiān)測系統(tǒng)也將在技術(shù)上不斷發(fā)展和前進(jìn)，特別是今后隨著全光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，將有可能把設(shè)備的監(jiān)測管理和線路的監(jiān)測管理結(jié)合在一起，形成統(tǒng)一的光纖通信網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測系統(tǒng)。
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