电力EPON通信网光缆在线监测方案分析

花纯征，梁永进，刘军伟

(国网安徽省电力公司宿州供电公司，安徽 宿州 234000)

电力EPON通信网光缆在线监测方案分析

花纯征，梁永进，刘军伟

(国网安徽省电力公司宿州供电公司，安徽 宿州 234000)

针对电力EPON通信网中光缆故障容易影响电力系统正常运行的问题，详细分析和比较两种光缆在线监测方案，并制定选择基准。宿州市供电公司根据实际需求，在用电信息采集系统的EPON通信网中，部署基于轮询的光缆在线监测系统。实际运行情况表明，系统可以分析光缆实时性能，快速定位故障，提高运维水平。

电力通信；EPON；光缆；在线监测；轮询

0 引 言

智能电网的时代，电力系统中大量业务信息的传输对电力通信网络的可靠性、高效性、安全性等提出了更高要求[1]。而EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太无源光网络)凭借其低成本、高带宽、扩展性强的优良特性，在用电信息采集、配电网自动化系统中得到广泛应用[2-3]。

EPON通信网中，光缆铺设于野外，更易发生损坏和故障，使得电力业务数据无法正常、高效地传输。随着光纤通信的发展，相应的光缆监测技术也有所发展，例如传统的人工光缆监测方案、光缆离线监测方案，但这些方案有一定的局限性和不足。针对宿州市供电公司用电信息采集系统中的EPON通信网，分析相应的光缆在线监测方案[4]，并进行部署，分析光缆实时性能和故障信息，进而提高电力系统EPON通信网的运维水平。

1 EPON简述

EPON将以太网接入到无源光网络中，采用点到多点的拓扑结构，利用无源光缆进行数据传输。EPON由OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)、ONU(Optical Network Unit，光网络单元)和ODN(Optical Distribution Network，光分配网)组成[5]，如图1所示。ODN则由光缆线路和分光器等无源器件构成，OLT到分光器间为主干光缆，分光器到ONU间为支路光缆。

图1 EPON基本组成结构

2 光缆在线监测方案

传统光缆监测方案有一定局限性，难以满足在大规模电力EPON通信网中的应用。因此，利用波分复用、滤波器等原理，再结合软件工程，形成集软硬件于一体的光缆在线监测系统，在不影响电力业务数据正常传输的前提下，实现对EPON通信网的光缆监测。

2.1 基于轮询的在线监测方案

2.1.1整体架构

电力EPON通信网中，基于轮询的监测方案的架构如图2所示。该方案主要由硬件测试和软件管理两层次组成。

图2 基于轮询的监测方案架构

2.1.2硬件测试层

硬件测试部分中测试设备主要包括OTDR(Optical Time Domain Reflector，光时域反射仪)[6]、光开关、合波器和反射尾纤。

OTDR与软件管理层中的服务器进行交互，从服务器中周期性地接收测试命令，然后产生波长为1 650 nm的测试光，对指定光缆进行监测。同时，OTDR可以收到反射信号，并其转换为电信号，得到测试光缆的长度、性能、损耗等数据。

光开关具有多个可选传输端口，可对光信号进行逻辑切换，进而选择不同的光缆线路。单台OLT引出多条主干光缆，连接至多台分光器，存在多主干光缆线路并行的情况。因此，通过光开关的光路切换，可以对主干光缆进行选择，实现逐一监测。

合波器采用波分复用的原理，可将不同波长的光信号在发送端汇合，并耦合到同条光缆中进行传输[7]。EPON中用于传输数据的业务光波长为1 310 nm 和1 550 nm，与测试光波长不同。因此，通过合波器，测试光和业务光便可同时传输，而无需中断业务数据的正常传输。

反射尾纤主要用于增强测试光反射信号，并利用滤波器原理，过滤测试光，避免其对业务光造成干扰。每次测试会返回多条支路光缆的数据，可通过使用不同长度的反射尾纤来进行区分。

2.1.3软件管理层

软件管理部分中的服务器中包含有OTDR控制程序、测试数据接收和分析程序，以及数据库。服务器中的OTDR控制程序通过通信协议，可以周期性地对OTDR发出测试命令，并通过接收和分析程序，解析OTDR返回的监测数据，将其存入到数据库中。如果光缆发生故障，服务器可直接通过短信接口告知维护人员故障的具体位置，让其及时前去维修。

另外，值班人员还可以通过客户端来查询和对比当前和历史的光缆数据，例如光缆长度、回波损耗以及波形数据等，进而分析每路光缆的性能变化。值班人员若发现某路光缆损耗过大，即使还没有产生故障，也可产生预警，及时通知维护人员，在故障发生前对存在隐患的线路进行检查，更好地实现对电力EPON网络的维护，为电力业务信息的高效、可靠传输保驾护航。

2.2 自动在线监测方案

电力EPON通信网中，自动在线监测方案架构如图3所示，其也由硬件测试和软件管理两层次组成。但与轮询监测方案相比，该方案主要有两点不同：(1)硬件测试层中加入光功率计，可实时监测每条主干光缆上的光功率；(2)软件管理中的服务器端程序不再周期性发出测试命令，而由光功率计驱动服务器端程序，向OTDR发出测试命令，实现自动化监测。

图3 自动在线监测方案架构

自动在线监测方案的硬件测试层中，除了增加的光功率计外，其他测试设备与轮询监测方案中起着相同的作用。电力EPON通信网中，单台OLT通过多个端口连接多条主干光缆。对于每条主干光缆，都需要一台光功率计在发送端与其相连，可同时监测多条光缆的光功率值，并将每条线路的光功率值及变化情况，及时地上传到服务器。

自动在线监测方案的软件管理层中，服务器需要与光功率计建立连接，接收每条主干光缆的光功率值，与正常的光功率阈值进行比较。当某条主干光缆或其之后的支路发生故障时，会引起光功率值的变化。服务器会迅速发现该条光缆线路光功率值低于正常阈值，自动向OTDR发出针对这条光缆的测试命令，根据测试数据和波形，确定故障类型和位置，通过短信接口及时通知维护人员前去修复。

2.3 两种在线监测方案对比

基于轮询的在线监测方案和自动在线监测方案都有一定优势，表1是对两种在线测试方案主要性能的对比。

表1 两种在线监测方案对比

基于轮询的在线监测方案整体架构相对简单。该方案可以周期性地对EPON全网进行监测，即使光缆线路没有发生故障，也会定时监测，进而得到每条光缆的长度、损耗、波形等数据。值班人员便能在客户端实现对每条光缆性能的纵向分析，预测故障的发生，提前维护，防患于未然。但是，该方案每次都需要对全网进行监测，测试规模较大，且过于频繁，会对OTDR、光开关等测试设备造成过大压力，减少整体监测系统的使用寿命。

自动在线监测方案则需要在在OLT端的每条主干光缆上部署光功率计，整体架构相对复杂。该方案只会在光缆发生故障时，由光功率计驱动服务器端的程序，针对故障线路进行测试，来确定故障类型和位置，并不对正常的光缆进行测试。这样，测试规模较小，且只在故障时测试，对OTDR、光开关等测试设备造成的压力也很小，整体监测系统的使用寿命较长。但是，该方案无法测试正常光缆的各项数据，不能做纵向分析，也无法实现预警。

根据对比，两种在线监测方案各有优劣，应结合实际情况，制定选择基准：(1)当EPON网络规模一般，承载业务特别重要，光缆故障会造成较大损失，需要全网光缆性能分析和故障预警时，则选择基于轮询的在线监测方案；(2)当EPON网络规模特别庞大，轮询压力太大，同时有完善的应急通信系统做支撑，光缆故障并不立即造成数据丢失，则选择自动在线监测方案。

3 应用分析

国家电网安徽省电力16个地市供电公司的用电信息采集系统，都采用EPON作为用电信息传输的远程通信信道，其承载着将用电信息由采集设备高效、安全传输到主站系统的重任。如果EPON通信网中光缆发生故障，将会严重影响用电信息系统的稳定运行，进而会使得业务数据丢失，造成国有资产流失。因此，必须为其提供良好管理和维护。

宿州市供电公司的用电信息采集系统中EPON通信网的规模如表2所示。其中，OLT、ONU有源设备使用瑞斯康达的产品，并由厂商提供的网管系统所管理和维护。而EPON通信网中光缆的管理和监测情况仍处于空白阶段。

表2 宿州市用电信息采集系统EPON网络规模

为了保证宿州市供电公司用电信息采集系统中的EPON通信网稳定、正常运行，需要引入光缆监测系统，实现对光缆的实时监测。考虑到宿州电力EPON网络规模一般，以及其在用电信息采集系统中举足轻重的作用，需要对全网光缆进行监测，实现光缆性能的纵向分析，并能产生故障预警，为光缆维护提供更高效的保障。再综合比较两种在线监测方案的特点和性能，基于轮询的在线监测方案应为最好的选择。

4 结束语

本文分析和比较两种电力EPON通信网光缆在线监测方案，鉴于宿州供电公司用电信息采集系统中EPON网络规模和实际需求，选择基于轮询的光缆在线监测方案。

目前，宿州供电公司已部署好基于轮询的光缆在线监测系统，可对用电信息采集系统中的EPON通信网实现全面监测，实时分析光缆的性能，准确产生光缆故障预警，明确故障类型和位置，为维护人员提供准确的信息，实现对光缆的高效维护，保证EPON通信网稳定运行。另外，可将该监测方案进行推广，应用于其他电力系统的EPON通信网，为智能电网、坚强电网提供更有力的保障。

[1] 梁芝贤, 王剑, 唐万理. 智能配电网EPON技术应用研究及网络设计[J]. 电力系统通信, 2012, 33(2):85-90.

[2] 周正, 刘方方, 汤弋,等. 基于EPON的配、用电通信组网技术研究[J]. 电气应用, 2013,32(S2):357-360.

[3] 李玉进, 陈沛, 刘涛. 配电通信网EPON光缆监测系统研究[J]. 电力信息与通信技术, 2016,14(2):128-132.

[4] 董勇, 郑国华. 光缆在线监测系统在黄山电网的应用[J]. 电力系统通信, 2011, 32(11):27-30.

[5] 唐建军. EPON技术及组网应用研究[J]. 中兴通讯技术, 2008, 14(4):34-37.

[6] 朱波, 王磊. 光缆监测系统技术及应用[J]. 邮电设计技术, 2015,58(7):57-61.

[7] 张振军, 李敏. 一种EPON光缆在线监测系统[J]. 现代电子技术, 2016,39(1):98-99.

An Analysis on the Online Monitoring Scheme for the Optical Cable of Electric Power EPON Communication Networks

Hua Chunzheng, Liang Yongjin, Liu Junwei

(State Grid Anhui Power Co. Suzhou Power Supply Co., Suzhou Anhui 234000, China)

Aiming at the problem of likely impact of optical cable fault in the power EPON communication network upon normal operation of the power system, this paper makes a detailed analysis and comparison of two online monitoring schemes for optical cables, and formulates a selection criterion. According to actual demand, Suzhou Power Supply Co. deploys an optical cable polling-based online monitoring system in the EPON communication network of the electricity information acquisition system. Practical operation shows that the system can analyze real-time performance of the optical cable, locate the fault quickly and improve the operation and maintenance level.

electric power communication; EPON; optical cable; online monitoring; polling

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.04.019

TN915

A

1000-3886(2017)04-0066-02

定稿日期: 2016-10-18

花纯征(1959-)，男，安徽人，本科，工程师，研究方向：电力通信网规划及通信网运维管理。