光纤通信故障信号在线诊断系统的设计

嵇洪涛

（山东省邮电规划设计院有限公司，山东 济南 250101）

0 引 言

在我国通信网络建设快速发展的背景下，光纤通信技术因具有大容量、传输速度快的优势得到了广泛应用，大大提升了通信网络传输的效率。智能化通信网络发展成为我国经济建设的重要支撑，因此通信行业高度重视智能通信网络的建设和发展，并进行相应的技术升级和优化改造。为提高对通信光缆信号的监测管理，本文对光纤通信故障信号在线诊断系统设计和关键技术进行阐述，试图为之提供行之有效的建议。

1 系统设计背景及应用效益

光纤通信系统基于光纤进行信号传输，光纤作为传输介质，光波作为传播载体，主要由光纤、中继器、发送机以及光接收机组成。该系统是光纤理论和波动光学理论结合的产物。在光纤通信系统中，光反射是重要技术，也是一项关键技术。通过光反射可以实现将光信号从一种介质到另外一种介质的快速传播，在两种介质的界面上发生反射和折射[1]。此时会出现两种情况，一种光疏介质传入光密介质，另一种是光密介质传入光疏介质。光疏介质传入光密介质，折射角会小于入射角，光密介质传入光疏介质，折射角会大于入射角。入射角达到临界值就会消失，此时光纤信号会全部反射到光密介质，此种现象被称作全反射现象。研究得知，光纤通信故障出现的主要原因是光纤断裂和光纤弯曲。光纤通信故障，按照位置可以划分为链路故障和设备器件故障；按照故障支路数目可以划分为单支路故障和多支路故障。就单支路故障而言，发生故障的支路只有一条，就多支路故障而言，发生故障的支路就在两条以上。

光纤通信是我国主要通信方式之一，2019全国人民代表大会政府工作报告中明确指出：“创新驱动发展战略持续推进，互联网与各行业加速融合，落实“互联网+”行动计划，增强经济发展新动力”。在我国通信网络快速发展背景下，光纤通信建设规模也在快速扩大，如果依然采用传统人工检修管理方法，显然达不到通信网络维护要求。光纤通信传输信号虽传播速度快，不容易失真，但是由于光纤材质特性原因，容易发生断裂，从而导致信号传输发生变化[2-3]。光缆线路出现通信故障，不仅会带来巨大经济损失，而且难以排查，如人工排查效率低、故障点定位不够精确。因此，采用光纤通信故障信号在线诊断系统。该系统不仅故障点定位更加准确，还大大减少了光缆线路维护成本，提高了维护管理和管理信息化水平。

2 在线诊断系统与关键技术设计

2.1 系统设计原理及实现

光纤通信故障信号在线诊断系统基于地理信息系统（Geographic Information System，GIS）实现，系统通过地理信息系统（GIS）进行信息的故障信息采集、存储和管理，在此基础上进一步分析空间和地理分布数据。系统工作过程中，能够有效结合地理信息系统（GIS）的空间位置表征和拓扑关系，利用先进的计算机信息技术，达到光缆故障快速定位的目的。

此外，该系统在工作过程中，采用iODN解决方案，通过该方案实现了对光纤的智慧光网络管理。通过eID技术来标识光纤连接器之间的关系。将光纤连接器的位置和链接关系绘制成光缆路由图，并且能够在Web界面中进行可视化显示。全网光缆路由图绘制过程中，第一个流程是NMS通过TCP/IP网络与配网GIS对接，第二个流程是借助地理信息系统（GIS）的地图背景渲染iODN拓扑资源信息资源，从而实现对全网光缆路由图的绘制。光纤通信故障信号在线诊断系统故障地理位置的精确定位，取决于地理信息系统（GIS）绘制的光缆路由图，定位过程中需要将线路检测模块嵌入到NMS中，才能够达到免进站周期性测试和主动预警，进而达到快速故障分责和精确定位的目的。重要告警信息可通过OSS短信平台及时通知运维人员，该功能的实现，采用TCP/IP网络将NMS与OSS对接。将告警信息分为自动采集和人工采集，自动信息采集是在有源的环境下进行，此时NMS通过TCP/IP网络定期自动采集iODN中的各光纤端口信息；人工信息采集则需要工人进站采集，将使用PAD采集到的信息由GPRS网络上传至NMS网络管理系统，从而实现端口信息的同步，完成故障诊断、网络操作与网络管理的数据处理和统计。

2.2 系统关键技术及应用

光纤通信故障信号在线诊断系统实现故障位置的精确定位基于光缆路由图，光缆路由图是基于现有通信网络GIS图进行研发。在对诊断系统进行二次开发过程中，又融合iODN（光分配网络）解决方案，借助eID技术实现了电子标签，因此，提高了OTDR光纤线芯在线故障检测和统计分析的科学性，并且基于GIS技术提高光纤故障自动定位和界面图形显示的准确性。

2.2.1 采用eID技术实现电子标签

eID技术（Electronic Identity）作为一种电子编码技术，以密码技术为基础、以智能安全芯片为载体，能够在高安全防护等级下远程识别访客身份，光缆线路中安装光纤连接器，如图1所示。此时，需要区别线路中的每个光纤连接器，采用eID技术对每个光纤连接器进行唯一编号，在光纤连接器中新增eID芯片进行身份标识，并将线路两端的eID进行链接，即可以准确标明连接器之间的关系[4-5]。eID技术的应用可以使系统获取光纤连接器两端的交互关系，并通过服务器平台存储采集数据，便于后续的数据处理和分析。

图1 eID技术电子标签实现原理

2.2.2 采用GIS技术实现故障定位

传统光纤故障定位方法需要借助图纸资料对故障点的大概地理位置进行估算，然后到故障区域点对光缆进行逐段检测，最终确定信号故障点，然后进行手工修复。传统方法工作效率很低，人工成本高。因此，为解决该问题，该系统采用GIS地理信息定位技术，实现光纤故障点自动化定位，利用经纬度坐标确定地理信息，并对空间信息进行分析和处理。其中，光纤故障信号点地理位置的计算，是将光纤电缆长度进行统计，然后依据光缆绞缩率等属性值计算得出光纤故障信号点的所处位置，如图2所示。实现光缆路由图和距离的计算，完成故障纤长到路面实际地理位置的识别和数据转化。最终以可视化地图方式将故障位置进行展示，对工作人员进行精确引导。

图2 光纤线路故障点地理位置计算

2.2.3 OTDR光纤在线监测的实现

传统光缆检测方法需要维护人员进站手动实施，每次定检还需要暂停某些通信设备后才可以通过OTDR扫描纤芯，基于扫描结果对纤芯的状态进行判断，最后决定下一步需要采取的措施。OTDR光纤在线监测的实现优势在于定检过程可以避免进站操作，并且可以自动生成检修结果报表成，自动评估单根光纤以及整个光纤线路的运行状况，给故障点的定位操作带来了极大便利，配网线路光纤通信的传输管理质量也有了很大提升。

3 结 论

光纤通信故障信号在线诊断系统的应用，能够有效提高光纤通信故障检测的效率，利用自动化技术手段，降低运维成本，保障光纤通信线路的正常运行。光纤通信故障信号在线诊断系统作为一个自动化系统，应用了eID、GIS和OTDR技术，当光纤通信出现异常中断信号时，系统可以快速识别故障信息，并将故障地理位置在GIS可视化地图中进行显示。这极大限度地保障通信网络系统的正常运行，避免因通信中断异常所造成损失。