应用于ODN 室外光交智能门锁技术研究和分析

［欧月华 任艳］

1 背景和问题分析

大量分布于室外的光缆交接箱是光分配网ODN 的重要组成部分，对光缆交接箱的维护在一定程度上影响着网络质量好坏。目前，仅仅使用机械门锁对光缆交接箱进行管理和安防这种比较原始的模式不仅效率低下，也无法对光缆交接箱进行有效的监控和保护，具体问题表现在：

（1）指挥调度难，作业不及时，故障处置延宕。

（2）光缆交接箱分布广泛，设施及其光缆被损坏、迁移，管理人员不能及时获知状况。

（3）光缆交接箱数量大，且不断增长，使用传统的机械式门锁管控，不易操作，对大量箱体的钥匙人工管理困难。

（4）施工、巡检人员频繁更换，无法对开箱人员和时间进行有效管理，而且当前的运维操作无记录手段，难以对不当行为进行管理和追责。

（5）由于监管困难，大多数光缆交接箱箱门遭到破坏，或门锁常年处于开启状态无人问津，造成设备的故障。

以上问题给运营商带来经济损失的同时，也影响着客户的光纤宽带的使用效果，运营商需要着重考虑如何提升建设和运营效率，支撑优化用户体验，因此实现对ODN光缆交接箱的智能化管理迫在眉睫，其中智能门锁是重要的一种。

2 光缆交接箱智能门禁需求

光缆交接箱智能门禁主要需求包括有。

（1）可管可控的开锁权限：通过无线通信技术进行开锁授权管理，无权限开锁者需要经授权审批才可以进行开锁操作。对各级操作人员权限进行管理，实现分区域、分设施进行开锁权限的配置。

（2）箱体状态监控及告警：通过光缆交接箱智能门锁，对箱体锁具开关状态、门开合状态、箱体内温湿度和箱体倾斜度等进行监控，智能门锁对未授权开门、电量过低等异常状态进行主动告警，联动上层系统启动相应排障工单。

（3）采用虚拟化钥匙：实现多种开锁方式，采用网管、手机应用或者电子钥匙对安装在室外光缆交接箱的智能门锁进行远程或近程开锁，彻底避免机械钥匙的携带和管理不便。

（4）操作人员和操作日志信息化：对操作人员的信息记录，并且对每次开关门/锁、施工记录均可进行保存、统计分析和查询，便于进行问题回溯。

3 应用于ODN 光缆交接箱的智能门锁技术

3.1 两种智能门禁系统架构

针对运营商的需求、ODN 光缆交接箱的大小、内部结构以及分布的位置（比如光缆交接箱内部是否有空余空间，光缆交接箱所处位置网络信号是否良好）等条件，应用于ODN 光缆交接箱的智能门禁系统包括实时系统和非实时系统，基本组成包括智能门禁管理系统、智能门禁管理应用和智能门锁，实时系统和非实时系统的智能门禁系统架构如图1 所示。

图1 智能门禁系统架构

智能门锁是智能门禁系统中安装在光缆交接箱的硬件设备部分，是通过电子方式实现管理控制光缆交接箱的门禁。

非实时系统中的智能门锁只包含简单的电子锁体和电子钥匙，无法直接和智能门禁管理系统通信，只能实现智能门禁管理应用蓝牙开锁或电子钥匙授权开锁以及电子记录门锁开关等简单的功能，无法实现上文中光缆交接箱智能门禁的大部分需求，本文暂不做详细分析。

本文重点分析实时系统的智能门锁。实时系统中，智能门禁管理系统通过无线网络管控光缆交接箱智能门锁，能够直接远程开锁，或者授权智能门禁管理应用管控光缆交接箱上的智能门锁。实时系统下的智能门锁能够实现智能授权开锁、状态监控和告警上报、操作信息自动记录和工单流转等功能。

3.2 智能门锁的组成

实时系统的智能门锁实现室外光缆交接箱的安防和管理，包括控制箱门和锁体开关，管控和上报箱体门锁状态及其动力环境状态，如有异常触发告警并主动上报。智能门锁由供电模块、控制单元、一个或者多个电子门锁（与光缆交接箱的门对应，一个控制单元支持1～4 个电子门锁）、电子钥匙组成，另外还包括有控制单元连接的一些传感器（水浸传感器、温度传感器和震动传感器等，根据运营商需求进行选配），如图2 所示。

图2 智能门锁的组成

（1）电子门锁：实现光缆交接箱箱门的开关，连接控制单元。

（2）控制单元：用于管理电子门锁、门磁/行程开关和其他传感器，通过无线网络与智能门禁管理系统直接通信，通过蓝牙与智能门禁管理应用进行通信，接收智能门禁管理系统/智能门禁管理应用命令去控制电子门锁开关，同时监控光缆交接箱的箱体状态包括监测供电模块电量、门或锁开关、和光缆交接箱水浸、倾斜、震动等情况，上传到智能门禁管理系统/智能门禁管理应用。

（3）供电模块：内置一次性锂电池，对控制单元、电子门锁和传感器等模块提供电能。

（4）电子钥匙：电子钥匙支持在是智能门禁管理应用授权下进行应急开锁。

3.3 光缆交接箱智能门锁功能

由于智能门锁需要安装在光缆交接箱上，除了实现锁具本身的能力外，需要实现符合光缆交接箱场景的门禁、管控需求的功能。

光缆交接箱智能门锁的主要功能包括：可管控下的多种开锁方式、光缆交接箱参数配置和储存功能、告警功能、休眠和唤醒功能、信息上报功能等。

（1）通过智能门锁实现可管控下的多种开锁方式。

①通过智能门禁管理系统使用无线网络进行远程开锁。

② 通过智能门禁管理应用使用无线网络进行远程开锁或者使用蓝牙进行近程开锁。

③正常状态下，光缆交接箱建议使用以上的开锁方式，电子钥匙建议在应急状态下（控制单元失效、供电模块中的电池无电或电量不够的）通过智能门禁管理应用授权进行开锁。

在光缆交接箱开锁之前应该手动按下该电子门锁的唤醒按钮，才能接收除应急开锁方式外下发的开锁指令。对于2 门型、3 门型、4 门型的智能门锁，仅能开启指定门的电子门锁，在同一个控制单元的其他门应不开启；已经打开部分电子门锁的情况下，再开其他电子门锁，也应先手动按该电子门锁的唤醒按钮。

（2）智能门锁对光缆交接箱信息配置和储存。

智能门锁的控制单元能通过智能门禁管理系统或者智能门禁管理应用进行配置光缆交接箱相关的信息并储存，包括：光缆交接箱的信息（名称、位置）、智能门禁管理系统的IP 地址和端口号、光缆交接箱箱门与电子门锁的映射关系等。

（3）智能门锁支持以下告警。

①非法开门告警：门关锁关状态变为门开锁关状态，产生非法开门告警。

② 非法开锁告警：未授权开锁情形下锁由关变开，产生非法开锁告警。

③长时间未关门告警：休眠一定时间后（时间可以设置）锁关门未关产生未关门告警。

④ 长时间未关锁告警：休眠一定时间后（时间可以设置）锁未关产生未关锁告警。

⑤ 智能门锁低电量告警：电池电量低于设定值（可以设置）产生的告警。

⑥ 温度超限告警（扩展功能）：温度超过设定值（可以设置）产生的告警。

⑦ 倾斜告警（扩展功能）：载体倾斜超过设定值（可以设置）产生的告警。

⑧ 震动告警（扩展功能）：载体震动超过设定值（可以设置）产生的告警。

⑨ 水浸告警（扩展功能）：监测到水浸产生的告警。

（4）休眠和唤醒功能

由于光缆交接箱大部分位于室外，供电条件有限，为了节省供电模块的电量，需要对智能门锁设置一定的休眠规则。比如对光缆交接箱智能门锁唤醒后、开锁开门、关门关锁等动作后不再操作，在一定时长比如2 分钟内能进入休眠待机场景，供电模块的电流能降到80 μA 以下。

智能门锁应在下面几种情况下唤醒设备。

①操作人员需要进行操作时，手动按下唤醒按钮将智能门锁从休眠状态唤醒。

② 实时时钟定期唤醒（在无告警的情况下采用正常时间间隔，正常时间间隔可设置，默认为24 小时；在有告警的情况下采用告警时间间隔，告警时间间隔可设置，默认为4 小时。正常时间间隔和告警时间间隔应可通过智能门禁管理系统进行配置）。

③锁舌状态发生变化。

④ 门开关状态发生变化。

⑤ 震动超过门限值（扩展功能）。

⑥ 温度超过门限值（扩展功能）。

⑦ 水浸（扩展功能）。

（5）信息上报功能

智能门锁唤醒后，应能上报当前的告警信息和设备状态信息，设备状态信息包括实时信息时间戳、门开关状态、锁舌状态、供电模块电压、电量信息、3G/4G/NB-IoT 信的卡号信息、3G/4G/NB-IoT 信号质量信息、软件版本信息、硬件版本信息、温度（扩展功能）、水浸（扩展功能）、倾斜（扩展功能）。

3.4 光缆交接箱智能门锁其他技术建议

安装在光缆交接箱上的智能门锁还要适应光缆交接箱特点比如工作环境、尺寸、密封、引导操作等要求。因此本文给出如下建议。

（1）工作环境

智能门锁部件是安装在光缆交接箱内部，参照光缆交接箱标准YD/T 988-2015 工作环境，建议智能门锁能在以下的工作环境正常运作：

①工作温度：-40℃～+60℃；

② 相对湿度：10%～90%（非凝结）；

③大气压：62～106 kPa。

（2）尺寸建议

建议智能门禁的控制单元及供电模块的封装盒子体积要尽量小巧，同时电子门锁部分应能适配光缆交接箱712 锁的开孔尺寸，智能门锁各个模块部件能在光缆交接箱中稳固安装和具有限位措施（防止锁具发生位移）。

（3）密封建议

智能门禁的控制单元和供电模块防水防尘应满足IP65 要求。电子门锁防护等级应满足IP55 要求，在水进入锁体时，应不能影响锁的使用，并防止水进入载体。

（4）引导操作建议

①为了便于操作人员在光缆交接箱进行开关门锁一系列操作，在电子门锁上安装指示灯和蜂鸣器，使用不同的声光提示光缆交接箱智能门锁锁开状态、落锁状态等。

② 智能门锁控制单元的通信部分使用接插式SIM卡，便于异常的时候可以更换，通过智能门禁管理系统对sim卡状态资费进行管理。

4 光缆交接箱的智能门锁新建和改造

在部署光缆交接箱智能门禁系统中，智能门禁管理系统和智能门禁管理应用部署和安装较为简单，重点在于对光缆交接箱进行智能门锁新建和改造。

4.1 智能门禁管理系统安装方案

智能门禁管理系统包括智能门禁管理系统后台服务器和Web 客户端，智能门禁管理系统后台作为业务数据的管理后台，需要单独安装在服务器上，用户侧可以采用Web 方式接入系统。

4.2 智能门禁管理应用安装方案

智能门禁管理应用安装并运行在智能门禁管理终端上，智能门禁管理终端是一种具备蓝牙、移动通信等功能的智能化手持终端设备。智能门禁管理终端与智能门禁管理应用的组成框图如图3 所示。

图3 智能门禁管理终端与应用的组成框图

为保证智能门禁管理应用程序运行正常，智能门禁管理终端须具备以下要求。

（1）RAM ≥2G；

（2）支持蓝牙核心规范v4.0 以上；

（3）支持3G 及以上的移动网络；

（4）可存储记录条数不小于2 000 条。

4.3 智能门锁安装

4.3.1 新建光缆交接箱配套智能门锁

对于新建的光缆交接箱，配套的智能门锁可以在光缆交接箱出厂或者出场时预装，在现场免安装，可以从总体缩短工程周期。

4.3.2 存量光缆交接箱的智能门锁改造

对于存量的光缆交接箱需要加装的智能门锁组件包括：控制单元、供电模块（电池盒）、电子门锁和行程开光/门磁（与光缆交接箱的门一一对应），可选的其他传感器等。

为了降低光缆交接箱智能门锁改造的操作难度，建议改造的步骤如图4 所示。

图4 安装流程图

④ 使用螺丝刀拆卸掉箱体门上原位置的锁芯。

⑤ 将新锁体的背面塑料外壳水平翻转，用拆卸的四颗螺钉固定在箱门背面，将锁体固定在箱门正面。

⑥ 使用锁体扭转螺钉穿过箱门锁舌、锁体扭转固定件、背面塑料外壳，然后和正面锁体连接。

⑦ 旋转锁体正面的手柄，闭合锁体正面，保证锁舌处于水平位置可以关门。

⑧ 使用粘式固定座将电子门锁的线固定在箱门，避免线缆悬空或影响柜门开关。

⑨ 将电子门锁的连接线接到控制单元的接口。

（2）安装控制单元和供电模块（电池）。

以左出纤、单门光缆交接箱上安装控制单元和供电模块为例：

操作步骤：首先将控制单位与供电模块连接，然后控制单元和供电模块固定在箱体合适的位置。

位置的选择、安放原则：①箱内的空余空间；② 安放位置不影响线缆走线、方便线缆插拔。控制单元和供电模块安放的建议位置如图5 所示。

图5 控制单位和供电模块安装建议位置

（1）改造电子门锁

电子门锁的锁具包括锁体、扭转螺钉、扭转固定件和连接线。

操作步骤：

①找到光交箱门原来锁具的孔位，利用螺丝刀拆卸掉原锁具，只保留原来的锁杆和锁舌部分。

② 确定光缆交接箱孔位安装尺寸和新锁孔位尺寸匹配。

③通过扳手、十字螺丝刀将新锁体的扭转螺栓、扭转固定件从新锁具上拆卸下来。

（3）安装行程开关

行程开关是一种常用的小电流电器，利用部件的机械运动碰撞来实现接通或分断控制电路，从而检测门的开关状态，以单门的光缆交接箱上安装为例。

操作步骤：

①将行程开关放在光缆交接箱边缘处合适的安装位置上，使箱门关闭时能够触动行程开关。

② 用手钻在行程开关螺丝孔对应的固定位置处钻孔。

③使用自攻螺丝将行程开关固定在箱体上。

④ 用粘式固定座固定住行程开关的信号线。

⑤ 关闭箱门，听见“咔嚓”声，行程开关能被箱门触碰，说明安装成功。

（4）安装传感器（可选）

以安装温湿度传感器为例。

温湿度传感器需要连接控制单元的连接线。

操作步骤：

①将温湿度传感器连接线连接到控制单元接口上。

② 使用粘式固定座将温湿度传感器固定在箱体空隙位置，并使用展示固定卡座固定连接线，走线过程不要影响光纤、光缆套管。

4.3.3 改造问题小结及建议

改造过程中可根据存量的光缆交接箱的实际情况，会较多遇到以下问题以及相应的处理如下：

（1）光缆交接箱需要扩孔场景：带齐配套工具进行扩孔。

（2）光缆交接箱箱体厚度不适配：小钣金加固。

（3）电子门锁的锁杆长度不匹配：适度切割。

（4）由于门磁成本比较低，某些情况下会选择门磁，但是如果实际场景下门磁安装不合适：可换行程开关。

5 小结

ODN 光缆交接箱智能门锁顺利实现了光缆交接箱可控开锁授权、多种便捷开锁方式、状态实时监控、异常情况及时告警等一系列智能化的管理、安防功能，使得光缆交接箱巡检、运维管理工作将变得高效便捷、安全智能。