关于光纤通信中光缆自动监测技术的应用分析

黄坚毅

中国电信股份有限公司中山分公司 广东 中山 528400

引言

光纤网络是现阶段最主要的通信网络，随着规模日益扩大，网络传输结构也逐渐复杂，经过对数百个传输网络故障的分析，发现在属于传输事故当中，大部分是由光缆的传输介质故障引起，由此可见光缆是影响网络安全的重要因素。对我国而言，随着通信业务质量的提升，光缆线路的维护和管理问题也日益突出。一方面光缆数量的增加，另一方面在用光缆的老化，必然会导致光缆出现故障次数增加。因此，及时发现光缆故障和隐患对减少光缆阻断的发生具有十分重要的意义。其中光纤自动监测技术是基于传统监测方式的不足而进行开发的，其具有实时性、在线性及可靠性等特点，应用于光纤通信中可以符合通信专网的使用要求。

1 光纤通信对光纤自动监测技术的功能要求

第一，在线性。光纤自动监测技术可以在线监测光纤通信传输质量，这主要是由光纤传输的属性决定的，光纤传输具有良好的保密性，可以不应用离线或者旁路方式等采集传输信号，因此其只能够应用在线方式[1]。而且其在线监测不能给光纤通信传输造成不良影响，同时会让光纤自动监测技术引入光纤传输系统中的插入损耗降至最低。

第二，实时性。光纤自动监测技术可以持续性地监测光纤通信的运行情况，而并不是断续地监测光纤通信。

第三，全面性。通常来说，一个光纤传输系统是由光端机和光纤网两个方面组成的，而光纤自动监测技术则需要具备全面地监测上述两项的能力。

第四，及时性。通常在正常运行中，光纤自动监测技术可以及时地显示出光纤传输系统质量情况，若出现故障，则可以及时进行告警和起动查找故障点。

2 光缆自动监测技术原理及其系统设计

目前，通信网技术中的通信光纤技术为三大支柱之一，其存在耗损低、频带宽、保密性和抗干扰性强等特点，而组成光缆通信系统包含光纤、光源、光接收机以及光发送机。

第一，光缆自动监测技术的原理。光缆自动监测技术是在不影响和不干扰现存的通信系统和传输监控基础上，对光缆通信传输进行在线实时进行监测，其是通过光功率监测来达到实时监测目的的。光缆监测功能通过借助光功率监测单元(OPM)来实现监测的， OPM内置了波分复用器以及分光器，其每个模块能够支持1到4个光路，并采集和处理光功率，发出告警信息，当自动监测接收端发现光功率超出限定值后其可以立即传到中央处理器（CPU），应用自动控制光时域反射仪（OTDR）以及光开关对光功率异常光纤达到定位故障目的，有利于实现实时监测的目的[2]。

第二，系统设计组成。光缆自动监测技术系统应用了分布式的多级结构，其是由监测中心、监测站以及通信网络组成的。监测中心是由中心数据库服务器、资源维护工作站以及打印机等组成的，其基本功能是对工作人员的命令进行处理后，将数据传送给相关监测站，然后对监测站传送的数据及时汇总和处理。如果光缆出现故障时，监测中心就可以及时正确定位出现故障的光缆段，当远端监测站自动启动OTDR时，可对告警光纤测试然后上报至监测中心，监测中心接收到远端监测站传回来的测试数据后，可以自动分析和判断故障点的位置，并在电子地图上显示出故障位置和相关的标识等有关信息[3]。另外，监测中心还可以自动记录故障出现的时间，在发出本地和远程告警的同时，还可以自动打印故障通知单，在监测中心其工作人员能够对所管辖区域的各个监测站的命令、数据及参数等进行设置。

监测站是安装于传输机房以及长途线路中的模块局，能够实现无人值守，其主要是由远程监控工作站、OPM光功率采集单元以及通信模块等多个部分组成的。其功率监测模块通过采集和处理被监测光纤光功率的信号，有利于完成实时监测光纤传输性能的基础数据，并将其数据传送给监测站和监测中心。监测站对可以自动迅速的启动OTDR和程控多路光开关对故障光缆段的测试，并将测试后所得数据传送至监测中心。监测站的主要功能还包括以下几方面：a.借助串行接口可以采集光功率数据，并将数据分析后判断出光缆的状态，一旦光功率越限就可以发出告警，然后开启OTDR告警测试；b.当接收到中心站的控制指令时，其可以应用于参数配置及定期测试等中。而通信网络是负责为各个监测站和监测中心的通信提供一定通道，其可以是2M或者四线（指的是电源两根线和信号两根线）等数据的接口电路。

3 光缆自动监测方案的设计

第一，光功率在线监测。光功率在线监测作为一种实时监测方式，其可以测试所管辖范围内的光纤线路。这种监测方式有利于实现光缆监测的实时性，由此可见就需要采取一定手段避免在测试中干扰正常通信，保证光纤通信质量。因此，在技术手段上应用分光器、波分复用器和告警模块进行组成。其在线监测的主要工作原理为当光信号经过分光器的时候，能够截取3%的光信号应用在光纤测试中，应用光功率监测模块对这一光信号判断光功率，若数据超过设定告警限值时，就会将信号通知到主控模块中，然后经主控模块启动OTDR测试。其中告警联动测试指的是当接收到告警信号后测试，定期测试指的是用户按照光缆维护的有关规定，定期在线监测该段光缆的性能，并上报测试结果，而不定期测试则指的是可以在任何时间段内进行在线监测。光功率系统原理如图1。

图1 光功率系统原理图

第二，备纤监测。备纤监测能够测试备用光纤，在光纤通信中，一根光缆具有很多根光纤，一部分正常工作，承载业务，另一部分则只是备用光纤，并未参与到实际通信中。若这些备用光纤经测试后发现具有性能良好，这些光纤也基本上可以代表同根光缆中正常工作的光纤性能。这种监测方式可以有效避免测试和正常通讯发生冲突，可以不应用波分复用器合波和分波，最大程度上减少光缆自动监测的成本。同时这种监测方式还存在以下特点，a.能够降低光缆自动监测技术出现故障的概率。b.这种方式是实时在线监测的方式，可以提升监测效率。c.可以应用于较为复杂的通信网络监测中，若光缆段相对较短，则可以实现跨段监测的功能，不需要再额外增加设备。

第三，光端机告警监测。光端机告警监测应用到了告警采集模块，利用其模块可以对接收的告警信息进行处理，并综合分析告警数据，过滤那些不是故障的信号，对确定为故障的信息，则启动OTDR设备测试故障光缆，并准确得到故障点处。其优点可以对告警采集模块的接口参数以及告警限值能够在系统内配置，可以更好地兼容不同的传输设备。

第四，资源管理功能监测。光缆自动监测和管理系统不仅能够实现光缆的实时监测，还能够管理光缆网络中的资源功能，如光缆、配线架等，同时还可对所有接口连接进行管理，使得资源管理更为方便快捷。

4 光缆自动监测技术的功能和特点

第一，光缆自动监测技术可以实现对光纤通信的自动化管理和维护。通过对光纤通信的光传输设备、光缆光纤及等进行管理和监测，实现对光纤通信的管理的维护。光缆自动监测技术还会受到计算机相关程序的调控，可以自动对光缆进行故障测试，然后对比测试结果曲线和光缆标准曲线，一旦发现异常即可迅速准确定位故障点，有利于方面维修人员及时进行维修。

第二，可以构建监测网的基础数据库。通过建立数据库可以将光缆自动监测技术中的各种数据进行整理入库，有利于形成完整的数据档案，从而为管理和运行维护部门提供一定决策依据。

第三，光功率的自动监测功能。光缆自动监测系统中的收光功率是光功率监测判断是否出现光缆故障的重要依据。系统依据标准收光率和实际收光率中的差距判断光缆是否故障。若实际收光率和标准收光率的差距大于阀值时，按照超出大小从而发出不同级别的警告，这时自动监测功能还可以将光时域反射仪自行触发，从而准确判断故障发生端，有利于工作人员员及时采取相应措施。

第四，光缆自动监测技术存在手动测试功能。该技术不仅具有故障告警测试等自动测试功能之外，还存在手动测试的功能，这样可以有效方便维护工作人员在日常工作中的测试。

第五，光缆自动监测技术可与地理信息系统结合。当光纤通信中出现故障中断时，其可以快速定位，以便在短时间内准确定位故障点，及时抢修并缩短故障时间。

综上所述，光缆自动监测技术应用于光纤通信中可以为其提供更快捷的故障查询功能，通过在网页客户端就可以查询、监测和维护光缆通信。而且应用在光缆通信中对连接示意图等将的查看和维护更为简便，在提高故障预防和分析功能的同时，还可以加快故障定位的速度和准确性，有利于在故障发生前进行预防。