光纤网络在线监测管理系统优化设计

摘  要： 针对光纤网络在线监测系统在使用过程中存在诸如创建光路等操作繁琐、告警数据展现不实时、监测设备可扩展性差以及测试数据分析不够准确的问题，采用WebGIS、HTML5和WebSocket等技术对其进行优化改造。系统中增加了通信机，并采用一种基于小波变换动态降噪的方法进行OTDR曲线数据分析，实现了操作可视化、告警数据实时展现、兼容不同协议的监测设备，大幅提升OTDR曲线数据分析的快速性和准确性。

关键词： 网络地理信息系统; 小波变换; 通信机; 可视化操作

中图分类号：TP399          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2021）12-31-05

Abstract： Aiming at the problems of cumbersome operation such as creating optical path， non real-time display of alarm data， poor scalability of monitoring equipment and inaccurate analysis of test data in the use of optical fiber network online monitoring system， the WebGIS， HTML5 and WebSocket technologies are used to optimize and update it. A communication machine is added to the system， and a method of dynamic noise reduction based on wavelet transform is used for OTDR curve data analysis， which realizes visualized operation， real-time display of alarm data and compatible with monitoring equipment of different protocols， and greatly improves the rapidity and accuracy of OTDR curve data analysis.

Key words： WebGIS; wavelet transform; communication machine; visualized operation

0 引言

目前的智能光纤网络在线监测管理系统WebGIS[1-2]是基于富客户端技术flex开发。flex的特点及优势是作为浏览器插件，有跨平台，较炫的视觉效果而出名，缺陷是开发的swc包在浏览器端部署比较庞大，且没有flashbuilder就无法有效调试。

随着浏览器平台的去插件化潮流，html5[3-4]技术兴起并成熟，诸多本属于flex的優势如动画等特效已经可以基于纯浏览器端开发，移动端平台日益重要且不再支持flex，原系统由flex升级到html5正是时候。原系统功能全部在Web服务端实现，业务逻辑采用紧耦合方式，明显的缺点是系统的扩展性差，采用WebSocket[5]和分布式技术，将Web服务端拆成若干逻辑内聚性强的独立服务。OTDR测试曲线数据分析是系统的核心算法，原来的算法因曲线数据中夹杂的环境噪声数据而影响分析的准确性问题比较大，因此采用一种基于小波变换动态降噪的OTDR曲线数据分析方法[6]，也是系统优化的重点。

1 系统优化技术研究

1.1 WebGIS改造

1.1.1 数据库升级

地理数据库原系统采用Oracle 10g（及其空间扩展Oracle spatial），底图为shp文件，存在的问题有：数据存放较凌乱，数据库与文件shp共存，不在一个数据库，之间不能做sql操作;Oracle 10对主流坐标系的支持较弱，缺乏较好的空间数据库管理工具，不是ogc标准的协议，高级的分析功能缺失，如做不到路径分析。

采用postgresql+postgis取代oracle spatial部分，优势如下：pgadmin提供免费的客户端，直接鼠标操作，即可实现shp数据导入数据库，数据库图层导出shp的操作;postgis的gis分析功能强大，是当前主流技术，成熟的开源gis数据库;postgresql强大的支持，使用wrapper功能，使其能进行跨库的增删改查，使得业务数据库与gis数据库物理分离与项目结合使用成为可能。

1.1.2 地图客户端升级

地图客户端将采用OpenLayers 3.5版本开发，ol3是基于html5开发的web客户端的开源库，体现了当前html5技术发展的最新成果，地图显示效果与操作都已超越了当下任何一个地图前端开源库。ol3能非常好的绑定ui控件进行操作，类似flex的[bindable]操作，体验很好。

1.2 软件架构改造

新系统软件架构优化改造，将原系统服务按照逻辑功能拆分为三部分：Web服务、通信机和OTDR曲线数据分析服务。如图1所示。

Web服务的主要功能：系统管理、资源管理、光路配置、监测管理和劣化分析。

通信机与Web服务通信采用WebSocket方式，数据采用Json格式，通信机与监测设备采用tcp方式，采用监测设备厂商提供的通信协议。

OTDR数据分析是个比较耗时的过程，将其独立出来可以部署成集群服务（如微服务架构），极大提高系统的服务能力。

系统软件架构经优化改造后，明显优点是：业务逻辑实现解耦，便于实现系统扩容，提高系统的服务能力、稳定性。

1.3 资源配置管理改造

原系统中资源配置管理基本靠用户输入文字完成，用户操作相当繁琐，而且容易产生错误，体验极不友好。随着Web图形化技术的发展，特别是HTML5技术日臻成熟，对资源的图形化配置管理和数据的可视化改造势在必行。

与基于富页面技术的Adobe Flash， Microsoft Silverlight， Java Applet等相比，使用HTML5中的Canvas、SVG和CSS3实现的数据可视化方法，具有更好的浏览器兼容性、不需要安装插件、符合W3C国际标准。优化方案使用Qunee for HTML5进行资源的可视化改造。

1.4 OTDR曲线分析优化

原系统OTDR曲线分析使用的是基于两点法和最小二乘法，算法简单易实现，但对数据噪声敏感，误差较大。目前，OTDR数据分析常用的方法有：时域分析法、基于神经网络算法、小波变换算法等。小波变换首先对曲线数据进行降噪，然后将信号分解为一系列小波函数叠加，具有良好的时域和频域局部化的特征信号，分析准确性高，但是计算量大，分析速度慢。

采用“一种基于小波变换动态降噪的OTDR曲线数据分析方法”专利技术，结合小波变换和最小二乘法能有效分析OTDR曲线数据，极大提升了OTDR曲线数据分析的准确性和速度。

2 系统关键部分优化设计

2.1 WebGIS设计

2.1.1 数据库postgis设计

采用PostgreSQL插件oracle_fdw实现postgis与Oracle的同步数据，这里需对光缆、局站、地标和光交接点基于WebGIS进行可视化管理，对照Oracle中的四张业务信息表，在postgis中分别创建四张对应的地理信息表（使用唯一关键字关联）和四张对应的外表，并在外表上创建视图，视图上包含地理信息和业务信息。

创建局站、光缆、地标和光交接点表的增/删/改函数、告警定位函数，新增函数传入参数：关联业务表的唯一关键字（idcode）、表名和地理信息字符串，輸出基于地理信息字符串和地理坐标系（3857）的几何值;删除函数传入参数：idcode和表名，输出idcode;告警定位函数计算起始点和参考点的地理距离。

2.1.2 GeoServer配置

配置数据源postgis安装的IP、端口、账号口令，配置相关的图层，分别为PG库中创建的视图和函数配置对应的图层，图层名字与PG库中的视图和函数名字相同，为光缆、局站、地标和光交接点创建样式。

2.1.3 客户端设计

Web客户端使用openlayes调用geoserver的WFS服务，重要JS代码如下：

function getFeature（options） {

$.ajax（geoserverhost+'geoserver/wfs'， {

type： 'GET'， async：true，

data：{ service：'WFS'，version：'1.1.0'，request：'GetFeature'，

typename：options.typename，srsname：options.srid，

viewparams：options.viewparams， bbox：

（options.extent===undefined）？undefined：options

.extent.join（'，'）+ '，'+options.srid，

filter：options.filter }，

dataType：'jsonp'，jsonpCallback：'callback：'+options.callback，

jsonp：'format_options' }）; }

通过函数getFeature完成数据的加载和资源数据的增删改，参数typename使用geoserver配置的图层名称，调用完成后执行的回调函数在参数jsonpCallback中给出。回调函数完成的任务有：在PG中完成资源的增删改后，同步进行业务数据库资源的增删改;资源数据改动后重新加载地图数据，刷新地图。

2.1.4 地图图形操作设计

⑴ 展示多个图层，设定图层的样式。

⑵ 缩小放大，展示不同的图层。

⑶ 添加不同类型的节点（如：局站、光交接点、地标等），节点图标可选，图标提供点击事件，如：点击图标显示具体信息。

⑷ 节点之间连接线，根据连线类型，能设置粗细、颜色，连接线可以标注名称，连接线可以拖动后形成折线，拖动到节点附近具有自动停靠功能。

⑸ 拖动光缆的连线，自动计算并更新光缆的地理长度;光缆重叠部分的连线自动加粗重叠部分线条，点击重叠部分光缆线条，通过弹出菜单列表选择欲操作的光缆。

⑹ 监控，如拖动点线的监控，根据鼠标滑竿的位置，在地图上绑定显示当前位置。

⑺ 基于地图的告警展示，根据监测的光缆、故障点距离光缆头的地理长度，定位故障点的地理位置，并以闪烁红色图标显示，鼠标移动到故障图标上显示告警详情。

2.2 监测光路图形化配置设计

光路是由若干段光缆中的纤芯连接起来的，光路的配置需要用到的资源有：局站、监测设备、光缆、纤芯、尾纤、跳纤、配线盘。优化设计采用基于HTML5的图形化组件：Qunee for HTML5。

2.2.1 光缆配线

光缆配线是指将光缆两端（A端和Z端）的尾纤连接到配线盘的空端子上，图形化操作如图2所示，将局站A和B之间的光缆A<-->B上的纤芯号5、6进行配线。

由图2可见，配线盘各个端子的状态一目了然，并且通过弹出提示框查看端子的具体信息。配线过程如图虚线所示，连接光缆段的可用纤芯到配线盘的空端子即可。

2.2.2 光路建立

光路建立是采用跳纤将光缆中配线好的纤芯连接起来，光路建立过程设计为新建光路和续建光路。如图3所示，通过在图中绘制虚线（跳纤），将光缆A<-->B的纤芯1与光缆B<-->C的纤芯2连接后，并显示光路图。

2.2.3 光路设备连接

将建好的光路连接监测设备的OTDR、OPM、OSW、OLP模块端口，实现对光路的光功率测试、OTDR测试、OLP保护。其图形化操作过程如图4所示，通过绘制虚线（跳纤）对光缆A<-->B的纤芯1起始的光路进行测试。

2.3 通信机设计

通信机对下采用TCP与各种监测设备通信，对上采用WebSocket与监测系统通信，将各种检测设备通信协议统一转换为上层业务协议，软件结构设计如图5所示。

2.3.1 任務调度

任务调度对任务分优先级调度，实时任务优先级高，周期任务优先级低。实时任务有：点名测试、下发设备配置参数等;周期任务有：定期采集光功率，定期查询硬件配置等。

2.3.2 设备通信

包括设备通信连接、协议转换、数据发送和接收。通信连接完成设备合法性验证、连接异常处理（如：超时等）;协议转换将上层系统业务协议（Json格式）与底层的各种测试设备厂家协议相互转换;数据发送和接收采用流水号、数据优先级、超时重发等机制，保证数据顺序、可靠的传送。

2.3.3 业务系统通信

与业务管理系统的通信采用WebSocket技术，接收来自管理系统Web页面的业务指令（Json格式），并将指令执行结果返回管理系统，将各种告警数据实时推送到管理系统Web页面展现。

3 结束语

数据的可视化以及图形化操作代表了当前技术主流，本文详细阐述了采用开源的PostGIS+GeoServer+OL3进行WebGIS改造和基于HTML5技术的光路配置图形化操作过程的设计，将用户从繁重的文字输入和阅读工作中解脱出来，通过鼠标点击、拖动以及绘制图形的方式直观地完成复杂的配置工作。通信机是系统架构优化改造的重点部分，这将为系统以后的升级扩容带来便利。

参考文献（References）：

[1] 郭明强，黄颖等.WebGIS之OpenLayers全面解析[M].电子工业出版社，2019.

[2] 张贵军，陈铭.WebGIS工程项目开发实践[M].清华大学出版社，2016.

[3] David Geary.HTML5 Canvas核心技术[M].机械工业出版社，2013.

[4] 陶国荣.HTML5实战[M].机械工业出版社，2011.

[5] 张艺.基于WebSocket的及时通信系统研究与实现[J].软件，2015.3.

[6] 朱云杰.一种基于小波变换动态降噪的OTDR曲线数据分析方法[P].中国，专利号：ZL 2018 1 1539067.7