光缆监测系统范文

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关键词: 远程光纤监测系统;光时域反射仪;光纤测试方法;测试误差

Key words: remote fiber monitoring system;optical time domain reflectometer;fiber testing methods;test error

中图分类号:TP315文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)26-0153-01

0引言

光缆线路自动监测系统是一种利用计算机和通信技术以及光纤特性测试技术,对光纤传输网进行远程分布式实时监测,并将光缆线路的状态信息集中收集、处理和存储的自动化测控系统。光缆线路自动监测系统有两种:一种是对光缆线路的金属钢带或铝带的破损情况进行监测;另一种是对光缆线路的纤芯进行检测,是目前推广使用的方法.本文仅讨论后者。

1远程光纤监测系统(RFTS)

RFTS是用光时域反射仪(OTDR)来监测光纤网络的一套智能型、模块化、分布式监测系统。该系统通过远程测试单元(RTU,Remote TestUnit),在预定的时间里,对被监测光纤网络进行OTDR测量。测量结果与基准测量值比较,如果偏移超过阀值,则实时告警并传送到RFTS中心局的控制部分。由于应用了开放式通信协议,因而易于集成在用户的网络系统之中。

1.1 系统组成RFTS由中央监测台、RTU、光路测试切换装置(OTAU)及光纤耦合模块(FCM)四个子系统组成,除了FCM是被动设备外,其它三项子系统均具有自我诊断与维护功能。

1.1.1 中央监测台(TSC)TSC是系统的操作中心,监测各机房RTU的测试资料。通过它监视各子系统,也可进一步通过连线上的RTU,针对特定光纤进行更仔细的测试。提供FAX、传呼机等多种告警方式。

1.1.2 远程测试单元(RTU)RTU可根据管理人员预先设定的程序或操作,24h测量光纤网络品质。RTU还配有新式的OTDR,具有高的动态测试范围,低的事件盲区。提供1.31、1.55、1.625μm的测试波长,满足目前业界对离线测试或在线测试的需求。

1.1.3 光路测试切换装置(OTAU)在星状与树状结构的光纤网络中,OTAU可将RTU的测试信号切换到不同的受测光纤上。

1.1.4 光纤耦合模块(FCM)FCM是在线测试应用中的一个专用子系统,提供受测光纤与RTU测试光波的耦合与分解,并具有高隔离度、低损失、低反射的特性。FCM采用模块化单体设计,可以内装不同的光分波多功能单元(WDW)和光滤波器等光纤被动单元。

1.2 测试方法使用RFTS进行光纤链路的自动测试,主要有三种方法:第一种是暗光纤离线测试。即只测试光缆内的空闲(备用)光纤。该方法只能监测影响整个光纤的灾难性故障,而不提供每根工作光纤芯线的信息,不能用于一级干线。第二种是利用WDM技术对工作光纤进行有源光纤在线测试,提供每根在用光纤的质量和可用性信息,检测机械应力或化学损伤引起的缓慢恶化,并作预防性修理.该方法断线判断准确。第三种是测试中断业务的工作光纤。该方法仅需一台可综合系统信号和测量信号的设备(一个与波长无关的耦合器或是一个光交换模块)。业务可以通过另一个环路迂回,工作波长可等于传输波长,比较适合于双向环结构。

1.3 RFTS与电信管理网(TMN)的结合ITU-T已经规定了TMN的全球标准。光纤本身是一个完全的无源网元,不能直接按照TMN的含义进行管理。为将光纤纳入TMN框架,RFTS将完全综合于一个标准的TMN环境中,与RTU和光纤一起构成能被管理的网元。作为网元管理器,操纵和控制所有RTU的TSC经Q3接口与其它的网络管理机构对话。Q3接口不仅规定通信用协议和消息,还包括管理信息库(MIB)和与信息有关的对象结构。

2典型的光缆自动化监测系统

目前运用最多的光缆自动化监测系统是HP系列的RFTS。以下将分代论述。

2.1 RFTS100RFTS100是HP81700系列的第一代产品,包括一至多个OTDR、一个光交换模块(用于多纤共享OTDR)和一台控制用PC机。使用调制解调器通过普通电话网可接入几个OTDR,故障定位快速、准确,并可用作日常维护。还可通过自动周期性测量分析长期退化。

2.2 HP第二代RFTS系统由TSC、RTU、告警接口单元(AIU,Alarm Interface Unit)和相应的系统软件组成,采用模块化、分布式体系结构,通过开放式通信协议可以非常方便地集成到网络中。它可监测整个光缆网的运行状态,及时发现线路劣化趋势并做预防性维护。作为一个网元管理系统,它符合TMN架构,具备了Q3标准接口,可与其它网管系统在Q3上实现互联,避免了将来建设TMN的重复投资。

2.3 最新发展HP公司新一代光缆网络管理系统Access Fiber,它以数据库为核心,采用客户/服务器结构,提供基于Windows NT的图形用户界面,是集网络规划、维护和管理于一身的网络信息管理系统。一个中心数据库可连接多台图形用户终端,便于数据共享和不同的维护需求。

3光时域反射仪(OTDR)

OTDR是RFTS不可缺少的测试设备,其精度受各种因素的影响。

3.1 OTDR的测试误差及其原因分析OTDR通常测试的基本参数为:距离、光纤损耗、事件损耗、链路损耗、回波损耗和链路回波损耗.这里仅谈距离测试。距离测试指两点间的光学距离。

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中图分类号TN913 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）53-0176-02

随着通信技术的兴起和不断的发展，大量的通信设备在通信网络中广泛的使用，这些设备的制式种类纷繁芜杂，给管理工作带来了极大的困难。在这些设备中，光缆作为一种优秀的通信信号传输通道具有其它介质所无法比拟的优点，如信息容量达、传输密度高、安全性高等，这使得光缆在通信领域得到十分广泛的使用，在通信网络中扮演着十分重要的作用，是当之无愧的通信网络的大动脉。这使得光缆的安全性和稳定性十分的重要，一旦光缆出现故障将会导致十分严重的后果。光缆的使用已经有了很长的一段时间，随着时间的延长很多早年铺设的光缆开始老化，发生故障的概率不断的增加。出现故障的时候采用传统的维修方式很难及时的定位故障的位置，维修周期十分的长，造成通信网络长时间无法恢复。在这种情况下，对通信光缆进行实时的监控与维护就是十分必要了。这样可以对于光缆的性能进行实时的检测和管理，一旦发现出现问题可以在问题造成大范围的影响之前采取相应的措施，从而保证其传输的通畅，提高光缆维修效率，降低维护时间。

1 光缆监测系统原理

能够自动对光缆线路进行实时在线监控，对光缆线路的性能状态进行动态的检测，并及时的发出故障警告的自动化系统被称为光缆监测系统简称FOMS。在各个检测站上安装光时域反射仪，该仪器是整个光缆监测系统发挥作用的关键所在。光时域反射仪对光缆线路中不同时间和距离上的测试波长的背向散射光的分布曲线的变化对光缆线路的传输性能进行及时的掌握，这样一旦光缆出现断裂或者是其他形式的各种故障，都能被该仪器及时的发现，并及时发出告警。

整个光缆检测系统通过多个光缆检测路由对光时域反射仪所收集的信号进行加载，而系统中本身存在着一个完备的数据库，该数据库记录着光缆正常运行的相关参数和数据，这样通过和各个检测站的光时域反射仪收集到的数据进行比对，看其是否存在不一致的地方，从而对光缆线路的运行状态进行相应的判断，同时相关的数据反馈给上一级的监测中心。光缆监测系统监测光端机收光功率，如果光端机的收光功率出现异常，光缆监测系统将根据异常的原因发出相应的警报，随后光时域反射仪被启动进行探测。这样再结合全球卫星定位系统和地理信息系统的协助，对光缆出现故障的位置进行准确的定位，故障的地点将被显示在监控中心。

2 系统实时监测的实现

光缆监测系统最大的优点是能够实现对光缆状态的实时监测，在发现光缆存在异常的时候系统能够及时的发出警告，常见的警告以及解决方案如下：

1）光功率在线监测

将光传输设备的工作光，利用分光器进行分离，使之和警报模块相连，这样工作光的状态就被监测，通过工作光的状态来及时的掌握光缆的工作状态，这样一旦光缆出现问题的时候能够被及时的发现。科学合理的设置每个检测通道的光的功率值，一旦光线出现异常就会导致光功率的下降，当光功率低于这个值得时候就会发出警报，同时光时域反射仪被启动对该条光缆进行检测，从而有效的对故障进行定位。

2）光端机告警监测

光缆在发出异常的时候产生的告警信号通过系统上集成的告警采集模块进行收集，告警采集模块对收集到的告警信号进行初步的分析判断，将无关的信息清理掉，激活光时域反射仪对相应的光缆进行检测，以便及时的发现问题。

3）光功率备纤监测

对于备用光纤可以利用光功率告警模块进行离线检测，从而对光功率进行实时的监测，发现问题及时发出警告。由于备用光纤本身没有信号源，为了能够向备用光线发出光信号可以将一个光源设置在监测路由的末端，然后在测试的一端进行光功率的检测。

4）各种监测方式的比较

在告警反映实时性上，光功率的在线监测和备纤监测方式要优于利用光端机告警的监测方式。从系统的可靠性方面来看，采用备纤进行光功率实时监测的系统由于不介入通信设备与线路，因此其系统可靠性最高；采用在线光纤进行光功率实时监测的系统由于和通信光源共用同一纤芯，并且引入了波分复用器和滤光器等器件，使得整个系统的可靠性有所降低；而利用光端机告警的监测方式由于光端机会有误告警，会导致测试系统常被激活测试，其系统可靠性差。

从实施方面来看，光功率的备纤监测方式只需在发端增加一个光源，而对原有的光纤通信设备和光纤连线方式不需要做大的改造，实施复杂度最小。光功率的在线监测方式则需要引入一系列光器件，对原有的光纤通信设备和光纤连线方式需要做大的改造，实施复杂度大；光端机告警的监测方式则需要增加光端机告警信号采集接口，实施复杂度较大。综合网管告警监测方式需要网管系统提供相应的接口，需要编写协议转换程序。

3 结论

光缆监测系统融合了网络通信技术、光学测量技术、地理信息系统以及全球卫星定位系统等技术，对光缆中光纤传输衰耗特性变化及光纤阻断故障实现远程分布式实时、在线的自动监测。采用TCP/ IP 进行系统互连，符合全国电信管理网的要求。引入光缆线路监测系统，不影响在用的光传输系统的传输性能。今后，随着信息技术的发展和电力系统对高速数据业务、图像业务的迫切需求以及高速因特网、多媒体视像等宽带业务的接入，电力系统的光纤传输网将会继续得到持续快速发展。光通信技术的发展，将使光纤传输信息的能力越来越大，单位时间的线路阻断会造成更大损失。因此，光缆线路监测的重要性将更加突出。如何进一步提高光纤通信的可靠性，如何更及时有效地对光缆线路实施监控与管理，准确地捕捉故障征兆，防止线路阻塞，已经成为人们关心的问题，因此也使光缆监测系统成为电力通信市场的一个新亮点，而得到空前的发展。

参考文献

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0　引　言

电力光纤到户（FTTH）建设工程是国家电网公司智能电网的重要组成部分，是在低压通信接入网中采用光纤复合低压电缆（OPLC），将光纤随低压电力线敷设，实现到表到户，配合无源光网络（PON）技术，建设电力光纤通信专网，覆盖到每个电力用户，承载用电信息采集、智能用电双向交互、“三网融合”等业务。建成后，住户将实现电力网与互联网、电信网、广播电视网的相互融合，实现网络基础设施的共建共享，大幅降低“三网融合”实施成本，提高网络的综合运营效率。随着智能电网建设的不断推进，光纤到户部署的规模将不断扩大，网上光缆的数量急剧增加。在大规模、多用户单元的环境下，如何维护这些光缆是迫切需要解决的问题。传统的光缆线路维护管理模式，需要大量训练有素的专业人员以及测试工具，故障查找困难，排障时间长，影响通信网的正常工作。因此，实施对光缆线路的实时监测与管理，动态观察光缆线路传输性能的劣化情况，及时发现和预报光缆隐患，实现对客户业务恢复的快速高效响应，具有重要的现实意义。

1　系统监测原理

与传统光缆测试不同之处在于PON光缆网络是一点对多点的通信连接，由于引入大分光比的分光器，分光器后面会有多条光缆，从而带来测试的复杂性。由于PON网络涉及分光器和后面大量的光缆，不适宜采用备纤测试，只能采用波分复用技术。加入波分设备（WDM），利用与PON业务波长不同的1　650　nm波长进行测试，在接收端使用滤波器把测试波长滤除，消除测试光对ONU（Optical　Network　Unit）的影响。测试时1　650　nm测试光和业务光通过合波后经过OLT（Optical　Line　Terminal）侧光缆，到分光器件，再分到每个ONU段光缆。测试光在OLT至分光器段的光反射是单条光缆的反射信号，而分光器至ONU是将所有ONU光缆上的1　650　nm反射光传送回来，经过分光器聚合叠加后的反射信号送至OTDR进行分析，每段光缆的特征信号是叠加总信号中，加上测试光经过分光器衰减后信号本身损耗较大，反射的信号也不强。为此加入特别设计的强反射器单元，以增加每段ONU光缆在最末端的反射光能量。除增强ONU末端光缆强反射外，监测站（RTU）采用针对PON的OTDR测试信号分析算法，以及配置专用的OTDR模块，能分辨出长度差异在2　m内的多条ONU光缆特征。即使采用1∶64分光器，每段ONU光缆的末端反射信号都能被分辨出来。当其中一个ONU光缆中断，相应的强反射峰会消失，借助这个强反射峰的消失，系统可以准确判断出对应光缆产生中断故障。在线方式充分利用现有PON网络现有的分光器件和在用纤芯，不需要额外占用纤芯、安装分光器和进行工程跳纤。能保证100%测试出客户纤芯情况，且不影响现有用户业务。测试方式与测试结果如图1所示。

2　系统设计

2.1　中心站设计

系统采用在中间应用服务器基础上的三层体系结构。三层体系结构合理地将数据存储、应用处理和结果展示（包括图形、数据显示）分开，并将一部分数据处理和应用计算从数据库服务器上独立出来转移到应用服务器上，这就可以减轻数据库服务器的处理压力，使得数据库服务可以集中精力进行数据存储管理，而图形数据显示和处理则充分利用GIS平台先进、强大的图形处理功能来进行。从整个系统的角度上讲，负荷分配比较均匀，提高了整个系统的数据和图形处理能力。监测中心由服务器、网管终端计算机、网络设备、打印机及相应的软件等组成。设备之间通过10M/100M以太网相互连接，支持TCP/IP通信协议。监测中心直接管理本区域内的所有监控站。中心站实现PON光缆网络监测的拓扑、配置、测试、分析、故障、性能、安全等管理功能。提供对监控站与服务器之间链路的监视功能。一旦监控站本身或与服务器之间的链路出现故障，监控中心应能及时提醒用户，并提供相应的安全和恢复功能监控中心能对系统和所监测的PON光缆网络进行持续或间断的测试、观察和监测，用以发现故障或性能的降低。被管理网络中的RTU监控站均由一个管理软件平台进行管理，在一个工作窗口上监视整个授权管理的区域，监控中心的服务器支持所有RTU进行的时间同步和状态监视。

2.2　监测站设计

FTTH监测站（RTU）是本系统的核心，该监控单元拥有与OTDR仪表相同的测试功能和精度，通过对在本系统所安装的OTDR模块、控制模块、电源模块、光开关（OSW）、波分复用器（WDM）、反射滤波器、网络适配器及相应的软件实现集中控制管理，以达到对FTTH光缆的监控。在同一台RTU中可以同时集成用于长途和骨干网监控模块，全面覆盖从骨干到接入层的光缆测试。监控站具有本地测试，以及监控中心远端测试功能，按指令本地切换光开关通道，并启动测试。监控中心下发的测试完毕后，监测站立即将测得的曲线数据文件回传至监控中心。测试内容包括光纤通道的全程传输损耗及其光纤的光学长度、光纤上各个接头的损耗、两接头点之间的光纤衰减系数。

3　结　语

本系统主要用于电力系统的FTTH光缆网络，同时也可用于电信、联通、网通和移动等电信运营企业，以及所有使用光缆作为传输线路的企业，提供针对光缆网络的网络性能监测、维护、资源管理等各项服务。随着智能电网建设的深入，线路监测和管理智能化的要求会越来越高，也因此使电力光纤到户光缆监测系统成为电力通信市场的一个新亮点，而得到空前的发展。

参　考　文　献

[1]中国通信标准化协会.YD/T1636-2007光纤到户（FTTH）体系结构和总体要求[S].北京：人民邮电出版社，2007.

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光缆监测系统结构实际上就是对于光功率进行控制、监测的一个过程，是对于信息传输过程中质量是否符合要求的一项措施。通信传输主要是利用大量的不同传输媒介来达到信息传输的一个目标过程，其本身是一个极为完整的传输系统。在我国当前科学技术持续发展的情况下，信息传输媒介实际上已经开始全面朝着光缆传输转变。也正是由于光缆传输所具有的数据庞大性、重要性，如何将监测系统运用到其中，也就成为了极其重要的一个问题。下文主要针对光缆监测系统在通信传输中的实现进行了全面详细的探讨。

1. 光缆监测系统简述

光缆监测系统，实际上就是针对光缆进行监测系统，通过该系统，能够对于光缆本身是否正常进行良好的判定。如果说在光缆出现了不良情况之后，该监测系统就会在这一过程中立即进行报警，并且紧接着开始进行相应测试，同过该措施来确定故障发生的具置。在当前信息技术以及通信事业逐渐发展的过程中，光缆监测手艺以及相应的安装手段，都得到极大的提升和完善。并且从以往仅仅只能够对外部破损进行监测提升到了利用电子技术进行监测的地步。而光缆监测系统实际上就是对于自动化监测系统进行运用，达到对于光缆信息传递质量实时监测的目的。和以往的落后技术相比而言，自动化光缆监测系统有着更高的运行效益和效率。

光缆监测系统是对光缆在运行过程中的主要保证和最佳的保障方法。光缆监测系统实施的流程分为3个部门：信息采集、汇总与剖析信息数据、评价与诊断设备的运行情形。（1）若是没有信息采集，就不能进行光缆信息监测。信息采集是指获守信息，让检测员体味监测对象处于什么样的状况。（2）若是对收集起来的数据不进行汇总和剖析，就失踪去了收集数据的浸染，无法揭示数据反映的现象，无法揭示内在的纪律，监测很难实施。（3）评价与诊断设备运行的情形。因为监测是最根基的维护行为，维护的最终方针是能够进行评价和诊断。

2. 光缆监测系统的结构和功能

2.1监测系统组成结构

光缆监测系统本身主要是通过操作终端、RTU远端监测站、监测中心等三个主要的部分所构成。在这其中，远端监测站所起到的作用就是对于光功率监测OPM单元、罗光时域反射仪OTDR、光开关OSW等几个部分的硬件进行搜索，这其中主要分为两种不同类型的单元，分别为测试单元、监控单元，前者存在的主要目的就是对于光缆信息来进行监控，而后者本身则是对于光缆的具体运行状况进行测试。在所有系统的中心，实际上就是光缆监测系统，在运行的过程中，首先是对于监测网管系统、处事器这两个部门进行搜罗，在搜索完成之后，首要的侵染就是严格的按照领受到的管功率监测单元进行警报，向光时域的相应反射仪以及光开关测试以及切换呼吁的过程中，直接依据反馈回来具体效果进行剖析，从而如此来进行相应的判定，最终得到故障定位数据。

2.2监测系统功能

（1） 多项测试功能。搜罗点名测试、按期测试、障碍告警测试。点名测试是指监测员选择和遥控远端监测站对某段光缆进行快速实时测试。按期测试是指远端监测站按照远程装配装的相关测试机能如测试参数、测试肇端时刻和测试周期的设置要求，对光缆线路中的光纤实施周期自动测试。当所监测的光缆线路发生故障时，或剖析过滤或接管的光功率比门限值要低或与所监测的光缆毗连网管系统供给报警旌旗灯号并判定出光缆线路呈现障碍的时辰，监测员就要启动远端监控站来对光纤进行监测，并对测试数据进行回传。

（2） 设置装备摆设。设置装备摆设系统中有设备的地址、名称和注释信息，需要设置装备摆设光纤线路的肇端和方位；可以选用列表或图形来暗示设置装备摆设数据和对象的相关特征；具有搜检功能以及对数据进行检索、查询和打印的功能。设置装备摆设的一致是指，监测系统能搜检当地和远端数据响应数据是否一致，在此基本上会显示出相对应的信息。

（3） 光缆监测系统能够经由过程实时、远程和在线的体例对新增添的远端监控站设备进行监测。新增的RTU可以按照设定的周期传报需要监测的光缆的运行状况数据。若是被检测线路呈现故障，远端监控站能实时切确地陈述故障发生的地址，并实时传到监测中心。

（4） RTU。RTU负责打点监测站的TSC操作，GIS里的图形，可以进行缩小、放年夜、漫游、整图和选择的操作。

3. 光缆监测系统在信息传输中的监测体例

当前，光缆收集在通信传输中的实现经由过程3种体例来完成：OTDR定位监测体例、监测光功率体例、OTDR定位监测与光功率监测相连系的体例。

3.1 OTDR定位。可以经由过程在线监测和备纤监测。在线监测是监测营业纤。操作光波分隔WDM，然后将OTDR发出的光传到营业纤上。测试光的波长是传到营业纤没有使用的窗口上。如，某根光纤上有1 450nm的窗口来传输营业纤数据，它可以经由过程1 300nm的OTDR，在发出端对WDM进行复用，这样就使得这条光纤统一时刻负荷两种光波，这两种光波波长纷歧样，到了领受端，WDM将会将这两种光波分隔。备纤监测的事理是光尾纤从OSW引出，接到ODF，在此完成与备纤的毗连。这种光缆监测系统只监测备纤，这样系统的价钱就斗劲低。

3.2 光功率监测是操作两个监测站进行的，在这两个站中心设立自力的光源，检测站内设置光功率的检测模式，并设置报警门限。若光功率耗损跨越了报警门限，就会发生报警旌旗灯号，刺激启动测试，进而确定故障信息。

3.3 两者连系。两者是指OTDR和光功率，这样就可以操作二者的利益，互补操作监测系统，完成信息传输功能。

4. 结论

综上所述，光缆监测系统在运行的过程中，实际上就是对于其中所存在的各方面不利因素以及光缆信息传输期间所呈现出来的各方面内在故障进行监测，利用该技术，能够有效的完成排出故障的任务。在实际执行该监测工作的过程中，其光缆本身的技术成长和维护利用以及人工水平的成长有着较大的相关性。对于我国当前的信息传递安全性、稳定性、可靠性来说，有着极其重要的作用。

参考文献