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1  概述

    由于光纖通信具有傳輸容量大、抗干擾能力強、傳輸衰耗小等優(yōu)點，因此在電力專用通信網(wǎng)中得到了廣泛應用。隨著電力系統(tǒng)通信專網(wǎng)的建設(shè)，光纖網(wǎng)絡(luò)日益龐大和復雜。如何提高運行維護效益，確保光纖網(wǎng)絡(luò)的可靠暢通，正成為電力系統(tǒng)通信人員關(guān)注的焦點。

    傳統(tǒng)的光纜維護方式存在4個問題：

    (1) 檢修時間遵照日常維護規(guī)程，隨著光纜數(shù)量的增多，按期完成對光纜的測試成為非常繁重的任務，耗費人力和物力，且效率低。

    (2) 由于測試周期不能保證，無法對光纜劣化情況進行分析，因而在此基礎(chǔ)上進行的光纜運行分析缺乏科學依據(jù)。
   
    (3) 光纜發(fā)生故障時，傳輸網(wǎng)管的相關(guān)網(wǎng)元發(fā)生告警，經(jīng)機務人員對路由進行分析判斷后，通知線路人員某條光纜發(fā)生阻斷。由于故障相關(guān)信息太少，因此線務人員不能判明故障點的具體地理位置，從而增加了處理難度，延長了處理時間。
    (4) 歷史測試數(shù)據(jù)依靠手工保留和歸檔，查詢檢索比較困難。

2  系統(tǒng)介紹

    光纜監(jiān)測系統(tǒng)是集測試、告警、信息處理和業(yè)務管理于一體的光纖網(wǎng)絡(luò)綜合維護系統(tǒng)，它綜合運用地理信息系統(tǒng)(GIS，Geographic Information System)、全球定位系統(tǒng)(GPS，Global Position System)、光時域反射儀(OTDR，Optical Time Domain Reflectometer)、光波分復用(WDM，Wave Division Multiplexing)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、Java語言編程等多種技術(shù)，能及時掌握網(wǎng)絡(luò)運行情況，預先發(fā)現(xiàn)光纖劣化趨勢，做到基于運行情況的狀態(tài)檢修，并在故障發(fā)生時可以迅速、準確地定位故障，從而縮短障礙歷時。與此同時，它還具有資料管理功能，可以保存一條光纜的設(shè)計、施工、維護等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以及ODF架等站端設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，從而方便維護人員的管理和使用。

2.1  光纜監(jiān)測的必要性 

    (1)  SDH/DWDM（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)位架構(gòu)/Dense Wavelength Division Multiplexing，高密度分波多工）環(huán)并不能取代光纜維護SDH環(huán)的有效性必須基于高質(zhì)量的光纜線路，而高質(zhì)量的光纜線路必須基于高效的光纜維護。如果上千公里的光纜線路多段落、高頻次地發(fā)生阻斷，任何高層網(wǎng)絡(luò)的保護手段都會失去意義。一次光纜故障會造成多系統(tǒng)、上千G的電路阻斷，無論是現(xiàn)在或未來，都不可能把上千G的電路全部倒換出來。因此，不能用高層網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控手段取代光纜維護，而是必須加強和提高光纜線路維護水平。

(2)  光纜監(jiān)測系統(tǒng)不是簡單地用自動測試代替人工測試

    以往拿著OTDR等儀表一年去兩三次機房進行測試的做法，只是常規(guī)的技術(shù)維護，不是實時監(jiān)測。在這兩三次的當中，光纜線路發(fā)生了什么變化無從知曉，除非已經(jīng)斷纖、影響通信了，再或就是調(diào)纖時發(fā)現(xiàn)電路無法開通。如果采用監(jiān)測系統(tǒng)進行光功率監(jiān)測，可以達到秒級的水平，系統(tǒng)一刻不停的監(jiān)視著光纜線路上所有發(fā)生的一切細微變化。光纜線路監(jiān)測系統(tǒng)不僅僅是用自動替代人工，它根本上提高了維護水平，也就是把以往一年的一兩次測試提高到一年幾十萬、幾百萬次。監(jiān)測系統(tǒng)是新時期光纜線路維護發(fā)展的需要，它把光纜線路納到實時集中的監(jiān)測維護當中，不管線路上發(fā)生了多大的變化，監(jiān)測都是秒級的進行著。

(3)  光傳輸監(jiān)控不能取代光纜線路監(jiān)測

    傳輸監(jiān)控能夠發(fā)現(xiàn)影響通信的系統(tǒng)故障和中繼段，但它是事后行為；而光纜監(jiān)測不僅可以進行障礙報警定位，而且可以發(fā)現(xiàn)尚未影響通信的故障隱患和精確的故障位置，進行預警預防預維。光纜監(jiān)測站是以局站為節(jié)點，統(tǒng)一監(jiān)測該局站所有光纜，獨立于多種制式的傳輸設(shè)備。由于兩種監(jiān)測方式目的不同、手段不同，所以光傳輸監(jiān)測無法取代光纜線路監(jiān)測。按照電力行業(yè)二次系統(tǒng)業(yè)務的要求，光纜光纖的可用率應達到99.9%，為保證光纜不斷、不壞、不換，必須進行預防性線路維護和監(jiān)測。

2.2  系統(tǒng)的組成

光纜監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由兩種類型的監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)監(jiān)測中心組成。

    離線測試是在傳輸設(shè)備離線的情況下，對纖芯進行測試。該方法可以使用1 550nm波長，但是在光纜故障時無法及時作出響應。

    備纖測試是將光纜中的備用纖芯作為監(jiān)測對象，采用1 550nm光波長作為OTDR測試波長，不額外附加其它設(shè)備。該方法適用于光纜資源較充分的區(qū)段。由于備纖測試不會給原傳輸系統(tǒng)引入故障，而且可節(jié)省投資，因此在條件允許的情況下，建議首選備纖測試方式。

2.4  RTU和OTAU布點的選取

    RTU包括OTDR、CPU和程控光開關(guān)，設(shè)備造價較高；OTAU包括CPU和程控光開關(guān)，造價較低。為減少工程總體造價、擴大測試范圍，應對光纜監(jiān)測系統(tǒng)各節(jié)點的選取進行優(yōu)化，合理配置相應監(jiān)測設(shè)備。舉例來說，如果選取的OTDR測量范圍為43dB，換算成光纜長度，大約為140km。也就是說，1個RTU站可以監(jiān)測半徑為140km的光纜范圍。因此，不需要每個監(jiān)測站都配備RTU，只要合理運用OTAU同樣可以完成測試任務。但要注意一點，OTAU不宜再向下級聯(lián)另一光開關(guān)，這樣會使控制過于復雜。

    另外，在光纜主要匯集點配置RTU設(shè)備，光纜相對較少的光纜匯集點則配置OTAU設(shè)備；對于光纜有富余容量的末端站，不必放置監(jiān)測設(shè)備，可用備用纖芯串聯(lián)起來，由RTU或OTAU進行監(jiān)測。

2.5  故障測試的啟動方式

    故障測試的啟動方式有光功率告警觸發(fā)和傳輸系統(tǒng)網(wǎng)管告警觸發(fā)等。光功率告警觸發(fā)是光源模塊長期在測試纖芯上發(fā)送測試信號，另一端監(jiān)視光功率，一旦光功率突降5dB，就認為光纜處于故障狀態(tài)，發(fā)出光功率告警，啟動故障測試。實現(xiàn)該方法的前提是每條測試纖芯必須配備光源、光功率計模塊，這樣會增加投資成本。傳輸系統(tǒng)網(wǎng)管告警觸發(fā)是將傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)管與光纜監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)管關(guān)聯(lián)起來，提取傳輸網(wǎng)管中的光丟失告警信號，觸發(fā)相關(guān)光纜進行故障測試，做到有的放矢，該方法可大大提高工作效率。

2.6  關(guān)聯(lián)關(guān)系

    在光纜監(jiān)測系統(tǒng)中，要處理好兩種關(guān)聯(lián)關(guān)系：一是GPS、GIS與OTDR曲線的關(guān)聯(lián)關(guān)系，二是傳輸系統(tǒng)與光纜監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

    GPS、GIS與OTDR曲線的關(guān)聯(lián)在于經(jīng)緯度坐標和長度。光纜檢測系統(tǒng)利用GPS技術(shù)，對光纜路由上的每一人井、標石、中繼站等進行GPS測試，將收集的經(jīng)緯度信息以及纜長、余長、界標段長等信息輸入GIS，從而實現(xiàn)準確、直觀地定位光纜。光纜監(jiān)測系統(tǒng)在確定發(fā)生故障時，會啟動告警測試得到光纖的OTDR曲線。系統(tǒng)通過分析OTDR曲線，在考慮了盤留光纜、光纜彎曲等因素后，把從OTDR曲線上分析出的故障點（光學長度）準確定位到電子地圖上，同時提供鄰近地標的相對距離，這樣可以大大縮短故障歷時。

    傳輸系統(tǒng)與光纜監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)在于光纜告警測試的觸發(fā)和傳輸設(shè)備路由的運行方式。光纜告警測試的觸發(fā)是通過提取傳輸網(wǎng)管中有用的告警信號LOS(Loss Of Signal)，觸發(fā)光纜檢測系統(tǒng)對告警傳輸網(wǎng)元間的光纜進行測試，這解決了何時應該測試的問題。繼而必須回答另一問題―應該測試哪一光纜？由于告警傳輸網(wǎng)元間使用的纖芯可能并不是直達路由，因此需要將每一網(wǎng)元的LOS信息與其光纜運行方式關(guān)聯(lián)起來，錄入系統(tǒng)，以便故障發(fā)生時，光纜系統(tǒng)測試指定的相關(guān)光纜。傳輸網(wǎng)管與監(jiān)測系統(tǒng)之間接口的開發(fā)是工程的重點，需要光纜監(jiān)測系統(tǒng)廠家與SDH廠家進行相關(guān)告警信息的開發(fā)。

3  系統(tǒng)應用

3.1  光纜監(jiān)測

    光纜監(jiān)測的測試種類很多，包括周期測試、手工測試、點名測試和告警測試等。
系統(tǒng)對光纜的測試主要是通過周期測試完成的。可以根據(jù)維護需要，對每條測試纖芯設(shè)置獨立的測試計劃，單位可以是分鐘、小時、日、周、月、年。測試結(jié)束后，實測曲線與參考曲線自動進行比較，當超過設(shè)定的門限時，即產(chǎn)生告警信息。

    手工測試可隨時啟動一條測試，發(fā)現(xiàn)光纜故障。

    點名測試用于測試驗證或針對某段線路進行分段測試。用戶通過手工設(shè)定量程、脈寬、背向散射系數(shù)、優(yōu)化模式等參數(shù)，實現(xiàn)對線路的精測與分析。點名測試可以基于路由名或地圖圖形。
告警測試通過相應的硬件設(shè)備啟動告警測試，可縮短故障歷時。

3.2  告警管理

    系統(tǒng)可對故障信息進行管理，記錄包括故障發(fā)生時間、故障主體、故障原因、故障歷時、故障修復措施、故障處理人等，以備用戶查詢和調(diào)用。

3.3  網(wǎng)絡(luò)資料管理

    系統(tǒng)將光纜網(wǎng)絡(luò)的管理劃分為局、站、纜、段、纖的邏輯結(jié)構(gòu)，以Windows文件管理器的方式對各類對象進行操作，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的集中配置和管理。系統(tǒng)集成了電子地圖瀏覽器，能顯示和處理電子地圖，圖上每個地標均具有GPS坐標屬性，結(jié)合目標對象可以詳細地描述每條光纜路由的走向和其上的事件點，從而把局、站、纜、段、纖的邏輯結(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)拓撲直觀地在地圖上表示出來。

    在測試路由的管理中，用戶可為一條路由設(shè)置多條參考曲線，設(shè)定測試結(jié)果保存的數(shù)量，同時可輸入其它維護信息，如維護責任人、投產(chǎn)日期、光纜結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)廠商等。

4  結(jié)語

    電力系統(tǒng)在建立光纜監(jiān)測系統(tǒng)后，不僅可以加強對光纜性能的監(jiān)測，而且強化了對光纜資源的管理；為系統(tǒng)規(guī)劃人員進行方式分析提供了科學依據(jù)，為運維人員提供了先進的維護管理手段；有利于從計劃檢修向狀態(tài)檢修過渡，提高了勞動生產(chǎn)效率，使運行工作可以防患于未然。