光纜線路自動監測系統分析

   摘要隨著現代通信技術的飛速發展，對光纜線路質量維護的
要求越來越高，光纜線路自動監測系統在國家骨干網以及本地網
的運用，為運營商提高服務質量和服務水平起到了重要的作用。
本文介紹了光纜線路自動監測系統的組成、功能、特點以及未來
的發展趨勢。
    關鍵詞光纜線路自動監測OTDR B-OTDR
    由于光纖通信具有容量大、傳送信息質量高、傳輸距離
遠、性能穩定、防電磁干擾、抗腐蝕能力強等優點，而得到了人
們的青睞。特別是在近十年里，隨著人們對寬帶業務需求的不斷
提高，光纖通信得到了大力發展。
    目前，全國通信業光纜總長度已達到200多萬公里，加上
有線電視網、各專用網所用的光纜，估計全國光纜的總長度達300多萬公里。另一方面，隨著光同步數字傳
輸網（ＳＤＨ）和密集波分復用（ＤＷＤＭ）技術的飛速發展，光纖的傳輸容量也在以前所未有的速度發
展著。但與此同時，光纜的維護與管理問題也日漸突出。隨著光纜數量的增加以及早期敷設光纜的老化，
光纜線路的故障次數在不斷增加。傳統的光纜線路維護管理模式的故障查找困難，排障時間長，影響通信
網的正常工作，每年因通信光纜故障而造成的經濟損失巨大。因此，實施對光纜線路的實時監測與管理，
動態地觀察光纜線路傳輸性能的劣化情況，及時發現和預報光纜隱患，以降低光纜阻斷的發生率，縮短光
纜的故障歷時顯得至關重要。
    1前言
    光纜線路自動監測系統OAMS（Opticalfibercableline Automatic Monitoring System）是電信管
理網（TMN）中傳輸網管理域的一個子網，是有效壓縮全阻障礙歷時和及時發現光纜線路隱患的重要技術手
段。它利用計算機技術、光纖通信測量等技術，對光纜線路質量、運行等情況進行自動、實時監控和測
試。
    2建立OAMS系統的必要性
    在長途和市內中繼光纜傳輸系統中，傳輸設備都配置有比特誤碼率（BER）的監測設備或監測單
元。然而，傳統的線路維護部門未配備監測手段，通常只能是出現BER告警時，首先由機務人員判斷引起告
警的原因，在查明其原因是傳輸線路――光纜后，機務人員再通知相關的線路維護部門和上報有關主管部
門，然后線路維護部門根據得知的光纜線路傳輸性能劣化情況采取相應的維護措施。如果發生光纖斷裂障
礙，則立即派人員攜帶儀表（OTDR）查找光纖斷裂的位置，同時組織人員、機具、器材等進行搶修，也就
是通常所說的障礙搶修；如果是發生光纖通道總衰減增大，在其值可以容許時，則列入線路維修和改造計
劃；不可容許時，則組織人員對其進行搶修，以便改善其傳輸性能，提供可靠的電路。
    顯然，維護部門若只是采用傳統的BER監測，在機務人員判明是傳輸線路引起的BER告警后，再通知
線路維護部門進行搶修或維修、改造，那么線路維護部門對線路情況的掌握過分依賴于機務部門，處于被
動，這樣難以保證高速、寬帶、大容量光纜傳輸網絡的暢通。因此，建立一種實時，自動的光纜線路自動
監測系統是十分必要的。光纜線路自動監測系統為光纜線路維護部門提供了一種先進的維護手段，使線務
部門由被動地接受機務部門的信息變為主動掌握光纜傳輸特性的變網優質、高效、安全、穩定地運行提供
了可靠保障。
    3OAMS系統工作原理
    光纜線路自動監測系統（OAMS）是通過分布在光纜線路中大量的數據采集點的光器件，將光纖傳輸
性能的大量基礎數據，如光功率、背向散射曲線等，上報到各級監測中心及監測站，并對其數據進行分析
和處理，及時、準確地將光纜系統運行情況反饋給維護人員，使維護人員能及時發現故障隱患，以及突發
故障；并指導故障修復。
    4OAMS系統組成
    OAMS系統主要由省監測中心PMC、區域監測中心LMC、現場監測站MS組成。
    圖1  OAMS系統組成
    監測中心負責對各監測站進行控制，是采集和處理數據的中心，由控制器（服務器、客戶機、工作
站）、路由器、集線器/交換型集線器、網絡適配器、MODEM、打印機及相應的軟件等組成。PMC一般采用主
備用方式。
    監測站負責對光纜線路進行遠程自動監測，跟蹤光纖傳輸損耗的變化，由告警監測模塊、OTDR模
塊、控制模塊、電源模塊、程控光開關、WDM（波分復用器）、濾光器、MODEM、路由器、網絡適配器及相
應的軟件（含OTDR仿真軟件）等組成，通常安裝于傳輸機房用的標準機架內。
    OAMS采用模塊化、分布式多級體系結構，有效地預防和減少光纜線路障礙，實現多級監測網絡互
聯。
    5系統的主要功能
    監測站（ＭＳ）的光功率監測模塊的采集單元（AIU）對被測光纖的光功率進行監測采集，并將采
集的數據傳報到光功率控制單元（ACU），光功率控制單元對監測的光功率數據進行分析比較，將超過告警
門限的光功率數據及時傳報給監測中心（LMC），監測中心對各光功率控制單元傳報的數據進行分析、統
計，對發生超出門限值的光功率變化進行告警，統計、判斷出發生故障的光纜段，自動快速地啟動監測站
的光時域反射測試儀（OTDR）和程控光開關（OSW）對故障光纜段進行測試，測試后所得的曲線數據上傳監
測中心，監測中心將測試曲線與參考曲線進行比較分析，確定故障點的位置、類型和告警級別,當確實發生
故障時，可采用聲光告警信息運行維護人員，并可用短信，電話，傳真，Email等多種方式遠程通知相關人
員。
    (1)全國及省監測中心（GMC,PMC）
    負責對全網的LMC和MS進行技術管理，實時掌握整個監測網的運行狀態；能提供維護管理報表、統
計分析報表和綜合信息查詢等功能。
    (2)地級監測中心（LMC）
    可進行點名、定期和模擬告警測試；對采集到的曲線進行綜合分析，以便及時發現光纜劣化和精確
定位光纜障礙點；具有告警接收功能，結合參考曲線數據可對光纜障礙性質進行自動判斷，并將障礙信息
通過短信等方式通知搶修人員；可與PMC進行雙向數據（如：曲線、告警、報告、狀態文件等）傳輸。
    (3)監測站（MS）
    MS可按中心指令完成點名、周期、障礙告警測試；本地測試功能；仿真OTDR分析功能；數據上報功
能。
    根據不同的需要，現場監測站可實現以下幾種測試方式：
    ①在線監測。監測站中OTDR采用與光傳輸設備工作波長不同的測試光進行測試，利用波分復用器
（WDM）、濾光器（FILTER）、程控光開關（OSW），通過波分復用技術，可實時地對被在用光纖的運行狀
況進行監測。
    ②備纖監測。對被監測光纜線路中備用光纖的運行狀況進行監測。
    ③跨段監測。通過配置有源設備和無源光器件（主要是WDM和FILTER），對一個光纜段以上的光纜
線路進行遠程的在線或備纖監測。跨段監測一般用于本地網及農話等中繼段較短、成網較復雜的光纜線
路。
    6OAMS系統技術特點
    系統將現代網絡通信、計算機通信、光纖測量技術融合在一起，同時，利用地理信息系統（GIS）
以及全球衛星定位系統（GPS）等技術為線路信息、線路定位提供可靠的保證，對光纜中光纖的傳輸衰耗特
性變化及光纖阻斷故障等情況，可以實現遠程分布式實時、在線的自動監測，且不影響在用光傳輸系統的
傳輸性能，實現服務（為客戶提供優質電路）與維護（為線路提供先進維護手段）兩不誤。
    7存在的問題
    光纖自動監測系統經過長時間的開發、應用和不斷的完善，已經成為我國干線光纜維護工作中重要
的故障定位手段，在全國的干線網的維護中發揮著巨大的作用，但由于技術及其它原因，系統本身還存在
一定的局限性。
    (1)告警信號的提取
    目前，光纖監測系統提取告警信息大致有３種方式：利用分光器提取３％的在用光，通過ＡＩＵ、
ＡＣＵ進行分析；利用機務設備的架告警信號；利用設備中繼光盤的收無光告警信號。但這３種方式都存
在一定的問題：
    利用ＡＩＵ方式時，需分流在用系統３％的光功率，這對于光功率富余度較小的中繼段來講不太可
行；
    利用架告警信號時，監測系統將對該機架所有的告警信號（包括電源告警、設備告警等）進行緊急
反應，易形成誤告警；
    由于不同廠家的中繼光盤具有不同數據格式的收無光告警信號，故該方法較難實現，且成本較高。
    (2)系統介入的衰耗
    由于系統需要介入WDM,FILTER等無源光器件，會影響在用系統的收光功率。
    (3)缺乏迅速光路切換功能
    目前的監測系統只有測試、分析和告警的功能，在光纜發生障礙后仍需等待維護人員到現場進行緊
急搶修。沒有根本解決即時光路切換、恢復通信的問題。
    8OAMS系統發展前景
    光纜內的光纖可能存在物理缺陷，例如含有雜質，氣泡等。再加上填充油膏的變化等因素，將影響
光纖的光學性能和機械性能。在外界環境以及外力作用下，會引起光纖強度的降低而導致光纖的破損，縮
短光纜的壽命。如果我們能掌握光纜線路的光纖狀態，即可變被動為主動，盡早發現故障隱患。而這些問
題，僅僅通過OTDR測試難以實現。為此，可在系統中引入B-OTDR（BrillouinOpticalTimeDomain Reflectm
eter）測試設備。B-OTDR是利用布里淵散射原理對光纖光纜受力應變情況進行精確測試，即使十分微小的
彎曲都可以準確測試。該產品現以前僅應用于監測地球地殼微小運動、大型橋梁微小震動等特殊要求的方
面，目前價格比較昂貴。如果條件允許，可在系統中加入該設備，對光纜線路光纖的受力應變分布情況進
行監測，預測故障隱患。
    另外，現有的OAMS系統已經形成一個計算機網絡。這一網絡無論在計算機處理能力和網絡結構上都
有能力承載更多的信息處理工作。現有系統可以與巡檢系統、報表系統、辦公自動化系統、光纜地理信息
系統等應用系統的各項功能，即做到相關信息的交流和共享，大大避免硬件的重復投資。可以建設長途光
纜線路綜合管理網絡，把光纜日常維護工作納入管理軌道，使長線維護從人工管理邁向計算機管理，也為
國家骨干網、本地網、接入網的光纜維護提供了可靠保證。
    同時，光纜通信網和光纜線路自動監測系統也將在技術上不斷發展和前進，特別是今后隨著全光網
絡的實現，將有可能把設備的監測管理和線路的監測管理結合在一起，形成統一的光纖通信網絡的監測系
統