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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、傳輸衰耗小等優點，因此在電力專用通信網中得到了廣泛應用。隨著電力系統通信專網的建設，光纖網絡日益龐大和復雜。如何提高運行維護效益，確保光纖網絡的可靠暢通，正成為電力系統通信人員關注的焦點。

    傳統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程，隨著光纜數量的增多，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，因而在此基礎上進行的光纜運行分析缺乏科學依據。
   
    (3) 光纜發生故障時，傳輸網管的相關網元發生告警，經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生阻斷。由于故障相關信息太少，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) 歷史測試數據依靠手工保留和歸檔，查詢檢索比較困難。

2  系統介紹

    光纜監測系統是集測試、告警、信息處理和業務管理于一體的光纖網絡綜合維護系統，它綜合運用地理信息系統(GIS，Geographic Information System)、全球定位系統(GPS，Global Position System)、光時域反射儀(OTDR，Optical Time Domain Reflectometer)、光波分復用(WDM，Wave Division Multiplexing)、關系數據庫、Java語言編程等多種技術，能及時掌握網絡運行情況，預先發現光纖劣化趨勢，做到基于運行情況的狀態檢修，并在故障發生時可以迅速、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計、施工、維護等相關數據信息，以及ODF架等站端設備的數據信息，從而方便維護人員的管理和使用。

2.1  光纜監測的必要性 

    (1)  SDH/DWDM（Synchronous Digital Hierarchy，同步數位架構/Dense Wavelength Division Multiplexing，高密度分波多工）環并不能取代光纜維護SDH環的有效性必須基于高質量的光纜線路，而高質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、高頻次地發生阻斷，任何高層網絡的保護手段都會失去意義。一次光纜故障會造成多系統、上千G的電路阻斷，無論是現在或未來，都不可能把上千G的電路全部倒換出來。因此，不能用高層網絡監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)  光纜監測系統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，只是常規的技術維護，不是實時監測。在這兩三次的當中，光纜線路發生了什么變化無從知曉，除非已經斷纖、影響通信了，再或就是調纖時發現電路無法開通。如果采用監測系統進行光功率監測，可以達到秒級的水平，系統一刻不停的監視著光纜線路上所有發生的一切細微變化。光纜線路監測系統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。監測系統是新時期光纜線路維護發展的需要，它把光纜線路納到實時集中的監測維護當中，不管線路上發生了多大的變化，監測都是秒級的進行著。

(3)  光傳輸監控不能取代光纜線路監測

    傳輸監控能夠發現影響通信的系統故障和中繼段，但它是事后行為；而光纜監測不僅可以進行障礙報警定位，而且可以發現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。光纜監測站是以局站為節點，統一監測該局站所有光纜，獨立于多種制式的傳輸設備。由于兩種監測方式目的不同、手段不同，所以光傳輸監測無法取代光纜線路監測。按照電力行業二次系統業務的要求，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測。

2.2  系統的組成

光纜監測系統的結構如圖1所示，主要由兩種類型的監測設備和系統監測中心組成。

    離線測試是在傳輸設備離線的情況下，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，不額外附加其它設備。該方法適用于光纜資源較充分的區段。由于備纖測試不會給原傳輸系統引入故障，而且可節省投資，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，設備造價較高；OTAU包括CPU和程控光開關，造價較低。為減少工程總體造價、擴大測試范圍，應對光纜監測系統各節點的選取進行優化，合理配置相應監測設備。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站可以監測半徑為140km的光纜范圍。因此，不需要每個監測站都配備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不宜再向下級聯另一光開關，這樣會使控制過于復雜。

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

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和傳輸系統網管告警觸發等。光功率告警觸發是光源模塊長期在測試纖芯上發送測試信號，另一端監視光功率，一旦光功率突降5dB，就認為光纜處于故障狀態，發出光功率告警，啟動故障測試。實現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。傳輸系統網管告警觸發是將傳輸系統的網管與光纜監測系統的網管關聯起來，提取傳輸網管中的光丟失告警信號，觸發相關光纜進行故障測試，做到有的放矢，該方法可大大提高工作效率。

2.6  關聯關系

    在光纜監測系統中，要處理好兩種關聯關系：一是GPS、GIS與OTDR曲線的關聯關系，二是傳輸系統與光纜監測系統的關聯關系。

    GPS、GIS與OTDR曲線的關聯在于經緯度坐標和長度。光纜檢測系統利用GPS技術，對光纜路由上的每一人井、標石、中繼站等進行GPS測試，將收集的經緯度信息以及纜長、余長、界標段長等信息輸入GIS，從而實現準確、直觀地定位光纜。光纜監測系統在確定發生故障時，會啟動告警測試得到光纖的OTDR曲線。系統通過分析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。

    傳輸系統與光纜監測系統的關聯在于光纜告警測試的觸發和傳輸設備路由的運行方式。光纜告警測試的觸發是通過提取傳輸網管中有用的告警信號LOS(Loss Of Signal)，觸發光纜檢測系統對告警傳輸網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？由于告警傳輸網元間使用的纖芯可能并不是直達路由，因此需要將每一網元的LOS信息與其光纜運行方式關聯起來，錄入系統，以便故障發生時，光纜系統測試指定的相關光纜。傳輸網管與監測系統之間接口的開發是工程的重點，需要光纜監測系統廠家與SDH廠家進行相關告警信息的開發。

3  系統應用

3.1  光纜監測

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

    手工測試可隨時啟動一條測試，發現光纜故障。

    點名測試用于測試驗證或針對某段線路進行分段測試。用戶通過手工設定量程、脈寬、背向散射系數、優化模式等參數，實現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備啟動告警測試，可縮短故障歷時。

3.2  告警管理

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

3.3  網絡資料管理

    系統將光纜網絡的管理劃分為局、站、纜、段、纖的邏輯結構，以Windows文件管理器的方式對各類對象進行操作，實現網絡資源的集中配置和管理。系統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、纖的邏輯結構組成的網絡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置多條參考曲線，設定測試結果保存的數量，同時可輸入其它維護信息，如維護責任人、投產日期、光纜結構、生產廠商等。

4  結語

    電力系統在建立光纜監測系統后，不僅可以加強對光纜性能的監測，而且強化了對光纜資源的管理；為系統規劃人員進行方式分析提供了科學依據，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檢修過渡，提高了勞動生產效率，使運行工作可以防患于未然。