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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(qiáng)、傳輸衰耗小等優(yōu)點(diǎn)，因此在電力專用通信網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)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(fù)雜。如何提高運(yùn)行維護(hù)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(diǎn)。

    傳統(tǒng)的光纜維護(hù)方式存在4個(gè)問(wèn)題：

    (1) 檢修時(shí)間遵照日常維護(hù)規(guī)程，隨著光纜數(shù)量的增多，按期完成對(duì)光纜的測(cè)試成為非常繁重的任務(wù)，耗費(fèi)人力和物力，且效率低。

    (2) 由于測(cè)試周期不能保證，無(wú)法對(duì)光纜劣化情況進(jìn)行分析，因而在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的光纜運(yùn)行分析缺乏科學(xué)依據(jù)。
   
    (3) 光纜發(fā)生故障時(shí)，傳輸網(wǎng)管的相關(guān)網(wǎng)元發(fā)生告警，經(jīng)機(jī)務(wù)人員對(duì)路由進(jìn)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(wù)人員不能判明故障點(diǎn)的具體地理位置，從而增加了處理難度，延長(zhǎng)了處理時(shí)間。
    (4) 歷史測(cè)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(cè)系統(tǒng)是集測(cè)試、告警、信息處理和業(yè)務(wù)管理于一體的光纖網(wǎng)絡(luò)綜合維護(hù)系統(tǒng)，它綜合運(yùn)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(shí)域反射儀(OTDR，Optical Time Domain Reflectometer)、光波分復(fù)用(WDM，Wave Division Multiplexing)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、Java語(yǔ)言編程等多種技術(shù)，能及時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，預(yù)先發(fā)現(xiàn)光纖劣化趨勢(shì)，做到基于運(yùn)行情況的狀態(tài)檢修，并在故障發(fā)生時(shí)可以迅速、準(zhǔn)確地定位故障，從而縮短障礙歷時(shí)。與此同時(shí)，它還具有資料管理功能，可以保存一條光纜的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)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(hù)人員的管理和使用。

2.1  光纜監(jiān)測(cè)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(hù)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(hù)。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(hù)手段都會(huì)失去意義。一次光纜故障會(huì)造成多系統(tǒng)、上千G的電路阻斷，無(wú)論是現(xiàn)在或未來(lái)，都不可能把上千G的電路全部倒換出來(lái)。因此，不能用高層網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控手段取代光纜維護(hù)，而是必須加強(qiáng)和提高光纜線路維護(hù)水平。

(2)  光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單地用自動(dòng)測(cè)試代替人工測(cè)試

    以往拿著OTDR等儀表一年去兩三次機(jī)房進(jìn)行測(cè)試的做法，只是常規(guī)的技術(shù)維護(hù)，不是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在這兩三次的當(dāng)中，光纜線路發(fā)生了什么變化無(wú)從知曉，除非已經(jīng)斷纖、影響通信了，再或就是調(diào)纖時(shí)發(fā)現(xiàn)電路無(wú)法開(kāi)通。如果采用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行光功率監(jiān)測(cè)，可以達(dá)到秒級(jí)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(xì)微變化。光纜線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅僅是用自動(dòng)替代人工，它根本上提高了維護(hù)水平，也就是把以往一年的一兩次測(cè)試提高到一年幾十萬(wàn)、幾百萬(wàn)次。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是新時(shí)期光纜線路維護(hù)發(fā)展的需要，它把光纜線路納到實(shí)時(shí)集中的監(jiān)測(cè)維護(hù)當(dāng)中，不管線路上發(fā)生了多大的變化，監(jiān)測(cè)都是秒級(jí)的進(jìn)行著。

(3)  光傳輸監(jiān)控不能取代光纜線路監(jiān)測(cè)

    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(cè)不僅可以進(jìn)行障礙報(bào)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(jìn)行預(yù)警預(yù)防預(yù)維。光纜監(jiān)測(cè)站是以局站為節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)一監(jiān)測(cè)該局站所有光纜，獨(dú)立于多種制式的傳輸設(shè)備。由于兩種監(jiān)測(cè)方式目的不同、手段不同，所以光傳輸監(jiān)測(cè)無(wú)法取代光纜線路監(jiān)測(cè)。按照電力行業(yè)二次系統(tǒng)業(yè)務(wù)的要求，光纜光纖的可用率應(yīng)達(dá)到99.9%，為保證光纜不斷、不壞、不換，必須進(jìn)行預(yù)防性線路維護(hù)和監(jiān)測(cè)。

2.2  系統(tǒng)的組成

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

    離線測(cè)試是在傳輸設(shè)備離線的情況下，對(duì)纖芯進(jìn)行測(cè)試。該方法可以使用1 550nm波長(zhǎng)，但是在光纜故障時(shí)無(wú)法及時(shí)作出響應(yīng)。

    備纖測(cè)試是將光纜中的備用纖芯作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，采用1 550nm光波長(zhǎng)作為OTDR測(cè)試波長(zhǎng)，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(cè)試不會(huì)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(cè)試方式。

2.4  RTU和OTAU布點(diǎn)的選取

    RTU包括OTDR、CPU和程控光開(kāi)關(guān)，設(shè)備造價(jià)較高；OTAU包括CPU和程控光開(kāi)關(guān)，造價(jià)較低。為減少工程總體造價(jià)、擴(kuò)大測(cè)試范圍，應(yīng)對(duì)光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的選取進(jìn)行優(yōu)化，合理配置相應(yīng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。舉例來(lái)說(shuō)，如果選取的OTDR測(cè)量范圍為43dB，換算成光纜長(zhǎng)度，大約為140km。也就是說(shuō)，1個(gè)RTU站可以監(jiān)測(cè)半徑為140km的光纜范圍。因此，不需要每個(gè)監(jiān)測(cè)站都配備RTU，只要合理運(yùn)用OTAU同樣可以完成測(cè)試任務(wù)。但要注意一點(diǎn)，OTAU不宜再向下級(jí)聯(lián)另一光開(kāi)關(guān)，這樣會(huì)使控制過(guò)于復(fù)雜。

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

2.5  故障測(cè)試的啟動(dòng)方式

    故障測(cè)試的啟動(dòng)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(zhǎng)期在測(cè)試?yán)w芯上發(fā)送測(cè)試信號(hào)，另一端監(jiān)視光功率，一旦光功率突降5dB，就認(rèn)為光纜處于故障狀態(tài)，發(fā)出光功率告警，啟動(dòng)故障測(cè)試。實(shí)現(xiàn)該方法的前提是每條測(cè)試?yán)w芯必須配備光源、光功率計(jì)模塊，這樣會(huì)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(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)管關(guān)聯(lián)起來(lái)，提取傳輸網(wǎng)管中的光丟失告警信號(hào)，觸發(fā)相關(guān)光纜進(jìn)行故障測(cè)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(cè)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(cè)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(biāo)和長(zhǎng)度。光纜檢測(cè)系統(tǒng)利用GPS技術(shù)，對(duì)光纜路由上的每一人井、標(biāo)石、中繼站等進(jìn)行GPS測(cè)試，將收集的經(jīng)緯度信息以及纜長(zhǎng)、余長(zhǎng)、界標(biāo)段長(zhǎng)等信息輸入GIS，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、直觀地定位光纜。光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在確定發(fā)生故障時(shí)，會(huì)啟動(dòng)告警測(cè)試得到光纖的OTDR曲線。系統(tǒng)通過(guò)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(diǎn)（光學(xué)長(zhǎng)度）準(zhǔn)確定位到電子地圖上，同時(shí)提供鄰近地標(biāo)的相對(duì)距離，這樣可以大大縮短故障歷時(shí)。

    傳輸系統(tǒng)與光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)在于光纜告警測(cè)試的觸發(fā)和傳輸設(shè)備路由的運(yùn)行方式。光纜告警測(cè)試的觸發(fā)是通過(guò)提取傳輸網(wǎng)管中有用的告警信號(hào)LOS(Loss Of Signal)，觸發(fā)光纜檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)告警傳輸網(wǎng)元間的光纜進(jìn)行測(cè)試，這解決了何時(shí)應(yīng)該測(cè)試的問(wèn)題。繼而必須回答另一問(wèn)題―應(yīng)該測(cè)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(dá)路由，因此需要將每一網(wǎng)元的LOS信息與其光纜運(yùn)行方式關(guān)聯(lián)起來(lái)，錄入系統(tǒng)，以便故障發(fā)生時(shí)，光纜系統(tǒng)測(cè)試指定的相關(guān)光纜。傳輸網(wǎng)管與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間接口的開(kāi)發(fā)是工程的重點(diǎn)，需要光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)廠家與SDH廠家進(jìn)行相關(guān)告警信息的開(kāi)發(fā)。

3  系統(tǒng)應(yīng)用

3.1  光纜監(jiān)測(cè)

    光纜監(jiān)測(cè)的測(cè)試種類很多，包括周期測(cè)試、手工測(cè)試、點(diǎn)名測(cè)試和告警測(cè)試等。
系統(tǒng)對(duì)光纜的測(cè)試主要是通過(guò)周期測(cè)試完成的。可以根據(jù)維護(hù)需要，對(duì)每條測(cè)試?yán)w芯設(shè)置獨(dú)立的測(cè)試計(jì)劃，單位可以是分鐘、小時(shí)、日、周、月、年。測(cè)試結(jié)束后，實(shí)測(cè)曲線與參考曲線自動(dòng)進(jìn)行比較，當(dāng)超過(guò)設(shè)定的門限時(shí)，即產(chǎn)生告警信息。

    手工測(cè)試可隨時(shí)啟動(dòng)一條測(cè)試，發(fā)現(xiàn)光纜故障。

    點(diǎn)名測(cè)試用于測(cè)試驗(yàn)證或針對(duì)某段線路進(jìn)行分段測(cè)試。用戶通過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)線路的精測(cè)與分析。點(diǎn)名測(cè)試可以基于路由名或地圖圖形。
告警測(cè)試通過(guò)相應(yīng)的硬件設(shè)備啟動(dòng)告警測(cè)試，可縮短故障歷時(shí)。

3.2  告警管理

    系統(tǒng)可對(duì)故障信息進(jìn)行管理，記錄包括故障發(fā)生時(shí)間、故障主體、故障原因、故障歷時(shí)、故障修復(fù)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(duì)各類對(duì)象進(jìn)行操作，實(shí)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(gè)地標(biāo)均具有GPS坐標(biāo)屬性，結(jié)合目標(biāo)對(duì)象可以詳細(xì)地描述每條光纜路由的走向和其上的事件點(diǎn)，從而把局、站、纜、段、纖的邏輯結(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲庇^地在地圖上表示出來(lái)。

    在測(cè)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(cè)試結(jié)果保存的數(shù)量，同時(shí)可輸入其它維護(hù)信息，如維護(hù)責(zé)任人、投產(chǎn)日期、光纜結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)廠商等。

4  結(jié)語(yǔ)

    電力系統(tǒng)在建立光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，不僅可以加強(qiáng)對(duì)光纜性能的監(jiān)測(cè)，而且強(qiáng)化了對(duì)光纜資源的管理；為系統(tǒng)規(guī)劃人員進(jìn)行方式分析提供了科學(xué)依據(jù)，為運(yùn)維人員提供了先進(jìn)的維護(hù)管理手段；有利于從計(jì)劃?rùn)z修向狀態(tài)檢修過(guò)渡，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，使運(yùn)行工作可以防患于未然。