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研究基于物联网架构的光缆监测新方法

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vdianwang 发表于 2023-1-2 12:43:46 来自手机 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
大家好,我们来自美丽的鹭岛——厦门,一城春色半城花,万顷波涛拥海来。厦门风景秀丽,气候怡人,是中国著名的海上花园。



然而,作为一座海岛城市,每年平均经受4到5次台风的影响。2016年,超强台风“莫兰蒂”造成了大面积的光缆受损,累积高达448处,累计的光缆故障抢修时长达6000多个小时,在极端环境下,及时修复光缆故障至关重要。

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图1 超强台风“莫兰蒂”重创厦门



事实上,从统计图可以看出,修复及时率下降的非常明显,已经无法达到要求的基准值,提高光缆抢修效率刻不容缓。



那么,是什么制约了我们的抢修效率呢?通过分析,发现故障定位是影响效率的最大因素。我们尝试优化解决,梳理了故障定位的6大步骤,在一周的时间里,划分19个网格,将维护人员增加至60人,同时,增加技能培训,平均定位时长仍然高达110分钟,无法解决问题。

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图2 影响光缆故障抢修效率各因素分析



怎么办?需要新方法,我们直接从“光缆监测”入手查新,发现没有可直接应用的方法,但是光反射定位和振动波定位的理论启发了我们。



随后我们打破局限,从“智能监测,快速定位”进行再次查找,发现匹配度较高的结果集中在公共安全领域。其中,森林火灾监测系统采用物联网三层架构进行系统搭建,非常具有借鉴价值。并且,传输设备也有成熟的监测方式,能够实现快速定位,同样值得我们借鉴。



最终我们决定,研究基于物联网架构的光缆监测新方法,这是我们的团队,小组计划用十个月的时间来完成新方法的研究。



我们通过线性二次指数平滑预测,为了达到挑战值,平均定位时长需下降至40分钟。这就形成了我们的课题目标!



那么是否可行呢?通过借鉴对比设备故障定位流程,发现虽然实现原理不同,但都定义为三个阶段,前后两个阶段的内容一致,如果光缆故障在预定位阶段也能够实现自动定位,那么有望缩短至40分钟以内。

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图3 方案类比分析



随后,我们选择5条光缆进行测试,人为制造故障点,通过在机房驻守模拟自动定位,得到平均定位时长为35分钟。



而软硬件资源和高技能人才的支撑始终是我们的优势,通过三个维度的分析,目标可行。



接下来,小组展开头脑风暴,将无法亲和的条目丢弃,第一次亲和得到了数据采集、处理和管理三大类功能。第二次亲和后形成了光波传感方案和振动传感方案。



光波传感方案借鉴了物联网架构以及光波阈值检测等技术原理,通过集成化光模块测算光缆状态,同时利用光反射原理定位故障点,判断故障类型,最后结合光缆资源呈现故障点。

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图4 光波传感方案示意图



而振动传感方案同样借鉴物联网架构,采用振动波检测等技术原理,通过实时跟踪振动波变化测算故障点,实现场景分析并提前预警,最后利用大数据剔除环境干扰,实现精准定位。

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图5 振动传感方案示意图



孰优孰劣,我们从三个维度对比分析,借鉴极差标准化法量化评估。首先,利用线性评估法得出两个方案的故障报警率,通过直方图分析定位误差,同时统计出了开发成本。根据评估结果,光波传感方案为最佳方案。



随后,我们提出了三大实现模块和对应的备选细化方案,并进行优选。



(1)首先是监控纤芯的选择。一种是在用纤芯的分光监测,另外一种是单独提供光源监控空闲纤芯。两者的报警率均达标,但是为了不影响现网业务,我们选择监控空闲纤芯的方式。



(2)接着是监控模式的选择。并行监控需安装多套设备,而串行监控能够大大减少设备的投入。在效果一致的情况下,我们选择成本更低的串行监控。



(3)在检测方式的选择上,算法定位通过历史数据测算定位,打点定位通过现场反馈定位。打点定位的误差更低,但两种方式分别存在“一点外”和“六点递减”的异常,继续跟踪后发现打点定位的误差值正常受控,因此选择打点定位。



(4)在系统集成方面,我们对比了内外部耦合的结构关系,并进行耦合度计算,最终选择了扩展性高的外部耦合方式。



到此,四个最佳细化方案全部确定。

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图6 最佳细化方案树状图



小组根据5W1H原则制定对策实施表,并进行PDPC分析。



转眼到了6月,我们运用箭条图确定了对策一的关键路线,梳理了110条光缆作为监测对象,部署了监测站。对影响报警率的四个因素进行正交实验,“算一算”和“看一看”结果不一致,报警率均未达标。在分析和确认新的位级后展开二次实验,最终得到最优参数组合,进行仿真试验,确认稳定性。



系统实现精准报障,达到了95%的目标要求。就在这时,我们收到集团公司关于金砖峰会的“四高”保障要求,我们随即优化方案,对多个重保场馆同时部署空闲纤芯和在用纤芯的监控,报警率进一步提升,可以满足金砖级别的保障要求。



在网络层,通过部署OTDR功能,得到光缆的测试报告,将打点统计的数据录入。



7月份的定位误差控制在30米以内且过程稳定。



应用层以实际数据管理为主,开发了系统的对接接口。



模块间耦合性集中在0.58,系统独立性高,便于后期扩展。



接下来我们对系统进行压力测试、报表校验和系统修正,系统成功上线,实现了实时感知光缆故障,自动进行OTDR测试,在地图上直接显示断点位置。

系统的试运行成功率高于设定目标。



同时,光缆故障的月平均定位时长也下降至38分钟,课题目标实现,新方法在6个月内,获得经济效益共计146万元。



时至金砖会议召开之际。大厦之门,金砖闪亮,这是在福建举办的规格最高的国际会议,新方法有效的控制光缆抢修时长,保证网络质量,人民邮电报等多家媒体都给与了大力报导。

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图7 圆满完成金砖厦门会晤保障工作



随后,小组对系统进行了多次修订和完善,制定了用户和维护手册并下沉部署,我们继续跟踪,月平均定位时长均控制在40分钟以内,修复及时率也达到了挑战值。为了实现良性循环,小组制定了一系列的接口和技术规范,形成标准化模板以供推广,新方法在今年全省部署,并将逐步推广至全国,为青岛上合峰会提供厦门经验。



随后我们进行了经验总结,课题成功运用了物联网架构,进行光缆故障监控,建立了集团领先,“三横五纵”的传输应急调度平台,真正实现了物与物、人与物之间的互联。



我们继续分析,发现光交故障占比高达43%,而且与用户投诉量成正相关,下一步,我们将研究基于物联网架构的光交监测新方法。





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