基于GIS的光缆自动监测系统

［摘　要］　就基于GIS（全球因特网系统）的光缆自动监测系统的开发做一详细介绍，对其中的一些关键技术进行讨论，并给出了系统总体结构图。
　　［关键词］　全球因特网系统；远程光缆自动监测系统

1　引　言
　　国家南、北沿海光缆干线通信系统建成以后，大大缓解了这些地区快速增长的通信供需矛盾，为社会和邮电系统带来了显著的经济效益。但是光缆工程竣工以来，沿途省市的维护部门发现了光缆接头盒渗水，光纤熔接时去除被覆层不规范造成纤芯受损，衰耗随时间推移而增大等现象。每年干线都不同程度地受到公路施工、建筑挖方、开采岩石、山体滑坡和其它意外事故造成的光缆中断或损伤。信息传输干道的安全运行问题日益引起运营主管部门的重视。
2　国内外研究现状
　　国内外多家公司对基于GIS的光缆自动监测系统进行了研究，其中国外公司有Agilent Tech- nology和意大利的尼克特拉等，尤其以Agilent公司的AccessFIBER最为出名，其主要技术特点是：快速故障定位；告警工作流管理；GIS／GPS集成；网络体系的可伸缩性；基于NT网络；采用Oracle大型数据库；可以通过互联网访问；TMN和SNMP集成。
　　国内公司有北京长线、山东光科、上海霍普、台湾隆磐等，以北京长线为例，其主要技术特点是：规范的数据、命令格式和传送文件；多种测试种类：点名测试、定期测试等；基于Wind- ows NT，在其上运行MSSQLServ－er；采用TCP／IP连接；采用路由器作为联网设备；引入GIS／ GPS（采用Mapinfo）。
　　我们在分析国内外技术特点的基础上，既保留了一些优秀的功能，又增加了一些对用户实用并且用户也比较感兴趣的功能：1）增加移动终端功能，移动用户可以通过拨号连接到拨号服务器调用测试曲线，完成一些测试功能（如点名测试等），以方便野外工作人员和非工作时间在家的工作人员或者管理人员进行曲线的实时察看，不必到现场就能知道光缆的测试情况,同时也避免了误告警引起的不必要的奔波。2）增加语音拨号功能，如果发生告警，则程序自动拨号，当对方摘机时，特定的语音信息开始播放，使用户方便地知道发生告警的一些信息，以便组织合适的人员、检修设备、车辆等。
3　系统的组成和关键技术
　　系统一般由MS（Monitoring Statioin，监测站）、LMC（LocalMonitoring Center，地区监测中心）、OPM（Optical Power Moni－tor，光功率检测）模块等组成。同时，系统具有一定的可扩充性，根据用户的需求，系统的网络层次可以增加一级或者多级。图1给出了整个系统的结构图。
　　图中A局是一个典型的测试站，由WDM（波分复用器）、OTDR、OSW（OpticalSwitch）光开关模块、TAP模块、OPM、工控机等组成，其主要功能是在接受测试指令后完成光缆故障的定位，并且负责向上传送测试文件；其中的WDM的主要作用就是复用工作波长和测试波长（两者波长必须不同）。中继站（B局）是考虑本地网监测的情况，如果是干线监测，一般直接跳接即可，但是在本地网中由于网络路由的复杂，例如在图1中的进站光纤比出站光纤少，直接跳接无法达到一一对应的情况下，就必须要用到OTAU（OpticalTest Access Unit）远端光路切换单元来达到一对多的效果，下面将对OTAU做一详细介绍；C局是一段光缆测试路由的终点，当在线测试时，只要用FILTER（滤波器）滤掉测试波长并使工作波长通过即可。
　　考虑到在本地网的监测中，网络路由比较复杂，在中继端通过简单的跳接不能解决问题，为此我们开发了OTAU，通过切换远地的光开关来解决此类矛盾。
　　OTAU一般由工控机和光开关模块（光开关采用JDS的产品）组成，通过TCP／IP协议同MS（或者LMC）相连，接收和处理来自MS（或者LMC）的控制指令，同时根据设定时间定期返回自身的状态，尽量减少监测系统本身的不稳定性。光开关模块通过标准并口线与工控机的I／O卡相连接，当通信模块接收到MS（或者LMC）切换光开关的指令后，立即通知I／O卡产生特定的波形来控制光开关指定端口的切换，同时返回切换的结果。总而言之，其实质就是一个放在远端的可以控制的光开关。
　　系统的关键技术之一是如何保证系统的实时性，也就是一旦有故障，能够在最短的时间内通知相关人员，把工程维护由被动方式转移到主动方式。我们采用的关键技术之一就是应用OPM（光功率检测模块）。
　　此模块通过TAP光耦合器从工作光纤中取出少量光，一般为3％或5％，提供给OPM模块，来检测当前工作光纤的功率值，通过比较告警光功率阈值（用户可以远程设定）来确定是否需要发送告警信号，如果需要，OPM模块通过RS232接口向MS发送告警信号，MS收到告警信号后，立即启动OTDR进行测试，测试完毕后测试文件送测试中心。
　　OPM模块每天24h工作，为了提高可靠性，同时把它做成能够集成在一个标准机箱里，我们采用了电子盘和无显示器模式，抛弃了传统的硬盘加显示器模式，这样缩小了硬件的体积，也节约了成本。采用此种方式，一般来说，光缆监测的周期可由现行的每天一次变为30天一次，30天的周期测试仅为取得光纤特性的缓慢变化，以发现缆、纤、接头的衰耗劣化趋势，其它模块只是在OPM告警或有特殊需要时才启动。
　　关键技术之二是采用GIS／GPS集成，使得故障点的显示直观化，同时可以显示人孔、标石等具体位置，对精确查找故障点的位置有很大的帮助。我们采用了Mapinfo公司的Mapinfo profes- sional 5．5版本来开发，其它开发工具，如VC或者VB可以通过OLE的方式来调用它，而WebGIS的提出，使得系统结构从C／S（客户／服务器模式）转移到B／S（浏览器／服务器模式）成为可能。
4　结　论
　　远程光缆自动监测系统（RFTS）就是一种实现光缆监测从被动方式转移到主动方式的一种系统解决方案。其主要的关键技术是使用OPM（光功率检测）模块，其全天24h工作的性质保证了告警信号的及时传送和GIS／GPS集成，使得故障点的显示直观化、图形化，节约了找到故障点的时间。
　　需要指出的是，在实施RFTS的工作中，由于光纤网络的复杂性，特别是在本地网中可能存在一些光无源器件，此时在线监测可能除了用跳线跳过外，难有其它办法。
　　光纤网络的飞速发展，使得光纤网络结构日益复杂，管理工作也显得比较重要，可以预见，今后采用RFTS系统会越来越多。

　　［参考文献］
　
［1］　宋关福，钟耳顺，等．WebGIS—基于Internet的地理信息系统［J］．中国图象图形学报，1998，（3）：251－254．
［2］　GR－1295－CORE－1995，Generic requirements for remote fiber testing systems（RFTSs）［S］．
［3］　GR－1309－CORE－1995，TSC／RTU and OTAUgeneric requirements for remote optical fiber testing［S］．