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摘 要:随着大容量、高速率光缆通信系统的广泛应用,通信网的稳定性对通信线路的日常维护管理工作提出了更高的要求。一旦发生光缆线路阻断,不但修复困难,阻断历时长,而且损失巨大,因此开发独立光缆自动监测系统成为光通信领域研究的重点。通过分析光缆自动监测系统的枝术特点,建立了光缆监测系统的硬件结构体系和软件结构体系。给出光缆自动监测原理及光缆监测三种监测方式在实践中的应用,实现光缆中断后迅速上报告警,及时自愈保护功能,使光纤传输线路管理维护进入自动化的时代。
引 言 近年来,建设信息高速公路已成为通信网络发展的当务之急。为了给信息高速公路提供“高速、安全、灵活”的服务,适应未来宽带综合业务数字网发展的需要,对于信息高速公路的承载者――光传送网提出了更高的要求。如何提高传输网络的安全性,使其具有较高的生存能力和竞争力,已经成为各大运营商在传输网络的优化扩容中首要考虑的问题。由于光纤通信系统传输的容量巨大,一旦光纤通信系统的可靠性和安全性出现问题,人们的政治生活、经济生活以及日常生活都会受到极大的影响,其后果对于社会和个人可能是破坏性的。监于光缆线路障碍对于光纤通信系统可靠性和安全性、公共社会构成的重大影响,以及目前运行的监控系统存大的问题,必须有新的维护手段才能适应通信的发展。开发和安装独立光缆线路自动监测系统就显得更为重要。 对光缆金属护层破损情况进行监测,在短时间内难以解决;而对光缆纤芯进行监测则能实时掌握传输系统的变化及光纤的劣化情况,是目前推广使用的方法。该方法除可进行实时监测外,还能及时发现可能出现的光缆故障征兆。当光缆线路发生障碍时,能及时准确地判断出故障点位置。 利用光缆自动监测系统解决光传输网维护问题,将预警功能与实时告警功能相结合,及时发现光缆网隐患,有效压缩障碍历时,变被动维护为主动维护,成为光缆自动监测系统今后发展急需解决的难题。 1 技术特点 光缆自动监测系统是一种利用计算机、通信技术,以及光纤特性测量技术,对光纤传输网进行远程分布式的实时监测,并将光缆线路的状况信息集中收集、处理和存储的自动化监测系统。 系统可进行定期(周期)测试、点名测试和障碍告警测试。当光纤发生障碍时,系统进行障碍告警测试,并对光纤障碍性质进行自动判断,按规定的告警级别发出告警信息,并迅速、准确地确定故障点的位置。 该系统通常融合了网络通信技术、光学测量技术、地理信息系统(GIS)以及全球卫星定位系统(GPS)等技术,对光缆中光纤传输衰耗特性变化及光纤阻断故障实现远程分布式实时、在线地自动监测。 采用TCP/IP进行系统互连,可使监测中心和监测站同时处理多个连接,并可远程进行系统维护及软件升级,还具有较好的安全性和较高的可靠性,符合全国电信管理网(TMN)的要求。 2 光缆监测系统的体系结构 2.1 系统结构 光缆线路自动监测网的建设要保证在本传输网中的统一性、完整性和先进性。光缆监测网应该是功能比较齐备,性能可靠地逐级与本地传输网管相联的网络。各级网管、监测中心各负其责,其中省级监测中心只对存大的重大问题进行掌握,而地市级监测中心一般要承担维护的主要任务。如,一般来说光缆自动监测系统分成三层结构,即省监控中心PMC、区域监测中心LMC和监测站MS。 其中,监测中心对测试站进行控制,是采集数据和处理数据的中心;测试站对光缆线路进行光功率监测和远程遥控自动监测,以跟踪光纤传输损耗的变化,监督测站可无人值守。 PMC和LMC为管理层,可以查看、控制MS监测站的工作;MS监测站为设备层,主要完成OTDR的测试以及光功率的监测等功能。 2.2 软件结构 光缆自动监测系统支持C/S结构(客户端/服务器结构)和B/S(浏览器/服务器)结构。服务器、客户端共用一个数据库服务器,通过TCP/IP网络对监测站进行管理。 3 光缆自动监测原理 光缆自动监测系统工作原理是通过对接收到的OTDR触发源的光功率的分析,得到光缆的运行状态,如果得到可光功率的告警信号则光缆自动监测系统会自动启动OTDR模块,对接在光开关上的光纤线路进行故障测试,查找故障点。 光缆自动监测系统共有三种监测方式:单备纤监测、双备纤监测和在线监测。 3.1 OTDR接触源 一般来说,常规的光缆自动监测系统采用在远端设置监测光源作为OTDR启动测试的触发源,即在远端设置监测光源,OTDR端在接收监测光源的光功率发生异常时启动OTDR测试。 除了这种常规的触发方式外,还可以使用光纤自动切换系统(光保护系统OLP)的光功率作为OTDR的触发源。这样,既可以省去在远端设置安装监测光源,还可以使用OTDR同时测试OLP系统所使用的主备用光纤资源,使用更方便,测试更合理。 OTDR触发源有两种:远端监测光源和OLP系统。 3.2 单备纤监测 单备纤监测即OTDR与远端光源在同一根光纤中传输,由于OTDR的发射波长一般使用1 625 nm,如果使用远端监测光源作为OTDR启动测试的触发源,则监测光源的波长一般采用1 550 nm,所以在光源的发端和OTDR的发端分别使用一个光耦合模块(WDM)对两种信号进行隔离。 如果使用OLP系统作为触发源,则不需要增加WDM模块,且对OTDR的波长也无特殊要求。 单备纤监测方式只使用一根备纤。 3.3 双备纤监测 双备纤监测即OTDR与远端光源在不同的光纤中传输,如果使用远端监测光源作为OTDR启动测试的触发源,则双备纤监测方式只需要使用两根备纤,不需要增加其他光器件。 如果使用OLP系统作为触发源,则本方式同上节,只使用一根备纤。 3.4 在线监测 在线监测仅针对于远端监测光源作为OTDR启动测试的触发源。 在线监测在备用光纤稀少的情况下使用。一般对传输系统收光分光的3%～5%进行分析,其余的光(95%～97%)仍然回到传输系统中。通过分析3%～5%的光的性能,判断整个光缆的运行状态。 传输系统的发光与OTDR使用光耦合模块(WDM)进行耦合后发送到光缆中去,对端在接收时使用滤波器过滤掉OTDR的1 625 nm的光后进入传输系统。 在线监测不使用备纤资源,但是需要增加一块光耦合模块和滤波器,而且对现有的传输系统引入1～2 dB的插损。 需要注意的是,对于DWDM密集波分系统,由于DWDM波分系统发光很强,OTDR卡的发光也较强,如果将OTDR与DWDM系统发射光耦合后发送到光纤中后会产生非线性效应,从而影响当前在用传输系统。所以在线监测不适用于波分系统。 4 监控信息的传输方式 光缆线路监控系统应该采用集中维护方式(这是维护方式的主要发展方向),这样做存在一个监控信号的传输问题。监控信号的传输可以考虑采用两种方式:一种是依托于公众通信网的传输方式,另一种是依托于SDH网元设备的传输方式。 4.1 利用公众通信网的传输方式 利用公众通信网的传输监控信号时,要求租用公众通信网来传输监控信号。如果公众通信网的可靠性和接通率足够高时,那么监控信号的传输是比较可靠的(尽管情况并非如人意,在长途公众通信网中尤其如此),而且光缆线路监控系统与所监控的光缆线路的好坏没有任何关系,从而防止了由于光缆线路障碍所造成的光缆线路监控系统的瘫痪。这种传输方式的主要缺点包括:对租用公众通信网的依赖性较大,光缆线路监控的可靠性主要由公众通信网的可靠性决定;光缆线路监控系统运行的经济性比较差等。 在利用公众通信网的传输方式中,也存在两种工作方式:一种方式是各个监控站(网关站)或者子站(非网关站)持续传输数据的方式,另一种方式是各个监控站(网关站)或者子站(非网关站)定时传输数据的方式。 4.2 利用SDH网元设备的传输方式 利用SDH网元设备传输网管信号时,要利用到SDH信号帧结构中的一部分目前还没有定义的段开销字节,也就是光缆线路监控系统要依托于现有的SDH传输设备。 利用SDH网元设备传输网管信号时,最大的优点是它的经济性。当然,这种方式也有其缺点:当SDH网络瘫痪时,光缆线路监控系统也会像SDH网管系统一样发生失效现象。然而,这里提出的光缆线路监控系统的主要任务是:在光纤通信系统正常运行状态下,实时地监控光缆线路的逐步劣化情况,以便对于逐劣化情况采取必要和正确的维护措施,从而避免逐渐劣化情况转变成光缆线路障碍。所以,光缆线路监控系统的这一缺点对于要完成的系统功能来说是微不足道的。 5 结 语 光缆自动监测系统能与光保护系统有效结合,真正实现了光纤故障时及时保护,OTDR自动测试,同时进行故障点GIS定位,并自动通报维护人员,为及时准确地排除光缆线路故障提供了强有力的监控手段。将光缆自动监测系统的功能总结如下: (1) 光功率系统报警迅速,测试定位准确,5 s内可反映出全网内光纤性能状态变化。 (2) 详实的统计报表,分析光缆网络性能,为管理人员提供决策依据。 (3) 建立了传输系统与光纤的串接路由表库,能在十分复杂的光缆网中及时准确地分析出真正的故障光缆段。 21世纪,IP业务爆炸性的增长给电信业带来了激烈的竞争,也为其提供了难得的机遇。据有关统计数据说明,传统话音业务量年增长率只有5%~10%,而以Internet为代表的数据业务年增长率高达30%~40%。在未来10年内,世界主要电信网络的数据业务量将大大超过话音业务量,网络的业务构成将发生根本性的变化,传输网承载的业务向以数据业务为中心的方向融合已成为一种必然趋势。随着传输网承载的业务越来越重要,光缆自动监测系统所发挥的作用也越来越大。随着科学的发展、技术的进步,未来一定会有更加先进的光缆自动监测系统为现代化通信保驾护航。
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