0 引言光缆监测系统被广泛应用于光缆线路的维护、施工,可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量,主要解决由于光纤通信的发展、网络规模的扩大所带来的光缆线路的运行维护问题,实现宏观规划管理和实际工程维护相结合[1]。在运维中存在多种设备或系统同时应用的情况,在中心机房通常建立光缆自动监测系统,对主要线路进行实时监控,及时发现光缆故障或光缆中的安全隐患。在施工过程中和突发情况处置时,通常使用手持式便携设备现场分析处理。
光缆监测是通过光纤背向散射曲线的测试,发现光缆线路上光纤衰减沿长度方向分布是否均匀、光纤全长上有无微裂伤部位、光纤连接部位是否可靠、有无异常,以及非接头部位有无突变等异常现象。在技术资料中光纤背向散射曲线的作用尤为突出,当发生光纤故障时,对照原始的背向散射曲线,可以正确地判断故障位置,有利于故障的及时排除。为方便光缆监测系统与TMS之间的数据共享,必须保证交互数据格式的一致。交互数据中最重要的部分是监测曲线数据点和分析结果,包含的信息量有事件点、监测时间、光缆段名称、测试参
数等[2-4]。
电力光纤作为智能电网建设发展中最重要的通信传输介质,承载了大量业务。各省市地调先后建立了光缆监测系统[5-6],实现了光纤监测的局部覆盖,随着系统新建和升级,光缆监测系统和其他管理信息系统之间的数据不兼容情况变得更为突出,光缆监测厂家升级现有接口需要大量的人力物力,由于缺少统一的规范,光缆监测系统很少与其他系统之间做深入的系统集成。大部分光缆监测系统的应用现状为：核心OTDR部件监测设备都工作正常,而光缆监测系统由于缺少与TMS互联而被废弃,造成投资的浪费。
1 监测结果数据共享的必要性当前的电力光缆监测系统中,数据接口流向包含2个方向：①光缆监测系统从电力通信资源管理系统或设备网管系统中获取数据,当电力光缆通信故障时,OTDR通过接收外部事件,触发OTDR进行光路测试,进一步判断光缆线路的状态,实现光纤或设备的故障精确定位;②光缆监测系统将监测到的告警或新增的事件信息发送给电力通信资源管理系统,通知相关人员进行下一步操作。光缆监测系统故障的精确定位或告警事件通过分析光缆监测数据得出[7],监测结果数据对整个光缆网络故障定位及预警事后分析起重要作用[8-9]。
除便携式仪器结果数据格式基本统一外,大多数光缆监测硬件设备厂家对需要做二次开发的OTDR设备或模块数据没有统一的规定,各集成厂家监测结果以不同的方式存储,数据不兼容,同一个厂家早期的监测系统与新建的监测系统由于缺少统一有效的规范约束,也存在数据格式不兼容、不一致的情况,在电力光缆监测系统建设中或现有光缆监测系统升级时,对各个集成厂家或硬件设备厂家形成了一定的依赖性,系统建设成本提高。
Bellcore GR196 标准作为结果曲线存放的标准格式,数据以二进制的形式存放,对数据文件的格式有明确要求。该规范作为通用的行业标准,各个光缆监测系统厂家与第三方的系统之间只存在简单结果数据的互联共享,各系统之间仅交换最后的故障或事件点信息的最终结果。电力光缆监测系统的监测结果数据与通信资源管理系统之间缺少完整的数据共享[10],因此需要对现有的规范文件进行分析并在此基础上改进升级。
2 通用的存储规范介绍原始的Bellcore GR196面向采样的初始数据和分析结果、设备基本信息、测试参数等,将结果中离散的数据通过软件转换成为标准的轨迹文件,该数据文件包含如下数据块。
1）目录数据块（Map）：描述了整个轨迹文件的数据结构部分,位于标准文件的开始,是整个文件的必须部分。包含文件版本信息MRN、块个数NB、块2信息B2、块3信息B3、块N信息Bn等,其中每个块信息包含编号、版本号以及大小等。
2）通用信息块（General Parameters）：包含的基本信息有语言版本、线缆编号（可选）、光纤编号（可选）、标注波长NW、原点位置（可选）、终点位置（可选）、线缆代码、当前数据标示、用户偏移、操作者、备注。该数据块相关信息由用户输入。
3）供应商模块（Supplier Parameters）：包含供应商名称SN、OTDR制造商编号MFID、制造商序列号OTDR、光模块编号、光模块序列号、软件版本、其他信息。
4）固定参数块（Fixed Parameters）：包括时间DTS、距离单位UD、实际波长AW、采样偏移AO、使用的脉宽总数TPW、每个使用的脉宽PWU、数据空格DS、每个脉宽点数NPPW、组索引GI、反射系数BC、平均次数NAV、采样范围AR、前面板偏移FPO、噪声门限NF、噪声门限因子NFSF、第一点偏移PO、告警门限LT、反射门限RT、尾纤门限ET。
5）事件点信息模块（Key Event）：包含了对OTDR曲线轨迹分析的特点信息,该模块在数据轨迹点不存在时是必须的,该数据块是对事件进行统计,主要包含事件点个数TNKE、第一个事件点（事件编号EN、单路事件传输时间EPT、光纤衰减因子ACI、时间衰耗EL、事件反射ER、事件代码EC、事件检出技术LMT、备注CMT）、事件n、端对端损耗EEL、端对端标记位置ELMP、光纤返回损耗ORL、光返回损耗标记位置RLMP。
6）连接信息模块（Link Parameter）：代表了光纤特定的连接信息,是可选项,包含的主要信息有整个地标数目TNL、第一个地标点信息（地标编号LMN、地标代码LMC、地标位置LML、相关事件数REN、GPS信息GPA、光纤修正因子FCI、护套入口地标SMI、护套出口地标SML、护套地标单位USML、地标出口放大率MFDL、备注）、第二个地标点信息、第三个地标点信息等。
7）数据点模块（Data Point）：该数据块组成光纤轨迹曲线,如果事件信息数据块不存在,该数据点模块在文件中必须存在。包含的信息有点总数TNDP、范围因子总数TSF、范围因子1中点数目TPS1（范围因子SF1、数据点1 DSF11、…、数据点z DSF1z）、依次所有点。
8）其他属性模块（Special Proprietary）：包含本次测量的特殊信息,是可选项,如分析数据等。
9）校验数据块（Checksum）：文件的有效性校验。
该规范是通用的数据轨迹存储文件规范,涵盖了OTDR相关测试的基本信息。在大部分手持仪器设备中,可作为通用的数据存储格式或者作为一个单独的仪器导出的基本文件,完全能满足通用的轨迹曲线存放要求。光缆监测中最关注的是每条光缆所承载的业务以及光缆发生故障时对业务的影响,因此,需要在遵循原有规范的前提下,对现有的规范功能进行扩展。
3 改进原则为确保该存储文件与原有标准文件格式兼容,又能结合电力系统特色,兼顾其他系统的类似曲线保存,在该文件存储方案改进设计时遵循如下原则。
1）统一设计原则：统一设计文件结构,各个扩展模块的数据模型结构既要兼容原来的数据文件,又要考虑电力系统特点。
2）先进性原则：本文件的改进基于标准的Bellcore GR196文件规范,符合测试类仪器结果曲线保存的发展趋势,以保证系统具有较长的生命力和扩展能力。
3）安全性原则：数据格式设计充分考虑系统的安全和可靠,保证文件内部的核心数据加密存储。
4）标准化原则：文件中各项数据格式遵循电力行业的相关规范。
5）成熟性原则：实现在不同平台上解析和存储,以及跨平台的应用。
6）保护已有资源,可扩展性设计：考虑到业务未来发展的需要,尽可能设计的简明,降低各功能模块耦合度,并充分考虑兼容性,能够支持对多种格式数据的存储[11-12]。
为方便对该共享格式文件查看,研发通用的数据浏览软件,该软件与当前电力通信管理系统的资源相结合,设计遵循以下原则。
1）遵循相关规范或标准。
2）采用三层体系结构,吸收先进经验,以先进、成熟的软硬件支撑平台及相关标准为基础。
3）采用基于工业标准的技术,方便与其他系统的集成。
4）快速开发/快速修改。系统提供了灵活的二次开发手段,在面向组件的应用框架上,能够在不影响系统的情况下快速开发新业务、增加新功能,同时为业务的修改和动态加载提供支持,保证应用系统能够方便地支持集中的版本控制与升级管理。
5）可扩展性。能够支持硬件、系统软件、应用软件多个层面的可扩展性,实现快速开发/重组、业务参数配置、业务功能二次开发等。
6）平台无关性。能够适应多种主流主机平台、数据库平台、中间件平台,具有较强的跨系统平台的能力。
7）安全性和可靠性。能保证数据安全一致、高度可靠,应提供多种检查和处理手段,保证系统的准确性。
8）用户操作方便。系统提供统一的界面风格。
4 改进方法单机手持光缆监测设备测试光路的基本状态,通常在离线状态下进行测试,不包含具体的业务信息。电力光缆监测系统通常建设在电力系统内网,与电力通信资源管理系统存在网络连接,因此业务相关数据可以从电力通信资源管理系统中抽取。涉及的具体信息有：光缆监测站（中心机房或变电站）、测试路由（由多个光缆段组成的一个逻辑资源对象,变动较少）、告警信息模块（通知给指定系统）、管路信息功能模块(支持该测试路由所经过的所有管道、人井信息、杆路资源等)、测试路由对应的业务信息、测试类型（周期测试或手动测试或触发测试）、相关的连接设备管理（光交接箱、分纤箱、光接头盒）、OTDR系统对应的同步时间服务器（单机的未联网的手持设备,该选项空缺）。
以上这些物理资源,在光缆监测系统建设前期已经录入相关系统,在本次改进过程中,通过数据同步的方式将该部分数据读入光缆监测系统,作为本系统数据的重要部分,缺失的数据将在光缆监测系统中补录,形成相对完整的物理资源数据,在生成该曲线文件时,在本地系统中读取这部分数据,并写入数据文件中。
为了在各种操作系统中实现数据文件兼容,在本扩展中使用如下数据类型（见表1）。
表1 数据类型定义Tab.1 Data type definition
本改进中,在标准文件中添加如下数据文件扩展块（见表2）。
表2 数据文件扩展块Tab.2 The extended block of data file
本次改进中,在标准文件中加入了电力系统相关的信息,当本数据文件与其他系统数据共享时,可以根据附加的相关信息对监测结果进行分析,了解电力光缆网故障及运行状态,为以后电力系统大数据分析提供有力的数据支撑。对于监测路由中各纤芯具体的承载业务,业务数据从TMS中提取,可以作为其他系统对整个光缆网状态分析和评估的依据。以当前测试路由所承载的业务信息为例,该业务模块定义见表3所列。
表3 扩展业务模块定义Tab.3 The definition of extended business block
通过光缆监测系统将最终的监测结果数据按照改进的方法保存为标准的文件后,将数据文件存储在数据库或磁盘上,第三方应用获取该数据文件,依据Bellcore GR196规范将文件解析,实现对事件点、光缆相关的所有信息解析。以解析MapBlock为例,具体的解析方法如下：
文件规范存储实现方法如图1所示。软件解析成功界面如图2所示。
图1 文件规范存储实现方法Fig.1 The implementation method of normative file storage
图2 软件解析成功界面Fig.2 The interface of successful software resolution
5 结语基于Bellcore GR196标准文件的扩展改进方法,既保留了原有文件系统的可读性和兼容性,又增加了对电力业务系统的支撑,可以作为光缆监测系统数据文件的保存格式,也可作为分布式光纤测温或分布式光纤压力传感系统的文件存储格式,具有良好的兼容性和扩展性。该改进方法也可以作为实验室手持式仪表设备中曲线文件保存的格式,具有一定的参考意义,本改进方法与具体的软件实现平台及操作系统无关。
(编辑 张京娜)
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