摘 要 從當(dāng)前電信技術(shù)的發(fā)展需要，結(jié)合光纜網(wǎng)絡(luò)的狀況，提出了幾種光纜網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方案，為電信運營商光纖維護(hù)及監(jiān)控提供解決方案。
關(guān)鍵詞 MC、MS、OSU、OTDR、AIU、PSTN、TMN、GUI、WDM 、FILTER、GIS
一、光纜網(wǎng)絡(luò)概況
信息的快速增長，導(dǎo)致了通信網(wǎng)絡(luò)的急劇擴展，光纖網(wǎng)絡(luò)固有通信特點，促使其迅速發(fā)展，2003年電信市場的需求量為1450萬芯公里左右， 2004年達(dá)到1600萬芯公里，而且每年以10%的速度增長，預(yù)計市場投資金額將達(dá)到42.8億元人民幣。
國內(nèi)光纜網(wǎng)絡(luò)初步建立是在80年代，而經(jīng)過20多年的發(fā)展，光纜網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)初具規(guī)模，占據(jù)了國內(nèi)通信市場的30%，在國外，光纜通信占據(jù)了通信的60%-80%，因此預(yù)計未來幾年國內(nèi)光纜市場的發(fā)展空間還是很大。
二、光纜的迅速發(fā)展，引發(fā)的各種問題
光纜的迅速發(fā)展，導(dǎo)致維護(hù)工作困難增大。隨著時間的推移，因為光纖物理特性，第一批鋪設(shè)的光纖衰減損耗也越來越大，對通信質(zhì)量影響日益明顯，而各行業(yè)對通信質(zhì)量的要求也是越來越高。
長途光纜經(jīng)過地理環(huán)境比較復(fù)雜，跨越距離幾十公里到上百公里，其間發(fā)生故障的幾率非常高，經(jīng)常出現(xiàn)因地方施工、百姓耕地、取土造成光纜人為阻斷，而一旦長途光纜發(fā)生故障，其維護(hù)時間相對較長，造成很大的經(jīng)濟損失。
光纜建設(shè)初期，對主要干路才使用光纖傳輸，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃比較簡單，工程施工難度也不是很大。發(fā)展至今，光纜網(wǎng)絡(luò)規(guī)模已經(jīng)非常龐大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更是復(fù)雜，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作已經(jīng)顯得非常困難。對于跨地域通信網(wǎng)絡(luò)，鋪設(shè)光纖長，接收端距發(fā)送端幾十到上百公里，中間可能經(jīng)過多個節(jié)點分支，無法直接測試，需要分段測試、逐段排除才能夠查到故障點，維護(hù)人員長途跋涉，工作異常艱辛。為了解決意外造成的通信中斷問題，有些運維管理部門通過培養(yǎng)人才、添置先進(jìn)儀器、組建光纜搶修中心等方法，甚至裝備了價值幾百萬元的搶修專用車，但維護(hù)質(zhì)量卻不盡如人意。
對運營商而言，如何提高網(wǎng)絡(luò)運營效益就顯得尤為重要。需要及時掌握網(wǎng)絡(luò)的運營狀況，在發(fā)生劣化或故障時，能夠準(zhǔn)確定位，縮短障礙時間，顯得非常重要。而一般維護(hù)工作是在發(fā)生故障后，維護(hù)人員再使用儀器去測試光纖，推算大概距離點在什么位置，往往會存在很大誤差，維護(hù)效率低。
對于光纖的劣化，手工測試就很難發(fā)現(xiàn)，它的衰減是一個長期而漸變的過程，如果沒有長時間測試數(shù)據(jù)積累分析，是難以發(fā)現(xiàn)的。尋求光纖特性的計算分析對提高光纜鋪設(shè)、維護(hù)是一個有效的手段。
網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的迅速擴大，帶來的另一個問題是光纜數(shù)據(jù)管理困難。成批的光纜網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、施工資料人工管理比較混亂、檢索困難，如果發(fā)生故障，維護(hù)部門查找起來特別艱難，給搶修工作造成了很大的時間浪費。在無奈之下，只有增加人力，但這些措施并沒有真正解決問題，而且經(jīng)過多年的發(fā)展，這些數(shù)據(jù)的管理已經(jīng)非人力所能及，只有借助計算機來管理。
三、光纖監(jiān)測系統(tǒng)解決方案
1、基本原理
作為新一代光纖監(jiān)測告警系統(tǒng)，要求它能定期檢測光纖的衰減情況，在出現(xiàn)故障時及時告警，并通過光衰減曲線輔助分析故障的原因，同時配合地理資源系統(tǒng)能精確定位故障點距離，保障及時、快速搶修、維護(hù)。
■ 光功率分析監(jiān)控
傳輸網(wǎng)絡(luò)告警監(jiān)測分析模塊采用對收通信光功率的實時監(jiān)測并配合光端機的無光告警，將收通信光視作監(jiān)測光，在接收端光端機前的ODF上利用分光耦合器件分取3%的光功率，然后通過光功率告警集成采集單元（AIU）送至計算機分析處理，實現(xiàn)光功率動態(tài)變化的告警監(jiān)測。分光損耗理論值（0.15dB），不影響正常通信。
■ 光纖性能和故障監(jiān)測
對光纖性能和故障監(jiān)測的分析模塊采用計算機控制的OTDR卡和配套光器件（包括光開關(guān)、波分復(fù)用器、濾光器等）實現(xiàn)，監(jiān)測計算機通過程控光開關(guān)(OSU)選擇被測光纖，路由選通后OTDR發(fā)射1625nm檢測光，再經(jīng)過波分復(fù)用器件(WDM)復(fù)用到傳輸網(wǎng)絡(luò)中，檢測光的反射波由計算機控制的OTDR進(jìn)行分析處理，實現(xiàn)光纜運行性能的監(jiān)測和故障的精確定位。
■ 光纖光纜資源管理與規(guī)劃
結(jié)合GIS系統(tǒng)，對光纜資源實現(xiàn)可視化管理，在地圖上準(zhǔn)確建立光纜、管道、人孔、機樓等空間資源，通過使用熔接等功能生成光纜路由網(wǎng)絡(luò)，并生成專題網(wǎng)絡(luò)拓補圖，集中管理光纖網(wǎng)絡(luò)資源，合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
圖1:系統(tǒng)監(jiān)測原理圖
2、系統(tǒng)構(gòu)成與典型組網(wǎng)
■ 系統(tǒng)構(gòu)成
遠(yuǎn)程監(jiān)測站（MS：MONITORING STATION）
光纖監(jiān)測的控制臺，安裝在傳輸機房和長途線路中繼站或接入網(wǎng)絡(luò)的模塊局，可實現(xiàn)無人值守。
MS的測試設(shè)備包括 OTDR（光時域反射測試單元）、AIU（光功率告警監(jiān)測單元）、OSU(程控光開關(guān)控制單元)以及工控機等。
MS單元采用INTEL PENTIUM以上的工業(yè)控制計算機，內(nèi)置OTDR卡；OSU單元可跨段級連，實現(xiàn)1024路OTDR測試路由；AIU單元按段設(shè)計，實現(xiàn)1024路告警監(jiān)測。
監(jiān)測中心（MC：MONITORING CENTER）
利用Ethernet 和LAN的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)MC監(jiān)測中心與MS監(jiān)測站監(jiān)測服務(wù)器的通信
高性能服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，支持WWW訪問，支持GIS/GPS矢量定位和地圖顯示等先進(jìn)應(yīng)用，支持TCP/IP、SNMP和TMN網(wǎng)管技術(shù)。
支持PSTN、ISDN、X.25、DDN、E1的WAN，采用專線路由和撥號訪問路由。
ODF等其它設(shè)備
通過ODF配線架，把監(jiān)測系統(tǒng)接入到光纜網(wǎng)絡(luò)中,使其能夠完成在線監(jiān)測功能。
圖2：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
■ 典型組網(wǎng)應(yīng)用
★小型專網(wǎng)集中監(jiān)控
光纖監(jiān)測管理系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程監(jiān)測，集中管理，多級區(qū)域組網(wǎng)等方案，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模進(jìn)行靈活規(guī)劃。
對于小型專網(wǎng)，如果采用心型結(jié)構(gòu)規(guī)劃，可以使用集中監(jiān)控的方式，在總局設(shè)立監(jiān)控中心和監(jiān)測站，把通往分局的光纖接入到系統(tǒng)，這樣就可以實現(xiàn)通信光纜的在線監(jiān)控。
系統(tǒng)監(jiān)測有兩種方式：
在線監(jiān)測(圖)：
圖3：在線監(jiān)測接入圖
在線監(jiān)測方式是較常用的一種系統(tǒng)接入方法，它比較節(jié)省光纜資源，在現(xiàn)有通信光纖基礎(chǔ)上，通過分光器采集3%的通信光進(jìn)行光功率的測試分析，而97%的光進(jìn)行正常通信，系統(tǒng)的增加0.13dB的損耗，不會影響到系統(tǒng)的正常通信。OSU使用波分復(fù)用器件，動態(tài)的把1625nm的測試光波與正常的通信光波(1310/1550)復(fù)用在一條光纖中傳播，到光纖對端進(jìn)入接收設(shè)備之前，使用濾光器件(Filter)過濾掉1625測試光，只讓1310和1550的通信光通過，這樣就不會造成通信信號的干擾。
在線監(jiān)測的特點是不需要增加額外的通信線路，只需要對現(xiàn)有線路跳接。只是在通信線路接入時會暫時影響正常通信。
備纖監(jiān)測
備纖監(jiān)測適用于網(wǎng)絡(luò)資源豐富，對正常通信質(zhì)量要求較高，采用空閑資源監(jiān)測的方案。該方法需要在分局端增加模擬光源，總局進(jìn)行監(jiān)測即可。
優(yōu)點在于不會干擾正常通信，比較好管理。缺點是需要使用空閑的光纖資源。
★跨區(qū)域多級監(jiān)控
圖4：多級區(qū)域監(jiān)測方案圖
對于電信、移動、聯(lián)通等運營商，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，可以采用區(qū)域性多級網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，設(shè)立多個監(jiān)測中心，區(qū)域監(jiān)測中心、省級監(jiān)測中心，使用權(quán)限處理上級監(jiān)測中心可以訪問控制下級監(jiān)測中心數(shù)據(jù)，下級監(jiān)測中心可以訪問同級具有信任關(guān)系的監(jiān)測中心數(shù)據(jù)。
四、系統(tǒng)功能特點
◆ 具有強大的監(jiān)測功能
★光纜跨段監(jiān)測，解決多段光纜分支規(guī)劃的測試題。
★備纖監(jiān)測，保證現(xiàn)有光纖高效通信，利用空閑資源監(jiān)測光纜異常阻斷。
★遠(yuǎn)程監(jiān)測，可以通過以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程光路切換，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測路由，也可以使用遠(yuǎn)程監(jiān)測站進(jìn)行分區(qū)域監(jiān)測。
★多級告警可設(shè)門限，實現(xiàn)了對故障的分級管理。
◆ 多樣的測試方式
★點名測試，安裝需要，指定路由進(jìn)行測試，滿足用戶的調(diào)試及日常維護(hù)需要
★告警測試，AIU發(fā)生告警后自動起動測試功能，測試數(shù)據(jù)將進(jìn)行分析處理。是系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測的有效測試方式。
★周期測試，設(shè)定測試計劃及任務(wù)，系統(tǒng)會自動測試光纖各項數(shù)據(jù)并分析存儲，隨著時間的推移，可以分析光纖劣化特性。
◆ OTDR仿真分析
對光纜測試數(shù)據(jù)可以使用圖形進(jìn)行光纜特性分析，詳細(xì)了解光纖的衰減因素及影響通信的各種事件，幫助解決故障。
圖5：OTDR仿真圖
與歷史數(shù)據(jù)比較，分析光纖隱性衰減因素，提早做出預(yù)防措施，減少光纖的重大通信故障。
圖6：歷史數(shù)據(jù)比較
◆ 多種告警方式,適應(yīng)不同的維護(hù)需求
★聲音告警,連續(xù)播放告警產(chǎn)生的路由及實際距離
★在GIS地圖上動態(tài)閃爍故障發(fā)生位置
★利用手機短消息發(fā)送詳細(xì)告警信息。
★通過電話網(wǎng)絡(luò)將線路故障信息傳遞到管理者的手機、固定電話。
◆ 強大的GIS系統(tǒng)支持
★GIS系統(tǒng)的支持，加快故障定位速度，極大提高維護(hù)效率；
★利用GIS系統(tǒng)，系統(tǒng)資源定位更準(zhǔn)確、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更方便。
◆ 強大的資源管理功能
結(jié)合GIS實現(xiàn)光纜、管道、人孔、機樓等資源的可視管理，并能夠使用空間元素查詢功能了解資源信息。
◆ 完備的系統(tǒng)自檢及遠(yuǎn)程升級
★動態(tài)反饋各設(shè)備運行狀態(tài)，自動同步系統(tǒng)時鐘；
★支持遠(yuǎn)程升級及系統(tǒng)的遠(yuǎn)程復(fù)位功能。
五、結(jié)束語
光纖監(jiān)測管理系統(tǒng)的應(yīng)用，將給公網(wǎng)和專網(wǎng)運營商帶來較為直接的運維效率，保障通信網(wǎng)的安全，為進(jìn)一步的光纖網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)提供重要的參考數(shù)據(jù)。
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