光缆自动监控技术在光纤通信中的应用

方刚

中国通信服务四川建设分公司 四川成都 610041

当前最重要的通信网络就是光纤网络。随着对其的应用的不断扩展，网络的传输结构变得越来越复杂。在分析了全球数百个传输网络的故障之后，可以得出一个结论：所有传输事故中有多一半是由基于传输介质的故障引起的。在光缆中，这是影响网络安全的主要因素。在中国，随着对通信服务质量需求的不断提高，光缆线路的维护和管理变得越来越重要，而光缆数量的增加以及老化逐渐的也导致光缆线路出现故障的数量增加。因此，及时发现光缆故障和隐藏的危害，可以减少光缆阻断的发生，并减少光缆故障的持续时间。这类问题的研究变得越来越重要。

1 自动光缆监控技术的工作原理

1.1 空闲芯监控

该监控方法是使用未在光缆中使用的纤芯进行监控。从理论上讲，无论是否在同一根光缆中使用，对环境的影响程度和物理特性的变化几乎相同，并且通常会断裂或弯曲，对生产线的影响以及对每根光纤的影响都是相同的，因此使用闲置芯线进行测试可以大致获得光缆整个光纤的工作参数。由于该类纤芯中没有光信号，因此必须在被测光纤芯的另一侧安装一个远程光源，并且将光测试信号主动注入到被测纤芯中，并且强度光功率通过侧面的OPM 测量。实时将测量数据发送到主控制模块（MCU）的远方数据终端，该模块对光功率进行实时统计分析，并将数据上传到中央监控站。当OPM 检测到光功率低于阈值时，远方数据终端立即启动光时域反射仪，验证有故障的光纤核心，并将数据实时传输到中央监控站。中央监控站检测到GIS 地理信息系统中的错误。由于此测试解决方案仅监控光缆中的空闲纤芯，因此能够检测到光纤故障并查明故障点的前提是，光缆中的所有光纤纤芯必须同时发生故障，而不是单个故障。

1.2 备用电源光纤监控

还使用了光功率警报模块。在离线测试模式下，光纤待机被监控以实时监控光功率警报。由于监控备用光纤，因此没有来自传输设备的信号源，因此此测试方法必须在监控路径的末尾添加一个光源，将光信号发送到备份，然后在测试结束时运行光功率检测。应该强调的是，这里增加的光源可以选择1310 纳米，1550 纳米和1625 纳米三种波长之一，因此不需要WDM 设备。当芯线异常时，光源信号会被阻塞或减弱，系统会立即激活光时域反射仪以测试芯线以确定故障的准确性和位置，见图1。

图1 备用光纤监控结构图，用于监控光缆

这种实时监控方法具有以下三个特点：第一，无需将设备插入传输设备的工作光纤中，完全不影响传输设备的运行，减少了危险以及隐藏在系统中的故障；其次，对于每一个被监控的光纤进行实时监控，以确保故障报警的实时性；第三，它可以适应复杂的网络条件，对于较短的光缆线路，无需附加设备即可实现跨网段监控[1]。

1.3 跨段监控和跨段解决问题

通过在光缆的交叉点配置无源光学设备或光纤桥接器，可以对多条连续光缆进行远程或在线监控。对于不同的监控方法，必须设计不同的监控方法以实现跨网段监控。由于在线光功率监控只能采样和监控一部分公司信号，因此不支持跨段监控，但是可以实施跨段故障扫描。当使用合成光功率在线监控模式时，由于光时域反射仪故障检测信号和业务信号共享核心，跨网段设计应增加两套无源波长复用设备在交叉段的点发射测试信号的无源设备（FCM）可以省略。对于网段监控，空闲芯监控模式相对容易实现：通过使用网桥或合并方法传递网段点，可以轻松实现网段监控和网段故障扫描。先前各图的示意图显示了部门间监控的实施[2]。

2 研发自动光缆监控系统

2.1 总体的系统设计思路

自动光缆监控系统主要采用计算机技术，光学检测技术等。支持系统在对光缆线路进行故障排除和定位方面，使用GIS 和GPS将以上概述的三种检测方法完全应用于光缆线路，以进行光缆线路的特定检测。进行全自动检测，真正达到互不影响的正常通讯和线路维护的目的。自动光通信电缆监控系统是根据光通信电缆的现有线路设计的，因此应从一开始就考虑光电缆所处的城市通信管道网络的结构和系统设计[3]。

2.2 OPM 光功率检测模块

①对于在线光功率监控模式，以接收端的光分路器作为监控对象，截取接收到的百分之三的光信号功率，即可改变线路功率的状态它是实时监控的。一旦发现功率指标恶化到预定阈值，就会自动生成警报，并且主控制模块调用光时域反射仪测试模块来测试有故障的光缆。远程OPM 放置在光缆网络的交叉点，以收集光能并将数据通过数据通信网络通道返回到远方数据终端。②对于空闲光纤功率监控模式，通过在光纤末端设置已知功率或相对稳定的光源（光标记），可以使用OPM 检测和比较接收到的光功率在接收端实时显示信息，可以直观并快速检测出影响正常光纤通信的大多数紧急情况，并启动光时域反射仪来检测有故障的光缆。③对于传输链路警报监控模式，传输设备网络管理中的警报信号被收集为激活信号以扫描光时域反射仪故障，因此无需配置OPM 和光标记。

2.3 现场监控站测试单元的设计

现场监控站测试单元的设计主要包括以下四个方面：①通信模块的设计。②设计测试表。③电源模块的设计。④远程测试单元主控制面板的设计。

3 结语

光通信电缆的发展给中国通信行业带来了新的活力，光通信电缆由于其容量大，保密性高和传播速度快等优点而被广泛使用。随着光纤通信的发展，城市中铺设了越来越多的光通信电缆，并且光缆的维护和光缆故障的修复变得越来越困难。随着总数据传输的增加，对光缆的维护要求也在增加。计算机互联网的发展为监控光通信电缆提供了新的思路，自动监控逐渐取代了手动监控。自动监控系统可以实现实时监控，准确识别故障并提供支持，从而大幅缩短光缆的维修时间。