嵇洪濤

（山東省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引 言

在我國通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)快速發(fā)展的背景下，光纖通信技術(shù)因具有大容量、傳輸速度快的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用，大大提升了通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男?。智能化通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要支撐，因此通信行業(yè)高度重視智能通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展，并進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)升級(jí)和優(yōu)化改造。為提高對(duì)通信光纜信號(hào)的監(jiān)測(cè)管理，本文對(duì)光纖通信故障信號(hào)在線診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述，試圖為之提供行之有效的建議。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景及應(yīng)用效益

光纖通信系統(tǒng)基于光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，光纖作為傳輸介質(zhì)，光波作為傳播載體，主要由光纖、中繼器、發(fā)送機(jī)以及光接收機(jī)組成。該系統(tǒng)是光纖理論和波動(dòng)光學(xué)理論結(jié)合的產(chǎn)物。在光纖通信系統(tǒng)中，光反射是重要技術(shù)，也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。通過光反射可以實(shí)現(xiàn)將光信號(hào)從一種介質(zhì)到另外一種介質(zhì)的快速傳播，在兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生反射和折射[1]。此時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩種情況，一種光疏介質(zhì)傳入光密介質(zhì)，另一種是光密介質(zhì)傳入光疏介質(zhì)。光疏介質(zhì)傳入光密介質(zhì)，折射角會(huì)小于入射角，光密介質(zhì)傳入光疏介質(zhì)，折射角會(huì)大于入射角。入射角達(dá)到臨界值就會(huì)消失，此時(shí)光纖信號(hào)會(huì)全部反射到光密介質(zhì)，此種現(xiàn)象被稱作全反射現(xiàn)象。研究得知，光纖通信故障出現(xiàn)的主要原因是光纖斷裂和光纖彎曲。光纖通信故障，按照位置可以劃分為鏈路故障和設(shè)備器件故障；按照故障支路數(shù)目可以劃分為單支路故障和多支路故障。就單支路故障而言，發(fā)生故障的支路只有一條，就多支路故障而言，發(fā)生故障的支路就在兩條以上。

光纖通信是我國主要通信方式之一，2019全國人民代表大會(huì)政府工作報(bào)告中明確指出：“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略持續(xù)推進(jìn)，互聯(lián)網(wǎng)與各行業(yè)加速融合，落實(shí)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)力”。在我國通信網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展背景下，光纖通信建設(shè)規(guī)模也在快速擴(kuò)大，如果依然采用傳統(tǒng)人工檢修管理方法，顯然達(dá)不到通信網(wǎng)絡(luò)維護(hù)要求。光纖通信傳輸信號(hào)雖傳播速度快，不容易失真，但是由于光纖材質(zhì)特性原因，容易發(fā)生斷裂，從而導(dǎo)致信號(hào)傳輸發(fā)生變化[2-3]。光纜線路出現(xiàn)通信故障，不僅會(huì)帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且難以排查，如人工排查效率低、故障點(diǎn)定位不夠精確。因此，采用光纖通信故障信號(hào)在線診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅故障點(diǎn)定位更加準(zhǔn)確，還大大減少了光纜線路維護(hù)成本，提高了維護(hù)管理和管理信息化水平。

2 在線診斷系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)

光纖通信故障信號(hào)在線診斷系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)通過地理信息系統(tǒng)（GIS）進(jìn)行信息的故障信息采集、存儲(chǔ)和管理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析空間和地理分布數(shù)據(jù)。系統(tǒng)工作過程中，能夠有效結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）的空間位置表征和拓?fù)潢P(guān)系，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，達(dá)到光纜故障快速定位的目的。

此外，該系統(tǒng)在工作過程中，采用iODN解決方案，通過該方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖的智慧光網(wǎng)絡(luò)管理。通過eID技術(shù)來標(biāo)識(shí)光纖連接器之間的關(guān)系。將光纖連接器的位置和鏈接關(guān)系繪制成光纜路由圖，并且能夠在Web界面中進(jìn)行可視化顯示。全網(wǎng)光纜路由圖繪制過程中，第一個(gè)流程是NMS通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與配網(wǎng)GIS對(duì)接，第二個(gè)流程是借助地理信息系統(tǒng)（GIS）的地圖背景渲染iODN拓?fù)滟Y源信息資源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)光纜路由圖的繪制。光纖通信故障信號(hào)在線診斷系統(tǒng)故障地理位置的精確定位，取決于地理信息系統(tǒng)（GIS）繪制的光纜路由圖，定位過程中需要將線路檢測(cè)模塊嵌入到NMS中，才能夠達(dá)到免進(jìn)站周期性測(cè)試和主動(dòng)預(yù)警，進(jìn)而達(dá)到快速故障分責(zé)和精確定位的目的。重要告警信息可通過OSS短信平臺(tái)及時(shí)通知運(yùn)維人員，該功能的實(shí)現(xiàn)，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)將NMS與OSS對(duì)接。將告警信息分為自動(dòng)采集和人工采集，自動(dòng)信息采集是在有源的環(huán)境下進(jìn)行，此時(shí)NMS通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)定期自動(dòng)采集iODN中的各光纖端口信息；人工信息采集則需要工人進(jìn)站采集，將使用PAD采集到的信息由GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至NMS網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)端口信息的同步，完成故障診斷、網(wǎng)絡(luò)操作與網(wǎng)絡(luò)管理的數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)。

2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

光纖通信故障信號(hào)在線診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障位置的精確定位基于光纜路由圖，光纜路由圖是基于現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)GIS圖進(jìn)行研發(fā)。在對(duì)診斷系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)過程中，又融合iODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）解決方案，借助eID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電子標(biāo)簽，因此，提高了OTDR光纖線芯在線故障檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析的科學(xué)性，并且基于GIS技術(shù)提高光纖故障自動(dòng)定位和界面圖形顯示的準(zhǔn)確性。

2.2.1 采用eID技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽

eID技術(shù)（Electronic Identity）作為一種電子編碼技術(shù)，以密碼技術(shù)為基礎(chǔ)、以智能安全芯片為載體，能夠在高安全防護(hù)等級(jí)下遠(yuǎn)程識(shí)別訪客身份，光纜線路中安裝光纖連接器，如圖1所示。此時(shí)，需要區(qū)別線路中的每個(gè)光纖連接器，采用eID技術(shù)對(duì)每個(gè)光纖連接器進(jìn)行唯一編號(hào)，在光纖連接器中新增eID芯片進(jìn)行身份標(biāo)識(shí)，并將線路兩端的eID進(jìn)行鏈接，即可以準(zhǔn)確標(biāo)明連接器之間的關(guān)系[4-5]。eID技術(shù)的應(yīng)用可以使系統(tǒng)獲取光纖連接器兩端的交互關(guān)系，并通過服務(wù)器平臺(tái)存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。

圖1 eID技術(shù)電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)原理

2.2.2 采用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障定位

傳統(tǒng)光纖故障定位方法需要借助圖紙資料對(duì)故障點(diǎn)的大概地理位置進(jìn)行估算，然后到故障區(qū)域點(diǎn)對(duì)光纜進(jìn)行逐段檢測(cè)，最終確定信號(hào)故障點(diǎn)，然后進(jìn)行手工修復(fù)。傳統(tǒng)方法工作效率很低，人工成本高。因此，為解決該問題，該系統(tǒng)采用GIS地理信息定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光纖故障點(diǎn)自動(dòng)化定位，利用經(jīng)緯度坐標(biāo)確定地理信息，并對(duì)空間信息進(jìn)行分析和處理。其中，光纖故障信號(hào)點(diǎn)地理位置的計(jì)算，是將光纖電纜長度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后依據(jù)光纜絞縮率等屬性值計(jì)算得出光纖故障信號(hào)點(diǎn)的所處位置，如圖2所示。實(shí)現(xiàn)光纜路由圖和距離的計(jì)算，完成故障纖長到路面實(shí)際地理位置的識(shí)別和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。最終以可視化地圖方式將故障位置進(jìn)行展示，對(duì)工作人員進(jìn)行精確引導(dǎo)。

圖2 光纖線路故障點(diǎn)地理位置計(jì)算

2.2.3 OTDR光纖在線監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)光纜檢測(cè)方法需要維護(hù)人員進(jìn)站手動(dòng)實(shí)施，每次定檢還需要暫停某些通信設(shè)備后才可以通過OTDR掃描纖芯，基于掃描結(jié)果對(duì)纖芯的狀態(tài)進(jìn)行判斷，最后決定下一步需要采取的措施。OTDR光纖在線監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)在于定檢過程可以避免進(jìn)站操作，并且可以自動(dòng)生成檢修結(jié)果報(bào)表成，自動(dòng)評(píng)估單根光纖以及整個(gè)光纖線路的運(yùn)行狀況，給故障點(diǎn)的定位操作帶來了極大便利，配網(wǎng)線路光纖通信的傳輸管理質(zhì)量也有了很大提升。

3 結(jié) 論

光纖通信故障信號(hào)在線診斷系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效提高光纖通信故障檢測(cè)的效率，利用自動(dòng)化技術(shù)手段，降低運(yùn)維成本，保障光纖通信線路的正常運(yùn)行。光纖通信故障信號(hào)在線診斷系統(tǒng)作為一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)，應(yīng)用了eID、GIS和OTDR技術(shù)，當(dāng)光纖通信出現(xiàn)異常中斷信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)可以快速識(shí)別故障信息，并將故障地理位置在GIS可視化地圖中進(jìn)行顯示。這極大限度地保障通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免因通信中斷異常所造成損失。