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【摘 要】本文主要讨论了光缆监测系统的设计，分析了常见光缆监测模式的特点及适应场景；系统采用C/S模式，对光缆监测系统的设计从中心监控站和远程监测站点两个方面展开，介绍了主要设计思路并进行了详细功能设计，实现了在不影响正常通信情况下对光缆网络的传输性能和工作情况进行实时监控。
【关键词】光缆，监测，网络管理
【中图分类号】 TN915.07【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0020-02
1.引言
随着网络技术的飞速发展，人们对带宽的需求也迅猛增长，因此容量大、抗干扰能力强的光纤通信技术得到了越来越广泛地应用。但随之而来的，光缆故障在通信故障中所占的比例也逐年提高，使用传统的人工巡线方式，显然不能有效预防故障发生，故障产生后也很难及时排除，因此越来越多的运维单位开始重视对光缆故障的有效监测[1]。
目前部分外国光通信设备提供商已开始提供一些较为成熟的光纤在线监测系统解决方案，但这些系统往往价格昂贵，引进成本极高，而且用户后期维护升级也带来不少困难。因此各运维单位急需一套能适合其线路维护需求、使用方便、维护简单、成本相对较低的光缆监测系统。
2.常见监测模式
2.1在线监测
在线监测是采用波分复用技术，通过波分复用器、滤光器以及光开关等器件来实现对工作中的光纤的运行状态进行监测。光传输设备发出的1550nm的工作光首先发送到光功率检测单元，然后通过分光器把光源发出的工作光分出百分之三输入到告警监测模块，从而实时反映出光纤的传输特性，并能及时掌握传输质量的变化[2]。
这种监测方式能够准确反映被监测光纤的状态，但由于与通信光源使用的是同一根光纤，并且引入了WDM和FILTER等器件，因此整个系统的可靠性会有所降低，但会使成本有所提高。
2.2备纤监测
备纤监测是利用光缆中富余的光纤实施监测，因为备纤上没有光信号，若要实时监测光功率必须提供光源，给测试备纤提供光信号；光源可以采用光端机富余的光源模块，也可以使用专门的光源设备[2]。这种方式由于不需要介入正在运行的设备和线路，因此其可靠性较高，成本较低；但由于测试的是备纤，因此并不能完全反映在线光纤的真实状态。
2.3跨段监测
一般OTDR的测试距离在100km左右，而实际的光缆传输网络结构十分复杂，比如市话网，两局间距离一般不超过20km，并且相互串接等等。而OTDR是比较昂贵的激光发生和后向散射光分析器件，为了充分利用其长距离测试性能，可以在设计上利用WDM进行跨段连接[3]。
3.设计思路
一套完整的光缆监测管理系统，应该能对通信网中每一条光缆都能实时监控，对于各种故障信息应进行相应的故障等级分类，发生故障时在监控中心屏幕上发出声光报警，并在电子地图上突出显示故障点的具体位置，同时自动呼叫值班电话或给执勤人员发送短信，进而由监控中心通知维护人员立即排除故障。采用该系统能大大地压缩故障持续时间，预报线路隐患，分析网络性能，为上级管理部门提供决策依据。
由于该系统的受众对象较少，使用人员一般都具备较专业的计算机、网络知识，因此系统软件考虑采用C/S架构，其中监测中心端即Server端主要完成数据的处理、存储、下发以及管理辖区内所有监测站；而各监测站即Client端主要完成数据的采集及其他简单命令，各站点按照监测中心所设置的监测模式、监测周期等控制指令运行，可实现实时监测、定时监测以及人工监测等各类监测需求。
4.功能设计
系统主要分即监测中心端和各监测站点端两部分：
4.1监测中心功能
监控中心功能模块划分如图1所示：
（1）地理信息显示功能：以图形化操作方式，在电子地图上按光缆级别分层显示各类线路信息，突出显示故障点位置和告警段光缆，可对图上元素进行查询、编辑等操作。
（2）故障告警功能：光缆发生故障时，光功率监测单元能够及时、精确定位故障点位置，远端监测站点启动OTDR对告警光纤进行测试并将测试结果上报监测中心，监测中心在收到远端监测站点上传的测试数据后，及时完成故障分析，精确定位故障点位置，并自动记录故障的发生时间及简要故障情况，发出本地及远程告警，通知值班室并打印故障通知单。
（3）数据处理、存储和下发功能：接收各监测站点上传的光功率超限报警、OTDR测试曲线，并对这些数据进行汇总处理、保存，并将产生报警的光功率数据存入数据库供今后分析使用。
（4）网元管理功能：支持对各类网元的详细信息可视化显示，即在网络管理拓扑图中，这些对象只是用简单的图标来表示，而把其整个复杂结构隐藏起来，同时准确反映出各网元的相关属性。
（5）系统管理功能：包括用户管理、日志管理以及数据的备份与恢复：
①用户登陆系统需要输入正确的用户名及密码，密码在数据库中采用密文存储；考虑到系统用户的需求及系统安全，系统将置用户级别，不同等级的用户拥有不同的操作权限，普通用户只拥有浏览的权限，操作员可以进行网元管理，超级管理员用户才具有系统全部权限。②日志管理主要是记录用户登陆后所进行的所有操作，以便系统管理员掌握系统的使用情况。③数据的备份与恢复主要是提供对系统数据进行定期自动备份或由管理员手动备份，用户可选择数据库完全备份和增量备份的方式。
4.2监测站点功能
监测站点包括远程终端控制单元、OTDR模块、光功率监测模块以及光开关模块。
监测站点的主要功能及部分指标如下：
（1） 远程控制功能：该功能通过远程控制单元实现，可接收来自监测中心的控制指令，执行参数配置、线路测试等操作。
（2）光功率采集功能：通过光功率采集单元获取光功率数据，并分析判断光缆状态，若数值超过预设门限值则进行告警并启动OTDR进行线路测试。一个光功率单元最多可同时采集32路光功率数据，对0.5db～5db的光功率实现三级门限预警，采集速率可调，告警门限也可更改。
（3）故障定位功能：能对大于0.05db的光功率变化进行精确定位，分辨精度可达米级。
（4）告警监测、上报功能：若采集到的光功率变化超过预设门限，远程控制单元将通过OTDR自带的接口程序实现对OTDR的控制，包括测试启动、数据接收等；测试完成后，初步判断故障原因和类型并进行故障定位，同时向监测中心上传告警数据，并自动拨打值班电话或发送短消息通知值班人员。
（5）受控测试功能：各站点按预设周期定时采集光功率数据，分析光纤运行情况，建立光纤特性档案，并与参考曲线进行比对，提前发现潜在的故障点。
（6）系统自检功能：监测中心按预设周期定期对监测站点
的软硬件情况及网络连接情况进行自检，若发现有软件故障可远程复位或远程升级，若发现硬件故障则向用户发出设备故障告警。
5.总结
本系统能够对光纤网络的运行情况进行实时自动监测，方便了运维信息的管理以及运行参数配置，能够对线路故障实现快速定位，并根据OTDR提供的测试曲线给出测试结果并进行定量分析，通过GIS地图可以直观地展示网络拓扑结构以及故障点位置。但系统仍存在一些问题有待解决，比如突发大量告警的应对以及系统长时间运行后海量数据的处理等，这些都需要我们在今后的运维工作实践中逐步寻求解决方法。
参考文献
[1] 张引发、王宏科、邓小鹏，光缆线路工程设计施工与维护，2002. 8
[2] 尹婧，光缆监测系统的三种监测方式.山东通信技术2001.4
[3] 吴聪华，光缆在线监测系统.光纤与电缆及其应用技术，2004.6
【关键词】光缆，监测，网络管理
【中图分类号】 TN915.07【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0020-02
1.引言
随着网络技术的飞速发展，人们对带宽的需求也迅猛增长，因此容量大、抗干扰能力强的光纤通信技术得到了越来越广泛地应用。但随之而来的，光缆故障在通信故障中所占的比例也逐年提高，使用传统的人工巡线方式，显然不能有效预防故障发生，故障产生后也很难及时排除，因此越来越多的运维单位开始重视对光缆故障的有效监测[1]。
目前部分外国光通信设备提供商已开始提供一些较为成熟的光纤在线监测系统解决方案，但这些系统往往价格昂贵，引进成本极高，而且用户后期维护升级也带来不少困难。因此各运维单位急需一套能适合其线路维护需求、使用方便、维护简单、成本相对较低的光缆监测系统。
2.常见监测模式
2.1在线监测
在线监测是采用波分复用技术，通过波分复用器、滤光器以及光开关等器件来实现对工作中的光纤的运行状态进行监测。光传输设备发出的1550nm的工作光首先发送到光功率检测单元，然后通过分光器把光源发出的工作光分出百分之三输入到告警监测模块，从而实时反映出光纤的传输特性，并能及时掌握传输质量的变化[2]。
这种监测方式能够准确反映被监测光纤的状态，但由于与通信光源使用的是同一根光纤，并且引入了WDM和FILTER等器件，因此整个系统的可靠性会有所降低，但会使成本有所提高。
2.2备纤监测
备纤监测是利用光缆中富余的光纤实施监测，因为备纤上没有光信号，若要实时监测光功率必须提供光源，给测试备纤提供光信号；光源可以采用光端机富余的光源模块，也可以使用专门的光源设备[2]。这种方式由于不需要介入正在运行的设备和线路，因此其可靠性较高，成本较低；但由于测试的是备纤，因此并不能完全反映在线光纤的真实状态。
2.3跨段监测
一般OTDR的测试距离在100km左右，而实际的光缆传输网络结构十分复杂，比如市话网，两局间距离一般不超过20km，并且相互串接等等。而OTDR是比较昂贵的激光发生和后向散射光分析器件，为了充分利用其长距离测试性能，可以在设计上利用WDM进行跨段连接[3]。
3.设计思路
一套完整的光缆监测管理系统，应该能对通信网中每一条光缆都能实时监控，对于各种故障信息应进行相应的故障等级分类，发生故障时在监控中心屏幕上发出声光报警，并在电子地图上突出显示故障点的具体位置，同时自动呼叫值班电话或给执勤人员发送短信，进而由监控中心通知维护人员立即排除故障。采用该系统能大大地压缩故障持续时间，预报线路隐患，分析网络性能，为上级管理部门提供决策依据。
由于该系统的受众对象较少，使用人员一般都具备较专业的计算机、网络知识，因此系统软件考虑采用C/S架构，其中监测中心端即Server端主要完成数据的处理、存储、下发以及管理辖区内所有监测站；而各监测站即Client端主要完成数据的采集及其他简单命令，各站点按照监测中心所设置的监测模式、监测周期等控制指令运行，可实现实时监测、定时监测以及人工监测等各类监测需求。
4.功能设计
系统主要分即监测中心端和各监测站点端两部分：
4.1监测中心功能
监控中心功能模块划分如图1所示：
（1）地理信息显示功能：以图形化操作方式，在电子地图上按光缆级别分层显示各类线路信息，突出显示故障点位置和告警段光缆，可对图上元素进行查询、编辑等操作。
（2）故障告警功能：光缆发生故障时，光功率监测单元能够及时、精确定位故障点位置，远端监测站点启动OTDR对告警光纤进行测试并将测试结果上报监测中心，监测中心在收到远端监测站点上传的测试数据后，及时完成故障分析，精确定位故障点位置，并自动记录故障的发生时间及简要故障情况，发出本地及远程告警，通知值班室并打印故障通知单。
（3）数据处理、存储和下发功能：接收各监测站点上传的光功率超限报警、OTDR测试曲线，并对这些数据进行汇总处理、保存，并将产生报警的光功率数据存入数据库供今后分析使用。
（4）网元管理功能：支持对各类网元的详细信息可视化显示，即在网络管理拓扑图中，这些对象只是用简单的图标来表示，而把其整个复杂结构隐藏起来，同时准确反映出各网元的相关属性。
（5）系统管理功能：包括用户管理、日志管理以及数据的备份与恢复：
①用户登陆系统需要输入正确的用户名及密码，密码在数据库中采用密文存储；考虑到系统用户的需求及系统安全，系统将置用户级别，不同等级的用户拥有不同的操作权限，普通用户只拥有浏览的权限，操作员可以进行网元管理，超级管理员用户才具有系统全部权限。②日志管理主要是记录用户登陆后所进行的所有操作，以便系统管理员掌握系统的使用情况。③数据的备份与恢复主要是提供对系统数据进行定期自动备份或由管理员手动备份，用户可选择数据库完全备份和增量备份的方式。
4.2监测站点功能
监测站点包括远程终端控制单元、OTDR模块、光功率监测模块以及光开关模块。
监测站点的主要功能及部分指标如下：
（1） 远程控制功能：该功能通过远程控制单元实现，可接收来自监测中心的控制指令，执行参数配置、线路测试等操作。
（2）光功率采集功能：通过光功率采集单元获取光功率数据，并分析判断光缆状态，若数值超过预设门限值则进行告警并启动OTDR进行线路测试。一个光功率单元最多可同时采集32路光功率数据，对0.5db～5db的光功率实现三级门限预警，采集速率可调，告警门限也可更改。
（3）故障定位功能：能对大于0.05db的光功率变化进行精确定位，分辨精度可达米级。
（4）告警监测、上报功能：若采集到的光功率变化超过预设门限，远程控制单元将通过OTDR自带的接口程序实现对OTDR的控制，包括测试启动、数据接收等；测试完成后，初步判断故障原因和类型并进行故障定位，同时向监测中心上传告警数据，并自动拨打值班电话或发送短消息通知值班人员。
（5）受控测试功能：各站点按预设周期定时采集光功率数据，分析光纤运行情况，建立光纤特性档案，并与参考曲线进行比对，提前发现潜在的故障点。
（6）系统自检功能：监测中心按预设周期定期对监测站点
的软硬件情况及网络连接情况进行自检，若发现有软件故障可远程复位或远程升级，若发现硬件故障则向用户发出设备故障告警。
5.总结
本系统能够对光纤网络的运行情况进行实时自动监测，方便了运维信息的管理以及运行参数配置，能够对线路故障实现快速定位，并根据OTDR提供的测试曲线给出测试结果并进行定量分析，通过GIS地图可以直观地展示网络拓扑结构以及故障点位置。但系统仍存在一些问题有待解决，比如突发大量告警的应对以及系统长时间运行后海量数据的处理等，这些都需要我们在今后的运维工作实践中逐步寻求解决方法。
参考文献
[1] 张引发、王宏科、邓小鹏，光缆线路工程设计施工与维护，2002. 8
[2] 尹婧，光缆监测系统的三种监测方式.山东通信技术2001.4
[3] 吴聪华，光缆在线监测系统.光纤与电缆及其应用技术，2004.6