光缆线路监测系统的原理及应用

光缆线路监测系统的原理及应用
由于光纤通信具有容量大、传送信息质量高、传输距离远、性能稳定、防电磁干扰、抗腐蚀能力强等优点，而得到了人们的青睐。

特别是在近十年里，随着人们对宽带业务需求的不断提高，光纤通信得到了大力发展。

目前，中国电信已基本完成了以网状网为组网方式，连接全国３１个省（自治区、直辖市）的"八纵八横"光缆传输网的建设，全国光缆总长度超过９３万ｋｍ。

加上有线电视网、各专用网所用的光缆，估计全国光缆的总长度达１６８万ｋｍ。

另一方面，随着光同步数字传输网（ＳＤＨ）和密集波分复用（ＤＷＤＭ）技术的飞速发展，光纤的传输容量也在以前所未有的速度发展着。

各大国内外商家，如朗讯科技、阿尔卡特、大唐电信和华为科技等纷纷推出各自的８０～４００Ｇｂｉｔ／ｓ的ＤＷＤＭ光传输系统。

据有关预测２００１年后，我国干线容量要求超过１０Ｇｂｉｔ／ｓ的线路约占１５％，到２０１０年超过１０Ｇｂｉｔ／ｓ的线路约占４３％，容量要求超过２０Ｇｂｉｔ／ｓ的约占１３％。

但与此同时，光缆的维护与管理问题也日渐突出。

随着光缆数量的增加以及早期敷设光缆的老化，光缆线路的故障次数在不断增加。

传统的光缆线路维护管理模式的故障查找困难，排障时间长，影响通信网的正常工作，每年因通信光缆故障而造成的经济损失巨大。

因此，实施对光缆线路的实时监测与管理，动态地观察光缆线路传输性能的劣化情况，及时发现和预报光缆隐患，以降低光缆阻断的发生率，缩短光缆的故障历时显得至关重要。

光缆监测系统集计算机技术、通信技术和光电技术为一体，具备远端实时、定期测试、遇不良情况自动告警及数据综合分析等多项功能。

同时，通过定期测试，光缆自动监测系统能及时判断光缆接头盒进水进潮情况，迅速准确地判断光缆障碍，缩短障碍历时，及早发现光缆劣化情况，提高长途光缆的维护质量。

根据监测对象的不同，一般将监测系统分为两大类：对光缆金属护套对地绝缘电阻的测试和对光纤后向散射系数的测试，前者也称光缆护套对地绝缘自动监测系统，后者称光纤自动监测系统。

下面分别加以说明。

１光缆护套对地绝缘电阻自动监测系统
光缆护套对地绝缘电阻自动监测系统是通过远程测量直埋光缆金属外护层对大地构成回路的完整性来实现对光缆监测的目的。

它利用远程供电系统对安装于直埋光缆接头盒内的设备进行充电，并进行数据的收集和分析，产生告警信号。

目前较为成功的光缆护套对地绝缘电阻监测系统是由英国雷迪公司研制生产的ＬＭＳ－３ＡＲＲＭ自动远程监测系统。

该系统于１９９６年在上海新场中继站至南汇登陆局间全长３９ｋｍ的线路上进行了安装。

下面以ＬＭＳ－３ＡＲＲＭ系统为例，介绍直埋光缆护套对地绝缘自动监测系统。

１．１系统的组成
光缆护套对地绝缘自动监测系统一般由前站、监测站和监测中心组成。

前站是该系统的主要组成部分，安装于光缆接头盒处，通过测量本接头盒与下一个接头盒之间的金属护套对大地的绝缘电阻来监测地下光缆状况。

监测站为前站提供工作电压，发送测试信号，收集测量结果，并进行数据处理，将处理结果传送至监测中心。

当测试数据超过设定门限值时，发出告警信号。

监测中心分析从监测站传输来的数据，并进行处理，以图形、表格等较为直观的形式展示出来。

也可发出告警音，还可进行周期或定点测试。

１．２系统各部分的功能及工作流程
１前站：主要由微处理器、电子开关、发射机、远供单元、电阻测量单元、防雷保护和传感器等部分组成。

其主要功能是接收监测站提供的供电电源、指令测量金属护套对地绝缘电阻、测量接头盒内湿度并将测量数据传送到监测站。

前站共有常态、供电、测量和数据传输等４个工作状态。

在常态时，前站中的电子开关处于断开状态，光缆的金属护套每２～３ｋｍ相互绝缘。

当来自监测站的供电或指令到来时，电子开关闭合，前站进入供电状态。

监测站通过金属护套对地构成的回路向前站远供单元的电容器进行充电，电容器中的充电电压即是前站的工作电压。

充电完毕后，前站中的微处理器启动电阻测量单元进行测量，然后将数据经金属护套传送至监测站。

２监测站：主要由中央处理单元、通信单元、信号发生器、告警单元、供电单元等部分组成。

监测站向前站发送４００Ｖ、２０ｋＡ的瞬时浪涌电压，为所有前站提供工作电压；接收来自前站的数据，进行处理存储并通过通信单元实现与监测中心的数据通信。

根据所测数据发出告警信号；根据指令发送定位信号和故障查询信号（４４０Ｈｚ、２２０Ｈｚ、８ｋＨｚ、９ｋＨｚ，供维护人员利用探测器进行故障定位。

３监测中心：由微机及通信单元组成。

监测中心可发送指令对监测站进行控制，从监测站接收测试数据，进行分析处理并提供故障及测试记录报告。

１．３系统评价
１优点：该系统在外护套质量受到影响时，提供损伤预警，可及时对受损光缆进行修复；自动进行数据采集；系统设备较为简单（与光纤监测相比较）；提供定量的故障定位信号，缩短障碍历时。

３现场监测站（ＭＳ）
现场监测站主要由工控机、ＯＴＤＲ卡、光开关、光功率采集单元、光功率控制单元、通信模块及ＷＤＭ构成。

ＭＳ可按中心指令完成点名、周期、模拟告警测试功能；仿真ＯＴＤＲ分析功能；收无光和光功率超门限应急测试功能，并可进行数据的比较和回传；自动寻呼功能。

根据不同的需要，现场监测站可实现以下几种测试方式：
●在线监测。

监测站中光时域反射测试仪（ＯＴＤＲ）采用与光传输设备工作波长不同的测试光进行测试，利用波分复用器（ＷＤＭ）、滤光器（ＦＩＬＴＥＲ）、程控光开关（ＯＳＷ），通过波分复用技术，可实时地对被在用光纤的运行状况进行监测。

●备纤监测。

对被监测光缆线路中备用光纤的运行状况进行监测。

●跨段监测。

通过配置有源设备和无源光器件（主要是ＷＤＭ和ＦＩＬＴＥＲ），对一个光缆段以上的光缆线路进行远程的在线、离线或备纤监测。

跨段监测一般用于本地网及农话等中继段较短、成网较复杂的光缆线路。

２．３技术特点
系统可进行定期（周期）测试、点名测试和障碍告警测试。

当被监测光纤发生障碍时，系统进行障碍告警测试，并对光纤障碍性质进行自动判断，按规定的告警级别发出告警信息。

并迅速、准确地确定故障点的位置。

该系统通常融合了网络通信技术、光学测量技术、地理信息系统（ＧＩＳ）以及全球卫星定位系统（ＧＰＳ）等技术，对光缆中光纤传输衰耗特性变化及光纤阻断故障实现远程分布式实时、在线的自动监测。

采用ＴＣＰ／ＩＰ进行系统互连，可使监测中心和监测站同时处理多个连接，并可远程进行系统维护及软件升级，还具有较好的安全性和较高的可靠性，符合全国电信管理网（ＴＭＮ）的要求。

２．４需要解决的几个问题
光纤自动监测系统经过长时间的开发、应用和不断的完善，已经成为我国干线光缆维护工作中重要的故障定位手段，在全国的干线网的维护中发挥着巨大的作用，但由于技术及其他原因，系统本身还存在一定的局限性。

１告警信号的提取
目前，光纤监测系统提取告警信息大致有３种方式：利用分光器提取３％的在用光，通过ＡＩＵ、ＡＣＵ进行分析；利用机务设备的架告警信号；利用设备中继光盘的收无光告警信号。

但这３种方式都存在一定的问题：①利用ＡＩＵ方式时，需分流在用系统３％的光功率，这对于光功率富余度较小的中继段来讲不太可行；②利用架告警信号时，监测系统将对该机架所有的告警信号（包括电源告警、设备告警等）进行紧急反应，易形成误告警；③由
于不同厂家的中继光盘具有不同数据格式的收无光告警信号，故该方法较难实现，且成本较高。

２系统介入的衰耗
由于系统需要介入ＷＤＭ、ＦＩＬＴＥＲ等无源光器件，会影响在用系统的收光功率。

３缺乏迅速倒换的功能。

目前的监测系统只有测试、分析和告警的功能，在光缆发生障碍后仍需等待维护人员到现场进行紧急抢修。

没有根本解决即时倒通光路、恢复通信的问题。

４监测光纤的数目较少
目前，我国一级光缆干线监测系统一般采用双向四纤监测，即在现场监测站（ＭＳ）向两个方向各监测两纤，被监测光纤在光缆中所占比例较小，当光缆发生非全阻障碍时，往往因为阻断光纤不是监测光纤而使监测系统没有产生应有的告警信息。

３发展前景
一个完整的光缆自动监测系统应包含光纤自监测和光缆护套对地绝缘自动监测两个方面，光纤的监测和护套对地绝缘监测各有其不同含意和作用，二者是互为补充相辅相成的。

随着信息技术的发展和人们对宽带业务、通信质量和服务质量要求的不断提高，我国的光纤传输网将会持续快速发展。

同时，如何进一步提高光纤通信的可靠性，如何更及时有效地对光缆线路网实施监控与管理，准确地捕捉故障征兆，防止线路阻断已经成为一个人们关心的话题，光缆线路监测的重要性将更加突出，也使光缆线路监测与管理系统成为一个新亮点而得到空前的发展。

我们相信，随着通信技术的飞速发展，光缆自动监测系统本身的局限将最终被解决。