浅谈光缆的监测技术及其保护

目前我国信息容量的90%以上是通过光缆线路传送的。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，影响网络的正常工作。虽然现有环网保护技术可在一定程度上能继续保证业务的畅通，但可以看出，由于线路维护仍然采取传统的方式维护抢修，线路故障恢复历时均较长，出现业务故障的隐患仍然存在。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

历时显得越来越重要。

光缆线路监测的目的

和过程

监测就是通过对设备状态信息进行采集，将采集的数据进行汇总与分析，并对设备运行状况进行有效评价，从而发现设备的故障与潜在故障的全过程。监测是维护的基本行为，有了监测才能对设备进行科学的维护。监测包含以下三个过程：其一，信息采集。获取足够的信息是对被监测对象所处状态进行了解的第一步，没有信息采集过程，监测就无法进行。信息采集可以是定时的，也可以是连续的、不间断的。其二，信息数据的汇总与分析。如果只进行数据的采集而不进行统计和分析，就不可能揭示各种现象的本质，就不可能发现问题与规律，也就很难真正实现监测的目的。其三，对设备运行状况进行有效的评价和诊断。监测是维护的基本行为，维护所追求的中心目标就是诊断。诊断是以监测为基础，同时诊断也应该是监测行为的一个组成部分。有效评价和诊断是建立在数据统计与分析基础之上的，如果没有一个科学的分析和评价体系，就很难对故障进行有效判别，特别是对于潜在故障的判定。因此，监测一定是包含了数据采集、分析、评价和诊断的一个全过程，其目的是发现设备的故障与潜在故障。

光缆线路自动监测系统

光缆线路自动监测系统OAMS（Optical fiber cable line Automatic Monitoring System）是针对光缆的集中监控、测试系统。是有效压缩全阻障碍历时和及时发现光缆线路隐患的重要技术手段。它利用计算机技术、光纤通信测量等技术，对光缆线路质量、运行等情况进行自动、实时监控和测试。对运营商来说，一个真正有价值的光缆监测系统，至少需要在经济性、安全性和易用性三个方面都能够满足要求。除此之外，系统还需要具备良好的可扩展性和兼容性，便于系统的维护。

１、光缆线路自动监测系统的工作原理及技术特点

光缆线路自动监测系统（OAMS）是通过分布在光缆线路中大量的数据采集点的光器件，将光纤传输性能的大量基础数据，如光功率、光脉冲北向散射等，传递到各级监测中心及监测站，并对其数据进行分析和处理，及时、准确地将光缆系统运行情况反馈给维护人员，使维护人员能及时发现和修复故障。

系统将现代网络通信、计算机通信、光学测量技术融合在一起，同时，利用地理信息系统（GIS）以及全球卫星定位系统（GPS）等技术为线路信息、线路定位提供可靠的保证，对光缆中光纤的传输衰耗特性变化及光纤阻断故障等情况，可以实现远程分布式实时、在线的自动监测，且不影响在用光传输系统的传输性能，实现服务（为客户提供优质电路）与维护（为线路提供先进维护手段）两不误。

２、光缆线路自动监测系统的组成和功能

光缆线路自动监测系统主要由省监测中心PMC、区域监测中心LMC、现场监测站MS组成。

负责对各监测站进行控制，是采集和处理数据的中心，由控制器（服务器、客户机、工作站）、路由器、集线器/交换型集线器、网络适配器、MODEM、打印机及相应的软件等组成。PMC一般采用主备用方式。监测站负责对光缆线路进行远程遥控自动监测，跟踪光纤传输损耗的变化，由告警监测模块、OTDR模块、控制模块、电源模块、程控光开关、WDM（波分复用器）、滤光器、MODEM、路由器、网络适配器及相应的软件（含OTDR仿真软件）等组成，通常安装于传输机房用的标准机架内。OAMS采用模块化、分布式多级体系机化，有效地预防和减少光缆障碍，为光缆传输构，实现多级监测网络互联。

光缆线路自动监测系统主要功能：

（1）、远程、实时、在线地进行光缆路中被监测光纤运行状况的监测，预防光缆线路的障碍隐患；

（2）、.按规定的周期，分别向本地网络管理中心（LNMC）和省网路管理中心（PNMC）传报被监测光缆线路状况的数据文件；

（3）、当光缆线路中被监测光纤发生障碍时，LMC（或MS）迅速，准确地确定障碍点的位置，并立即向PMC、LNMC或PNMC传报，及向区域光缆维护监测中心和省光缆维护监测中心传报；

（4）、配合光缆线路障碍的抢修，压缩障碍历时。

光缆监控方式

前面已经提到过，光缆监测系统的工作包括监控和测试两个部分。监控就是发现光缆故障，而测试是定位光缆故障的具置，这两个步骤缺一不可。首先研究一下监控光缆故障的几种方式：

1、基于轮询的方案

即周期性测试方案，系统针对监测范围内的光缆网络中的每一条或每一组光缆段，逐一选择相应的光纤测试链路，启动OTDR进行测试，判断当前测试的光缆段是否有故障。轮询方案的优势在于成本低，除了OTDR仪表和光开关，不需要再部署其他硬件，但这种方案的劣势也很明显：无法及时发现光缆故障，因此也就无法实现故障的实时定位。

2、光源＋OPM（光功率计）的方案 把光源放置在在被测光缆的一端，并向光缆中的一根备纤发射功率稳定的测试光，在光纤的另一端使用OPM测试光功率，如果光功率异常，则产生事件通过与控制平面的接口上传。这种方案基本上可以实现对光缆故障的实时监测。因为光缆中断时，承载光源的备纤也会中断，从而被OPM检测到异常。这种方案可以实现光缆故障实时监测，但是由此带来了另一些弊端：

（1）、光源发出的测试光需要占用光纤资源；

（2）、系统中至少存在光源、OPM等硬件，当系统具备一定规模时，维护非常困难，而且系统建设投资会随光缆网络的扩大而急剧增加。

3、分光器＋OPM（光功率计）的方案

基于OPM和分光器的方案是指在已经承载业务的光纤上放置一个分光器，从光纤业务信号中分出一部分（如总功率的3%）到OPM，由OPM监测被分出的小功率光信号的变化情况。如果OPM监测结果异常，系统则认为该业务光纤对应的光缆段可能发生故障，从而启动OTDR对相关的光缆进行测试。这种方式取消了光源的配置，也减少了备纤的占用，但是也带来了新的问题：

（1）、传输业务光纤增加了一个光器件（分光器），也就增加了一个潜在的故障点，使传输系统的可靠性有所下降；而且在系统部署的时候需要大量的割接活动（在每两个传输设备之间都要有一次割接），可操作性极差。

（2）、与方案2类似，系统部署时需要配置大量的OPM及分光器等硬件设备，光缆监测系统的建设成本和扩容成本也随之增加，分布放置的OPM和分光器也会增加系统的维护成本；

4、基于传输告警启动测试的方案 鉴于上述三种常见方案的弊端，业内一些专家又提出了新的光缆监测实现方案：采用业务设备告警作为启动OTDR测试条件的方案。由于光缆上承载了大量的业务设备，这些业务设备在光缆出现中断或劣化等问题后，往往会产生特定的告警，譬如对于传输网络来说，光缆中断会导致与这根光缆相连接的设备端口产生R-LOS、R-LOF、B1-OVER等RS层相关的告警。如果定义清楚业务设备端口和光缆的对应关系，就可以通过告警发生的端口号和单板号感知到是哪一段光缆发生了故障，进而再启动OTDR进行测试。这种方案比起之前的种种方案，优势不言而喻：成本大幅度降低，安全性提高，系统对光缆故障的响应也更加灵敏。

从产品硬件组成上来看，这种方案与旧有的OPM方案差别似乎很大，其实传输设备产生的光口告警与OPM产生的告警都是启动测试的条件，光源、分光器和OPM完全可以等效为传输设备的发光口和收光口，成为光纤业务平面的一部分。从这个角度来看，传统的OPM方案不过是新的监控方式的一种特例罢了。因此，新的监控方式完全可以兼容之前介绍的轮询、光源＋OPM以及分光器＋OPM三种监控方式。

光缆监测系统的测试方案

上面所阐述的是光缆监测系统感知光缆故障的几种方式。在感知到光缆故障后，系统下一步工作就是启动OTDR对目标光缆段进行测试，进一步确定故障点的具置。光缆监测系统的测试方式有完全不同的两种方案：在线测试和备纤测试。

1、在线测试―――利用波分复用的技术，使测试波长与工作波长复合到一起，共享物理介质（光纤）来进行测试的一种方法。这种测试方法的优势在于可以直接反映在用纤芯的情况，对于接头故障，部分断纤的情况都可以测出来。但这种方式的弊端也非常明显：

（1）、需要增加WDM模块分合波，同时还要在设备之前增加FILTER模块滤掉OTDR的杂光，这些光器件会使系统成本大大增加

（2）、增加的光器件给系统引入了插损和故障点，对传输性能和可靠性有潜在影响，而当OTDR启动测试时，大功率的OTDR测试光和业务信号在同一介质中传输，对在用业务有直接影响

（3）、在系统部署时，需要大量割接承载有业务的光纤，对于承载了重要业务的光纤来说，这种频繁割接几乎是运营商所无法接受的。

2、备纤测试―――测试链路独享物理介质，即测试光与传输业务在同一根光缆的不同纤芯中传输，测试光与业务光物理上隔离。这种方式的优势在于成本低，部署方便，安全性高。弊端在于：（1）、测试结果无法直接反映在用纤芯的情况。（2）、测试光需要占用被测光缆中的一根备纤 。

在谈到备纤测试的时候，有必要先了解一个事实：从理论上来说，一根光缆里的所有纤芯，不论是否使用，其受环境影响的程度和物理特性的变化大致相同，例如：外力作用、湿气渗透、线路受潮或线路断损等，所表现出的性能数据的改变情况基本相同。因此通过测试备纤的性能基本上可以反映整根光缆包括工作光纤的性能。根据Bell core的测试结果，大约有90％的光缆故障会影响光缆中的所有纤芯。因此测试了光缆中的一根纤芯，就基本上可以间接反映出整根光缆的情况。这个结论非常重要，因为它是光缆监测系统的理论基础。

第2种方案毫无疑问要更有竞争力，毕竟光缆监测系统是一个光缆辅助维护系统，目的是减少传输故障时间，如果这个系统又为传输系统新引入了故障点，恐怕就有些得不偿失了。而且备纤测试方案的建设成本和部署成本比在线测试低的多，同样的投资预算，采用备纤测试方案可以监控更大范围的光缆。总之，通过备纤测试的方式不论是在成本，还是在安全性、可维护性方面，都要远远优于在线测试。

光缆线路的保护

保护是实施各种有效措施以提高光缆线路抵抗各种不安全因素的能力，从而提升线路可靠性的过程。在对光缆实施保护的过程中，对于各种不安全因素的控制主要包括以下几个方面：

１.对线路周边环境的保护，避免或尽量降低人为活动、外力施工、自然灾害等对线路的影响；

２.对光缆线路的各种设施和资料的保护，包括各种光缆附属设施、光缆路由图、标石距离对照表等；

３.对光信号传输的保护，通常需要实施光缆路由保护和电路保护等措施来进行加强。

光缆路由保护和电路保护系统的实施，通常是一个建设过程，而对线路周边环境的保护和对光缆设置资料的保护，则是具体的维护措施，属于维护范畴，因此保护既属于建设活动同时也是维护活动的具体措施。

光缆线路的保护可以分为基础性保护、路由保护和电路保护三个层次。

基础性保护也可以称为预防性保护，具体包括对光缆线路周边环境的治理、线路整治、标石整治、线路资料整理、护线宣传等内容。之所以称为基础性保护，是指这一部分保护工作为线路维护的基础性工作，是确保线路正常运行的必备条件。一切保护工作的开展都要以基础保护为基本出发点。之所以又称其为预防性保护，是指通过基础保护工作，可以有效提高线路正常运行的可靠性指标，并可有效预防故障的发生。

路由保护是指对重要光缆线路进行双路由备份，当一条路由线路的通信质量劣化到临界值或发生阻断时，将其所承载的数据通过备份路由线路进行传输，并及时对故障路由线路进行修复。路由保护的重点是主/备路由不能采用同一条光缆线路，否则当整条光缆发生阻断故障时，就无法起到路由保护的作用。

电路保护是对光缆线路进行双电路备份，当一条电路的通信质量劣化到临界值或发生阻断时，将其所承载的数据通过备份电路进行传输，并及时对故障电路进行修复。

监测和保护都是维护的基本行为，但是两者的目的不同，监测是以发现故障和故障隐患为目的的活动，通过监测，尽可能及时发现故障隐患。而保护既是防患于未然而采取的建设活动，同时也是降低故障历时、确保通信正常而采取的应急措施。预防性保护工作的部署和实施必须建立在对监测数据的统计分析基础之上，需要根据具体的数据对保护工作进行指导，因此没有监测就谈不上保护。在维护生产活动中，监测是保护的前提条件，保护活动是对监测结果采取的具体维护措施，是监测的延续。监测和保护之间是先监测后保护的关系，两者在维护中缺一不可。

随着信息技术的发展和人们对高速数据业务、图象业务的迫切需求，高速因特网、多媒体视象等宽带业务的接人，我国的光纤传输网将会继续得到持续快速发展。光纤接入网的建设原则是光纤尽可能接近用户，即光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到小区（FTTZ）、光纤到户（FTTH），这将使光缆传输网发展得更加复杂和庞大。同时，人们对通信质量、服务质量的要求也会越来越高。光通信技术的发展，将使光纤传输信息的能力越来越大，单位时间的线路阻断会造成更大损失。因此，光缆线路监测的重要性将更加突出。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实施监控与管理，准确地捕捉故障征兆，防止线路阻塞已经成为一个人们关心的话题，也因此使光缆线路监控与管理系统成为通信市场的一个新亮点，而得到空前的发展。