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一、光缆网络概况
信息的快速增长，导致了通信网络的急剧扩展，光纤网络固有通信特点，促使其迅速发展，2003年电信市场的需求量为1450万芯公里左右， 2004年达到1600万芯公里，而且每年以10%的速度增长，预计市场投资金额将达到42.8亿元人民币。
国内光缆网络初步建立是在80年代，而经过20多年的发展，光缆网络已经初具规模，占据了国内通信市场的30%，在国外，光缆通信占据了通信的60%-80%，因此预计未来几年国内光缆市场的发展空间还是很大。
二、光缆的迅速发展，引发的各种问题
光缆的迅速发展，导致维护工作困难增大。随着时间的推移，因为光纤物理特性，第一批铺设的光纤衰减损耗也越来越大，对通信质量影响日益明显，而各行业对通信质量的要求也是越来越高。
长途光缆经过地理环境比较复杂，跨越距离几十公里到上百公里，其间发生故障的几率非常高，经常出现因地方施工、百姓耕地、取土造成光缆人为阻断，而一旦长途光缆发生故障，其维护时间相对较长，造成很大的经济损失。
光缆建设初期，对主要干路才使用光纤传输，网络规划比较简单，工程施工难度也不是很大。发展至今，光缆网络规模已经非常庞大，网络结构更是复杂，相应的网络维护工作已经显得非常困难。对于跨地域通信网络，铺设光纤长，接收端距发送端几十到上百公里，中间可能经过多个节点分支，无法直接测试，需要分段测试、逐段排除才能够查到故障点，维护人员长途跋涉，工作异常艰辛。为了解决意外造成的通信中断问题，有些运维管理部门通过培养人才、添置先进仪器、组建光缆抢修中心等方法，甚至装备了价值几百万元的抢修专用车，但维护质量却不尽如人意。
对运营商而言，如何提高网络运营效益就显得尤为重要。需要及时掌握网络的运营状况，在发生劣化或故障时，能够准确定位，缩短障碍时间，显得非常重要。而一般维护工作是在发生故障后，维护人员再使用仪器去测试光纤，推算大概距离点在什么位置，往往会存在很大误差，维护效率低。
对于光纤的劣化，手工测试就很难发现，它的衰减是一个长期而渐变的过程，如果没有长时间测试数据积累分析，是难以发现的。寻求光纤特性的计算分析对提高光缆铺设、维护是一个有效的手段。
网络规模的迅速扩大，带来的另一个问题是光缆数据管理困难。成批的光缆网络规划、施工资料人工管理比较混乱、检索困难，如果发生故障，维护部门查找起来特别艰难，给抢修工作造成了很大的时间浪费。在无奈之下，只有增加人力，但这些措施并没有真正解决问题，而且经过多年的发展，这些数据的管理已经非人力所能及，只有借助计算机来管理。
三、光纤监测系统解决方案
1、基本原理
作为新一代光纤监测告警系统，要求它能定期检测光纤的衰减情况，在出现故障时及时告警，并通过光衰减曲线辅助分析故障的原因，同时配合地理资源系统能精确定位故障点距离，保障及时、快速抢修、维护。
(1)光功率分析监控
传输网络告警监测分析模块采用对收通信光功率的实时监测并配合光端机的无光告警，将收通信光视作监测光，在接收端光端机前的ODF上利用分光耦合器件分取3%的光功率，然后通过光功率告警集成采集单元（AIU）送至计算机分析处理，实现光功率动态变化的告警监测。分光损耗理论值（0.15dB），不影响正常通信。
(2)光纤性能和故障监测
对光纤性能和故障监测的分析模块采用计算机控制的OTDR卡和配套光器件（包括光开关、波分复用器、滤光器等）实现，监测计算机通过程控光开关(OSU)选择被测光纤，路由选通后OTDR发射1625nm检测光，再经过波分复用器件(WDM)复用到传输网络中，检测光的反射波由计算机控制的OTDR进行分析处理，实现光缆运行性能的监测和故障的精确定位。
(3)光纤光缆资源管理与规划
结合GIS系统，对光缆资源实现可视化管理，在地图上准确建立光缆、管道、人孔、机楼等空间资源，通过使用熔接等功能生成光缆路由网络，并生成专题网络拓补图，集中管理光纤网络资源，合理规划网络结构。 （图片）
图1 系统监测原理图 2、系统构成与典型组网
(1)系统构成
1)远程监测站（MS：MONITORING STATION）
光纤监测的控制台，安装在传输机房和长途线路中继站或接入网络的模块局，可实现无人值守。
MS的测试设备包括 OTDR（光时域反射测试单元）、AIU（光功率告警监测单元）、OSU(程控光开关控制单元)以及工控机等。
MS单元采用INTEL PENTIUM以上的工业控制计算机，内置OTDR卡；OSU单元可跨段级连，实现1024路OTDR测试路由；AIU单元按段设计，实现1024路告警监测。
2)监测中心（MC：MONITORING CENTER）
利用Ethernet 和LAN的网络技术，实现MC监测中心与MS监测站监测服务器的通信高性能服务器和数据库系统的网络服务平台，支持WWW访问，支持GIS/GPS矢量定位和地图显示等先进应用，支持TCP/IP、SNMP和TMN网管技术，支持PSTN、ISDN、X.25、DDN、E1的WAN，采用专线路由和拨号访问路由。
3)ODF等其它设备
通过ODF配线架，把监测系统接入到光缆网络中,使其能够完成在线监测功能。（图片）
图2 网络结构 (2)典型组网应用
1)小型专网集中监控
光纤监测管理系统采用远程监测，集中管理，多级区域组网等方案，可以根据网络的规模进行灵活规划。
对于小型专网，如果采用心型结构规划，可以使用集中监控的方式，在总局设立监控中心和监测站，把通往分局的光纤接入到系统，这样就可以实现通信光缆的在线监控。
系统监测有两种方式：
a.在线监测(图)（图片）
图3 在线监测接入图 在线监测方式是较常用的一种系统接入方法，它比较节省光缆资源，在现有通信光纤基础上，通过分光器采集3%的通信光进行光功率的测试分析，而97%的光进行正常通信，系统的增加0.13dB的损耗，不会影响到系统的正常通信。OSU使用波分复用器件，动态的把1625nm的测试光波与正常的通信光波(1310/1550)复用在一条光纤中传播，到光纤对端进入接收设备之前，使用滤光器件(Filter)过滤掉1625测试光，只让1310和1550的通信光通过，这样就不会造成通信信号的干扰。
在线监测的特点是不需要增加额外的通信线路，只需要对现有线路跳接。只是在通信线路接入时会暂时影响正常通信。
b.备纤监测
备纤监测适用于网络资源丰富，对正常通信质量要求较高，采用空闲资源监测的方案。该方法需要在分局端增加模拟光源，总局进行监测即可。
优点在于不会干扰正常通信，比较好管理。缺点是需要使用空闲的光纤资源。
2)跨区域多级监控（图片）
图4 多级区域监测方案图 对于电信、移动、联通等运营商，网络规模较大，可以采用区域性多级网络规划，设立多个监测中心，区域监测中心、省级监测中心，使用权限处理上级监测中心可以访问控制下级监测中心数据，下级监测中心可以访问同级具有信任关系的监测中心数据。
四、系统功能特点
1.具有强大的监测功能
(1)光缆跨段监测，解决多段光缆分支规划的测试题。
(2)备纤监测，保证现有光纤高效通信，利用空闲资源监测光缆异常阻断。
(3)远程监测，可以通过以太网进行远程光路切换，实现远程监测路由，也可以使用远程监测站进行分区域监测。
(4)多级告警可设门限，实现了对故障的分级管理。
2.多样的测试方式
(1)点名测试，安装需要，指定路由进行测试，满足用户的调试及日常维护需要
(2)告警测试，AIU发生告警后自动起动测试功能，测试数据将进行分析处理。是系统动态监测的有效测试方式。
(3)周期测试，设定测试计划及任务，系统会自动测试光纤各项数据并分析存储，随着时间的推移，可以分析光纤劣化特性。
3.OTDR仿真分析
对光缆测试数据可以使用图形进行光缆特性分析，详细了解光纤的衰减因素及影响通信的各种事件，帮助解决故障。（图片）
图5 OTDR仿真图 与历史数据比较，分析光纤隐性衰减因素，提早做出预防措施，减少光纤的重大通信故障。
4.多种告警方式,适应不同的维护需求
(1)声音告警,连续播放告警产生的路由及实际距离
(2)在GIS地图上动态闪烁故障发生位置
(3)利用手机短消息发送详细告警信息。
(4)通过电话网络将线路故障信息传递到管理者的手机、固定电话。
5.强大的GIS系统支持
(1)GIS系统的支持，加快故障定位速度，极大提高维护效率；
(2)利用GIS系统，系统资源定位更准确、网络规划更方便。
6.强大的资源管理功能
结合GIS实现光缆、管道、人孔、机楼等资源的可视管理，并能够使用空间元素查询功能了解资源信息。
7.完备的系统自检及远程升级
(1)动态反馈各设备运行状态，自动同步系统时钟；
(2)支持远程升级及系统的远程复位功能。
五、结束语
光纤监测管理系统的应用，将给公网和专网运营商带来较为直接的运维效率，保障通信网的安全，为进一步的光纤网络规划和建设提供重要的参考数据。
5/26/2005
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