光纜網運營維護綜合管理系統(tǒng)可實現資源管理和線路檢測

1.引言

隨著密集波分復用技術及高速數字同步傳輸技術的發(fā)展，光纖通信技術在互聯(lián)網、電話、電視等領域已得到了廣泛應用。然而，全球各地基礎建設和自然災害，不可避免的對埋設的光纜造成危害，導致光纜網運營維護越來越困難。光纜網運營維護涉及到多個層面的工作，在業(yè)務方面，當光纜出現故障甚至斷裂的情況下需要保證業(yè)務能夠連續(xù)不中斷；在維護方面，希望能夠定期巡檢、監(jiān)測，提前對故障進行預警，并在出現故障時準確分析、準確定位，為快速搶修提供保證；另外，還需要對光纜設施等基礎數據進行有效的管理。

目前，已經有一些解決方法，但它們僅能解決某個方向或某個層面的問題，而不能從整個光纜網運營維護的宏觀上提出徹底的解決方法。而本文旨在提出一個綜合網絡管理系統(tǒng)，為整個光纜網運營維護工作提供統(tǒng)一的網絡管理平臺。

2關鍵技術介紹

2.1OTDR技術

OTDR的英文全稱是OpticalTimeDomainReflectometer，中文意思為光時域反射儀。OTDR是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，它被廣泛應用于光纜線路的維護、施工之中，可進行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。

2.2GIS/GPS技術

GPS全球衛(wèi)星定位技術（GlobalPositioningSystem）

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是隨著現代科學技術的發(fā)展建立起來的一個高精度、全天候和全球性的無線電導航定位、授時的多功能系統(tǒng)。它利用位于距地球2萬多公里高的、由24顆人造衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網，向地球不斷發(fā)射定位信號。地球上的任何一個GPS接收機，只要接收到三顆以上衛(wèi)星發(fā)出的信號，瞬間就可以解算出被測載體的運動狀態(tài)，如：經度、緯度、高度、時間、速度、航向等。

GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱，而其中文簡稱為“球位系”。GPS是20世紀70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、 全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設完成。在機械領域GPS則有另外一種含義：產品幾何技術規(guī)范（Geometrical Product Specifications）-簡稱GPS。另外一種解釋為G/s（GB per s）

GPS即全球定位系統(tǒng),又稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，中文簡稱為“球位系”，是一個中距離圓型軌道衛(wèi)星導航系統(tǒng)，結合衛(wèi)星及通訊發(fā)展的技術，利用導航衛(wèi)星進行測時和測距。GPS是美國從本世紀70 年代開始研制，歷時20 余年，耗資200 億美元，于1994 年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實施三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。經過近十年我國測繪等部門的使用表明，全球定位系統(tǒng)以全天候、高精度、自動化、高效益等特點，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學等多種學科，從而給測繪領域帶來一場深刻的技術革命。

GIS地理信息處理系統(tǒng)（GeophysicsInformationSystem）

GIS地理信息處理系統(tǒng)是為了獲取、存儲、顯示、查詢定位數據而建立起來的計算機數據庫管理系統(tǒng)，將所需要的信息和資料直觀、形象地在電子地圖上以圖形或表格的形式顯示出來，為GPS衛(wèi)星定位提供良好的地圖環(huán)境，并能將空間信息和屬性信息的處理完美結合起來，以直觀的方式顯示位置狀態(tài)等信息。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System, 簡稱GIS）作為獲取、處理、管理和分析地理空間數據的重要工具、技術和學科，近年來得到了廣泛關注和迅猛發(fā)展。從技術和應用的角度，GIS是解決空間問題的工具、方法和技術；從學科的角度，GIS是在地理學、地圖學、測量學和計算機科學等學科基礎上發(fā)展起來的一門學科，具有獨立的學科體系； 從功能上，GIS具有空間數據的獲取、存儲、現示、編輯、處理、分析、輸出和應用等功能；從系統(tǒng)學的角度，GIS具有一定結構和功能，是一個完整的系統(tǒng)。

地理信息系統(tǒng)既是管理和分析空間數據的應用工程技術，又是跨越地球科學、信息科學和空間科學的應用基礎學科。其技術系統(tǒng)由計算機硬件、軟件和相關的方法過程所組成，用以支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規(guī)劃和管理問題。

GIS的操作對象是空間數據和屬性數據，即點、線、面、體這類有三維要素的地理實體?？臻g數據的最根本特點是每一個數據都按統(tǒng)一的地理坐標進行編碼，實現對其定位、定性和定量的描述、這是GIS區(qū)別于其它類型信息系統(tǒng)的根本標志，也是其技術難點之所在。

地理信息系統(tǒng)處理、管理的對象是多種地理空間實體數據及其關系，包括空間定位數據、圖形數據、遙感圖像數據、屬性數據等，用于分析和處理在一定地理區(qū)域內分布的各種現象和過程，解決復雜的規(guī)劃、決策和管理問題。

3.系統(tǒng)設計方案

3.1系統(tǒng)功能劃分

本系統(tǒng)從邏輯上可以分為如下四個子系統(tǒng)，光保護子系統(tǒng)、光纜監(jiān)測子系統(tǒng)、光纜資源管理子系統(tǒng)及光纜巡檢子系統(tǒng)。

光保護子系統(tǒng)主要作用是在光纜發(fā)生故障或者光纜中斷的情況下，在極短的時間（≤50ms，典型時間25ms）將光路由切換到備用光纜，在切換的時候，SDH/DWDM系統(tǒng)幾乎不會感知到切換，業(yè)務能夠得以連續(xù)，大大增強了系統(tǒng)的可用率。

光纜監(jiān)測子系統(tǒng)則是采用機架式的RTU設備（內含OTDR、OSW、OPM等模塊），一方面通過測試數據了解當前光纜網的運行狀況，及時發(fā)現劣化趨勢，防患于未然；另一方面當出現光纜中斷時，能夠快速響應，準確定位，快速搶修，縮短障礙歷時。

光纜巡檢子系統(tǒng)則是以GPS/GIS地理信息技術為基礎，通過人工巡檢等方法，及時發(fā)現外部環(huán)境等隱患，及時處理，從而保證光纜網能夠安全持續(xù)運營。

光纜資源管理子系統(tǒng)則是以光纜設施為基礎，提供并維護光纜設施數據庫，提供基于GIS的光纜地圖。

除了四個相對獨立的子系統(tǒng)之外，本系統(tǒng)從外圍框架上提供了統(tǒng)一的安全管理、用戶管理、日志管理等公用模塊。

以上四個子系統(tǒng)采用低耦合的方式有機的融合在一起，四個子系統(tǒng)之間既能夠獨立運行，又能夠通過內部接口相互協(xié)助，在需要時能夠提供數據信息給對方或從對方獲取數據信息。

光保護子系統(tǒng)提供實時的光纜衰耗和功率告警信息給光纜監(jiān)測子系統(tǒng)，光纜監(jiān)測子系統(tǒng)對這些信息進行處理后，能夠分析光纜故障并驅動OTDR進行故障測試。

光纜監(jiān)測子系統(tǒng)在測試到光纜存在故障后，需要調用光纜資源管理子系統(tǒng)的光纜設施數據，通過技術分析、計算，將光纜監(jiān)測子系統(tǒng)得到的以光纖長度表示的故障位置換算成以桿位/標石/接頭表示的故障位置，并通過資源管理子系統(tǒng)在GIS光纜地圖上呈現出來，方便維護工程師進行準確定位和搶修。

光纜巡檢子系統(tǒng)可以在第一次巡檢時采集設施信息，為光纜資源管理子系統(tǒng)提供基礎數據。完成基礎數據的采集后，光纜資源管理子系統(tǒng)則反過來為巡檢子系統(tǒng)提供數據支撐，并將巡檢發(fā)現的故障位置呈現在光纜地圖上。同時光纜巡檢子系統(tǒng)在發(fā)現光纜故障時，也可以給光纜監(jiān)測系統(tǒng)提供信息驅動OTDR進行障礙測試。

光纜資源管理子系統(tǒng)主要為其他子系統(tǒng)提供數據及GIS信息支撐，同時也是故障信息最直觀的人機接口。

3.2系統(tǒng)網絡圖

本系統(tǒng)采用C/S架構，系統(tǒng)的總體框架圖如下，客戶端通過TCP的方式和服務器進行通信，服務器則根據設備類型選用TCP或UDP的方式進行通信。

數據庫采用SQLServer系列大型數據庫，滿足高容量系統(tǒng)需求；服務器采用windows系統(tǒng)服務方式，開機自治運行；客戶端采用JAVA開發(fā)，界面操作簡潔，易使用和維護。

各子系統(tǒng)在系統(tǒng)中以模塊化的形式存在，子系統(tǒng)之間采用內部通訊方式進行交互，耦合度接近零，各子系統(tǒng)可以方便靈活進行安裝/卸載，方便整個系統(tǒng)的分步實施，或根據客戶的實際需求進行裁剪。

3.3系統(tǒng)外部接口

系統(tǒng)本身采用開放式的架構，在其上可以進行二次開發(fā)，能夠提供CORBA、ESB/WebService或TCP/IP協(xié)議的接口供更高級別的綜合網管調用。

另外，通過二次開發(fā)，本系統(tǒng)還能夠和其他廠家的網管系統(tǒng)進行互通，如獲取傳輸、EPON等設備的告警以驅動OTDR進行測試等。

4.系統(tǒng)功能介紹

4.1公用模塊功能介

系統(tǒng)公用模塊功能圖如下：

用戶級別分為系統(tǒng)管理員、系統(tǒng)維護員、系統(tǒng)操作員、系統(tǒng)監(jiān)控員四級。

可以根據實際情況對用戶分區(qū)，該區(qū)域的用戶只能監(jiān)控該區(qū)域內的設備。

告警級別分為緊急告警、主要告警、次要告警、提示告警四級。

可配置告警時發(fā)送短消息或Email通知到相關人員。

4.2光保護子系統(tǒng)功能介紹

光保護子系統(tǒng)功能圖如下：

光保護子系統(tǒng)功能特點：

1.方便、直觀、實用的路由圖

在路由圖上可以實時顯示機盤各端口的功率監(jiān)控值，并計算出光纖段的衰耗，并可以方便進行路由倒換、工作模式更改及告警閾值修改等操作。

2.縱觀全局的系統(tǒng)圖

在系統(tǒng)圖上可以查看整個系統(tǒng)的狀態(tài)，可以查看路由的所有當前功率、告警閾值、是否存在告警、當前工作線路、線路衰耗、機盤的工作模式等信息。

4.3光纜監(jiān)測子系統(tǒng)功能介紹

光纜監(jiān)測子系統(tǒng)的功能圖如下：

光纜監(jiān)測子系統(tǒng)特點：

1.靈活的配置功能

告警驅動可以是OLP光保護告警、OPM功率監(jiān)測告警，或來自其他傳輸系統(tǒng)的告警。當監(jiān)測到以上告警時，系統(tǒng)自動啟動OTDR對相關光纖進行測試。

2.集成GIS電子地圖

GIS電子視圖能夠顯示RTU設備實際位置并能夠右鍵菜單方便操作；在光纜出現故障時，能夠自動計算出精確到桿位/標石的地理故障位置信息，并采用圖示和文本兩種方式顯示具體的故障點位置：

3.豐富的報表功能

具有監(jiān)測設備報表、告警統(tǒng)計報表、光纜障礙報表、光纜衰耗報表、光纜劣化報表、光纖資源報表等眾多報表，下圖是光纜衰耗報表：

4.獨特的PON接入光纜監(jiān)測功能

除了對主干光纜的監(jiān)測，本系統(tǒng)還可以通過采用“準無源遠程光開關”等先進技術實現使用普通OTDR模塊對接入網中的每個分支光纜進行監(jiān)測的功能，并能夠精確定位PON系統(tǒng)中分光器后每根用戶纖的準確長度和斷點位置，即使兩根用戶光纖的長度一樣。有效解決傳統(tǒng)PON光纜監(jiān)測系統(tǒng)無法區(qū)別相同長度光纖的弊端。PON測試示例圖如下：

4.4光纜巡檢子系統(tǒng)功能介紹

光纜巡檢子系統(tǒng)功能圖如下

巡檢子系統(tǒng)使用了GPS全球衛(wèi)星定位技術、GSM全球移動通訊技術、GPRS通用無線分組業(yè)務、GIS地理信息系統(tǒng)和計算機網絡通信與數據處理等多種先進技術，在移動通訊平臺上實現了對光纜巡檢人員跟蹤管理及監(jiān)控功能。巡檢終端可以采用專業(yè)的GPS巡檢器，也可以使用具有GPS功能的手機終端。

4.5光纜資源管理子系統(tǒng)功能介紹

光纜資源管理子系統(tǒng)功能圖：

光纜資源管理子系統(tǒng)中需要管理的對象如下：

局站（含地下進線室、管道閘）、管道（包括人井、進線室、管道段、管群等）、桿路（包括電桿、標石等）；光纜（包括中繼光纜和用戶接入光纜）、纜段；光交接點（包括光配線架、光交接箱、光纜分歧接頭等）、光接入點（包括分纖箱等）；光路（由多段光纖連接而成）。

所管理的資源屬性包括資源名稱、資源編碼、資源類型、資源規(guī)格類型、資源GPS坐標等。

電子地圖采用MapInfo格式，能夠以不同顏色呈現不同級別的告警信息。

提供對局站、光交接點、光纜段、纜段設施等的查詢統(tǒng)計，或通過指定設施類別、設施屬性等方式來準確地統(tǒng)計所需內容。

5.結束語

本文對光纜網運維綜合管理系統(tǒng)的主要功能做了一個介紹，整個系統(tǒng)的開發(fā)依照電信級網管要求，符合相關的行業(yè)標準和ITU-T建議，通過了苛刻的安全性能、穩(wěn)定性能測試。系統(tǒng)功能強大，操作簡易，界面友好，在全國各大運營商均有應用。