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電力光纖到戶(hù)(FTTH)建設工程是國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)的重要組成部分，是在低壓通信接入網(wǎng)中采用光纖復合低壓電纜(OPLC)，將光纖隨低壓電力線(xiàn)敷設，實(shí)現到表到戶(hù)，配合無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )(PON)技術(shù)，建設電力光纖通信專(zhuān)網(wǎng)，覆蓋到每個(gè)電力用戶(hù)，承載用電信息采集、智能用電雙向交互、“三網(wǎng)融合”等業(yè)務(wù)。建成后，住戶(hù)將實(shí)現電力網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)的相互融合，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )基礎設施的共建共享，大幅降低“三網(wǎng)融合”實(shí)施成本，提高網(wǎng)絡(luò )的綜合運營(yíng)效率。隨著(zhù)智能電網(wǎng)建設的不斷推進(jìn)，光纖到戶(hù)部署的規模將不斷擴大，網(wǎng)上光纜的數量急劇增加。在大規模、多用戶(hù)單元的環(huán)境下，如何維護這些光纜是迫切需要解決的問(wèn)題。傳統的光纜線(xiàn)路維護管理模式，需要大量訓練有素的專(zhuān)業(yè)人員以及測試具，故障查找困難，排障時(shí)間長(cháng)，影響通信網(wǎng)的正常工作。因此，實(shí)施對光纜線(xiàn)路的實(shí)時(shí)監測與管理，動(dòng)態(tài)觀(guān)察光纜線(xiàn)路傳輸性能的劣化情況，及時(shí)發(fā)現和預報光纜隱患，實(shí)現對客戶(hù)業(yè)務(wù)恢復的快速高效響應，具有重要的現實(shí)意義。 1 ．系統監測原理 與傳統光纜測試不同之處在于PON光纜網(wǎng)絡(luò )是一點(diǎn)對多點(diǎn)的通信連接，由于引入大分光比的分光器，分光器后面會(huì )有多條光纜，從而帶來(lái)測試的復雜性。由于PON網(wǎng)絡(luò )涉及分光器和后面大量的光纜，不適宜采用備纖測試，只能采用波分復用技術(shù)。加入波分設備(WDM)，利用與PON業(yè)務(wù)波長(cháng)不同的1 650 nm波長(cháng)進(jìn)行測試，在接收端使用濾波器把測試波長(cháng)濾除，消除測試光對ONU(Optical Network Unit)的影響。 測試時(shí)1 650 nm測試光和業(yè)務(wù)光通過(guò)合波后經(jīng)過(guò)OLT(Optical Line Terminal)側光纜，到分光器件，再分到每個(gè)ONU段光纜。測試光在OLT至分光器段的光反射是單條光纜的反射信號，而分光器至ONU是將所有ONU光纜上的1 650 nm反射光傳送回來(lái)，經(jīng)過(guò)分光器聚合疊加后的反射信號送至OTDR進(jìn)行分析，每段光纜的特征信號是疊加總信號中，加上測試光經(jīng)過(guò)分光器衰減后信號本身?yè)p耗較大，反射的信號也不強。為此加入特別設計的強反射器單元，以增加每段ONU光纜在最末端的反射光能量。除增強ONU末端光纜強反射外，監測站(RTU)采用針對PON的OT-DR測試信號分析算法，以及配置專(zhuān)用的OTDR模塊，能分辨出長(cháng)度差異在2 m內的多條ONU光纜特征。即使采用1：64分光器，每段ONU光纜的末端反射信號都能被分辨出來(lái)。當其中一個(gè)ONU光纜中斷，相應的強反射峰會(huì )消失，借助這個(gè)強反射峰的消失，系統可以準確判斷出對應光纜產(chǎn)生中斷故障。在線(xiàn)方式充分利用現有PON網(wǎng)絡(luò )現有的分光器件和在用纖芯，不需要額外占用纖芯、安裝分光器和進(jìn)行工程跳纖。能保證100%測試出客戶(hù)纖芯情況，且不影響現有用戶(hù)業(yè)務(wù)。測試方式與測試結果如圖1所示。 
2．1 中心站設計 系統采用在中間應用服務(wù)器基礎上的三層體系結構。三層體系結構合理地將數據存儲、應用處理和結果展示(包括圖形、數據顯示)分開(kāi)，并將一部分數據處理和應用計算從數據庫服務(wù)器上獨立出來(lái)轉移到應用服務(wù)器上，這就可以減輕數據庫服務(wù)器的處理壓力，使得數據庫服務(wù)可以集中精力進(jìn)行數據存儲管理，而圖形數據顯示和處理則充分利用GIS平臺先進(jìn)、強大的圖形處理功能來(lái)進(jìn)行。從整個(gè)系統的角度上講，負荷分配比較均勻，提高了整個(gè)系統的數據和圖形處理能力。監測中心由服務(wù)器、網(wǎng)管終端計算機、網(wǎng)絡(luò )設備、打印機及相應的軟件等組成。設備之間通過(guò)10M／100M以太網(wǎng)相互連接，支持TCP／IP通信協(xié)議。監測中心直接管理本區域內的所有監控站。中心站實(shí)現PON光纜網(wǎng)絡(luò )監測的拓撲、配置、測試、分析、故障、性能、安全等管理功能。提供對監控站與服務(wù)器之間鏈路的監視功能。一旦監控站本身或與服務(wù)器之間的鏈路出現故障，監控中心應能及時(shí)提醒用戶(hù)，并提供相應的安全和恢復功能。監控中心能對系統和所監測的PON光纜網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行持續或間斷的測試、觀(guān)察和監測，用以發(fā)現故障或性能的降低。被管理網(wǎng)絡(luò )中的RTU監控站均由一個(gè)管理軟件平臺進(jìn)行管理，在一個(gè)工作窗口上監視整個(gè)授權管理的區域，監控中心的服務(wù)器支持所有RTU進(jìn)行的時(shí)間同步和狀態(tài)監視。 2．2 監測站設計 FTTH監測站(RTU)是本系統的核心，該監控單元擁有與OTDR儀表相同的測試功能和精度，通過(guò)對在本系統所安裝的OTDR模塊、控制模塊、電源模塊、光開(kāi)關(guān)(OSW)、波分復用器(WDM)、反射濾波器、網(wǎng)絡(luò )適配器及相應的軟件實(shí)現集中控制管理，以達到對FTTH光纜的監控。在同一臺RTU中可以同時(shí)集成用于長(cháng)途和骨干網(wǎng)監控模塊，全面覆蓋從骨干到接入層的光纜測試。監控站具有本地測試，以及監控中心遠端測試功能，按指令本地切換光開(kāi)關(guān)通道，并啟動(dòng)測試。監控中心下發(fā)的測試完畢后，監測站立即將測得的曲線(xiàn)數據文件回傳至監控中心。測試內容包括光纖通道的全程傳輸損耗及其光纖的光學(xué)長(cháng)度、光纖上各個(gè)接頭的損耗、兩接頭點(diǎn)之間的光纖衰減系數。功能結構如圖2所示。
2．3 預警設計 系統通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)方式啟動(dòng)光時(shí)域反射儀(OTDR)，對指定光纖進(jìn)行測試，獲取光纜測試數據，即沿光纜數萬(wàn)個(gè)均勻分布點(diǎn)的散射和反射功率電平值，所有取樣點(diǎn)的連線(xiàn)構成了該光纖鏈路的OTDR曲線(xiàn)�？v軸表示功率電平(dB)，橫軸表示距離(km)。光纖連接器、斷裂、終點(diǎn)會(huì )引起光的反射，形成向上突變的反射事件；光纖的彎曲、熔接會(huì )增加光纖的衰耗，引起向下的突變，形成非反射事件。通過(guò)數據分析找到曲線(xiàn)的突變點(diǎn)，確定光纖頭端、尾端、接頭、熔接等光纖事件點(diǎn)。通過(guò)與參考數據比對，分析事件點(diǎn)、光纜段、光纖鏈路衰耗數據的變化，確定光纜的運行狀態(tài)，當數據變化超過(guò)預警門(mén)限時(shí)，發(fā)出預警信息。主要包括以下步驟： (1)確定分光器位置。計算噪聲數據最小值，并查找達到該值最左邊的點(diǎn)leftpts_noisefloor，該點(diǎn)之前的反射事件且衰耗大于門(mén)限的點(diǎn)就是分光器位置。從后往前判斷測試數據值，如果小于或等于noisefloor，將noisefloor置為該點(diǎn)的值，同時(shí)將leftpts_noisefloor設為該點(diǎn)，循環(huán)結束即可準確找到。
(2)分析反射事件。從曲線(xiàn)開(kāi)始點(diǎn)到末端E點(diǎn)，采用最小二乘法擬合直線(xiàn)L。確定從光纖起始點(diǎn)到尾端E之間所有反射事件R，查找在直線(xiàn)L上方，測試數據點(diǎn)與該點(diǎn)在L上投影的差值，超過(guò)反射門(mén)限的點(diǎn)，其中分光器后每個(gè)反射事件分別為ONU光纜的結束位置。
(3)分析非反射事件點(diǎn)。根據接頭R將所測光纖分為若干段，分別在所分光纜區間段再作直線(xiàn)擬合，在每段光纖內分別確定非反射事件點(diǎn)。至少連續10個(gè)點(diǎn)在L上方，且與投影差的最大值大于事件計算門(mén)限，作為疑似非反射事件，再根據最后一次擬合的直線(xiàn)判斷該點(diǎn)衰耗是否大于門(mén)限，進(jìn)行確認。 (4)預警判斷。僅以事件點(diǎn)衰耗數據比對為例：
3 ．結語(yǔ) 本系統主要用于電力系統的FTTH光纜網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)也可用于電信、聯(lián)通、網(wǎng)通和移動(dòng)等電信運營(yíng)企業(yè)，以及所有使用光纜作為傳輸線(xiàn)路的企業(yè)，提供針對光纜網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )性能監測、維護、資源管理等各項服務(wù)。隨著(zhù)智能電網(wǎng)建設的深入，線(xiàn)路監測和管理智能化的要求會(huì )越來(lái)越高，也因此使電力光纖到戶(hù)光纜監測系統成為電力通信市場(chǎng)的一個(gè)新亮點(diǎn)，而得到空前的發(fā)展。 來(lái)源：智能電網(wǎng) |
