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摘要：分析了光纤在线监测系统的必要性，对光纤在线监测系统在通讯技术上的可行性和软件功能进行了探讨，举例论述了主要站点的配置方法。
关键词:光纤在线监测光纤在线监测系统配置 软件功能
Abstract: the author analyzes the on-line monitoring system of optical fiber, the necessity of on-line monitoring system for optical fiber communication technical feasibility and software function is discussed, and discusses the main site for example configurations.
Keywords: fiber optic fiber online monitoring on-line monitoring system software configuration function
中图分类号：TN931.3文献标识码：A 文章编号：
目前电力网已基本建立了以光传输网为主网的通讯网络。随着光缆的普及，光传输网的作用越来越重要，光传输系统的维护和故障处理也日益突出。过去电力载波通讯方式在高压电线出现断路时，是由送电工区处理。而当光纤发生故障时，现有光传输系统中只有光端机上有告警显示，不易确定故障点,因其确定的故障范围是整个光传输系统，包括光端机、各种连接设备以及光纤。维护方式是通常只能依靠人工手段和经验进行排查，值班人员发现故障时先通知载波班，载波班检修人员查看光端机及与其连接的传输系统维护终端以及各种连接，如果确认是光纤断了，由工区向外线班派活，使用OTDR分析故障点位置，通过反复巡视确定故障点，实施抢修。整个抢修过程需要较长时间。因此当光纤发生中断时，就会对电力生产的稳定运行造成冲击，造成很大经济损失。
为了迅速、准确地查找故障点，缩短故障修复时间，有必要设置一套监视设备，其应具备的功能是：在出现异常时，能够立即啟动测试设备对故障路径进行测试，分析故障点，并发出告警，及时通知维护人员；为了掌握光缆的运行状况，还应该实现对光传输系统进行定期、不定期测试，将测试结果存储，形成统计报告；可对光纤的性能进行分析，当光纤衰减常数发生变化以及熔接点、连接点衰耗值超过一定值时，能够发出预警；能够进行在线监测，也就是对正在传输数据的光纤进行的监测――在线光纤监测。为了保证原有光纤系统传输的稳定性和可靠性，新加入的在线监测系统不能防碍原有系统的正常通信。
在线监测系统应分为几个模块，监测就得有测试模块和监视模块及控制它们的主控模块，因为需要对多点进行监测就得有通信模块传输数据，同时还要设有管理模块协调管理整个系统。各模块应具备如下功能：测试模块对光路中的各连接点及光纤的运行状况进行测试，并将结果上传管理模块；监视模块应在光配线架与光接收机之间，在不影响系统正常运行的情况下提取一小部分光接收机光信号进行测试，将测试结果转换成数据上传至主控模块；通信模块负责各主控模块至管理模块之间的数据传输；主控模块负责执行管理模块的命令、故障启动测试、故障信息的上传（对上传监视数据进行判断，若断定为异常，立即启动测试模块，并命令将测试结果及异常信息通过通信模块上传管理模块）。管理模块负责系统的配置管理、光传输系统性能管理、故障管理、安全管理。光纤在线监测系统的示意图如下图所示：
本文以某电业局为例探讨电力网光纤在线监测系统的模块设计，其下属的南岗、新鹤、供电局、鹿变、东郊、金山、伊春八个地点是光传输网中的主要站点，光缆路径系统图如下图所示。所有光缆中均传输1310nm波长的光信号。
1测试模块分析
1.1测试仪器的选择
光纤是否断裂，其性能是否发生变化，单从外观检察是看不出来的，需采用专用的测试仪器，现在普遍采用的是OTDR光时域反射仪。它是通过向被测光纤发出窄的激光脉冲并收集被测光纤的背向散射信号得到被测光纤的背向散射曲线。该背向散射曲线不仅能反映光纤的衰减常数，而且光纤中的物理接头、熔接头、裂缝、弯曲等可在曲线中的突变反映出来，直观、便于分析。该仪器具有显示屏，可显示背向散射曲线和相关数据，并有RS232接口。我们可利用RS232接口将数据上传至主控模块，而主控模块对OTDR的控制可通过在工控机插槽中插入PCL－25开出卡，将该卡的继电器接点连至OTDR按钮下的接线，来控制OTDR。
因为工作纤中传输有1310nm波长的光信号，为不影响系统的正常工作，OTDR应采用1550 nm光信号，利用复用技术复用进光纤。
复用技术的选择
光路中的复用技术主要有光波分复用、副载波复用、空分复用、时分复用，码分多址等。空分复用只能在测试备用光纤时使用。
测试工作光纤中若采用时分复用、副载波复用、码分多址等技术，则系统的传输速率或电调方式将发生改变，要对现运行设备进行改造，故不宜采用。而光波分复用则与系统的传输速率和电调方式无关，是比较理想的复用方式。所以在线光纤监测可采用光波分复用技术。
仔细观察光环路系统光缆路径图，我们会发现若在各站将接收的从光波分复用器解复用的光信号用尾纤连至到下一站的光发送机的光波分复用器以及用尾纤将备用光纤级连起来，在适当站进行放大，只在局本部设置OTDR即可。但即使如此，不同传输方向上都需要一台，OTDR数量也不少，而OTDR价格较贵，可以采用光开关。
光开关的采用
光开关与电路中电开关作用基本相似，起着控制光流和转换光路的作用。光开关种类很多，大体上可分为机械式开关、非机械式开关半导体光波导开关，我们应采用便于自动化控制、转换速度快的半导体光波导开关。可通过在工控机插槽中插入PCL－25开出卡对光开关进行控制。
局和南岗都是一点对多点，可在波分复用器之前用光开关来切换OTDR对不同方向光缆以及备用纤的测试。因此本期设想中只需一台OTDR即可。
测试模块方框图如下：其中波分复用器仅在工作纤中发端使用。波分复用器应放在光发送机光连接器与ODF之间，这样测试范围就包括了各种连接和光纤。
2监视模块分析
为提取被监视的光信号，可采用光功率分路器或具有一定光功率分配比的三端口光纤耦合器，在不影响系统正常运行的情况下提取一小部分光接收机光信号进行测试。再将提取的光信号送入光功率计，将光功率计测量的模拟电信号经A/D转换由单片机采集数据，再接受主控模块命令将数据传至主控模块进行分析判断。其中A/D转换器应具备采样保持功能。
监视模块方框图为：
通过分析可知，本项目该系统需光功率分路器8个（除局本部外各点各1个），光开关2个（局本部和南岗）， PCL－25开出卡2个（控制光开关用），光功率计3个（金山、局本部和南岗），A/D转换器3个（用于光功率计信号转换），单片机3个（采集数据），主控机3个（与光功率计和OTDR配套，因需长期运行，所以采用工控机，其中局本部的可与管理模块的机子并在一台机上）。
3通讯模块分析
局计算机中心已建成一局域网，覆盖了这八个地点。故可利用现有局域网进行主控机和管理机之间数据的传输及共享。为保证该系统的可靠运行，可利用MODEM及市话线作为备用通道，一旦主用通道发生故障，可自动切换至被用通道。
通过分析可知，本项目该系统需网卡三个（金山、局本部和南岗），MODEM两对、工控机共三个。 即共需OTDR 2台，光开关4个，波分复用器10个，PCL－25开出卡5个，光功率分路器8个，光功率计3个，A/D转换器3个，单片机3个，网卡3个，MODEM两对、工控机3个。
因为主控模块和管理模块均采用工控机，其主要需要解决的问题是主控软件和管理软件的开发。拟采用VB、VC、SQL数据库开发。因此处只是一种设想，故僅对其功能进行描述，以便于日后软件的设计。
4主控模块分析
主控模块应具备的功能如下：
4.1接受管理模块对OTDR的参数设置及测试命令，并通过PCL－25执行。收集OTDR数据上传至管理模块。
接受管理模块对光开关的命令，并通过PCL－25执行。
接受管理模块监视门限值的设置。
接收光功率计的数据。
4.5接受管理模块命令，将光功率计值上传。
4.6将接收光功率计的数据与设置值比较，若低于设置值，则启动测试模块，将告警源（哪一站哪条光路）、光功率值等告警信息与故障后OTDR测试数据一起作为一个事件上传给管理模块。
调用管理模块及其他主控模块的数据，进行信息的共享。
5管理模块分析
管理模块应具备以下功能：
配置功能
在管理机完成各种数据的设置、修改和查询。包括
a)各站点名称、各站点设备及其编号（包括本系统设备及对应站的光端机ODF架）。
b)工程数据，包括光缆起止点，光纤芯数，光纤的色谱及编号，光纤在各站ODF架上的编号，杆塔号及各塔之间的距离，终端杆对站或局的距离。
c)被监测的各光路由数据，包括路由的组成，及与工程数据、设备数据的对应关系。
d)各站主控机与管理机间时间的同步。
e)各主控机、管理机的网络地址。
f)设定测试周期。
g)设定接收光信号的监测门限值。
h)设定各接头损耗最大值。
i)设定光纤最大衰减常数
性能管理
5.2.1 对系统自身的自检，包括各功能模块的自测及连接整个系统的局域网或市话网通信联结的测试，管理机可要求各主控机对其连接设备进行定时测试，定时间隔可设定，一旦测到告警，立即发出障碍通知，以确保本系统的运行可靠性。
5.2.2 对光传输系统进行周期测试或点名测试，将测出的各连接点、熔接点损耗、全程损耗、计算出的光纤各接头间的衰减常数及测试曲线生成光纤性能分析报表。
5.3光传输系统故障管理
5.3.1生成监测门限值设置报表。
5.3.2接收光端机所在传输系统的告警信息，并将其加以显示。
5.3.3收到主控机的告警事件后，要有可切除的可视可听告警。若是光纤断了，应能判断出故障点具体位置，处于哪段光缆某两杆之间，距其中某杆的距离，并加以显示；或是光纤性能变差，就显示故障时光纤的性能分析表及测试曲线；若是光端机告警，除显示故障时光纤的性能分析表及测试曲线外，还要显示光功率测量值；当光纤接头损耗超过定值，或衰减常数过大时，应能发出预告警并显示提示信息。
5.3.4生成故障事件报表。
5.4安全管理
对管理机、主控机内容的监视、维护、设置应进行分层授权，并建立操作日志。
6结束语
设计的光纤在线监测系统能够对光传输系统进行全程（包括备用纤）监控，对光纤性能进行监测，可发出预告警，光路发生故障时，能自动、迅速、准确地进行故障定位，误差在米级单位，并告警，通信的运行可靠率将会进一步提高。
参考文献：
[1]韦乐平.接入网.人民邮电出版社
[2]王晓军.毛京丽.计算机通信网.中国人民大学出版社
[3]部分通讯生产厂家产品种类简介
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:光纤在线监测光纤在线监测系统配置 软件功能
Abstract: the author analyzes the on-line monitoring system of optical fiber, the necessity of on-line monitoring system for optical fiber communication technical feasibility and software function is discussed, and discusses the main site for example configurations.
Keywords: fiber optic fiber online monitoring on-line monitoring system software configuration function
中图分类号：TN931.3文献标识码：A 文章编号：
目前电力网已基本建立了以光传输网为主网的通讯网络。随着光缆的普及，光传输网的作用越来越重要，光传输系统的维护和故障处理也日益突出。过去电力载波通讯方式在高压电线出现断路时，是由送电工区处理。而当光纤发生故障时，现有光传输系统中只有光端机上有告警显示，不易确定故障点,因其确定的故障范围是整个光传输系统，包括光端机、各种连接设备以及光纤。维护方式是通常只能依靠人工手段和经验进行排查，值班人员发现故障时先通知载波班，载波班检修人员查看光端机及与其连接的传输系统维护终端以及各种连接，如果确认是光纤断了，由工区向外线班派活，使用OTDR分析故障点位置，通过反复巡视确定故障点，实施抢修。整个抢修过程需要较长时间。因此当光纤发生中断时，就会对电力生产的稳定运行造成冲击，造成很大经济损失。
为了迅速、准确地查找故障点，缩短故障修复时间，有必要设置一套监视设备，其应具备的功能是：在出现异常时，能够立即啟动测试设备对故障路径进行测试，分析故障点，并发出告警，及时通知维护人员；为了掌握光缆的运行状况，还应该实现对光传输系统进行定期、不定期测试，将测试结果存储，形成统计报告；可对光纤的性能进行分析，当光纤衰减常数发生变化以及熔接点、连接点衰耗值超过一定值时，能够发出预警；能够进行在线监测，也就是对正在传输数据的光纤进行的监测――在线光纤监测。为了保证原有光纤系统传输的稳定性和可靠性，新加入的在线监测系统不能防碍原有系统的正常通信。
在线监测系统应分为几个模块，监测就得有测试模块和监视模块及控制它们的主控模块，因为需要对多点进行监测就得有通信模块传输数据，同时还要设有管理模块协调管理整个系统。各模块应具备如下功能：测试模块对光路中的各连接点及光纤的运行状况进行测试，并将结果上传管理模块；监视模块应在光配线架与光接收机之间，在不影响系统正常运行的情况下提取一小部分光接收机光信号进行测试，将测试结果转换成数据上传至主控模块；通信模块负责各主控模块至管理模块之间的数据传输；主控模块负责执行管理模块的命令、故障启动测试、故障信息的上传（对上传监视数据进行判断，若断定为异常，立即启动测试模块，并命令将测试结果及异常信息通过通信模块上传管理模块）。管理模块负责系统的配置管理、光传输系统性能管理、故障管理、安全管理。光纤在线监测系统的示意图如下图所示：
本文以某电业局为例探讨电力网光纤在线监测系统的模块设计，其下属的南岗、新鹤、供电局、鹿变、东郊、金山、伊春八个地点是光传输网中的主要站点，光缆路径系统图如下图所示。所有光缆中均传输1310nm波长的光信号。
1测试模块分析
1.1测试仪器的选择
光纤是否断裂，其性能是否发生变化，单从外观检察是看不出来的，需采用专用的测试仪器，现在普遍采用的是OTDR光时域反射仪。它是通过向被测光纤发出窄的激光脉冲并收集被测光纤的背向散射信号得到被测光纤的背向散射曲线。该背向散射曲线不仅能反映光纤的衰减常数，而且光纤中的物理接头、熔接头、裂缝、弯曲等可在曲线中的突变反映出来，直观、便于分析。该仪器具有显示屏，可显示背向散射曲线和相关数据，并有RS232接口。我们可利用RS232接口将数据上传至主控模块，而主控模块对OTDR的控制可通过在工控机插槽中插入PCL－25开出卡，将该卡的继电器接点连至OTDR按钮下的接线，来控制OTDR。
因为工作纤中传输有1310nm波长的光信号，为不影响系统的正常工作，OTDR应采用1550 nm光信号，利用复用技术复用进光纤。
复用技术的选择
光路中的复用技术主要有光波分复用、副载波复用、空分复用、时分复用，码分多址等。空分复用只能在测试备用光纤时使用。
测试工作光纤中若采用时分复用、副载波复用、码分多址等技术，则系统的传输速率或电调方式将发生改变，要对现运行设备进行改造，故不宜采用。而光波分复用则与系统的传输速率和电调方式无关，是比较理想的复用方式。所以在线光纤监测可采用光波分复用技术。
仔细观察光环路系统光缆路径图，我们会发现若在各站将接收的从光波分复用器解复用的光信号用尾纤连至到下一站的光发送机的光波分复用器以及用尾纤将备用光纤级连起来，在适当站进行放大，只在局本部设置OTDR即可。但即使如此，不同传输方向上都需要一台，OTDR数量也不少，而OTDR价格较贵，可以采用光开关。
光开关的采用
光开关与电路中电开关作用基本相似，起着控制光流和转换光路的作用。光开关种类很多，大体上可分为机械式开关、非机械式开关半导体光波导开关，我们应采用便于自动化控制、转换速度快的半导体光波导开关。可通过在工控机插槽中插入PCL－25开出卡对光开关进行控制。
局和南岗都是一点对多点，可在波分复用器之前用光开关来切换OTDR对不同方向光缆以及备用纤的测试。因此本期设想中只需一台OTDR即可。
测试模块方框图如下：其中波分复用器仅在工作纤中发端使用。波分复用器应放在光发送机光连接器与ODF之间，这样测试范围就包括了各种连接和光纤。
2监视模块分析
为提取被监视的光信号，可采用光功率分路器或具有一定光功率分配比的三端口光纤耦合器，在不影响系统正常运行的情况下提取一小部分光接收机光信号进行测试。再将提取的光信号送入光功率计，将光功率计测量的模拟电信号经A/D转换由单片机采集数据，再接受主控模块命令将数据传至主控模块进行分析判断。其中A/D转换器应具备采样保持功能。
监视模块方框图为：
通过分析可知，本项目该系统需光功率分路器8个（除局本部外各点各1个），光开关2个（局本部和南岗）， PCL－25开出卡2个（控制光开关用），光功率计3个（金山、局本部和南岗），A/D转换器3个（用于光功率计信号转换），单片机3个（采集数据），主控机3个（与光功率计和OTDR配套，因需长期运行，所以采用工控机，其中局本部的可与管理模块的机子并在一台机上）。
3通讯模块分析
局计算机中心已建成一局域网，覆盖了这八个地点。故可利用现有局域网进行主控机和管理机之间数据的传输及共享。为保证该系统的可靠运行，可利用MODEM及市话线作为备用通道，一旦主用通道发生故障，可自动切换至被用通道。
通过分析可知，本项目该系统需网卡三个（金山、局本部和南岗），MODEM两对、工控机共三个。 即共需OTDR 2台，光开关4个，波分复用器10个，PCL－25开出卡5个，光功率分路器8个，光功率计3个，A/D转换器3个，单片机3个，网卡3个，MODEM两对、工控机3个。
因为主控模块和管理模块均采用工控机，其主要需要解决的问题是主控软件和管理软件的开发。拟采用VB、VC、SQL数据库开发。因此处只是一种设想，故僅对其功能进行描述，以便于日后软件的设计。
4主控模块分析
主控模块应具备的功能如下：
4.1接受管理模块对OTDR的参数设置及测试命令，并通过PCL－25执行。收集OTDR数据上传至管理模块。
接受管理模块对光开关的命令，并通过PCL－25执行。
接受管理模块监视门限值的设置。
接收光功率计的数据。
4.5接受管理模块命令，将光功率计值上传。
4.6将接收光功率计的数据与设置值比较，若低于设置值，则启动测试模块，将告警源（哪一站哪条光路）、光功率值等告警信息与故障后OTDR测试数据一起作为一个事件上传给管理模块。
调用管理模块及其他主控模块的数据，进行信息的共享。
5管理模块分析
管理模块应具备以下功能：
配置功能
在管理机完成各种数据的设置、修改和查询。包括
a)各站点名称、各站点设备及其编号（包括本系统设备及对应站的光端机ODF架）。
b)工程数据，包括光缆起止点，光纤芯数，光纤的色谱及编号，光纤在各站ODF架上的编号，杆塔号及各塔之间的距离，终端杆对站或局的距离。
c)被监测的各光路由数据，包括路由的组成，及与工程数据、设备数据的对应关系。
d)各站主控机与管理机间时间的同步。
e)各主控机、管理机的网络地址。
f)设定测试周期。
g)设定接收光信号的监测门限值。
h)设定各接头损耗最大值。
i)设定光纤最大衰减常数
性能管理
5.2.1 对系统自身的自检，包括各功能模块的自测及连接整个系统的局域网或市话网通信联结的测试，管理机可要求各主控机对其连接设备进行定时测试，定时间隔可设定，一旦测到告警，立即发出障碍通知，以确保本系统的运行可靠性。
5.2.2 对光传输系统进行周期测试或点名测试，将测出的各连接点、熔接点损耗、全程损耗、计算出的光纤各接头间的衰减常数及测试曲线生成光纤性能分析报表。
5.3光传输系统故障管理
5.3.1生成监测门限值设置报表。
5.3.2接收光端机所在传输系统的告警信息，并将其加以显示。
5.3.3收到主控机的告警事件后，要有可切除的可视可听告警。若是光纤断了，应能判断出故障点具体位置，处于哪段光缆某两杆之间，距其中某杆的距离，并加以显示；或是光纤性能变差，就显示故障时光纤的性能分析表及测试曲线；若是光端机告警，除显示故障时光纤的性能分析表及测试曲线外，还要显示光功率测量值；当光纤接头损耗超过定值，或衰减常数过大时，应能发出预告警并显示提示信息。
5.3.4生成故障事件报表。
5.4安全管理
对管理机、主控机内容的监视、维护、设置应进行分层授权，并建立操作日志。
6结束语
设计的光纤在线监测系统能够对光传输系统进行全程（包括备用纤）监控，对光纤性能进行监测，可发出预告警，光路发生故障时，能自动、迅速、准确地进行故障定位，误差在米级单位，并告警，通信的运行可靠率将会进一步提高。
参考文献：
[1]韦乐平.接入网.人民邮电出版社
[2]王晓军.毛京丽.计算机通信网.中国人民大学出版社
[3]部分通讯生产厂家产品种类简介
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。