電力光纖到戶光纜監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電力光纖到戶光纜監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。引言電力光纖到戶(FTTH)建設(shè)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)中接受光纖豆合低壓電纜(OPLC),將光纖隨低壓電力線敷設(shè)，實(shí)現(xiàn)到表到戶，協(xié)作無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)，建設(shè)電力光纖通信專網(wǎng)，覆蓋到每個(gè)電力用戶，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，住戶將實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)的相互融合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)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(yùn)營效率。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推動(dòng)，光纖到戶部署的規(guī)模將不斷擴(kuò)大，網(wǎng)上光纜的數(shù)量急劇增加。在大規(guī)模、多用戶單元的環(huán)境下，如何維護(hù)這些光纜是迫切須要解決的問題。傳統(tǒng)的光纜線路維護(hù)管理模式，須要大量訓(xùn)練有素的專業(yè)人員以及測試工具，故障查找困難，排障時(shí)間長，影響通信網(wǎng)的正常工作。因此，實(shí)施對(duì)光纜線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理，動(dòng)態(tài)視察光纜線路傳輸性能的劣化狀況，剛好發(fā)覺和預(yù)報(bào)光纜隱患，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶業(yè)務(wù)復(fù)原的快速高效響應(yīng)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1系統(tǒng)監(jiān)測原理和傳統(tǒng)光纜測試不同之處在于PON光纜網(wǎng)絡(luò)是一點(diǎn)對(duì)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，從而帶來測試的困難性。由于PON網(wǎng)絡(luò)涉及分光器和后面大量的光纜，不適宜接受備纖測試，只能接受波分熨用技術(shù)。加入波分設(shè)備(WDM),利用和PON業(yè)務(wù)波長不同的1650nm波進(jìn)步行測試，在接收端運(yùn)用濾波器把測試波長淞除，消退測試光對(duì)0NU(0pticalNetworkUnit)的影響。測試時(shí)1650nm測試光和業(yè)務(wù)光通過合波后經(jīng)過OLT(OpticalLineTerminal)側(cè)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(hào)，而分光器至ONU是將全部0NI.光纜上的1650nm反射光傳送回來，經(jīng)過分光器聚合疊加后的反射信號(hào)送至OTDR進(jìn)行分析，年段光纜的特征伯號(hào)是疊加總信號(hào)中，加上測試光經(jīng)過分光器衰減后信號(hào)本身損耗較大，反射的信號(hào)也不強(qiáng)。為此加入特別設(shè)計(jì)的強(qiáng)反射器單元，以增加每段ONU光纜在最末端的反射光能量。除增加ONU末端光纜強(qiáng)反射外,監(jiān)測站(RTU)接受針對(duì)PON的OT-DR測試信號(hào)分析算法，以及配置專用的OTDR模塊，能辨別出長度差異在2m內(nèi)的多條ONU光纜特征。即使接受1：64分光器，每段ONU光纜的末端反射信號(hào)都能被辨別出來。當(dāng)其中一個(gè)3U光纜中斷，相應(yīng)的強(qiáng)反射峰會(huì)消逝，借助這個(gè)強(qiáng)反射峰的消逝，系統(tǒng)可以精確推斷出對(duì)應(yīng)光纜產(chǎn)生中斷故障。在線方式充分利用現(xiàn)有PON網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的分光器件和在用纖芯，不須要額外占用纖芯、安裝分光器和進(jìn)行工程跳纖。能保證100%測試出客戶纖芯狀況，且不影響現(xiàn)有用戶業(yè)務(wù).測試方式和測試結(jié)果如圖1所示。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1中心站設(shè)計(jì)系統(tǒng)接受在中間應(yīng)用服務(wù)器基礎(chǔ)上的三層體系結(jié)構(gòu)。三層體系結(jié)構(gòu)合理地將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、應(yīng)用處理和結(jié)果展示(包括圖形、數(shù)據(jù)顯示)分開，并將一部分?jǐn)?shù)據(jù)處理和應(yīng)用計(jì)算從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上獨(dú)立出來轉(zhuǎn)移到應(yīng)用服務(wù)器匕這就可以減輕數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的處理壓力，使得數(shù)據(jù)庫服務(wù)可以集中精力進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理，而圖形數(shù)據(jù)顯示和處理則充分利用GIS平臺(tái)先進(jìn)、強(qiáng)大的圖形處理功能來進(jìn)行。從整個(gè)系統(tǒng)的角度上講，負(fù)荷支配比較勻整，提高了整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和圖形處理實(shí)力。監(jiān)測中心由服務(wù)器、網(wǎng)管終端計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印機(jī)及相應(yīng)的軟件等組成。設(shè)備之間通過10M/100M以太網(wǎng)相互連接，支持TCP/IP通信協(xié)議。監(jiān)測中心干脆管理本區(qū)域內(nèi)的全部監(jiān)控站。中心站實(shí)現(xiàn)PON光纜網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的拓?fù)?、配置、測試、分析、故障、性能、平安等管理功能。供應(yīng)對(duì)監(jiān)控站和服務(wù)器之間鏈路的監(jiān)視功能。?旦監(jiān)控站本身或和服務(wù)器之間的鏈路出現(xiàn)故障，監(jiān)控中心應(yīng)能剛好提示用戶，并供應(yīng)相應(yīng)的平安和且原功能。監(jiān)控中心能對(duì)系統(tǒng)和所監(jiān)測的PON光纜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)或間斷的測試、視察和監(jiān)測，用以發(fā)覺故障或性能的降低。被管理網(wǎng)絡(luò)中的RTU監(jiān)控站均由一個(gè)管理軟件平臺(tái)進(jìn)行管理.，在一個(gè)工作窗口上監(jiān)視整個(gè)授權(quán)管理的區(qū)域，監(jiān)控中心的服務(wù)器支持全部RTU進(jìn)行的時(shí)間同步和狀態(tài)監(jiān)視。2.2監(jiān)測站設(shè)計(jì)FTTH監(jiān)測站(RTU)是本系統(tǒng)的核心，該監(jiān)控單元擁有和OTDR儀表相同的測試功能和精度，通過對(duì)在本系統(tǒng)所安裝的OTDR模塊、限制模塊、電源模塊、光開關(guān)(OSW)、波分更用器(WDM)、反射濾波器、網(wǎng)絡(luò)適配器及相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)集中限制管理，以達(dá)到對(duì)FTTH光纜的監(jiān)控。在同?臺(tái)RTU中可以同時(shí)集成用于長途和骨干網(wǎng)監(jiān)控模塊，全面覆蓋從骨干到接入層的光纜測試。監(jiān)控站具有本地測試，以及監(jiān)控中心遠(yuǎn)端測試功能，按指令本地切換光開關(guān)通道，并啟動(dòng)測試。監(jiān)控中心下發(fā)的測試完畢后，監(jiān)測站立刻將測得的曲線數(shù)據(jù)文件回傳至覽控中心。測試內(nèi)容包括光纖通道的全程傳輸損耗及其光纖的光學(xué)長度、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(shù)。功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.3預(yù)警設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過手動(dòng)或自動(dòng)方式啟動(dòng)光時(shí)域反射儀(OTDR),對(duì)指定光纖進(jìn)行測試，獲得光纜測試數(shù)據(jù)，即沿光纜數(shù)萬個(gè)勻整分布點(diǎn)的散射和反射功率電平值，全部取樣點(diǎn)的連線構(gòu)成了該光纖鏈路的OTDR曲線?？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務(wù)；光纖的彎曲、熔接會(huì)增加光纖的衰耗，引起向下的突變，形成非反射事務(wù)。通過數(shù)據(jù)分析找到曲線的突變點(diǎn),確定光纖頭端、尾端、接頭、熔接等光纖事務(wù)點(diǎn)。通過和參考數(shù)據(jù)比對(duì)，分析事務(wù)點(diǎn)、光纜段、光纖鏈路衰耗數(shù)據(jù)的變更，確定光纜的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)變更超過預(yù)警門限時(shí)，發(fā)出預(yù)警佰息。主要包括以下步驟：(1)確定分光耀位置。計(jì)算噪聲數(shù)據(jù)最小值，并查找達(dá)到該值最左邊的點(diǎn)leftptsnoisefloor,該點(diǎn)之前的反射事務(wù)史衰耗大于門限的點(diǎn)就是分光器位置。從后往前推斷測試數(shù)據(jù)值，假如小于或等于noisefloor,將noise門oor置為該點(diǎn)的值，同時(shí)將leflpls_noisefloor設(shè)為該點(diǎn)，循環(huán)結(jié)束即可精確找到。(or(inti=■nMaxSamples?i>10it-)//nMaxSample?為OTDR，試點(diǎn)數(shù).■加面10點(diǎn)不需要判斷(i(((WorkTr?ce(i]<,*noiaefloor)//WorkTrac<i〕Hi<?(iLiD*小于等于nomcfloorI^?efloor**WorkTractfiJi 〃量新偵Ileftpts_?M??floor-=i? 〃量航點(diǎn))}for<intj=lehpts_noisefkx>r?j>iOij—)〃在點(diǎn)k"ptLnoi"floor之材編環(huán)杳找(if(WorkTr?^j]>-EndRefTopValue)〃找剜更大的值(EndRefTopValue-WorkTraceCj]?〃用新值取代)if<WorkTr?ce[jl>WorkTr*ce[j-l]&&WorkTraccD]>WorkTraceG-2]> 〃比前兩個(gè)點(diǎn)的值郵大if(bFindEndReftop?一f?lse&&WorkTr?cc￡j]>En-dRefThres) 〃大于門限(bFindEndReftop"trvei //ttWTEndReftopDoi*ji〃保存fl[點(diǎn).這?！龇諮tA位置點(diǎn)(2)分析反射事務(wù)。從曲線起先點(diǎn)到末端E點(diǎn)，接受最小二乘法擬合直線L。確定從光纖起始點(diǎn)到尾端E之間全部反射事務(wù)R,查找在直線L上方，測試數(shù)據(jù)點(diǎn)和該點(diǎn)在L上投影的差值，超過反射門限的點(diǎn)，其中分光器后每個(gè)反射事務(wù)分別為ONU光纜的結(jié)束位置。LSALinet0,EndDot.kk.bb)；〃“為直線L餌率,bb為微距for(i=0,i<EndDotM++) 〃開始到E點(diǎn)(I^AValuc-kk>i?DotToKm4-bb. 〃心投影值if(|bFind&&(WorkTra?(ij-LSAValue>Refthre?))〃熊值大于反射門限(Refevtlink.It_entry[evtcount].nFUg^ii 〃保存旅點(diǎn)Refevtlink.It_entry[evtcount].nType-3，〃事件類型為反射事件bFind?！瞨ue,r,count++,?！坝隽糇觥鯽I.. (3)分析非反射事務(wù)點(diǎn)。依據(jù)接頭R將所測光纖分為若干段，分別在所分光纜區(qū)間段再作直線擬合，在每段光纖內(nèi)分別確定非反射事務(wù)點(diǎn)。至少連續(xù)10個(gè)點(diǎn)在L上方，且和投影差的最大值大于事務(wù)計(jì)算門限，作為疑似非反射事務(wù)，再依據(jù)最終一次擬合的宜線推斷該點(diǎn)衰耗是否大于門限，進(jìn)行確認(rèn)?！ㄖ辽僮髠鵬o個(gè)點(diǎn)在z〃至少左債io個(gè)點(diǎn)在z臺(tái)線上，h?大值大于n限,央傲事件nonevt.no_of_*n?rie?4--11nonevt..nFUf-i,nonevt.nType?21|counter?01maxdisw0i〃事件計(jì)數(shù)加I〃保存假?件點(diǎn)//事件奧0為尊反射事件LSALinetstanpts.endpts.kk.bb)i//sunpts前一個(gè)事件點(diǎn),即光舞段起點(diǎn).endpts后一個(gè)事件點(diǎn),好光燮段終點(diǎn).doubleaxdis=Oi 〃潴試值與投影差的?大值for<inti=?urtpu,i<endptsii++) 〃在克IK段內(nèi)查找doubled>"kk???DotToKm+bbi〃點(diǎn)i投影值.DotToKm為■怫標(biāo)點(diǎn)換算為公里的從數(shù).即果“分辨率if(WorkTr?w(i]>d.) 〃測試jft在！fl令收上方(a>unter++i 〃建續(xù)點(diǎn)計(jì)數(shù)訊maxde<WorkTraceCi]ds) 〃校差值?大的點(diǎn)(maxdis"=WorkTracefi]-ds；〃點(diǎn)i測試值再投影的差(ftn2Dot-i, 〃保存差值最大的點(diǎn).if(WorkTrao￡i]<-ds>〃測試點(diǎn)在總合岐下方.有從直線L上方劣F方的突變if(counter>_10&&maxdis>threshold)(4)預(yù)警推斷.僅以事務(wù)點(diǎn)衰耗數(shù)據(jù)比對(duì)為例：if(fabs(mLo&sTab!e.lt_entry[i].llx)ss*tnRefLossTable.h.entry[i].ILo?) 〃與參考數(shù)據(jù)比對(duì)>inFauhThresh.Erentlx>??Thre?h)〃甚值大于1件Bl警門限(mHnfo.FaultSutue-EVT.FAULT,〃事件HI普mFInfo.FEntryCO].FauhType■EVENT.LOSS,〃BI■奧發(fā)為1件次怩HI警mFInfo.FEntryfOj.lx)cation-ml^OMTable.It_entry[i].ILocation?〃，■位■mFInfo.FEntry[Oj.1x>m-m