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1、西安科技大学 硕士学位论文 光缆自动监测系统研究设计 姓名：薛刚 申请学位级别：硕士 专业：电子与通信工程 指导教师：李国民 论文题目：光缆自动监测系统研究设计 专 业：电子与通信工程 硕 士 生：薛刚 （签名） 指导教师：李国民 （签名） 摘 要 随着我国信息产业的发展，光纤信息传输系统已经基本普及，光缆线路的维护工 作日益加大。实现光缆线路的自动监测成为电信运营商实现信息传输网络畅通、提高 服务质量的重要手段。 本文针对光缆故障原因以及光缆自动监测系统的要求，对光缆自动监测系统技术 进行分析研究。根据调研陕西省内光缆网运行维护的实际情况，分析当前光缆维护工 作的主要问题，对陕西电信光缆自动
2、监测网的组成方案进行研究设计。本着经济性、 实用性及可行性的原则，设计了陕西电信光缆自动监测网方案，其总体结构由省监测 中心、监测站、通信网络三部分组成。监测中心接收监测站发回的测试数据，通过监 测中心监测软件对当前监测数据和历史监测数据进行分析、处理，实现对光缆故障及 运行状态进行自动判断和预测，产生分析报告和分析图表。监测站负责对光缆线路光 功率进行远程遥控自动监测，跟踪光纤传输损耗的变化，并将监测数据上报监测中心。 监测中心与监测站之间通过数字数据网或其它公用传输电路构成光缆监测信息传输网 络。设计了监测中心、监测站、通信网络三个组成部分的组成方案与功能要求，可为 陕西电信光缆自动监测网
3、的建设提供参考。 关 键 词：光纤通信；光缆监测；监测网络 研究类型：应用研究 Subject ：The design research for optical cable monitoring systems Specialty ：Electronic and Communication Engineering Name ：Xue Gang （Signature） Instructor：LI Guomin （Signature） Abstract With the development of IT industry and the population of optical transmi
4、ssion system in our country， the maintaining work of fiber optic lines is growing rapidly .Automatic monitoring of cable lines become an important means for telecommunications operating companies to achieve efficient transmission network， and meet high-quality services. In connection with the failur
5、es and requirements of automatic monitoring system of optical cable， its technologies were discussed. Based on the investigation of optical transmission network in Shanxi Telecom， main failures in maintenance were analyzed， and a scheme of optical cable automatic monitoring network for Shanxi Teleco
6、m was proposed. With the considering of its economy、practicability and acceptability， An automatic monitoring network comprised monitoring center 、 local station and communication network for Shanxi Telecom was designed. Monitoring center receive testing data from local station， analyze and process
7、them with programs. Its present operation conditions can be showed， its future operation states can be predicted with analytic reports and charts， the failure of optic fiber can be located. Local stations get operating information of optical cables and send them to monitoring center. Communication n
8、etworks provide channels to transfer monitoring and controlling data between Monitoring center and local stations. The composition and features for monitoring center、 local station and communication network are suggested. It can be a reference to the implementation of automatic monitoring network of
9、 optical cables in Shanxi Telecom. Key words：Optical Fiber Communication；Optical Cable Monitoring； Monitoring Network Thesis ：Application research 1 绪论 1 1 绪论 1.1 光缆监测系统研究的意义 世界电信技术革命的潮流之中，光纤数字通信技术异军突起，迅猛发展己成为现 代通信的支柱。光纤以其频带宽、抗干扰性强等优点成为通信系统的主要传输介质。 光缆的安全性、可靠性、可维护性是通信系统正常的重要基础。在光纤通信系统中， 光纤质量劣化、光缆中断故障
10、是最严重也是最常见的故障1。因此，此类故障也就成为 影响光通信系统服务质量甚至正常运行的主要矛盾。为了解决这一矛盾，需要随时了 解光缆的运行状况，在发生劣化之前及时进行更换，或者在光缆发生故障时及时的获 取故障信息，准确判断故障点的地理位置，及时排除故障，以保证线路的传输质量。 当今世界任何一个地区的现代化通信都是建立在一个高密度分布、大容量、高速 的光缆光纤网络上，其安全性和可靠性极为重要，一旦发生光缆故障，将严重影响正 常通信，造成巨额经济损失。随着陕西电信事业的飞速发展，电信网络日益庞大而复 杂，尤其随着近年电信集团公司的“光进铜退”政策实施以来，光缆网的发展速度大大 超过了维护力量和维
11、护人员技术水平的发展，给通信网络的管理维护带来了巨大的困 难。光缆通信传输系统本身虽然有网络管理保护倒换功能，但并不支持对光缆特性的 监测。实际工作经验表明，光缆通信的线路故障要比设备故障远为突出，约为不可用 时间的 95%，传统的监测使得线路维护部门对线路情况的掌握过分依赖于机务部门， 如果只采用设备自带的监测系统，难以保证高速、宽带、大容量光缆传输网络的畅通。 因此，如何进一步提高光纤通信系统的可靠性，及时有效地对光缆线路实施监控与管 理，准确地捕捉故障征兆，防止线路传输指标劣化已经成为人们倍加关注的问题，使 光缆线路监控与管理日益成为人们更加重视的必不可少的管理手段；虽然现有自愈环 网保
12、护技术可在一定程度上能继续保证业务的畅通，但可以看出，由于线路维护仍然 采取传统的方式维护抢修，线路故障恢复历时均较长，出现业务故障的隐患仍然存在。 因此建立一种实时、自动的光缆线路自动监测系统是十分必要的。光缆线路自动监测 系统为光缆线路维护部门提供了一种先进的维护手段，能使线务部门由被动地接受机 务部门的信息变为主动掌握光缆传输特性，为光缆传输网络优质、高效、安全、稳定 地运行提供了可靠保障。 光缆线路自动监测系统应采用先进的告警、测试、数据库、网络控制、业务流程 控制和地理信息系统等技术，将光纤测试、网管告警与维护体制全面结合起来，通过 对光缆的实时自动监视、告警信息的自动分析，自动启动
13、相应的测试，对故障进行自 动定位、自动派修，从而压缩故障历时，把用户的损失降到最低。 西安科技大学工程硕士学位论文 2 本课题研究的目的是针对陕西电信光缆网络维护中的主要问题，研究设计光缆网 络故障的自动监测、自动定位和对光缆、线路等物理资源进行管理的光缆自动监测系 统2。 1.2 光缆监测系统的发展状况 光缆监测技术发展经历了三个历史阶段： 第一阶段在 20 世纪 80 年代，当时光纤刚刚大规模应用，由于都是新上的光纤网 络，出现问题的机率不是很多，大部分光缆故障和隐患是人为故障和破坏。因此，当 时光缆监测系统刚刚提出理论，方式还比较原始，只能依靠光端机的事后无光告警， 采用手提光时域反射仪
14、 （Optical Time Domain Reflectometer， 简称 OTDR） 或采用 OTDR 巡检的技术来进行光缆监测。 第二阶段在 20 世纪 80 年代末到 20 世纪 90 年代末，随着光纤技术的飞速发展和 大规模应用，这几年光缆用量以 30%的速度递增，与此同时，原来较早的一部分光纤 由于劣化以及人为故障等原因，光缆故障开始变得比较突出。这时，光纤监测技术开 始成熟，采用光功率计（Optical Power Meter，简称 OPM）实时监控+OTDR 测试方式， 实现了实时监控。但缺乏在线、跨段测试能力。 第三阶段在 20 世纪末到 21 世纪初期，随着全光网络设备与
15、技术的发展，尤其是 现在世界范围内的光纤通信和光电子产业进入了一个新的时期，基于先进光器件和光 信号处理技术的全光通信网络技术与设备，彻底改变了整个有线通信网络的面貌。这 时，采用波分复用（Wavelength Division Multiplexing，简称 WDM）和密集波分复用 （Dense Wavelength Division Multiplexing 简称 DWDM） 等技术与 OTDR 技术相结合对 光纤进行监控，它克服了前二代的缺点。在经历了这三个阶段后，光缆监测技术逐渐 成熟。 监测方式有备纤监测和在线监测两种：一是利用光缆中的备用光纤对光缆进行监 测，其原理是通过自备的激光
16、光源及分光器将激光分别送入不同光缆的监控备用光纤 中，在光缆的另外一端使用专用光功率计实时检测光纤中光功率的变化情况，当光缆 发生劣化或断裂时光功率会随之变化，由此实现对光缆的监控。二是使用光缆中的业 务纤进行在线监测的方式。系统采用先进的光时域反射仪（OTDR）将测试光通过波分 复用器（WDM）和光开关耦合到业务纤中对光纤进行测试3。 目前陕西电信的光缆监测几乎都是采用传输设备实现对光纤进行监测，只能做到 事后告警无法进行快速故障定位，而且光缆的监测没有和网络相结合，造成检修的延 误。另外监测系统无法实时提供详细的监测站报告，都需要人工的处理。所以，没有 形成网络化的集中、实时光缆自动监测系统。 1 绪论 3 1.3 本文的内容安排 第一章，绪论，主要介绍光缆监测系统的研究背景，发展的状况等。 第二章，光缆、光纤基本知识的研究，从光纤的特性、重要故障类型引出 OTDR 测试的原理，分析了几种监测方式的特点。
