淺談光纜線路集中監(jiān)測系統(tǒng)在鐵路通信中的應(yīng)用
田永紅
[摘 要] 目前的鐵路通信網(wǎng)以光纖通信系統(tǒng)為主，通信網(wǎng)中的用戶，除了一般自動電話用戶外，還有直接與行車運(yùn)營指揮、公務(wù)聯(lián)絡(luò)和設(shè)備維護(hù)等相關(guān)的重要用戶。鐵路因線路較長，且有時修建于山區(qū)等人煙稀少地帶，迫切需要遠(yuǎn)程實時了解光纜的運(yùn)行狀況。在光纜發(fā)生故障時及時獲取故障信息和故障點(diǎn)的地理位置，及時排除故障，不但對于保證光纜線路的傳輸質(zhì)量，而且對鐵路行車安全極為重要。
[關(guān)鍵詞] 鐵路通信 光纜 集中監(jiān)測系統(tǒng)
引言
鐵路通信網(wǎng)由基礎(chǔ)承載網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)及支撐網(wǎng)構(gòu)成�；�礎(chǔ)承載網(wǎng)為各業(yè)務(wù)網(wǎng)提供連接服務(wù)，基礎(chǔ)承載網(wǎng)由以光纖為傳輸介質(zhì)的傳輸系統(tǒng)構(gòu)成。業(yè)務(wù)網(wǎng)包括：公務(wù)通信網(wǎng)、調(diào)度通信網(wǎng)、會議電視、電報、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)、客運(yùn)自動化系統(tǒng)等，所有業(yè)務(wù)網(wǎng)均承載于基礎(chǔ)承載網(wǎng)上。支撐網(wǎng)包括時鐘同步網(wǎng)、信令網(wǎng)和電信管理網(wǎng)。
一、鐵路通信中建立光纜線路集中監(jiān)測系統(tǒng)的必要性
1.1鐵路光纖通信系統(tǒng)的重要性
隨著通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求和傳輸技術(shù)的發(fā)展，光纖以其頻帶寬、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)已成為通信系統(tǒng)的主要傳輸介質(zhì)。鐵路光纖通信系統(tǒng)對擴(kuò)大和提高鐵路運(yùn)輸能力，提高行車密度和保障行車安全，改善調(diào)度指揮條件，為鐵路運(yùn)輸部門實時、準(zhǔn)確的傳輸、交換、處理各種信息，提高鐵路的運(yùn)輸質(zhì)量，促使鐵路運(yùn)輸逐步由限制型向開拓型轉(zhuǎn)變，具有重要的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 建立光纜線路集中監(jiān)測系統(tǒng)的必要性
鑒于鐵路光纖通信系統(tǒng)在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)指揮中的重要性和光纜敷設(shè)環(huán)境的特殊性，鐵路光通信系統(tǒng)建設(shè)時考慮的首要問題是其安全性。隨著通信網(wǎng)絡(luò)中光纜數(shù)量的增加以及早期鋪設(shè)的光纜接近使用年限，出現(xiàn)了大量因光纜接頭盒滲水，衰耗隨時間推移而增大等影響通信的現(xiàn)象，光纜線路因受到鐵路施工、建筑挖方、開采巖石、山體滑坡和其他意外事故造成的光纜中斷或損傷等事故也時有發(fā)生。
因此，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維部門迫切需要隨時、快速和準(zhǔn)確地了解光纖通斷狀況及主要參數(shù)，以便在光纖發(fā)生故障時及時的獲取故障信息，準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)的地理位置，及時排除故障；滿足這一需求的解決方案是建立光纜線路集中監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對光纖線路的光層傳輸性能、衰減變化及光纖阻斷等的自動監(jiān)測，從而達(dá)到以下目的：
(1)既可以實現(xiàn)故障的快速定位，又可以做到防患于未然；
(2)既可以減輕維護(hù)人員工作負(fù)擔(dān)，又可以減少系統(tǒng)故障次數(shù)或縮短故障恢復(fù)時間，確保光纖干線暢通。
此外，隨著鐵路通信網(wǎng)的逐步建設(shè)和完善，光纜及光纖資源越來越豐富，如何高效管理這些資源，包括資源類型、數(shù)量、分布狀況、工作狀態(tài)和主要特性參數(shù)的管理，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維部門能夠迅速方便的從中獲取相關(guān)的信息，進(jìn)而對這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行再加工和利用，又成為網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理更高層次的要求。
二、傳統(tǒng)的光纜線路維護(hù)模式存在的問題
傳統(tǒng)的光纜線路維護(hù)模式是：當(dāng)光纜線路發(fā)生故障后，機(jī)房值班人員根據(jù)設(shè)備的報警信息確定故障線路所在區(qū)段，然后用光時域反射儀(OWDR，Optical Time DomainReflectometer)在該區(qū)段進(jìn)行測量確定故障點(diǎn)，最后通知線路搶修人員趕往具體地點(diǎn)進(jìn)行搶修。
這種被動的搶修維護(hù)方式配合復(fù)雜，費(fèi)時費(fèi)力，而且這種方式造成的延誤往往不可忍受，同時，這種方式不能及時發(fā)現(xiàn)和排除光纜線路中的多種衰減積累造成的阻斷(比如光纜在承受壓力負(fù)荷、小半徑彎曲或接頭盒進(jìn)水導(dǎo)致的光纖傳輸特性的劣化等)。
與傳統(tǒng)光纜線路維護(hù)方法過分依賴于人工，效率低下，難以保證高速、寬帶、大容量光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)的暢通相比，對故障進(jìn)行自動定位、自動派修，從而達(dá)到縮短故障響應(yīng)時間，降低損失，使光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)、安全、高效、穩(wěn)定地運(yùn)行的目的。
三、光纜線路集中監(jiān)測系統(tǒng)簡介
1.光纖結(jié)構(gòu)
光纖裸纖一般分三層：中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為單模的8——l0Fm，多模的50或62.5Fm)，中間為低折射率硅玻璃包層(直徑一般為1251“m)，最外是加強(qiáng)用的樹脂涂層。
2.光纖種類
按光在光纖中的傳輸模式可分為：單模光纖和多模光纖。
單模光纖：中心玻璃芯比較細(xì)，只能傳一種模式的光，適用于遠(yuǎn)程通信。多模光纖：中心玻璃芯較粗，可傳多種模式的光。但其模的色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴(yán)重，多模光纖傳輸?shù)木嚯x比較近，一般只有幾公里。
3.光纖規(guī)格
單模：8／1254m：9／125gm：l0／1251tm；
多模：50／125µm；歐洲標(biāo)準(zhǔn)(62．5／125)tm。
4.光纖衰減
光纖對光波產(chǎn)生的衰減作用稱為光纖衰耗，系統(tǒng)中的光纖產(chǎn)生衰耗的原因，一方面是由于光纖本身的損耗(如固有的和雜質(zhì)的吸收損耗、因波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不完善引起的散射損耗等)，另一方面是由于成纜、敷設(shè)以及作為系統(tǒng)傳輸媒質(zhì)所引起的附加損耗(如彎曲損耗、接續(xù)損耗等)。通常造成光纖衰減的主要因素有：本征、彎曲、擠壓、雜質(zhì)、不均勻和對接損耗。
5.OTDR測試原理
所有的光纖自動監(jiān)測系統(tǒng)的最基本原理就是利用光時域反射儀(0TDR)對光纖的后向散射信號進(jìn)行測量，然后通過計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)對所測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和分析。
后向散射法測量衰減是通過光纖中的后向散射信號來提取光纖的衰減信息，其原理是：將窄的光脈沖注入光纖端面。通過耦合、探測以及信號處理，就可分析光脈沖所到之處的光纖損耗特性。
四、光纜監(jiān)測原理和實現(xiàn)方式
4.1 光纜監(jiān)測原理
光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)是在不影響和不干擾現(xiàn)有的通信系統(tǒng)和傳輸監(jiān)控設(shè)備的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的光纜傳輸干線進(jìn)行在線實時監(jiān)測，主要是通過光功率監(jiān)測實現(xiàn)實時監(jiān)測的目的。
光功率監(jiān)測功能是通過光功率監(jiān)測單元OPM(Optical Power Monitor)實現(xiàn)的，PM將WDN(波分復(fù)用器)和分光器內(nèi)置于中，光時域反射儀)和光開關(guān)對收光功率告警的光纜段的光纖進(jìn)行故障定位監(jiān)測，以實現(xiàn)對在用光纖或備用光纖實時監(jiān)測，如下圖所示：

圖4.1 OPM原理圖
光功率監(jiān)測需在收光光纖上加裝分光器，分光器有3個端口，分別是100％、97％和3％。100％連接原線路端，97％的通信光進(jìn)入光端機(jī)，3％的通信光進(jìn)入光功率告警單元的監(jiān)測端口�？梢匝杆賳�動OTDR對告警的跨接光纜段進(jìn)行障礙點(diǎn)定位監(jiān)測。
4.2光纜監(jiān)測實現(xiàn)方式
光纜監(jiān)測的實現(xiàn)方式有三種：
(1)光功率在線監(jiān)測：采用分光器將光傳輸設(shè)備的工作光分出3％，接入告警采集模塊中，對工作光進(jìn)行實時監(jiān)測，實時地反映光纖的傳輸特性，并及時地發(fā)現(xiàn)傳輸質(zhì)量的變化�；虺霈F(xiàn)較大的衰減時，產(chǎn)生即時告警，系統(tǒng)立即激活OTDR測試該纖芯，進(jìn)行精確的故障判斷與定位。
(2)光終端機(jī)告警監(jiān)測：利用告警采集模塊上提供的設(shè)備告警采集接口，收集光傳輸設(shè)備上產(chǎn)生的故障告警。經(jīng)分析過濾，濾除與線路告警無關(guān)的信息，然后啟動OTDR，對可能引起告警的光纜線路進(jìn)行測試。每個告警采集端口均可以通過軟件進(jìn)行配置，可以接入如開關(guān)量、電壓量和電流量等告警信號。
(3)光功率備纖監(jiān)測：也是采用光功率告警模塊，以離線測試方式，監(jiān)測備用光纖，從而實現(xiàn)光功率實時告警監(jiān)測。因為監(jiān)測的是備纖，沒有來自傳輸設(shè)備的信號源，故此種測試方式必須在監(jiān)測路由的末端加入一個光源，向備纖發(fā)送光信號，然后在測試端進(jìn)行光功率監(jiān)測。
五、結(jié)束語
光纜線路集中監(jiān)測系統(tǒng)是電信支撐網(wǎng)的一部分，它和電信網(wǎng)TMN中的電信基礎(chǔ)設(shè)施管理、接入網(wǎng)管理、傳輸網(wǎng)管理系統(tǒng)有著緊密的聯(lián)系。需要定義適應(yīng)本系統(tǒng)實際情況的互連協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，從而實現(xiàn)對全網(wǎng)光纜運(yùn)行狀態(tài)、告警、故障信息的交換和共享。
參考文獻(xiàn)
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