1.引言

隨著密集波分復(fù)用技術(shù)及高速數(shù)字同步傳輸技術(shù)的發(fā)展，光纖通信技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)、電話、電視等領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用。然而，全球各地基礎(chǔ)建設(shè)和自然災(zāi)害，不可避免的對(duì)埋設(shè)的光纜造成危害，導(dǎo)致光纜網(wǎng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)越來(lái)越困難。光纜網(wǎng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)涉及到多個(gè)層面的工作，在業(yè)務(wù)方面，當(dāng)光纜出現(xiàn)故障甚至斷裂的情況下需要保證業(yè)務(wù)能夠連續(xù)不中斷；在維護(hù)方面，希望能夠定期巡檢、監(jiān)測(cè)，提前對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警，并在出現(xiàn)故障時(shí)準(zhǔn)確分析、準(zhǔn)確定位，為快速搶修提供保證；另外，還需要對(duì)光纜設(shè)施等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理。

目前，已經(jīng)有一些解決方法，但它們僅能解決某個(gè)方向或某個(gè)層面的問(wèn)題，而不能從整個(gè)光纜網(wǎng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的宏觀上提出徹底的解決方法。而本文旨在提出一個(gè)綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為整個(gè)光纜網(wǎng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)。

2關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1OTDR技術(shù)

OTDR的英文全稱(chēng)是OpticalTimeDomainReflectometer，中文意思為光時(shí)域反射儀。OTDR是利用光線在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，它被廣泛應(yīng)用于光纜線路的維護(hù)、施工之中，可進(jìn)行光纖長(zhǎng)度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測(cè)量。

2.2GIS/GPS技術(shù)

GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)（GlobalPositioningSystem）

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展建立起來(lái)的一個(gè)高精度、全天候和全球性的無(wú)線電導(dǎo)航定位、授時(shí)的多功能系統(tǒng)。它利用位于距地球2萬(wàn)多公里高的、由24顆人造衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網(wǎng)，向地球不斷發(fā)射定位信號(hào)。地球上的任何一個(gè)GPS接收機(jī)，只要接收到三顆以上衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，瞬間就可以解算出被測(cè)載體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如：經(jīng)度、緯度、高度、時(shí)間、速度、航向等。

GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱(chēng)，而其中文簡(jiǎn)稱(chēng)為“球位系”。GPS是20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、 全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。在機(jī)械領(lǐng)域GPS則有另外一種含義：產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（Geometrical Product Specifications）-簡(jiǎn)稱(chēng)GPS。另外一種解釋為G/s（GB per s）

GPS即全球定位系統(tǒng),又稱(chēng)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，中文簡(jiǎn)稱(chēng)為“球位系”，是一個(gè)中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，結(jié)合衛(wèi)星及通訊發(fā)展的技術(shù)，利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距。GPS是美國(guó)從本世紀(jì)70 年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20 余年，耗資200 億美元，于1994 年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)施三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)近十年我國(guó)測(cè)繪等部門(mén)的使用表明，全球定位系統(tǒng)以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等特點(diǎn)，贏得廣大測(cè)繪工作者的信賴(lài)，并成功地應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)測(cè)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測(cè)繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。

GIS地理信息處理系統(tǒng)（GeophysicsInformationSystem）

GIS地理信息處理系統(tǒng)是為了獲取、存儲(chǔ)、顯示、查詢(xún)定位數(shù)據(jù)而建立起來(lái)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，將所需要的信息和資料直觀、形象地在電子地圖上以圖形或表格的形式顯示出來(lái)，為GPS衛(wèi)星定位提供良好的地圖環(huán)境，并能將空間信息和屬性信息的處理完美結(jié)合起來(lái)，以直觀的方式顯示位置狀態(tài)等信息。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System, 簡(jiǎn)稱(chēng)GIS）作為獲取、處理、管理和分析地理空間數(shù)據(jù)的重要工具、技術(shù)和學(xué)科，近年來(lái)得到了廣泛關(guān)注和迅猛發(fā)展。從技術(shù)和應(yīng)用的角度，GIS是解決空間問(wèn)題的工具、方法和技術(shù)；從學(xué)科的角度，GIS是在地理學(xué)、地圖學(xué)、測(cè)量學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)學(xué)科，具有獨(dú)立的學(xué)科體系； 從功能上，GIS具有空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)、現(xiàn)示、編輯、處理、分析、輸出和應(yīng)用等功能；從系統(tǒng)學(xué)的角度，GIS具有一定結(jié)構(gòu)和功能，是一個(gè)完整的系統(tǒng)。

地理信息系統(tǒng)既是管理和分析空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用工程技術(shù)，又是跨越地球科學(xué)、信息科學(xué)和空間科學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。其技術(shù)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和相關(guān)的方法過(guò)程所組成，用以支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問(wèn)題。

GIS的操作對(duì)象是空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，即點(diǎn)、線、面、體這類(lèi)有三維要素的地理實(shí)體?？臻g數(shù)據(jù)的最根本特點(diǎn)是每一個(gè)數(shù)據(jù)都按統(tǒng)一的地理坐標(biāo)進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)其定位、定性和定量的描述、這是GIS區(qū)別于其它類(lèi)型信息系統(tǒng)的根本標(biāo)志，也是其技術(shù)難點(diǎn)之所在。

地理信息系統(tǒng)處理、管理的對(duì)象是多種地理空間實(shí)體數(shù)據(jù)及其關(guān)系，包括空間定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等，用于分析和處理在一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過(guò)程，解決復(fù)雜的規(guī)劃、決策和管理問(wèn)題。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1系統(tǒng)功能劃分

本系統(tǒng)從邏輯上可以分為如下四個(gè)子系統(tǒng)，光保護(hù)子系統(tǒng)、光纜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、光纜資源管理子系統(tǒng)及光纜巡檢子系統(tǒng)。

光保護(hù)子系統(tǒng)主要作用是在光纜發(fā)生故障或者光纜中斷的情況下，在極短的時(shí)間（≤50ms，典型時(shí)間25ms）將光路由切換到備用光纜，在切換的時(shí)候，SDH/DWDM系統(tǒng)幾乎不會(huì)感知到切換，業(yè)務(wù)能夠得以連續(xù)，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可用率。

光纜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)則是采用機(jī)架式的RTU設(shè)備（內(nèi)含OTDR、OSW、OPM等模塊），一方面通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)了解當(dāng)前光纜網(wǎng)的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)劣化趨勢(shì)，防患于未然；另一方面當(dāng)出現(xiàn)光纜中斷時(shí)，能夠快速響應(yīng)，準(zhǔn)確定位，快速搶修，縮短障礙歷時(shí)。

光纜巡檢子系統(tǒng)則是以GPS/GIS地理信息技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)人工巡檢等方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)外部環(huán)境等隱患，及時(shí)處理，從而保證光纜網(wǎng)能夠安全持續(xù)運(yùn)營(yíng)。

光纜資源管理子系統(tǒng)則是以光纜設(shè)施為基礎(chǔ)，提供并維護(hù)光纜設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)，提供基于GIS的光纜地圖。

除了四個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)之外，本系統(tǒng)從外圍框架上提供了統(tǒng)一的安全管理、用戶管理、日志管理等公用模塊。

以上四個(gè)子系統(tǒng)采用低耦合的方式有機(jī)的融合在一起，四個(gè)子系統(tǒng)之間既能夠獨(dú)立運(yùn)行，又能夠通過(guò)內(nèi)部接口相互協(xié)助，在需要時(shí)能夠提供數(shù)據(jù)信息給對(duì)方或從對(duì)方獲取數(shù)據(jù)信息。

光保護(hù)子系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的光纜衰耗和功率告警信息給光纜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，光纜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)對(duì)這些信息進(jìn)行處理后，能夠分析光纜故障并驅(qū)動(dòng)OTDR進(jìn)行故障測(cè)試。

光纜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)在測(cè)試到光纜存在故障后，需要調(diào)用光纜資源管理子系統(tǒng)的光纜設(shè)施數(shù)據(jù)，通過(guò)技術(shù)分析、計(jì)算，將光纜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)得到的以光纖長(zhǎng)度表示的故障位置換算成以桿位/標(biāo)石/接頭表示的故障位置，并通過(guò)資源管理子系統(tǒng)在GIS光纜地圖上呈現(xiàn)出來(lái)，方便維護(hù)工程師進(jìn)行準(zhǔn)確定位和搶修。

光纜巡檢子系統(tǒng)可以在第一次巡檢時(shí)采集設(shè)施信息，為光纜資源管理子系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集后，光纜資源管理子系統(tǒng)則反過(guò)來(lái)為巡檢子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，并將巡檢發(fā)現(xiàn)的故障位置呈現(xiàn)在光纜地圖上。同時(shí)光纜巡檢子系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)光纜故障時(shí)，也可以給光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供信息驅(qū)動(dòng)OTDR進(jìn)行障礙測(cè)試。

光纜資源管理子系統(tǒng)主要為其他子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)及GIS信息支撐，同時(shí)也是故障信息最直觀的人機(jī)接口。

3.2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

本系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，系統(tǒng)的總體框架圖如下，客戶端通過(guò)TCP的方式和服務(wù)器進(jìn)行通信，服務(wù)器則根據(jù)設(shè)備類(lèi)型選用TCP或UDP的方式進(jìn)行通信。

數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLServer系列大型數(shù)據(jù)庫(kù)，滿足高容量系統(tǒng)需求；服務(wù)器采用windows系統(tǒng)服務(wù)方式，開(kāi)機(jī)自治運(yùn)行；客戶端采用JAVA開(kāi)發(fā)，界面操作簡(jiǎn)潔，易使用和維護(hù)。

各子系統(tǒng)在系統(tǒng)中以模塊化的形式存在，子系統(tǒng)之間采用內(nèi)部通訊方式進(jìn)行交互，耦合度接近零，各子系統(tǒng)可以方便靈活進(jìn)行安裝/卸載，方便整個(gè)系統(tǒng)的分步實(shí)施，或根據(jù)客戶的實(shí)際需求進(jìn)行裁剪。

3.3系統(tǒng)外部接口

系統(tǒng)本身采用開(kāi)放式的架構(gòu)，在其上可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，能夠提供CORBA、ESB/WebService或TCP/IP協(xié)議的接口供更高級(jí)別的綜合網(wǎng)管調(diào)用。

另外，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)，本系統(tǒng)還能夠和其他廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行互通，如獲取傳輸、EPON等設(shè)備的告警以驅(qū)動(dòng)OTDR進(jìn)行測(cè)試等。

4.系統(tǒng)功能介紹

4.1公用模塊功能介

系統(tǒng)公用模塊功能圖如下：

用戶級(jí)別分為系統(tǒng)管理員、系統(tǒng)維護(hù)員、系統(tǒng)操作員、系統(tǒng)監(jiān)控員四級(jí)。

可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)用戶分區(qū)，該區(qū)域的用戶只能監(jiān)控該區(qū)域內(nèi)的設(shè)備。

告警級(jí)別分為緊急告警、主要告警、次要告警、提示告警四級(jí)。

可配置告警時(shí)發(fā)送短消息或Email通知到相關(guān)人員。

4.2光保護(hù)子系統(tǒng)功能介紹

光保護(hù)子系統(tǒng)功能圖如下：

光保護(hù)子系統(tǒng)功能特點(diǎn)：

1.方便、直觀、實(shí)用的路由圖

在路由圖上可以實(shí)時(shí)顯示機(jī)盤(pán)各端口的功率監(jiān)控值，并計(jì)算出光纖段的衰耗，并可以方便進(jìn)行路由倒換、工作模式更改及告警閾值修改等操作。

2.縱觀全局的系統(tǒng)圖

在系統(tǒng)圖上可以查看整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)，可以查看路由的所有當(dāng)前功率、告警閾值、是否存在告警、當(dāng)前工作線路、線路衰耗、機(jī)盤(pán)的工作模式等信息。

4.3光纜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)功能介紹

光纜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的功能圖如下：

光纜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)特點(diǎn)：

1.靈活的配置功能

告警驅(qū)動(dòng)可以是OLP光保護(hù)告警、OPM功率監(jiān)測(cè)告警，或來(lái)自其他傳輸系統(tǒng)的告警。當(dāng)監(jiān)測(cè)到以上告警時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)OTDR對(duì)相關(guān)光纖進(jìn)行測(cè)試。

2.集成GIS電子地圖

GIS電子視圖能夠顯示RTU設(shè)備實(shí)際位置并能夠右鍵菜單方便操作；在光纜出現(xiàn)故障時(shí)，能夠自動(dòng)計(jì)算出精確到桿位/標(biāo)石的地理故障位置信息，并采用圖示和文本兩種方式顯示具體的故障點(diǎn)位置：

3.豐富的報(bào)表功能

具有監(jiān)測(cè)設(shè)備報(bào)表、告警統(tǒng)計(jì)報(bào)表、光纜障礙報(bào)表、光纜衰耗報(bào)表、光纜劣化報(bào)表、光纖資源報(bào)表等眾多報(bào)表，下圖是光纜衰耗報(bào)表：

4.獨(dú)特的PON接入光纜監(jiān)測(cè)功能

除了對(duì)主干光纜的監(jiān)測(cè)，本系統(tǒng)還可以通過(guò)采用“準(zhǔn)無(wú)源遠(yuǎn)程光開(kāi)關(guān)”等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)使用普通OTDR模塊對(duì)接入網(wǎng)中的每個(gè)分支光纜進(jìn)行監(jiān)測(cè)的功能，并能夠精確定位PON系統(tǒng)中分光器后每根用戶纖的準(zhǔn)確長(zhǎng)度和斷點(diǎn)位置，即使兩根用戶光纖的長(zhǎng)度一樣。有效解決傳統(tǒng)PON光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法區(qū)別相同長(zhǎng)度光纖的弊端。PON測(cè)試示例圖如下：

4.4光纜巡檢子系統(tǒng)功能介紹

光纜巡檢子系統(tǒng)功能圖如下

巡檢子系統(tǒng)使用了GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)、GSM全球移動(dòng)通訊技術(shù)、GPRS通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)、GIS地理信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)處理等多種先進(jìn)技術(shù)，在移動(dòng)通訊平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纜巡檢人員跟蹤管理及監(jiān)控功能。巡檢終端可以采用專(zhuān)業(yè)的GPS巡檢器，也可以使用具有GPS功能的手機(jī)終端。

4.5光纜資源管理子系統(tǒng)功能介紹

光纜資源管理子系統(tǒng)功能圖：

光纜資源管理子系統(tǒng)中需要管理的對(duì)象如下：

局站（含地下進(jìn)線室、管道閘）、管道（包括人井、進(jìn)線室、管道段、管群等）、桿路（包括電桿、標(biāo)石等）；光纜（包括中繼光纜和用戶接入光纜）、纜段；光交接點(diǎn)（包括光配線架、光交接箱、光纜分歧接頭等）、光接入點(diǎn)（包括分纖箱等）；光路（由多段光纖連接而成）。

所管理的資源屬性包括資源名稱(chēng)、資源編碼、資源類(lèi)型、資源規(guī)格類(lèi)型、資源GPS坐標(biāo)等。

電子地圖采用MapInfo格式，能夠以不同顏色呈現(xiàn)不同級(jí)別的告警信息。

提供對(duì)局站、光交接點(diǎn)、光纜段、纜段設(shè)施等的查詢(xún)統(tǒng)計(jì)，或通過(guò)指定設(shè)施類(lèi)別、設(shè)施屬性等方式來(lái)準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)所需內(nèi)容。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)光纜網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)的主要功能做了一個(gè)介紹，整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)依照電信級(jí)網(wǎng)管要求，符合相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和ITU-T建議，通過(guò)了苛刻的安全性能、穩(wěn)定性能測(cè)試。系統(tǒng)功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)易，界面友好，在全國(guó)各大運(yùn)營(yíng)商均有應(yīng)用。