CN101252393A - 一种具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光缆监测系统包括：光纤自动切换单元、多路光开关单元、光纤测试单元、通讯控制单元、网管单元。其中，网管单元与通讯控制单元通过网络直连；光纤自动切换单元、光纤测试单元及多路光开关单元与通讯控制单元以电接口形式相连；光纤自动切换单元、光纤测试单元及多路光开关单元之间通过光纤接口进行相连。本发明不仅解决了异常光缆的告警问题和在用业务纤的实时监测问题，而且还提供了一种光纤线路保护的功能，降低了系统的建造成本和维护难度。本发明采用统一网管，集成GIS/GPS实现对光纤资源的管理，不仅可享受方便、快捷、准确的光纤故障定位服务，而且还能实现光传输系统的自动切换保护，避免了光传输业务的损失。

Description

一种具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统

技术领域

本发明涉及光通讯领域，特别是涉及一种用于光纤线路和光缆维护的自动监测系统。

背景技术

随着光纤通讯技术的发展，光纤通讯网络的不断扩大，光纤光缆的维护问题也日趋迫切，实施对光缆线路的实时保护和监测显得十分重要。

光缆自动监测系统是利用光时域反射仪(OTDR)通过测试光纤的后向散射曲线来实现光缆线路的自动监测，并定位光纤故障点。通过该系统可实现光缆的实时监测和维护。光纤线路的保护目前主要是通过光纤线路自动切换保护技术实现的：通过简单的主备路由桥接，当其中主用路由出现阻断时，自动切换至备用路由，从而实现对在用传输系统业务的保护。目前两个系统分属不同的厂家建设，有各自的网管系统，互不联通，给光缆监测和维护带来不便。

现有的光缆监测系统需要解决的两个问题：一、如何及时发现光缆异常；二、如何实现在用业务光纤的检测。针对第一个问题，目前有以下两种技术：

一、基于轮询的方案：通过驱动多路光开关，再启动OTDR对待测光纤进行逐条测试，通过对测试结果进行分析，可以判断该光纤是否处于故障状态。但这种方案监测的实时性差，如果降低轮询速度，实时性更差；另外频繁驱动光开关和OTDR等核心部件测试，会降低光开关和OTDR的寿命，采用这种方案的光缆监测系统大多几年后就会报废，造成极大的损失。

二、基于稳定光源、光功率计的方案：通过在对端站放置稳定光源，在监测站采用光功率计，实时监测该光纤的光功率。对于光功率异常事件，光缆监测系统通过光开关选通该光纤所在的光缆，驱动OTDR进行测试，确定故障点位置。该方案实时性强。但需要增加稳定光源等硬件，对光源稳定性要求高，增加维护的成本负担。

针对第二个问题，目前也有两种技术：

一、基于光功率计、分光器的方案：在光传输系统的收端接入分光器，如97:3的分光器，取一小部分，如3％接入光功率计，实时检测光传输系统的光功率；在光传输系统的发端接入波分复用器，选取与传输系统工作波长不同的OTDR，并将OTDR的工作波长耦合接入光传输系统所在的发射光纤。当光功率计检测到光功率告警时，则驱动OTDR进行故障点测试。这种方案可实现在用业务光纤的实时监测，但是也有如下不足：它需要接入在用业务光纤，会造成大量的割接活动；当应用于波分系统时，日常的定期测试和点名测试，可能会干扰在用的波分系统；在系统业务中接入波分复用器和分光器，从而也增加了一个可能存在隐患的故障点；需要将受监测的光传输系统的发射光纤和接收光纤接入光缆监测系统，一旦出现器件故障或更新换代，更换，需要中断业务。

二、基于光传输系统告警的方案：将光传输系统的各种告警接入光缆监测系统，通过对光传输系统告警进行分析，在启动OTDR对在用光纤和非在用光纤进行测试，确定端点的位置。该方案实时性强，与光传输系统机结合可很好地完成光缆监测的任务。但是存在以下问题：首先，各个厂家的光传输系统的告警定义、格式、协议、接口都不一样，要在独立的光缆监测系统中集中处理不同的光传输系统的告警，没有现实意义；即使是告警，但造成告警的原因可能不仅仅是光缆故障，还有其他的更多原因，譬如光功率丢失告警，有可能是对端光传输设备光盘出现故障，这样会导致光缆监测系统误判。

由以上对现有技术的分析可见：目前的光缆监测系统各种方案均不太理想，不利于推广使用。更重要的是，光缆监测系统只能实现光缆的实时监测和故障定位，监控实时、速度快、定位准确的光缆监测系统能够缩短光缆传输业务中断的历时。但这些仍然都是事后处理，对光缆传输的业务没有进行保护。光保护系统对光缆的实时监测没能得到光缆监测系统的有效利用，同时光保护系统和光缆监测系统都要占用一定的光缆纤芯，造成光纤资源的一种浪费。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统，通过在光传输系统中接入光纤自动识别单元，以及接入光缆监测系统，不仅解决了异常光缆的告警问题和在用业务光纤的实时监测问题；而且还提供了一种光线路的保护功能：当光缆阻断时，不仅能对阻断的光缆实现故障定位，还能实现阻断的传输业务实时自动地切换到备用路由，使传输的业务得以保护和恢复。

本发明提出一种具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统，该系统包括光纤自动切换单元、多路光开关单元、光纤测试单元、通讯控制单元以及网管单元，其中：

光纤自动切换单元通过光纤接口连接被保护的光传输系统、和主用光缆、备用光缆；多路光开关单元连接至光纤自动切换单元及主用光缆、备用光缆，用于该系统多路选择监控；光纤测试单元的光接口连接至多路光开关单元的公共端口；通讯控制单元通过电接口与光纤自动切换单元、多路光开关单元、光纤测试单元相连；网管单元通过网络与通讯控制单元及终端客户相连；光纤自动切换单元为多路光开关单元提供了至少两个测试端口，光纤自动切换单元的告警信息和切换信息作为光缆监测系统的触发信号和告警信号。

所述的光纤自动切换单元包含有光开关、光收发模块、波分复用器及分光探测用的耦合器和探测器。

所述的光纤测试单元主要是指用测试光纤衰耗和进行光纤故障定位的光时域反射仪(OTDR)。

所述的多路光开关单元用于选择多种光纤的光开关单元。

所述的通讯控制单元包含用于通讯和控制各单元的电路板和实时测试系统。

所述的网管单元包含通讯管理模块，光线路保护设备、路由、告警管理模块，多路光开关及光纤测试OTDR的设备、路由、告警、测试管理模块，集成地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)的拓扑管理模块，光纤资源管理及故障定位模块，数据库及数据库管理模块，界面显示模块。

本发明不仅解决了异常光缆的告警问题和在用业务纤的实时监测问题，而且还提供了一种光纤线路保护的功能，降低了系统的建造成本和维护难度。本发明采用统一网管，集成GIS/GPS实现对光纤资源的管理，不仅可享受方便、快捷、准确的光纤故障定位服务，而且还能实现光传输系统的自动切换保护，避免了光传输业务的损失。

附图说明

图1为本发明的具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统的总体结构示意图；

图2为本发明的光纤自动切换单元的结构示意图；

图3为本发明的1×16路光开关单元示意图；

图4为本发明的网管单元结构框图；

图5为本发明的光线自动切换单元的工作状态一的连接示意图；

图6为本发明的光线自动切换单元的工作状态二的连接示意图；

图7为本发明的光缆自动监测系统对光缆告警的处理流程图；

图8为本发明的网管单元处理光缆中断的流程图；

图9至图12为本发明具体实施例的总体结构连接及工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式和工作原理。

图1是本发明的光缆自动监测系统的结构示意图。该系统主要包括：光纤自动切换单元200、多路光开关单元300、光纤测试单元(OTDR)400、通讯控制单元500、网管单元600。各单元之间的连接关系是：光纤自动切换单元200通过光纤连接被保护的光传输系统100、和主用光缆、备用光缆700；多路光开关单元300连接至光纤自动切换单元200的富余端口及主用光缆、备用光缆700适当的光纤芯数，以用于该系统多路选择监控。光纤测试单元400的光接口连接至多路光开关单元300的公共端口。通讯控制单元500通过电接口与光纤自动切换单元200、多路光开关单元300、光纤测试单元400相连。网管单元600通过网络与通讯控制单元500及终端客户800相连。

图2是本发明的光纤自动切换单元结构示意图，该单元主要包括：两个波分复用器201，一个光收发模块202，两个2×2光开关或采用一个4×4光开关203，八个光耦合器204，八个光探测器205，八个光端口206。本发明的光纤自动切换单元与常规光纤切换单元不同的是，本发明的光纤自动切换单元采有了两个波分复用器，一个波分复用器负责光纤测试信号的接入，另一个波分复用器则用于光纤测试信号的发出，这样一来，更方便了光纤测试信号的接入。

图3是本发明的1×16多路光开关单元示意图，该单元包括1个进口和16个出口，多路光开关可采用基于精密步进电机技术的多路光开关，在步进电机的驱动下，光路从通道1切换到通道2、通道3……通道16。

如图4所示，为本发明的网管单元，该单元主要包含通讯管理模块601，光线路保护设备、路由、告警管理模块602，多路光开关及光纤测试OTDR的设备、路由、告警、测试管理模块603，集成地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)的拓扑管理模块604，光纤资源管理及故障定位模块605，数据库及数据库管理模块606，界面显示模块607。

如图5、图6所示，分别是本发明的光纤自动切换单元的两种实施方式。其中Txd、Rxd、Tx、Rx、T1、R1、T2、R2分别为光纤自动切换单元的八个光端口，Tx、Rx连接光传输系统的发射光口和接收光口，T1、R1连接到主用光缆的光线配线架(ODF)，T2、R2连接到备用光缆的光线配线架(ODF)，内置的光收发模块通过波分复用器与对端的光纤自动切换单元的光收发模块相连。如图6所示，当主用光缆发生故障时，光纤自动切换单元探知到告警，并将告警通过光收发模块告知对端，并进行对话，同步切换到备用光缆。连接到波分复用器的Txd、Rxd光端口是为了方便接入有多路光开关输入进来的光纤测试信号。

如图7所示，为本发明对光缆中断事件的处理流程，(它是本发明的光缆自动监测系统的主要工作过程)，该流程包括以下步骤：当主用光缆700中断时；光纤自动切换单元200通过光功率监测探测到线路告警；光纤自动切换单元将光传输系统100的业务切换到备用光缆，使光传输系统100的业务及时得到恢复；之后光纤自动切换单元200将告警信息和切换信息通知到控制单元500；控制单元500通过分析告警信息，确定故障光缆，将多路光开关300依次切换到中断光缆的所在纤芯，含两根在用纤芯和两根空闲纤芯，并启动光纤测试单元(OTDR)400依次测试；OTDR通过先粗测、后精测两种方式定位中断光缆，得到故障点的详细事件信息；控制单元500获取光纤测试单元400的故障点信息，控制单元500将光纤切换信息和故障点信息上报给网管单元600。

如图8所示，为本发明网管单元对光缆中断事件的处理流程，该流程包括以下步骤：主用光缆700中断；监测用户800通过网管单元600获取该检测系统所上报的光缆中断信息和切换信息；定位故障路由，查询光纤自动切换单元200的切换信息，确保光传输系统100得到保护和恢复；定位故障光缆，网管单元600启动点名测试，下发命令给控制单元500；(控制单元500接到命令，选通多路光开关300，驱动光纤测试单元400依次进行测试，测试完后，)读取光纤测试单元400的测试曲线，获取故障点的精确位置信息，并上报给网管单元；网管单元接收到信息后，自动启动地理信息系统GIS，根据光纤资源的GPS管理信息，定位故障点的精确物理位置，并将故障点的光纤物理位置以短消息、电话、邮件的形式以最快速度推送给相关维护人员。

如图9-图12所示，为本发明的具体实施例的从初始工作环境到光缆监测系统的建立过程中的各阶段的系统连接示意图。

如图9所示，为本发明实施例的初始工作环境的系统连接示意图。其中：两套光传输系统分别工作在两条光缆上，不失一般性，将其定义为光缆1和光缆2，该具体实施例需利用本发明的技术方案实现两套光传输系统的光纤线路自动切换保护，同时建立对所在的两条光缆实施监测的光缆监测系统。该具有光纤自动识别方法的光缆自动监测系统的建立及实施过程如下：

如图10所示，为该具体实施例中在本具体实施例中的初始工作环境，即两套光传输系统中接入光纤自动切换单元的系统结构示意图：将两套在用的光传输系统分别接入两套光纤自动切换单元，将两套光传输系统的设备光纤，分别接入两套光纤自动切换单元的Tx、Rx端口，将主用纤芯接入光纤自动切换单元的T1、R1端口，将备用纤芯接入光纤自动切换单元的T2、R2端口。

如图11所示，为该具体实施例中在如图10所示的已接入光纤自动切换单元的光传输系统中，又接入光缆监测系统的系统结构示意图。即，将两套光传输系统的光纤自动切换单元的Txd、Rxd端口连接到多路光开关的其中四个端口，并分别选取光缆1和光缆2的两根富余纤芯接入到多路光开关的其中四个端口。

如图12所示，在上述图11所示的已接入光纤自动切换系统以及光缆监测系统的光传输系统的基础上，又将光纤测试单元接入多路光开关的公共口连接网络，配置网管，即完成整个系统的建立。该建立好的系统，其工作过程如下：

1.当光缆1发生中断，光纤自动切换单元自动将光传输业务在不到50ms的时间内切换到光缆2，使光传输系统的业务及时得到保护；

2.通讯控制单元根据光纤自动切换单元的上报信息，查询中断光缆所对应的测试纤芯位置；

3.通讯控制单元驱动多路光开关选通对应的纤芯号，启动光纤测试单元依次测试；

4.通讯控制单元依次读取光纤测试单元的测试结果，分析测试事件，并将结果上报给网管单元；

5.网管单元根据测试结果，定位中断光缆的故障点位置，启动地理信息传输系统GIS，根据光线资源的GPS管理信息，定位故障点精确物理位置。

从以上描述可知，本发明的具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统与现有技术相比，具有如下显著进步：

1.光缆监测系统中设置了光纤自动切换单元，在光缆监测系统中嵌入光线路保护系统，在光线路保护系统中接入光缆监测系统，二者互相兼容。

2.由于光纤自动切换单元可实现对被保护系统的自动切换保护，系统中断时间不超过50ms，比传统上采用OTDR监测定位，再派人去修复光缆，中断时间更短，降低了系统的中断历时，减轻了维护人员的压力。

3.统一的网管，在现有的光线路保护系统网管中可实现光缆监测系统的管理。二者信息共享，共同管理。

4.实现在线接入光缆监测系统，无需中断光传输系统，利用光纤自动切换单元富余的两个端口，自由接入。

5.光缆发生故障，光纤自动切换单元将光传输业务倒换到备用光缆，此时可利用光缆监测单元实现光缆故障的定位，因此设计上无需与光传输系统共纤在线测试，也就避免了光纤测试信号对光传输系统的干扰，提高了系统的可靠性。

6.无需在线增加波分复用器等光学器件，因此无需增加光传输线路的衰耗。

7.可利用光保护系统对线路的监控功能，实现对光缆的实时检测，无需增加光功率计、分光器等无源器件及稳定光源等有源器件。

8.利用现有的光保护系统产生的光纤故障信息作为驱动OTDR测试的事件，无须采用轮询及分光检测的方式驱动光开关和OTDR测试，提高了光开关和OTDR的使用寿命，降低了短时间更新换代的风险。

9.利用光纤自动切换单元的冗余两根纤芯接入光缆监测系统，节约了两根纤芯，节约了光纤资源。

10.采用集成GIS/GPS管理的综合网管系统，实现对光线资源的管理，利用GIS/GPS功能，可享受方便、快捷、准确的光纤故障定位服务。

11.该系统成本更低，不用投资建立专用的光源、光功率监测、分光器单元，同时降低了系统的维护难度。

Claims (6)

1.一种具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统，该系统包括光纤自动切换单元、多路光开关单元、光纤测试单元、通讯控制单元以及网管单元，其中：

光纤自动切换单元通过光纤接口连接被保护的光传输系统、和主用光缆、备用光缆；多路光开关单元连接至光纤自动切换单元及主用光缆、备用光缆，用于该系统多路选择监控；光纤测试单元的光接口连接至多路光开关单元的公共端口；通讯控制单元通过电接口与光纤自动切换单元、多路光开关单元、光纤测试单元相连；网管单元通过网络与通讯控制单元及终端客户相连；光纤自动切换单元为多路光开关单元提供了至少两个测试端口，光纤自动切换单元的告警信息和切换信息作为光缆监测系统的触发信号和告警信号。

2.如权利要求1所述的具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统，其特征在于，所述光纤自动切换单元包含有光开关、光收发模块、波分复用器及分光探测用的耦合器和探测器。

3.如权利要求1所述的具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统，其特征在于，所述光纤测试单元为采用测试光纤衰耗和进行光纤故障定位的光时域反射仪。

4.如权利要求1所述的具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统，其特征在于，所述多路光开关单元用于选择多种光纤的光开关单元。

5.如权利要求1所述的具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统，其特征在于，所述通讯控制单元包含用于通讯和控制各单元的电路板和实时测试系统。

6.如权利要求1所述的具有光纤自动切换单元的光缆自动监测系统，其特征在于，所述网管单元包含通讯管理模块，光线路保护设备、路由、告警管理模块，多路光开关及光纤测试OTDR的设备、路由、告警、测试管理模块，集成地理信息系统、全球定位系统的拓扑管理模块，光纤资源管理及故障定位模块，数据库及数据库管理模块，界面显示模块。

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