[摘  要]相 对于国家长途光缆干线监测，对城市光缆系统实施在线监测显然要复杂得多。本文根据作者从事的实际光缆监测工程经验，在对城市光缆系统若干特点进行分析的基 础上，提出了对其实施在线监测的优化设计方案，并给出了颇为有效的具体算法。本文对城市光缆监测系统工程实施具有重要的参考意义。

[关键词]OTDR  光功率  光路  程控光开关箱  传输系统

1 光缆自动监测系统的现状

当 今世界上任何一个地区或城市的现代化通信网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。目前在我国，光纤通信发展也是非常迅速的，长途网的 光纤化比例已高达82％，光纤化的重点逐步从长途网转向中继网和接入网的馈线段，目前正向配线段延伸。许多城市已建成了大规模的市内光缆传输网。

随着光纤网络规模的扩大，光缆自动监测系统应运而生。光缆自动监测系统是一种利用计算机和通信技术以及光纤特性测量技术，对光纤传输网进行远程分布式的实时监测，并将光缆线路的状况信息集中收集、处理和存储的自动化监测系统。

插 卡式光时域反射仪(OTDR)由计算机控制，它连接到一个程控多路光开关箱上，通过多路光开关箱接入和测试网络中的光纤。OTDR根据工作波长的不同有多 种规格，主要有1550nm和1625nm成长两种，其中1550nm波长的OTDR只能针对PDH(1310nm)传输工作波长的光纤进行在线监测，而 1625nm波长的OTDR既可对PDH(1310nm)传输工作波长的光纤进行在城监测，又可对SDH(1550nm)传输工作波长的光纤进行在线监 测。OTDR发出的测试光波与光端机发出的通信光波波长不同，两种光波通过波分复用器(WDM)复用成混合光波在光纤上传输。为不影响光端机的正常通信， 必须确保OTDR发出的测试光波在进入此端对瑞光端机接收端前被过滤掉或者被转接到其他光纤上去。一条OTDR测试“光路”是指在OTDR测试中， OTDR发出的一路测试光所经过的所有的光纤所组成的路由。OTDR发出的测试光可以测试出这条光路(即该光路所经过的所有光纤)的物理层状况。显然，为 了充分利用OTDR的有效测试量程，一条光路的总长最好尽量接近于OTDR的有效测试量程。在国家长途主干光缆网上，一般一个光缆段的长度就已经接近于 OTDR的有效测试量程，所以在主干光缆网上建立光缆自动监测系统时，光路的设计就很简单(光路的起始点和终点设置WDM设备及滤波器即可，当然如果该光 路监测的是空闲光纤，则起始点和终点不需设置这些器件)。

2 城市光缆网自动监测系统测试光路的组成

城 市光缆网与国家主干光缆网相比显然要复杂得多，光缆拓扑错综复杂，另外，一个最主要的特点是各传输局之间的光缆段很短，长则5－6km，短则1-2km左 右，这样在设计测试光路路由时需要有特殊的考虑。为了充分发挥OTDR的有效测试量程，每个测试光路应尽可能由多段光纤组成，尽可能让OTDR的测试范围 覆盖整个城市光缆网。当一条光路由多段光纤组成时，若各段光纤由不同的传输系统在使用，则在每个跨接局仍需安装WDM设备，在光路的终点处设置滤波器滤掉 1625nm波长的测试光波以防止干扰光端机的正常通信(城市光缆传输网上，传输设备种类繁多，有PDH设备，也有SDH设备，PDH传输设备的光端机工 作波长为1310nm，而SDH传输设备的光端机工作波长为1550nm。考虑到工程设计的简洁及SDH传输技术的发展趋势，在城市光缆网上建立光缆自动 监测系统时，建议尽量使用1625nm监测波长的OTDR测试仪)。

建设城市光缆自动监测系统，除了需要精心设计测试光路路由外，还要尽量利用程控光开关箱的级联以实现一套OTDR测试仪监测更多的光路。

直 接与OTDR测试仪相连的只有一个主程控光开关箱(主箱)，从主箱的任一光开关出发可以级联子程控光开关箱(子箱)，子箱与OTDR测试仪不一定要在一个 传输局内部。但子箱的光开关控制信号仍来自于工控机，工控机可以通过光MODEM将控制信号送到位于其他局的子箱控制端口。这样OTDR发出的测试光通过 光开关箱，不仅可以测试本局出发的光路，还可以到达其他局。只要其他局有子箱与主箱级联，就可以通过控制信号控制主箱与子箱的光开关连接，使OTDR的测 试光到达于箱所接的光路。我们知道，OTDR、WDM和光开关等设备比较昂贵，测试成本较高，因此希望OTDR的一次测试，能尽可能地测量到多的缆段。这 就与主箱和子箱的放置位置及它们之间的连接有关。从放置位置来说，主箱与OTDR应放置在与其它局有最多连接光缆的局站，很显然，在这样的局站中，主箱能 将OTDR的测试光连接到更多的光缆段上。子箱应在可能的情况下放置到与主箱不同的局站内，这样能使OTDR监测光可以到达的缆段大大增加。最后，在可能 的情况下，主箱与子箱、子箱与子箱之间应尽可能多的级联，利用简单的排列组合的知识就可以算出级联后的可测试光路的条数会极大地增加。这样的结构可以使一 套OTDR测试仪能监测多达1000条光路。

3 光缆功率监测系统的应用

启 动OTDR和光开关都是有机械磨损和热损的，任何OTDR和光开关箱寿命都是有限的，尽管这种光缆自动监测系统取代了传统的手工使用OTDR仪表的测试方 式，但是为了及时发现光缆发生的0.5－5dB衰减这样比较危险的现象，现有光缆监测系统中均采用了每24小时启动一次监测系统对所有光路进行周期测试的 工作模式。假如一套监测站每天监测32条光路的测试曲线，一年要采集、分析、存储一万条以上的光纤曲线数据，而且要三年、五年、十年的累积下去。应该说这 些曲线中大部分是重复和没有变化的，并且是靠折损大量OTDR和光开关寿命换取的。延长OTDR和光开关寿命的最好解决办法是尽量减少OTDR测试次数， 即最好要求能不靠启动OTDR测试而预知可能发生故障的光缆，然后才有针对性地启动OTDR对可能发生故障的光缆进行测试。对在用光纤进行光功率监测可以 实现这个要求，因为光纤的任何物理损坏都会引起光功率值变化，通过实时监测在用光纤的光功率值变化情况可以有效预测出可能发生故障的光缆。

如 何对在用光纤进行光功率采集而又不影响其通信活动？可以使用分光器及光功率计在光端机收光瑞光纤上采集光功率，分光比在3/97－5/95的分光器在C3 端的介入衰耗LOSS/C1－C3一般在5－12dB，已完全满足光功率监测系统监测功率范围(2～65dB)的要求。利用光功率监测器件 30秒为周期对全网光端机盘的收端在线光纤的光功率的变化值进行采集监。与每个光功率监测点的历史参考值进行比较，超过门限则光功率监测系统自动告警，并 自动启动OTDR对可能发生故障的光缆进行测试。这样一来可以在城市光缆传输网上设置大量的分光器及光功率计采集光端机的收端光纤3％的光功率，例如可以 对光传输网上的每套传输系统的某一端光端机的收端光纤设置一套分光器及光功率计，一般可以使用一个16路的光功率采集单元，同时可以采集16套传输系统的 某一端的收光光功率。这种16路的光功率采集单元市场有售，其数据输出接口为标准串口RS－232，如果采用多串口卡的级联(各多串口卡可以分散在城市各 个传输机房，与上级串口卡之间采用光MODEM连接)，一台工控机可以同时采集多达1024个传输系统的收光功率。

将光功率监测引入后，每台工控机除了安装插卡式的OTDR测试仪外，还需配置多用户卡用于光功率采集。

4 城市光缆网自动监测系统的优化策略

工控机30s为一周期对所控制的所有采集点进行光功率采集，然后与各采集点的光功率参考值进行比较分析。若光功率衰变超出一定范围，则发生光功率告警事 件。采集点与传输系统是—一对应的，传输系统的每个光端机对是以多段光缆的多对光纤相串接而连接起来的，通过数据库系统可以建立传输系统与各缆、段、纤的 串接槽路表库。当发生采集点光功率告警事件后，能很快查出对应的传输系统的光缆路由，然后通过数据库中存储的光路路由表，能很快找出覆盖该传输系统光缆路 由的光路，然后可以控制OTDR及程控光开关箱对该光路进行测试。由于光端机之间的光缆光纤串接槽路复杂，因此当某一段光缆出现故障后，一般不会仅仅引起 两个局间的传输系统对应的光功率采集点告警，大多数的情形是出现若干采集点同时告警的现象。当然不应该分别去找出覆盖各传输系统路由的光路来进行OTDR 测试，这样做无疑是严重地浪费仪器资源，人为地增大了监测系统的负担，因为可以通过统一分析各告警采集点对应的传输系统光缆路由来分析出其路由最小交集。 然后尽量找一条光路即可完成对最小交集中所有线段的测试，如果不行，再找第二条。第三条，直到找到一个覆盖所有线段的最小光路集合，对该集合中的光路再分 别进行测试。

根据上述策略，在配置OTDR与光开关箱级联来设计光路路由时，应遵循的原则是：尽量使一条光路能尽可能的多覆盖光功率采集点所监测的传输系统的光缆路 由。另外，在一台工控机上利用光路光缆路由数据库与传输系统光缆路由数据库的关系来进行光路优化设计毕竟限制太多，因为收到光功率采集点告警后，能挑选的 测试光路得从该工控机所控制的测试光路中挑选。对于大规模的城市光缆网络，在进行光缆自动监测系统工程设计时，可以采用集中的数据库系统及监测中心服务器 结构，所有安装在各传输机房的工控机所控制的光路信息及光功率采集点信息都统一存放在中心数据库中，各工控机接受监测中心服务器的指令对其所控制的光路进 行测试，并将测试曲线上报到中心服务器进行分析处理。各工控机30s为一周期对所控制的所有采集点进行光功率采集，然后在本机与各采集点的光功率参考值进 行比较分析，若光功率衰变超出一定范围，则将告警信息集中上报到中心数据库中，中心服务器定期对一段时间内所发生的所有光功率告警事件集中分析，按前面所 描述的算法，分析各告警采集点对应的传输系统光缆路由的最小交集，然后在全系统范围内找到覆盖这个光缆段集合的最小光路集合，向各工控机发出测试指令，对 该集合中的光路再分别进行测试。

5 结束语

基于这种优化设计思想，在实施城市光缆自动监测系统时，应该优先扩大对各传输系统的光功率监测规模，在设计OTDR测试光路的光缆路由时，充分发挥 OTDR测试仪的有效测试量程，尽可能让每一条光路多覆盖已受光功率采集点监测的传输系统的光缆路由，从而降低整个系统的投资，并延长系统硬件的运行寿 命。