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電力光纖到戶光纜系統的設計

發布日期:2017-10-11
                                                                電力光纖到戶光纜系統的設計    
      电力光纤到户(FTTH)建设工程是国家电网公司智能电网的重要组成部分,是在低压通信接入网中采用光纤复合低压电缆(OPLC),将光纤随低压电力线敷设,实现到表到户,配合无源光网络(PON)技术,建设电力光纤通信专网,覆盖到每个电力用户,承载用电信息采集、智能用电双向交互、“三网融合”等业务。建成后,住户将实现电力网与互联网、电信网、广播电视网的相互融合,实现网络基础设施的共建共享,大幅降低“三网融合”实施成本,提高网络的综合运营效率。随着智能电网建设的不断推进,光纤到户部署的规模将不断扩大,网上光缆的数量急剧增加。在大规模、多用户单元的环境下,如何维护这些光缆是迫切需要解决的问题。传统的光缆线路维护管理模式,需要大量训练有素的专业人员以及测试工具,故障查找困难,排障时间长,影响通信网的正常工作。因此,实施对光缆线路的实时监测与管理,动态观察光缆线路传输性能的劣化情况,及时发现和预报光缆隐患,实现对客户业务恢复的快速高效响应,具有重要的现实意义。
1 系统监测原理
与传统光缆测试不同之处在于PON光缆网络是一点对多点的通信连接,由于引入大分光比的分光器,分光器后面会有多条光缆,从而带来测试的复杂性。由于PON网络涉及分光器和后面大量的光缆,不适宜采用备纤测试,只能采用波分复用技术。加入波分设备(WDM),利用与PON业务波长不同的1 650 nm波长进行测试,在接收端使用滤波器把测试波长滤除,消除测试光对ONU(Optical Network Unit)的影响。
测试时1 650 nm测试光和业务光通过合波后经过OLT(Optical Line Terminal)侧光缆,到分光器件,再分到每个ONU段光缆。测试光在OLT至分光器段的光反射是单条光缆的反射信号,而分光器至ONU是将所有ONU光缆上的1 650 nm反射光传送回来,经过分光器聚合叠加后的反射信号送至OTDR进行分析,每段光缆的特征信号是叠加总信号中,加上测试光经过分光器衰减后信号本身损耗较大,反射的信号也不强。为此加入特别设计的强反射器单元,以增加每段ONU光缆在***末端的反射光能量。除增强ONU末端光缆强反射外,监测站(RTU)采用针对PON的OT-DR测试信号分析算法,以及配置专用的OTDR模块,能分辨出长度差异在2 m内的多条ONU光缆特征。即使采用1:64分光器,每段ONU光缆的末端反射信号都能被分辨出来。当其中一个ONU光缆中断,相应的强反射峰会消失,借助这个强反射峰的消失,系统可以准确判断出对应光缆产生中断故障。在线方式充分利用现有PON网络现有的分光器件和在用纤芯,不需要额外占用纤芯、安装分光器和进行工程跳纤。能保证100%测试出客户纤芯情况,且不影响现有用户业务。
 
2 系统设计
2.1 中心站设计
系統采用在中間應用服務器基礎上的三層體系結構。三層體系結構合理地將數據存儲、應用處理和結果展示(包括圖形、數據顯示)分開,並將一部分數據處理和應用計算從數據庫服務器上獨立出來轉移到應用服務器上,這就可以減輕數據庫服務器的處理壓力,使得數據庫服務可以集中精力進行數據存儲管理,而圖形數據顯示和處理則充分利用GIS平台先進、強大的圖形處理功能來進行。從整個系統的角度上講,負荷分配比較均勻,提高了整個系統的數據和圖形處理能力。監測中心由服務器、網管終端計算機、網絡設備、打印機及相應的軟件等組成。設備之間通過10M/100M以太網相互連接,支持TCP/IP通信協議。監測中心直接管理本區域內的所有監控站。中心站實現PON光纜網絡監測的拓撲、配置、測試、分析、故障、性能、安全等管理功能。提供對監控站與服務器之間鏈路的監視功能。一旦監控站本身或與服務器之間的鏈路出現故障,監控中心應能及時提醒用戶,並提供相應的安全和恢複功能。監控中心能對系統和所監測的PON光纜網絡進行持續或間斷的測試、觀察和監測,用以發現故障或性能的降低。被管理網絡中的RTU監控站均由一個管理軟件平台進行管理,在一個工作窗口上監視整個授權管理的區域,監控中心的服務器支持所有RTU進行的時間同步和狀態監視。
 
2.2 监测站设计
FTTH监测站(RTU)是本系统的核心,该监控单元拥有与OTDR仪表相同的测试功能和精度,通过对在本系统所安装的OTDR模块、控制模块、电源模块、光开关(OSW)、波分复用器(WDM)、反射滤波器、网络适配器及相应的软件实现集中控制管理,以达到对FTTH光纜的监控。在同一台RTU中可以同时集成用于长途和骨干网监控模块,全面覆盖从骨干到接入层的光缆测试。监控站具有本地测试,以及监控中心远端测试功能,按指令本地切换光开关通道,并启动测试。监控中心下发的测试完毕后,监测站立即将测得的曲线数据文件回传至监控中心。测试内容包括光纤通道的全程传输损耗及其光纤的光学长度、光纤上各个接头的损耗、两接头点之间的光纤衰减系数。2.3 预警设计
 
系統通過手動或自動方式啓動光時域反射儀(OTDR),對指定光纖進行測試,獲取光纜測試數據,即沿光纜數萬個均勻分布點的散射和反射功率電平值,所有取樣點的連線構成了該光纖鏈路的OTDR曲線。縱軸表示功率電平(dB),橫軸表示距離(km)。光纖連接器、斷裂、終點會引起光的反射,形成向上突變的反射事件;光纖的彎曲、熔接會增加光纖的衰耗,引起向下的突變,形成非反射事件。通過數據分析找到曲線的突變點,確定光纖頭端、尾端、接頭、熔接等光纖事件點。通過與參考數據比對,分析事件點、光纜段、光纖鏈路衰耗數據的變化,確定光纜的運行狀態,當數據變化超過預警門限時,發出預警信息。主要包括以下步驟:
(1)確定分光器位置。計算噪聲數據***小值,並查找達到該值***左邊的點leftpts_noisefloor,該點之前的反射事件且衰耗大于門限的點就是分光器位置。從後往前判斷測試數據值,如果小于或等于noisefloor,將noisefloor置爲該點的值,同時將leftpts_noisefloor設爲該點,循環結束即可准確找到。
 
(2)分析反射事件。從曲線開始點到末端E點,采用***小二乘法擬合直線L。確定從光纖起始點到尾端E之間所有反射事件R,查找在直線L上方,測試數據點與該點在L上投影的差值,超過反射門限的點,其中分光器後每個反射事件分別爲ONU光纜的結束位置。
 
(3)分析非反射事件點。根據接頭R將所測光纖分爲若幹段,分別在所分光纜區間段再作直線擬合,在每段光纖內分別確定非反射事件點。至少連續10個點在L上方,且與投影差的******值大于事件計算門限,作爲疑似非反射事件,再根據***後一次擬合的直線判斷該點衰耗是否大于門限,進行確認。

 


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