智能光纤管理系统的应用研究

李敏　蒋弢

【摘要】    随着5G网络建设提速，5G智能终端只是各行各业创新应用的冰山一角，未来的多样化的应用场景和网络设计，能够让人们体验和畅想更精彩和丰富的5G生活。在远程医疗、远程办公、在线课堂、无人驾驶、VR等各种应用体验的推动下，点燃了人们对5G网络高可靠、低时延、大带宽的热情渴望。同时对网络安全和网络质量提出了更高的要求和新的技术挑战。面向新时代“新基建”信息网络的光纤线路热点问题思考，参考国内外新产品、新技术、新方法和经验交流，探讨WDM/OTN网络及通信线路的维护和优化改造。基于此，对智能光纤系统的研究和应用迅速提上了议事日程。

【关键词】    5G    OTN    OSC    FD系统

一、系统概述

本文主要介绍智能光纤管理系统的应用研究。智能光纤管理系統，简称FD（Fiber Doctor）系统，它由硬件和软件两部分构成，相互协同配合。光纤的质量监测是通过发射探测光脉冲到光纤内，接收并分析探测光在光纤中传输时各点产生的瑞利背向散射光和菲涅尔反射光，实现对光纤的链路衰减计算与故障定位。通过FD系统的应用，快速而准确的进行光纤异常点定位分析，极大的提高线路维护效率，降低运行维护成本。

本文主要适用于网络规划、设计、调测和维护等相关人员研讨和使用。

二、应用场景

FD系统利用OTDR的原理，在WDM/OTN产品上实现对光纤质量监测的一种应用方案。通过精准检测线路光纤连接的状态，协助维护人员分析光纤接口、光纤熔接质量，并快速定位光纤质量问题。

现有FD系统方案是通过12ST2单板的内置单元发送探测光信号，并利用光纤菲涅尔反射和瑞利散射原理探测光纤损耗变化的位置和大小，并将检测性能数据上报给网管系统。

2.1 OTDR基本原理

OTDR是光时域反射仪，由OTDR光源发射一个探测光到光纤上，然后通过检测该光纤上返回的微弱信号，得到OTDR变化曲线，曲线横轴是时间，对应返回光的位置，纵轴对应返回光的强弱。不同的光纤状态返回光强度不同，因此根据曲线形状，可以判断光纤的损耗、故障等。返回的光信号有两种：一种是菲涅尔反射，光纤上的连接不佳的点或者断点，会因反射系数的改变形成较强的菲涅尔反射，在OTDR曲线上就是一个比较高的反射峰;另一种是瑞利散射，光纤会由于瑞利散射造成衰减，形成向下倾斜的曲线。两种返回信号的原理和作用如图所示。

2.2 FD系统组成

FD系统硬件部分负责发送探测光进行检测，得到光纤的性能数据。软件部分提供用户友好交互界面，支持不同场景下检测模式的参数设置。

2.2.1硬件部分

硬件支持OTDR探测的OSC单板，用于线路光纤质量监测。负责将OTDR探测信号调制在光监控信道上，利用光纤的菲涅尔反射和瑞利散射原理探测光纤损耗变化的大小和位置信息，并将检测性能数据上报网管系统。

2.2.2软件部分

FD系统软件集成在网管系统软件内。用户通过网管操作界面下发检测命令，FD系统软件接收设备上报的性能数据，并将数据图形化呈现检测结果。

2.3 FD系统应用场景

2.3.1 12ST2双纤双向系统

1.配置要求：12ST2+13FIU03，无Raman场景。

2.该场景支持双纤分别进行单端OTDR探测。

3.在跨段较短时需在12ST2的接收端加固衰，防止接收机过载。

2.3.2 12ST2单纤双向系统

1.单板选型配置要求：12ST2+11SFIU01。

2.该场景支持在光纤上进行单纤双端OTDR探测，但不能双端同时探测。

3.此场景自动模式仅支持1511nm端的单端扫描。

4.在跨段较短时需在12ST2的接收端加固衰，防止接收机过载。

三、使用方法

1.工程调测前，检查光纤质量。

2.网络运行时，实时监控检查线路光纤连接的健康状态。若检测到断纤，网管主动上报Fiber_Break_POS告警，提示光纤中断位置。

3.发生断纤故障时，FIU类单板上报MUT_LOS告警时，可启动检测定位故障点;修复断纤故障之后，可再次启动检测，检查修复效果。

3.1光纤质量监测类型

光纤质量监测分为在线监测和离线监测， OSC单板的光纤质量监测光与OSC光通道共用光源。

3.2离线监测与在线监测

3.2.1离线监测

在中断OSC通信情况下进行监测。OTDR探测脉冲全幅度发射，将会中断OSC通信。此时，OSC单板只发送光纤质量检测信号，检测动态范围较大，性能相对较优。

3.2.2在线监测

在不影响OSC通信情况下进行监测。以调顶信号方式在OSC信号中叠加OTDR探测脉冲，不影响OSC通信。此时，光纤质量检测功能与OSC通信同时工作，检测动态范围较小，相对离线性能较弱。

3.3光纤质量检测要求

1.近端端面要求线路光纤的近端端面必须清洁干净，最好使用端面仪观察确认。

2.12ST2工作在1491nm波长时，不支持“默认模式”的探测。

3.单纤双向探测，一端12ST2单板探测完后才能启动另一端探测，否则会对检测结果产生严重干扰。

4.断纤告警，智能光纤管理系统支持向网管系统主动上报 Fiber_Break_POS告警，提示光纤中断位置。

5.对OSC通信影响。使用12ST2单板采用“高级模式”下“离线”方式进行光纤质量监测。此刻可能会造成网元脱管，影响DCN通信、1588v2时钟、EOW公务等功能。

3.4启动光纤质量检测

启动光纤质量检测，需设置“探测模式”和“探测参数”。首次进行线路光纤质量检测时，必须采取该方式启动检测。

步骤1 进入“智能光纤管理系统”主界面。

在网管主菜单中，选择“配置 > 波分光层运维管理 > 智能光纤管理系统”。或者，在网管主拓扑图中，选中一条站间光纤，在右键菜单中选择“光纤质量探测”。

步骤2设置检测参数。

1.若被檢测光纤的源网元和宿网元均存在探测端口，在弹出的“信号流图”中，可勾选“双向探测”，选中源端和宿端用于光纤探测的单板，启动双端探测。否则，系统默认仅通过源端的单板进行单向探测。

2.在“探测模式”区域，设置探测模式和参数。双向探测情况下，需要为源端和宿端单板设置探测模式和参数;单向探测情况下，仅需为源端单板设置探测模式和参数。

步骤3查看探测结果

1.使用12ST2单板并采用参考模式进行光纤质量监测，若发现断纤会向网管主动上报Fiber_Break_POS告警，提示光纤中断位置。

2.查看当前检测结果，手动启动光纤质量检测后，系统会直接在“探测结果”区域显示探测进度和探测结果。单击“查看结果”，可显示探测曲线和事件。

3.查看历史检测结果，选择“智能光纤管理系统 > 历史记录”，筛选出该光纤的手动探测记录后，可选择查看历史录的探测曲线和事件。

3.5参数说明

光纤质量检测的性能参数，主要指“脉冲宽度”、“探测量程”和“探测时长”。

1.脉冲宽度，探测光脉冲宽度。加大脉冲宽度会使激光器发射的持续时间增加，即增大了注入的能量，可以获得更大的动态范围，但脉宽调大也会导致更大的盲区。

2.探测量程，线路监测获取数据取样的最大距离。线路光纤的总损耗会影响实际探测距离，光纤总损耗越大，所能探测到的距离越小。为了最大限度的发挥检测能力，设置的“探测量程”一般应大于实际检测距离。

3.探测时长，线路光纤质量监测功将多次测量结果加权取平均值的方式提高检测精度。从启动检测到软件返回检测结果，实际所需时间会大于“探测时长”参数。

四、应用价值

FD系统应用部署简单，与网管系统有机集成。支持在线检测，不影响业务使用。可远程定位光纤故障，节省线路维护成本。可自动在线检测光纤质量，及时掌握线路光纤健康状况。可自动测量线路光纤性能，方便工程实施。支持检测数据对比，协助快速分析光纤异常点位。

综上所述，FD系统的光纤质量监测功能可以协助维护人员及时发现光纤质量问题，快速修复光纤故障，提升网络运行维护效率，保证网络安全和稳定运行。

参考文献

[1] GR–196–CORE[S]。

[2] SR–4731[S]。

[3] WDM/OTN智能光纤管理系统专题[R].深圳：华为技术有限公司。