（中興通訊股份有限公司，江蘇 南京 210012）

智能光纖監(jiān)測技術(shù)在電力光通信中的應(yīng)用

王勇峰，婁春嬌，劉潤賓

（中興通訊股份有限公司，江蘇 南京 210012）

智能光纖監(jiān)測技術(shù)（eODN）是光纖通信先進的網(wǎng)絡(luò)運維技術(shù)。首先進行了智能電網(wǎng)光纖網(wǎng)絡(luò)運維分析，然后從 eODN基本原理、應(yīng)用可行性、故障處理建議、市場應(yīng)用方面分析了 eODN技術(shù)在智能電網(wǎng)光通信中的應(yīng)用可行性。eODN可實現(xiàn)電力光纖網(wǎng)絡(luò)的智能化管理，提升電力光纖通信的可靠性和網(wǎng)絡(luò)維護的便捷性。

OTDR；光鏈路監(jiān)測；故障定位；狀態(tài)預(yù)警；網(wǎng)絡(luò)運維

1 引言

2009年5月21日，國家電網(wǎng)公司首次向社會公布了“智能電網(wǎng)”的發(fā)展計劃，并初步披露了其建設(shè)時間表，將于2020年全面建成統(tǒng)一的“堅強智能網(wǎng)”。

智能電網(wǎng)就是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，以各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動化、互動化為特征的統(tǒng)一堅強智能化電網(wǎng)。涵蓋所有電壓等級，由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等環(huán)節(jié)有機組成。“統(tǒng)一”是前提，“堅強”是基礎(chǔ)，“智能”是關(guān)鍵。

通信支撐是堅強智能電網(wǎng)的重要組成部分，而基于EPON（Ethernet passive opticalnetwork，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)）的光纖通信以其無源可靠、經(jīng)濟高效、高速和遠(yuǎn)距離覆蓋的特性，在智能電網(wǎng)配電自動化、用電信息采集和電力光纖到戶的建設(shè)過程中得到了成熟和廣泛的應(yīng)用，不斷提高配電、用電的效率和電力網(wǎng)絡(luò)的可靠性。智能光纖監(jiān)測技術(shù)（eODN）是光纖通信先進的網(wǎng)絡(luò)運維技術(shù)，本文嘗試將eODN技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)EPON系統(tǒng)，分析光網(wǎng)絡(luò)智能管理、光鏈路監(jiān)測、狀態(tài)預(yù)警和故障精確定位等應(yīng)用的可行性。

2 智能電網(wǎng)光纖網(wǎng)絡(luò)運維分析

2.1 配電自動化光通信網(wǎng)絡(luò)

自2009年國家電網(wǎng)公司發(fā)布“智能電網(wǎng)”計劃以來，配電自動化建設(shè)在全國范圍內(nèi)全面鋪開，江西、河北、貴州、廣東、江蘇、上海、福建、湖南、寧夏、青海、吉林等眾多省市都陸續(xù)進行了地市電網(wǎng)改造?；贓PON的配電自動化方案將OLT放置于變電子站，各個變電子站位于SDH/MSTP傳輸環(huán)上，變電子站通信層完成通信終端的匯聚并通過SDH/MSTP與主站系統(tǒng)進行通信。OLT出2個PON口組成2條鏈互為備份，各個開閉所、環(huán)網(wǎng)柜或柱上開關(guān)處的ONU通過雙PON口分別連接到這2條鏈上，每條鏈上的分光器均采用1×2非等分分光器，雙PON口可以提供高可靠性。終端信息層采用的電力定制ONU提供FE、RS232、RS485等接口與RTU、FTU、TTU、DTU等設(shè)備互聯(lián)，并且能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。主站系統(tǒng)控制層完成信息提取、分析以及優(yōu)化等各種管理功能，并完成對通信匯聚設(shè)備、通信終端設(shè)備的管理。配網(wǎng)自動化整體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

隨著EPON配電網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)大規(guī)模建設(shè)及應(yīng)用，電力配電穩(wěn)定性和可靠性得到了大幅提升，進一步夯實了國網(wǎng)公司的品牌形象，提高了客戶滿意度。然而，我國國土廣袤、地域遼闊，西部燥熱、北部高寒、南部濕熱、東部多雷雨，復(fù)雜的自然環(huán)境為EPON配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的日常管理和維護設(shè)置了眾多障礙，如何實現(xiàn)海量光纖網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)管維護、如何快速定位和恢復(fù)光纖節(jié)點故障就顯得尤為重要。

2.2 用電信息采集光通信網(wǎng)絡(luò)

基于EPON的用電信息采集解決方案中，OLT放置于變電子站，各個變電子站位于SDH/MSTP傳輸環(huán)上。OLT可以出1個PON口組成1條鏈，各個配電房集中器處的ONU可以通過PON口連接到這條鏈上，分光器采用1×2非等分分光器。如果集中器的位置比較集中，也可以采用等分光器進行星型連接。終端信息層采用的ONU可以提供FE、RS232、RS485等接口與RTU、FTU、TTU、DTU等設(shè)備互聯(lián)，并且能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。主站系統(tǒng)控制層主要完成用電信息的提取、分析以及優(yōu)化等各種管理功能，并完成對通信匯聚設(shè)備、通信終端等設(shè)備的管理。對于光纖無法覆蓋的配電房，可以輔以無線的方式進行用電信息采集。用電信息采集整體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

用電信息采集系統(tǒng)和配網(wǎng)自動化系統(tǒng)可以共用EPON光纖網(wǎng)絡(luò)，同樣存在因為環(huán)境氣候等自然因素導(dǎo)致的光纖網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性問題，而且電力抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)龐大、終端海量，通常出于建設(shè)成本考慮，光纖網(wǎng)絡(luò)不會采用手拉手等復(fù)雜的全網(wǎng)絡(luò)保護方式，為了保障用電信息采集的準(zhǔn)確性和實時性，光纖網(wǎng)絡(luò)運維系統(tǒng)的狀態(tài)實時監(jiān)測及故障定位功能，成為用電信息采集的一個新課題。

圖1 配網(wǎng)自動化整體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖2 用電信息采集整體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2.3 電力光電到戶光通信網(wǎng)絡(luò)

隨著國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)的逐步開展，配電、用電環(huán)節(jié)通信對EPON的需求日益明確。在智能電網(wǎng)用電環(huán)節(jié)，采用光纖復(fù)合低壓電纜 （optical fiber composite low-voltage cable，CPLC）配合EPON技術(shù)實現(xiàn)光纖入戶，既能夠?qū)崿F(xiàn)居民用戶的用電信息采集，也能夠滿足智能電網(wǎng)信息化、自動化、互動化的需求和集電信網(wǎng)、電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為一體的“三網(wǎng)融合”要求。

相比運營商推出的光纖入戶技術(shù)，其本質(zhì)是一樣的，只是在最后入戶線纜鋪設(shè)時更具便利性，可大幅降低鋪設(shè)成本。由于OPLC的出現(xiàn)，電網(wǎng)在對新建小區(qū)進行電纜鋪設(shè)的同時，即可將光纜鋪設(shè)入戶。電力光纖到戶（power fiber to the home，PFTTH）整體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，完美地實現(xiàn)了語音、數(shù)據(jù)、IPTV、CATV、智能家居等業(yè)務(wù)的融合。

PFTTH建設(shè)的直接結(jié)果即電力光纖網(wǎng)絡(luò)一步到位、徹底走進百姓家庭，用戶接入帶寬最高。該種模式下，光纖末端節(jié)點最靠近用戶，同時光纖鏈路出現(xiàn)故障的可能性也大大增加，排除自然環(huán)境因素干擾以外，還需考慮各種人為因素造成的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性及可靠性問題，比如用戶側(cè)挖地、施工等造成的光纖斷裂、彎曲等，如何快速、準(zhǔn)確地定位故障地點和故障類型成為一個難題。

3 eODN在智能電網(wǎng)光通信中的應(yīng)用可行性

3.1 eODN基本原理

基于光時域反射儀（optical time-domain reflect meter，OTDR）的eODN智能光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)主要通過發(fā)送測試光脈沖到光纖內(nèi)，然后對反射回的光進行檢測。光纖末端、光纖斷裂以及連接器等事件可以通過脈沖的反射反映到 OTDR上，OTDR根據(jù)光反射回來所花費的時間來確定每個事件的距離。eODN智能光纖監(jiān)測基本原理如圖 4所示。

圖3 電力光纖到戶整體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖4 eODN智能光纖監(jiān)測基本原理

采用eODN智能光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)進行光鏈路狀態(tài)監(jiān)測和故障定位，采用雙色曲線對比光路新舊事件。在光路狀態(tài)正常情況下，啟動OTDR測試，將健康數(shù)據(jù)曲線存儲下來；在網(wǎng)絡(luò)運行過程中，OTDR測試數(shù)據(jù)實時刷新并同健康數(shù)據(jù)實時對比，從而實現(xiàn)光路的實時、在線、性能監(jiān)測；在光路出現(xiàn)故障以后，OTDR測試的測試結(jié)果與健康參數(shù)數(shù)據(jù)將會出現(xiàn)明顯差異，系統(tǒng)發(fā)生預(yù)警，通過兩條曲線數(shù)據(jù)差異的對比分析即可獲得故障點精確位置。eODN智能光纖監(jiān)測曲線對比如圖5所示。

3.2 應(yīng)用可行性分析

根據(jù)電力常見EPON鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)設(shè)定如下模型：手拉手12級組網(wǎng)，每個節(jié)點采用1×2的非等分分光器，非等分的分光器的規(guī)格采用10∶90（插入損耗10.6 dB），每個分光器有2個熔接點與1個活動連接頭，兩側(cè)使用的ODF各有2個熔接點與1個活動連接頭，光纖采用G.652D （上行損耗0.35 dB/km，下行損耗0.21 dB/km）。電力配電自動化組網(wǎng)模型如圖6所示。

功率預(yù)算=活動連接頭衰減+熔接點衰減+光纜線路衰減+分光器衰減+工程余量（工程余量取1.5 dB），該組網(wǎng)模型下分光器衰減、線路衰減及總衰減情況見表1～表3。

圖5 eODN智能光纖監(jiān)測曲線

圖6 電力配電自動化組網(wǎng)模型

表1 分光器衰減計算結(jié)果

表2 光纖鏈路損耗計算結(jié)果

表3 總衰減計算結(jié)果

結(jié)合實際工程數(shù)據(jù)，檢測數(shù)據(jù)門限設(shè)置一般情況定義：非反射事件門限設(shè)置為0.01 dB；反射事件門限設(shè)置為-40 dB；光纖末端/結(jié)束門限設(shè)置為3.0 dB；前端板連接器警告級別設(shè)置為-30 dB。對于上述電力12級手拉手光網(wǎng)絡(luò)模型，eODN智能光纖監(jiān)測技術(shù)可完全滿足其檢測需求。

3.3 eODN在電力光通信節(jié)點故障處理應(yīng)用建議

基于OTDR技術(shù)的eODN智能光纖監(jiān)測系統(tǒng)是針對光纖網(wǎng)絡(luò)的實時、在線、性能監(jiān)測的專用平臺，可實現(xiàn)光纖障礙的快速、精確定位，該系統(tǒng)由 eServer網(wǎng)管平臺和eOMU硬件組成。 eServer網(wǎng)管平臺實現(xiàn)光纖測試數(shù)據(jù)的收集和分析，測試控制、健康庫數(shù)據(jù)存儲和對比，地理、光纖端口信息查詢等功能；eOMU硬件由OTDR模塊、光纖交換矩陣、合波器、光源、控制模塊、電源模塊等功能模塊組成，執(zhí)行對光纖網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測。針對電力配電自動化、用電信息采集和電力光纖到戶等P2MP組網(wǎng)場景，eODN智能光纖監(jiān)測系統(tǒng)可以提供更加豐富的光鏈路檢測功能，詳見表4。

在上述電力配電自動化建設(shè)模型下，該監(jiān)測技術(shù)節(jié)點故障處理如下。

如果OLT上的某個 PON口下節(jié)點5到節(jié)點 12的ONU下線，而節(jié)點1和節(jié)點4均在線，那么可以判斷出節(jié)點4和節(jié)點5之間的主干光纖斷；將1×N光開關(guān)OSW切換到該PON口，通過OTDR設(shè)備可以判定出節(jié)點4和節(jié)點5之間的光纖斷點的具體位置，精度為5 m。

如果OLT上的某個PON口下節(jié)點5的ONU下線，而其他節(jié)點的ONU均正常，那么可以判定節(jié)點5的分支光纖斷或者節(jié)點5下的ONU損壞，如果是ONU損壞，則更換ONU，如果是節(jié)點5的分支光纖斷，在修復(fù)光纖的時候通過手持式OTDR即可判斷分支光纖斷點的具體位置，精度為5 m。

以上舉例的判斷過程均由eODN智能光纖監(jiān)測系統(tǒng)自動完成、無需人工參與，在光纖鏈路狀態(tài)發(fā)生異常的情況下，可以及時產(chǎn)生預(yù)警；在故障已經(jīng)發(fā)生的情況下，可以根據(jù)曲線類型迅速判定故障原因，如果是光纖斷則告警的同時還可以判斷出斷點的位置。

3.4 eODN的市場應(yīng)用

作為國際領(lǐng)先的智能光纖監(jiān)測技術(shù)，eODN已成功應(yīng)用于國內(nèi)外電信運營商及政企網(wǎng)行業(yè)領(lǐng)域，如重慶移動、海南移動、內(nèi)蒙古移動、遼寧移動、山東移動、江蘇移動等，海南聯(lián)通、廣東電信、中國中原油田、葡萄牙DSTelecom& Blu、哥倫比亞ETB等的市場應(yīng)用規(guī)模累計近百萬端口。

表4 eODN智能光纖監(jiān)測典型功能

在傳統(tǒng)ODN建設(shè)模式下，客戶對ODN的管理、運維大部分工作借助于手工方式完成，對故障響應(yīng)慢、資料錄入慢、錯誤率高，已經(jīng)無法滿足 FTTH建設(shè)下海量光纖管理需求。針對這種情況，中原油田決心引入智能化ODN管理，項目一期共建設(shè)48芯eODF 5套，72芯eODF 2套，主要完成對新建綠景花園等小區(qū)的ODN智能化建設(shè)，以此大幅提升了全光接入網(wǎng)建設(shè)下ODN信息化水平，實現(xiàn)全天候在線式智能光纖管理，大大減輕了維護壓力，為后續(xù)全網(wǎng)規(guī)模建設(shè)智能化ODN奠定了基礎(chǔ)。

本期項目同時建設(shè)7套中興eMonitor光纖檢測系統(tǒng)，分別在中原油田去往7個地區(qū)局的主干光纖，采用暗光纖檢測方式實現(xiàn)局向主干光纖7×24 h聯(lián)網(wǎng)式檢測，實現(xiàn)了“早發(fā)現(xiàn)、早定位、早處理”，項目實施后維護人員光纖故障處理時間平均下降了60%，大大提升了工作效率，為中原油田寬帶接入系統(tǒng)的頑健性和穩(wěn)定性提供了可靠保障。

4 結(jié)束語

結(jié)合電力配電自動化、用電信息采集和電力光纖到戶等EPON接入網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及ODN網(wǎng)絡(luò)的光功率損耗分析，基于光時域反射的智能光纖監(jiān)測技術(shù)（eODN）完全可以滿足電力光通信的網(wǎng)絡(luò)運維管理的需求，解決故障的精確定位與光鏈路狀態(tài)預(yù)警處理的難題，實現(xiàn)電力光纖網(wǎng)絡(luò)的智能化管理，提升電力光纖通信的可靠性和網(wǎng)絡(luò)維護的便捷性。

[1]金曉靜.OTDR技術(shù)在FTTx網(wǎng)絡(luò)運維中的應(yīng)用與方案[J].中興通訊技術(shù),2014(6). JIN X J.Application and scheme of OTDR technology in FTTx network operation and maintenance[J].ZTE Technologies,2014(6).

[2]劉應(yīng)強.使用 OTDR進行光纜故障定位的精確性研究[J].網(wǎng)絡(luò)電信,2002(10):40-41. LIU Y Q.Research on accuracy of cable fault location through OTDR[J].Network Telecom,2002(10):40-41.

[3]許鵬.如何正確使用OTDR迅速準(zhǔn)確判斷光纜線路的故障[J].廣播電視技術(shù),2008(4):49-51. XU P.How to quickly and accurately determine the optical cable fault through OTDR[J].Radio&TV Broadcast Engineering,2008(4): 49-51.

App lication of intelligent optical fiber monitoring technology in power optical comm unication

WANG Yongfeng,LOU Chunjiao,LIU Runbin
ZTE Corporation,Nanjing 210012,China

Intelligent optical fiber monitoring technology (eODN)is the advanced network operation and maintenance technology in optical fiber communication.Firstly,the operation and maintenance analysis of the intelligent grid fiber network was carried out.Then,the feasibility of eODN technology in intelligent optical communication was analyzed from the basic principles of eODN,application feasibility,proposal of fault treatment and market application.eODN can realize the intelligent management of power optical fiber network,enhance the reliability of power optical fiber communication and the convenience of network maintenance.

optical time-domain reflect meter,optical link detection,fault location,state warning,network operation and maintenance

TN913.7

：A

10.11959/j.issn.1000-0801.2017052

王勇峰（1975-），男，中興通訊股份有限公司固網(wǎng)產(chǎn)品資深專家、政企方案規(guī)劃總工程師，主要從事能源、交通、智慧城市及互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)固定接入網(wǎng)綜合方案和語音核心網(wǎng)NGN解決方案方向的研究工作。

婁春嬌（1986-），女，中興通訊股份有限公司固網(wǎng)產(chǎn)品經(jīng)理、政企方案規(guī)劃高級工程師，主要從事電力、鐵路、教育行業(yè)固定接入網(wǎng)綜合方案和語音核心網(wǎng)NGN解決方案方面的研究工作。

劉潤賓（1983-），男，中興通訊股份有限公司固網(wǎng)產(chǎn)品經(jīng)理、政企方案規(guī)劃高級工程師，主要從事電力、軌道交通、金融行業(yè)固定接入網(wǎng)綜合方案和語音核心網(wǎng)解決方案方面的研究工作。

2016-12-14；

2017-02-18