一種光纜線路竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳安林　彭小山

【摘 要】光纖通信系統(tǒng)是信息化建設(shè)的基礎(chǔ)平臺(tái)，由于其采用通用技術(shù)和產(chǎn)品，光纜線路幾乎沒(méi)有安全監(jiān)測(cè)措施，存在被竊聽(tīng)的隱患。本文闡述了一種光纜線路竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，能夠很好的保障光纜線路的安全。

【關(guān)鍵詞】光纜；竊聽(tīng)；監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)站；監(jiān)測(cè)中心

中圖分類號(hào)： TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）17-0064-002

Design of Cable Cable Eavesdropping Monitoring System

CHEN An-lin1 PENG Xiao-shan2

（1.78322 troops，Pu'er Yunnan 665199，China；2.78300 troops，Kunming Yunnan 650032，China）

【Abstract】Fiber optic communication system is the basic platform of information construction.Because of its use of general technology and products，there are few safety monitoring measures in the cable line，and there are hidden hidden dangers.This paper presents a design scheme for the monitoring system of cable wire wiretapping，which can guarantee the safety of the cable line.

【Key words】Optical cable；Eavesdropping；Monitoring；Monitoring station；Monitoring center

1 竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

圖1是光纜線路竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其工作原理如下：竊聽(tīng)第一特征檢測(cè)模塊的長(zhǎng)波長(zhǎng)光源發(fā)出1.625μm波長(zhǎng)光信號(hào)，經(jīng)光切換單元、耦合器與通信信號(hào)一起注入待測(cè)光纖。在另一端經(jīng)WDM分出1.625μm波長(zhǎng)的光信號(hào)，送到光功率采集單元，測(cè)出光功率大小并與發(fā)端光功率比較。如果光纖中產(chǎn)生符合竊聽(tīng)第一特征的微量光功率泄漏，就自動(dòng)觸發(fā)竊聽(tīng)第二特征檢測(cè)與定位模塊（BOTDR模塊）[1]進(jìn)行光纖應(yīng)變檢測(cè)。若檢測(cè)到竊聽(tīng)第二特征，則斷定線路遭受竊聽(tīng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)竊聽(tīng)定位；若光纖沒(méi)有檢測(cè)到竊聽(tīng)第二特征，則表明線路沒(méi)有遭受竊聽(tīng)，長(zhǎng)波長(zhǎng)光源經(jīng)光切換單元切換后和光功率采集單元一起測(cè)量其他光纖中的功率泄漏情況。

為避免BOTDR模塊發(fā)出的檢測(cè)光干擾光纖中的正常通信信號(hào)，一旦利用長(zhǎng)波長(zhǎng)光信號(hào)法檢測(cè)到竊聽(tīng)第一特征，就把該光纖上的信號(hào)倒換至備用光纖后，再觸發(fā)BOTDR模塊檢測(cè)該光纖中是否存在竊聽(tīng)第二特征。

按各組成模塊的功能可將系統(tǒng)分為竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站和竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心等部分。

竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站分布在各個(gè)光復(fù)用、光中繼站的傳輸機(jī)房，是本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，包括長(zhǎng)波長(zhǎng)光源單元、光功率告警采集單元、BOTDR單元、程控光開(kāi)關(guān)單元、波分復(fù)用器單元等。負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收端分離出的長(zhǎng)波長(zhǎng)光信號(hào)的光功率，并根據(jù)其變化情況確定是否需要進(jìn)一步啟動(dòng)BOTDR模塊檢測(cè)、定位竊聽(tīng)第二特征，以及把結(jié)果數(shù)據(jù)上報(bào)竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心。竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站的基本功能：接收竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心的控制命令；控制光開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換；控制BOTDR的測(cè)試；控制告警監(jiān)測(cè)；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的點(diǎn)名、周期、告警測(cè)試功能[2]。

竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心是整個(gè)光纜線路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的操作、維護(hù)、處理、統(tǒng)計(jì)、分析和監(jiān)管的中心。從各個(gè)竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站收集光纖測(cè)試數(shù)據(jù)并整理成有用的信息給網(wǎng)絡(luò)管理人員，同時(shí)也對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)異常的光纖發(fā)出告警。無(wú)論網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小，所有竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站都可以接收到竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心的指令，并正確地執(zhí)行測(cè)試、對(duì)比和記錄等功能，使維護(hù)人員可以進(jìn)行光纜線路竊聽(tīng)的自動(dòng)監(jiān)控。

2 竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程

光纜線路竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜合了長(zhǎng)波長(zhǎng)光信號(hào)法和BOTDR法，組成核心是竊聽(tīng)第一特征檢測(cè)模塊和竊聽(tīng)第二特征檢測(cè)與定位模塊，它們?cè)谝粋€(gè)系統(tǒng)中相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)光纜線路監(jiān)測(cè)，具體工作流程如圖2所示。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用中心波長(zhǎng)為1.625μm的穩(wěn)定光源，長(zhǎng)波長(zhǎng)光信號(hào)與通信信號(hào)共同耦合入光纖傳輸。在另一端經(jīng)WDM分離出長(zhǎng)波長(zhǎng)光信號(hào)，送至光功率檢測(cè)模塊。光功率檢測(cè)模塊的采集單元對(duì)分離出的長(zhǎng)波長(zhǎng)光信號(hào)功率進(jìn)行采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳送到光功率控制單元進(jìn)行光功率數(shù)據(jù)分析比較。在此之前，要設(shè)定竊聽(tīng)光功率泄漏的門限值，將超過(guò)告警門限的光功率數(shù)據(jù)及時(shí)上報(bào)竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心。竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心對(duì)各個(gè)光功率控制單元傳報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，對(duì)發(fā)生超門限值的光功率變化進(jìn)行警告。此時(shí)，把該光纖上的信號(hào)倒換至備用光纖后，并自動(dòng)啟動(dòng)竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站的BOTDR模塊和程控光開(kāi)關(guān)對(duì)該光纖進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試。BODTR測(cè)試光經(jīng)指定的光開(kāi)關(guān)進(jìn)入WDM，WDM接入在發(fā)端ODF架光纖活動(dòng)接頭處，測(cè)試光耦合進(jìn)入被測(cè)光纖。BODTR模塊根據(jù)返回的布里淵散射光的頻移量來(lái)測(cè)試光纖應(yīng)變大小和特點(diǎn)，對(duì)端介入光濾波器可阻斷測(cè)試光進(jìn)入后端的通信設(shè)備。最后將測(cè)試的曲線數(shù)據(jù)上傳竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行分析，若光纖應(yīng)變的大小及分布特征符合竊聽(tīng)第二特征，則可斷定這段光纖遭受竊聽(tīng)。然后發(fā)出聲光報(bào)警、自動(dòng)撥叫值班電話等，并可借助地理信息系統(tǒng)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心的監(jiān)控屏幕上以地圖的形式準(zhǔn)確地顯示出光纜的路由和竊聽(tīng)點(diǎn)的位置[3]。

此外，由于竊聽(tīng)第一特征檢測(cè)模塊是基于長(zhǎng)波長(zhǎng)光信號(hào)對(duì)彎曲功率泄漏敏感特性實(shí)現(xiàn)的，設(shè)定不同報(bào)警門限值，該系統(tǒng)還可以用于動(dòng)態(tài)觀察光纜光纖的特性變化、判斷光纖線路的長(zhǎng)期的劣化情況等。所以，此系統(tǒng)還可以精確地監(jiān)測(cè)光纜線路故障。endprint

3 竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

圖3 光纜線路竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

下面介紹光纜線路竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站和竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心的配置原則。某一個(gè)管理區(qū)域段內(nèi)的光纜線路由若干個(gè)竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站分段管理，分布在各個(gè)光復(fù)用、光中繼站的傳輸機(jī)房，其個(gè)數(shù)及配置取決于該段光纜的長(zhǎng)度和監(jiān)測(cè)方式[4]。一定數(shù)量的竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)連接到一個(gè)竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心，多個(gè)竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心匯接至上一級(jí)竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心。根據(jù)管理區(qū)域的大小和竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站數(shù)量的多少，竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心的級(jí)數(shù)可設(shè)計(jì)為一級(jí)，也可設(shè)計(jì)為二級(jí)或三級(jí)。

如圖3所示，是由竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站和二級(jí)竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心組成的一個(gè)竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用模塊化、分布式多級(jí)體系結(jié)構(gòu)。

4 竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)

竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站由長(zhǎng)波長(zhǎng)光源模塊、光功率告警采集單元、BOTDR模塊、程控光開(kāi)關(guān)、波分復(fù)用器（WDM）、控制器單元、電源單元、光濾波器、分光器、調(diào)制解調(diào)器等組成[5-6]。

4.1 長(zhǎng)波長(zhǎng)光源模塊

長(zhǎng)波長(zhǎng)光源模塊主要產(chǎn)生對(duì)竊聽(tīng)造成的彎曲光功率泄漏敏感的1.625μm波長(zhǎng)的光信號(hào)，它與通信信號(hào)共同耦合入光纖傳輸，在另一端經(jīng)WDM分離出長(zhǎng)波長(zhǎng)光信號(hào)，送至光功率告警采集單元。

4.2 光功率告警采集單元

光功率告警采集主要有光功率采集子單元、光功率告警控制子單元和負(fù)責(zé)兩者通信的單片機(jī)控制子單元等組成，如圖4虛線方框內(nèi)所示。

光功率采集子單元主要完成對(duì)各路待測(cè)光纖對(duì)端分離出的長(zhǎng)波長(zhǎng)光信號(hào)功率的自動(dòng)采集。一次可以掃描多路光路并采集數(shù)據(jù)，從而保證光纜線路竊聽(tīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)。光信號(hào)進(jìn)入光功率采集子單元，首先經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，再根據(jù)光的強(qiáng)度選擇相應(yīng)的放大倍數(shù)將電信號(hào)放大后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光功率值。

當(dāng)采集完數(shù)據(jù)后，通過(guò)串口傳給光功率告警采集子單元，光功率控制子單元把異常數(shù)據(jù)上報(bào)控制器單元（CPU），然后，CPU決定是否啟動(dòng)BOTDR模塊對(duì)指定的光路進(jìn)行竊聽(tīng)第二特征檢測(cè)?？梢哉f(shuō)，光功率告警采集單元觸發(fā)了BOTDR模塊的測(cè)試，只有當(dāng)通過(guò)長(zhǎng)波長(zhǎng)光信號(hào)法檢測(cè)到竊聽(tīng)第一特征時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)自動(dòng)觸發(fā)BOTDR模塊做測(cè)試，延長(zhǎng)了BOTDR模塊和程控光開(kāi)關(guān)模塊的壽命，節(jié)約了系統(tǒng)資源。

4.3 BOTDR模塊

BOTDR模塊主要用于竊聽(tīng)第二特征的檢測(cè)與定位。CPU控制BOTDR和光開(kāi)關(guān)，通過(guò)合波器可依次向光纜中的某一被測(cè)光纖發(fā)送光脈沖。利用光時(shí)域反射原理，檢測(cè)各條線路返回布里淵散射信號(hào)的頻移變化，從而得出光纖上應(yīng)變的變化并對(duì)其定位。

4.4 程控光開(kāi)關(guān)單元

在光纜線路竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，由于長(zhǎng)波長(zhǎng)光源發(fā)出的長(zhǎng)波長(zhǎng)信號(hào)光需要不斷地掃描光纜中多根光纖，所以，程控光開(kāi)關(guān)可將測(cè)試單元發(fā)出的測(cè)試光信號(hào)切換到不同光纖中。啟動(dòng)BODTR模塊作竊聽(tīng)第二特征測(cè)試時(shí)，也要通過(guò)程控光開(kāi)關(guān)單元切換通路。

4.5 波分復(fù)用器單元

WDM用于耦合波長(zhǎng)為1.55μm通信光和波長(zhǎng)為1.625μm長(zhǎng)波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)光，此時(shí)用作合波器；對(duì)端用WDM分離出長(zhǎng)波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)光，此時(shí)用作分光器，監(jiān)測(cè)光被濾出，而其內(nèi)部允許通信光通過(guò)[7]。此外，對(duì)于BOTDR模塊發(fā)出的監(jiān)測(cè)脈沖光的合、分，也是通過(guò)WDM完成的。

5 竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心的設(shè)計(jì)

竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心是系統(tǒng)操作、維護(hù)、處理、統(tǒng)計(jì)、分析和監(jiān)管的中心，由電腦、專用軟件和外設(shè)組成，管理一定數(shù)量的竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站。由主備服務(wù)器、監(jiān)測(cè)終端、路由器、同步和異步調(diào)制解調(diào)器、集線器、網(wǎng)絡(luò)適配器及其它一些附屬設(shè)備組成一個(gè)局域網(wǎng)，竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心可與網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行連接[6]。

竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心主要完成以下幾個(gè)方面的功能：

負(fù)責(zé)竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站的全面管理，是竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站的指揮控制中心；

接收竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站傳來(lái)的竊聽(tīng)或故障告警信息，并做出相應(yīng)的處理；

接收竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站的測(cè)試數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理并記錄；

設(shè)定竊聽(tīng)告警門限值；

向網(wǎng)管發(fā)送竊聽(tīng)或故障信息。

6 小結(jié)

本文分析了一種光纜線路竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理和工作流程，闡述了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成及其模塊設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)要介紹了竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)站和竊聽(tīng)監(jiān)測(cè)中心的設(shè)計(jì)。

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