摘要：本文是研究如何通过技术手段提高冗余光纤通信网络的运行维护保障能力，实现快速发现冗余光纤通信质量问题、实时监测和预判光缆被挖断或弯曲过大事件、提前预警冗余光纤光衰问题、智能搜寻推荐最优冗余光纤芯功能等等。
关键词：光缆故障检测；冗余光纤通信质量监测；故障预警
光纤具有信息容量大、传输距离远、抗干扰能力强、成本低等很有优点，是现代网络通信的重要连接介质，应用越来越广泛。但是在光纤的日常使用中，常常会遇到各种建设施工或者其它外力导致光缆被挖断拉断破损、光纤年久老化、光纤弯曲过大、连接点断裂等等事件的发生，导致光缆不能正常使用，进而影响业务的正常运行。本文研究的系统通过实时监测多根冗余光纤的光衰情况，采用归一化、平均滤波等算法分析数据，有效的监测光纤的通信质量。采用数据库来存储分析光衰数据，实现光纤故障前的预警功能，同时也为故障后的案件分析提供有效的数据。系统监控软件采用可视化数据图形界面，便于操作者对光纤通信质量的了解。
1系统结构
整个系统的硬件由嵌入式设备和监控计算机组成，尾纤盒为光缆的末端接口一般都已经连接好了。嵌入式设备由信号采集模块和控制处理模块构成。信号采集模块负责发射控制模块送过来的调制信号和接收光纤返回的光信号并进行信号调理后送回控制处理模块进行信号处理。控制处理模块由数据处理、控制电路、显示电路、输入电路、通信接口电路等五大部分构成。数据处理负责处理接收的光纤衰减信号和测试信号及计算机监控软件交互的控制信号，完成光纤通信质量的初步监测。控制电路用于控制各个信号采集模块的信号采集及整机的在线自检。显示电路完成显示设备的运行情况和光纤的实时监测的状态以及操作菜单。输入电路用户采集用户的操作控制信号。接口电路负责各个信号采集模块和控制处理模块之间的通信连接及嵌入式设备和监控计算机之间的通信连接。计算机用于安装监控软件，通过监控软件能够更好的完成数据分析处理和可视化数据等等功能。监控软件由八大功能模块组成。
2光衰检测
光衰检测由光发射电路和光接收电路两大部分组成，如图2所示。在光发射电路中，驱动放大器用于放大控制处理模块送过来的检测信号，放到后送到激光发射头进行发射。为了提高发射光功率的稳定度，电路增加了温度补偿和自动光功率控制。光接收电路用于采集发射电路送出去的检测信号。首先由光敏接收头把光信号转换成电信号，然后由前置低噪声放大器对采集的微弱信号进行初步放大，再由带AGC功能的驱动放大电路对信号进行进一步放大。最后通过A/D转换变成数字信号送控制处理模块进行处理。通过发射不同功率的光信号，在接收端就能接收到不能功率的光信号。然后通过输入与输出之间的传递函数就能算出光纤的衰减值。
3冗余光纤通信质量监测
系统共有两个等级的质量监测功能，第一个是嵌入式设备可以对冗余光纤通信质量进行初级监测，第二个是计算机监控软件对冗余光纤通信质量进行高级监测。嵌入式设备的初级监测不断的采集光衰信号，通过滑动滤波器进行滤波。连续取N个采样值看成一个循环序列，队列的长度固定为N，每次采样到一个数据放入队尾，并且扔掉原来队首的一个数据（先进先出原则），滤波器每次输出的数据总是当前队列中的N个数据的算数平均值。该算法对周期性干扰有良好的抑制作用平滑度高。系统通过监测光衰产生如下表1所示的告警结果。计算机监控软件采集分析当前与存储的历史数据，除了能够完成嵌入式设备的所有初级监测功能外，还提供了高级的故障预警功能，能提前预判冗余光纤可能会出现的故障问题。原理是，监控计算机在初次采集该冗余光纤时会归一化采集数据，每次采集的有效数据都会存储起来。在分析采集到的光衰时，会从存储的数据库中提取历史数据，从而可以判断该冗余光纤的实时光衰变化、一天的光衰变化、一个月甚至几年的光衰变化。通过分析数值的变化，当光衰值慢慢变大，到达一定的临界值时就会触发光纤老化预警或是光纤弯曲过大预警或是部分光纤被挖断预警，进而可以提醒光纤维护人员在光纤通信故障之前早做准备，使故障处于可控范围，避免发生大问题。同时，监控软件还提供数据可视化界面，让维护工作人员对所管辖的光纤通信质量有个直观的了解。
4硬件设计
系统的嵌入式设备需要做硬件设计。为了使该系统能够广泛应用于各种通信机房，嵌入式设备采用标准的19寸1U机壳。采用AC/DC双电源功能。显示模块采用LED1602液晶显示屏。控制处理模块采用MC9S12XDG128CAL处理为核心部件。信号采集模块采用热插拔模块设计，一个模块含有8个光端口，用户可以根据冗余光纤的容量自行选择模块数量。嵌入式设备和计算机监控设备采用RJ45网络接口，方便多台设备组网监控。
5软件设计
系统软件包含嵌入式设备软件设计和监控软件设计。嵌入式软件通过下载到嵌入式设备的程序存储芯片里，完成嵌入式设备的正常运行。设备开机时进行初始化，完成各个模块的初始化配置。初始化通过之后进行在线自检，自检通过后对注册的模块进行数据采集和数据监测，如有异常都交异常告警程序块处理，最后回到在线自检，不断循环之前的步骤。计算机监控软件结构如图1系统结构中监控软件所示。在监控软件中，主要是对数据进行高级分析处理。包括故障预警、数据可视化、当某根光纤出问题时能自动识别并提示最优通信质量光纤芯、数据存储与查询等等，同时为了使系统更能安全稳定运行，监控软件增设了用户权限管理和数据库备份等功能。
6结语
由于光纤网络自身的优势明显、越来越多的重要部门都采用光纤冗余网络，冗余光纤网络维护变得越来越重要。尤其是当光纤通过基建开发的地段时，非常容易遭到外力破坏，给业务部门的安全稳定运行带来很大压力。本文所研究的系统能够提供一套低成本高性能的监控工具，为冗余光纤维护工作带来了很大的便捷性，提高了冗余光纤的运行保障能力。
参考文献
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作者：陈诚 单位：民航湖南空管分局
