光纤在线监控系统

    F-SCADA系统是根据《YDN 010-1998光缆线路自动监测系统技术条件》和《ITU-T Rec. M3010 1997 Definition of principles and concepts for a telecommunicati*** management network》研制开发的光缆网络管理系统，它为用户提供了直观、方便、快捷的光纤***控、管理工具，提高了网络维护工作效率、大大缩短了故障时间；在开发该系统时，我们从系统的功能和软件的实现两方面均采用了模块化的设计思想，采用了商用数据库和J***a语言开发，组网平台为TCP/IP协议，采用客户服务器（Client/Server/Database）方式，大大优化了系统结构，其可维护性和可扩展性十分好，可以不断地吸收和实现现场维护技术的新要求，建立优化的***系统及经验模型，是一个具有综合能力的管理系统。

1．O-SCADA系统结构

F-SCADA是一个基于WEB方式的分布式光缆在线监控系统，它由监测站（RTU子站）和管理中心（主站）构成。系统的组网方式灵活多样，既可以运行在数据网上，又可以运行在电话网上，同时还可以运行在INTERNET网上。由于系统采用J***A语言开发，因此可以根据系统的大小，进行灵活配置，它既可运行在小型机或工作站的UNIX操作系统下，又可以运行在微机的LINUX或WINDOWS操作系统下。另外，由于客户端采用的是基于浏览器方式的界面，因此对用户而言，操作界面简单，可维护性好。

结构示意图如图1。

2．监测中心（主站）构成

告警管理模块功能主要是通过基于WEB的地理信息系统以图形方式（光缆线路拓扑图、分布图）对所管辖的所有监测站之下的所有光缆单元、系统设备进行实时监测，并对他们进行实时告警及故障处理流程（声光及E-MAIL、传呼等联动形式），通过相关的对话窗口，可以对光缆故障进行确认、清除处理，进行查询、统计、分析，发布测试命令。

维护管理的功能主要是完成对各监测站的维护管理，建立系统运行的静态数据，掌握监测站的运行状况（参数情况、系统时钟、工作状态等）；设置光缆线路的监测参数，如光功率监测单元的告警门限、OTDR测试参数、监测光纤的监测门限；对已存储于数据库服务器中的光缆线路监测数据进行统计分析，制作报表和曲线，描述光缆单元的现行状态和性能变化趋势，以及查询光缆单元的情态资料，如生产厂商、施工日期、单位、技术参数以及维护责任人；维修维护管理和相关联系统及设备管理等

数据通信模块负责中心站和RTU之间的实时通信，完成测试命令的下发及光缆监测数据的上报。

数据库服务器提供被监测的有光缆线路的数据和资料的存储及管理，便于系统提供查询、统计、分类、修改、删除等服务。本系统采用or***e数据库，监测中心及每个RTU将建立各自的数据库系统。

测试的方式可以包括点名测试、障碍测试、周期测试；用户可以通过INTERNET远程登录到中心站的WEB服务器上，随时了解光缆网络的工作情况。

3． 监测站构成

由RTU（工控机及OTDR、程控光开关通信接口）单元、光功率监测单元、多功能辅助机框（安装WDM、FILTER、激光源）及机架组成。

监测站与中心站构成两级系统，是系统信息交互的主体。监测站有两部分功能：

其一，实时收集各光缆线路的监测单元（OTDR测试、收端光功率监测）的监测数据（包括光功率监测数据、光纤测试数据），形成标准的数据格式后，通过可能的传输方式将其传递给中心站的数据采集接收模块；

其二，执行中心站下发的命令动作（周期测试、点名测试等），按相关规定完成定制的测试。

程控多路光开关：根据RTU的指令，将需测试的光纤切换到与OTDR相连接的光路上，实现一套OTDR对多路光纤进行自动测试。

光功率监测单元：通过对被监测光纤光功率信号的采集和处理，完成对光缆线路的光功率的实时监测。通过RS232等数据通信接口与RTU或中心站相连，将监测数据上送到RTU 或中心站，RTU或中心站对超出阈值的光路启动OTDR通过光开关进行***测试、确定故障信息。

4．系统主要功能

4.1 系统主要功能

F-SCADA系统以远端监测站（RTU）为基础，以高性能的计算机网络通信处理系统为支撑，以监测中心软件为核心，提供完整、***的光缆线路集中监测与综合管理功能。

功能主要包括：
光功率监测功能
光时域反射（OTDR）测试功能
故障处理功能
数据查询报表功能
系统配置功能
用户管理功能
光缆网络资源管理功能

1) 光功率监测（OPM）功能：

光功率监测是光缆线路监测的基本功能，随着光功率监测技术的发展和光功率监测器件成本的降低，光功率监测越加广泛和重要。F-SCADA系统通过光功率监测单元实现对线路的收端光功率监测。

F-SCADA光功率监测单元具有光功率数据采集、数据分析、告警处理、数据存储等功能。F-SCADA光功率监测单元具有四种告警等级，当采集到的光功率数据越过某个告警门限时，光功率监测单元将向RTU和中心站发出越限告警，RTU将立即启动对该条光纤的测试，并将测试报告上报给中心站。告警报告同时存储进光功率监测单元的告警历史数据库中，它保存每条光纤的历史告警记录。

2) 光时域反射测试仪〈OTDR〉测试功能

光时域反射测试仪是判断光纤的品质、故障发生的原因、故障***的主要手段。F-SCADA系统集成高性能的RTU(OTDR)设备，提供完善、方便的光时域反射测试支持。F-SCADA系统提供定期测试、点名测试、障碍告警测试、模拟告警测试四种测试方法，并把四种测试方法有机的结合在一起，为光缆线路维护提供有力的支持。

(1)定期测试

定期测试是用户根据维护需要，对每条测试纤芯设置***的测试计划，周期单位可以从分钟到日、月、年。定期测试结束后，在RTU中实测曲线与参考曲线自动进行比较，当超过设定的门限时，即产生告警信息。定期测试可以长期跟踪线路的传输质量，能够及时发现劣化等问题。

(2)点名测试

是根据临时的需要，用户通过手工设定量程、脉宽、后向散射系数、优化模式等参数，实现对目标光缆线路的监测与分析。

(3)障碍告警测试

RTU根据来自光功率监测单元（OPM）的告警信息，或者SD***管系统中的告警信息（收无光信号、误码率等），经过查询内置的库表对相关的光缆进行测试。这种告警测试具有***高的优先级别，它将中止正在进行的定期测试或点名测试，以***快的速度完成告警测试，并将测试数据立即上送中心。RTU也可以接收来自光传输设备的告警信息，启动相应的告警测试。

(4)模拟告警测试

RTU中告***测模块可靠运行的确认测试功能，是指由TSC的系统操作员不定期地选择并发出模拟告警指令，使RTU中的告***测模块发出模拟的告警信号，并立即进行模拟被监测光缆线路发生障碍状态时的测试。

3) 故障处理功能

(1) 处理流程

光功率告警是F-SCADA系统获取***主要的告警，其相应的告警处理流程是： OPM读取相应端口的光功率值，进行门限比较和逻辑判断，确认后产生告警，并迅速上报给中心站和RTU；RTU查询路由表，确认该端口所对应的测试路由，并以***高优先级启动测试；测试结束后，RTU进行分析并将结果上报至监测中心；J监测中心收到测试数据文件后，根据该条路由的OTDR曲线数据和工程维护信息，进行障碍分析，自动计算出故障点的地理位置及与前、后“***”的相对距离：按照预选设定的方式发出告警信息及障碍通知单，自动记录并显示告警产生时间、障碍受理时间、清除时间、告警等级、告警源和维护人员等信息。

(2) 告警处理

优先、实时接收和处理告警数据。告警可分为被监测的光纤告警和监测系统本身故障告警。告警可以分为三个级别。不同告警级别有不同的告警声响和颜色。告警发生时,在屏幕上显示告警信息，在光纤拓扑图上以不同颜色显示告警等级，并发出声音提示，同时，告警也将通过电话或BP机通知相应的维护人员。另外，值班人员可以对告警进行确认和告警清除操作，在打印机上实时打印出告警的对象、事件发生的时间、告警的原因，确认人等信息。告警发生、告警确认、告警清除数据将存入告警历史数据库。

(3) 故障***

为了方便维护人员对光缆的维修，系统还提供了基于WEB方式的地理信息系统，故障发生的位置及周边地理环境都可以详尽的显示出来，非常直观。通过故障***算法，系统将在地图上高亮显示该故障点，并给出***近标桩物的距离，以便维护人员快速检修。

4) 地理信息系统(WEBGIS)

为了是用户直观的了解光缆线路的分布及周边物理环境，系统提供了功能强大的、基于WEB的地理信息系统。它除了可以放大、缩小、漫游，故障***、***处理外，还可以与OTDR曲线相连，当OTDR曲线上的游标移动时，地理信息图上将同步显示该处的地理位置。

5) 数据查询、统计报表功能

报表是光缆线路维护管理必须的工作手段，F-SCADA提供一套完善的光缆线路维护统计报表。

6) 系统配置功能

在监测中心，用户可通过系统提供的软件完成输入、配置、修改被测光纤、光缆的名称、设备端口等信息，并建立被测光功率端口与其对应的光纤路由的对应关系，设置各光缆路由与光开关端口的对应关系，根据用户输入到数据库中数据，自动建立监测站RTU分布图、各个RTU所检测的光缆分布图、RTU所监测的光功率监测点分布图等系统的配置工作，包括远端监测站、光缆、光纤、***和路由等对象，初始化参考曲线、设定测试门限、修改测试周期和测试结果上报条件等。

7) 用户管理功能

为保证系统安全，F-SCADA对RTU用户和中心站用户进行了分级管理，实现了多用户分级访问控制机制。用户权限可分为系统管理员和普通操作员，不同用户具有不同的权限，系统管理员具有***高权限，并负责对用户权限的配置，指定用户操作的对象范围，以保证整个监测网络的可控性和安全性。

8) 光缆网络资源管理功能

随着现代社会对信息系统容量的无止境的需求和通信事业的发展，光缆越来越成为***主要的通信传输媒介，光缆系统运营商在光缆线路的设计、施工和维护过程中，产生了大量的与线路设备相关的数据资料，因此，如何科学地管理光缆传输系统所用到的资源，合理配置资源，反映资源的实际运行状况，实现其故障监测与资源管理的现代化也就越显得非常迫切。F-SCADA光缆线路自动监测与综合管理系统的光缆网络资源管理系统建立了强大的数据库系统，应用***的GIS技术，***支持用户系统、***地管理光缆线路资料，为科学的管理和决策提供技术支持，有效提高运营效率和效益。

(1)区域管理

当通信网络覆盖地域较大时，为了便于管理，往往从地理位置上对其划分区域。区域指管理区域，由一定数量的站点组成，与局所、站点行政划分有关，并随行政划分的改变而改变，但行政划分的改变并不影响站点内设备的其他属性及网络属性。

(2)管线（界标）管理

准确故障***，不仅仅是要确定故障点与被测光缆始端的距离，更重要的是确定与故障点***近的管线（界标）。管线（界标）是光缆中继段周围的一些节点，其作用是与地图相合，来标识光缆所处的地理位置及走向。管线（界标）可以是局所、机楼、管道、管孔、子管、人孔（井）、手孔、电杆、杆路、分线杆、分歧接头、光节点、光中继器等多种***、实物。

管线（界标）的管理就是通过存储、分析管线（界标）的信息数据，生成通信网络的资源拓扑图，标识光缆的位置，为光缆线路维护提供准确的***、施工信息。

(3) 机房设备管理

机房内安装了通讯的重要传输设备和设施，如放置机架、传输设备、ODF架、DDF架等资源，可以是无人执守的机房，作为通信线路的一种重要资源，系统对其进行了管理，存储机房配置信息，反映各种设备资源的实际使用状况。

(4) 光缆（纤芯）网络管理

光缆（纤芯）网络管理完成对中继段光缆、接入段光缆（主干、配线、户线）、光缆接头、光交接箱、光分纤箱、光缆预留等的管理。

光缆是监测及管理的主要对象，光缆管理需要形成光缆的基本信息数据，并且随着发展变化，系统实现对其进行动态维护，同时，对其与路由、界标等形成的内在关联进行管理，***终为故障的***和线路维护提供必要的服务。

一条光缆包含多条纤芯。光缆管理包括了光纤管理，对光缆的每一个芯线进行标识，管理芯线的信息，标识其状态，进行有限制的编辑，并反映其***新的信息及与其它信息的关联。

(5) 光路由管理

光路由是光传输的一个通道单位。通常它是由一条光纤或几条光纤连接而成。光路由管理***基本的是要标识出某条路由是由哪几条光缆的光纤连接成的。

路由与光缆有逻辑上的关系，与界标存在空间上的关系。

(6) 网络拓扑管理

网络拓扑指的是通信光缆组成的网络，其内容包括光缆的三图（线路图、维护图和路由图）及局、站、缆、纤的信息（如局站的分布、ODF、接头盒型号及厂家、光缆的使用情况和路由周围的公用环境信息等）。

在已经建立的网络资料和资源配置的基础上建立并维护反映整个传输资源的逻辑图即拓扑图。拓扑图基于地理信息系统平台。

拓扑管理形象准确地绘出通信光缆的资源图，并能方便地在拓扑图上进行一些相关的操作与信息查询等。

4.2 系统特点

1) 光缆线路监测、光缆线路故障管理、线路维护管理、光缆网络资源、远程访问等管理集于一体

2) ***的client/application server/database server三层系统架构，使得系统的配置更加灵活、操作更简单、维护更方便。

3) 友好的人机操作界面，用户可方便的输入数据、制作图形

4) ***的测量设备，大的动态范围可到42dB和1625nm专用测试波长

5) 强大的分布式or***e数据库结构

6) 灵活的软件配置及模块化硬件结构更适合庞大复杂的光缆本地***控

7) J***a语言编程，使系统可以在各种操作环境上运行

8) 向上对综合网管提供接口，为用户提供丰富的接口信息，与其他系统很方便地实现互连和互操作。

9) 构件化的结构设计，可扩展性更好，对新技术的集成（如DWDM系统的光通道性能监测与分析等）极为容易。

10) 功能强大的地理信息系统，OTDR曲线与地理位置同步显示。