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某部队学院 光纤网络智能监测管理系统 解决方案

时间:2019-03-14

 长期以来,OTDR设备和基于OTDR技术的光缆在线监测系统在光纤网络系统运维和故障查找中占据重要角色。但在实践中发现,OTDR设备和基于OTDR的监测系统存在无法精确识别、光配故障不能精确定位、光缆故障地理定位误差大、故障类型判断不准确、存在技术盲区等一系列问题,并且这些问题由于技术缺陷原因无法解决。

 另外,华为等厂商提供的“智能配线系统(ODN)”解决方案,基于电子标签,人工录入、实施困难、寿命短、出错率高。通过电信号设备的识别和管理,不能真正融入光纤网络系统,只能将光配故障定位在某一条业务路由中,无法精确定位在具体端口或部件,并非真正意义上的智能配线系统。

一、现状及技术难点

 某部队学院经过校园网一期、二期和三期建设,目前已实现10万兆核心、万兆到楼宇、千兆到桌面”的校园网基础设施。目前,学院数据中心到每栋楼宇已实现光纤互联。大的楼宇已实现楼层之间光纤互联。

 目前,除学院数据中心有恒温设备外,其它楼宇配线间无恒温设备,夏天高温常造成光纤收发设备故障,到各楼宇的光纤经地下管道。近年来,因老鼠造成光纤中断的事故频发。事故发生后,判断尾纤及光纤收发设备及光纤故障点花费很长时间,维护成本较高。故障排除完全靠经验一点一点排除,费力费时。

 光纤网络系统主要由光纤跳纤、光纤配线、光缆等组成,校园网先后经过三期建设和投运,光纤数量井喷式增加带来了识别、管理、监测、故障定位误差大等一系列难题。



1、缺乏精准识别技术

  现有光纤跳纤、光纤配线、光缆等部件的识别主要依赖人为悬挂标签、标牌或电子标签,并人为定义命名进行识别,缺乏利用光波进行自动识别的技术手段,无法准确、高效实现各类部件的识别。

2、传统的管理手段存在不足

 现有光纤网络系统管理主要采用人工记录文档管理模式效率低下、容易出错;日常巡检依赖人工,浪费大量人力时间

3、监测技术缺陷

 光纤网络系统现有监测技术主要基于OTDR技术,其存在诸多缺陷,包括有测量盲区、无法对光缆故障精确地理定位、对光配故障不能精准定位、对故障类型判断不全面等。

 为此,我们提出基于光纤物理编码技术的军用机房可视化智能管理方案。

二、解决方案

 在光纤通信网络系统中采用无缝植入光纤编码的智能产品,实现每个组件的可唯一识别和实时监测功能,进而实现光纤网络系统的数字化、可视化和智能化管理,实现光链路故障的快速诊断和准确定位。

2、方案介绍

 将光纤编码植入光纤跳纤、光纤配线、光缆接头盒等部件中,实现光纤网络系统的全链路光纤编码智能化。

 如图2-2所示,机房内主要采用嵌入光纤编码的智能光纤跳纤以及智能光纤配线,实现机房内各连接点及连接线的智能识别、管理、监测,利用光纤编码的可识别、监测特性实现光纤跳纤、光纤配线的各组成部件的分段识别、管理以及故障诊断和定位。



2-2 光纤网络系统光纤编码智能化示意图


 智能光纤配线示意图见图2-3。通过带有光纤编码的智能光纤配线产品,组成可实时识别、实时监测的智能光纤配线系统。

 光配系统智能管理示意图见图2-4

 


2-4光配系统智能管理示意图


 如图2-5所示,机房外在光缆接头盒中植入带有光纤编码的故障定位器,实现光缆在接头盒处的自动识别、实时监测、分段故障诊断和定位。


2-5 智能光缆接头盒及故障定位器


 光缆智能诊断系统故障定位示意图见图2-6,光缆故障的地理定位精度为±25米。


2-6光缆智能诊断系统故障定位示意图


 本地机房监测站见图2-7

 

2-7 机房智能监测站


系统监测中心见图2-8

 

2-8 系统监测中心


3、方案优势

3.1系统数字化

 光纤编码内置、固化到光纤部件之中,无源、具备唯一性数字标识,实现了配线系统各部件的数字化。

 光纤编码采用非通信波长区段,不影响通信业务。

3.2可视化监测、管理

 通过可视化监测界面,实时监测配线系统的运行状况,包括各部件的工作状态、编码信息、距离、反射能量等。配线柜、配线盘、端口、跳纤等部件在界面上清晰呈现。

实时监测界面图见图2-8



2-8 可视化监测界面


3.3精准故障定位

 可实时诊断光纤网络系统运行状况,出现故障时,可以直接判断出问题所处段和所处位置,光缆故障地理定位精度±25米;光配故障直接定位到光纤连接线、光纤配线等具体部件,并在监测界面上清晰显示。

3.4全寿命周期管理

 实现了对光链路的全寿命管理。系统对光链路各部件自动识别、自动更新,自动显示路由状态和故障信息,全程记录光链路各部件的连接、通断、变更等历史记录。

4、系统结构

 光纤网络智能监测管理系统在技术架构上采用基于SOA面向服务的基础架构,监测站服务端采用JavaMySQL数据库技术,配线盘和集中器所在的客户端采用智能通讯及C/S技术。系统分为之智能光缆管理和智能光配管理两个分系统。

 智能光缆管理系统结合数据库技术、GPS定位技术、智能分段和监测技术与GoogleMaps技术,根据光纤网络资源的实际敷设情况由工作人员灵活,不仅给维护人员提供了详尽的C/S操作界面,更灵活的工具型图形化WebGIS资源管理系统,同时能够更精确的进行故障定位和在线监测。基于GoogleMaps的光纤网络资源管理系统能够协助用户监督和管理日常光纤网络资源和线路巡检、维护工作,实现对节点资源、路由、光缆段、中继段、光缆、光配、报表的管理。系统采用模块化,使得系统易于维护,具有良好的可扩充性,使得用户可根据实际需求定制新的功能模块。

 智能光配系统由数据采集层、数据管理层、应用层三层结构组成。数据采集层包括智能配线盘及集中器,主要实现现场状态检测及数据采集上传;数据管理层由监测站构成,每个监测站负责一个配线网络的智能化监测和管理;应用层由监测中心设备组成,提供各类业务应用功能模块,实现整个系统功能的集中呈现。

 智能光配系统由智能配线盘、分布式集中器、监测站、监测中心组成。其中,智能配线盘可自动监测光端口状态,维护并上传光端口的状态及其编码信息;监测站通过扫描每条光业务通道上的光纤编码信息,可准确识别出光链路上的每个配线组件及其拓扑连接关系,从而实现光链路的自动识别和智能化管理。监测站还可对每条光链路进行在线实时监测和故障诊断,诊断结果涵盖多种类型故障,故障位置可精确至端口或配线部件,故障诊断时间小于20秒。

 系统结构图如图2-9所示。

 

2-9 光纤网络智能监测管理系统结构图


 系统针对光纤网络的管理资源信息、运行状态进行在线实时监测,并且在故障发生时快速准确地理定位。系统依托人工标定、PDA输入等方式进行光纤网络的资源信息管理,利用光纤编码解调仪等终端设备进行光纤网络的实时数据定位,当故障发生时,结合实际的综合业务特性制定算法确定光缆故障点,最终以GIS地图(室外光缆)或光配连接图的方式对最终光纤网络的状态进行展示,同时将故障点的详细信息(故障类型、发生时间、实际位置、端口等)显示在界面对话框里。

 系统报警界面见图2-10,手机短信报警信息见图2-11。

 

 

2-10 系统报警界面图



 

2-11 手机短息报警信息


 为了确保运维人员及时收到光纤网络故障信息,系统会通过短信形式将故障系统发送到运维人员手机上。运维人员得到信息后启动排故流程,系统通过移动终端引导运维人员找到故障点,迅速即使完成排故工作,恢复通信。

三、实施方案

 学院光纤网络智能化改造方案,按两期进行。第一期完成核心区域光缆和光配的智能化改造,在数据中心配置监测中心和一台智能光链路监测站。监测中心用于光纤网络系统整体显示和监测,监测站可对重点光缆和数据中心内对应的光配进行实时监测及故障诊断。一期选择10条重点光缆进行监测,1024芯光缆需配故障定位器50个,数据中心还需智能配线盘20个,智能监测扩展板5套。

1、实施内容

 包括:光缆资源清理及录入、光缆接头盒智能化改造、光纤配线盘改造、智能光纤跳纤更换、监测站安装以及监测中心安装调试。

1.1、光缆资源清理及录入

 对接入光缆所经杆塔、管井地理位置逐一采集,并对现场环境进行影像采集。图3-2为光缆路由现场环境图

 图3-3为管井经纬度示意图。

 

3-2 光缆路由现场环境图


3-3管井经纬度示意图


1.2、光缆接头盒智能化改造

 对光缆所有接头盒进行智能化改造,需要将光缆最后一芯串联光缆故障定位器,以实现光缆接头盒的智能识别、监测和分段诊断。接头盒现场施工图见图3-4,光缆故障定位器安装示意图见图3-5。

 

3-4 接头盒现场施工图  


3-5 光缆故障定位器安装示意图


1.3、光纤配线盘改造

 需将现有光纤配线盘进行智能化改造,实现光纤配线盘为光学可识别的光纤编码化。

1.4、智能光纤跳纤更换

 需将光纤跳纤更换为带光纤编码的智能跳纤。

1.5、监测站安装

 需在站内机柜上安装监测站一台,并将所需监测光缆接入监测。

 监测站现场调试见图3-6

 3-6监测站调试


1.6、监测中心安装调试

 在数据中心安装服务器一台,运行光纤网络智能监测管理平台,完成监测中心系统调试。

2、费用概算

 学院光纤网络智能化改造第一期,拟在数据中心配置监测中心和一台智能光链路监测站。监测中心用于光纤网络系统整体显示和监测,监测站可对数据中心内的光配系统及10根光缆进行实时监测及故障诊断。共需配故障定位器50个,智能配线盘20个,智能监测扩展板5套,智能光纤链路管理监测站1台,监测中心1套。

3、经济效益

 对实际光纤光缆运行维护工作现状进行经济效益分析和估算,每年直接节省大部分人工成本,同时显著提升了资源的利用率和生命周期。

3.1、资源管理

 光缆、光纤配线柜、配线盘、跳纤等部件完成了数字化改造,实现了自动识别、自动更新、可视化管理。按照测算,常巡线及标识管理年人工成本节约80%、光缆台账准确度提高1-2个数量级,光纤网络系统智能化全寿命管理,所有部件历史自动记录,有据可查

3.2、故障处置

 利用光纤编码技术实现了光缆故障的智能诊断,将按照编码标准体系生成的光纤编码植入光缆接头盒、光纤跳纤、光纤配线盘、尾纤等部件中,实现整个光链路故障的精准定位。相较于传统OTDR技术,故障定位精确度提升90%,故障处置时间缩短80%,光缆故障处置年人工成本节约80%

3.3、业务保障和减少经济损失

 系统投运以后,能够有效保障光纤网络的可靠运行,大幅度减少因故障带来的直接和间接经济损失。