光缆纤芯远程交换设备的设计与研究

光缆纤芯远程交换设备的设计与研究

刘祎 ,李兴隆 ,高瞻

国网长阳县供电公司  湖北长阳  443500

摘要：光缆是通信行业的基础性承载介质，是通信运维的重要对象。传统的光纤纤芯对接主要依靠人工手工进行，耗时费力，不利于工作效率的提升。本文提出了一种光缆纤芯远程交换设备的设计方案，实现纤芯远程机械化跳纤及对接，促进通信运维检修向智能化转变，助力电网智能化的改造与升级。

关键词：光缆纤芯；远程跳纤对接；智能运维；

前言：受灾害天气、外力破坏和光缆老化等因素的影响，光缆故障时有发生。当发生光缆故障时，必须在最短的时间内寻找可靠路由，调整光通信网络运行方式，将受影响光链路倒换至正常运行的光缆中。目前，测试新路由通道参数、光链路倒换、光链路路由数据收集等工作均需人工现场完成，耗时、费力。光缆运维工作量的激增与运维专业人员短缺的矛盾日益突出，同时大量的网络调整在对电力光通信运维效率提出了更高的要求。因此，设计并开发光缆纤芯远程交换设备显得意义重大且十分必要。

1通信光缆运维面临的困难

随着智能电网的快速发展，光网络节点分散在各个变电站，地理位置分布很广，当光缆出现故障需要将路由倒换至其它链路时，需要检修人员到现场人工进行跳纤，这样的工作模式大大延长了故障恢复的时间。如果能在远程进行纤芯跳接，既能缩短突发故障的业务恢复时间，提高通信网络运行的可靠性，也能降低运行检修人员的工作量和工作强度。

在倒换光缆链路之前要进行光缆通道性能参数的现场测试，确保备用路由的通道性能正常。一般光缆路由都要经过3-6个站点，需要两组线路人员一个一个站点的进行光缆对测，耗费大量的人力和时间。如果能进行远程光缆性能的实时监测，对故障的处理速度以及工作量的缩减将是巨大的提升。

通信调度人员在故障处理和日常工作需要详细了解光缆配置情况，而现有的工作模式会出现配置信息的不准确和滞后等现象，为通信调度的工作带来不必要的麻烦。

目前的光缆跳接、性能参数的测试以及光配信息的收集方式，制约了通信专业人员对故障处理的速度，同时也大大提高了日常工作量。远程完成以上工作，缩短故障处理时间、提高工作效率，从而保障电网安全可靠运行是十分必要和迫切的。光纤芯远程交换设备研发就是基于解决这些问题而开展的。

2光缆纤芯测试与交换技术的国内外研究现状

光纤作为信息高速公路的媒介，在电力光网络飞速发展中扮演着越来越重要的作用，但由于光纤自身的物理特性，容易引起拉伤、压弯、中断等问题，容易对客户造成损失。传统光纤故障运维是基于OTDR技术的测试排障法，其缺点是不能用于实时监测，在光缆有故障的时候进行测试，人为判断故障节点，操作复杂、故障处理时间长。基于传统光缆线路维护的困难性，以及对光缆故障处理及时性、故障预防性的要求，如何提升链路损耗性能监测能力，提高光缆故障处理时限，已成为光缆线路维护的重要课题之一。

在光纤自动切换以增强光缆传输可靠性的研究领域内，有通过光开关对主备通道进行切换的研究成果。该方案仅能通过光开关实现接入光设备的主备两个光通道之间的远程切换。

国内外光缆全光交换研究在MOEMS器件的研发和OXC系统的开发这一层面。MOEMS光器件研发是OXC系统的核心器件，稳定可靠的光交换器件只有2×2和4×4阵矩交换，其主要应用层只限于兼有复用、配线、保护/恢复、监控和网管的多功能OTN(光传送网)传输设备。缺点是开关速度较低，大约为10ms量级，可连接的最大端口数受限制。

国外采用微镜阵列技术，实现了大型光交叉连接，比如AT&T公司的全光波长路由系统，其光交叉连接系统可实现256×256的交叉连接，可节约25％的运行费用和99％的能耗。由于需要精确和快速稳定地控制光束，它的控制电路和结构设计较为复杂。成本更是高达大几十万美金，目前都处在实验状态。

3光缆纤芯远程交换的原理及关键技术

光缆纤芯远程交换设备基于电子信息技术、纵横机交换原理、光纤测试技术为依托，利用一系列机械操作完成接入的所有光缆任意2芯的跳接。光纤芯故障时，智能化搜索剩余纤芯并完成对接，实现光纤监测、告警、远端控制、资源链接管理、资源资料库管理等功能，能够提升光缆网络调整效率，缩短故障处理时间，提升电力通信光缆运行监测水平。

光纤芯远程交换设备的设计思想借鉴了通信技术发展过程中，人工交换发展到纵横制交换机的发展演变。实施过程中考虑到光信号传播的特殊性，在现有的技术条件下设备无法像程控交换机那样做到由程序控制电子电路对进出电信号进行交换，只能由程序控制，利用伺服电机拖动设备内部的光纤芯，通过一系列的机械操作在物理上连通需要对接的光路。

研发纤芯对接设备，实现光纤纤芯的自动对接。以机器人的理念来解决光缆纤芯的远程跳接问题。通过3维坐标定位法，利用机械手完成接入设备的所有光缆纤芯的跳接。机械手夹持固定外部接入光纤纤芯的纤芯连接器在对接孔内做插拔运动，从而可以实现外部接入光纤纤芯与对接孔内固定的尾纤纤芯的对接，尾纤两端的纤芯皆对接完成之后利用尾纤的传输作用即可实现外部接入光纤的自动对接交换。

光纤芯交换设备的机械实现由设备中的线路区域和绳路区域来完成，通过机械手的精确定位把相应的线路节点移动到对应的链接绳路上，完成所需的两芯线路的机械对接。通过三维坐标定位法解决对接过程中对接准确度和乱纤的问题，实现进入线路区域的光纤芯全交换功能。通过三维伺服系统，利用步进电机推动机械手，拔插矩阵板内光纤拔插器，进行矩阵孔之间的纵横移位。矩阵内有固定排列的预制光纤，可连通机械手内的连接光纤从而接通两端光路。

4光缆纤芯交换设备的主要功能

光纤芯远程交换设备的研制能够提升通信运维效率，节省人力物力，有利于光缆网络资源的智能化管理和应用，具体表现在以下几方面。

提高通信光缆监测水平。实现对站内所有光缆空余纤芯的测试，还能利用终端远程跳纤功能，实现对下游通信光缆的链式测试。上述工作均可在操作终端远程操作实施，无需到现场操作，节省了人力物力资源，同时也能缩短监测周期，大大提高通信光缆监测水平。

提高光缆网络调整效率。通过建设光纤自配终端，由主站端服务器协同子站端交换系统实现光纤芯远程交换，一条光路的跳接或拆除可由1个人在10分钟之内操作完成，提升了运维效率，还降低了运维人员的工作量和工作强度。

提高故障处理效率。当出现通信环路故障时，操作终端可利用相关站点的设备模块，远程对故障光路进行测试，准确判别故障原因，并能确定光缆故障点，为制定故障检修方案提供依据。对于光缆类故障，操作终端可远程对相关站点设备进行操作，更换故障纤芯或组织迂回路由，大大缩短故障处理时间。

总结

本文介绍了一种光缆纤芯远程交换设备的设计与研究，解决了光纤通信技术领域单向光纤纤芯对接的人工现场操作工作面临的运维困难，实现了机械化操作和远程控制，促进了光缆网络从人工维护检修向智能化配置管理转变，有助于电力通信网络的安全稳定运行。

参考文献

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[2]张洪陶.光缆监测运维应用的探索[J].中华建设,2021.

[3]唐玉萍.光纤芯在线测试和远程切换的研究及在电力通信中的应用[J].科技视界,2014.