1、1探索新型低成本高效率空闲纤芯资源管理作者摘要：随着传输网络规模发展，纤芯资源需要越来越大，而纤芯资源作为一种“哑”资源，无法像有源设备能够进行有效监控和管理。该项目研究如何对一级以上线路的空闲纤芯（包括一、二干线）进行实时监控管理，使用户能随时查看重要线路纤芯资源的纤芯质量情况。该系统研究首先提出管理系统的硬件组成，辅以网管软件的基础上，验证其在实际中智能化监测空闲光纤资源的可行性，同时也简要展示该监测系统的网管的操作方法。之后则是同几种常见的纤芯资源监测做出比较，验证其高性价比的明显优势。最终结果证明，该空闲纤芯资源管理系统在当前纤芯资源越来越紧张的局面下，能做到实时监测光功率与异常报警，
2、实现高效率及高性价比的空闲纤芯资源管理工作。关键词：空闲光纤资源 高效率监测 高性价比引言光缆中断是网络故障中最常见的一种，中断往往伴随着基站掉站的风险，特别是重要的省干线路、二干线路、本地一级线路等，一旦中断将对网络运营产生极大风险，当环上无其他线路故障并且业务倒换正常则业务不受影响。但，一旦网络上出现其他故障时将可能面临大面积掉站和网络中断的风险。这是网络运营中不可容忍而又确实存在的问题。为了尽快恢复业务目前大多数重要线路都会有备用路由即备用空闲纤芯。当某段重要线路中断时，维护人员通过跳纤到备用纤芯恢复业务，使在用业务不受任何影响。所以备用纤芯的质量和管理一直是网络维护重中之重。 1重要光
3、缆段落空闲纤芯的管理和维护主要存在以下两个问题：1）空闲纤芯没有相应管理系统，不能实时监测备用空闲纤芯质量是否完好目前全区还没有建立相应的监测系统来对重要光缆纤芯资源进行监测，未能对这些重要的备用纤芯进行管理，当干线故障来临时 备用纤芯不可用将对在网业务产生直接影响，KPI 也将受到影响。2）日常巡检测试周期长，无法及时发现问题，无法及时处理存在问题的空闲光缆纤芯根据现有管理方式，光缆纤芯测试为每半年一次（一级线路除外） ，如此长的巡检周期导致光缆空闲纤芯无法得到有效的管理和管控，加上部分施工队、代维单位随意跳纤占用空闲光缆的纤芯资源，没有任何报备，使得系统中的使用情况与实际产生较大偏差，造成
4、大量空闲纤芯资源存在衰耗无修复、阻断未发现、占用未标识等问题。对省干线路、本地汇聚层资源、应急备用纤芯等重要光缆资源的随意占用、抽芯等不规范的使用资源的方式，给现网带来极大隐患。22015 年伊始 LTE 快速发展，业务开通任务艰巨，空闲光纤资源的优化与管理工作将是机遇和挑战。因光缆纤芯网络规模日益庞大，有限的人力和物力无法巡检所有空闲纤芯资源，造成无法真正管控空闲光纤资源，导致任务过程中增加光缆故障的不定因素增加。2图 1 全区一级以上线路增长情况为了解决上述问题，构建一套空闲纤芯资源管理系统很有必要，实现对重要空闲纤芯资源进行实时监控，在发生干线故障时可精确掌握纤芯资源状态，使业务能快速恢
5、复，并且节省定期巡检测试所耗费的人力物力和测试费用，提高了巡检测试上报的纤芯质量数据的准确性。1 空闲纤芯资源管理系统预期目标可以实现指定的光缆中继段光缆空闲光纤资源实时监控管理，对于空闲纤芯出现衰耗、中断等故障，可以安排维护人员第一时间处理，确保空闲资源完好率，极大提高重要光缆段落备用纤芯的质量和数量的管理；空闲光缆段落纤芯资源实现实时监控管理，同时可以避免重要纤芯资源被随意占用的问题，从而实现重要光缆段落空闲纤芯资源的高效管理，提高资源使用规范性和网络的安全度。2 项目主要技术难点及解决方案1）项目主要技术难点多设备高速率并发访问性能瓶颈：项目成果应用后，探测设备模块大规模应用部署，将带来
6、设备高速率并发访问性能瓶颈。监控管理系统数据展示性能瓶颈：网络监控管理系统在面对大规模探测设备显示光功率告警信息及设备状态信息时，由于告警信息及状态信息的累积，造成展示性能瓶颈。光功率探测采集原有方案使用程控放大，元器件多，电路复杂，软件复杂，对实现标准 19 寸 1U 集成 4 插卡每插卡 16 通道的要求无法实现。32）解决方案采用多线程池动态扩展及并发访问周期动态调整策略；根据不同光纤设备状态优先级，动态调整光纤探测设备访问周期，确保监控管理系统对主要探测设备的数据状态监测响应周期在 1 分钟以内；采用多线程池动态扩展策略，可根据成果应用后，探测设备规模动态调整线程池容量（1001000
7、） ，每个线程可通过对多台探测设备上报的光功率告警信息进行数据处理存储。采用数据惰性加载及异步刷新策略；根据监控管理系统数据展示请求，采用数据惰性加载策略，仅加载展示所需的必要数据，延迟无关数据的加载时间可有效相应监控管理系统的数据调入展示；此外对于关键性数据采用异步刷新策略，可方便向用户实时展示系统状态数据，有效把握调整系统光纤资源。 3使用单片高精度对数放大器 log114，在每一通道集成一片 log114，直接把探测器电流信号转换成线性电压，后期软件处理简单，实时性高，相比程控放大电路体积缩小四分之一，适合高度集成。3 空闲纤芯资源管理系统硬件组成“空闲光纤资源管理系统平台”含数据模块、
8、设备模块、监控模块；数据模块包括数据保存、报表统计、数据管理日志、测试模板管理；设备模块包括高稳定激光光源管理、高灵敏度光感传感器管理、智能光纤监控综合平台、GSM 信息发送平台；监控模块包括用户与权限管理、站点设备管理、设备日志报警、系统状态设置管理。 4数据模块数据保存：对光纤状态数据进行存储。报表统计：对指定站点、指定时间的光纤状态数据统计及报表导出。数据管理日志：对光纤资源及状态日志在内的各类数据导入、导出等管理。测试模板管理：对光纤资源监测管理系统运行状态数据进行监测记录。设备模块高稳定激光光源管理：对高稳定激光光源及传感器状态进行实时监测。高灵敏度光感传感器管理：对高灵敏度光感传感
9、器状态进行实时监测。智能光纤监控综合平台：对一段光缆中空闲的光纤资源进行损耗的日志化管理并配合远程网管进行损耗情况读取。GSM 信息发送平台：提供 GSM 短信平台，可定制系统告警状态报警短信发送。监控模块用户与权限管理：提供三级用户及系统权限分配管理，可个性化定制用户权限功能。站点设备管理：提供站点设备的添加、更新、删除等管理。设备日志报警：提供对系统内全站点设备监测光纤及设备状态异常日志记录及告警。4系统状态设置管理：提供包括数据库备份周期设定、告警日志存储周期设定等各类系统参数设定及管理。3.1 整机原理设备采用模块化设计，标准 1U 机箱，主控盘、业务盘、电源盘均支持拔插，使用灵活，可
10、以通过主控插盘上的以太网口接口（RJ45）来实现自动测量或实时监控以及参数设置，原理框图如图 2 所示。机 框 总 线 板电 源 模 块 插 盘 一（ 直 流 4 8 V 或 交 流 2 2 0 V ）主 控 插 盘（ R J 4 5 ）业 务 插 盘 一（ 光 源 或 采 集 仪 ）业 务 插 盘 二（ 光 源 或 采 集 仪 ）业 务 插 盘 三（ 光 源 或 采 集 仪 ）业 务 插 盘 四（ 光 源 或 采 集 仪 ）电 源 模 块 插 盘 二（ 直 流 4 8 V 或 交 流 2 2 0 V ）图 2 整机原理框图3.2 光源 OS 插盘本光源是一种单波长激光稳定光源，由单支激光器经
11、一分十六分光器输出十六路光源。光源采用了先进的自动光功率控制（APC）技术，保证了输出光功率有极高的稳定性。光源插盘由接口电路、电源部分、主控制电路、激光器驱动电路、半导体激光器、分光器（1 分 16）等组成，原理框图如图 3 所示。接口电路电源部分主控制电路半导体激光器1 5 5 0 n m激光器驱动电路分光器1 X 1 6（ 1 6 路光源输出 ）图 3 OS 插盘原理框图3.3 采集仪 OPD 插盘光功率采集仪插盘是一种高性能的多通道光功率采集仪。适用于光纤、光缆、光无源器件等的损耗测量；及光纤通信系统工程建設和维护；光功率的在线实时监控。光功率采集仪测量精度高、稳定可靠、性价比高，是科
12、研、生产、教学等方面的理想选择。采集仪插盘由接口电路、电源部分、主控制电路、模拟开关、对数放大器、光电二极管等组成，原理框图如图 4 所示。5接口电路模拟开关（ 通道切换 ）电源部分主控制电路（ 含模数转换 ）对数放大器C H 1对数放大器C H 1 6光电二极管P I N 1光电二极管P I N 1 6。光信号输入I N 1光信号输入I N 1 6。机框总线板图 4 采集仪 OPD 插盘原理框图3.4 系统硬件组网系统硬件组网主要由探测终端，PC，跳线，网线连接线组成。组网构成图如图 5 所示。图 5 系统硬件组网构成图1）将空闲光缆纤芯分别接入中继段 2 端机房内的空闲光纤管理设备。2）空
13、闲光纤管理设备通过 RJ45 以太口与同机房传输设备连接，通过已有传输网络将监控信息回传至光纤故障网络监控系统，完成该光缆中继段空闲纤芯的实时监控工作。3.5 系统逻辑模块组网主要由数据管理系统、设备主控模块、探测模块组成，组成图如图 6 所示。图 6 系统逻辑模块组网构成图1）探测模块： OPD 光功率采集模块：用于测量光纤光功率值。 OS 光源插盘：将电信号转变成光信号，并有效的把光信号送入传输光纤。62）核心器件： 高灵敏度探测器：将光信号转换成电信号。 高稳定激光光源：将电信号转变成光信号。 对数放大芯片：将探测器输出的宽动态范围电流（“pA”级到“mA” 级）线性压缩。 主控模块：收
14、集个模块数据并管理各个模块。 RJ45 网络接口：与网络监控管理系统通信进行数据交换。3）设备模块：对系统站点及设备状态及系统运行状态提供实时动态监测管理功能。4）光纤故障网络监控管理系统：对系统设备监控的光纤资源状态及故障提供实时监测并定时触发系统监控告警信息，及时准确的向系统运维人员提供系统状态反馈报告。4 空闲纤芯资源管理系统软件组成及网管展示4.1 软件主要关键技术1）数据采集服务程序采用 C#语言编写，通过多线程池、数据缓存、标准化日志记录等功能与光纤监测设备进行通信完成光纤状态数据的采集工作。 2) 资源管理系统是一个 web 程序。考虑到系统跨平台移植性、扩展性等因素本系统采用A
15、pache+MySQL+PHP 的编程环境。 3）资源管理系统可在 Windows XP 以上平台及 Unix/Linux 平台运行。在网站开发方面使用的是 Yii Framework4.0 作为开发框架。 4）在权限管理方面，使用的是基于角色的访问控制（Role-Based Access Control ） 。5）在 UI 方面，使用的是 Bootstrap 框架。Bootstrap 是 Twitter 推出的，目前非常受欢迎的前端开发框架。 6）资源管理系统的站点拓扑图使用 HTML5 中的画布 canvas 来实现，所以为了能够使用正常的使用系统需要使用支持 HTML5 的浏览器。4.2
16、 系统网管软件展示本系统以直观的图形化（图表）形式对系统中涉及光纤状态监测站点设备及其所监测的光纤状态为用户提供简洁、方便的管理功能。系统接收各光纤监测站点设备发送的光纤状态数据及报警日志数据，并将所接受的各类数据完整、统一的存储于本地数据库中。本系统的主要功能设计如下：一、用户与权限管理本系统根据用户权限及角色不同可分为普通用户及管理员用户两类角色。管理员用户拥有本系统的最高权限可对普通用户及其所能操作的系统各功能模块进行授权及解授权。1.用户管理用户管理界面如图 7 所示。（1）用户登录系统通过统一授权管理用户登录本系统，用户登录需通过用户名及密码形式完成登录。此外，登录页面通过验证码形式
17、确保系统安全。7（2）用户注册系统为使用者提供注册（或新增）用户功能。用户注册后需由系统管理员激活及授权用户所能操作的系统各功能模块。（3）删除用户系统管理员可删除指定用户账号。用户账号一旦删除，其所授权的操作权限一并删除。（4）用户激活与禁用系统管理员可对指定用户账号进行激活或禁用操作。新增（新注册）用户默认处于禁用状态，需由系统管理员激活后方可登录系统进行相关操作。已注册用户一旦被禁用，则该用户不可登录本系统。（5）用户查询系统提供列表形式展示系统当前用户信息，且提供查询框以便当前操作者查询指定用户信息。（6）密码重置本模块为用户提供密码重置功能，拥有本模块授权的用户可对除了系统管理员之外
18、的其他用户进行密码重置操作。（7）用户信息更新系统管理员可对指定用户账号执行更新操作；用户可对其自身账号执行更新操作。用户信息的更新包括除用户登录名以外的其他用户信息。图 7 用户管理界面图82.用户与系统功能权限管理用户与系统功能权限管理界面如图 8 所示。本模块仅提供系统管理员用于对普通用户在本系统中对各模块操作权限进行管理。（1）系统功能模块授权系统已列表形式展示出当前指定用户与系统各功能模块间的权限关系。系统管理员可通过勾选形式授权用户可执行某功能模块。（2）系统功能模块解授权系统已列表形式展示出当前指定用户与系统各功能模块间的权限关系。系统管理员可通过勾选形式解授权用户可执行某功能模
19、块。图 8 用户与系统功能权限管理界面图二、站点设备管理1.监测站点管理站点设备的纤芯资源可针对运营商光缆分为一二三级，按照级别以一二三级的优先级顺序进行光功率监测，优先保证省干等重要纤芯资源的正常，管理界面如图 9 所示。9图 9 站点分组管理界面图（1）新增站点系统提供表单形式为用户提供新增监测站点设备功能。站点设备名作为站点的标识必须唯一，站点设备其他信息由需求方提供。（2）查看站点系统已列表形式展示当前系统所包含站点信息：源站点名、光纤线路名、目标站点名等形式；用户可点击某一站点，查看该站点下监测的所有光纤线路状态。（3）编辑站点系统提供对指定站点进行编辑的功能，包括：站点名等相关信息
20、。（4）删除站点系统提供对指定站点进行删除的操作，站点一旦删除，其所监测的光纤线路也一并被删除。（5）站点查询系统已列表形式显示当前系统所包含站点信息并为用户提供根据源站点、目标站点、光纤线路名等方式进行站点或光纤线路进行查询搜索的功能。搜索功能可根据搜索关键字提供模糊搜索。2.站点设备管理本系统支持对多个站点设备管理。系统默认以列表形式显示当前系统中的设备信息，在设备列表中可通过操作栏对某一设备进行查看、更新、删除的操作，管理界面如图 10 所示。10图 10 站点设备管理界面图（1）创建新设备系统提供表单形式为用户提供新增监测站点设备功能。站点上的每一台设备以设备名称、所属站点、设备 IP 地址及端口号（端口号默认为 4001）作为标识信息来加以区分。（2）查看设备系统已列表形式展示当前系统所包含站点信息：设备名称、所属站点、设备 IP 地址及端口号等形式。（3）编辑设备系统提供对指定设备进行编辑的功能，包括：设备名称、所属站点、设备 IP 地址及端口号等相关信息。（4）删除设备系统提供对指定设备进行删除的操作。删除设备时，设备所关联的光纤资源信息也将一并被删除掉。3.光纤监测线路管理光纤监测线路管理界面如图 11 所示。
