【安防知识网】使用OTDR检测光纤电缆故障

　　布线系统安装完工后的下一步主要任务是确认安装的系统性能，首先要进行的工作是仔细观察由于近期安装而带来的电缆故障。进一步讲，必须选择一种正确的技术尽可能快捷而准确地检测出那些故障的位置。

　　对于信息高速公路，大容量光纤布线系统起了非常重要的作用，电缆故障带来的经济损失是无法估计的(特别是在新的布线系统安装以后)，因此必须尽快检修出现的故障。也就是说，必须尽快准确定位故障点。最近美国和日本的一些布线公司已成功地试验了一种新型的故障定位方法，能检测出高达4500km(2813英里)远的故障点。

　　电缆故障定位的重要性

　　光纤布线系统的所有故障几乎总是电缆故障，原因是自然灾害和人类干涉可以破坏电缆。为了当故障发生时很快移动电缆，大多在布线系统技术员能着手工作以前，必须首先定位故障。对快速恢复电缆故障来说，故障点的准确定位是关键的。如果没有故障位置的精确信息，将会造成大量时间损失。

　　在现有的光纤布线系统情况下，通过打开并关闭中继器内部的回送电路来定位故障，因此通过核对适当的回送信号是否被接收可以跟踪中继器之间电缆段的故障，但是不能断定故障点在中继器间电缆段上的精确位置。因此实际上所做的工作是替换整个电缆段，包括中继器。

　　电缆故障的精确定位

　　光放大器电缆系统的重要特性是它们能传输不同波长的光，使用不同类型的调制，因此允许在同一时间内传输几种不同的信号。布线系统的维护可利用这些特性。从而开发出不同于现有技术增强性的新型维护技术。日本KDD R&D实验室和美国AT&T已经使用光放大器布线系统的特性研制出了一种在中继器之间检测电缆故障的方法。

　　如何检测故障

　　在光纤内会发生一种类似于我们每天见到的现象，在白天天空的颜色是蓝的，在拂晓和日落时是橙色，这是因为白天太阳的光在相对短的路径上传播，拂晓和日落时则在较长的路径上传播。由于它经过大气传播，因此会出现光的散射，光谱中的蓝色部分是强散射的结果。红色部分是由于散射弱而引起的。因此在白天天空会呈现蓝色。但是，当路径足够长时，甚至散射红光，因此在日落时天空呈现红色。这种现象的名字是雷利散射。按照雷利的散射理论，蓝光比红光被散射的多得多。

　　在光纤内同样也发生这种散射现象，这存在于所有光纤内，这是因为当制造光纤时玻璃的折射率的极微变化。散射光在每个方向上传播，包括反回到光源。逆向传播的光被称为反向散射。对于同样材料制造的光纤，每单位长度的反向散射量几乎是恒定的，这样可允许布线系统技术员向光纤发射光脉冲，以测量短暂轴线上的反向散射强度，这种技术被称为光时域反射技术(OTDR)。通过使用OTDR，技术员能研究光的特征，例如，传播损耗的分布和故障的位置等。

　　中继器改进

　　光放大器能在两个方向放大光，但为了获得稳定的传输，长距离光放大器系统使用确保只在一个方向传播光的称为隔离器的设备，每个放大器有一个隔离器，以便防止出现的任何反向散射经过放大器向回传播。因此，每个中继器结合了用于反向散射的特定回送电路，以允许光在两个方向上传播。在结构上这些回送电路是很简单的，它们只由无源光耦合器组成。

　　相干波长探测

　　除放大光信号外，光放大器还产生自发的光发射噪声。随着光经过中继器传播累积每个放大器所产生的噪声，最终变得很大，这就造成很难检测极弱的反向散射信号。此外，反向散射光还受传播损耗影响，当中继器的距离增加时，信号变得更加微弱，检测十分困难。因此反向散射接收器必须有相当高的灵敏度。

　　为了开发相干电子方法，将光的电磁特性应用于光接收器，原理与外差无线电收音机所使用的方法是相同的。同光强调制直接检测(IMDD)法相比，这种方法具有提高接收器灵敏度的优点。不仅提高了捕捉极端微弱信号时的可选择性，而且还增强了沿短暂轴测量反向散射信号光功率的能力。

　　测试中所使用的相干OTDR(CODR)设备，其结构相当简单，但依赖于极先进的部件技术。在AT&T贝尔实验室的帮助下，KDD已经构造了一个测试台，用于开发和测试用于跨洋的光放大器系统的新传输方法，这种设施提供9000km(5625英里)的光纤电缆，其长度相当于跨太平洋的电缆。

　　以前所解释的故障定位方法要求输出和输入线路，因此9000km测试台被用作双向4500km系统。中继器间隔是33km(21英里)，使用136个中继器(272个光放大器)。

　　故障检测的未来发展趋势

　　新开发的故障检测技术现在已用于光放大器布线系统。此外它还用于下一代光放大器技术，例如应用在现在KDD R&D实验室开发的极端高速的传输系统。通过对电缆故障位置提供准确信息，新技术提高了电缆系统的可维护性，确保用户放心地依赖于信息高速公路上所提供的服务。

　　系统测试和故障排除

　　一旦检测出并确定了电缆故障点，下一步将要进行的布线系统安装后确认活动是系统测试和故障排除。

　　既然已经知道怎样检测电缆故障，自然会要求进一步学习如何实施较完善的安装后电缆系统测试和使用最新的故障检修技术。协同工作、网络分析和预防性维护在保持布线系统高性能方面起重要作用。

　　布线系统测试和调谐

　　为了获得较好的布线系统性能，需要在布线系统管理的每个层次上付出一定的努力，网络骨干必须通过研究安装和维护记录知道他们的布线系统历史，必须通过进行精确测量了解他们的布线系统现状。此外还必须知道如何按照布线标准更改他们的布线系统。

　　1.协同工作

　　作为工作分工的一部分，网络骨干必须和其它工作人员协调工作，包括端用户和部门计算机支持人员，乐于让广大布线系统用户了解它们的联网人员为使系统更有效而正在进行的步骤，同时也让用户理解为达到那种目的而出现的必要的偶然中断。但是如果不告诉用户就突然中断布线系统服务是不可接受的。

　　当警告用户布线系统改进服务时，必须抓紧时间进行更改，整理资料，并测量更改后的结果，这类工作可以让各个岗位上的技术员来完成。

　　布线系统资料可以通过数据库和电子表来完成，或是将数据映像在图形包内。专门化的布线系统记录保存和图形软件也是可采用的。

　　所使用的测试设备的类型依赖于布线系统调谐操作的范围，手持电缆表和LAN测试器可用于测试单一LAN段。当试图经过整个园区或LAN调谐操作时，除可以使用协议分析仪和特定的远程监视软件外，还使用这种仪器共同收集性能信息。

　　2.完成你的准备

　　在布线系统技术员到达LAN场地以前，必须做好准备工作，应有一份印好的资料，上面标有网卡的烙入网址(硬件地址)、网络开始名和IP地址(如果工作站不在使用Bootp或DHCP协议)。最好有一份带有所有已知电缆标签的电缆图。

　　[nextpage]在向本地计算机支持人员、区域管理员和安全人员登记以后，应对所有陈列的LAN布线进行现场电缆标签核对，在着手工作的同时还应准备向用户解释在进行什么工作。

　　3.布线系统测试

　　一旦布线系统专业人员肯定标签的现场核对已经相符，可以着手测量LAN段，使用一个运行IPX和TCP/IP协议的小型工作组10Base T Novell以太LAN可作为LAN段的好例子。通常包括10〜12台机器或更少，至少有一台联网的打印机，这种LAN段使用UTP RJ45布线，使用一台或几台Hub形成网段。

　　如果这个LAN段是较大布线系统的一部分，那么可使用网桥同LAN的其余部分隔离开，网桥能控制来自LAN段的电缆通信流量流向网络的其余部分，同时也能使来自网络其余部分的电缆通信流量供给预定的LAN段。

　　在确定性能问题的范围以后，布线系统骨干将工作分成几项容易完成的任务，然后使用多种工具(从简单的墙壁挂图到完善的软件包)将这些任务排成进度表。

　　最简单的网桥是具有两块网卡的PC：一块用于将自己连到LAN段，另一块连到网络的其余部分。通过使用特定的布线系统软件来帮助网络执行它的任务。商品网桥是能远程控制和监视的，既没有键盘又没有监视器的，称为“black boxes”的PC(黑盒子PC)。

　　网桥通常放在配线间或其它安全地点，为了执行某些测试，布线系统技术员有时可以暂时禁示网桥工作，以停止输入电缆通信流量，从而对LAN段的某些特性获得清楚的了解。

　　4.定位故障

　　布线现场核对，特别是新安装的5类电缆可作为LAN段调准的一部分来完成。在两端断开电缆，在一端接上能测量高达100MHz频率的电缆表，另一端接上信号注入器。这种安排可测量电缆性能和定位电缆故障点，例如不正确的或被破坏的布线。

　　LAN段的物理布线只是必须核对设备的一部分，工作站布线系统、配置文件和具有物理地址(不能改变的地址)的网卡也是检查的对象。

　　在调查情况以前，布线系统技术员应获得每台工作站配置文件的拷贝，包括Config.sys、Autoexec.bat、System.ini和用于Windows for Workgroups机器的Protocol.ini。在Windows98机器情况下，可以使用System Monitor从Control Panel(控制台)打印出配置。

　　在这些印制资料上可注明机器配置的纠正，然后布线系统技术员可以直接去需要配置修改文件的机器。如果PC可以远程管理，LAN管理员可以使用他们的办公室PC完成许多变更。

　　在调查期间，技术员还应该使他们的布线系统图一致，应加电每台工作站，并对照CPU编号核对网卡物理地址，以确保在网卡故障影响网络的情况下，布线系统骨干有准确的记录。

　　5.编目协议

　　其次，必须为布线系统的协议编制目录。

　　通过确保每台工作站和服务器只使用工作所需要的协议，可以获得某些性能提高，每个协议得到合理的配置。LAN测试器可以在Hub位置插入LAN段，或是连接在工作站和Hub之间。如果接在Hub上，测试器告诉段上存在的布线系统协议的类型，并确定数据包碰撞的数目。如果LAN测试器被安排在工作站和Hub之间，它可以测量工作站的网卡活动。如果正在试图测量交换式以太网的性能，这种安排是特别有用的。

　　6.发射脉冲测试

　　在监视布线系统通信流量以后，可使用LAN测试设备主动测试网络。大多数LAN测试器将支持NetWare和TCP/IP协议。这种设备将经常显示一组采样点可采用的服务器，并将通过向它们发射脉冲验证网络工作站和服务器的性能。

　　发射脉冲测试能显示出装有高级发送器和接收器的工作站和服务器响应往复转换过程需要多长时间，这些表计能提供以太网通信的详细通信信息。除发射脉冲功能外，LAN测试器还能生成IPX包仿真LAN通信，然后分析LAN段操作。

　　每个LAN测试器售主都提供附加的测试能力，例如，LAN测试器能检测以太网卡协议、地址、驱动电平、10BaseT链络脉冲的极性。如果表计不能检测信号，则自动测试电缆和连接器故障。也可以向连到Hub的PC发射脉冲进行测试，以确保它们连接。

　　为了保证变更的质量，布线系统技术员应对他们的更替建立资料，然后再次测试LAN段，如果遭遇性能问题，则不应进行更替。

　　7.PC过载

　　如果一直不断地向LAN段增加PC，迟早会出现布线系统性能降级的情况，当出现这种情况时，布线系统技术员将能把LAN段分成两个独立的LAN段。通过使用网桥将网络Hub分为两组。可在配线间很快完成这种任务。

　　如果单位的布线系统跨一个园区的几所大楼，或在几个城市有必须互相通信的联网的办公室，这时的布线骨干在调谐和维护这些网络方面会面临许多挑战。

　　首先，将要求较多的散布在不同位置的人员，这意味着调谐能力将有较高的计划和协调水平。传真、电信会议、e-mail和组件软件将帮助传达和跟踪调谐努力。

　　大型布线系统使用许多专门化的配线箱帮助将不同的机器连在一起。必须从集中化的位置使用SNMP之类的网络协议管理这些配线箱。

　　中继器用于在大型办公楼内的两个不同配线间之间或园区大楼之间发送布线系统通信，光纤中继器将电气信号变换成光脉冲，反之亦然。在大多数情况下，这些配线箱没有故障。

　　8.路径通信测试和调谐

　　通常使用路由器在两个不同网络拓扑(例如，以太网和令牌环网)之间传递布线系统通信。此外，还能通过使用高速modem让它们连接LAN和WAN。路由器使用专有软件从一个网络拓扑向另一个网络拓扑传递布线系统通信。和网桥一样，路由器也能依靠过滤出不希望的网络协议而限制经过它们的包。

　　差不多可在公司布线系统的任何地方使用路由器将一个以太网PC连到令牌环LAN，或将整个园区网络连到ISP。公司、政府机关和大学可使用路由器连接不同城市的办公室。

　　9.提高性能

　　调谐LAN段后，为提高布线系统性能，应限制经过每个路由器的LAN协议的数。当前的布线系统安装和维护记录的确能帮助调谐工作，但由于路由器软件版本经常修正，因此保存好安装记录，维护经过公司布线系统的当前路由器软件是重要的。

　　尽管自然希望限制维护合同的数目，但路由器之类的关键设备还是应承包出去。否则单位将会出现许多杂乱的路由软件选择版本。其结果是严重影响布线系统性能。

　　测量布线系统通信的能力不仅帮助纠正自己的问题，而且还帮助配合WAN服务供应商(例如电话公司)改进WAN性能。个别工作站对网络路由器的有系统记录保存需要一定时间，但能保存较长的时间。布线、网络软件和LAN通信的周期性审查能帮助布线系统骨干了解潜在的联网问题，从而增加用户对系统的信任。

　　10.工作人员素质

　　布线系统技术员必须经过专门培训。为保持单位布线系统有效运行，他们应是能解决技术细节的专业人员。此外这些技术员也能培训别人，熟悉工作中需要的工具。记住布线系统平稳运行绝不是偶然的，是布线骨干努力的结果。

　　布线系统故障排除

　　布线系统技术员和分析家要求专门化的工具快速分析和检修公司的电缆，这些设备可来自各种不同的厂家。诊断简单电缆故障并进行检修的布线系统技术员需要电缆相关的工具。通用电子工具箱是技术员使用的主要设备，因此应选择一个包括所有必要工具的工具箱。其中数字多用表是绝对不可少的，它让技术员测量电压、电流和电阻。使用连到大楼的接地点的一对多用表能执行简单的连续性试验和电缆映像。多用表应是构造结实的，能在长距离电缆上提供读数。

　　1.专用工具

　　除手持工具(包括长鼻钳和剥线钳)外，工具箱还应包括专用工具，例如用来将导线连到66或110型插接架的卡接(压线)工具，此外还经常需要用来将连接器连到同轴和双绞线的卷曲工具。

　　2.故障检测器探测技术

　　音调故障检测器探头类似于一端带有扬声器的电子温度计。通过使用音响音调，和电池供电信号发生器一起用来确定电缆。将信号发生器放在电缆的一端，然后再去包含电缆的另一端的配线间。经过电缆卡传递音调故障检测器，一直到它发出嘟嘟声为止。发嘟嘟声音调的电缆就是要希望寻找的电缆。

　　电池供电的改锥和电钻对从设备机柜取出无效的路由器和Hub是方便的。由于布线系统技术员到处去检查电缆，安全帽和手电筒也是必要的。

　　[nextpage]备份网卡，网络插接电缆和连接器可以同包含软件的系统软盘一起放在工具箱内。确保工具箱具有安全保存软盘和阿卡的位置。

　　商务频率FM(调频)步行对讲机或收发器可使骨干人员具有较大的可移动性，使他们在同一时间能同几千个技术员对话。除FM收发机外，布线系统管理员可能还希望带上纸和手机(注意有足够的电池)。

　　3.共享的工具

　　不是任何单位(或组织)都能提供布线系统骨干测试设备用到的一切工具。某些工具可能是共享的。由于费用和精致的原因，电缆测试器、光纤测试设备和LAN分析仪要求明确地规定检查规程，并周期性地进行性能核对。

　　除专用的测试设备外，为达到故障排除的目的，可能还要使用以太网Hub或令牌环多站点访问装置(MAU)。这些设备通过现场测试仪器作用，可以让技术员和分析家从电缆系统断开可疑的机器，并同LAN分析仪一起执行详细测试，而不必关闭整个LAN段。

　　4.信息工具

　　布线系统技术员和分析家需要能快捷使用网络维护工具和安装数据库。通过使用这种信息，可以建立详细描述网络设备位置和特性的布线系统图。

　　参考资料，例如书和CD-ROM也应是可采用的，商业在线服务和因特网站往往能提供最新的布线系统资料。使用简单网络管理协议(SNNP)的LAN管理工具可让分析家判断关键布线系统资源(如路由器和网桥)的状态。完善的网络管理软件能帮助快捷精确定位布线系统问题。

　　5.LAN问题的识别

　　虽然具有正确的培训、信息和工具，布线系统骨干也还会面临难对付的障碍物是“时钟”。布线系统事故引起难于偿还的生产性损失。因为时钟的每一片刻都意味着金钱损失，布线系统技术员必须快捷而准确地解决网络问题。技术员应当向他们自己和他们的用户提出一连串的关于网络故障问题的问题。他们应当学会听取用户的反映，解释信息，然后快速确定问题的范围，并判断处理问题的轻重缓急。

　　当寻找问题的根源时，技术员应首先识别最近增加或变更的任何设备。大多数布线系统故障发生在用于将计算机连在一起的电气和电子设备上。快速检查维修和安装记录往往能找出引起问题的最近动作。在执行上述检查过程的基础上，技术员可以使用测试设备和网络管理软件判断布线系统的当前状态。如果认为情况是正确的，他们可以直接去受影响的区域井开始在那里测量。

　　在可采用的信息和全体人员经验的基础上，技术员应总结关于问题和问题测试的理论，以证实经验判断的正确性，在问题已被识别后，他们将检修布线系统，然后整理问题的资料并在布线系统维护数据库中改正。

　　6.工作站的故障排除

　　工作站的故障应及时处理，不宜拖延。影响工作站的布线系统问题可能会存在技术上的挑战，有时用户表现不耐烦，布线系统骨干应冷静考虑用户的要求，及时解决问题。他们应当首先通过核对检修和安装记录说明最近的工作站更改情况，向用户交底。工作站问题多半出在物理层，因此应着重检查布线和网络硬件。

　　如果计算机尚未接入网络，布线系统的快速表面检查将暴露出接触不良的连接器和破坏的电缆。可使用LAN分析仪测试从墙壁信息插座到网络Hub的布线。检查完布线后，再使用试验Hub和多站点访向装置(MAU)测试工作站的网卡和电缆。

　　为确保工作站的网络软件没有问题，应使用引导软盘启动机器。如果那时工作站能连到布线系统，则说明问题是由于工作站的网络配置引起的。通过检查机器的配置文件或确定网络软件是否有毛病，可以缩小问题的范围。

　　如果软件没有问题，应再插一下网卡并重新启动工作站。如果问题重新出现，则应使用新网卡替换上去，然后可重新启动工作站。如果问题解决，用户可以恢复工作。

　　7.LAN段的故障排除

　　当检修LAN段时，技术员执行与上述相同的故障排除步骤。总是保护受事故影响的办公室的故障现场。事故原因往往是由技术员的低劣用户服务引起的。

　　LAN段问题可分为三种类型：物理层故障，网络负载故障和网络协议故障。物理层故障多半是将布线系统连在一起的电气或电子设备的失灵引起的。当网络设备跟不上它的服务要求时会出现负载故障。当特定的协议无能力传递布线系统通信，或由于不兼容的驱动程序网络设备不能通信时，会出现网络协议故障。

　　物理层故障由于存在物理迹象，因此排除起来方便得多。网络负载和协议故障由于引起问题的条件不是一直存在，断续发生，因此难于排除。LAN和协议分析仪可记录用于以后分析的数据，因此它们能有力地帮助问题根源的揭露。

　　当经过布线系统传输数据时，将它们封装成称为帧的单元。以太网使用具有碰撞检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)协议确定哪个网络站将传输包(尽管所有站点都在听)。

　　如果在同一时间内两个站点都在发送帧，将会出现碰撞。这两个站点必须重传它们的帧。布线系统的吞吐量将会随碰撞数目的增加而增加。

　　不同类型的以太网(例如，10Base 2、10Base 5和10BaseT)都使用略有不同的连接工作站的方法，故障类型和网络类型有一定的关联性。例如，在10BaseT网络的情况下，当在网卡和网络Hub之间存在坏的连接时，通常会发生链路差错。Hub和网卡之间的被破坏的电缆或坏的Hub端口往往引起链路差错。

　　当由于经过LAN的数据帧碰撞讹误网络数据时，会发生循环冗余校验差错。因网络布线、Hub或网卡故障都可能引起这种情况。

　　不正确大小的网络帧也可能引起碰撞。由于不正确的网络驱动程序或不正确配置的网卡会引起长和短帧差错。

　　当失去或破坏终接电阻器时，会在10Base2和10Base5网络上连续出现碰撞。当发送后数据帧在51.2μs以后相撞时，会发生滞后的碰撞差错。这种情况表明LAN电缆太长。10Base2的最大长度是185m;10Base5是500m;10BaseT是100m。

　　8.布线系统的故障排除

　　当检修公司的布线系统时，电缆骨干应遵守上述的同样排除故障步骤。为了确定延伸在宽范围内的问题，需要高度的协作和联系。布线系统分析家依赖LAN管理软件和LAN/协议分析仪来帮助解决这类问题。

　　LAN分析家将通过测量和使用LAN图来跟踪受影响的布线系统通信路径。通过采样网络帧并在LAN图的被识别的点上注入测试帧，分析家能很快确定问题的范围和特性。

　　进一步分析，布线系统负载问题可能发生在高利用率的路由器上，或是由于将用户连到了包含重要资源(大型机服务或因特网)的LAN引起。如果不是路由器配置问题，可能必须升级受影响的路由器。如果必须增加一个附加的路由器，可能要求骨干重新设计布线系统。

　　由于吞吐量限制使LAN和WAN上的协议差错变得复杂化，大量协议不可能经过远程办公室的路由器运行。

　　具有有限协议采样能力的LAN/协议分析仪对排除协议故障非常有利，它能精确确定每种协议有多少通信流经过布线系统，通过过滤方法取消受影响路由器上的不必要的协议将会大大改进布线系统性能，从而确保确认。

　　一旦已成功地完成布线系统测试和故障排除，可以考虑移向下一步的安装后布线系统活动：光纤和铜线的损耗测试。测试回损、远端串扰、平衡、功率和近端串扰和屏蔽有效性(均在100MHz以上的频率上进行试验)的要求对于任何被确认的布线系统来说是至关重要的。