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[海底电缆 ] 【分享】海底光缆相关知识

P:2013-05-10 14:31:50

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中文名称:海底光缆

 

英文名称:undersea light cable;underwater optical fabric cable

定义1:在海底通电报、电话的通信光缆。

所属学科:海洋科技(一级学科);海洋技术(二级学科);海洋工程(三级学科)

定义2:敷设在海底、利用光波在光导纤维中传输信息的导线索。

所属学科:资源科技(一级学科);海洋资源学(二级学科)

 

海底光缆,Submarine Optical Fiber Cable。又称海底通讯电缆,是用绝缘材料包裹的导线,铺设在海底,用以设立国家之间的电信传输。

概念详解

世界各国的网络可以看成是一个大型局域网,海底和陆上光缆将它们连接成为互联网,光缆是Internet 的“中枢神经”,而美国几乎是Internet 的“大脑”。美国作为Internet 的发源地,存放着很多的Web和IM(如MSN)等服务器,全球解析域名的13个根服务器就有9个在美国,登录多数 .com 、.net 网站或发电子邮件,数据几乎都要到美国绕一圈才能到达目的地。连接“中枢神经”和“大脑”的是海底光缆系统,它分为岸上设备和水下设备两大部分。岸上设备将语音、图象、数据等通信业务打包传输。水下设备负责通信信号的处理、发送和接收。水下设备分为海底光缆、中继器和“分支单元”三部分:海底光缆是其中最重要的也是最脆弱的部分。

  海底光缆系统作为一种高质量、低成本、大容量的传输手段日益受到人们的青睐,特别是使用EDFA(掺饵光纤放大器)作为中继器的光直接放大多中继技术,使传输容量从560Mb/s一举提高7倍,已开发了每纤可传输5Gb/s信号的海底光缆系统。

  海底光缆是通信用的,一般铺设于深海或者浅海,或者河道,不易于受损

  敷设在海底的通信光缆,称海底光缆。

典型结构

  海底光缆的结构解析,见右图。深海光缆的结构比较复杂:光纤设在U形槽塑料骨架中,槽内填满油膏或弹性塑料体形成纤芯。纤芯周围用高强度的钢丝绕包,在绕包过程中要把所有缝隙都用防水材料填满,再在钢丝周围绕包一层铜带并焊接搭缝,使钢丝和铜管形成一个抗压和抗拉的联合体。在钢丝和铜管的外面还要再加一层聚乙烯护套。这样严密多层的结构是为了保护光纤、防止断裂以及防止海水的侵入。在有鲨鱼出没的地区,在海缆外面还要再加一层聚乙烯护套。

  

典型海底光缆的结构解析

    1 聚乙烯层

  2 聚酯树酯或沥青层

  3 钢绞线层

  4 铝制防水层

  5 聚碳酸酯层

  6 铜管或铝管

  7 石蜡,烷烃层

  8 光纤束  

海底光缆

海底光缆设计必须保证光纤不受外力和环境影响,其基本要求是:能适应海底压力、磨损、腐蚀、生物等环境;有合适的铠装层防止渔轮拖网、船锚及鲨鱼的伤害;光缆断裂时,尽可能减少海水渗入光缆内的长度;能防止从外部渗透到光缆内的氢气与防止内部产生的氢气;具有一个低电阻的远供电回路;能承受敷设与回收时的张力;使用寿命一般要求在25年以上。

  深海(深度在1000米以上)海底光缆采用无钢丝铠装结构,但光缆缆心的结构和加强构件(一般为中心钢丝)必须能保护光纤,以防止海水的高压力与敷设、回收时的高张力。为了防止鲨鱼伤害,还应在鲨鱼出没海域的深海光缆护套上螺旋绕包二层钢带,并挤一层聚乙烯外护套。

  浅海(水深在1000米以内)海底光缆的缆心结构与深海光缆相同,但浅海光缆要有单层或双层钢丝铠装。铠装层数和钢丝外径要根据海缆路由的海底环境、水深、能否埋设、渔捞等情况而定。

分类

  海底光缆根据不同的海洋环境和水深,可分为深海光缆和浅海光缆,相应地在光缆结构上表现为单层铠装层和双层铠装层。在产品型号表示方法上用DK表示单层铠装,用SK表示双层铠装。规格由光纤数量和类别表示。

  海底光缆是用绝缘外皮包裹的导线束铺设在海底,分海底通信光缆和海底光力光缆。前者主要用于通讯业

  

海底光缆铺设路线

务,后者主要用于水下传输大功率光能。与人造卫星相比,海底光缆有很多优势:海水可防止外界光磁波的干扰,所以海缆的信噪比较低;海底光缆通信中感受不到时间延迟;海底光缆的设计寿命为持续工作25年,而人造卫星一般在10到15年内就会燃料用尽。

  海底光缆的结构要求坚固、材料轻,但不能用轻金属铝,因为铝和海水会发生电化学反应而产生氢气,氢分子会扩散到光纤的玻璃材料中,使光纤的损耗变大。因此海底光缆既要防止内部产生氢气,同时还要防止氢气从外部渗入光缆。为此,在90年代初期,研制开发出一种涂碳或涂钛层的光纤,能阻止氢的渗透和防止化学腐蚀。光纤接头也要求是高强度的,要求接续保持原有光纤的强度和原有光纤的

  

海底光缆的修复

表面不受损伤。

  海缆断裂一般有两大原因。一是地震、海啸等不可抗力,二是人为原因。一旦断缆,不仅在国际通信上造成巨大影响,因此造成的损失更是无法估算。

  海底电缆工程被世界各国公认为复杂困难的大型工程。在浅海,如水深小于200米的海域缆线采用埋设,而在深海则采用敷设。水力喷射式埋设是主要的埋设方法。埋设设备的底部有几排喷水孔,平行分布于两侧,作业时,每个孔同时向海底喷射出高压水柱,将海底泥沙冲开,形成海缆沟;设备上部有一导缆孔,用来引导电缆(光缆)到海缆沟底部,由潮流将冲沟自动填平。埋设设备由施工船拖曳前进,并通过工作电缆作出各种指令。敷缆机一般没有水下埋设设备,靠海缆自重敷设在海底表面。

  船不断往前开,然后用水下机器人冲一个沟,将光缆放入,然后再用水下机器人把泥沙冲回去,覆盖光缆,然后不断前进,当需要驳接时则在船上先接完成,然后密封,再继续铺设。目前的海底光缆全部都为光纤的,电缆的已经很少了,并且目前铺设的全部都是埋进泥土里的了,就是用水下机器人冲一个沟然后放进去再埋上泥土。

  水下机器人其实是利用一个高压水泵,将水加压到很高的压力喷射出去,从而冲出沟槽来的。至于维护,这个没有什么维护可言,通常不需要维护,只需要定期用水下机器人勘察是否光缆有外路即可,如果有则将泥沙覆盖上去。另外如果断了,用衰减检测仪测量就可以得到具体位置,然后去到那捞上来,进行驳接或者其他方式,通常都是将损坏的一段全部切掉,换上新的一段。

海底光缆历史

商业电缆

  全世界第一条海底电缆是1850年在英国和法国之间铺设,由 John Watkins Brett 's 盎格鲁-法国电报公司(Anglo-French Telegraph Company)开设一条穿越英吉利海峡的电缆,品质粗劣,没有其他任何保障。1851年11月13日,受保护的核心,即真正的电缆,被架设起来,1852年,大不列颠及爱尔兰被连接在一起。1852年海底电报公司第一次将缆线联系伦敦到巴黎。 1853年,英格兰由一个电缆横跨北海,被加入到荷兰。

跨大西洋的电报电缆

  1858年赛勒斯由西场(Cyrus West Field),他们说服英国工业家基金第一次尝试在打下一个跨大西洋

  

亚欧3号国际海底光缆

的电报电缆。从一开始,并在运作中,只有1个月。这项技术一直存在不少问题。科学家们试图在1865年和1866年不断尝试更新的技术,大东电报局则用更为先进的技术,并产生了世界上第一个成功的跨大西洋电缆。1870年在印度又完成这项技术。

  海底电缆,以印度,新加坡,远东和澳大利亚

  1863年电缆从孟买连结到阿拉伯半岛。

海底电缆横跨太平洋

  1902年至1903年,海底电缆从美国大陆连接夏威夷,1902年连接关岛,1903年连接菲律宾。1902年加拿大,澳大利亚,新西兰和斐济也完成连线。

中国大陆

  中国大陆的第一条海底电缆是在1888年完成:

  福建至台湾

  福州川石岛与台湾(淡水)之间,长177海浬。(已停用)

中国台湾

  台湾的第一条海底电缆是在1887年完成:

  台湾至日本:台湾淡水与日本长崎之间。(已停用)

  台南至澎湖:

  清代台湾台南安平通往澎湖,长53海浬。

  国际电缆登陆点:

  宜兰头城:电缆从宜兰县头城镇连结,美、日、东北亚、东南亚、澳、纽、菲律宾等地。

  屏东枋山:电缆从屏东县枋山乡连结中国大陆、琉球、日本、韩国、关岛,以迄美国西海岸的加州和奥勒冈州。

发展

  1988年,在美国与英国、法国之间敷设了越洋的海底光缆(TAT-8)系统,全长6700公里。这条光缆含有3对光纤,每对的传输速率为280Mb/s,中继站距离为67公里。这是第一条跨越大西洋的通信海底光缆,标志着海底光缆时代的到来。1989年,跨越太平洋的海底光缆(全长13200公里)也建设成功,从此,海底光缆就在跨越海洋的洲际海缆领域取代了同轴电缆,远洋洲际间不再敷设海底电缆。

  即使是如此严密的防护,在80年代末还是发现过深海光缆的聚乙烯绝缘体被鲨鱼咬坏造成供电故障的实例。

  海缆系统的远程供电十分重要,海底电缆沿线的中继器,要靠登陆局远程供电工作。海底光缆用的数字中继器功能多,比海底电缆的模拟中继器的用电量要大好几倍,供电要求有很高的可靠性,不能中断。因此在有鲨鱼出没的地区,在海底光缆的外面还要加上钢带绕包两层和再加一层聚乙烯外护套。 进入90年代,海底光缆已经和卫星通信成为当代洲际通信的主要手段。我国自1989年开始到1998年底已经先后参与了18条国际海底光缆的建设与投资。其中第一个在中国登陆的国际海底光缆系统是1993年12月建成的中国——日本(C-J)海底光缆系统。1996年2月中韩海底光缆建成开通,分别在我国青岛和韩国泰安登陆,全长549公里;1997年11月,我国参与建设的全球海底光缆系统(FLAG)建成并投入运营,这是第一条在我国登陆的洲际光缆系统,分别在英国、埃及、印度、泰国、日本等12个国家和地区登陆,全长27000多公里,其中中国段为622公里;

  2000年9月14日,随着亚欧海底光缆上海登陆站的开通,由中国电信集团公司参与建设、连接亚欧海底33个国家和地区的亚欧海底光缆系统,经过三年多的建设正式开通。它的建成标志着我国国际通信水平又迈上一个新台阶。

  亚欧海底光缆系统西起英国,经地中海连接法国、意大利等国,通过红海进入印度洋到新加坡,然后再向东,经马来西亚、菲律宾、越南等到达中国,最后通达日本、韩国。它全长约3.8万公里,连接33个国家和地区,共计39个登陆站。亚欧海底光缆系统在我国上海、汕头各设1个登陆站。

为何难以修复

  海底光缆通常埋在海床下1—2米深的地方,由于海床不是很规则,光缆有时候免不了会露出来。渔船下锚和使用拖网捕鱼时都可能将光缆毁坏,因此,在海底有光缆通过的地方被划作禁止抛锚区,不许船只停靠。这个原理和陆地上的光缆一样,我们经常在路上看到这样的标志“地下有光缆,禁止施工”。海底光缆需要保护,也需加强技术提高海缆自身的抗拉性。

  修复工作的第一步是找到断点。海缆工程师可以通过电话和互联网中断情况找到断点的大概位置。岸上终点站可以发射光脉冲,正常的光纤可以一直在海中传输这些脉冲,但是如果光纤在哪里断了,脉冲就会从那一点弹回,岸上终点站这样就可以找到断点。之后就需要船只运来新的光缆进行修补,但第一步是要把断的光纤捞上来。

  业内人士介绍说,如果光缆在水下不足2000米的深处,可以使用机器人打捞光缆,一般位于水深约3000米至4000米海域,只能使用一种抓钩,抓钩收放一次就需要12个小时以上。将断掉的光缆捞到船上后需要在中间加缆,这一点也很难的,至少耗费16小时的时间,这个工作是由专业性很强的技师来完成的,这次这么大的事故,需要的技师很多,而这种活不是随便就能做的。另外,这次故障点位于海缆密集区域,断点不止一个,海缆还可能互相交错,打捞时要注意不破坏其他光缆系统,所以任务很艰巨。

 

难以取代的海底光缆

  互联网服务现在本身就弱,运营商与用户签约时本来就没有就速率进行过详细约定。当海缆断了之后,首先要照顾的是专门的租用业务,其次是话音业务和数据业务,再次才能排上互联网。

  专家称,海缆现在是分区维护的,出于安全目的,海缆平时也需维护。如果有人把海缆捞出来,加进光纤,就可以偷走信息。如果发生战争,也可能有人破坏光缆。但是,不管怎么说,海缆是现在通信的最好解决办法,别的方法如卫星、微波可以作为补充,但是现在看来无法取代海缆,因为它们的信道有限。能让广大用户以便宜的方式进行沟通的方式,非海缆莫属。

相关知识

  海底光缆,似乎是个很遥远的名词:蓝色的海洋下面,一根电缆孤零零的在海底延伸,也许还有各色的鱼儿在它旁边游弋。那些处在深深海底的电缆,跟我们的生活有多大关系呢?事实上,在它出现故障之前,很多人没有意识到它的存在。

  但是,一场地震让人们正视海底光缆的重要性。

  2006年12月26日晚上,在8分钟内台湾南部沿海地区至少发生两起6级以上的地震。次日凌晨起,北京、重庆、武汉等多地网通、电信用户反映,无法正常访问国外网站,包括雅虎在内的多家国际知名网站均无法正常访问,MSN等IM也无法正常登陆。从网站获知台湾地震导致msn不能使用时,很多朋友都很惊诧,甚至以为是恶搞。不过中国电信集团公关处人士证实了这一消息。

  中国电信称,中美海缆、亚太1号、亚太2号海缆、FLAG海缆、亚欧海缆、FNAL海缆等多条国际海底通信光缆发生中断,中断点在台湾以南15公里的海域,这造成附近国家和地区的国际和地区性通信受到严重影响。

  中国大陆至台湾地区、美国、欧洲等方向国际港澳台通信线路受此影响也大量中断,从而导致国内用户访问国际互联网受阻,并使整个亚洲的商业交易陷入混乱。

  随后,中国信息产业部和相关电信运营商中国电信、中国网通启动了应急预案,勘查因台湾地震造成的国际海光缆受损情况,并积极修复,采取措施保障通信。据说,一个光缆故障点平均的修复金额为70万~80万美元,预计此次彻底修复海缆所需花费将达几百万美元。

  这次光缆事件勾起了大众的好奇心,什么是海底光缆?它长什么样子,怎样铺设?万一断裂,怎样维修?

  光缆是一种目前比较理想的通信介质,它是铺设信息高速公路的主干道。光缆是用硅石构成的很多细丝,其外面用一种折射率低的物质包起来而组成的特殊"电缆"。它与普通电缆不同,光缆是用光信号而不是用电信号来传输信息的。一般不受外界电场和磁场的干扰,不受带宽限制,可以实现高达数千兆/秒(1000 Mbps以上)的传输速率,而且它的尺寸小、重量轻,传送距离远,可以达到数千公里。

  与人造卫星相比,海底光缆有很多优势:海水可防止外界电磁波的干扰,所以海缆的信噪比较低;海底光缆通信中感受不到时间延迟;海底光缆的设计寿命为持续工作25年,而人造卫星一般在10到15年内就会燃料用尽。

  全世界第一条海底电缆是1850年在英国和法国之间铺设。不过,第一条海底光缆却是在1985年问世。

  自此,海底光缆的建设在全世界的得到了蓬勃的发展。海底光缆以其大容量、高可靠性、优异的传输质量等优势,在通信领域,尤其是国际通信中起到重要的作用。

  1988年,在美国与英国、法国之间敷设了越洋的海底光缆(TAT-8)系统,全长6700公里。这条光缆含有3对光纤,每对的传输速率为280Mb/s,中继站距离为67公里。这是第一条跨越大西洋的通信海底光缆,这标志着海底光缆时代的到来。1989年,跨越太平洋的海底光缆(全长13200公里)也建设成功,从此,海底光缆就在跨越海洋的洲际海缆领域取代了同轴电缆,远洋洲际间不再铺设海底电缆。

  据不完全统计,截止到20世纪末,世界总共建设了大大小小的海底光缆系统170多个,大约有130余个国家通过海底光缆联网。

  光纤的传输容量大,中继站间的距离长,适用于海底长距离的通信。用于海底光缆的光纤比陆地光缆所用的光纤有更高的要求;要求低损耗、高强度、制造长度长,要求能经受强大的压力和拉力。

  按照这些特定的要求,海底光缆的基本结构是将经过一次或两次涂层处理后的光纤螺旋地绕包在中心,加强构件(用钢丝制成)的周围。并放在专制的不锈钢管中。该管外绕高强度拱形结构的钢丝。钢丝层又包上铜管,又使得光缆铺设时不发生微/宏弯。最后挤塑外护套。

  深海光缆的结构要求更高,光纤设在螺旋形的U形槽塑料骨架中,槽内填满油膏或弹性塑料体形成纤芯。纤芯周围用高强度的钢丝绕包,在绕包过程中要把所有缝隙都用防水材料填满,再在钢丝周围绕包一层铜带并焊接搭缝,使钢丝和铜管形成一个抗压和抗拉的联合体,这个铜管还是传送远供电流的导体。在钢丝和铜管的外面还要再加一层聚乙烯护套。这样严密多层的结构是为了保护光纤、防止断裂以及防止海水的侵入,同时也是为了在敷设和回收修理时可以承受巨大的张力和压力。即使是如此严密的防护,在80年代末还是发现过深海光缆的聚乙烯绝缘体被鲨鱼咬坏造成供电故障的实例。因此在有鲨鱼出没的地区,在海底光缆的外面还要加上钢带绕包两层后,再加一层聚乙烯外护套。

  尽管如此,由于大量的网络通信需求都被寄望于几条小小的光缆时,这使得它们在危机到来时表现得异常脆弱。首先,它们经过的水域往往是重要的海路运输通道或渔船作业海域,2001年和2003年上海崇明岛海域就发生过因渔船拖网、船只起锚而拉断光缆的事件。其次,这些光缆所经的地区刚好是世界上最活跃的地震多发地带——环太平洋地震带,地震往往造成光缆移位,甚至拉断光缆。

  如今,美国仍然是全球互联网的中心地区,大量主要服务器和国际网站都在美国,这在客观上导致国内网民的大量海外访问流量都是指向美国。而中美之间的光缆,几乎都要经过台湾附近海域,此次地震就一次性造成6条以上的主要光缆中断,中国用户在访问美国服务器时,就不得不绕道欧洲或者澳洲,速度大受影响。

  海底光缆的铺设和维修都异常困难。海底电缆工程被世界各国公认为复杂困难的大型工程。在浅海,如水深小于200米的海域缆线采用埋设,而在深海则采用敷设。水力喷射式埋设是主要的埋设方法。埋设设备的底部有几排喷水孔,平行分布于两侧,作业时,每个孔同时向海底喷射出高压水柱,将海底泥沙冲开,形成海缆沟;设备上部有一导缆孔,用来引导电缆(光缆)到海缆沟底部,由潮流将冲沟自动填平。埋设设备由施工船拖曳前进,并通过工作电缆作出各种指令。敷缆机一般没有水下埋设设备,靠海缆自重敷设在海底表面。

  一旦光缆出现问题,在茫茫大海中,从深达几百米甚至几千米的海床上找到直径不到10厘米的海缆,就如同大海捞针。再探测到光缆的断裂点,并将之打捞上来,重新接续好放回海底,其技术难度可想而知。

 

  海底光缆的具体修复过程如下

  1、机器人潜下水后,通过扫描检测,找到破损海底光缆的精确位置。

  2、机器人将浅埋在泥中的海底光缆挖出,用电缆剪刀将其切断。船上放下绳子,由机器人系在光缆一头,然后将其拉出海面。同时,机器人在切断处安置无线发射应答器。

  3、用相同办法将另一段光缆也拉出海面。和检修电话线路一样,船上的仪器分别接上光缆两端,通过两个方向的海底光缆登陆站,检测出光缆受阻断的部位究竟在哪一端。之后,收回较长一部分有阻断部位的海底光缆,剪下。另一段装上浮标,暂时任其漂在海上。

  4、接下来靠人工将备用海底光缆接上中美海底光缆的两个断点。连接光缆接头,可是个"技术含量"极高的活,非一般人能够胜任,必须是经过专门的严格训练、并拿到国际有关组织的执照后的人员,才能上岗操作。像这样的"接头工",上海电信方面目前只有三四名。

  5、备用海底光缆接上后,经反复测试,通讯正常后,就抛入海水。这时,水下机器人又要"上阵"了:对修复的海底光缆进行"冲埋",即用高压水枪将海底的淤泥冲出一条沟,将修复的海底光缆"安放"进去。

 

  同时,海上大风大浪等恶劣天气可能造成修复工作的缓慢。中国电信近日表示,如果一切顺利,因为台湾地震而受损的海底光缆将最快1月15日左右恢复到正常水平。而来自台湾和香港的消息则称,海底光缆要到1月底才能完全修复。

rolling skin - 结疤(轧件缺陷) 点赞(0) 投诉

P:2013-05-13 18:12:42

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图片是复合缆

parallel data output - 并行数据输出 点赞(0) 投诉

P:2015-02-02 14:55:15

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楼主

DLC - digital loop carrier数字环路载波[载体] 点赞(0) 投诉

P:2017-03-10 16:42:31

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图片是光电复合海底电缆

quality retention - 质量保持率 点赞(0) 投诉

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