海洋信息系統(tǒng)是由空中、水面、水下組成的立體系統(tǒng)。其中,由各類水下設(shè)施和海底電纜構(gòu)成的纜系水下系統(tǒng)是海洋信息系統(tǒng)的重要組成部分,纜系水下系統(tǒng)主要由海底通信網(wǎng)、海洋觀測網(wǎng)和海洋警戒網(wǎng)等三大海纜網(wǎng)絡(luò)組成。事實上,相互獨立的海纜網(wǎng)絡(luò)完全有可能互相交叉或重疊,造成了路由和登陸點等資源的消耗,還可能在某些區(qū)域海纜重復(fù)布放,對施工造成困難、對網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。正因如此,海洋信息系統(tǒng)水下三網(wǎng)融合呼之欲出。
“由于具體用途和功能及水下設(shè)施的性能有所不同,海底通信網(wǎng)、海洋觀測網(wǎng)和海洋警戒網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)通常是相互獨立的?;诠怆娂夹g(shù)所應(yīng)用的傳輸和傳感技術(shù)互相滲透和三大網(wǎng)絡(luò)之間的天然聯(lián)系,三網(wǎng)在某些層面是可以融合的,至少三大網(wǎng)絡(luò)的主干通道是可以公用的,三網(wǎng)融合是必然趨勢?!苯冢K通光集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理黃俊華在第三屆全國海底光纜通信技術(shù)研討會暨首屆全國海纜技術(shù)論壇上表示。此次,黃俊華主筆的《海洋信息系統(tǒng)中水下三網(wǎng)融合的探討》獲得本屆論壇唯一的優(yōu)秀論文一等獎。
三大海纜網(wǎng)絡(luò)簡析
海底通信網(wǎng)可分為無中繼海纜系統(tǒng)和有中繼海纜系統(tǒng)。無中繼海纜系統(tǒng),是指水下不設(shè)有源中繼器(但可有水下無源放大器)的系統(tǒng),采用當(dāng)前最先進(jìn)的光纖技術(shù)和傳輸技術(shù)(如泵光放大)后,端對端單跨的最大傳輸距離約為500千米。用于無中繼系統(tǒng)的海光纜可不含導(dǎo)體,也可含有用于檢測的導(dǎo)體。
有中繼海纜系統(tǒng),是指水下設(shè)有有源中繼放大器的系統(tǒng),在采取了適當(dāng)?shù)募夹g(shù)(如色散補(bǔ)償?shù)?后,兩個有源中繼器的間距約為70~120千米,系統(tǒng)的端對端傳輸距離可超過1萬千米(如跨洋洲際海纜)。用于有中繼系統(tǒng)中的海光纜必須含有導(dǎo)體,用于不間斷地向水下中繼器饋電。
海底觀測網(wǎng)中海纜網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)著信息傳輸和饋電的兩大功能,關(guān)鍵技術(shù)和部件主要有:適合海洋環(huán)境的傳感儀器,如各類原位化學(xué)分析儀器、動力環(huán)境分析儀器等;滿足在觀測水深下可靠工作的干線和支線接駁盒,它為光和電的接續(xù)、集中、分配、處理、放大或轉(zhuǎn)換等組件提供保護(hù);水下連接件,包括固定或活動的電、光或電光混合的接插件;在工作水深環(huán)境下機(jī)、電、光性能滿足要求的水密線纜。
海洋警戒網(wǎng)與海洋觀測網(wǎng)在原理上并無原則區(qū)別,主要是傳感器的類型和布放位置有所不同。
“光電復(fù)合海纜才能助力水下三網(wǎng)融合,光電復(fù)合海纜分為單極海纜和多級海纜。‘單極’是指纜內(nèi)只有一個饋電元件,當(dāng)今的有中繼通信系統(tǒng)應(yīng)用的幾乎都是單極纜,它們的特點是光纖數(shù)量不高,饋送的恒直電流較小,由直流高壓饋電,以海洋構(gòu)成輸電回路。三網(wǎng)融合后,海纜的光纖數(shù)量和輸電容量都會增大。‘多極’是指纜內(nèi)有兩個及以上互相絕緣的饋電元件,電單元的直流電阻主要取決于銅導(dǎo)體的截面積,直流耐壓主要取決于絕緣層厚度。如要求更小的直流電阻和更高的絕緣耐壓,則纜結(jié)構(gòu)和成本均會增大。”黃俊華介紹說。
三網(wǎng)融合任重道遠(yuǎn)
“點對點的通信系統(tǒng)、單個或少數(shù)幾個測量觀測節(jié)點和傳感器組成的觀測系統(tǒng)或警戒系統(tǒng)相對還比較簡單,但把它們自身組網(wǎng)就不那么簡單,三網(wǎng)融合后的組網(wǎng)就更復(fù)雜。三網(wǎng)融合海網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計、安全可靠運(yùn)行和長期維護(hù)及管理機(jī)制需要進(jìn)一步研究探索?!秉S俊華如是說。
首先,饋電系統(tǒng)對三大網(wǎng)絡(luò)都是不可缺少的。在海底通信系統(tǒng)中用海纜串聯(lián)水下中繼器的高電壓、小電流的恒流饋電已很成熟,而測量、觀測儀器和傳感器不大可能全部串聯(lián)供電。需要進(jìn)一步研究并聯(lián)或串并聯(lián)饋電系統(tǒng)的方式、方法和可靠性。
其次,饋電設(shè)備并不是一個相對簡單的直流高壓發(fā)生器或再加上一些控制功能,要真正實用化,除了對全范圍饋電的長期穩(wěn)定度有要求,至少還需要具有對饋電系統(tǒng)遙測、遙控、報警和管理等功能;為了對海纜故障定位,通常應(yīng)能輸出一個小于500毫安直流恒流并疊加低頻交流;從安全角度考慮,應(yīng)具有為海纜和系統(tǒng)放電的假負(fù)荷并進(jìn)行切換,可與海纜系統(tǒng)完全絕緣隔離。還需要有防強(qiáng)電和防雷擊功能。
再次,對海網(wǎng)中的線纜,要求主干海纜不僅要承受高電壓,還要承載比通信纜至少大數(shù)倍的大電流;支線纜基本是多極的,從傳輸距離考慮,導(dǎo)電線芯也應(yīng)有較小的直流電阻;次接駁盒與儀器或傳感部件的連接纜,應(yīng)是與海水比重接近且柔軟的水密電(光)纜。
除此之外,三網(wǎng)融合海網(wǎng)中的節(jié)點很多,大量的節(jié)點需要在水下接駁和插拔,多端口的水下接駁盒和光、電濕插拔連接器是必需的,還要考慮對這些接口的管理和監(jiān)控。并不是通信系統(tǒng)才需要水下中繼,在傳輸距離受限時,觀測和警戒系統(tǒng)也需要中繼,這就要求有些水下接駁盒帶中繼功能。對一個多功能、多接點的海網(wǎng),還要考慮可維護(hù)、可擴(kuò)展和抗打擊能力,跨層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和接口都需要有規(guī)范支持。
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