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(shí)上，相互獨(dú)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(diǎn)等資源的消耗，還可能在某些區(qū)域海纜重復(fù)布放，對(duì)施工造成困難、對(duì)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(dú)立的。基于光電技術(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。”近期，江蘇通光集團(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(huì)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(jiǎng)。
      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(duì)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(gè)有源中繼器的間距約為70～120千米，系統(tǒng)的端對(duì)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(dòng)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(dòng)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(jí)海纜。‘單極’是指纜內(nèi)只有一個(gè)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(diǎn)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(huì)增大。‘多極’是指纜內(nèi)有兩個(gè)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(huì)增大。”黃俊華介紹說。
      三網(wǎng)融合任重道遠(yuǎn)
      “點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信系統(tǒng)、單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)測量觀測節(jié)點(diǎn)和傳感器組成的觀測系統(tǒng)或警戒系統(tǒng)相對(duì)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(jì)、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。”黃俊華如是說。
      首先，饋電系統(tǒng)對(duì)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(gè)相對(duì)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(shí)用化，除了對(duì)全范圍饋電的長期穩(wěn)定度有要求，至少還需要具有對(duì)饋電系統(tǒng)遙測、遙控、報(bào)警和管理等功能;為了對(duì)海纜故障定位，通常應(yīng)能輸出一個(gè)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(duì)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(diǎn)很多，大量的節(jié)點(diǎn)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(duì)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(shí)，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(duì)一個(gè)多功能、多接點(diǎn)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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