什么是海底光纜

什么是海底光纜

　　

　　世界各國的網絡可以看成是一個大型局域網，海底和陸上光纜將它們連接成為互聯網，光纜是Internet 的“中樞神經”，而美國幾乎是Internet 的“大腦”。美國作為Internet 的發源地，存放著很多的Web和IM（如MSN）等服務器，全球解析域名的13個根服務器就有9個在美國，登錄多數 .com 、.net 網站或發電子郵件，數據幾乎都要到美國繞一圈才能到達目的地。連接“中樞神經”和“大腦”的是海底光纜系統，它分為岸上設備和水下設備兩大部分。岸上設備將語音、圖象、數據等通信業務打包傳輸。水下設備負責通信信號的處理、發送和接收。水下設備分為海底光纜、中繼器和“分支單元”三部分：海底光纜是其中最重要的也是最脆弱的部分。

　　海底光纜系統作為一種高質量、低成本、大容量的傳輸手段日益受到人們的青睞，特別是使用EDFA（摻餌光纖放大器）作為中繼器的光直接放大多中繼技術，使傳輸容量從560Mb／s一舉提高7倍，已開發了每纖可傳輸5Gb／s信號的海底光纜系統。

　　海底光纜是通信用的，一般鋪設于深海或者淺海，或者河道，不易于受損

　　敷設在海底的通信光纜，稱海底光纜。

　　海底光纜的典型結構

　　海底光纜的結構解析，見圖。

　　典型海底光纜的結構解析

　　1 聚乙烯層

　　2 聚酯樹酯或瀝青層

　　3 鋼絞線層

　　4 鋁制防水層

　　5 聚碳酸酯層

　　6 銅管或鋁管

　　7 石蠟，烷烴層

　　8 光纖束

　　海底光纜的設計要求

　　海底光纜設計必須保證光纖不受外力和環境影響，其基本要求是：能適應海底壓力、磨損、腐蝕、生物等環境；有合適的鎧裝層防止漁輪拖網、船錨及鯊魚的傷害；光纜斷裂時，盡可能減少海水滲入光纜內的長度；能防止從外部滲透到光纜內的氫氣與防止內部產生的氫氣；具有一個低電阻的遠供電回路；能承受敷設與回收時的張力；使用壽命一般要求在25年以上。

　　深海（深度在1000米以上）海底光纜采用無鋼絲鎧裝結構，但光纜纜心的結構和加強構件（一般為中心鋼絲）必須能保護光纖，以防止海水的高壓力與敷設、回收時的高張力。為了防止鯊魚傷害，還應在鯊魚出沒海域的深海光纜護套上螺旋繞包二層鋼帶，并擠一層聚乙烯外護套。

　　淺海（水深在1000米以內）海底光纜的纜心結構與深海光纜相同，但淺海光纜要有單層或雙層鋼絲鎧裝。鎧裝層數和鋼絲外徑要根據海纜路由的海底環境、水深、能否埋設、漁撈等情況而定。

　　為何難以修復

　　海底光纜通常埋在海床下1—2米深的地方，由于海床不是很規則，光纜有時候免不了會露出來。漁船下錨和使用拖網捕魚時都可能將光纜毀壞，因此，在海底有光纜通過的地方被劃作禁止拋錨區，不許船只停靠。這個原理和陸地上的光纜一樣，我們經常在路上看到這樣的標志“地下有光纜，禁止施工”。海底光纜需要保護，也需加強技術提高海纜自身的抗拉性。

　　修復工作的第一步是找到斷點。海纜工程師可以通過電話和互聯網中斷情況找到斷點的大概位置。岸上終點站可以發射光脈沖，正常的光纖可以一直在海中傳輸這些脈沖，但是如果光纖在哪里斷了，脈沖就會從那一點彈回，岸上終點站這樣就可以找到斷點。之后就需要船只運來新的光纜進行修補，但第一步是要把斷的光纖撈上來。

　　業內人士介紹說，如果光纜在水下不足2000米的深處，可以使用機器人打撈光纜，一般位于水深約3000米至4000米海域，只能使用一種抓鉤，抓鉤收放一次就需要12個小時以上。將斷掉的光纜撈到船上后需要在中間加纜，這一點也很難的，至少耗費 16小時的時間，這個工作是由專業性很強的技師來完成的，這次這么大的事故，需要的技師很多，而這種活不是隨便就能做的。另外，這次故障點位于海纜密集區域，斷點不止一個，海纜還可能互相交錯，打撈時要注意不破壞其他光纜系統，所以任務很艱巨。

　　難以取代的海底光纜

　　互聯網服務現在本身就弱，運營商與用戶簽約時本來就沒有就速率進行過詳細約定。當海纜斷了之后，首先要照顧的是專門的租用業務，其次是話音業務和數據業務，再次才能排上互聯網。

　　專家稱，海纜現在是分區維護的，出于安全目的，海纜平時也需維護。如果有人把海纜撈出來，加進光纖，就可以偷走信息。如果發生戰爭，也可能有人破壞光纜。但是，不管怎么說，海纜是現在通信的最好解決辦法，別的方法如衛星、微波可以作為補充，但是現在看來無法取代海纜，因為它們的信道有限。能讓廣大用戶以便宜的方式進行溝通的方式，非海纜莫屬。

　　海底光纜

　　海底光纜，似乎是個很遙遠的名詞：藍色的海洋下面，一根電纜孤零零的在海底延伸，也許還有各色的魚兒在它旁邊游弋。那些處在深深海底的電纜，跟我們的生活有多大關系呢？事實上，在它出現故障之前，很多人沒有意識到它的存在。

　　但是，一場地震讓人們正視海底光纜的重要性。

　　2006年12月26日晚上，在8分鐘內臺灣南部沿海地區至少發生兩起6級以上的地震。次日凌晨起，北京、重慶、武漢等多地網通、電信用戶反映，無法正常訪問國外網站，包括雅虎在內的多家國際知名網站均無法正常訪問，MSN等IM也無法正常登陸。從網站獲知臺灣地震導致msn不能使用時，很多朋友都很驚詫，甚至以為是惡搞。不過中國電信集團公關處人士證實了這一消息。

　　中國電信稱，中美海纜、亞太1號、亞太2號海纜、FLAG海纜、亞歐海纜、FNAL海纜等多條國際海底通信光纜發生中斷，中斷點在臺灣以南15公里的海域，這造成附近國家和地區的國際和地區性通信受到嚴重影響。

　　中國大陸至臺灣地區、美國、歐洲等方向國際港澳臺通信線路受此影響也大量中斷，從而導致國內用戶訪問國際互聯網受阻，并使整個亞洲的商業交易陷入混亂。

　　隨后，中國信息產業部和相關電信運營商中國電信、中國網通啟動了應急預案，勘查因臺灣地震造成的國際海光纜受損情況，并積極修復，采取措施保障通信。據說，一個光纜故障點平均的修復金額為70萬~80萬美元，預計此次徹底修復海纜所需花費將達幾百萬美元。

　　這次光纜事件勾起了大眾的好奇心，什么是海底光纜？它長什么樣子，怎樣鋪設？萬一斷裂，怎樣維修？

　　光纜是一種目前比較理想的通信介質，它是鋪設信息高速公路的主干道。光纜是用硅石構成的很多細絲，其外面用一種折射率低的物質包起來而組成的特殊"電纜"。它與普通電纜不同，光纜是用光信號而不是用電信號來傳輸信息的。一般不受外界電場和磁場的干擾，不受帶寬限制，可以實現高達數千兆/秒(1000 Mbps以上)的傳輸速率，而且它的尺寸小、重量輕，傳送距離遠，可以達到數千公里。

　　與人造衛星相比，海底光纜有很多優勢：海水可防止外界電磁波的干擾，所以海纜的信噪比較低；海底光纜通信中感受不到時間延遲；海底光纜的設計壽命為持續工作25年，而人造衛星一般在10到15年內就會燃料用盡。

　　全世界第一條海底電纜是1850年在英國和法國之間鋪設。不過，第一條海底光纜卻是在1985年問世。

　　自此，海底光纜的建設在全世界的得到了蓬勃的發展。海底光纜以其大容量、高可靠性、優異的傳輸質量等優勢，在通信領域，尤其是國際通信中起到重要的作用。

　　1988年，在美國與英國、法國之間敷設了越洋的海底光纜(TAT-8)系統，全長6700公里。這條光纜含有3對光纖，每對的傳輸速率為280Mb／s，中繼站距離為67公里。這是第一條跨越大西洋的通信海底光纜，這標志著海底光纜時代的到來。 1989年，跨越太平洋的海底光纜(全長13200公里)也建設成功，從此，海底光纜就在跨越海洋的洲際海纜領域取代了同軸電纜，遠洋洲際間不再鋪設海底電纜。

　　據不完全統計，截止到20世紀末，世界總共建設了大大小小的海底光纜系統170多個，大約有130余個國家通過海底光纜聯網。

　　光纖的傳輸容量大，中繼站間的距離長，適用于海底長距離的通信。用于海底光纜的光纖比陸地光纜所用的光纖有更高的要求；要求低損耗、高強度、制造長度長，要求能經受強大的壓力和拉力。

　　按照這些特定的要求，海底光纜的基本結構是將經過一次或兩次涂層處理后的光纖螺旋地繞包在中心，加強構件(用鋼絲制成)的周圍。并放在專制的不銹鋼管中。該管外繞高強度拱形結構的鋼絲。鋼絲層又包上銅管，又使得光纜鋪設時不發生微／宏彎。最后擠塑外護套。

　　深海光纜的結構要求更高，光纖設在螺旋形的U形槽塑料骨架中，槽內填滿油膏或彈性塑料體形成纖芯。纖芯周圍用高強度的鋼絲繞包，在繞包過程中要把所有縫隙都用防水材料填滿，再在鋼絲周圍繞包一層銅帶并焊接搭縫，使鋼絲和銅管形成一個抗壓和抗拉的聯合體，這個銅管還是傳送遠供電流的導體。在鋼絲和銅管的外面還要再加一層聚乙烯護套。這樣嚴密多層的結構是為了保護光纖、防止斷裂以及防止海水的侵入，同時也是為了在敷設和回收修理時可以承受巨大的張力和壓力。即使是如此嚴密的防護，在80年代末還是發現過深海光纜的聚乙烯絕緣體被鯊魚咬壞造成供電故障的實例。因此在有鯊魚出沒的地區，在海底光纜的外面還要加上鋼帶繞包兩層后，再加一層聚乙烯外護套。

　　盡管如此，由于大量的網絡通信需求都被寄望于幾條小小的光纜時，這使得它們在危機到來時表現得異常脆弱。首先，它們經過的水域往往是重要的海路運輸通道或漁船作業海域，2001年和2003年上海崇明島海域就發生過因漁船拖網、船只起錨而拉斷光纜的事件。其次，這些光纜所經的地區剛好是世界上最活躍的地震多發地帶——環太平洋地震帶，地震往往造成光纜移位，甚至拉斷光纜。

　　如今，美國仍然是全球互聯網的中心地區，大量主要服務器和國際網站都在美國，這在客觀上導致國內網民的大量海外訪問流量都是指向美國。而中美之間的光纜，幾乎都要經過臺灣附近海域，此次地震就一次性造成6條以上的主要光纜中斷，中國用戶在訪問美國服務器時，就不得不繞道歐洲或者澳洲，速度大受影響。

　　海底光纜的鋪設和維修都異常困難。海底電纜工程被世界各國公認為復雜困難的大型工程。在淺海，如水深小于200米的海域纜線采用埋設，而在深海則采用敷設。水力噴射式埋設是主要的埋設方法。埋設設備的底部有幾排噴水孔，平行分布于兩側，作業時，每個孔同時向海底噴射出高壓水柱，將海底泥沙沖開，形成海纜溝；設備上部有一導纜孔，用來引導電纜（光纜）到海纜溝底部，由潮流將沖溝自動填平。埋設設備由施工船拖曳前進，并通過工作電纜作出各種指令。敷纜機一般沒有水下埋設設備，靠海纜自重敷設在海底表面。

　　一旦光纜出現問題，在茫茫大海中，從深達幾百米甚至幾千米的海床上找到直徑不到10厘米的海纜，就如同大海撈針。再探測到光纜的斷裂點，并將之打撈上來，重新接續好放回海底，其技術難度可想而知。

　　海底光纜的具體修復過程如下

　　1、機器人潛下水后，通過掃描檢測，找到破損海底光纜的精確位置。

　　2、機器人將淺埋在泥中的海底光纜挖出，用電纜剪刀將其切斷。船上放下繩子，由機器人系在光纜一頭，然后將其拉出海面。同時，機器人在切斷處安置無線發射應答器。

　　3、用相同辦法將另一段光纜也拉出海面。和檢修電話線路一樣，船上的儀器分別接上光纜兩端，通過兩個方向的海底光纜登陸站，檢測出光纜受阻斷的部位究竟在哪一端。之后，收回較長一部分有阻斷部位的海底光纜，剪下。另一段裝上浮標，暫時任其漂在海上。

　　4、接下來靠人工將備用海底光纜接上中美海底光纜的兩個斷點。連接光纜接頭，可是個"技術含量"極高的活，非一般人能夠勝任，必須是經過專門的嚴格訓練、并拿到國際有關組織的執照后的人員，才能上崗操作。像這樣的"接頭工"，上海電信方面目前只有三四名。

　　5、備用海底光纜接上后，經反復測試，通訊正常后，就拋入海水。這時，水下機器人又要"上陣"了：對修復的海底光纜進行"沖埋"，即用高壓水槍將海底的淤泥沖出一條溝，將修復的海底光纜"安放"進去。　

　　同時，海上大風大浪等惡劣天氣可能造成修復工作的緩慢。中國電信近日表示，如果一切順利，因為臺灣地震而受損的海底光纜將最快1月15日左右恢復到正常水平。而來自臺灣和香港的消息則稱，海底光纜要到1月底才能完全修復。