什么是海底光纜

　　

　　世界各國(guó)的網(wǎng)絡(luò)可以看成是一個(gè)大型局域網(wǎng)，海底和陸上光纜將它們連接成為互聯(lián)網(wǎng)，光纜是Internet 的“中樞神經(jīng)”，而美國(guó)幾乎是Internet 的“大腦”。美國(guó)作為Internet 的發(fā)源地，存放著很多的Web和IM（如MSN）等服務(wù)器，全球解析域名的13個(gè)根服務(wù)器就有9個(gè)在美國(guó)，登錄多數(shù) .com 、.net 網(wǎng)站或發(fā)電子郵件，數(shù)據(jù)幾乎都要到美國(guó)繞一圈才能到達(dá)目的地。連接“中樞神經(jīng)”和“大腦”的是海底光纜系統(tǒng)，它分為岸上設(shè)備和水下設(shè)備兩大部分。岸上設(shè)備將語(yǔ)音、圖象、數(shù)據(jù)等通信業(yè)務(wù)打包傳輸。水下設(shè)備負(fù)責(zé)通信信號(hào)的處理、發(fā)送和接收。水下設(shè)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(tǒng)作為一種高質(zhì)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(shù)，使傳輸容量從560Mb／s一舉提高7倍，已開發(fā)了每纖可傳輸5Gb／s信號(hào)的海底光纜系統(tǒng)。

　　海底光纜是通信用的，一般鋪設(shè)于深海或者淺海，或者河道，不易于受損

　　敷設(shè)在海底的通信光纜，稱海底光纜。

　　海底光纜的典型結(jié)構(gòu)

　　海底光纜的結(jié)構(gòu)解析，見圖。

　　典型海底光纜的結(jié)構(gòu)解析

　　1 聚乙烯層

　　2 聚酯樹酯或?yàn)r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(shè)計(jì)要求

　　海底光纜設(shè)計(jì)必須保證光纖不受外力和環(huán)境影響，其基本要求是：能適應(yīng)海底壓力、磨損、腐蝕、生物等環(huán)境；有合適的鎧裝層防止?jié)O輪拖網(wǎng)、船錨及鯊魚的傷害；光纜斷裂時(shí)，盡可能減少海水滲入光纜內(nèi)的長(zhǎng)度；能防止從外部滲透到光纜內(nèi)的氫氣與防止內(nèi)部產(chǎn)生的氫氣；具有一個(gè)低電阻的遠(yuǎn)供電回路；能承受敷設(shè)與回收時(shí)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(wú)鋼絲鎧裝結(jié)構(gòu)，但光纜纜心的結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)構(gòu)件（一般為中心鋼絲）必須能保護(hù)光纖，以防止海水的高壓力與敷設(shè)、回收時(shí)的高張力。為了防止鯊魚傷害，還應(yīng)在鯊魚出沒海域的深海光纜護(hù)套上螺旋繞包二層鋼帶，并擠一層聚乙烯外護(hù)套。

　　淺海（水深在1000米以內(nèi)）海底光纜的纜心結(jié)構(gòu)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(shù)和鋼絲外徑要根據(jù)海纜路由的海底環(huán)境、水深、能否埋設(shè)、漁撈等情況而定。

　　為何難以修復(fù)

　　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(guī)則，光纜有時(shí)候免不了會(huì)露出來(lái)。漁船下錨和使用拖網(wǎng)捕魚時(shí)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(qū)，不許船只停靠。這個(gè)原理和陸地上的光纜一樣，我們經(jīng)常在路上看到這樣的標(biāo)志“地下有光纜，禁止施工”。海底光纜需要保護(hù)，也需加強(qiáng)技術(shù)提高海纜自身的抗拉性。

　　修復(fù)工作的第一步是找到斷點(diǎn)。海纜工程師可以通過電話和互聯(lián)網(wǎng)中斷情況找到斷點(diǎn)的大概位置。岸上終點(diǎn)站可以發(fā)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(huì)從那一點(diǎn)彈回，岸上終點(diǎn)站這樣就可以找到斷點(diǎn)。之后就需要船只運(yùn)來(lái)新的光纜進(jìn)行修補(bǔ)，但第一步是要把斷的光纖撈上來(lái)。

　　業(yè)內(nèi)人士介紹說(shuō)，如果光纜在水下不足2000米的深處，可以使用機(jī)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(gè)小時(shí)以上。將斷掉的光纜撈到船上后需要在中間加纜，這一點(diǎn)也很難的，至少耗費(fèi) 16小時(shí)的時(shí)間，這個(gè)工作是由專業(yè)性很強(qiáng)的技師來(lái)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(diǎn)位于海纜密集區(qū)域，斷點(diǎn)不止一個(gè)，海纜還可能互相交錯(cuò)，打撈時(shí)要注意不破壞其他光纜系統(tǒng)，所以任務(wù)很艱巨。

　　難以取代的海底光纜

　　互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)現(xiàn)在本身就弱，運(yùn)營(yíng)商與用戶簽約時(shí)本來(lái)就沒有就速率進(jìn)行過詳細(xì)約定。當(dāng)海纜斷了之后，首先要照顧的是專門的租用業(yè)務(wù)，其次是話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，再次才能排上互聯(lián)網(wǎng)。

　　專家稱，海纜現(xiàn)在是分區(qū)維護(hù)的，出于安全目的，海纜平時(shí)也需維護(hù)。如果有人把海纜撈出來(lái)，加進(jìn)光纖，就可以偷走信息。如果發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，也可能有人破壞光纜。但是，不管怎么說(shuō)，海纜是現(xiàn)在通信的最好解決辦法，別的方法如衛(wèi)星、微波可以作為補(bǔ)充，但是現(xiàn)在看來(lái)無(wú)法取代海纜，因?yàn)樗鼈兊男诺烙邢蕖Ｄ茏審V大用戶以便宜的方式進(jìn)行溝通的方式，非海纜莫屬。

　　海底光纜

　　海底光纜，似乎是個(gè)很遙遠(yuǎn)的名詞：藍(lán)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(guān)系呢？事實(shí)上，在它出現(xiàn)故障之前，很多人沒有意識(shí)到它的存在。

　　但是，一場(chǎng)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(nèi)臺(tái)灣南部沿海地區(qū)至少發(fā)生兩起6級(jí)以上的地震。次日凌晨起，北京、重慶、武漢等多地網(wǎng)通、電信用戶反映，無(wú)法正常訪問國(guó)外網(wǎng)站，包括雅虎在內(nèi)的多家國(guó)際知名網(wǎng)站均無(wú)法正常訪問，MSN等IM也無(wú)法正常登陸。從網(wǎng)站獲知臺(tái)灣地震導(dǎo)致msn不能使用時(shí)，很多朋友都很驚詫，甚至以為是惡搞。不過中國(guó)電信集團(tuán)公關(guān)處人士證實(shí)了這一消息。

　　中國(guó)電信稱，中美海纜、亞太1號(hào)、亞太2號(hào)海纜、FLAG海纜、亞歐海纜、FNAL海纜等多條國(guó)際海底通信光纜發(fā)生中斷，中斷點(diǎn)在臺(tái)灣以南15公里的海域，這造成附近國(guó)家和地區(qū)的國(guó)際和地區(qū)性通信受到嚴(yán)重影響。

　　中國(guó)大陸至臺(tái)灣地區(qū)、美國(guó)、歐洲等方向國(guó)際港澳臺(tái)通信線路受此影響也大量中斷，從而導(dǎo)致國(guó)內(nèi)用戶訪問國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)受阻，并使整個(gè)亞洲的商業(yè)交易陷入混亂。

　　隨后，中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部和相關(guān)電信運(yùn)營(yíng)商中國(guó)電信、中國(guó)網(wǎng)通啟動(dòng)了應(yīng)急預(yù)案，勘查因臺(tái)灣地震造成的國(guó)際海光纜受損情況，并積極修復(fù)，采取措施保障通信。據(jù)說(shuō)，一個(gè)光纜故障點(diǎn)平均的修復(fù)金額為70萬(wàn)~80萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)此次徹底修復(fù)海纜所需花費(fèi)將達(dá)幾百萬(wàn)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(zhǎng)什么樣子，怎樣鋪設(shè)？萬(wàn)一斷裂，怎樣維修？

　　光纜是一種目前比較理想的通信介質(zhì)，它是鋪設(shè)信息高速公路的主干道。光纜是用硅石構(gòu)成的很多細(xì)絲，其外面用一種折射率低的物質(zhì)包起來(lái)而組成的特殊"電纜"。它與普通電纜不同，光纜是用光信號(hào)而不是用電信號(hào)來(lái)傳輸信息的。一般不受外界電場(chǎng)和磁場(chǎng)的干擾，不受帶寬限制，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)數(shù)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(yuǎn)，可以達(dá)到數(shù)千公里。

　　與人造衛(wèi)星相比，海底光纜有很多優(yōu)勢(shì)：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(shí)間延遲；海底光纜的設(shè)計(jì)壽命為持續(xù)工作25年，而人造衛(wèi)星一般在10到15年內(nèi)就會(huì)燃料用盡。

　　全世界第一條海底電纜是1850年在英國(guó)和法國(guó)之間鋪設(shè)。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(shè)在全世界的得到了蓬勃的發(fā)展。海底光纜以其大容量、高可靠性、優(yōu)異的傳輸質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)，在通信領(lǐng)域，尤其是國(guó)際通信中起到重要的作用。

　　1988年，在美國(guó)與英國(guó)、法國(guó)之間敷設(shè)了越洋的海底光纜(TAT-8)系統(tǒng)，全長(zhǎng)6700公里。這條光纜含有3對(duì)光纖，每對(duì)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(biāo)志著海底光纜時(shí)代的到來(lái)。 1989年，跨越太平洋的海底光纜(全長(zhǎng)13200公里)也建設(shè)成功，從此，海底光纜就在跨越海洋的洲際海纜領(lǐng)域取代了同軸電纜，遠(yuǎn)洋洲際間不再鋪設(shè)海底電纜。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止到20世紀(jì)末，世界總共建設(shè)了大大小小的海底光纜系統(tǒng)170多個(gè)，大約有130余個(gè)國(guó)家通過海底光纜聯(lián)網(wǎng)。

　　光纖的傳輸容量大，中繼站間的距離長(zhǎng)，適用于海底長(zhǎng)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(qiáng)度、制造長(zhǎng)度長(zhǎng)，要求能經(jīng)受強(qiáng)大的壓力和拉力。

　　按照這些特定的要求，海底光纜的基本結(jié)構(gòu)是將經(jīng)過一次或兩次涂層處理后的光纖螺旋地繞包在中心，加強(qiáng)構(gòu)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(qiáng)度拱形結(jié)構(gòu)的鋼絲。鋼絲層又包上銅管，又使得光纜鋪設(shè)時(shí)不發(fā)生微／宏彎。最后擠塑外護(hù)套。

　　深海光纜的結(jié)構(gòu)要求更高，光纖設(shè)在螺旋形的U形槽塑料骨架中，槽內(nèi)填滿油膏或彈性塑料體形成纖芯。纖芯周圍用高強(qiáng)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(gè)抗壓和抗拉的聯(lián)合體，這個(gè)銅管還是傳送遠(yuǎn)供電流的導(dǎo)體。在鋼絲和銅管的外面還要再加一層聚乙烯護(hù)套。這樣嚴(yán)密多層的結(jié)構(gòu)是為了保護(hù)光纖、防止斷裂以及防止海水的侵入，同時(shí)也是為了在敷設(shè)和回收修理時(shí)可以承受巨大的張力和壓力。即使是如此嚴(yán)密的防護(hù)，在80年代末還是發(fā)現(xiàn)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(shí)例。因此在有鯊魚出沒的地區(qū)，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(hù)套。

　　盡管如此，由于大量的網(wǎng)絡(luò)通信需求都被寄望于幾條小小的光纜時(shí)，這使得它們?cè)谖C(jī)到來(lái)時(shí)表現(xiàn)得異常脆弱。首先，它們經(jīng)過的水域往往是重要的海路運(yùn)輸通道或漁船作業(yè)海域，2001年和2003年上海崇明島海域就發(fā)生過因漁船拖網(wǎng)、船只起錨而拉斷光纜的事件。其次，這些光纜所經(jīng)的地區(qū)剛好是世界上最活躍的地震多發(fā)地帶——環(huán)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(guó)仍然是全球互聯(lián)網(wǎng)的中心地區(qū)，大量主要服務(wù)器和國(guó)際網(wǎng)站都在美國(guó)，這在客觀上導(dǎo)致國(guó)內(nèi)網(wǎng)民的大量海外訪問流量都是指向美國(guó)。而中美之間的光纜，幾乎都要經(jīng)過臺(tái)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(guó)用戶在訪問美國(guó)服務(wù)器時(shí)，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(shè)和維修都異常困難。海底電纜工程被世界各國(guó)公認(rèn)為復(fù)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(shè)，而在深海則采用敷設(shè)。水力噴射式埋設(shè)是主要的埋設(shè)方法。埋設(shè)設(shè)備的底部有幾排噴水孔，平行分布于兩側(cè)，作業(yè)時(shí)，每個(gè)孔同時(shí)向海底噴射出高壓水柱，將海底泥沙沖開，形成海纜溝；設(shè)備上部有一導(dǎo)纜孔，用來(lái)引導(dǎo)電纜（光纜）到海纜溝底部，由潮流將沖溝自動(dòng)填平。埋設(shè)設(shè)備由施工船拖曳前進(jìn)，并通過工作電纜作出各種指令。敷纜機(jī)一般沒有水下埋設(shè)設(shè)備，靠海纜自重敷設(shè)在海底表面。

　　一旦光纜出現(xiàn)問題，在茫茫大海中，從深達(dá)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(cè)到光纜的斷裂點(diǎn)，并將之打撈上來(lái)，重新接續(xù)好放回海底，其技術(shù)難度可想而知。

　　海底光纜的具體修復(fù)過程如下

　　1、機(jī)器人潛下水后，通過掃描檢測(cè)，找到破損海底光纜的精確位置。

　　2、機(jī)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(jī)器人系在光纜一頭，然后將其拉出海面。同時(shí)，機(jī)器人在切斷處安置無(wú)線發(fā)射應(yīng)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(gè)方向的海底光纜登陸站，檢測(cè)出光纜受阻斷的部位究竟在哪一端。之后，收回較長(zhǎng)一部分有阻斷部位的海底光纜，剪下。另一段裝上浮標(biāo)，暫時(shí)任其漂在海上。

　　4、接下來(lái)靠人工將備用海底光纜接上中美海底光纜的兩個(gè)斷點(diǎn)。連接光纜接頭，可是個(gè)"技術(shù)含量"極高的活，非一般人能夠勝任，必須是經(jīng)過專門的嚴(yán)格訓(xùn)練、并拿到國(guó)際有關(guān)組織的執(zhí)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(jīng)反復(fù)測(cè)試，通訊正常后，就拋入海水。這時(shí)，水下機(jī)器人又要"上陣"了：對(duì)修復(fù)的海底光纜進(jìn)行"沖埋"，即用高壓水槍將海底的淤泥沖出一條溝，將修復(fù)的海底光纜"安放"進(jìn)去。　

　　同時(shí)，海上大風(fēng)大浪等惡劣天氣可能造成修復(fù)工作的緩慢。中國(guó)電信近日表示，如果一切順利，因?yàn)榕_(tái)灣地震而受損的海底光纜將最快1月15日左右恢復(fù)到正常水平。而來(lái)自臺(tái)灣和香港的消息則稱，海底光纜要到1月底才能完全修復(fù)。