大家應(yīng)該都知道海底光纜是什么吧?

沒錯(cuò)!簡(jiǎn)單來說，就是埋在海底的光纖線纜。

如今這個(gè)時(shí)代，我們每天都在上網(wǎng)。通過上網(wǎng)，我們可以隨時(shí)和世界各地保持聯(lián)系，進(jìn)行信息交換。

而我們上的這個(gè)網(wǎng)，就是互聯(lián)網(wǎng)(Internet)。Internet之所以是inter+net(網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)相連的網(wǎng)絡(luò))，而不是Intranet(網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的網(wǎng))，就是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通。

而海底光纜，就是保證全球各大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)之間能夠互聯(lián)互通的主動(dòng)脈。

實(shí)際上，海底光纜的誕生時(shí)間并不算長(zhǎng)。世界上第一條海底光纜，是1988年建好的，連通歐洲和美國，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。

但是海底光纜的大哥，海底電纜，誕生時(shí)間就很悠久了。1850年英國和法國之間鋪設(shè)了世界第一條海底電纜。到今天，已經(jīng)169年過去了，比電話的發(fā)明還早。

這百多年以來，人類經(jīng)歷了三次工業(yè)革命，進(jìn)入了信息技術(shù)時(shí)代，已經(jīng)完全無法離開數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)通信。

而目前，全世界超過90%的跨國數(shù)據(jù)傳輸，都由海底光纜承擔(dān)。

根據(jù)2018年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球的海底光纜總長(zhǎng)達(dá)90萬公里，可繞地球22圈。

全球海底光纜分布

那么，大家有沒有想過，那么纖細(xì)嬌貴的光纖，究竟是怎么埋到那么深的海底去的?又是怎么保證在海底惡劣的環(huán)境中不被破壞的?萬一弄壞了，又該如何修理呢?

小棗君今天就帶大家一起，探索這一系列問題的答案。

海底光纜到底是什么樣的?

首先，我們先看看陸地上的光纜是什么樣子。

喏，就是這樣滴：

怎么樣，是不是比家里看到的光纖結(jié)實(shí)很多?

再來看看海底光纜：

是不是很夸張?里三層外三層，層層保護(hù)!

中間是頭發(fā)絲大小的纖芯

放個(gè)海底的實(shí)物圖，更直觀：

海底光纜，看上去有點(diǎn)像輸油管道

其實(shí)，海底光纜和陸地光纜最大的區(qū)別，就是它的“鎧裝保護(hù)”。

一般來說，“鎧裝保護(hù)”包括下面這么幾層：

典型海底光纜的結(jié)構(gòu)解析

之所以要這么多層的保護(hù)，就是因?yàn)楹５坠饫|面對(duì)的海底環(huán)境極其復(fù)雜嚴(yán)苛。

海底的威脅，比挖掘機(jī)可怕

首先是海水的腐蝕，這是最主要的問題。海水可是鹽水，長(zhǎng)時(shí)間浸泡，一般的材料肯定早就爛了。

海底光纜的外層聚合物層，就是為了防止海水和加固鋼纜反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。即使外層真的被腐蝕，內(nèi)層的銅管、石蠟、碳酸樹脂也會(huì)防止氫氣危害到光纖。氫氣分子的滲入，會(huì)導(dǎo)致光纖傳輸衰耗增加。

除了海水腐蝕之外，海底光纜還要承受海底壓力，以及自然災(zāi)害(地震、海嘯等)、人為因素(漁民打撈作業(yè))的重重考驗(yàn)。

另外，鯊魚還沒事就跑來咬咬。

所以，如果沒有加強(qiáng)鎧裝保護(hù)，海底光纜肯定分分鐘就嗝屁了。

話說回來，即便有這么嚴(yán)實(shí)的保護(hù)，海底光纜仍然不能永久使用。它的使用壽命，一般來說只是25年。說長(zhǎng)不長(zhǎng)，說短不短。

另外，關(guān)于光纜的粗細(xì)，和大家傳統(tǒng)的想法不同?，F(xiàn)實(shí)中，越是淺水海域，鎧裝保護(hù)越嚴(yán)密，通常能有胳膊那么粗。反而是深水海域，幾乎不需要加強(qiáng)鎧裝，通常直徑不到20毫米。

為什么呢?因?yàn)闇\水海域船只的威脅更大啊，深水海域人類想故意破壞都下不去。

海底光纜是如何工作的?

海底光纜，其實(shí)就是光纖，利用光在光導(dǎo)纖維中的傳播特性來傳輸數(shù)據(jù)。

但是，海底光纜又不是單純的一根光纖，它實(shí)際上是一個(gè)復(fù)雜的傳輸系統(tǒng)。

海底光纜系統(tǒng)由兩部分組成：水下設(shè)備和岸上設(shè)備。

水下設(shè)備，主要包括光纜、光放大器/中繼器和水下分支單元。

岸上設(shè)備，主要包括光纜終端設(shè)備、遠(yuǎn)供電源設(shè)備、線路監(jiān)測(cè)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備和海洋接地裝置等設(shè)備。

光纜終端設(shè)備負(fù)責(zé)兩端信號(hào)處理、發(fā)送和接收。檢測(cè)設(shè)備就是告警監(jiān)控和故障定位等等。這些都很好理解。

那中繼器和遠(yuǎn)供電源設(shè)備是干嘛用的呢?

眾所周知，盡管光纖速度快、帶寬足，但是信號(hào)傳送距離有限。由于光存在衰耗，它不能無限制的傳送下去。

所以，為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸，需要在中間加中繼器(信號(hào)放大器)。而中繼器，是需要用電的。所以，就要用到“遠(yuǎn)供電源設(shè)備”。

遠(yuǎn)程供電示意圖

如上圖所示，海底光纜系統(tǒng)在兩端的陸地上配置了遠(yuǎn)供電源設(shè)備。它通過海底光纜上的遠(yuǎn)供導(dǎo)體，向海底中繼器饋電，從而解決供電的問題。

這個(gè)供電采用的是高電壓、低電流的直流供電，供電電流1安培左右，可供電電壓可高達(dá)幾千伏。

所以說，如果你看到海底光纜的話，最好離遠(yuǎn)一點(diǎn)。。。

我們來看看具體實(shí)物是怎樣的吧!

首先是中繼器：

吊著的那個(gè)，就是中繼器

很顯然，中繼器直徑比海底光纜大得多。

正是因?yàn)檫@家伙的尺寸限制了海底光纜的纖芯數(shù)量。因?yàn)楣饫|的纖芯越多，中繼器就會(huì)成比例的擴(kuò)大，同時(shí)，對(duì)供電的要求也隨之加大。

順便提一下，海底光纜內(nèi)含多對(duì)光纖。比如，Google在2016年6月份鋪設(shè)那條號(hào)稱史上最快的海底光纜(東接美國俄勒岡州，西接日本千葉縣和三重縣，全長(zhǎng)9000公里)，其纖芯就由6對(duì)組成，其容量為60Tb/s(100Gb/s x 100波長(zhǎng) x 6對(duì)纖芯)。

再看看岸上設(shè)備部分。

首先是遠(yuǎn)端電源設(shè)備，供電幾千伏的電壓的電源機(jī)房到底長(zhǎng)什么樣?

上圖左邊藍(lán)色的機(jī)柜就是遠(yuǎn)端供電設(shè)備

這個(gè)藍(lán)色機(jī)柜里面實(shí)際上是由直流變換器組成，每一個(gè)變換器提供幾千伏直流電，且是N+1備份的。

當(dāng)然，和所有的電源機(jī)房一樣，一定有電池備份，斷電時(shí)切換到電池電源。

成排的電池

還有碩大無比的柴油發(fā)電機(jī)。。。

再去看看線路終端設(shè)備機(jī)房。

海底光纜上岸后，是從這里冒出地面，接入陸地終端設(shè)備的(如下圖)。

這些黃色光纜接入到各種配線架。這些配線架實(shí)現(xiàn)對(duì)海底光纜線路的連接、分配和調(diào)度，并通過配線架連接到運(yùn)營商的傳輸終端設(shè)備。

配線架機(jī)房

通過傳輸設(shè)備，再連接到各大數(shù)據(jù)中心。

也就是說，這里就是互聯(lián)網(wǎng)的出/入?？?。

目前，我們國家大陸地區(qū)海底光纜有多個(gè)登陸點(diǎn)，分別是青島、上海，還有汕頭等地。

海底光纜到底是怎么鋪設(shè)的?

那么，海底光纜是怎么埋的呢?難道是直接往海里一扔，就可以了嗎?

顯然不是的。

海底光纜的鋪設(shè)工程，被世界各國公認(rèn)為最復(fù)雜且困難的大型工程之一。

整個(gè)鋪設(shè)過程可以分為兩個(gè)部分，即淺海區(qū)域鋪設(shè)和深海區(qū)域鋪設(shè)。

我們先來看個(gè)動(dòng)圖：

上面這個(gè)圖，就是海底光纜的鋪設(shè)過程(包括淺海和深海)。

其中在淺海區(qū)域，光纜敷設(shè)船停留在距離海岸數(shù)公里的位置，通過岸上牽引機(jī)的牽引，將放置在浮包上的光纜向岸邊牽引，然后拆除浮包，使光纜沉至海底。

淺海區(qū)域光纜鋪設(shè)

光纜敷設(shè)船

船上需要運(yùn)載大量的待鋪設(shè)光纜。目前最先進(jìn)的光纜敷設(shè)船，可以載重兩千公里的光纜，并以兩百公里/天的速度鋪設(shè)。

船上盤繞的光纜

而在深海區(qū)域，敷設(shè)船先使用水下檢測(cè)器搭配水下遙控車，進(jìn)行水下監(jiān)視和調(diào)整，以避開海底不平整、有巖石的地方。

水下遙控車

完成路線勘察之后，就要進(jìn)行光纜鋪設(shè)。

這個(gè)時(shí)候，挖掘機(jī)上場(chǎng)了。

這就是挖掘機(jī)，有點(diǎn)像耕地的犁。實(shí)際上，它就是個(gè)犁。

挖掘機(jī)由敷設(shè)船拖曳前進(jìn)。除了作為光纜沉入海底的配重物之外，它的工作分為三步：

第一步，利用高壓沖水在海底產(chǎn)生一條深約2米的溝槽;

第二步，通過光纜孔，將光纜放入溝槽之中;

第三步，借助旁邊的泥沙將光纜覆蓋好。

所以，總的來說，埋放光纜的過程就是勘查清理、海纜敷設(shè)和沖埋保護(hù)。

這個(gè)過程中，光纜敷設(shè)船要特別注意航行速度、光纜釋放速度，以控制光纜的入水角度以及敷設(shè)張力，避免由于彎曲半徑過小或張力過大而損傷光纜中脆弱的光纖。

海底光纜如何進(jìn)行修理?

最后一個(gè)問題，也是最麻煩的一個(gè)問題，光纜壞了該咋辦?

前面我說過，海底光纜的生存環(huán)境極其惡劣，時(shí)刻面對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)的威脅。一旦被破壞，相當(dāng)于全球通信主動(dòng)脈出問題，造成的影響不言而喻。

上世紀(jì)七八十年代，海纜很容易遭到捕魚船(拖網(wǎng))、船錨、鯊魚的破壞。還好，隨著相關(guān)法規(guī)(禁止在海纜上方區(qū)域停船拋錨)和海纜防護(hù)能力的提升，這些破壞海纜的情況開始顯著減少。

但是，想要做到萬無一失顯然是不太可能的。像地震這種事情，你就是再怎么防，也防不住。

例如在2006年臺(tái)灣地區(qū)發(fā)生的強(qiáng)震，就造成了多條國際海底光纜受損、甚至中斷，導(dǎo)致國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)用戶無法正常訪問國外網(wǎng)站。同樣的，2011年日本地區(qū)發(fā)生的強(qiáng)震，也導(dǎo)致國內(nèi)用戶無法登錄到美國網(wǎng)站。

臺(tái)灣地震導(dǎo)致光纜損壞

所以說，海底光纜的受損不可避免。修復(fù)海底光纜，也是維護(hù)單位的必備技能。

海底光纜的修復(fù)過程，大致可分為以下五步：

第一步，首先使用光時(shí)域反射儀(OTDR)來定位大致的故障位置，然后借助水下機(jī)器人，通過掃描檢測(cè)，找到破損海底光纜的精確位置。

光時(shí)域反射儀(OTDR)

OTDR使用時(shí)域反射原理，先收發(fā)一整套信號(hào)，斷裂位置會(huì)對(duì)信號(hào)有反射，將該回收的反射信號(hào)與應(yīng)用數(shù)學(xué)算法計(jì)算得出的信號(hào)形狀以及時(shí)間作比較，從而定位出光纖破損的具體位置。

水下機(jī)器人(也叫遙控潛水器，ROV)

第二步，機(jī)器人將埋在海底的光纜挖出，然后將其切斷，分別將剪斷的兩端系上船上放下的繩子，拉出海面。

海底光纜修復(fù)過程

第三步，在船上完成修復(fù)熔接。這個(gè)熔接過程相當(dāng)復(fù)雜，因?yàn)楸仨殞?duì)光纜里的頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖一根一根熔接。

光纜的光纖熔接

第四步，新的海底光纜連接完成后，還需經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，以確保通訊及數(shù)據(jù)傳輸正常。

第五步，將修復(fù)好的海底光纜重新拋入海中，然后使用機(jī)器人進(jìn)行泥沙掩埋覆蓋。

這樣，就算是徹底修復(fù)完成了。

好啦!關(guān)于海底光纜的介紹就到這里!