董向華

（中國(guó)人民解放軍91469部隊(duì)）

固定式海底信息多網(wǎng)集成的探討

董向華

（中國(guó)人民解放軍91469部隊(duì)）

簡(jiǎn)析了海底通信、海底觀測(cè)和海底警戒等業(yè)務(wù)網(wǎng)的主要特征，提出了網(wǎng)格化多層次和端對(duì)端的兩個(gè)多業(yè)務(wù)集成的固定式海底光纜信息網(wǎng)絡(luò)方案。建議在規(guī)劃設(shè)計(jì)海底通信網(wǎng)時(shí)兼顧海底觀測(cè)和警戒業(yè)務(wù)的接入，可采用較大光纖芯數(shù)、可大功率饋電的有中繼海光纜，并預(yù)留其它業(yè)務(wù)接入端口。

海底光纜；海底通信網(wǎng)；海底觀測(cè)網(wǎng)；海底警戒網(wǎng)

0 引言

我國(guó)有著漫長(zhǎng)的海岸線和廣闊的海域，島嶼眾多。隨著我國(guó)信息化建設(shè)的迅速推進(jìn)和海洋意識(shí)的加強(qiáng)，信息化建設(shè)正在向水下延伸。海洋信息系統(tǒng)是由空中、水面、水下等系統(tǒng)組成的立體系統(tǒng)。其中，由各類傳感器和線纜構(gòu)成的水下系統(tǒng)是海洋信息系統(tǒng)的重要組成部分。

水下信息系統(tǒng)可分為移動(dòng)式和固定式兩大類。固定式水下信息系統(tǒng)主要包括海光纜通信、海底觀測(cè)和海底偵察警戒等水下業(yè)務(wù)網(wǎng)，由于具體用途、功能及水下設(shè)施的性能有所不同，它們通常是相互獨(dú)立的。這些相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)造成了路由和登陸點(diǎn)等資源的消耗，還造成在某些區(qū)域重復(fù)布放海纜，對(duì)施工造成困難，也對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行和維護(hù)構(gòu)成威脅。實(shí)際上，這些網(wǎng)絡(luò)都是基于海底光纜鏈路而構(gòu)建的，對(duì)所用海底光纜的基本要求相同（根據(jù)具體要求可有所不同）。因此，隨著基于光電技術(shù)所應(yīng)用的傳輸和傳感技術(shù)相互滲透、相關(guān)技術(shù)飛速發(fā)展以及水下網(wǎng)絡(luò)之間存在的必然聯(lián)系，水下多網(wǎng)融合推動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通和資源共享是海底信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 水下業(yè)務(wù)網(wǎng)簡(jiǎn)析

1.1 海底光纜通信網(wǎng)

一個(gè)完整的海底光纜通信系統(tǒng)至少包括兩個(gè)登陸部分和一個(gè)海底部分。登陸部分主要包括登陸光纜、登陸接頭和系統(tǒng)終端設(shè)備；海底部分主要包括海底光纜和海底設(shè)備（如海底光中繼器、海底光分支單元及海底光纜接頭盒）。海纜通信系統(tǒng)分為無(wú)中繼和有中繼兩大類。

1.2 海底觀測(cè)網(wǎng)

海底觀測(cè)技術(shù)大體上可以分為三類：第一類是針對(duì)某一個(gè)具體的目標(biāo)在小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行原位觀測(cè)的海底觀測(cè)站；第二類是在第一類基礎(chǔ)上通過(guò)通信的方式將實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳回岸基站或與科考船鏈接；第三類是對(duì)前兩類的綜合，由岸基站通過(guò)海纜持續(xù)地向布設(shè)在海底的觀測(cè)設(shè)備供電并將多路觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳，可稱為固定式海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（海底觀測(cè)網(wǎng)）。

海底觀測(cè)網(wǎng)由岸基站、海底光纜、接駁盒、水下機(jī)器人和帶有水下接插件的觀測(cè)設(shè)備等組成。岸基站控制和管理海底觀測(cè)網(wǎng)的正常運(yùn)行，通過(guò)海纜向水下設(shè)施供電并接收處理觀測(cè)數(shù)據(jù)；由主干、支線海纜及接駁盒組成網(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)電能和光信道的分配、轉(zhuǎn)換和傳輸功能；觀測(cè)設(shè)備是各類傳感器通過(guò)連接線纜和接插件與接駁盒連接；水下接插件由水下機(jī)器人插拔接駁，水下機(jī)器人還進(jìn)行水下設(shè)施的投放、安置和維護(hù)[1]。

1.3 海底警戒網(wǎng)

從原理上說(shuō)，海底警戒網(wǎng)與海底觀測(cè)網(wǎng)并無(wú)原則區(qū)別，只是傳感器的類型和布放位置有所不同。

2 網(wǎng)格化多層次的固定式海底信息網(wǎng)絡(luò)體系方案

多業(yè)務(wù)集成的固定式海底信息網(wǎng)絡(luò)體系方案的原理性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示，它是一個(gè)混合型、多層次、多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格化網(wǎng)絡(luò)，它把不同功能、不同類型、不同廠家的相關(guān)設(shè)備連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)互連、互通、互操作，從而共享網(wǎng)絡(luò)資源[2]。

圖1 網(wǎng)格化多層次的固定式海底信息網(wǎng)絡(luò)體系方案架構(gòu)示意圖

圖1中，岸基和海島機(jī)房?jī)?nèi)只標(biāo)注了傳輸設(shè)備（CTE）和饋電設(shè)備（PFE）。陸上的三個(gè)岸基站通過(guò)陸地光纜自成或通過(guò)其它通信站組成網(wǎng)狀閉合結(jié)構(gòu)，三個(gè)岸基站分別向三個(gè)方向布放主干海纜A、B、C，在三條主干海纜的近端分支器上連接支線海纜D和F組成近海的閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)，從主干海纜A的遠(yuǎn)端分支器通過(guò)支線海纜E、海島3，通過(guò)支線海纜F連接海島2而形成遠(yuǎn)端閉環(huán)。基于系統(tǒng)的抗打擊和故障自愈能力的考慮，岸基網(wǎng)、含主接駁盒的主干網(wǎng)絡(luò)及含次接駁盒的支線網(wǎng)絡(luò)基本上都自成閉環(huán)。

基于傳輸距離的考慮，除了在通信網(wǎng)中含有水下中繼器外，某些主接駁盒（包括分支器）也應(yīng)含有中繼器；次接駁盒除了連接科學(xué)節(jié)點(diǎn)，也可連接用于警戒等各類功能傳感器[3]。

3 端對(duì)端的固定式海底信息網(wǎng)絡(luò)方案

3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2為一個(gè)岸基至海島的端對(duì)端固定式海底信息網(wǎng)絡(luò)方案架構(gòu)示意圖。

圖2 端對(duì)端固定式海底信息網(wǎng)絡(luò)方案架構(gòu)示意圖

在圖2中，從岸基通信站向某海島通信站布放一條端對(duì)端的主干海纜，主干海纜上設(shè)三個(gè)主接點(diǎn)（主接駁盒、中繼器和分支器），兩個(gè)通信站均設(shè)有饋電設(shè)備向串聯(lián)的主接點(diǎn)供電。岸基通信站還設(shè)有觀測(cè)網(wǎng)設(shè)備和警戒網(wǎng)設(shè)備。

由于業(yè)務(wù)性質(zhì)不同，主干海纜中的光纖可以分為相互獨(dú)立的三組，分別用于通信、觀測(cè)和警戒業(yè)務(wù)。每組的光纖數(shù)量根據(jù)各自的業(yè)務(wù)需要而定，也就是說(shuō)，主干纜的光纖芯數(shù)會(huì)比通常的海底光纜多。

3.2 信息網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)

3.2.1 通信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)

圖2中的通信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)通信站的終端傳輸設(shè)備連接主干海纜中的通信組光纖組成，是一個(gè)典型的端對(duì)端拓樸結(jié)構(gòu)。根據(jù)傳輸距離，可以是無(wú)中繼和有中繼的。

按現(xiàn)有的技術(shù)，常規(guī)通信系統(tǒng)的傳輸距離在300km左右是不必設(shè)中繼器的，但若傳輸距離更大仍不用中繼器，則需要采用特種光纖和遙泵等技術(shù)，這將使光纖信道和系統(tǒng)變得很復(fù)雜，不利用今后的更新維護(hù)。考慮到主干海纜將接入其它業(yè)務(wù)，可按每100km左右插入一個(gè)中繼器，如通信系統(tǒng)傳輸300km左右，纜中通信組的光纖可在中繼器盒體內(nèi)直接連通，饋電元件通過(guò)電源模塊向觀測(cè)網(wǎng)和警戒網(wǎng)的中繼模塊（光放大器）供電。

3.2.2 觀測(cè)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)

圖2中的觀測(cè)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)由岸基通信站內(nèi)的觀測(cè)設(shè)備連接主干海纜中的主接駁盒、從主接駁盒上引出支線纜至次接駁盒及在次接駁盒上用連接纜接入的各類觀測(cè)儀器所組成。主接駁盒與下附設(shè)備是一個(gè)典型的樹型拓樸結(jié)構(gòu)，由主接點(diǎn)、次接點(diǎn)和微接點(diǎn)組成三個(gè)層次。

接駁盒及其相關(guān)技術(shù)是是觀測(cè)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的核心，接駁盒目前并不是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，它的功能多寡、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)繁都隨具體要求和環(huán)境條件而定。總地來(lái)說(shuō)，接駁盒承擔(dān)著信號(hào)接駁、電能接駁和工作狀態(tài)監(jiān)控三大主要任務(wù)。

觀測(cè)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的信息傳送流程是：各類海洋科學(xué)觀測(cè)儀器釆集到的信息依次上傳給次接駁盒和主接盒至岸基觀測(cè)設(shè)備；電能的傳送流程是饋電設(shè)備依次下傳給主接駁盒、次接駁盒至各類科學(xué)觀測(cè)儀器。觀測(cè)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)信息用主干纜中的觀測(cè)組光纖進(jìn)行傳輸，電能由主干纜中與其它網(wǎng)絡(luò)公用的饋電體傳送。

圖2中的主接駁盒直接連接在主干纜上，如有需要，還可帶有中繼器。主接駁盒可通過(guò)分支器與主干纜連接，也可不通過(guò)次接駁盒而直接連接觀測(cè)儀器。

3.2.3 警戒業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)

圖2中的警戒業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)由岸基通信站內(nèi)的警戒設(shè)備連接主干海纜中警戒組光纖的分支器、從分支器引出支線纜至次主駁盒及在主接駁盒上連接次接駁盒，在兩個(gè)接駁盒上用支線纜可接入多根水聽陣?yán)|。分支器與下附設(shè)備是一個(gè)典型的樹型拓樸結(jié)構(gòu)，分為分支器、主接接駁盒和次接駁盒三個(gè)層次，支線纜與水聲陣?yán)|間的連接器不屬于層次。

圖3 利用岸島通信光纜組成的海島警戒系統(tǒng)示意圖

圖3所示的警戒業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上是一個(gè)利用新建或己有的岸島通信光纜，通過(guò)主纜上的分支器連接若干水聲陣?yán)|組成的海島警戒系統(tǒng)。對(duì)主干纜上的分支器來(lái)說(shuō)，該警戒網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)典型的環(huán)型拓樸結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語(yǔ)

海洋占地球表面積的71%,蘊(yùn)藏著的豐富資源已成為世界各國(guó)激烈爭(zhēng)奪的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的宏偉目標(biāo)，必須做好海洋基礎(chǔ)工作。建設(shè)水下多網(wǎng)融合的固定式海底信息網(wǎng)絡(luò)是提高我國(guó)海洋綜合實(shí)力、實(shí)施海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作。做好這項(xiàng)工作，就能夠長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、連續(xù)地獲取所觀測(cè)海區(qū)海洋環(huán)境信息，對(duì)于海洋減災(zāi)防災(zāi)、海洋生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、氣候變化應(yīng)對(duì)、資源能源可持續(xù)開發(fā)利用、海洋權(quán)益維護(hù)、海上航運(yùn)及國(guó)防安全等具有重大的戰(zhàn)略意義。因此，為早日實(shí)現(xiàn)我國(guó)的水下信息多網(wǎng)融合，使三者之間相互交叉，形成你中有我、我中有你的格局。我們需進(jìn)一步探索多業(yè)務(wù)網(wǎng)集成后海底信息網(wǎng)的頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)、安全可靠運(yùn)行、長(zhǎng)期維護(hù)及管理機(jī)制，研究饋電系統(tǒng)的方式、可靠性，考慮系統(tǒng)的可維護(hù)、可擴(kuò)展和抗打擊能力等一系列問(wèn)題。

[1]呂楓，彭曉彤，周懷陽(yáng)，等.纜系海底觀測(cè)網(wǎng)原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2012，33（5）：1134-1140.

[2]易建勛.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[M].第2版.北京：人民郵電出版社，2011.

[3]黃俊華，唐進(jìn)明，徐軍.海洋信息系統(tǒng)中水下三網(wǎng)融合的探討[A].第三屆全國(guó)海底光纜通信技術(shù)研討會(huì)論文集 [C].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013:300-307.

Studying on fixed multi-network integration of submarine information

DONG Xiang-hua
（No.91469 Troops of PLA,China）

The main features of Submarine Communication Network,Submarine Cabled Observatory Network and Submarine Warning Network are analyzed briefly in this paper,and fixed submarine cable information network program based on two multi-network integration with the features of gridding,multi-level and point to point is proposed.The paper suggests to give consideration to the access of observation and warning business while programming the communication network.To achieve these,high power feeding repeatered submarine optical cable with more optical fibers should be adopted and some optional access also should be reserved.

submarine optical cable,submarine communication network,submarine cabled observatory network,submarine warning network

TN929.1

A

1002-5561（2016）02-0020-03

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.02.005

2015-12-21。

董向華（1978－），男，高級(jí)工程師，主要從事海底光纜通信技術(shù)和通信工程方面的工作。