固定式海底信息多网集成的探讨

董向华

（中国人民解放军91469部队）

固定式海底信息多网集成的探讨

董向华

（中国人民解放军91469部队）

简析了海底通信、海底观测和海底警戒等业务网的主要特征，提出了网格化多层次和端对端的两个多业务集成的固定式海底光缆信息网络方案。建议在规划设计海底通信网时兼顾海底观测和警戒业务的接入，可采用较大光纤芯数、可大功率馈电的有中继海光缆，并预留其它业务接入端口。

海底光缆；海底通信网；海底观测网；海底警戒网

0 引言

我国有着漫长的海岸线和广阔的海域，岛屿众多。随着我国信息化建设的迅速推进和海洋意识的加强，信息化建设正在向水下延伸。海洋信息系统是由空中、水面、水下等系统组成的立体系统。其中，由各类传感器和线缆构成的水下系统是海洋信息系统的重要组成部分。

水下信息系统可分为移动式和固定式两大类。固定式水下信息系统主要包括海光缆通信、海底观测和海底侦察警戒等水下业务网，由于具体用途、功能及水下设施的性能有所不同，它们通常是相互独立的。这些相互独立的网络造成了路由和登陆点等资源的消耗，还造成在某些区域重复布放海缆，对施工造成困难，也对网络安全运行和维护构成威胁。实际上，这些网络都是基于海底光缆链路而构建的，对所用海底光缆的基本要求相同（根据具体要求可有所不同）。因此，随着基于光电技术所应用的传输和传感技术相互渗透、相关技术飞速发展以及水下网络之间存在的必然联系，水下多网融合推动信息网络基础设施互联互通和资源共享是海底信息网络发展的必然趋势。

1 水下业务网简析

1.1 海底光缆通信网

一个完整的海底光缆通信系统至少包括两个登陆部分和一个海底部分。登陆部分主要包括登陆光缆、登陆接头和系统终端设备；海底部分主要包括海底光缆和海底设备（如海底光中继器、海底光分支单元及海底光缆接头盒）。海缆通信系统分为无中继和有中继两大类。

1.2 海底观测网

海底观测技术大体上可以分为三类：第一类是针对某一个具体的目标在小区域内进行原位观测的海底观测站；第二类是在第一类基础上通过通信的方式将实时的数据传回岸基站或与科考船链接；第三类是对前两类的综合，由岸基站通过海缆持续地向布设在海底的观测设备供电并将多路观测数据实时回传，可称为固定式海底观测网络系统（海底观测网）。

海底观测网由岸基站、海底光缆、接驳盒、水下机器人和带有水下接插件的观测设备等组成。岸基站控制和管理海底观测网的正常运行，通过海缆向水下设施供电并接收处理观测数据；由主干、支线海缆及接驳盒组成网络，承担电能和光信道的分配、转換和传输功能；观测设备是各类传感器通过连接线缆和接插件与接驳盒连接；水下接插件由水下机器人插拔接驳，水下机器人还进行水下设施的投放、安置和维护[1]。

1.3 海底警戒网

从原理上说，海底警戒网与海底观测网并无原则区别，只是传感器的类型和布放位置有所不同。

2 网格化多层次的固定式海底信息网络体系方案

多业务集成的固定式海底信息网络体系方案的原理性网络架构如图1所示，它是一个混合型、多层次、多节点的网格化网络，它把不同功能、不同类型、不同厂家的相关设备连接起来实现互连、互通、互操作，从而共享网络资源[2]。

图1 网格化多层次的固定式海底信息网络体系方案架构示意图

图1中，岸基和海岛机房内只标注了传输设备（CTE）和馈电设备（PFE）。陆上的三个岸基站通过陆地光缆自成或通过其它通信站组成网状闭合结构，三个岸基站分别向三个方向布放主干海缆A、B、C，在三条主干海缆的近端分支器上连接支线海缆D和F组成近海的闭环网络，从主干海缆A的远端分支器通过支线海缆E、海岛3，通过支线海缆F连接海岛2而形成远端闭环。基于系统的抗打击和故障自愈能力的考虑，岸基网、含主接驳盒的主干网络及含次接驳盒的支线网络基本上都自成闭环。

基于传输距离的考虑，除了在通信网中含有水下中继器外，某些主接驳盒（包括分支器）也应含有中继器；次接驳盒除了连接科学节点，也可连接用于警戒等各类功能传感器[3]。

3 端对端的固定式海底信息网络方案

3.1 网络架构

图2为一个岸基至海岛的端对端固定式海底信息网络方案架构示意图。

图2 端对端固定式海底信息网络方案架构示意图

在图2中，从岸基通信站向某海岛通信站布放一条端对端的主干海缆，主干海缆上设三个主接点（主接驳盒、中继器和分支器），两个通信站均设有馈电设备向串联的主接点供电。岸基通信站还设有观测网设备和警戒网设备。

由于业务性质不同，主干海缆中的光纤可以分为相互独立的三组，分别用于通信、观测和警戒业务。每组的光纤数量根据各自的业务需要而定，也就是说，主干缆的光纤芯数会比通常的海底光缆多。

3.2 信息网络中的业务网络

3.2.1 通信业务网络

图2中的通信业务网络由两个通信站的终端传输设备连接主干海缆中的通信组光纤组成，是一个典型的端对端拓朴结构。根据传输距离，可以是无中继和有中继的。

按现有的技术，常规通信系统的传输距离在300km左右是不必设中继器的，但若传输距离更大仍不用中继器，则需要采用特种光纤和遥泵等技术，这将使光纤信道和系统变得很复杂，不利用今后的更新维护。考虑到主干海缆将接入其它业务，可按每100km左右插入一个中继器，如通信系统传输300km左右，缆中通信组的光纤可在中继器盒体内直接连通，馈电元件通过电源模块向观测网和警戒网的中继模块（光放大器）供电。

3.2.2 观测业务网络

图2中的观测业务网络由岸基通信站内的观测设备连接主干海缆中的主接驳盒、从主接驳盒上引出支线缆至次接驳盒及在次接驳盒上用连接缆接入的各类观测仪器所组成。主接驳盒与下附设备是一个典型的树型拓朴结构，由主接点、次接点和微接点组成三个层次。

接驳盒及其相关技术是是观测业务网络的核心，接驳盒目前并不是标准化产品，它的功能多寡、结构简繁都随具体要求和环境条件而定。总地来说，接驳盒承担着信号接驳、电能接驳和工作状态监控三大主要任务。

观测业务网络的信息传送流程是：各类海洋科学观测仪器釆集到的信息依次上传给次接驳盒和主接盒至岸基观测设备；电能的传送流程是馈电设备依次下传给主接驳盒、次接驳盒至各类科学观测仪器。观测业务网络信息用主干缆中的观测组光纤进行传输，电能由主干缆中与其它网络公用的馈电体传送。

图2中的主接驳盒直接连接在主干缆上，如有需要，还可带有中继器。主接驳盒可通过分支器与主干缆连接，也可不通过次接驳盒而直接连接观测仪器。

3.2.3 警戒业务网络

图2中的警戒业务网络由岸基通信站内的警戒设备连接主干海缆中警戒组光纤的分支器、从分支器引出支线缆至次主驳盒及在主接驳盒上连接次接驳盒，在两个接驳盒上用支线缆可接入多根水听阵缆。分支器与下附设备是一个典型的树型拓朴结构，分为分支器、主接接驳盒和次接驳盒三个层次，支线缆与水声阵缆间的连接器不属于层次。

图3 利用岸岛通信光缆组成的海岛警戒系统示意图

图3所示的警戒业务网络，实际上是一个利用新建或己有的岸岛通信光缆，通过主缆上的分支器连接若干水声阵缆组成的海岛警戒系统。对主干缆上的分支器来说，该警戒网络是一个典型的环型拓朴结构。

4 结束语

海洋占地球表面积的71%,蕴藏着的丰富资源已成为世界各国激烈争夺的重要战略目标。要实现建设海洋强国的宏伟目标，必须做好海洋基础工作。建设水下多网融合的固定式海底信息网络是提高我国海洋综合实力、实施海洋强国战略的一项重要基础工作。做好这项工作，就能够长期、实时、连续地获取所观测海区海洋环境信息，对于海洋减灾防灾、海洋生态系统保护、气候变化应对、资源能源可持续开发利用、海洋权益维护、海上航运及国防安全等具有重大的战略意义。因此，为早日实现我国的水下信息多网融合，使三者之间相互交叉，形成你中有我、我中有你的格局。我们需进一步探索多业务网集成后海底信息网的顶层规划设计、安全可靠运行、长期维护及管理机制，研究馈电系统的方式、可靠性，考虑系统的可维护、可扩展和抗打击能力等一系列问题。

[1]呂枫，彭晓彤，周怀阳，等.缆系海底观测网原型系统设计[J].仪器仪表学报，2012，33（5）：1134-1140.

[2]易建勋.计算机网络设计[M].第2版.北京：人民邮电出版社，2011.

[3]黄俊华，唐进明，徐军.海洋信息系统中水下三网融合的探讨[A].第三届全国海底光缆通信技术研讨会论文集 [C].北京：机械工业出版社，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。

董向华（1978－），男，高级工程师，主要从事海底光缆通信技术和通信工程方面的工作。