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详细介绍海底光缆是什么
背景
互联网已成为我们生活中不可或缺的一部分，而海底光缆则扮演着互联网的"中枢神经"角色，承载了全球90%以上的国际语音和数据传输。它的存在至关重要，因为没有海缆，互联网只能局限于一个局域网的范围。
目前全球大约有400多条海底光缆，总长度约为120万公里，相当于地球到月球距离的3倍。在互联网上，仅有约5%的国际传输数据通过陆缆进行，剩余的约95%全部依赖海底光缆。海底光缆就像人体的主动脉，源源不断地传输着全球各地发送的信息，将世界紧密地连接在一起。
海底光缆的存在极大地促进了全球通信和信息交流的发展，使人们能够迅速、可靠地进行跨国通信、数据传输和互联网访问。它承载着海量的数据流量，连接着各个大陆和国家，为全球的经济、科技和文化交流提供了重要的基础设施。
海缆的定义
海底光缆，Submarine （Undersea）Optical Fibre Cable，又称海底通讯电缆，是用绝缘材料包裹的导线，铺设在海底，用以设立国家之间的电信传输。
海底光缆系统主要由岸上设备和水下设备两大部分组成，其中水下设备中的海底光缆是最关键且最脆弱的部分。
岸上设备包括光缆终端设备、光缆接入点设备、光缆连接设备等，负责与光缆进行信号处理、发送和接收，并将光缆连接到互联网。
水下设备中的海底光缆是整个系统的核心，它承载着光信号在海底的传输。海底光缆由多层保护组成，包括外护层、绝缘层和光纤芯等。它们共同协作，保护光纤免受海水侵蚀、压力变化和海洋环境的影响。
由于海底光缆敷设在海底环境中，面临着各种挑战和风险，如海水腐蚀、海底地形复杂、地震活动和人为损害等。因此，海底光缆的设计和施工必须考虑到这些因素，以确保光缆的可靠性和稳定性。
海底光缆的脆弱性意味着它需要特殊的保护和维护措施。定期巡检、修复和保养工作对于确保海底光缆系统的正常运行至关重要。只有通过有效的管理和维护，才能保证海底光缆系统的可靠性和持久性，确保全球通信和信息交流的顺利进行。
海缆结构
海底光缆与陆地光缆一样，中间是头发丝大小的纤芯，不过，海底光缆需更为加强的铠装保护。从外到内分为：聚乙烯层、聚酯树脂、钢绞线层、铝制防水层、碳酸树脂层、铜管、石蜡、烷烃层，最后才到光纤。
典型海底光缆的结构解析：
- 1. 聚乙烯外皮 注释：聚乙烯（polyethylene，缩写：PE）是日常生活中最常用的塑料之一，大量用于制造塑料袋、薄膜、桶等产品. 它的防腐性很好, 所以用来制作海底光缆的外皮.
- 2. 聚酯树酯或沥青层；注释：聚酯树脂的防水抗风化抗老化的效果不错, 并且价格低廉.
- 3. 钢绞线层； 注释：钢绞线就是多根钢丝绞合成的线, 主要用于提高电缆的抗拉强度.
- 4. 铝制防水层
- 5. 聚碳酸酯层
- 6. 铜管或铝管
- 7. 石蜡，烷烃层
- 8. 光纤束
确实，尽管海底光缆经过多层保护以抵御海水腐蚀和其他外部因素，但随着时间的推移和外力的作用，光缆的光纤仍然可能受到损坏。
海底环境中存在各种潜在的威胁，例如海底地形变化、地震、海底滑坡、渔船锚碇、海洋生物等，都有可能对海底光缆造成物理损害。此外，海底光缆还面临着人为破坏的风险，如非法捕捞、未经授权的工程施工等。
一旦光纤受损，信号传输的质量和可靠性都会受到影响。这可能导致通信中断、信号衰减或数据传输错误等问题。为了应对这些情况，海底光缆系统通常会采取多种手段进行故障定位和维修，以便尽快修复受损的光纤。
海底光缆维护和修复是一个复杂而耗时的过程，需要专业的技术和设备。维护人员通常会使用潜水器材和特殊工具，进行海底作业，定位并修复光缆中的故障点。这可能涉及到光纤连接的重新焊接或更换受损部分的操作。
总的来说，尽管海底光缆经过精心设计和保护，但其光纤仍然存在受损的风险。因此，及时的维护和修复工作对于保障海底光缆系统的可靠性和持久性至关重要，以确保全球通信网络的畅通运行。
海缆的使用年限
一般来说，光缆的寿命是25年。
海底光缆的设计寿命通常为25年，这是因为在这段时间内，海底环境中的潮汐、侵蚀、风暴和海水等因素可能对光缆造成损坏。海洋中的碎片、附着在光缆上的海洋生物以及偶尔啃咬光缆的鲨鱼等，都潜在地威胁着海底光缆的完整性。
根据Telegraphy公司负责监测海底网络中断和损坏事件的数据，这些非恶意且自然发生的事故，如地震、刺网设备和鲨鱼咬伤等，只占导致光缆故障的极少数原因。更大的威胁来自人为因素，特别是大型渔船和游轮等船只。当它们将锚具下沉到海洋深处时，可能会意外撞击海底光缆，这类事故约占导致海底光缆故障的2/3左右。
为了应对这些威胁，海底光缆的设计和安装过程中通常会考虑各种保护措施，例如选择安全的敷设路径、使用抗外力和耐腐蚀材料、进行定期巡检和维护等。此外，针对可能的故障和中断，海底光缆系统还会配置冗余备份和恢复机制，以确保在出现故障时能够尽快恢复网络连接。
尽管海底光缆面临一系列挑战和潜在威胁，但通过合理的设计、维护和监测，它们仍然是全球互联网的关键基础设施，为人们提供高速、可靠的国际通信和数据传输服务。
海缆包装运输
根据盘长，一般有两种方式：盘装，和绕装
盘装
绕装
海缆铺设安装
海底光缆到底是怎么铺设的？
难道是直接往海里一扔，就可以了吗？显然不是的。
海底光缆的铺设工程，被世界各国公认为最复杂且困难的大型工程之一。
整个铺设过程可以分为两个部分，即浅海区域铺设和深海区域铺设。
让我们看下面这个图，就是海底光缆的铺设过程（包括浅海和深海）。
浅海光缆铺设
其中在浅海区域，光缆敷设船停留在距离海岸数公里的位置，通过岸上牵引机的牵引，将放置在浮包上的光缆向岸边牵引，然后拆除浮包，使光缆沉至海底。
船上需要携带大量待铺设的光缆。目前最先进的光缆敷设船具备载重两千公里的光缆能力，并能以每天两百公里的速度进行铺设。
深海光缆铺设
而在深海区域，敷设船先使用水下检测器搭配水下遥控车，进行水下监视和调整，以避开海底不平整、有岩石的地方。
完成路线勘察之后，就要进行光缆铺设。
这时候，挖掘机登场了。它首先被放置在岸上，并与光缆的固定端连接。它的作用类似于耕田时使用的犁，对于光缆而言，它起着让光缆沉入海底的配重物的作用。
挖掘机由敷设船拖曳前进。除了作为光缆沉入海底的配重物之外，它的工作分为三步：
- 第一步，利用高压冲水在海底产生一条深约2米的沟槽；
- 第二步，通过光缆孔，将光缆放入沟槽之中；
- 第三步，借助旁边的泥沙将光缆覆盖好。
简单来说，光缆铺设船负责放置光缆，而挖掘机则负责实际铺设光缆。然而，跨洋光缆较为粗大且柔韧性较差，因此船的前进速度需要严格控制。
此外，在地形崎岖的海底，需要机器人不断探测最佳路径，以防止岩石对光缆造成损坏。
所以，总的来说，埋放光缆的过程就是勘查清理、海缆敷设和冲埋保护。
在光缆敷设过程中，光缆敷设船需要特别关注航行速度和光缆释放速度，以确保控制光缆的入水角度和敷设张力，避免对光缆中脆弱的光纤造成损伤。这意味着船只需要平稳地释放光缆，并保持适当的速度和张力，以确保光缆在敷设过程中不受过度弯曲或过大的张力影响。这样可以保护光纤的完整性和可靠性。
海缆损坏
海底电缆经常面临渔船拖网、船锚和海洋生物的意外破坏风险，有时甚至可能在战争中被敌军破坏。一个例子是1929年纽芬兰大地震引发的海底崩塌，导致多条海底电缆同时受损。海底电缆的损坏可能会导致区域性互联网和长途电话服务中断，给社会带来无法估量的损失。2006年的恒春地震就是一个典型例子，海底土石流发生在吕宋海峡附近，该地区有多条国际通信枢纽，同时也靠近枋山的海缆登陆站，导致经过的海底电缆受到影响。这些事件都提醒我们海底电缆的脆弱性和其重要性，需要采取有效的保护措施以确保通信的可靠性和连续性。
海缆修复
修复受损的海底光缆确实是一项具有挑战性的任务，因为即使是微小的损伤也足以导致光缆的故障。在几万公里的光缆中找到一个小缺口需要投入大量的人力和物力资源。
修复光缆通常需要使用专业的海底维修船和潜水员团队。首先，需要通过海洋调查和探测技术来定位光缆的受损位置。然后，潜水员会下潜到海底，进行检查和修复工作。这可能涉及到切割和替换受损部分的光缆，进行焊接和连接，以及进行必要的绝缘和保护措施。
修复光缆需要精确的定位和高度专业的技术，同时还需要耐心和耐力，因为这项工作通常在复杂的海底环境中进行。为了提高效率和减少修复时间，科技公司和通信运营商也在不断研发新的技术和方法，如远程控制机器人和自动化修复系统，来提升修复过程的效率和准确性。
总的来说，修复海底光缆需要充分的准备和专业的团队，以确保光缆能够迅速恢复正常运行，维护全球通信网络的稳定性和连通性。
修理深海电缆，首先要定位出损坏的位置，损坏的部分将带到水面上修理。深水带的电缆必须剪断被破坏的部分，再带到水面上与另一头对接，重新修复的部分会较原来的更长一些。
海缆修复原理示意图
修复具体步骤
海底光缆的修复过程，大致可分为以下五步：
第一步，首先使用光时域反射仪（OTDR）来定位大致的故障位置，然后借助水下机器人，通过扫描检测，找到破损海底光缆的精确位置。
OTDR使用时域反射原理，先收发一整套信号，断裂位置会对信号有反射，将该回收的反射信号与应用数学算法计算得出的信号形状以及时间作比较，从而定位出光纤破损的具体位置。
第二步，机器人将埋在海底的光缆挖出，然后将其切断，分别将剪断的两端系上船上放下的绳子，拉出海面。
第三步，在船上完成修复熔接。这个熔接过程相当复杂，因为必须对光缆里的头发丝粗细的光纤一根一根熔接。
第四步，新的海底光缆连接完成后，还需经过反复测试，以确保通讯及数据传输正常。
第五步，将修复好的海底光缆重新抛入海中，然后使用机器人进行泥沙掩埋覆盖。
这样，就算是彻底修复完成了。
