Nghiên cứu, đề xuất công nghệ và giải pháp xây dựng hệ thống cáp quang biển việt nam

MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN CÁP QUANG BIỂN 12 1.1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN CÁP QUANG BIỂN 12 1.2.ĐẶC ĐIỂM THÔNG TIN CÁP QUANG BIỂN 15 1.2.1.Đặc điểm chung 15 1.2.2.Phân loại hệ thống 16 1.3.LƯU LƯỢNG THÔNG TIN QUA CÁC HỆ THỐNG CÁP QUANG BIỂN 17 CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ THEN CHỐT PHỤC VỤ CHO TRUYỀN DẪN CÁP QUANG BIỂN 19 2.1.CÔNG NGHỆ CÁP 20 2.1.1.Cáp OS/OFS 20 2.1.2.Cáp HF 25 2.2.CÔNG NGHỆ KHUẾCH ĐẠI QUANG 27 2.2.1.Nguyên lý khuếch đại quang sợi pha tạp đất EDFA 27 2.2.2.Đặc tính tạp âm 29 2.2.3.Đặc trưng khuếch đại 31 2.2.4.Ứng dụng EDFA 33 2.3.CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN WDM 35 2.3.1.Nguyên lý truyền dẫn WDM 35 2.3.2.Ứng dụng khuếch đại quang truyền dẫn WDM 37 2.3.3.Hệ thống ghép kênh mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) 39 2.3.3.1.Khái niệm 39 2.3.3.2.Các thành phần hệ thống DWDM 40 2.3.3.3.Ưu điểm hệ thống DWDM 43 2.3.3.4.Ứng dụng DWDM hệ thống mạng thực tế 44 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 50 3.1.LỰA CHỌN CẤU HÌNH MẠNG 50 3.1.1.Mạng vòng (ring network) 50 3.1.2.Mạng kiểu đường trục - rẽ nhánh (trunk - and - branch) 51 3.1.3.Mạng lặp (festoon) 52 3.1.4.Mạng lưới (mesh network) 53 3.2.THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN 53 3.2.1.Tham số Q 54 3.2.2.Các nguyên nhân gây suy giảm chất lượng đường truyền 55 3.2.3.Khắc phục tượng suy giảm chất lượng đường truyền 55 3.2.4.Quỹ dự trữ công suất 57 3.3.THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÁP QUANG BIỂN VIỆT NAM 58 3.3.1.Các yêu cầu thiết kế hệ thống cáp quang biển Việt Nam 58 3.3.1.1.Nhu cầu dung lượng Việt Nam 58 3.3.1.2.Lựa chọn địa điểm xây dựng trạm cập bờ 58 3.3.1.3.Lựa chọn công nghệ truyền dẫn 58 3.3.1.4.Lựa chọn cấu hình hệ thống 59 3.3.1.5.Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống cáp quang biển Việt Nam 59 3.4.MÔ PHỎNG HỆ THỐNG SỬ DỤNG CÔNG CỤ OPTISYSTEM 74 3.4.1.Giới thiệu công cụ mô hệ thống thông tin quang OptiSystem 74 3.4.2.Mô hệ thống 78 3.4.2.1.Tính toán thiết kế hệ thống 78 3.4.2.2.Thông số thiết kế 81 3.4.2.3.Kết mô 82 CHƯƠNG 4: TRIỂN KHAI HỆ THỐNG CÁP QUANG BIỂN 85 4.1.THIẾT LẬP TUYẾN 85 4.1.1.Nghiên cứu sơ 85 4.1.2.Khảo sát tuyến 88 4.2.RẢI CÁP 91 4.2.1.Độ chùng cáp (Slack) 91 4.2.2.Cấu trúc cáp trình rải cáp 92 4.2.3.Hằng số thuỷ lực 93 4.2.4.Quản lý độ chùng cáp 94 4.2.5.Rải cáp tự động 99 4.2.6.Mô trình rải cáp 100 4.2.7.Lắp đặt khối rẽ nhánh 101 4.3.QUÁ TRÌNH CẬP BỜ 102 4.3.1.Cập bờ nhiều cáp (Multi - cable Landing) 102 4.3.2.Phương pháp cập bờ ống dẫn 102 CHƯƠNG 5: BẢO VỆ VÀ SỬA CHỮA 104 5.1.CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA SỰ CỐ CHO HỆ THỐNG CÁP QUANG BIỂN 104 5.1.1.Hoạt động đánh bắt cá 104 5.1.2.Hoạt động neo đậu 105 5.1.3.Cáp hư hỏng trình rải không xác 105 5.1.4.Cáp hư hỏng tượng tự nhiên 106 5.1.5.Sự cố mạch lặp hay sợi quang 106 5.2.BẢO VỆ CÁP 106 5.2.1.Chôn cáp 106 5.2.1.1.Độ sâu chôn cáp 106 5.2.1.2.Các hệ thống chôn cáp 107 5.2.2.Các công nghệ bảo vệ cáp khác 110 5.2.3.Thiết bị ngầm tự động AUV (Autonomous Underwater Vehicle) tuần tra cáp 110 5.3.SỬA CHỮA CÁP 111 5.3.1.Phân loại xác định vị trí xảy cố 112 5.3.1.1.Shunt fault (dò dòng cấp nguồn) 112 5.3.1.2.Short fault 113 5.3.1.3.Open fault 114 5.3.1.4.Sự cố gãy sợi quang (fiber break fault) 114 5.3.2.Quy trình sửa chữa cáp 114 5.3.2.1.Xác định vị trí cố khu vực sửa chữa 115 5.3.2.2.Quá trình cắt giữ cáp 115 5.3.2.3.Giữ cáp đưa đầu cáp lên tàu 115 5.3.2.4.Gắn phao vào đầu cáp 116 5.3.2.5.Giữ đưa lên tàu đầu cáp lại 117 5.3.2.6.Loại bỏ đoạn có cố thực mối nối thứ 118 5.3.2.7.Rải đoạn cáp thay đến vị trí phao 119 5.3.2.8.Lấy phao đầu cáp lên tàu 120 5.3.2.9.Thực nối cáp thay đầu cáp lại (mối nối cuối cùng) 120 5.3.2.10.Thả mối nối 120 5.3.2.11.Các trình khác 122 5.3.3.Trao đổi thông tin trình sửa chữa 122 5.3.4.Cải tiến trình sửa chữa cáp 122 KẾT LUẬN 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 LỜI NÓI ĐẦU Hiện thông tin quang ngành mũi nhọn lĩnh vực viễn thông Hệ thống mạng đường trục nội địa quốc gia phục vụ nhu cầu truyền dẫn nước Tuy nhiên, để hướng đến nhu cầu dung lượng ngày tăng tương lai Việt Nam cần đầu tư xây dựng hệ thống cáp quang biển riêng mình, hệ thống cáp quang biển có khả kết nối với trung tâm viễn thông lớn nước, kết nối với hệ thống cáp quang biển quốc tế có khả dự phòng trường hợp hệ thống mạng đường trục nội địa phải nâng cấp sửa chữa Nội dung luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan thông tin cáp quang biển Chương 2: Các công nghệ then chốt phục vụ cho truyền dẫn cáp quang biển Chương 3: Thiết kế hệ thống Chương 4: Triển khai hệ thống cáp quang biển Chương 5: Bảo vệ sửa chữa Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Nguyễn Hoàng Hải - Giảng viên hướng dẫn em suốt trình thực đề tài Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2015 Học viên thực Trần Ngọc Tú TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài “Nghiên cứu, đề xuất công nghệ giải pháp xây dựng hệ thống cáp quang biển Việt Nam” giới thiệu tổng quan hệ thống cáp quang biển giới, công nghệ phục vụ cho truyền dẫn cáp quang biển với chủ đạo công nghệ ghép kênh bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), từ tính toán phân tích thiết kế hệ thống cáp quang biển Việt Nam, mô hệ thống sử dụng công cụ Optisystem, cuối thực triển khai hệ thống thực tế đưa phương pháp bảo vệ sửa chữa hệ thống ABSTRACT The project “Study technology and solution proposal to design Vietnam submarine system” introduced about submrine systems over the world, technologies are used for submarine transmission DWDM is a popular technology for this system Then calculates and analyzes to design Vietnam submarine system This submarine system is simulated by Optisystem (Optisystem is a tool which is uesd to simulate optical systems) Finally, perform to deploy cable of submarine system in the moment and take some methods to protect and repair submarine system DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các hệ thống cáp quang biển 13 Hình 1.2: Chia vùng hệ thống cáp quang biển 13 Hình 1.3: Vị trí hệ thống truyền dẫn cáp quang biển mạng viễn thông 14 Hình 1.4: (a) Sơ đồ tuyến cáp quang biển bản, (b) Mô tả chi tiết tuyến cáp quang biển thực tế 15 Hình 1.5: Sự tăng trưởng lưu lượng thông tin quốc tế qua cáp quang biển 17 Hình 1.6: Lưu lượng thông tin tuyến quốc tế tăng 17 Hình 2.1: Cáp LW 22 Hình 2.2: Cáp SAM 23 Hình 2.3: Cáp HF 26 Hình 2.4: Cấu trúc khuếch đại quang pha tạp Erbium 27 Hình 2.5: Sơ đồ mức lượng ion Erbium trình dịch chuyển 28 Hình 2.6: Mô hình Laser mức 29 Hình 2.7: Đặc tính tạp âm khuếch đại 30 Hình 2.8: Độ khếch đại chưa bão hoà theo bước sóng 32 Hình 2.9: Độ khuếch đại chưa bão hoà theo chiều dài EDF 32 Hình 2.10: Sự phụ thuộc độ khuếch đại vào công suất tín hiệu đầu vào 33 Hình 2.11: Quản lý tán xạ 35 Hình 2.12: Nguyên lý truyền dẫn WDM 36 Hình 2.13: Khuếch đại đồng thời nhiều tín hiệu WDM 37 Hình 2.14: Ứng dụng khuếch đại quang truyền dẫn WDM 38 Hình 2.15: Sơ đồ hệ thống DWDM 40 Hình 2.16: Hệ thống quản lý mạng DWDM 41 Hình 2.17: Hệ thống mạng DWDM Viettel 46 Hình 2.18: Hệ thống cáp quang biển SMW-3 47 Hình 2.19: Hệ thống cáp quang biển quốc tế EASSy 48 Hình 3.1: Cấu hình mạng kiểu ring 51 Hình 3.2: Cấu hình kiểu đường trục - rẽ nhánh 51 Hình 3.3: Cấu hình kiểu Festoon 52 Hình 3.4: Cấu hình kiểu Mesh 53 Hình 3.5: Chuỗi sợi quang bù tán xạ 56 Hình 3.6: Cấu hình mạng cáp quang biển Việt Nam 59 Hình 3.7: Sơ đồ hệ thống cáp quang biển 60 Hình 3.8: Cáp quang biển thực tế 61 Hình 3.9: Khối cung cấp nguồn hệ thống cáp quang biển 63 Hình 3.10: Hệ thống cấp nguồn kiểu điểm - điểm 64 Hình 3.11: Hệ thống cấp nguồn kiểu đường trục - rẽ nhánh 64 Hình 3.12: Khối thiết bị quang 65 Hình 3.13: Bộ lặp thực tế 66 Hình 3.14: Bộ rẽ nhánh thực tế 67 Hình 3.15: Bộ rẽ nhánh thụ động 68 Hình 3.16: Bộ rẽ nhánh chuyển mạch điện 69 Hình 3.17: Bộ rẽ nhánh xen/ rẽ quang chuyển mạch điện 70 Hình 3.18: Bộ rẽ nhánh chuyển mạch không điện 71 Hình 3.19: Bộ cân độ lợi thực tế 71 Hình 3.20: Sơ đồ kết nối trạm cập bờ với mạng đất liền 73 Hình 3.21: Sơ đồ kết nối trạm cập bờ với 74 Hình 3.22: Giao diện khởi động OptiSystem 74 Hình 3.23: Giao diện sử dụng OptiSystem 75 Hình 3.24: Quá trình tính toán OptiSystem 76 Hình 3.25: Phổ tín hiệu 76 Hình 3.26: Đồ thị mắt 77 Hình 3.27: Sơ đồ thiết kế hệ thống cáp quang biển Việt Nam 78 Hình 3.28: Phổ tín hiệu sau tách kênh 83 Hình 3.29: Đồ thị mắt 83 Hình 4.1: Hệ thống khảo sát đáy biển 90 Hình 4.2: Các ngoại lực tác dụng rải cáp 92 Hình 4.3: Độ chùng bắt đầu rải cáp 95 Hình 4.4: Độ chùng cáp giữ cáp 96 Hình 4.5: Độ chùng cáp thay đổi gặp phải dốc 97 Hình 4.6: Độ chùng cáp với dốc xuống 98 Hình 4.7: Kết mô trình bắt đầu rải cáp 101 Hình 4.8: Thiết bị sử dụng phương pháp HDD 102 Hình 4.9: Ứng dụng HDD 103 Hình 5.1: Cable plough 108 Hình 5.2: ROV 108 Hình 5.3: Tractor 109 Hình 5.4: AUV 111 Hình 5.5: Cắt cáp 115 Hình 5.6: Giữ cáp 116 Hình 5.7: Đưa đầu cáp lên bong 117 Hình 5.8: Gắn phao 117 Hình 5.9: Giữ đầu cáp lại 118 Hình 5.10: Loại bỏ cáp hỏng thực mối nối thứ 119 Hình 5.11: Rải cáp thay 119 Hình 5.12: Lấy phao đầu cáp lên bong, thực mối nối cuối 120 Hình 5.13: Thả dây buộc 121 Hình 5.14: Hoàn thành trình sửa chữa 121 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các loại cáp OS/OFS 21 Bảng 2.2: Sức căng cáp OS/OFS (Đơn vị KN) 24 Bảng 3.1: Bảng thông số đầu vào 81 Bảng 3.2: Kết mô 82 Bảng 4.1: Thiết bị khảo sát ngầm 89 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ASP Application Service Provider ATM Asynchronous Transfer Mode ASE Amplified Spontaneus Emission AUV Autonomous Underwater Vehicle BER Bit Error to Ratio Nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng Phương thức truyền không đồng Nhiễu phát xạ tự phát khuếch đại Phương tiện tự động nước Tỷ lệ lỗi bit CS Cable Station Trạm cáp COTDR DSF Correlated Optical Time Domain Reflectometer Dispersion Shift Fiber DA Double Armored Máy đo phản xạ miền thời gian quang Sợi quang tán sắc dịch chuyển Cáp quang biển bọc thép kép DCM Dispersion Compensating Module Mô đun bù tán sắc DCF Dispersion Compensating Fiber Sợi bù tán sắc DEMUX Demultiplexing Bộ tách kênh DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing DPS Dynamic Positioning System Công nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Hệ thống định vị động EMS Element Management System Hệ thống quản lý phần tử EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier EDF Erbium Doped Fiber Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium Sợi pha tạp Erbium EOL End of Life Thời gian sống GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu ITU-T Tổ chức viễn thông quốc tế IP International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Internet Protocol ICMS Intergrated Cable Management Systerm LCF Large Core Fiber Hệ thống quản lý cáp tích hợp Sợi quang lõi to LWA Light-Wire Armored LME Line Monitoring Equipment LW Light Weight MPLS Multiple Protocol Label Switching NRZ Non Return to Zero Cáp quang biển trọng lượng nhẹ Chuyển mạch nhãn đa giao thức Mã NRZ NME Network Management Equipment Thiết bị quản lý mạng NOC Network Operation Centre Trung tâm vận hành mạng NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng PSBU Power Switched Branching Unit PFE Power Feed Equipment Bộ rẽ nhánh chuyển mạch nguồn Thiết bị cung cấp nguồn ROV Remotely Operated Vehicle RZ Return to Zero Phương tiện vận hành từ xa Mã RZ SPM Self Phase Modulation Hiện tượng tự điều pha SNR Signal Noise to Ratio Tỷ lệ tín hiệu/nhiễu SA Single Armored Cáp quang biển bọc thép đơn SPA Special Application SLTE Submarine Line Termination Equipment Cáp quang biển cho ứng dụng đặc biệt Thiết bị đầu cuối tuyến cáp quang biển Giao thức Internet Cáp quang biển bọc thép trọng lượng nhẹ Thiết bị giám sát đường dây 10 đa 1,5 m tốc độ tạo rãnh 120→240 m/h Cable trencher hạ thủy phao nhỏ điều khiển người điều khiển 5.2.2 Các công nghệ bảo vệ cáp khác Kiểu bảo vệ cáp hay sử dụng chôn cáp cách cày, tạo rãnh Ở khu vực sử dụng phương pháp chôn cáp để bảo vệ cáp phương pháp bảo vệ khác sử dụng như: lấp đá, dùng đệm thiết bị bảo vệ bên ống khớp dẻo ống dẫn Tại nơi giao cáp hay ống cáp, cần giữ cho hai đường dẫn tách rời cung cấp bảo vệ bên cách sử dụng đệm, hay ống ống nối khớp mềm, chúng rải đồng thời cáp mà không cần người phải lặn xuống Lấp đá phương pháp hiệu để bao phủ đoạn cáp bị hở, đặc biệt vùng lớp trầm tích đá Với số điểm cập bờ, kỹ thuật khoan theo phương ngang HDD (Horizontal Directional Drill), đào đường ống cứng để dẫn cáp sử dụng Hệ thống HDD khoan lỗ khoan từ điểm cập bờ đến điểm định trước đáy biển cách bờ 500→1000 m Một ống đường kính inch lớn chứa nhiều ống dẫn lắp đặt lỗ khoan dành cho cáp Cáp kéo từ tàu thông qua ống dẫn vào điểm cập bờ Các ống dẫn thường sâu 10→20 m mặt đất đáy biển, loại trừ nguy bị phá hoại ăn mòn, bão, hoạt động neo đậu… HDD cung cấp giải pháp cập bờ an toàn an toàn với môi trường 5.2.3 Thiết bị ngầm tự động AUV (Autonomous Underwater Vehicle) tuần tra cáp Chôn kiểm tra cáp rải việc cần thiết để trì hoạt động cáp Kiểm tra định kỳ cũ phải thực khu vực có nguy cố cao Thường công việc tiến hành ROV So với ROV tàu ngầm tự động AUV có tính kinh tế cao Các công việc kiểm tra gồm: di chuyển dọc theo tuyến cáp để kiểm tra điều kiện rải cáp, độ sâu chôn cáp định khu vực cần chôn cáp AUV robot thực độc lập AUV tuần tra cáp AE2 (Aqua Explorer 2) phát triển KDD năm 1997 AE2 hạ thủy lần đầu 110 tiên vào tháng năm 1997 thực kiểm tra cáp, đo lường độ sâu chôn cáp, định vị cố khảo sát đáy biển AE2 xác định vị trí cáp cách sử dụng thiết bị dò tìm gắn liền phát trường điện từ gây dòng điện cáp Khi phát cáp, AE2 quay đầu bắt đầu tuần tra tự động Tất liệu độ sâu chôn cáp, hình ảnh đáy biển, đặc điểm lớp đáy, tốc độ, độ sâu, nhiệt độ nước… thu trình tuần tra ghi vào đĩa cứng gắn liền AE2 Các liệu truyền liên tục đến tàu mẹ thông qua liên kết sóng âm tốc độ thấp để điều khiển AE2 Các hình ảnh video đáy biển ghi lại đĩa cứng gắn liền AE2 truyền trực tiếp tàu mẹ thông qua liên kết sóng âm tốc độ cao Một hệ AUV thứ AE2000 hạ thuỷ vào cuối năm 2000 AE2000 hệ thống hoạt động độ sâu 2000 m với kích thước nhiệm vụ giống AE2 có thời gian hoạt động liên tục gấp lần Hình 5.4: AUV 5.3 SỬA CHỮA CÁP Quá trình sửa chữa hệ thống cáp quang biển phải tiến hành nhanh có chi phí hợp lý Thông thường việc sửa chữa cáp gồm trình sau 2→3 tuần để hoàn thành tùy thuộc vào yếu tố như: khoảng cách từ cảng sở đến vị trí xảy cố, thời tiết, độ sâu nước biển số yếu tố khác phương pháp sửa chữa… 111 (1) Xác định vị trí cố từ trạm cập bờ (2) Khôi phục lưu lượng cần thiết (3) Chọn phương pháp sửa chữa, loại số lượng thiết bị thay cần đưa lên tàu, vị trí lặp, khối rẽ nhánh, đặc điểm địa hình đáy biển… quanh điểm xảy cố (4) Đưa thiết bị thay lên tàu đến vị trí xảy cố (5) Tiến hành sửa chữa (6) Kiểm tra trạm cập bờ (7) Đưa lưu lượng trạng thái bình thường (8) Trả lại thiết bị thay lại Để trình sửa chữa cáp tiến hành nhanh kinh tế, bước cần nghiên cứu thực cách cẩn thận dựa thông tin có độ xác trình định vị cố, loại cáp, độ sâu đặc điểm đáy biển, cường độ hướng dòng thủy triều, vị trí lặp, khối rẽ nhánh, khả phải thay lặp/khối rẽ nhánh… 5.3.1 Phân loại xác định vị trí xảy cố Thông thường tàu cáp rời cảng để đến vị trí cố vòng 24 sau nhận yêu cầu tuỳ thuộc vào chiều dài cáp thay cần đưa lên tàu Do phương pháp độ xác trình định vị cố khác tuỳ thuộc vào loại cố, việc xác định loại cố đo lường xác vị trí cố từ trạm cập bờ quan trọng Điều cho phép tàu cáp tiến hành nhanh đảm bảo vị trí cần sửa chữa Nếu tàu vớt cáp lên vị trí cách xa so với vị trí xảy cố thông tin thiếu xác vị trí cố, kết lãng phí số lượng lớn thiết bị thay thế, cụ thể chiều dài cáp nối, kéo dài thời gian sửa chữa Các cố cáp chia thành loại sau theo trạng thái lớp bọc bảo vệ sợi quang 5.3.1.1 Shunt fault (dò dòng cấp nguồn) Sự cố gây hư hại lớp cách điện cáp hay phần đục hộp lặp Dòng cấp nguồn bị dò nước biển vị trí hỏng Với hệ thống cấp nguồn phía, shunt fault gây nguồn cho lặp vị trí xa vị trí cố Với hệ thống cấp nguồn hai phía, cụ thể nguồn cung cấp từ hai trạm cập 112 bờ, cố xảy vị trí hay hư hỏng xuất nhịp lặp, lặp cấp nguồn bình thường từ hai trạm cập bờ sau xảy shunt fault Tuy nhiên, cố khác xảy nhịp lặp khác, lặp nằm hai vị trí cố không cấp nguồn Vì sửa chữa cáp cần phải tiến hành khẩn cấp hệ thống hoạt động Định vị cố shunt fault thông thường thực đo điện thế/dòng điện từ trạm cập bờ Nếu cố xảy gần trạm cập bờ phương pháp đo xung điện phản hồi đủ để xác định xác vị trí cố Không thể định vị cố cách đo lường quang học đặc tính quang đường truyền không thay đổi shunt fault xuất Điện trở đường cấp nguồn khoảng 0,7 ohm/km nhiệt độ 30C, nhiệt độ thông thường đáy biển Điện áp sụt lặp hàng chục volt phụ thuộc vào thiết kế mạch lặp Thông thường, điện trở điện áp sụt lặp đo lường nhà máy sản xuất trước xuất xưởng ghi lại tài liệu bảo dưỡng Một điều quan trọng phải chuyển đổi thông số sản xuất thành liệu phù hợp với nhiệt độ đáy biển cách sử dụng hệ số nhịêt độ để có vị trí cố xác 5.3.1.2 Short fault Short fault nghĩa cáp bị cắt rời cố Nói cách khác, sợi quang, đường cấp nguồn lớp bảo vệ sợi quang bị cắt hai đầu, đường cấp nguồn bị trơ nước biển lặp cấp nguồn từ trạm cập bờ Định vị cố short fault thường thực cách đo điện thế/dòng điện đo lường giám sát lặp từ trạm cập bờ Ngoài ra, đo lường sử dụng COTDR hiệu việc định vị xác cố hệ thống khuếch đại quang sợi Đo lường giám sát lặp cho phép xác định nhịp lặp xảy cố, thông tin đo lường OTDR cho phép xác định khoảng cách từ trạm cập bờ đến vị trí xảy cố Trong trường hợp short fault xảy nhịp lặp đầu tiên, phương pháp đo lường OTDR truyền thống thực với công nghệ truyền dẫn quang cụ thể hệ thống 3R hay hệ thống lặp khuếch đại quang 113 5.3.1.3 Open fault Open fault nghĩa đường cấp nguồn cáp bị hở mạch với trạm cập bờ Loại cố xuất ít, xuất số trường hợp Một vị dụ mỏ neo kéo cáp với lực mạnh lớp cách điện vô tình bọc kín hai đầu bị cắt đường dẫn cấp nguồn Với open fault, phương pháp xác định vị trí cố ngoại trừ phương pháp đo điện dung lượng không cung cấp cho hệ thống cáp tiến hành trình kiểm tra điện hay quang, đo điện áp/dòng điện, đo lường giám sát lặp, đo lường C-OTDR Nếu cố xuất gần trạm cập bờ, định vị cố đo lường xung điện phản hồi Trong trường hợp open fault, đường dẫn cấp nguồn nước biển bị ngăn cách với lớp nhữa tổng hợp bị hở mạch điện trở thành tụ điện tính từ trạm cập bờ đến vị trí open fault Nói cách khác, điện dung đo tổng điện dung nhịp đoạn Thông thường điện dung nhịp cáp đo lường nhà máy trước xuất xưởng thông tin ghi vào tài liệu bảo dưỡng đính kèm Các sợi quang bị đứt vị trí open fault điều tất nhiên Vì thế, open fault xảy nhịp lặp ta sử dụng phương pháp OTDR truyền thống để xác định vị trí cố từ trạm cập bờ 5.3.1.4.Sự cố gãy sợi quang (fiber break fault) Thuật ngữ sử dụng sợi quang bị gãy lớp bảo vệ bên đường dẫn cấp nguồn không bị hư hại đáng kể Do đường cấp nguồn hoạt động bình thường nên cố xác định nhịp lặp dựa vào đo lường giám sát lặp Với hệ thống sử dụng khuếch đại quang, đo lường C-OTDR cho thông tin khoảng cách từ trạm cập bờ đến vị trí cố Nếu gãy sợi quang nhịp xác định vị trí cố cách đo lường OTDR trạm cập bờ 5.3.2 Quy trình sửa chữa cáp Quy trình sửa cáp giống tất trường hợp ngoại trừ trình thay lặp, rẽ nhánh hay vùng nước nông tàu cáp vào 114 Thông thường tàu cáp không vào vùng nước có độ sâu nhỏ từ 10→20 m tuỳ thuộc vào cỡ tàu, đặc điểm đáy bờ biển Dưới quy trình sửa chữa bản: 5.3.2.1 Xác định vị trí cố khu vực sửa chữa Để lấy cáp lên vị trí gần vị trí cố, tàu cáp tiến hành định vị lại vị trí cố đến vùng sửa chữa Với vùng nước nông thông thường nhỏ 700 m, cảm biến tín hiệu xoay chiều tần thấp thả xuống nước kéo theo tàu, tìm thấy tín hiệu xoay chiều tần số khoảng 20→25 Hz, cấp cho đường cấp nguồn từ trạm cập bờ Với vùng nước nông hơn, ROV trang bị cảm biến sử dụng cho nhiệm vụ Do ROV không hoạt động tốt độ sâu lớn 2500 m nên với vùng tàu cáp cắt giữ cáp dựa thông tin vị trí cố trạm cập bờ cung cấp 5.3.2.2.Quá trình cắt giữ cáp Để cắt cáp tàu cáp thả xuống kéo lê thiết bị cắt, cụ thể móc có lưỡi cắt Tàu cáp theo dõi lực căng dây kéo Quá trình cắt cáp xác nhận kiểm tra cáp, thường kiểm tra điện thế/dòng điện, từ trạm cập bờ Trạm cập bờ Tàu cáp Trạm cập bờ Dây thừng Cáp quang biển Thiết bị cắt Sự cố cáp Hình 5.5: Cắt cáp 5.3.2.3 Giữ cáp đưa đầu cáp lên tàu Sau cắt cáp tàu cáp giữ đưa cáp lên tàu Quá trình gần giống với trình cắt cáp Quá trình giữ cáp đưa cáp lên tàu thực khoảng cách 115 km so với vị trí cắt cáp để tránh cáp bị tuột khỏi móc Sau giám sát tăng lực căng dây kéo móc, tàu cáp dừng việc kéo lê bắt đầu đưa cáp lên tàu Trong trình đưa cáp lên tàu cáp cần di chuyển chậm, gần theo tốc độ kéo cáp, dọc theo tuyến cáp Tốc độ kéo cáp thường khoảng 0,1→2 knot tùy thuộc vào loại cáp Trạm cập bờ Tàu cáp Trạm cập bờ Dây thừng Cáp quang biển Thiết bị giữ Hình 5.6: Giữ cáp Móc cắt giữ cáp phát triển để cắt giữ cáp hiệu Móc cắt giữ cáp cắt giữ cáp liên tiếp lần thả kéo lê thiết bị 5.3.2.4 Gắn phao vào đầu cáp Cáp lấy lên kiểm tra tất phần cáp bị hư hỏng hay bị nước vào cắt bỏ Cáp tàu cáp trạm cáp kiểm tra điện quang, ví dụ cách đo điện trở cách điện hay dùng OTDR, sau cáp bịt kín gắn phao thả xuống biển 116 Trạm cập bờ Tàu cáp Trạm cập bờ Cáp quang biển Hình 5.7: Đưa đầu cáp lên bong Trạm cập bờ Tàu cáp Trạm cập bờ Phao Dây thừng Cáp quang biển Hình 5.8: Gắn phao 5.3.2.5 Giữ đưa lên tàu đầu cáp lại Tàu cáp di chuyển đến vị trí thích hợp để thực giữ lấy đầu cáp lại Quá trình tương tự trình giữ lấy cáp mục (5.3.2.3) Khi đầu cáp đưa lên bong tàu, kiểm tra quang điện tiến hành để xác định xác vị trí cố cáp 117 Trạm cập bờ Tàu cáp Trạm cập bờ Phao Dây thừng Cáp quang biển Hình 5.9: Giữ đầu cáp lại 5.3.2.6 Loại bỏ đoạn có cố thực mối nối thứ Cáp tiếp tục kéo lên tàu toàn đoạn cáp có cố đưa lên tàu Sự cố tất hư hỏng khác có phải xem xét để xác định nguyên nhân gây cố Các thông tin quan trọng cho hoạt động bảo vệ cáp sau Sau cáp cắt bong tàu, cách điểm cố hàng trăm mét để loại bỏ hoàn toàn hư hỏng Cáp kiểm tra quang điện để khẳng định không lỗi khác Quá trình kiểm tra tượng nước vào cáp tiến hành Cáp tiếp tục cắt bỏ không thấy dấu hiệu nước thấm Sau loại bỏ đoạn cáp có cố, đầu cáp nối với cáp thay tàu Mối nối gọi mối nối thứ Công nghệ UJ thường sử dụng để nối cáp trình Quá trình nối cáp thông thường gồm: chuẩn bị đầu cáp, lồng siết vòng kẹp sắt, nối sợi quang, đục, kiểm tra tia X, lắp ráp hộp Trước đúc mối nối sợi quang kiểm tra OTDR từ đầu cáp thay Và sau lắp ráp xong, mối nối quang lại kiểm tra lại OTDR 118 Trạm cập bờ Tàu cáp Trạm cập bờ Phao Dây thừng Cáp quang biển Hình 5.10: Loại bỏ cáp hỏng thực mối nối thứ 5.3.2.7 Rải đoạn cáp thay đến vị trí phao Sau hoàn thành mối nối, tàu cáp bắt đầu rải cáp thay theo hướng tiến phía phao thả Các kiểm tra điện trở cách điện đo OTDR tiếp tục tiến hành sau mối nối cáp thả xuống nước để chắn hoạt động bình thường nước Trạm cập bờ Trạm cập bờ Tàu cáp Phao Dây thừng Cáp quang biển Cáp quang biển thay Mối nối thứ Hình 5.11: Rải cáp thay 119 5.3.2.8 Lấy phao đầu cáp lên tàu Tàu cáp kéo phao lên tàu giữ cáp thay rải Khi đầu cáp gắn phao đưa lên tàu, kiểm tra điện quang tiến hành Trong trình tàu cáp phải giữ cáp lực căng thích hợp để không làm rối cáp nước Trạm cập bờ Cáp quang biển Trạm cập bờ Tàu cáp Cáp quang biển thay Mối nối thứ Hình 5.12: Lấy phao đầu cáp lên bong, thực mối nối cuối 5.3.2.9 Thực nối cáp thay đầu cáp lại (mối nối cuối cùng) Cáp thay rải nối với đầu cáp lại bong tàu Đây gọi mối nối cuối Trong trình thực sau hoàn thành mối nối, kiểm tra tiến hành trạm cập bờ Chủ yếu kiểm tra C-OTDR trạm cập bờ thực sau hàn nối sau đúc Năng lượng cấp cho hệ thống cáp từ trạm cập bờ trình kiểm tra 5.3.2.10 Thả mối nối Tàu cáp thả hộp nối mối nối cuối sau trạm cập bờ xác nhận hệ thống hoạt động bình thường Để tránh làm rối hay tạo vòng cáp quanh mối nối cuối cùng, tàu thả cáp với lực căng thích hợp sử dụng dây thừng minh hoạ hình Sau mối nối thả xuống nước, hệ thống cáp cấp nguồn mối nối cuối kiểm tra xuống tới đáy 120 Trạm cập bờ Trạm cập bờ Tàu cáp Dây thừng Cáp quang biển Mối nối thứ hai Mối nối thứ Hình 5.13: Thả dây buộc Thông thường, thiết bị chuyên dụng gọi releaser sử dụng để tháo dây thừng khỏi cáp đáy biển Sau xác nhận hệ thống hoạt động bình thường từ trạm cập bờ, tàu cáp tháo dây thừng rời khỏi khu vực sửa chữa Trạm cập bờ Trạm cập bờ Tàu cáp Cáp quang biển Mối nối thứ hai Mối nối thứ Hình 5.14: Hoàn thành trình sửa chữa 121 5.3.2.11 Các trình khác Quy trình sửa chữa quy trình bản, thực tế thay đổi tùy thuộc vào trạng thái thực tế cố Tất nhiên, sửa chữa bao gồm việc thay lặp hay rẽ nhánh phải cần có quy trình tiến hành khác Ngoài ra, sửa chữa đoạn cáp chôn cần có công cụ chuyên dụng, chẳng hạn thiết bị cắt giữ dùng cho cáp chôn, cần thực chôn lại cáp ROV 5.3.3 Trao đổi thông tin trình sửa chữa Để trình sửa chữa tiến hành thuận lợi hiệu quả, thông tin cần thiết phải thường xuyên trao đổi chuyên gia bảo dưỡng nguời tiến hành sửa chữa tàu trước, sau hoàn thành trình sửa chữa 5.3.4 Cải tiến trình sửa chữa cáp Quy trình sửa chữa cáp gồm: định vị cố, móc cáp, vớt cáp, nối cáp, tháo dây buộc cáp… không thay đổi thời gian dài Tuy nhiên, cải tiến tiến hành bước chẳng hạn như:  Định vị cố ROV hay AUV  Hệ thống định vị động tàu cáp  Móc cắt giữ cáp  Công nghệ nối thống  Trao đổi thông tin tàu cáp, trạm cập bờ trung tâm điều khiển thông qua internet  Chôn lại cáp ROV Công nghệ, quy trình sửa chữa bảo vệ cáp phải nghiên cứu cải tiến nhằm nâng cao độ tin cậy khả phục hồi nhanh cho hệ thống cáp quang biển 122 KẾT LUẬN Đề tài thực nghiên cứu đề xuất công nghệ, giải pháp xây dựng hệ thống cáp quang biển Việt Nam Những đánh giá phân tích mô sử dụng tài liệu tham khảo cho nhà nghiên cứu hoạch định kế hoạch phát triển hệ thống cáp quang biển tương lai, để từ có bước hợp lý, đảm bảo tính kinh tế chất lượng hệ thống, phù hợp với thực tế Việt Nam 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO Viện Điện tử - Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (2011), Giáo trình thông tin quang Bùi Thế Quân, Đặng Trần Chiến (2009), Tài liệu lưu hành nội Viettel http://www.itu.int/rec/T-REC-G.655/en http://www.sacomwirecable.com.vn/san-pham/cap-vien-thong/cap-quang/thong-soky-thuat-soi-quang.html http://diendanmaychu.vn/showthread.php/1020-Gi%E1%BB%9Bithi%E1%BB%87u-v%E1%BB%81-s%E1%BB%A3i-quang http://daihocphuongdong.edu.vn/cntt/HTcapquangbienvaungdung.pdf https://www.nanog.org/meetings/nanog43/presentations/Demystifying_Bahsoun_N 43.pdf http://www.e-ptit.edu.vn/hoctap/hoclieu/TTQ2.pdf http://vi.scribd.com/doc/61240929/Quan-Ly-Tan-Sac-Bu-Tan-Sac-BangDCF#scribd 10 http://www.vnpt.vn/Default.aspx?tabid=79&IntroId=1265&temidclicked=1265 11 http://www.xtera.com/en-US/Products/NXT/NXTTechnicalInformation 12 http://www.fujitsu.com/downloads/TEL/fnc/submarine/fujitsu_submarine_network s.pdf 13 http://www.eassy.org/network_subtech_2.html 14 http://www.eassy.org/ 15 http://swittersb.wordpress.com/2010/01/08/enviro-surge-scourge-mansmiscalculations-upon-the-resources/longline/ 16 http://fish.gov.au/fishing_methods/Pages/traps_and_pots.aspx 17 http://www.k-kcs.co.jp/english/facilitiesPlow.html 18 http://www.k-kcs.co.jp/english/facilitiesROV.html 19 http://www.k-kcs.co.jp/english/facilitiesMarcas3.html 20 http://www.k-kcs.co.jp/english/solutionInstallation.html 21 http://www.youtube.com/watch?v=Gsoo_BOwrrM 22 http://auvac.org/platforms/view/243 23 http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=852529 24 http://www.trenchlessonline.com/index/webapp-stories-action/id.1001 25 http://en.wikipedia.org/wiki/Echo_sounding 26 http://en.wikipedia.org/wiki/Side-scan_sonar 27 http://www.capquang-vnpt.com.vn/kham-pha-thong-cap-quang-duoi-bien-1149/ 124