7/28/2019 Latest Generation Subsea Observatory Standards

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L a t e s t G e n e r a t i o n Subsea O b s e r v a t o r y S t a n d a r d s -ASystems A r c h i t e c t u r e Review

S t e w a r t B a r l o w , J o h n F l y n n , W i l l MudgeO c e a n D e s i g n I n c .1 0 2 6 N o r t h W i l l i a m s o n B l v d .D a y t o n a B e a c h , FL 3 2 1 1 4 U . S . A .

A b s t r a c t - W i t h t h e a d v e n t o f t h e m o d e r n s u b s e a o b s e r v a t o r y ,t w o b a s i c s y s t e m a r c h i t e c t u r e s h a v e e m e r g e d e n a b l i n g t h es c i e n t i f i c c o m m u n i t y t o s t u d y t h e o c e a n s i n a n e f f i c i e n t mannerf o r t h e r e g i o n o f i n t e r e s t , p r o v i d i n g c o s t e f f i c i e n t , r e l i a b l e , a n dp r o v e n s o l u t i o n s . E t h e r n e t a n d o p t i c a l n e t w o r k s d o m i n a t e s u b s e ac o m m u n i c a t i o n s a r c h i t e c t u r e s a s u t i l i z e d o n p r o g r a m s s u c h a sMARS, VENUS, NEPTUNE, a n d NEMO d u e t o t h e a l r e a d yd e v e l o p e d a n d p r o v e n t e l e c o m m u n i c a t i o n s h a r d w a r e u s e d i n e a c ha p p l i c a t i o n . W i t h t h e t w o b a s i c h a r d w a r e c o n f i g u r a t i o n s t h e s eo b s e r v a t o r i e s e m p l o y , a s t a n d a r d c o n f i g u r a t i o n h a s b e e ng e n e r a t e d t h a t may e n a b l e e x p e r i m e n t s t o b e moved b e t w e e no b s e r v a t o r i e s . T h i s s i m p l e f u n c t io n o f i n t e r c o n n e c t i v i t y f o re x p e r i m e n t s b e t w e e n o b s e r v a t o r i e s e n a b l e s t h e s t u d y o fo c e a n o g r a p h i c e v e n t s o n a g l o b a l s c a l e f o r t h e f i r s t t i m e i n h i s t o r yw h i l e c r e a t i n g e f f i c i e n c i e s f o r f u n d i n g . W i t h c u r r e n t l y p l a n n e dh a r d w a r e , a s i n g l e e x p e r i m e n t may s t u d y a t l e a s t f o u r d i f f e r e n tg e o g r a p h i c r e g i o n s w i t h a minimum o f t h r e e more l o c a t i o n sa v a i l a b l e i n t h e n e a r f u t u r e .

T h e t h r e e m a i n f a c t o r s t h a t d e f i n e t h e a r c h i t e c t u r er e q u i r e m e n t s o f a m o d e r n s u bs e a o bs e rv a t o r y a r e p o w e r ,c o m m u n i c a t i o n r a t e , a n d t h e d i s t a n c e r e q u i r e d b e t w e e n r e g i o n s o fi n t e r e s t . Power d e f i n e s t h e a b i l i t i e s o f t h e n o d e t o s u p p o r t h i ghw a t t a g e e q u i p m e n t l i k e l i g h t s a n d o t h e r s e n s o r a r r a y s , w h i l e a l s oa f f e c t i n g s t e p - o u t d i s t a n c e d u e t o t h e d e c r e a s e i n v o l t a g e b a s e d o nr e s i s t i v e l o a d s . C o m m u n i c a t i o n r a t e s a r e v i t a l a s t h e y d e f i ne t hes y s t e m s a b i l i t y t o s u p p o r t i n s t r u m e n t s w i t h h i g h b a n d w i d t h s u c ha s c a m e r a s a n d r e m a in c o m p e t e n t o v e r t h e i r d e s i g n l i f e s p a n s . A st h e n e e d i n c r e a s e s f o r s u b s e a i n f o r m a t i o n , s o w i l l t h e r e q u i r e m e n tf o r d a t a r a t e s . O b s e r v a t o r i e s n e e d t o b e a b l e t o u p g r a d et h r o u g h o u t t h e i r l i v e s t o e n s u r e t h e y a r e a b l e t o m e e t t h e n e e d s o ff u t u r e e x p e r i m e n t s . S u b s e a o b s e r v a t o r i e s a l s o m a i n t a i n t h ec a p a b i l i t y t o b e e x p a n d a b l e i n t o a n e n t i r e s u b s e a l o c a l a r e an e t w o r k ( L A N ) o f s e n s o r s c r e a t i n g a n e e d t o e v a l u a t e s t e p - o u td i s t a n c e s a n d r e p e a t e r s . E t h e r n e t - b a s e d c o m m u n i c a t i o n s h a v e amaximum l e n g t h o f 7 0 m e t e r s m a k i n g t h e m i d e a l f o r s p e c i f i cr e g i o n s o f i n t e r e s t . A s s o m e a p p l i c a t i o n s h a v e f o u n d , t h e r e g i o n so f i n t e r e s t c a n s p a n many more s q u a r e k i l o m e t e r s t h a n i sl o g i s t i c a l l y v i a b l e f o r E t h e r n e t - b a s e d c o m m u n i c a t i o n sa r c h i t e c t u r e s t o s u p p o r t , l e a d i n g t o t h e n e e d f o r a n o p t i c a l l y -b a s e d c o m m u n i c a t i o n s a r c h i t e c t u r e w h i c h i s a b l e t o s u p p o r t muchl o n g e r s t e p - o u t s . U s i n g a s t a n d a r d s e t o f e x i s t i n g e q u i p m e n t t h a ti s d e s i g n e d f o r , a n d c a n b e c o n f i g u r e d f o r , e a c h s p e c i f i ca p p l i c a t i o n ' s e n v i r o n m e n t w i l l m i n i m i z e t h e c o s t a n d i m p r o v e t h er e l i a b i l i t y o f t h e s y s t e m b y r e m o v i n g t h e n e e d f o r e n g i n e e r i n g a n dq u a l i f i c a t i o n o f new a n d u n p r o v e n h a r d w a r e .T h i s p a p e r w i l l p r e s e n t a n o v e r v i e w o f t he l a t e s t g e n e r a t i o n o fs u b s e a o b s e r v a t o r i e s ; f o c u s i n g o n t h e s y s t e m a r c h i t e c t u r e a n dd i s c u s s i n g e n a b l i n g i n t e r c o n n e c t h a r d w a r e c u r r e n t l y a v a i l a b l e , a sw e l l a s h i g h l i g h t i n g f u t u r e p o s s i b i l i t i e s . C u r r e n t t e c h n o l o g i e s i ne a c h o f t h e t h re e m a i n f a c t o r s w i l l b e e x p l o r e d a n d d i s c u s s e d w i t hs p e c i a l e m p h a s i s o n ho w t o d e s i g n t h e m o s t r e l i a b l e s y s t e m

p o s s i b l e w h i l e r e d u c i n g p r o j e c t c o s t s d u e t o d e s i g n a n dd e v e l o p m e n t w o r k . S p e c i f i c e x a m p l e s f r o m c u r r e n t s u b s e ao b s e r v a t o r i e s w i l l b e c i t e d , i n c l u d i n g t h e i r p r o v e n h a r d w a r ec h o i c e s , d e m o n s t r a t i n g t h e y h a v e a c h i e v e d a s u b s e a i n t e r f a c es t a n d a r d b e t w e e n p r o g r a m s p r o v i d i n g a g l o b a l s o l u t i o n t o t h es c i e n t i f i c c o m m u n i t y .I . I N T R O D U C T I O N

A s t h e b e n e f i t s o f s u b s e a o b s e r v a t o r i e s c o n t i n u e t os u r f a c e w i t h i n t h e s c i e n t i f i c c o m m u n i t y m o r e a n d m o r es y s t e m s a r e p l a n n e d a n d d e p l o y e d . U n d e r s t a n d i n g w h i c ht e c h n o l o g i e s t h e e x i s t i n g o b s e r v a t o r i e s h a v e p i o n e e r e d ,c o u p l e d w i t h e x p e r i e n c e s f r o m s i m i l a r d e e p w a t e r p r o j e c t s s u c ha s O i l & G a s a n d t e l e c o m m u n i c a t i o n s , a i d f u t u r e p r o j e c t s b ye s t a b l i s h i n g a b a s i c s t a n d a r d o f e x i s t i n g a n d p r o v e n h a r d w a r e .T h e s e s t a n d a r d s c r e a t e f u n d i n g e f f i c i e n c i e s b y p r o v i d i n gc o m p a r i s o n s f o r e s t i m a t e d p r o j e c t c o s t s , m o d u l a r i t y o fc o m p o n e n t s , a n d p o s s i b l y e l i m i n a t i n g e x p e n s i v ed e s i g n / d e v e l o p m e n t c o s t s . T h i s s t a n d a r d may a l s o a l l o w as i n g l e e x p e r i m e n t t o b e d e p l o y e d o n m u l t i p l e d i f f e r e n to b s e r v a t o r i e s a r o u n d t h e w o r l d e n a b l i n g t h e g l o b a l s t u d y o fl o n g - t e r m d e e p w a t e r e v e n t s .T a k i n g a d v a n t a g e o f e q u i p m e n t f r o m t h e s u b s e at e l e c o m m u n i c a t i o n s i n d u s t r y a n d t h e O i l & G a s I n d u s t r y h a sa l w a y s b e e n p a r t o f t h e o r i g i n a l i n t e n t i o n o f e v e n t h e f i r s ts u b s e a o b s e r v a t o r i e s . F o r e x a m p l e , i n t h e e a r l y 1 9 9 0 ' s J a p a n ' sV e n u s p r o j e c t u s e d a d e p l o y e d e l e c t r i c a l t e l e c o m m u n i c a t i o n sc a b l e w h i c h e n a b l e d s c i e n t i s t s t o d o s o m e t h i n g t h a t h a d n e v e rb e e n d o n e b e f o r e w h i l e a l s o n o t i n v e n t i n g t h e s y s t e m f r o m t h eg r o u n d u p . T h e o b s e r v a t o r i e s u n d e r w a y t o d a y u s e t h e m o s ta d v a n c e d e q u i p m e n t a v a i l a b l e t o t h e m f r o m t h e v a r i o u s s u b s e ai n d u s t r i e s . T h e new o p t i c a l / e l e c t r i c a l b a s e d c a b l e p e r m i t s al e v e l o f c o m m u n i c a t i o n w i t h t h e o b s e r v a t o r y t h a t i s s o h i g h i tc a n c a r r y t h e s i g n a l f r o m m u l t i p l e e x p e r i m e n t s a n d h i g hd e f i n i t i o n c a m e r a s w h i l e s i m u l t a n e o u s l y s u p p l y i n g t h e m w i t ha l l o f t h e y p o w e r t h e y r e q u i r e a t a c on s t a nt r a t e f r o m t h e s h o r eb a s e d s t a t i o n . T h e t e c h n o l o g y h a s b e e n m a t u r e d b y t h et e l e c o m m u n i c a t i o n s i n d u s t r y t o t h e p o i n t w h e r e a 2 5 y e a rd e p l o y m e n t i s t h e a c k n o w l e d g e d s t a n d a r d f o r t h e c a b l e s y s t e m .E q u i p m e n t p i o n e e r e d b y t h e o i l a n d g a s i n d u s t r y i se m p l o y e d t o d i s t r i b u t e t h e s i g n a l f r o m t h e t e l e c o m m u n i c a t i o n sc a b l e t o m u l t i p l e e x p e r i m e n t s s i m u l t a n e o u s l y . C a m e r o n , GEV e t c o , A k e r K v a e r n e r , FMC, a n d many o t h e r s h a v e b e e n u s i n gs u b s e a c o n t r o l m o d u l e s t o d i s t r i b u t e s i g n a l s t o v a l v e s a n dm a n i f o l d s s i n c e t h e e a r l y d a y s o f t h e s u b s e a w e l l - h e a d s . T h i s

0 - 9 3 3 9 5 7 - 3 5 - 1 2 0 0 7 MTS

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t e c h n o l o g y i s d i r e c t l y r e l a t i v e t o a n o b s e r v a t o r y a s t h e c o n t r o lm o d u l e s a n d p o w e r p r o c e s s i n g c o m p o n e n t s e m u l a t e t h er e q u i r e m e n t s n e e d e d b y a n o b s e r v a t o r y . T h e s e s a m ec o m p a n i e s c o n t i n u e t o p i o n e e r o t h e r t e c h n o l o g i e s t h a t a r e i nd i r e c t r e l a t i o n s h i p t o t h e o c e a n o g r a p h i c a n d r e n e w a b l e e n e r g ym a r k e t s . H i g h p o w e r s u b s e a p u m p i n g a n d h e a t i n g s y s t e m sh a v e g r o w n t r e m e n d o u s l y o v e r t h e l a s t 5 y e a r s b a s e d o n t h eg l o b a l d e m a n d a n d e l e v a t e d p r i c e s f o r h y d r o c a r b o n s , m a k i n gm o r e o f y e s t e r d a y ' s q u e s t i o n a b l e f i e l d s v i a b l e f o r p r o d u c t i o nt o d a y . T h e h i g h p o w e r c o n n e c t o r o r i g i n a l l y d e v e l o p e d f o rt h e s e o i l a n d g a s a p p l i c a t i o n s r e q u i r e d o n l y m i n i m a lq u a l i f i c a t i o n , p r i m a r i l y a DC r a t i n g , t o b e a d a p t e d t o t h eo r i g i n a l o b s e r v a t o r i e s . I t h a s n o w b e c o m e a s t a n d a r d w h e np l a n n i n g new o b s e r v a t o r i e s u t i l i z i n g t e l e c o m s t y l e c a b l e s t op r o v i d e p o w e r a n d d a t a t r a n s m i s s i o n .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .$ 1 . . . . . . . . . . Y . . .

F i g u r e 1 . O i l & G a s C o m m u n i c a t i o n D i s t r i b u t i o n C e n t e r .T y i n g t h e s e t w o t e c h n o l o g i e s t o g e t h e r r e q u i r e s a f i n a lt e c h n o l o g y t h a t w a s o r i g i n a l l y d e v e l o p e d t o s u p p o r t b o t h o ft h e s e a p p l i c a t i o n s . T h e e l e c t r i c a l w e t - m a t e a b l e , h i g h p o w e re l e c t r i c a l w e t - m a t e a b l e , o p t i c a l w e t - m a t e a b l e a n d

e l e c t r i c a l / o p t i c a l h y b r i d w e t - m a t e a b l e c o n n e c t o r s a r e r e q u i r e dt o e n a b l e a n o b s e r v a t o r y t o a d a p t t o t h e t e l e c o m m u n i c a t i o n sl i n e a n d p i p e t h e p r o c e s s e d s i g n a l s o u t t o e i t h e r a n o t h e rs e c o n d a r y o b s e r v a t o r y o r a n i n d i v i d u a l e x p e r i m e n t . A w o r k i n gk n o w l e d g e o f t h e s e t e c h n o l o g i e s d u r i n g t h e p l a n n i n g p h a s e s o fa s u b s e a s y s t e m i s i m p e r a t i v e t o r e d u c e p r o j e c t c o s t s a n d l e a dt i m e s w h i l e a l s o i m p r o v i n g p r o j e c t r e l i a b i l i t y f i g u r e s . U s i n ge x i s t i n g , p r o v e n , q u a l i f i e d h a r d w a r e w i l l i m m e a s u r a b l y b e n e f i tt h e e n d u s e r s o f t h e s y s t e m b y p r o v i d i n g a d e p e n d a b l e ,u p g r a d e a b l e , s e r v i c e a b l e , a n d c o m p e t e n t r e s e a r c h p l a t f o r m .T h i s p a p e r w i l l r e v i e w t h e c u r r e n t h a r d w a r e s l a t e d f o r m u l t i p l ep r o j e c t s a n d c i t e how e x i s t i n g h a r d w a r e a n d a r c h i t e c t u r e s w e r ea d a p t e d f r o m v a r i o u s i n d u s t r i e s t o p r o v i d e a h i g h r e l i a b i l i t y ,l o w c o s t s y s t e m . T h e u s e o f W e t - m a t e a b l e c o n n e c t o r s h a se n a b l e d o b s e r v a t o r i e s t o c o m b i n e t h e e x i s t i n gt e l e c o m m u n i c a t i o n s h a r d w a r e t o a n i n f r a s t r u c t u r e c a p a b l e o fp r o c e s s i n g o p t i c a l s i g n a l s a n d v o l t a g e s f o r m u l t i p l ee x p e r i m e n t s o r l o c a l a r e a n e t w o r k s i n a f a s h i o n t h a t i s b o t hm o d u l a r a n d e x p a n d a b l e f o r c o n s i d e r a t i o n s t o w a r d l o w e r i n gt o t a l i n s t a l l a t i o n c o s t s , t o t a l o p e r a t i o n s a n d m a i n t e n a n c e c o s t sa n d t o t a l l i f e c y c l e c o s t s .

I I . A N C I L L A R Y I N F R A S T R U C T U R E A R C H I T E C T U R ET h e p r e m i s e b e h i n d a s u b s e a o b s e r v a t o r y i s t o s t u d y e v e n t si n r e m o t e l o c a t i o n s w i t h i n t h e o c e a n s a n d p r o v i d e r e a l - t i m ed a t a t o s c i e n t i s t s a r o u n d t h e w o r l d . O n c e t h e d a t a i s r e c e i v e df r o m t h e o b s e r v a t o r y i t i s p i p e d v i a t h e I n t e r n e t t o c o m p u t e r s

a r o u n d t h e w o r l d f o r a n a l y s i s . T o c r e a t e t h i s n e t w o r k o f s u b s e ai n f o r m a t i o n r e q u i r e s a s u p p o r t s t r u c t u r e c a p a b l e o f r e t r i e v i n gt h e d a t a f r o m e x p e r i m e n t s a n d p r e p a r i n g i t f o r t r a n s m i s s i o n . Ap r i m a r y t e c h n o l o g y f o r t h i s p o r t i o n o f t h e o b s e r v a t o r i e s c o m e sf r o m t h e t e l e c o m m u n i c a t i o n s i n d u s t r y . S i n c e t h e l a t e 1 9 8 0 ' sc o m m u n i c a t i o n s c o m p a n i e s h a v e b e e n u s i n g o p t i c a l s i g n a l s t ot r a n s m i t d a t a a c r o s s t h e E a r t h ' s o c e a n s . O p t i c a l / E l e c t r i c a lc a b l e , s i g n a l r e p e a t e r s , s h o r e s s t a t i o n s , b r a n c h i n g u n i t s , a n dc a b l e t e r m i n a t i o n s h a v e a l l b e e n m a n u f a c t u r e d a n d q u a l i f i e df o r t h e s e a p p l i c a t i o n s p r o v i d i n g p r o v e n s o l u t i o n s f r o m w h i c ht o b u i l d a s u b s e a o b s e r v a t o r y . By u s i n g t h i s e x i s t i n g h a r d w a r ea s o l u t i o n f o r g e t t i n g t h e i n f o r m a t i o n f r o m a r e m o t e l o c a t i o n t ot h e I n t e r n e t i s p r o v i d e d , b u t i t a l s o c o m e s w i t h a s t a n d a r d s e tf o r t h f r o m t h e t e l e c o m m u n i c a t i o n s i n d u s t r y f o r b o t h o p t i c a ls i g n a l s a n d e l e c t r i c a l p o w e r . F o r t u n a t e l y t h e p o w e r s t a n d a r d i sl a r g e e n o u g h t o e n a b l e o b s e r v a t o r i e s t o r u n a l m o s t a n ye x p e r i m e n t y e t c o n c e i v e d b u t r e q u i r e s a s t e p - d o w n t r a n s f o r m e rt o b r i n g i t t o a m o r e m a n a g e a b l e v o l t a g e . L i k e w i s e , t h e o p t i c a ls i g n a l s h a v e b e e n a s t a n d a r d o n - s h o r e f o r o v e r t w e n t y y e a r sm a k i n g s u p p o r t i n g h a r d w a r e e a s y t o f i n d a n d u s e .T o a d a p t t h e t e l e c o m m u n i c a t i o n s i n d u s t r i e s t e c h n o l o g y t ot h e r e q u i r e m e n t s o f t h e s u b s e a o b s e r v a t o r y a s y s t e m i s n e e d e dt o t e r m i n a t e a h y b r i d o p t i c a l / e l e c t r i c a l c a b l e s u b s e a . T h et e r m i n a t i o n m u s t p e r m i t m u l t i p l e i n s t r u m e n t s t o s e n d a n dr e c e i v e d a t a t o a s h o r e b a s e d s t a t i o n w h i l e a l s o b e i n gm a n a g e a b l e b y e i t h e r a s h i p o r r e m o t e o p e r a t e d v e h i c l e ( R O V ) .I n t h e i n t e r e s t o f c o s t a n d m o d u l a r i t y , m o s t p r o j e c t s h a v ec h o s e n t o h a v e a n ROV m a i n t a i n a b l e s y s t e m i n s t e a d o f t h ea l t e r n a t e c a b l e l a y i n g s h i p i n c r e a s i n gm a i n t a i n a b i l i t y / s e r v i c e a b i l i t y , a n d i n c r e a s i n g t h e p l u g a n d p l a yn a t u r e o f t h e o b s e r v a t o r y . T h e e n a b l i n g t e c h n o l o g y t y i n g t h et e l e c o m s i n d u s t r y t o o t h e r t e c h n o l o g i e s , w h i l e m a i n t a i n i n g t h ep r e m i s e o f t h e o b s e r v a t o r y , i s t h e w e t - m a t e a b l e o p t i c a l a n de l e c t r i c a l c o n n e c t o r s .

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O p t i c a l c o n n e c t o r s a r e u s e d t o b r i n g t h e c o m m u n i c a t i o n ss i g n a l o u t o f a s t a n d a r d r e p e a t e r h o u s i n g a n d a h i g h p o w e rc o n n e c t o r i s u s e d t o b r i n g t h e s t a n d a r d 1OkVDC p o w e r f r o mt h e s a m e h o u s i n g . T h e s e c o n n e c t o r s may t h e n m a t e t o as t a n d a r d , m o d u l a r , n o d e f o r p r o c e s s i n g a n d d i s t r i b u t i o n . T h ec o n n e c t o r s a l l o w t h e c a b l e t e r m i n a t i o n a n d l a y i n g p r o c e s s e s t ob e c o mp l e t e ly i n de p e n de n t o f t h e n o d e a n d e x p e r i m e n t s . T h i sa l l o w s t h e n o d e f o r t h e o b s e r v a t o r y t o b e r e m o v e d a n d u p g r a d eo r s e r v i c e d w i t h o u t t h e n e e d t o r e t r i e v e t h e s h o r e c a b l e o r t r a w lr e s i s t a n t f r a m e .

H i g h P o w e r C o n n e c t o r C a b l e T e r m i n a t i o n

O p t i c a l C o n n e c t o rI ,

F i g u r e 2 . C o n n e c t o r i z a t i o n o f T e l e c o m m u n i c a t i o n s C a b l eT e r m i n a t i o nT h e o f f s h o r e O i l & G a s I n d u s t r y b e g a n u s i n g o p t i c a l

c o n n e c t o r s i n t h e m i d 1 9 9 0 ' s f o r c o m m u n i c a t i o n s t o t h e i rs u b s e a c o n t r o l m o d u l e s . T h e s e c o n t r o l m o d u l e s a r e s i m i l a r t ot h e o b s e r v a t o r i e s i n t h a t t h e y r e t r i e v e i n f o r m a t i o n f r o m manys u b s e a w e l l s , p r o c e s s t h e i n f o r m a t i o n , a n d c o m m u n i c a t e i t t o as u r f a c e c o n t r o l u n i t a b o a r d t h e o i l r i g . F o r t h i s r e a s o n , o p t i c a lw e t - m a t e a b l e c o n n e c t o r s w e r e d e v e l o p e d , q u a l i f i e d , d e p l o y e d ,a n d p r o v e n i n f i e l d c o n d i t i o n s . T h e y c o n t i n u e t o p r o v i d e a no f f - t h e - s h e l f t y p e s o l u t i o n t o many o t h e r a p p l i c a t i o n s i n c l u d i n gt h e s u b s e a o b s e r v a t o r y a n d h a v e b e c o m e t h e s t a n d a r d i n t h e o i la n d g a s i n d u s t r y . T h e R o l l i n g -S e a l o p t i c a l w e t - m a t e a b l e c o n n e c t o r w a s t h e o r i g i n a l o p t i c a lc o n n e c t o r a n d h a s b e c o m e t h e s t a n d a r d w i t h i n t h e i n d u s t r y . I tp e r m i t s u p t o 8 o p t i c a l c i r c u i t s t o b e c on ne ct e d s u b s e a am i n i m u m o f 1 0 0 t i m e s w i t h o u t a n y c o n c e r n t o t h e s u r r o u n d i n gs u b s e a e n v ir o n m e n t w i t h l i t t l e o p t i c a l l o s s ( < 0 . 7 5 d B ) .

I n r e c e n t y e a r s t h e i n c r e a s e d c o s t o f p e t ro l e u m h a s m a d e t h ep u r s u i t o f d e e p e r , m o r e c o s t l y o i l r e a s o n a b l e . O i l c o m p a n i e sc o n t i n u e t o move t o c o l d e r , d e e p e r c l i m a t e s w i t h h i g h e rv i s c o s i t y o i l , d r i v i n g t h e n e e d f o r new t e c h n o l o g i e s t o a i d i nt h e r e t r i e v a l o f t h e o i l . S u b s e a p u m p i n g a n d p i p e l i n e h e a t i n gs y s t e m s h a v e d r i v e n t h e c o n n e c t o r i n d u s t r y i n t o d e v e l o p i n gw e t - m a t e a b l e c o n n e c t o r s c a p a b l e o f h a nd l in g many h u n d r e d so f t ho us a n ds o f w a t t s t o p r o v i d e t h e p o w e r n e c e s s a r y f o r t h i st y p e o f h a r d w a r e . T h e s e c o n n e c t o r s b e c o m e t h e e n a b l i n gt e c h n o l o g y b e t w e e n t h e p r o v e n s u b s e a c o n t r o l m o d u l e s a n d t h ep r o v e n t e l e c o m m u n i c a t i o n s c a b l e s p r o v i d i n g a c o n n e c t i o nm e c h a n i s m f o r t h e i n d u s t r y - s t a n d a r d 1OkVDC t o t h e s u b s e as t e p - d o w n t r a n s f o r m e r . S i m i l a r t o t h e a f o r e m e n t i o n e d o p t i c a lc o n n e c t o r , t h e h i g h p o w e r c o n n e c t o r p e r m i t s t h e s h o r e c a b l e t ob e k e p t s e p a r a t e f o r t h e n o d e r e d u c i n g p r o j e c t c o s t s a n di n c r e a s i n g m a i n t a i n a b i l i t y , s e r v i c e a b i l i t y , a n d t h e n o d e s a b i l i t yt o b e u p g r a d e d a s t h e n e e d s o f t h e s c i e n t i f i c c o m m u n i t y c h a n g e .By u s i n g a c o n n e c t o r i z e d o p t i c a l / e l e c t r i c a lt e l e c o m m u n i c a t i o n s c a b l e , t h e s u b s e a o b s e r v a t o r y no w h a s t h ea b i l i t y t o r e m o v e t h e m o s t c o m p l e x p a r t o f t h e s y s t e m a n dr e p a i r / r e p l a c e a s n e c e s s a r y . C o n n e c t o r s a l s o l e n d t h e m s e l v e st o p r o v i d i n g a n e x p a n s i o n p o r t f o r t h e s u b s e a n o d e i t s e l f b ya l l o w i n g s e c o n d a r y o b s e r v a t o r i e s t o b r a n c h o f f o f a p r i m a r yo b s e r v a t o r y a s c u r r e n t l y s l a t e d i n t h e N E P T U N E p r o g r a m .

I I I . NODE A R C H I T E C T U R EAn o b s e r v a t o r y ' s s t r o n g e s t p o i n t i s i t s a b i l i t y t o c o l l e c t d a t af r o m , a n d p r o v i d e p o w e r f o r , m u l t i p l e i n s t r u m e n t ss i m u l t a n e o u s l y w h i l e p e r m i t t i n g t h o s e e x p e r i m e n t s t o b ec h a n g e d / m a i n t a i n e d a s n e c e s s a r y . T h e n o d e i s r e q u i r e d t or e c e i v e t h e s i g n a l s f r o m t h e t e l e c o m m u n i c a t i o n s c a b l e a n d

p r o c e s s t h e m i n t o a f o r m a t t h a t i s e a s i l y u s e d b y v a r i o u si n s t r u m e n t s . A n y t h i n g f r o m a n a n a l o g i n s t r u m e n t s u c h a s ah y d r o p h o n e , p r e s s u r e s e n s o r , t e m p e r a t u r e s e n s o r , o r s a l i n i t ym o n i t o r t o m o r e c o m p l e x i n s t r u m e n t a t i o n s u c h a s a h i g hd e f i n i t i o n c a m e r a m u s t b e a b l e t o b e i n s t a l l e d o n t o t h e n o d ea n d w o r k w i t h t h e o p t i c a l b a s e d s h o r e c a b l e . S i m i l a r l y t h e s ee x p e r i m e n t s d o n o t o p e r a t e o n 1OkVDC s o t h e n o d e m u s tc o n t a i n a p o w e r p r o c e s s i n g f a c i l i t y c a p a b l e o f s t e p p i n g t h ev o l t a g e d o w n t o a u s a b l e v a l u e w h i l e m a i n t a i n i n g t h e r e q u i r e dp o w e r .

F i g u r e 3 . R o l l i n g - S e a l O p t i c a l C o n n e c t o r .

0 - 9 3 3 9 5 7 - 3 5 - 1 2 0 0 7 MTS

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A t y p i c a l n o d e c o n s i s t s o f 4 m a i n c o m p o n e n t s : T h e p o w e rp r o c e s s i n g p r e s s u r e v e s s e l , t h e c o m m u n i c a t i o n s p r e s s u r e v e s s e l ,t h e ROV d e p l o y a b l e f r a m e a n d c a t h o d e , a n d t h e w e t - m a t e a b l ec o n n e c t o r s u i t e . T h e p o w e r p r o c e s s i n g v e s s e l a n d t h ec o m m u n i c a t i o n p r e s s u r e v e s s e l c l e a n t h e s i g n a l s f r o m t h et e l e c o m s c a b l e u p t o a l l o w t h e s c i e n c e p o r t s t o c o m m u n i c a t ew i t h t h e s h o r e s t a t i o n s , t h e f r a m e w o r k a i d s i n t h e d e p l o y m e n to f t h e n o d e t o t h e a l r e a d y i n s t a l l e d f r a m e , a n d t h e c o n n e c t o rs u i t e p r o v i d e s t h e i n t e r c o n n e c t i v i t y r e q u i r e d t o u s e t h eo b s e r v a t o r y . C u r r e n t l y t h e r e a r e o n l y t w o b a s i c a r c h i t e c t u r e sf o r t h e s u b s e a n o d e b a s e d o n t h e u s e o f e x i s t i n gt e l e c o m m u n i c a t i o n s h a r d w a r e . T h e p o w e r f r o m t h e c a b l e i st h e s a m e i n b o t h c a s e s a t 1 OkVDC s o a l l t h a t n e e d b ee v a l u a t e d f o r t h i s s t u d y i s t h e c o m m u n i c a t i o n s s i g n a l .L o g i s t i c a l l y i t i s n o t r e a s o n a b l e t o u s e e l e c t r i c a l l y b a s e dc o m m u n i c a t i o n s s i g n a l s o v e r l o n g d i s t a n c e s , t h u s t e l e c o m sc a b l e e m p l o y s a n o p t i c a l b a s e d a r c h i t e c t u r e . T h e d e c i d i n gf a c t o r i n t h e n o d e i s w h e t h e r t o p r o c e s s t h e o p t i c a l s i g n a l t o a ne l e c t r i c a l s i g n a l a t t h e p r i m a r y n o d e , o r t o m u l t i p l e x t h e s i g n a l st o t h e v a r i o u s s c i e n c e p o r t s a n d p r o c e s s t h e o p t i c a l s i g n a l a t al a t e r d a t e . P r e v i o u s l y t h i s d e c i s i o n w a s b a s e d o n a v a i l a b l ee q u i p m e n t a n d e s t i m a t e d c o s t s e m p l o y i n g a n i n t e g r a t e d c i r c u i tt e c h n o l o g y w i t h i n t h e c o m m u n i c a t i o n s p r e s s u r e v e s s e l t op r o c e s s t h e s i g n a l a n d u s e e l e c t r i c a l w e t - m a t e c o n n e c t o r s t od e l i v e r t h e s i g n a l t o t h e v a r i o u s e x p e r i m e n t s . T h i s i s a p r o v e na n d d e p l o y e d t e c h n o l o g y o n p r o j e c t s s u c h a s t h e U n i v e r s i t y o fV i c t o r i a ' s V e n u s p r o j e c t , b u t h a s i t s l i m i t a t i o n s .

F i g u r e 5 . U n i v e r s i t y o f V i c t o r i a ' s V e n u s .O n c e t h e s i g n a l i s c o n v e r t e d i t c a n n o t b e t r a n s m i t t e d o v e r

l o n g d i s t a n c e s b e f o r e t h e s i g n a l d e g r a d e s t o a n u n r e c o g n i z a b l es t a t e . T h e o p t i c a l s i g n a l s p r o v i d e i n c r e a s e d b a n d w i d t h o v e rt h e i r e l e c t r i c a l c o u n t e r p a r t s a n d i n c r e a s e d r e l i a b i l i t y w i t h i n t h en o d e i t s e l f . T h e i n t e g r a t e d c i r c u i t r y l o w e r s t h e o v e r a l lr e l i a b i l i t y n u m b e r s o f t h e n o d e , a s t h e r e a r e many c o m p o n e n t st h a t may c a u s e a n i s s u e . By u s i n g p r o v e n m u l t i p l e x i n ge q u i p m e n t f r o m t h e t e l e c o m m u n i c a t i o n s i n d u s t r y t h e r e l i a b i l i t yo f t h e n o d e c a n b e i n c r e a s e d . T h e o t h e r d i r e c t b e n e f i t o f a no p t i c a l b a s e d s y s t e m i s t h e d i s t a n c e t h e s i g n a l i s c a p a b l e o f

t r a v e l i n g b e f o r e r e q u i r i n g p r o c e s s i n g . I t c a n b e manyk i l o m e t e r s f r o m t h e m a i n n o d e o p e n i n g t h e g e o g r a p h i c r e g i o no f s t u d y u p f r o m a f e w s q u a r e k i l o m e t e r s t o t e n s o f s q u a r ek i l o m e t e r s .T o e n a b l e t h e u s e o f t h e o p t i c a l a r c h i t e c t u r e a w e t - m a t e a b l ec o n n e c t o r i s r e q u i r e d t o d e l i v e r b o t h t h e o p t i c a l s i g n a l f r o m t h ec o m m u n i c a t i o n s p r e s s u r e v e s s e l a s w e l l a s t h e e l e c t r i c a l s i g n a lf r o m t h e p o w e r p r e s s u r e v e s s e l . T h e t y p i c a l r e q u i r e m e n t i s f o r2 o p t i c a l f i b e r s a n d 2 e l e c t r i c a l c o n d u c t o r s . O n e o f t h e o p t i c a lf i b e r s i s f r o m c o m m u n i c a t i o n t o t h e s h o r e , a n d t h e o t h e r i s f o rc o m m u n i c a t i o n f r o m t h e s h o r e . T h e e l e c t r i c a l c i r c u i t s a r e ar e q u i r e m e n t f o r DC p o w e r f r o m t h e p o w e r p r o c e s s i n g p r e s s u r ev e s s e l t o a c c o m m o d a t e t h e n e e d s o f t h e e x p e r i m e n t i n l i g h t s ,c i r c u i t r y , e t c . An a d a p t a t i o n o f e x i s t i n g t e c h n o l o g y t h a t i s u s e di n b o t h t h e O i l & G a s I n d u s t r y a n d t h e t e l e c o m m u n i c a t i o n si n d u s t r y i s t h e NRH c o n n e c t o r . T h i s c o n n e c t o r p e r m i t s u p t o 4o p t i c a l c i r c u i t s a n d 2 e l e c t r i c a l c i r c u i t s , p r o v i d i n g s u f f i c i e n tp o w e r a n d c o m m u ni c a t io n f o r a l l s c i e n t i f i c a p p l i c a t i o n s .

F i g u r e 6 . NRH O p t i c a l / E l e c t r i c a l C o n n e c t o r .

I V . E X P E R I M E N T A R C H I T E C T U R EL i m i t s o n a modem s u b s e a o b s e r v a t o r y a s t o w h i c he x p e r i m e n t s a r e a b l e t o b e d e p l o y e d h a v e b e c o m e i n c r e a s i n g l yd i f f i c u l t t o d e f i n e . P o w e r d o e s h a v e a l i m i t t o t h e t o t a ls i m u l t a n e o u s l y d e l i v e r a b l e w a t t a g e , b u t c o n t r a r y t o p r e v i o u sb a t t e r y p o w e r e d a s s e m b l i e s t h a t w o u l d p e r f o r m s i m i l a r s t u d i e s ;t h e p o w e r i s c o n t i n u o u s f o r t h e l i f e o f t h e o b s e r v a t o r y .F l e x i b i l i t y o f w h a t c a n b e d e p l o y e d a n d s t u d i e d i s p a r a m o u n ta s t h e r e a r e s o many u n k n o w n s t o t h i s r e l a t i v e l y u n e x p l o r e dr e g i o n . T h e p o w e r c i r c u i t r y i s , f o r t h e m a j o r i t y o fo b s e r v a t o r i e s , s e t a s a s t a n d a r d o f e i t h e r 400VDC o r 48VDC

w i t h a f e w e x c e p t i o n s . T h e m a j o r c h o i c e o f t h e e x p e r i m e n td e s i g n e r i s t h e c h o i c e o f how t o p r o c e s s t h e o p t i c a l s i g n a l f r o mt h e n o d e o r how t o p r o c e s s t h e E t h e r n e t s i g n a l .E t h e r n e t a p p e a r s t o b e t h e c l e a r c h o i c e a t f i r s t g l a n c e a s i tl e n d s i t s e l f many m o n e t a r y a d v a n t a g e s o v e r t h e o p t i c a l s y s t e m sa n d s i m i l a r i t i e s t o s o m e e x p e r i m e n t s , b u t w h e n c o m p a r e d t ot h e c o m p r o m i s e s r e q u i r e d t o u s e t h e E t h e r n e t b a s e d s y s t e m t h eo p t i c a l r e q u i r e m e n t s b e g i n t o l o o k m o r e r e a s o n a b l e . E t h e r n e tc o m m u n i c a t i o n s u b s e a h a s a l i m i t e d d i s t a n c e o f t r a v e l b e f o r e

0 - 9 3 3 9 5 7 - 3 5 - 1 2 0 0 7 MTS

7/28/2019 Latest Generation Subsea Observatory Standards

5/5

t h e s i g n a l d e g r a d e s d u e t o t h e e l e c t r i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f b e in gs u b s e a . O p t i c a l s i g n a l s d o n o t s u f f e r t h i s s a m e a f f e c t a s t h e ya r e n o t i n f l u e n c e d b y t h i n g s l i k e c a p a c i t a n c e o r i n d u c t a n c e .S i m i l a r l y , i f a n o p t i c a l f i b e r g e t s w e t , i t i s n o t g o i n g t o f a i l ,a d d i n g a n e x t r a l a y e r o f r e l i a b i l i t y . T h i s g e n e r a l i n e r t n e s s t ot h e s u b s e a e n v i r o n m e n t y i e l d s a l o n g - t e r m r e l i a b l e s o l u t i o n t h a th a s t h e b e n e f i t o f i n c r e a s e d s t e p - o u t d i s t a n c e a n d t h e a b i l i t y t ob e u p g r a d e d a s n e e d s e v o l v e .By d e s i g n i n g t h e e x p e r i m e n t w i t h t h e r e q u i r e d i n t e g r a t e dc i r c u i t t e c h n o l o g y , t h e r e s e a r c h e r may p l a c e t h e e x p e r i m e n t i n

a l o c a t i o n m u c h f u r t h e r f r o m t h e o b s e r v a t o r y w h i l em a i n t a i n i n g r e a l - t i m e , h i g h b a n d w i d t h f e e d b a c k . T h ei n c l u s i o n o f t h e c i r c u i t r y i n t o t h e e x p e r i m e n t i s a n a d d e db e n e f i t i f t h e e q u i p m e n t s h o u l d m a l f u n c t i o n , o n l y t h ee x p e r i m e n t n e e d b e r e c o v e r e d . i f t h e c i r c u i t r y w a s i n t h e n o d ea l l o f t h e a t t a c h e d e x p e r i m e n t s w o u l d s u f f e r t h e f a i l u r e a n d t h en o d e w o u l d h a v e t o b e r e t r i e v e d a n d r e p a i r e d / r e p l a c e dd e p e n d i n g o n t h e s e v e r i t y o f t h e i s s u e .V . CONCLUSION

A s u b s e a o b s e r v a t o r y i s c o m p r i s e d o f 3 m a i n c o m p o n e n t s : at e l e c o m m u n i c a t i o n s c a b l e t y i n g t h e o b s e r v a t o r y t o t h e s h o r es t a t i o n , a n o d e t h a t p r o c e s s e s a n d t r a n s m i t s s i g n a l s f r o mm u l t i p l e p o i n t s , a n d a s u i t e o f w e t - m a t e c o n n e c t o r s t o e n a b l et h e r e q u i r e d i n t e r c o n n e c t i v i t y . T h e w e t - m a t e c o n n e c t o r s a r e a ni m p o r t a n t p o r t i o n o f t h e o b s e r v a t o r y a s t h e y p e r m i t t h ec o m b i n i n g o f e x i s t i n g , p r o v e n t e c h n o l o g i e s a n d p r o v i d e s ac o n f i g u r a b l e r e s e a r c h p l a t f o r m . By u s i n g t h e s e e x i s t i n gt e c h n o l o g i e s f r o m i n d u s t r i e s s u c h a s O i l & G a s a n dT e l e c o m m u n i c a t i o n s O c e a n O b s e r v a t o r i e s may b e n e f i t f r o mp r o v e n r e l i a b i l i t y , m o d u l a r i t y p e r m i t t i n g u p g r a d e s a n ds e r v i c i n g t h r o u g h r e d u c e d t o t a l l i f e c y c l e c o s t s a n d r e d u c e de n g i n e e r i n g a n d q u a l i f i c a t i o n c o s t s .From t h e a d v e n t o f t h e s u b s e a n o d e , r e s e a r c h e r s h a v e a l w a y si n t e n d e d t o u s e e x i s t i n g t e c h n o l o g y t o e n a b l e t h e s t u d y o f t h e

o c e a n . T h e u s e o f w e t - m a t e c o n n e c t o r s e n a b l e s c a b l e s t o b ed e p l o y e d s e p a r a t e l y f r o m h a r d w a r e , e n a b l e s t h e h a r d w a r e t o b er e m o v e d a n d m a i n t a i n e d / u p g r a d e d i f n e c e s s a r y , a n d r e m o v e st h e r e q u i r e m e n t t o r e t r i e v e t h e n o d e e a c h t i m e a n e x p e r i m e n tn e e d s t o b e a d d e d / r e m o v e d f r o m t h e n o d e . T h i s f u n c t i o nf u r t h e r r e d u c e s t h e p r o j e c t l i f e c y c l e c o s t b y a l l o w i n g f o r t h eu s e o f s m a l l e r s h i p s o f o p p o r t u n i t y t o s e r v i c e a n d m a i n t a i n t h en o d e a n d t h e c o m p l e t e s y s t e m . W e t - m a t e a b l e c o n n e c t o r s e x i s tf o r t h e m a j o r i t y o f t h e s u b s e a c o n f i g u r a t i o n s i n c l u d i n ge l e c t r i c a l , o p t i c a l , e l e c t r i c a l / o p t i c a l h y b r i d , a n d h i g h p o w e r .C u r r e n t o b s e r v a t o r i e s , b o t h p l a n n e d a n d d e p l o y e d , u s e t h e w e t -m a t e c o n n e c t o r a n d e s t a b l i s h e d a d e f a c t o s t a n d a r d w i t h i n t h es u b s e a o c e a n o g r a p h i c c o m m u n i t y . T h e e s t a b l i s h m e n t o f t h i ss t a n d a r d i s a v e r y p o s i t i v e s t e p , t o w a r d s r e d u c i n g p r o j e c t c o s t sb y r e d u c i n g e n g i n e e r i n g d e v e l o p m e n t a n d q u a l i f i c a t i o n c o s t s ,a l l o w i n g c o m p o n e n t s t o b e m o d u l a r , a n d p e r m i t t i n g r e s e a r c hg r o u p s t o s t u d y e v e n t s i n m u l t i p l e r e g i o n s o n m u l t i p l e s y s t e m sw i t h o u t t h e n e e d t o r e c o n f i g u r e .K n o w i n g a n d u n d e r s t a n d i n g w h a t t e c h n o l o g i e s t o u s ef r o m t h e e x i s t i n g i n d u s t r i e s c a n s a v e o b s e r v a t o r i e s t i m e a n d

money a t t h e b e g i n n i n g o f t h e p r o j e c t a n d t h r o u g h t h e p r o j e c tl i f e c y c l e . U n d e r s t a n d i n g w h e n t o u s e o p t i c a l a n d w h e n t o u s ee l e c t r i c a l c o m m u n i c a t i o n s a r c h i t e c t u r e s i s i m p o r t a n t t o g a i n t h emaximum e f f e c t i v e n e s s f o r t h e s t u d y o f t h e r e g i o n o f i n t e r e s t .A s t h e o b s e r v a t o r y c o n t i n u e s t o g r o w , new p r o g r a m s s h o u l dr e s e a r c h a n d d i s c u s s a r c h i t e c t u r e s w i t h s o m e o f t h e e x i s t i n go b s e r v a t o r i e s l i k e N e p t u ne , V e n u s , a n d M a r s a s w e l l a s d i s c u s st h e o p t i o n s w i t h t h e m a nu f a c t u r e s o f t h e h a rd w ar e . P r u d e ntp l a n n i n g a t t h e o n s e t o f t h e p r o j e c t c a n l i m i t t h e a m o u n t o fd e l a y s i n t h e p r o j e c t f r o m d e s i g n a n d q u a l i f i c a t i o nr e q u i r e m e n t s a s w e l l a s r e d u c e t h e c o s t b y p r o v i d i n g e x i s t i n ga n d p r o v e n s o l u t i o n s .

REFERENCES[ 1 ] S . B a r l o w , J . F l y n n , W. M u d g e , S . T e r a d a , " P o w e r a n d C o m m u n i c a t i o n sA r c h i t e c t u r e s f o r C a b l e d S u b s e a O b s e r v a t o r i e s , " I n t e r n a t i o n a lS y m p o s i u m o n U n d er w a t e r T e c hn o lo g y 2 0 0 7 I n t e r n a t i o n a l W o r k s h o p o nS c i e n t i f i c U s e o f S u b m a r i n e C a b l e s a n d R e l a t e d T e c h n o l o g i e s , 2 0 0 7 .

[ 2 ] S . B a r l o w , J . F l y n n , G . W a t er wo rt h, N . S h a h e e n , W. M u d g e , " T h eE v o l u t i o n o f ROV W e t - Ma t e a bl e T e c h n o l og y i n S u p p l y i n g H i g hB a n d w i d t h / H i g h P ow e r / D e e p w a t e r s o l u t i o n s f o r t h e s c i e n t i f i c O c e a nO b s e rv a t o ry M a r ke t , " S c i e n t i f i c S u b m a r i n e C a b l e C o n f e r e n c e , 2 0 0 6 .[ 3 ] N . S h a h e e n , G . W a t e r w o r t h , "ROV S e r v i c e a b l e S c i e n c e N o d e f o r C a b l e dO c e a n O b s e r v a t o r i e s , " O c e a n s E x h i b i t i o n , 2 0 0 5[ 4 ] N . S h a h e e n , S . T h u m b e c k , a n d G . W a t e r w o r t h , " C o n n e c t i n g L o n g TermS e a F l oo r O b s e r v a t o r i e s t o t h e S h o r e , " O c e a n o l o g y , 2 0 0 4 .[ 5 ] D r . J . C a i r n s , " H y b r i d W e t - M a t e C o n n e c t o r s : W r i t i n g t h e N e x t C h a p t e r , "S e a T e c h n o l o g y M a g a z i n e , J u l y 1 9 9 7 .[ 6 ] P . B e c k e r , N . O l s s o n , J . S i m p s o n , " E r b i u m - D o p e d F i b e r A m p l i f i e r sF u n d a m e n t a l s a n d T e c h n o l o g y , " A c a d e m i c P r e s s 1 9 9 9 .

0 - 9 3 3 9 5 7 - 3 5 - 1 2 0 0 7 MTS