連接世界的海底光纜

連接世界的海底光纜比互聯(lián)網還早100年的海底通信讓我們將時間回撥到上世紀50年代，那時候，不同計算機用戶和通信網絡之間進行常規(guī)通信的需求開始萌發(fā)，這也促使了分散網絡、排隊論和數據包交換等研究相繼出現(xiàn)；隨后，ARPAnet(阿帕網)于60年代問世，并于1973年擴展成為互聯(lián)網；之后一年，ARPA的羅伯特·卡恩和斯坦福的溫登·澤夫提出了TCP/IP協(xié)議，終于定義了在電腦網絡之間傳送報文的方法...，互聯(lián)網大發(fā)展的序幕由此拉開！全球互聯(lián)網的發(fā)展史可追溯到上個世紀50年代，那么我國又是何時接入（國際）互聯(lián)網的呢？對此，業(yè)界較為認可的時間點是1994年4月，中國與國際的64KInternet信道開通（借助國際衛(wèi)星信道接入），這也被認為是中國“走向世界”的一個轉折點。然而不得不說的是，這次我們與世界的溝通，還僅僅是“窄帶”溝通，能做的也僅僅是讓國內的幾百名科學家“體驗”收發(fā)電子郵件...。那么今天我們所享受到的互聯(lián)網“寬帶”溝通又是如何實現(xiàn)的呢？答案就是海底光纜。其實所謂的全球互聯(lián)網，就是世界各國的網絡相互聯(lián)接而組成的超大型局域網，其中實現(xiàn)洲際間的聯(lián)接靠的是衛(wèi)星通信和海底光纜。不過考慮到衛(wèi)星通信帶寬有限且價格不菲，因此全球90%以上的國際數據都是通過海底光纜進行傳輸的，也就是說，基本上是海底光纜構建了今天的全球“寬帶”互聯(lián)網！比互聯(lián)網早100年的海底通信兩大發(fā)明引領兩次變革說起海底通信，其歷史比互聯(lián)網還要早100年，只不過當時的海底通信還是借助電纜來實現(xiàn)的——1850年盎格魯-法國電報公司開始在英法之間鋪設了世界第一條海底電纜，當時只能發(fā)送莫爾斯電報密碼；而到了1866年，英國在美英兩國之間鋪設全成了跨大西洋海底電纜(TheAtlanticCable)的成功鋪設，首次實現(xiàn)了歐美大陸之間跨大西洋的電報通訊。隨后，貝爾于1876年發(fā)明了電話，人們對于實現(xiàn)全球溝通的夢想越發(fā)強烈，這也加速了全球海底電纜的建設——1902年環(huán)球海底通信電纜建成。而說起我國的第一條海底電纜，則可追溯到清朝時期，當時的臺灣首任巡撫劉銘傳為實現(xiàn)兩岸的電報通信，于1886年開始鋪設通聯(lián)臺灣全島以及大陸的水路電線，并于1888年建成，其中一條是福州川石島與臺灣滬尾（淡水）之間的水路電線（全場177海里），另外一條為臺南安平通往澎湖的水路電線（全長53海里）。當然，人類的夢想是永無止境的！進入20世紀50年代，隨著互聯(lián)網開始嶄露頭角，人們對于海底通信的通話質量、以及數據傳輸速度有了更高的要求。而就在這時，世界上第一臺激光器問世了（1960年），人們開始嘗試借助激光實現(xiàn)在光導纖維中傳輸數據信息。隨后進入20世紀70、80年代，互聯(lián)網已經開始在全球的發(fā)達國家中興起，而海底電纜的不足（帶寬有線、傳輸穩(wěn)定性差等等）也開始逐步凸顯，因此，具備傳輸距離長、容量大等特性的光纖（即海底光纜）被寄予了厚望！1988年，美英法之間的首個越洋海底光纜（TAT-8）系統(tǒng)建成，該海底光纜全長6700公里，含有3對光纖，每對的傳輸速率高達280Mb/s，速度遠超海底電纜，這也標志著海底光纜時代正式到來。隨后一年，跨越太平洋的海底光纜（全長13200公里）也建設成功，從此，洲際間的海底通信全部由光纜取代了同軸電纜；同年，我國也開始步入海底光纜時代。貳全球海底光纜及我國海底光纜分布全球海底光纜概況隨著互聯(lián)網的高速發(fā)展，全球海淀光纜的建設也在不斷提速，目前全球已投入使用的海底光纜超過230條，實現(xiàn)了除南極洲之外的六個大洲的聯(lián)接；此外還有十余條正在建設的海底光纜；而想要清晰、全面地了解全球海底光纜的分布，可參考TeleGeography提供的2015全球海底光纜布局圖。TeleGeography提供的2015全球海底光纜布局圖我國海底光纜概況：4個入口和8條光纜我國于1989年開始投入到全球海底光纜的投資與建設中來，并于1993年實現(xiàn)了首條國際海底光纜的登陸（中日之間C-J海底光纜系統(tǒng)）；隨后在1997年，我國參與建設的全球海底光纜系統(tǒng)（FLAG）建成并投入運營，這也是第一條在我國登陸的洲際海底光纜；而時間來到2000年，隨著亞歐海底光纜上海登陸站的開通，我國實現(xiàn)了與亞歐33個國家和地區(qū)的聯(lián)接，也標志著我國海底通信達到了新的高度。那么截止到目前為止，我國與全球聯(lián)接的海底光纜究竟有幾條呢？登陸站又有幾個呢？答案是4個入口（登陸站）和8條海底光纜（不包含香港、臺灣），下面具體介紹一下：首先是登陸點方面，目前我國的登陸站設立在三個城市的四個地區(qū)，分別是山東青島登陸站（隸屬中國聯(lián)通）、上海崇明登陸站（隸屬中國電信）、上海南匯登陸站（隸屬中國聯(lián)通）和廣東汕頭登陸站（隸屬中國電信）。在海底光纜方面，首先從亞太區(qū)域開始介紹：

亞太2號海底光纜（藍色）亞太2號海底光纜（Asia-PacificCableNetwork-2，即APCN2），全長1.9萬公里，采用4對纖芯,每對64*10GbpsDWDM光纖技術，設計容量達2.56Tbps/s，主要連接中國、日本、韓國、新加坡、馬來西亞等地區(qū)，其中大陸地區(qū)的登陸站為上海和汕頭。

東亞海底光纜系統(tǒng)（左）和城市到城市海底光纜（右）東亞海底光纜系統(tǒng)和城市到城市海底光纜（EastAsiaCrossing/City-to-CityCableSystem，即EAC/C2C），全長3.68萬公里，采用4對纖芯，每對64*10GbpsDWDM光纖技術（EAC）和8對纖芯，每對96*10GbpsDWDM光纖技術，設計容量達2.56Tbps/s（EAC）和7.68Tbps/s（C2C），主要連接了中國大陸、香港、日本、韓國、臺灣、新加坡和菲律賓等地區(qū)，其中大陸地區(qū)的登陸站為青島和上海。中日海底光纜（China-JapanFiberOpticSubmarineCableSystem，即C-J），全長1300公里，采用PDHSystem光纖技術，光纖容量為560Mbps，主要用于中國和日本間的國際長途電話業(yè)務和數字電路業(yè)務，其中大陸地區(qū)的登陸站為上海。

東南亞及日本海底光纜東南亞及日本海底光纜(South-EastAsiaJapanCableSystem，即SJC)，主要聯(lián)接東南亞及日本的8個國家和地區(qū)，全長1.07萬公里，采用6對纖芯，64*40GbpsDWDM光纖技術，光纖容量高達15Tbps，其中大陸地區(qū)的登陸站為汕頭。再來看看連接東南亞->中東->歐洲等地區(qū)的海底光纜，共有兩條：

環(huán)球海底光纜環(huán)球海底光纜（Fiber-OpticLinkAroundtheGlobe，即FLAG），這是世界上第一條同時連接亞洲、中東和歐洲的大型國際海底光纜系統(tǒng)，全長27000公里，采用2對纖芯，每對5GbpsDWDM光纖技術，光纖容量高達10Gbps，其中大陸地區(qū)的登陸站為上海。

亞歐海底光纜亞歐海底光纜（South-EastAsia-MiddleEast-WesternEurope3，即SEA-ME-WE3），是目前世界上耗資最大、長度最長（3.9萬公里）、途經國家和地區(qū)最多的海底光纜，采用2對纖芯，每對48*10GbpsDWDM光纖技術，光纖容量為960Gbps，其中大陸地區(qū)的登陸站為上海和汕頭。最后介紹一下聯(lián)接北美的兩條海底光纜：

中美海底光纜中美海底光纜（China-USCNorCUCN），主要連接亞洲和北美洲，全長3.08萬公里，采用4對纖芯，每對8*2.488GbpsSDHoverDWDM光纖技術，光纖容量為80Gbps，其中大陸地區(qū)的登陸站為上海和汕頭。

中美直達海底光纜中美直達海底光纜(Trans-PacificExpress，即TPE)，是世界首條海底高速（跨太平洋）直達光纖電纜，全長2.6萬公里，采用8對纖芯，64*10GbpsDWDM光纖技術，光纖容量為5.12Tbps，其中大陸地區(qū)的登陸站為上海和青島。數量雖少安全性高通過上述介紹不難看出，無論是登陸站數量，還是海底光纜數量，我國（大陸地區(qū)）相比歐美發(fā)達國家均相對較少，但其帶來的好處是顯而易見的——加強網絡安全防護。要知道，海底光纜同樣會帶來網絡安全威脅，而我國只有四個登陸站允許入境，這就為安全防護提供了極大地便利，即只需加強這四個“入口”的安全防護能力，即可抵御外來的網絡安全威脅。叁沒那么簡單：海底光纜的設計與鋪設海底光纜的設計：防腐蝕、防滲透、還要防鯊魚相比同軸電纜，光纖的優(yōu)勢相當明顯，但其本身卻是相當脆弱的，因此這就對保護光纖的海底光纜外圍保護結構提出了更高的要求。具體來說，海底光纜的設計必須保證內部光纖不受外力和環(huán)境的影響，其基本要求包括適應海底壓力，耐磨損、不易腐蝕等等；同時還要防止內部產生氫氣（因此不能用鋁）及外部氫氣入侵（防氣體滲入）；此外，其還要有合適的鎧裝層防止?jié)O輪拖網、船錨及鯊魚的傷害。而當光纜斷裂時，還要盡可能的減少海水滲入光纜內的長度；同時能承受敷設與回收時的張力；最后也是最重要的一點，海底光纜的使用壽命一般要求在25年以上。

海底光纜的結構（圖片來自網絡）基于上述需求，當前海底光纜的設計結構通常是將經過一次或兩次涂層處理后的光纖螺旋地繞包在中心，然后將加強構件(用鋼絲制成)包在周圍（直徑通常是69毫米）。具體來說包含：聚乙烯層、聚酯樹酯或瀝青層、鋼絞線層、鋁制防水層、聚碳酸酯層、銅管或鋁管、石蠟，烷烴層、光纖束等等。鋪設過程：從依靠潮流到依靠機器人海底光纜的鋪設工程被世界各國公認為最復雜且困難的大型工程之一，這就不難理解為什么海底光纜壽命要求達到25年以上，因為鋪設一次十分的麻煩！下面就具體介紹一下海底光纜的鋪設過程：

法國電信的光纜敷設船及水下機器人（小圖）海底光纜的鋪設過程可以分為兩個部分，即淺海區(qū)域鋪設和深海區(qū)域鋪設，其中在深海區(qū)域還要經歷勘查清理、海纜敷設和沖埋保護三個階段。而完成海底光纜的鋪設，主要依靠的是光纜敷設船及水下機器人，其中光纜敷設船要特別注意航行速度、光纜釋放速度，以控制光纜的入水角度以及敷設張力，避免由于彎曲半徑過小或張力過大而損傷光纜中脆弱的光纖。

海底光纜鋪設過程如上圖所示，這就是一次海底光纜的鋪設過程，其中在淺海區(qū)域，敷設船停留在距離海岸數公里的位置，通過岸上牽引機的牽引，將放置在浮包上的光纜向岸邊牽引，然后拆除浮包，使光纜沉至海底；而在深海區(qū)域，敷設船主要負責釋放出光纜，然后由水下檢測器搭配水下遙控車進行水下監(jiān)視和調整，以避開海底不平整、有巖石的地方。隨后，水下機器人開始進行三步工作：第一步，利用高壓沖水在海底產生一條深約2米的溝槽；第二步將光纜放入溝槽之中；第三步，借助旁邊的沙土將其覆蓋好。在這里特別需要說明的是，一條洲際海底光纜是難以一次完成鋪設的，因為目前最先進的光纜敷設船也就只能搭載2000公里長的光纜（且目前的鋪設速度僅能達到200公里/天），因此鋪設要分段進行，而每一段的“光纜對接”，都需要在敷設船上完成，并需要極高的技術。肆海底光纜修復：比鋪設更加困難！海底光纜修復：比鋪設更加困難！其實自誕生之日起，海底通信就面臨著各種威脅和挑戰(zhàn)，而一旦海纜（包括電纜和光纜）被破壞，通信就將被中斷，造成的影響不言而喻。而說起海纜的中斷，其中在上世紀七八十年代，它們極易遭到捕魚船（拖網）、船錨的破壞，甚至還會被鯊魚咬斷。還好，隨著相關法規(guī)（禁止在海纜上方區(qū)域停船拋錨）和海纜防護能力的提升，這些破壞海纜的情況開始顯著減少。不過還有一種破壞海纜的情況難以避免，那就是地震。例如在2006年臺灣地區(qū)發(fā)生的強震，就造成了多條國際海底光纜受損、甚至中斷，導致國內互聯(lián)網用戶無法正常訪問國外網站；同樣的，2011年日本地區(qū)發(fā)生的強震，也導致國內用戶無法登錄到美國網站。所以說，海底光纜的受損不可避免，因此修復海底光纜，就成為了必不可少的工作。

人工完成海底光纜探索及簡單修復而說起海底光纜的修復，其難度甚至高于鋪設的過程。其中淺海域還可借助人工來完成探索及簡單修復，而想要從深達幾百米甚至幾千米的海床上找到直徑不到10厘米的問題光纜，就如同大海撈針。還好，隨著定位技術的發(fā)展，這一修復過程開始變得高效起來。下面就具體來談談海底光纜的修復過程，大致可分為以下五步：第一步，首先使用擴頻時域反射儀來定位大致的故障位置，然后借助水下機器人，通過掃描檢測，找到破損海底光纜的精確位置；第二步，機器人將埋在海底的光纜挖出，然后用電纜剪刀將其切斷，并將其拉出水面；與此同時，機器人還會在切斷處安置無線信號收發(fā)器，以為后續(xù)修復連接做好準備；第三步，通過剛才無線信號收發(fā)器提供的定位，將另一端的光纜也拉出水面。隨后借助船上的儀器分別接上光纜兩端，并與最近的登陸站進行通信，以檢測出光纜受阻斷的部位究竟在哪一端，再將受損部分剪下；

光纖對接過程對技術要求極高（圖片來自網絡）第四步，用新的光纜連接之前的兩個斷點，而整個對接過程對技術要求極高；第五步，新的海底光纜連接完成后，還需經過反復測試，以確保通訊及數據傳輸正常。隨后，讓海底光纜放入水中，再重新完成一次海底光纜的鋪設過程。伍看海底光纜的未來發(fā)展及創(chuàng)新價值海底光纜正在迎來新一輪的建設熱潮隨著互聯(lián)網，特別是移動互聯(lián)網的興起，在過去10年間，全球互聯(lián)網數據消費量呈爆炸性增長趨勢。其中2013年互聯(lián)網流量達到人均5GB，而預計到2018年，這一數字將增至14GB。這種增長無疑會帶來容量問題，因此新建或升級海底光纜將是大勢所趨。

谷歌“FASTER”跨太平洋高速互聯(lián)網光纜首先行動的是谷歌，去年8月，谷歌宣布建設“FASTER”跨太平洋高速互聯(lián)網光纜，其將利用6對光纜和光纖技術來連接美國和日本，且最初的設計帶寬就將高達60Tbps（100Gb/s*100波長*6對光纖）——是此前SJC海底光纜帶寬的4倍，預計將于2016年第二季度投入運營。而今年4月，中國大陸、中國臺灣、韓國、日本和美國的運營商則共同啟動了新跨太平洋國際海底光纜（NewCrossPacific，簡稱NCP）工程建設。據了解，該海底光纜全長超過1.3萬公里，通過采用最先進的100G波分復用傳輸技術，設計容量超過80Tbps（比谷歌FASTER還快20Tbps）。預計將于2017年第四季度投入運營，屆時，其將成為亞洲至北美之間傳輸容量