連接世界的海底光纜

連接世界的海底光纜比互聯(lián)網(wǎng)還早100年的海底通信讓我們將時(shí)間回?fù)艿缴鲜兰o(jì)50年代，那時(shí)候，不同計(jì)算機(jī)用戶和通信網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行常規(guī)通信的需求開始萌發(fā)，這也促使了分散網(wǎng)絡(luò)、排隊(duì)論和數(shù)據(jù)包交換等研究相繼出現(xiàn)；隨后，ARPAnet(阿帕網(wǎng))于60年代問世，并于1973年擴(kuò)展成為互聯(lián)網(wǎng)；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(wǎng)絡(luò)之間傳送報(bào)文的方法...，互聯(lián)網(wǎng)大發(fā)展的序幕由此拉開！全球互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展史可追溯到上個(gè)世紀(jì)50年代，那么我國又是何時(shí)接入（國際）互聯(lián)網(wǎng)的呢？對(duì)此，業(yè)界較為認(rèn)可的時(shí)間點(diǎn)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(rèn)為是中國“走向世界”的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。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(nèi)的幾百名科學(xué)家“體驗(yàn)”收發(fā)電子郵件...。那么今天我們所享受到的互聯(lián)網(wǎng)“寬帶”溝通又是如何實(shí)現(xiàn)的呢？答案就是海底光纜。其實(shí)所謂的全球互聯(lián)網(wǎng)，就是世界各國的網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)接而組成的超大型局域網(wǎng)，其中實(shí)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(jià)格不菲，因此全球90%以上的國際數(shù)據(jù)都是通過海底光纜進(jìn)行傳輸?shù)?，也就是說，基本上是海底光纜構(gòu)建了今天的全球“寬帶”互聯(lián)網(wǎng)！比互聯(lián)網(wǎng)早100年的海底通信兩大發(fā)明引領(lǐng)兩次變革說起海底通信，其歷史比互聯(lián)網(wǎng)還要早100年，只不過當(dāng)時(shí)的海底通信還是借助電纜來實(shí)現(xiàn)的——1850年盎格魯-法國電報(bào)公司開始在英法之間鋪設(shè)了世界第一條海底電纜，當(dāng)時(shí)只能發(fā)送莫爾斯電報(bào)密碼；而到了1866年，英國在美英兩國之間鋪設(shè)全成了跨大西洋海底電纜(TheAtlanticCable)的成功鋪設(shè)，首次實(shí)現(xiàn)了歐美大陸之間跨大西洋的電報(bào)通訊。隨后，貝爾于1876年發(fā)明了電話，人們對(duì)于實(shí)現(xiàn)全球溝通的夢(mèng)想越發(fā)強(qiáng)烈，這也加速了全球海底電纜的建設(shè)——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(shí)期，當(dāng)時(shí)的臺(tái)灣首任巡撫劉銘傳為實(shí)現(xiàn)兩岸的電報(bào)通信，于1886年開始鋪設(shè)通聯(lián)臺(tái)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(tái)灣滬尾（淡水）之間的水路電線（全場(chǎng)177海里），另外一條為臺(tái)南安平通往澎湖的水路電線（全長53海里）。當(dāng)然，人類的夢(mèng)想是永無止境的！進(jìn)入20世紀(jì)50年代，隨著互聯(lián)網(wǎng)開始嶄露頭角，人們對(duì)于海底通信的通話質(zhì)量、以及數(shù)據(jù)傳輸速度有了更高的要求。而就在這時(shí)，世界上第一臺(tái)激光器問世了（1960年），人們開始嘗試借助激光實(shí)現(xiàn)在光導(dǎo)纖維中傳輸數(shù)據(jù)信息。隨后進(jìn)入20世紀(jì)70、80年代，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)開始在全球的發(fā)達(dá)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(gè)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(duì)光纖，每對(duì)的傳輸速率高達(dá)280Mb/s，速度遠(yuǎn)超海底電纜，這也標(biāo)志著海底光纜時(shí)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(shè)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(shí)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(wǎng)的高速發(fā)展，全球海淀光纜的建設(shè)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(shí)現(xiàn)了除南極洲之外的六個(gè)大洲的聯(lián)接；此外還有十余條正在建設(shè)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(gè)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(shè)中來，并于1993年實(shí)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(shè)的全球海底光纜系統(tǒng)（FLAG）建成并投入運(yùn)營，這也是第一條在我國登陸的洲際海底光纜；而時(shí)間來到2000年，隨著亞歐海底光纜上海登陸站的開通，我國實(shí)現(xiàn)了與亞歐33個(gè)國家和地區(qū)的聯(lián)接，也標(biāo)志著我國海底通信達(dá)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(gè)呢？答案是4個(gè)入口（登陸站）和8條海底光纜（不包含香港、臺(tái)灣），下面具體介紹一下：首先是登陸點(diǎn)方面，目前我國的登陸站設(shè)立在三個(gè)城市的四個(gè)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(hào)海底光纜（藍(lán)色）亞太2號(hào)海底光纜（Asia-PacificCableNetwork-2，即APCN2），全長1.9萬公里，采用4對(duì)纖芯,每對(duì)64*10GbpsDWDM光纖技術(shù)，設(shè)計(jì)容量達(dá)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(duì)纖芯，每對(duì)64*10GbpsDWDM光纖技術(shù)（EAC）和8對(duì)纖芯，每對(duì)96*10GbpsDWDM光纖技術(shù)，設(shè)計(jì)容量達(dá)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(tái)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(shù)，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(wù)和數(shù)字電路業(yè)務(wù)，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?xùn)|南亞及日本的8個(gè)國家和地區(qū)，全長1.07萬公里，采用6對(duì)纖芯，64*40GbpsDWDM光纖技術(shù)，光纖容量高達(dá)15Tbps，其中大陸地區(qū)的登陸站為汕頭。再來看看連接?xùn)|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(shí)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(duì)纖芯，每對(duì)5GbpsDWDM光纖技術(shù)，光纖容量高達(dá)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(jīng)國家和地區(qū)最多的海底光纜，采用2對(duì)纖芯，每對(duì)48*10GbpsDWDM光纖技術(shù)，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(duì)纖芯，每對(duì)8*2.488GbpsSDHoverDWDM光纖技術(shù)，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(dá)海底光纜中美直達(dá)海底光纜(Trans-PacificExpress，即TPE)，是世界首條海底高速（跨太平洋）直達(dá)光纖電纜，全長2.6萬公里，采用8對(duì)纖芯，64*10GbpsDWDM光纖技術(shù)，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(shù)量雖少安全性高通過上述介紹不難看出，無論是登陸站數(shù)量，還是海底光纜數(shù)量，我國（大陸地區(qū)）相比歐美發(fā)達(dá)國家均相對(duì)較少，但其帶來的好處是顯而易見的——加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)。要知道，海底光纜同樣會(huì)帶來網(wǎng)絡(luò)安全威脅，而我國只有四個(gè)登陸站允許入境，這就為安全防護(hù)提供了極大地便利，即只需加強(qiáng)這四個(gè)“入口”的安全防護(hù)能力，即可抵御外來的網(wǎng)絡(luò)安全威脅。叁沒那么簡單：海底光纜的設(shè)計(jì)與鋪設(shè)海底光纜的設(shè)計(jì)：防腐蝕、防滲透、還要防鯊魚相比同軸電纜，光纖的優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯，但其本身卻是相當(dāng)脆弱的，因此這就對(duì)保護(hù)光纖的海底光纜外圍保護(hù)結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。具體來說，海底光纜的設(shè)計(jì)必須保證內(nèi)部光纖不受外力和環(huán)境的影響，其基本要求包括適應(yīng)海底壓力，耐磨損、不易腐蝕等等；同時(shí)還要防止內(nèi)部產(chǎn)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(wǎng)、船錨及鯊魚的傷害。而當(dāng)光纜斷裂時(shí)，還要盡可能的減少海水滲入光纜內(nèi)的長度；同時(shí)能承受敷設(shè)與回收時(shí)的張力；最后也是最重要的一點(diǎn)，海底光纜的使用壽命一般要求在25年以上。

海底光纜的結(jié)構(gòu)（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）基于上述需求，當(dāng)前海底光纜的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)通常是將經(jīng)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(qiáng)構(gòu)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?yàn)r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(shè)過程：從依靠潮流到依靠機(jī)器人海底光纜的鋪設(shè)工程被世界各國公認(rèn)為最復(fù)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(dá)到25年以上，因?yàn)殇佋O(shè)一次十分的麻煩！下面就具體介紹一下海底光纜的鋪設(shè)過程：

法國電信的光纜敷設(shè)船及水下機(jī)器人（小圖）海底光纜的鋪設(shè)過程可以分為兩個(gè)部分，即淺海區(qū)域鋪設(shè)和深海區(qū)域鋪設(shè)，其中在深海區(qū)域還要經(jīng)歷勘查清理、海纜敷設(shè)和沖埋保護(hù)三個(gè)階段。而完成海底光纜的鋪設(shè)，主要依靠的是光纜敷設(shè)船及水下機(jī)器人，其中光纜敷設(shè)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(shè)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(shè)過程如上圖所示，這就是一次海底光纜的鋪設(shè)過程，其中在淺海區(qū)域，敷設(shè)船停留在距離海岸數(shù)公里的位置，通過岸上牽引機(jī)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(shè)船主要負(fù)責(zé)釋放出光纜，然后由水下檢測(cè)器搭配水下遙控車進(jìn)行水下監(jiān)視和調(diào)整，以避開海底不平整、有巖石的地方。隨后，水下機(jī)器人開始進(jìn)行三步工作：第一步，利用高壓沖水在海底產(chǎn)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(shè)的，因?yàn)槟壳白钕冗M(jìn)的光纜敷設(shè)船也就只能搭載2000公里長的光纜（且目前的鋪設(shè)速度僅能達(dá)到200公里/天），因此鋪設(shè)要分段進(jìn)行，而每一段的“光纜對(duì)接”，都需要在敷設(shè)船上完成，并需要極高的技術(shù)。肆海底光纜修復(fù)：比鋪設(shè)更加困難！海底光纜修復(fù)：比鋪設(shè)更加困難！其實(shí)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(jì)七八十年代，它們極易遭到捕魚船（拖網(wǎng)）、船錨的破壞，甚至還會(huì)被鯊魚咬斷。還好，隨著相關(guān)法規(guī)（禁止在海纜上方區(qū)域停船拋錨）和海纜防護(hù)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(tái)灣地區(qū)發(fā)生的強(qiáng)震，就造成了多條國際海底光纜受損、甚至中斷，導(dǎo)致國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)用戶無法正常訪問國外網(wǎng)站；同樣的，2011年日本地區(qū)發(fā)生的強(qiáng)震，也導(dǎo)致國內(nèi)用戶無法登錄到美國網(wǎng)站。所以說，海底光纜的受損不可避免，因此修復(fù)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(fù)而說起海底光纜的修復(fù)，其難度甚至高于鋪設(shè)的過程。其中淺海域還可借助人工來完成探索及簡單修復(fù)，而想要從深達(dá)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(shù)的發(fā)展，這一修復(fù)過程開始變得高效起來。下面就具體來談?wù)労５坠饫|的修復(fù)過程，大致可分為以下五步：第一步，首先使用擴(kuò)頻時(shí)域反射儀來定位大致的故障位置，然后借助水下機(jī)器人，通過掃描檢測(cè)，找到破損海底光纜的精確位置；第二步，機(jī)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(shí)，機(jī)器人還會(huì)在切斷處安置無線信號(hào)收發(fā)器，以為后續(xù)修復(fù)連接做好準(zhǔn)備；第三步，通過剛才無線信號(hào)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(jìn)行通信，以檢測(cè)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(duì)接過程對(duì)技術(shù)要求極高（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）第四步，用新的光纜連接之前的兩個(gè)斷點(diǎn)，而整個(gè)對(duì)接過程對(duì)技術(shù)要求極高；第五步，新的海底光纜連接完成后，還需經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，以確保通訊及數(shù)據(jù)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(shè)過程。伍看海底光纜的未來發(fā)展及創(chuàng)新價(jià)值海底光纜正在迎來新一輪的建設(shè)熱潮隨著互聯(lián)網(wǎng)，特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的興起，在過去10年間，全球互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)消費(fèi)量呈爆炸性增長趨勢(shì)。其中2013年互聯(lián)網(wǎng)流量達(dá)到人均5GB，而預(yù)計(jì)到2018年，這一數(shù)字將增至14GB。這種增長無疑會(huì)帶來容量問題，因此新建或升級(jí)海底光纜將是大勢(shì)所趨。

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