宋婧旖

【摘要】? ? 在我國(guó)戰(zhàn)略推動(dòng)和國(guó)際大形勢(shì)驅(qū)動(dòng)下，海底光纜信息傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日益受到重視。鑒于此，本文海底以光纜信息傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃為出發(fā)點(diǎn)，在對(duì)比了海洋環(huán)境和陸地的差異以及分析了其對(duì)海底光纜信息傳輸系統(tǒng)的影響后，著重研究了海底光纜通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做出針對(duì)性的性能分析。

【關(guān)鍵詞】? ? 海底光纜? ? 信息傳輸網(wǎng)絡(luò)

引言：

近年來(lái)，在國(guó)家日益重視海底光纜建設(shè)?！昂Ｑ髲?qiáng)國(guó)”、“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略以及“一帶一路”倡議更是推動(dòng)了海底光纜網(wǎng)絡(luò)的前進(jìn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球95%以上的國(guó)際通信都由其支撐。在需求擴(kuò)增的同時(shí)，與此相關(guān)的光纜信息傳輸技術(shù)也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，在傳輸模式和傳輸內(nèi)容上做出創(chuàng)新和優(yōu)化，以順應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，滿足國(guó)際間日益增長(zhǎng)的信息需求。

一、國(guó)內(nèi)外海底光纜現(xiàn)狀概述

1.1我國(guó)海底光纜敷設(shè)狀況

我國(guó)在二十世紀(jì)八十年代末開始參與全球海底光纜的建設(shè)，之后首條國(guó)際海底光纜于1993年登陸。1997年，由我國(guó)參與修建的第一條在中國(guó)登陸的洲際海底光纜FLAG建成并使用。目前，中國(guó)投資，參與建設(shè)和通過(guò)我國(guó)境內(nèi)的海底光纜長(zhǎng)度大于10萬(wàn)公里。

1.2 國(guó)際海底光纜發(fā)展現(xiàn)狀

早在1988年，世界第一條跨洋海底光纜在英美法三國(guó)間敷設(shè)完成，其總長(zhǎng)達(dá)6700km，包括三對(duì)光纖且每一對(duì)光纖的傳輸速率都達(dá)到了280Mb/s，傳輸速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的同軸電纜。目前，世界上正在使用的海底光纜總長(zhǎng)達(dá)120萬(wàn)公里，總敷設(shè)條數(shù)多于400[1]。海底光纜技術(shù)也在不斷改進(jìn)、創(chuàng)新。

二、海底光纜信息傳輸網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)簡(jiǎn)述

1.相比于陸地環(huán)境，海底光纜所處的深海區(qū)環(huán)境極為惡劣，通常具有高壓、低溫、鹽度高、含氧量高、地形復(fù)雜等特點(diǎn)。此外，人為因素如錨害、漁業(yè)活動(dòng)、工程建設(shè);自然環(huán)境因素如海床運(yùn)動(dòng)、海底腐蝕、水流激振等都會(huì)導(dǎo)致海底光纜的可靠性大大降低。因此，對(duì)海纜路由區(qū)進(jìn)行嚴(yán)格的勘測(cè)、分析在前期建設(shè)中是至關(guān)重要的。2.海纜對(duì)設(shè)備性能的要求極高。海水腐蝕、深海高壓是海底光纜建設(shè)中的關(guān)鍵問(wèn)題，這也使得在纜芯結(jié)構(gòu)、護(hù)套結(jié)構(gòu)與鎧裝備的材質(zhì)選擇上，防水性、密閉性以及支持高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)成為其必備屬性。3.海底光纜運(yùn)營(yíng)后設(shè)備的維修難度大。故障發(fā)生后將耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)排查檢修，并且維修成本高昂，工作量大。因此，海底光纜在設(shè)計(jì)時(shí)一般要求其壽命達(dá)25年，并且盡可能的延長(zhǎng)維修周期，以確保信息傳輸系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。4.海底光纜通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)盡可能小。由于海底光纜光纜主體長(zhǎng)、水下設(shè)備耗能大，其供電壓力較大。若存在過(guò)多的設(shè)備，則電力供應(yīng)對(duì)這些設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的需求將無(wú)法滿足。所以，在海底光纜建設(shè)時(shí)，應(yīng)對(duì)水下設(shè)備的數(shù)量及體積予以嚴(yán)格控制，選取合理設(shè)備，保證供電正常，降低故障維修的困難程度[2]。

三、海底光纜信息傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1海底光纜信息傳輸網(wǎng)絡(luò)總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

海底光纜信息傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要滿足雙向傳輸需求，即水下探測(cè)信息由光纜傳給陸地站點(diǎn)，同時(shí)陸地能夠向水下設(shè)備傳輸控制指令。海底光纜信息傳輸網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)通過(guò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備耦合并連接起來(lái)。WDM設(shè)備和SDH設(shè)備在上述方面具有突出優(yōu)勢(shì)，是海底光纜通信的首選。

海洋光通信系統(tǒng)包括岸上設(shè)備和水下設(shè)備。岸上設(shè)備包括海底光纜線路終端設(shè)備、線路檢測(cè)設(shè)備、遠(yuǎn)供電源設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理控制[3]。水下設(shè)備的主要構(gòu)成為：光纖、光放大器/中繼器、水下分支單元。其中光放大器一般為EDFA，光分支器提供多個(gè)接口，以便接入多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。

3.2海底光纜通信傳送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通常，海底光纜通信網(wǎng)絡(luò)將SDH作為傳送部分的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。電路層網(wǎng)絡(luò)、通道層網(wǎng)絡(luò)、傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)是SDH傳送網(wǎng)的主要組成部分[4]。海底光纜通信網(wǎng)電路層主要提供接入點(diǎn)間的信息傳遞功能;通道層網(wǎng)絡(luò)為電路層網(wǎng)路提供傳送通道，并可支持一至多個(gè)電路層網(wǎng)絡(luò)。傳輸媒介層由段層網(wǎng)絡(luò)和物理媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它確保了通道層兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間完整的信息傳遞，并提供合適的通道容量給通道層。SDH網(wǎng)中的段層網(wǎng)絡(luò)也可細(xì)分為兩部分：再生段網(wǎng)絡(luò)和復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)。SDH設(shè)備主要包括有：SDH VC2、VC32等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

在光纖通信系統(tǒng)中，SDH所采用具有標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)、速率、和STM-1有同種功能的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，并能借助STM-4與STM-16以及標(biāo)準(zhǔn)的SDH支路接口，達(dá)到互通，而SDH支路不僅能提供155Mbit/s的信號(hào)，也可以提供2Mbit/s的信號(hào)[4]?；赟DH通信網(wǎng)連接關(guān)系，可見圖1。

3.3海底光纜光傳送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

海底光纜光傳送層可將SDH傳送網(wǎng)與光網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。通過(guò)這種方式可數(shù)字信號(hào)在經(jīng)過(guò)光纖通道傳輸并通過(guò)多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)后，再經(jīng)過(guò)無(wú)電的再生中繼，就可將信號(hào)傳送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。即將SDH和WDM技術(shù)相結(jié)合。圖4為光傳送網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)。

通過(guò)與SDH傳送網(wǎng)相比照，光傳送網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是在SDH網(wǎng)絡(luò)的段層和物理層（光纖）之間加入WDM光網(wǎng)絡(luò)的光層。WDM光網(wǎng)絡(luò)能夠提供靈活的波長(zhǎng)選路能力，又稱為波長(zhǎng)選路網(wǎng)絡(luò)（Wavelength Routing Network），其主要為了使交換節(jié)點(diǎn)的吞吐量和光纖的傳輸容量得到進(jìn)一步提升。光纖傳輸信道、光發(fā)射器、光解復(fù)用器、波分復(fù)用器、光接收器是WDM光傳輸網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分。如圖3。海底光纜傳送信息時(shí)，由發(fā)送端的光發(fā)射機(jī)發(fā)送出多種波長(zhǎng)且各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)標(biāo)的光信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)OMU（光合波器）耦合、EDFA放大進(jìn)入光纖中傳輸，到達(dá)在接收端后，經(jīng)通過(guò)ODU（光分波器）恢復(fù)成原來(lái)的各路光信號(hào)，再經(jīng)處理到達(dá)光接收機(jī)。

四、基于SDH和WDM相結(jié)合的海底光纜信息傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

1.WDM同SDH相結(jié)合的海底光纜通信網(wǎng)可行性研究。如今，復(fù)用技術(shù)種類有很多，例如波分復(fù)用（WDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）和空分復(fù)用技術(shù)（SDM）。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的過(guò)程中，各種復(fù)用技術(shù)之間不一定就是相互排斥的關(guān)系。其重點(diǎn)在于，能否選擇一種性能優(yōu)良、技術(shù)可靠、價(jià)格合理，對(duì)現(xiàn)有資源進(jìn)行充分利用，能使光纖容量大幅度提升的綜合方案。SDH傳輸技術(shù)相比于TDM技術(shù)來(lái)說(shuō)，更加的先進(jìn)和成熟。但是在面對(duì)數(shù)據(jù)量較大的業(yè)務(wù)時(shí)，SDH的速率就不足以支撐數(shù)據(jù)的有效傳輸。ATM技術(shù)，可稱得上是較為完善的一種技術(shù)，但因其成本過(guò)高，且操作復(fù)雜等原因，并為得到廣泛的應(yīng)用。而IP技術(shù)，因其成本低、高寬帶、易獲得等優(yōu)勢(shì)，這些年得到了迅速的發(fā)展。但QoS問(wèn)題還待進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。由此可見，到目前為止，還沒有十全十美的技術(shù)。

WDM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有格式透明、協(xié)議透明、組建動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的光網(wǎng)絡(luò)、傳輸容量大等優(yōu)點(diǎn)。TDM系統(tǒng)則具有容量大、傳輸速率高、頻譜利用率高的特點(diǎn)。因此，按照TDM與WDM相結(jié)合的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃這一方式受到了眾多運(yùn)營(yíng)公司的青睞。對(duì)于一個(gè)WDM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，可以將多個(gè)廠家、多種速率的電設(shè)備相結(jié)合，按照需求進(jìn)行擴(kuò)容，并把新的高速TDM系統(tǒng)隨時(shí)加入進(jìn)來(lái)。通過(guò)這種方式在日益增長(zhǎng)的容量需求下也能構(gòu)建高速光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。結(jié)合WDM和TDM兩種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)用以網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，將是光纖技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)[4]。就SDH over WDM自愈方案來(lái)說(shuō)，正是這兩種技術(shù)的融合。其在擴(kuò)容技術(shù)和組網(wǎng)技術(shù)上，優(yōu)勢(shì)較為明顯，可作為光纖通信網(wǎng)發(fā)展的最佳路徑。

2.海底光纜通信網(wǎng)方案設(shè)計(jì)。光同步數(shù)字體系（SDH），是近年來(lái)新研發(fā)出的一種技術(shù)。其突出特點(diǎn)就是同步復(fù)用，能兼容PDH，自愈功能強(qiáng)，從而可以形成結(jié)構(gòu)更加緊密且通信過(guò)程順暢的網(wǎng)絡(luò)。正因?yàn)槿绱?，SDH在國(guó)內(nèi)光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)中得到了普遍應(yīng)用。以下對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)作以具體介紹：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，SDH網(wǎng)元、發(fā)送端口持續(xù)進(jìn)行信號(hào)的輸出，再經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)適配，形成光支路信號(hào)[5]。通過(guò)光復(fù)用器耦合信號(hào)，再對(duì)其光信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)視、檢測(cè)符合標(biāo)準(zhǔn)后繼續(xù)傳入光放大器傳輸線路。波長(zhǎng)適配技術(shù)，其主要作用在于實(shí)現(xiàn)兼容，將SDH中光群路信號(hào)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為適合WDM傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)，確保擁有標(biāo)準(zhǔn)光接口的網(wǎng)元能夠直接經(jīng)光路連接。

3.基于SDH和WDM結(jié)合的海底光纜通信組網(wǎng)性能分析。在陸上，發(fā)送端采用SDH技術(shù)，為了使各系統(tǒng)達(dá)到互聯(lián)，會(huì)使用一致的速率端口，從而有效的降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。采用WDM技術(shù)的水下支路，可以達(dá)到增加了組網(wǎng)可靠性，降低成本的目的，同時(shí)還可以滿足低速的信號(hào)要求。WDM與SDH技術(shù)的結(jié)合，其擴(kuò)容技術(shù)和其他單一的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)更加顯著，不僅數(shù)據(jù)傳輸效率高，且傳輸質(zhì)量能得到最大限度的保證。

五、結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，本文主要對(duì)海底光纜的發(fā)展現(xiàn)狀，海底光纜信息傳輸網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)以及運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同時(shí)與陸地光纖數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)作以分析對(duì)比，明確了影響海底光纖傳輸工作的諸多因素，并闡述了WDM與SDH技術(shù)的原理，以及對(duì)WDM與SDH相結(jié)合的接入系統(tǒng)應(yīng)用于光纖網(wǎng)絡(luò)通信中的可行性做出分析，希望能夠?yàn)槲覈?guó)海底光纜建設(shè)工作穩(wěn)步推進(jìn)獻(xiàn)出自己的綿薄之力。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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