［劉興華］

1 引言

2021年6月，第十三屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第二十九次會議通過《中華人民共和國海南自由貿(mào)易港法》，海南自由貿(mào)易港的建設(shè)進入了實質(zhì)性階段。海南自貿(mào)港的成立，必然伴隨著大量的國際通信需求，海南需超前謀劃推進信息化和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的建設(shè)。建設(shè)國際海底通信光纜（以下簡稱海纜）及國際海底通信光纜登陸站（以下簡稱海纜站），能極大改善海南跨國通信水平，為海南主動轉(zhuǎn)型調(diào)結(jié)構(gòu)，培育新產(chǎn)業(yè)提供通信保障，助力海南數(shù)字自由貿(mào)易港建設(shè)。

我國的國際海纜及海纜站主要分部在東部沿海，近海由于漁船錨泊或拖網(wǎng)捕撈造成的海纜斷裂頻繁發(fā)生，曾發(fā)生某個海纜站所有國際海纜幾乎同時中斷的情況，造成國際通信出境帶寬大面積擁塞。在海南建設(shè)國際海纜及海纜站有利于分散我國海纜過度集中局面，與其它海纜站進行異地備份及容災(zāi)調(diào)度，提升我國國際通信業(yè)務(wù)整體安全性。

本文從海南國際通信業(yè)務(wù)需求出發(fā)，建立業(yè)務(wù)分析模型，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特點規(guī)劃業(yè)務(wù)路由，結(jié)合海纜傳輸技術(shù)的發(fā)展，提出海南自貿(mào)港國際海纜與海纜站的發(fā)展規(guī)劃。

2 業(yè)務(wù)需求分析

2.1 業(yè)務(wù)分析模型

（1）業(yè)務(wù)流向分析

亞太內(nèi)部是國際海纜帶寬需求的熱門方向，根據(jù)電信市場調(diào)研公司TeleGeography分析數(shù)據(jù)，2021年亞太內(nèi)部已用國際海纜帶寬已接近到200 Tbit/s，并保持高速增長態(tài)勢。海南位于中國最南部，是我國面向亞太的重要對外開放門戶，海南國際通信網(wǎng)絡(luò)主要與北面的香港、東北亞，以及南面的東南亞等地區(qū)互聯(lián)。

北面的香港是一座高度繁榮的自由港和國際大都市，根據(jù)TeleGeography數(shù)據(jù)，2021年香港排在全球國際互聯(lián)網(wǎng)交換中心第6位。日本是全球第三大經(jīng)濟體，亞洲至美洲方向80%以上的海纜帶寬需要在日本轉(zhuǎn)接。韓國的制造業(yè)與科技產(chǎn)業(yè)發(fā)達，高速互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)聞名世界。

南面的東南亞地區(qū)在全球經(jīng)濟發(fā)展熱度領(lǐng)先，是中企活躍程度最高的地區(qū)。印尼、菲律賓、越南均為人口超過或接近1億的大國，發(fā)展?jié)摿薮?。新加坡排在全球國際互聯(lián)網(wǎng)交換中心第5位，絕大部分的亞非歐海纜都在新加坡落地或者轉(zhuǎn)接。

海南的國際通信業(yè)務(wù)主要向北連接香港、東北亞地區(qū)，向南連接?xùn)|南亞地區(qū)，并通過這些地區(qū)豐富的國際海纜資源連接世界各地。

（2）業(yè)務(wù)類型分析

海南自貿(mào)港成立后，海南很有可能設(shè)置為與京滬穗同等地位的全業(yè)務(wù)國際業(yè)務(wù)出入口局，屆時海南將具備落地國際專線、國際互聯(lián)網(wǎng)等全業(yè)務(wù)權(quán)限。海南自貿(mào)港將以其獨特的地理位置，開放的市場政策，被打造為國際互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)接中心，有大量不落地中國大陸的互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)接需求。另外，海南作為中國主要的國際海纜信道口之一，將轉(zhuǎn)接中國境內(nèi)其它地區(qū)出境的國際業(yè)務(wù)。因此，海南國際業(yè)務(wù)主要分為4大類型：① 海南落地的國際專線業(yè)務(wù)；② 海南落地的國際互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)；③ 經(jīng)海南不入境中國大陸的互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)接業(yè)務(wù)；④ 轉(zhuǎn)接中國境內(nèi)其它地區(qū)的南向國際業(yè)務(wù)。

根據(jù)以上通信業(yè)務(wù)流向及業(yè)務(wù)類型分析，提出海南國際通信業(yè)務(wù)分析模型如圖1所示。

圖1 海南國際業(yè)務(wù)需求模型

2.2 定量需求預(yù)測

國際海纜及海纜站的建設(shè)一般需要3至4年時間，按2022年啟動建設(shè)，預(yù)計2025年左右投產(chǎn)。海纜站的設(shè)計使用年限一般為50年，海纜的設(shè)計使用年限為25年，時間跨度都比較大。國際環(huán)境復(fù)雜多變，遠期的需求預(yù)測很難精準，時間過長，可能的偏差過大。本文按第1條海纜的設(shè)計使用年限，即2025年至2050年，預(yù)測海南25年間的國際業(yè)務(wù)需求。

根據(jù)TeleGeography分析數(shù)據(jù)，全球國際互聯(lián)網(wǎng)帶寬2017-2021年復(fù)合增長率為29%。據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心最近一期數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國國際互聯(lián)網(wǎng)帶寬年增長率約為20%。海南成立自貿(mào)港初期，由于國際通信業(yè)務(wù)存量小，將迎來快速增長期，隨著業(yè)務(wù)體量的增大，業(yè)務(wù)增速將會逐漸放慢。海南各類國際業(yè)務(wù)預(yù)測如下：

① 國際專線業(yè)務(wù)：預(yù)計2025年南北向的業(yè)務(wù)量均達到0.8 Tbit/s，初始按35%的年增長率預(yù)測業(yè)務(wù)帶寬，增長率逐年下降1%，到達20%時穩(wěn)定。

② 國際互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)：中國國際互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)出入口局目前有北京、上海和廣州，海南作為第四個國際互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)出入口局，將承載其中10%的業(yè)務(wù)量，預(yù)計2025年南北向的業(yè)務(wù)量均達到1 Tbit/s。初始按25%的年增長率預(yù)測業(yè)務(wù)帶寬，增長率逐年下降1%，到達20%時穩(wěn)定。

③ 互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)接業(yè)務(wù)：預(yù)計2025年南北向的業(yè)務(wù)量均達到0.7 Tbit/s，初始按35%的年增長率預(yù)測業(yè)務(wù)帶寬，增長率逐年下降1%，到達20%時穩(wěn)定。

④ 轉(zhuǎn)接中國境內(nèi)其它地區(qū)（國內(nèi)大網(wǎng)）南向國際業(yè)務(wù)：中國境內(nèi)其它地區(qū)發(fā)起連接?xùn)|北亞及轉(zhuǎn)接美洲方向的業(yè)務(wù)經(jīng)海南出境存在路由繞轉(zhuǎn)，而且東部沿海登陸海纜資源豐富，能滿足北向業(yè)務(wù)帶寬及路由多樣性的需求，因此僅考慮中國境內(nèi)其它地區(qū)發(fā)起連接?xùn)|南亞及轉(zhuǎn)接歐洲、非洲方向的業(yè)務(wù)。預(yù)計2025年南向國際業(yè)務(wù)中80%經(jīng)上海、廣東、香港等海纜站出境，20%（約1.4 Tbit/s）經(jīng)海南出境。初始按25%的年增長率預(yù)測業(yè)務(wù)帶寬，隨著中國更多海纜站陸續(xù)籌建，增長率逐年下降1%，到達20%時穩(wěn)定。

根據(jù)以上業(yè)務(wù)安排及增長率推算，2025年至2050年海南國際通信業(yè)務(wù)需求預(yù)測如表1～2所示。預(yù)計到2050年，海南北向業(yè)務(wù)需求將達到481.8 Tbit/s，南向業(yè)務(wù)需求將達到 638.9 Tbit/s。

表1 海南出境北向業(yè)務(wù)需求到達量（單位Tbit/s）

表2 海南出境南向業(yè)務(wù)需求到達量（單位Tbit/s）

3 路由承載策略

海南出境的北向國際業(yè)務(wù)可由海南國際海纜及穿中國大陸再轉(zhuǎn)接海纜路由承載。中國大陸光纜資源豐富，建設(shè)成本相對較低，海南出境的北向國際專線及互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可通過這兩個路由負荷分擔，增強網(wǎng)絡(luò)安全性?；ヂ?lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)接業(yè)務(wù)由海南國際海纜承載。

海南出境的南向國際業(yè)務(wù)經(jīng)中國大陸再轉(zhuǎn)接海纜路由存在一定繞轉(zhuǎn)，增加時延和成本，可作為備用路由承載部分國際專線及互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。大部分南向國際業(yè)務(wù)由海南國際海纜承載?；ヂ?lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)接及轉(zhuǎn)接大網(wǎng)業(yè)務(wù)均由海南國際海纜承載。各種業(yè)務(wù)路由承載比例如圖2所示。

圖2 海南業(yè)務(wù)承載示意圖

根據(jù)以上路由安排，預(yù)計到2050年，海南北向業(yè)務(wù)中經(jīng)海南國際海纜承載的量達到324.4 Tbit/s，占海南北向國際業(yè)務(wù)的67%。海南南向業(yè)務(wù)中經(jīng)海南國際海纜承載的量達到533.3 Tbit/s，占海南南向國際業(yè)務(wù)的83%。如表3所示。

表3 海南國際海纜承載業(yè)務(wù)量（單位Tbit/s）

4 國際海纜與海纜站規(guī)劃

4.1 海纜網(wǎng)絡(luò)拓撲

早期的國際海纜一般采用點對點或者環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，隨著基于WSS技術(shù)的ROADM廣泛應(yīng)用，水下光電分支器（BU）能靈活上下任意波長，使得海纜系統(tǒng)組網(wǎng)更為靈活[1]。國際上近期建設(shè)的海纜主要采用魚骨狀結(jié)構(gòu)，以更小的建設(shè)成本連接更多的國家和地區(qū)。根據(jù)海南國際業(yè)務(wù)的流量流向及海南所處的地理位置分析，海南國際海纜適宜采用魚骨狀結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 海南國際海纜拓樸圖

根據(jù)業(yè)務(wù)需求分析，海南南向的國際業(yè)務(wù)量比北向大，僅采用魚骨狀結(jié)構(gòu)的海纜還不能很好匹配業(yè)務(wù)發(fā)展，需要另外建設(shè)南向的海纜應(yīng)對南北流量的不均衡。

4.2 海纜設(shè)計帶寬

國際海纜提升系統(tǒng)帶寬主要有兩種手段，一是盡可能提高每條海纜配置的纖芯數(shù)量，二是最大限度提升每對纖芯的傳輸帶寬[2]。

早期的國際海纜受中繼器集成度、電源遠供電壓等限制，每條海纜能配置的纖芯數(shù)較少，上萬公里的跨洋海纜甚至最多只能配置4對纖芯。隨著海纜高效泵浦驅(qū)動、多纖對泵浦共享、超高電源遠供電壓等技術(shù)的突破[3]，海纜可配置的纖芯數(shù)量有很大的提升。目前帶中繼海纜已有配置16對纖芯的系統(tǒng)，未來將向24對甚至32對纖芯的系統(tǒng)發(fā)展，可大幅提升海纜系統(tǒng)帶寬。

波分復(fù)用是海纜傳輸?shù)闹髁骷夹g(shù)，在過去的二十多年取得了飛速發(fā)展。100 Gbit/s波x 80波的波分復(fù)用系統(tǒng)在2013年左右大規(guī)模商用，一對纖芯的設(shè)計帶寬達到8 Tbit/s。200 Gbit/s波 x 120 波的波分復(fù)用系統(tǒng)預(yù)計在 2025年左右大規(guī)模商用，一對纖芯的設(shè)計帶寬達到24 Tbit/s。2013年至2025年一對纖芯的設(shè)計帶寬年復(fù)合增長率達到10%。未來隨著L波段波分技術(shù)的成熟商用，以及單波400 G/800 G/1.2 Tbit/s技術(shù)的出現(xiàn)，設(shè)計帶寬會更進一步增加[4]。本文按每年10%的增幅測算未來一對纖芯傳輸系統(tǒng)的設(shè)計帶寬，未來一對纖芯傳輸系統(tǒng)的設(shè)計帶寬如表4所示。

表4 波分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計帶寬（Tbit/s）

4.3 海纜投資模式

國際海纜的投資運營主要有俱樂部海纜及私營海纜兩種方式。俱樂部海纜由經(jīng)營國際通信的運營商共同出資建設(shè)、管理和維護海纜系統(tǒng)；投資各方分攤海纜系統(tǒng)的建設(shè)和維護費用，并擁有相應(yīng)權(quán)益。俱樂部方式的優(yōu)點是其投資方均為通信運營商和大的互聯(lián)網(wǎng)公司，抗經(jīng)濟風(fēng)險能力強；缺點是參與方各自利益不同，決策和管理效率較低。

私營海纜由國際財團、銀行或其他金融機構(gòu)甚至海纜系統(tǒng)的供應(yīng)商建立一個控股公司，融資建設(shè)海纜系統(tǒng)。建設(shè)一條國際海纜投資可達數(shù)億美元，要求投資私營海纜的公司具備雄厚的資本，并且需要獨自承擔投資風(fēng)險。一條海纜的設(shè)計帶寬可達200 Tbit/s以上，如此大的帶寬如何合理使用也是一個挑戰(zhàn)。

海南初期的國際業(yè)務(wù)量并不大，宜采用俱樂部方式投資國際海纜。后續(xù)根據(jù)業(yè)務(wù)量的增長，適時參與更多俱樂部海纜建設(shè)，既能動態(tài)匹配業(yè)務(wù)發(fā)展，提升經(jīng)濟效益，還可以分散業(yè)務(wù)承載路由，提升網(wǎng)絡(luò)安全性。

4.4 海纜規(guī)劃

國際海纜規(guī)劃需以數(shù)據(jù)驅(qū)動為方法、以投資預(yù)算為約束，動態(tài)建設(shè)海纜以匹配業(yè)務(wù)發(fā)展。根據(jù)業(yè)務(wù)需求及海纜技術(shù)發(fā)展，海南國際海纜的建設(shè)計劃如下：

第1條國際海纜預(yù)計在2025年投產(chǎn)，配置北向路由、南向路由各1對纖芯（本文僅考慮與海南相關(guān)的纖芯配置，下同），設(shè)計帶寬按24 Tbit/s對纖考慮。

為增加海南國際海纜路由的多樣性，提升網(wǎng)絡(luò)安全，需盡早啟動第2條海南國際海纜建設(shè)。第2條國際海纜預(yù)計在2030年投產(chǎn)，配置北向路由、南向路由各2對纖芯，設(shè)計帶寬按39 Tbit/s對纖計算。

南向業(yè)務(wù)量較北向大，為解決南向帶寬缺口，需增加建設(shè)南向海纜。第3條國際海纜預(yù)計在2040年投產(chǎn)，配置南向路由3對纖芯，設(shè)計帶寬按100 Tbit/s對纖計算。另外配置若干對共建共享纖芯（直接引接至第三方通信機房，不占用海纜站通信機房空間及電源設(shè)施）。

第4條國際海纜預(yù)計在2045年投產(chǎn)，配置北向路由、南向路由各2對纖芯。設(shè)計帶寬按161 Tbit/s對纖計算。

2050年第1條國際海纜退役，騰退的海纜站資源用于登陸第5條海纜。第5條國際海纜配置北向路由、南向路由各3對纖芯。設(shè)計帶寬按260 Tbit/s對纖計算。

海南國際業(yè)務(wù)需求與海纜設(shè)計帶寬對應(yīng)如表5～6所示，表中已考慮退網(wǎng)海纜帶寬的替代資源。海纜帶寬能較好匹配業(yè)務(wù)發(fā)展，并且有一定的冗余帶寬應(yīng)對更遠期的業(yè)務(wù)需求。

表5 北向路由海纜、纖芯及帶寬規(guī)劃

表6 南向路由海纜、纖芯及帶寬規(guī)劃

根據(jù)以上分析，海南國際海纜建設(shè)計劃匯總?cè)鐖D4所示。

圖4 海南國際海纜建設(shè)計劃圖

4.5 海纜站規(guī)劃

海纜在岸灘人井內(nèi)登陸之后，通常在岸灘接頭盒內(nèi)進行光電分離，將海纜的光纖及銅管進行剝離。光纖通過一段陸地光纜連接光耦合連接設(shè)備（OCJ），光耦合連接設(shè)備提供標準的接口與終端傳輸設(shè)備（TTE）以及線路監(jiān)測設(shè)備（LME）互連[5]。銅管通過一段電纜連接電源遠供設(shè)備（PFE），電源遠供設(shè)備通過接地電纜連接海洋接地裝置。海纜站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 海纜站系統(tǒng)連接示意圖

海纜站建設(shè)涉及機房基礎(chǔ)土建、機電、陸纜管道、陸纜傳輸?shù)榷鄠€專業(yè)，需在海纜設(shè)備資源占用預(yù)估基礎(chǔ)上，結(jié)合其他專業(yè)如延伸段傳輸設(shè)備的空間和電力需求，綜合考慮海纜站的建設(shè)。

海南海纜站預(yù)計2025年投產(chǎn)，最快至2045年，即投產(chǎn)20年后，才有第4條海纜登陸。2050年第1條海纜退役后，第5條海纜利用原第1條退役海纜的機房資源。2050年后，海纜站已服役25年，剩余的服役期限比海纜的設(shè)計年限短，不適宜再登陸新的海纜。為提高海纜站空間、電源等設(shè)施的利用率，海南海纜站宜按登陸4條海纜（17對纖芯）的需求考慮，如圖6所示。更遠期的海纜登陸需求可通過在后期考慮建設(shè)第二海纜站承接。

圖6 海南登陸海纜示意圖

海南北向國際業(yè)務(wù)可通過中國大陸網(wǎng)絡(luò)疏導(dǎo)，3條海纜路由能滿足業(yè)務(wù)增量及路由多樣性需求。南向業(yè)務(wù)需求量較大，且主要靠海纜承載，需要4條海纜路由才能滿足業(yè)務(wù)增量及路由多樣性需求。

國際環(huán)境存在地緣政治、政策監(jiān)管、戰(zhàn)爭或制裁等風(fēng)險，國際業(yè)務(wù)需求存在很大的不確定性，特別是中遠期的需求預(yù)測，與實際情況可能會存在較大的偏差。因此海纜站規(guī)劃方案需具備靈活性，以應(yīng)對需求變化風(fēng)險。如果實際需求小于預(yù)測，則會導(dǎo)致海纜站機房空間及電源過剩，造成投資浪費。因此海纜站通信機房的空間及電源配置不宜過大，盡可能按低方案考慮海纜設(shè)備的空間及功耗。如果實際需求大于預(yù)測，則會導(dǎo)致海纜站資源不夠，無法滿足業(yè)務(wù)發(fā)展。海纜站可以考慮多配置1條海纜的沙灘人井、陸纜管道、進線室空間等冗余資源，以滿足突發(fā)的海纜登陸需求；海纜站僅考慮海纜公共平臺設(shè)備的空間和功耗冗余，而其海纜終端傳輸設(shè)備通過陸地光纜延伸至附近市級或省級的通信機樓放置。

5 結(jié)束語

本文通過建立海南國際通信業(yè)務(wù)的流量流向預(yù)測模型，結(jié)合海纜技術(shù)發(fā)展趨勢，研究了海南自貿(mào)港中遠期國際海纜與海纜站的發(fā)展規(guī)劃，其方法論可為從事國際海纜及海纜站規(guī)劃建設(shè)的人員提供參考。國際環(huán)境復(fù)雜多變，遠期很多場景暫時無法清晰預(yù)見，需在后續(xù)工作中加以辨別及靈活應(yīng)對。