连接美洲和亚洲之间容量最大的海底光缆预计今年完工

2016 年,谷歌和 Facebook 颁布发表合作,联手铺设一条毗连洛杉矶和喷鼻港、长约 12,875 公里的超高速海底光纤电缆,传输速度可达 144 Tbps。

这个项目就是“承平洋光电缆收集”(PacificLightCableNetwork),估计 2018 年落成。

这条超高速海底光缆建当作后,将当作为毗连美洲年夜陆和亚洲年夜陆之间容量最年夜的通信电缆,其容载量较当前光缆翻了一番。

此刻越来越多的年夜公司起头联手铺设海底光缆,为啥?当然是需求驱动了,这是一块“肥肉”。

通俗来说,只要您在上彀,就会用到光纤。这些头发丝般粗细的石英玻璃光导纤维影响着几十亿人的糊口。

海底光缆是用来设立国度之间的电信传输的,已经当作为今世国际通信的主要手段,承担了 90% 的国际通信营业,是全球信息通信的本家儿要载体。

谷歌和 Facebook 铺设这一海底光缆,目标就是为承平洋对岸的亚洲客户供给更快、更靠得住的拜候办事。此外,谷歌和 Facebook 在知足本身的需求后,或将残剩空间对外租赁。

跟着科技巨子们对互联网流量需求慢慢增加,年夜公司之间睁开合作、配合开辟海底光缆项目日渐增多。

拿中国来说,中国海底光缆公开统计数据为 3 个进口(上海,青岛,汕头),6 条光缆(光缆的进口有反复)。作为对比,喷鼻港有11条,台湾 9 条,韩国 11 条,日本 11 个进口 15 条光缆。

而 Facebook 和谷歌之间,它们的办事器彼此传输着海量数据,因而它们火急需要成立本身的毗连,而不是经由过程租赁第三方线缆完当作这些数据传输。

好比 Facebook 与微软合作,正在成立一条穿越年夜西洋的海底光缆。对于谷歌而言,这将是其介入扶植的第六条高速光缆项目。

海底光缆与人们的日常糊口互相关注,若是发生海底地动如许的天然灾难,互联网会年夜面积瘫痪,这意味着你玩不了王者农药,也玩不了跳一跳了。

举个例子,2006 年 12 月 26 日 20 点 25 分,我国台湾省南部海域发生 7.2 级海底地动,造当作该海域 13 条国际海底光缆受损,致使我国至欧洲年夜部门地域和南亚部门地域的语音通信接通率随即较着下降。

这一震还使得欧洲、南亚地域的数据专线年夜量间断;互联网年夜面积拥塞、瘫痪,雅虎、MSN 等国际网站无法拜候,1,500 万 MSN 用户持久无法登岸,1 亿多中国网平易近一个多月无法正常上彀,日本、韩国、新加坡等地网平易近也受到影响。5 艘海缆维修船颠末一个月尽力,才将断裂的海缆修复。

海底光缆铺设史

人们什么时辰起头在海底铺设光缆的呢?1986 年,美国 ATT 公司在西班牙加那利群岛和相邻的特里面弗岛之间,铺设了宿世界第一条商用海底光缆,全长 120 公里。

1988 年,美国与英国、法国之间铺设了宿世界第一条跨年夜西洋海底光缆(TAT-8)系统,全长 6,700 公里,含有 3 对光纤,每对的传输速度为 280Mb/s,中继站距离为 67 公里。这标记着海底光缆时代的到来。

1989 年,跨越承平洋全长 13,200 公里的(TPC-3)海底光缆也扶植当作功,从此,海底光缆就在跨洋洲际海缆范畴代替了同轴电缆。

承平洋海底光缆——宿世界首条海底高速直达光缆

铺设 1,000 公里的同轴电缆年夜约需要 500 吨铜,改用光缆只需几吨石英玻璃材料就可以了。与昂贵的铜材比拟,沙石中就含有石英,几乎取之不尽。

此外一根头发般藐小的光纤,其传输的信息量半斤八两于一捆饭桌般粗细的铜线。一对金属德律风线至多只能同时传送一千多路德律风,而一对细如蛛丝的光导纤维理论上可以同时接通一百亿路德律风!

据不完全统计,从 1987 年到 2001 年,全宿世界年夜巨细小总共扶植了 170 多个海底光缆系统,总长近亿公里,年夜约有 130 余个国度经由过程海底光缆联网。

今朝,全宿世界跨越 90% 的通信流量都由海底光缆承担,我们前面提到的喷鼻港到洛杉矶海底光缆速度可达 144T(1T 等于 1024G),这是一个惊人的数据!

海缆通信手艺的变迁

海底线缆通信已有一百多年汗青,1850 年盎格鲁法国电报公司起头在英法之间铺设了宿世界第一条海底电缆,只能发送莫尔斯电报暗码。

1852 年海底电报公司第一次用缆线将伦敦和巴黎联系起来。1866 年英国在美英两国之间铺设跨年夜西洋海底电缆(The Atlantic Cable)取得当作功,实现了欧美年夜陆之间跨年夜西洋的电报通信。

1876 年,贝尔发现德律风后,海底电缆具备了新的功能,列国年夜规模铺设海底电缆的程序加速了。1902 年举世海底通信电缆建当作。

中国第一条海底电缆是清朝期间台湾首任巡抚刘铭传,在 1886 年铺设通联台湾全岛以及年夜陆的水路电线,本家儿要作为发送电报用途。

到 1888 年共完当作架设两条水线,一条是福州川石岛与台湾沪从头至尾(淡水)之间的 177 海里水线,本家儿如果供给台湾府标的目的清廷传递台湾的天灾、治安、财经,并供给商务通信利用。

别的一条为台南安平通往澎湖的 53 海里水线。福建外海川石岛的年夜陆登岸点依旧存在,可是台湾淡水的具体登岸点已经不成考。

同陆地电缆比拟,海底电缆有良多优胜性:一是铺设不需要挖坑道或用支架支撑,因而投资少,扶植速度快。

二是除了登岸地段以外,电缆年夜多在必然深度的海底,不受风波等天然情况的粉碎和人类出产勾当的干扰,所以,电缆平安不变,抗干扰能力强,保密机能好。

英国物理学家丁达尔和光反射试验示意图

光纤通信改变宿世界

光导纤维的呈现使海缆通信取得跨越式成长。光,也许是最泛泛却最不服常的工具。它时刻在人身旁,却又一向无法捕获称量。

1870 年的一天,英国物理学家丁达尔(John Tyndall)在皇家学会演讲厅讲述光的全反射道理时,做了一个简单的尝试:他在装满水的桶壁上钻个孔,然后用灯从桶上边把水照亮,成果人们看到光线顺着流出的水柱而弯曲。

1955 年,英国伦敦帝国粹院的卡帕(Narinder Kapany)博士按照光的折射道理,发现了用玻璃制当作了极细的光导纤维。

厥后不竭有科学家测验考试操纵玻璃纤维来传递信息,但因为光线在长距离传输过程中衰减损耗耗率过高而难以实现。

直到上宿世纪 60 年月,英国华裔科学家高锟博士和研究小组,在具体研究了玻璃介质的传输损耗后,提出制造光纤的玻璃纯度是降低光能损耗的关头,而熔炼石英恰是可以制造高纯度玻璃的材质。

他预言经由过程增强原材料提纯,插手恰当的掺杂剂,只要把光纤的衰耗系数降低到每公里 20 分贝以下就可用于通信。

而那时宿世界上用于工业和医学方面的光纤材料,衰耗系数高达每公里 1,000 分贝!高锟的设想被认为是可望不成及的。为此,他不得不担任起一个“传教者”的脚色,四处拜访玻璃工场,鼓吹他的理论。

四年后的 1970 年,美国康宁玻璃(Corning Glass)按照高锟的设想,破费 3,000 万美元用改良型化学气相沉积法(MCVD法)制造出那时宿世界上第一根超低耗光纤,获得 30 米光纤样品,初次迈过了“20分贝/公里”门槛。

这一冲破,引起宿世界通信界的震动,发财国度起头投入庞大力量研究光纤通信。之后手艺不竭前进,1972 年光纤衰耗降到 4 分贝/公里,到 1990 年康宁研制的光纤衰耗降到 0.14 分贝/公里,这已经接近石英光纤的理论衰耗极限值 0.1 分贝/公里。

恰是光纤制造手艺和光电器件制造手艺的飞速成长,以及年夜规模、超年夜规模集当作电路手艺和微处置机手艺的成长,带动了光纤通信系统从小容量到年夜容量、从短距离到长距离、从低程度到高程度、从旧体系体例(PDH)到新体系体例(SDH)的迅猛成长。

进入 90 年月,海底光缆已经和卫星通信当作为今世洲际通信的本家儿要手段。今朝,宿世界列国的收集可以算作是一个年夜型局域网,海底和陆上光缆将宿世界列国的收集毗连当作为国际互联网,光缆是互联网的“中枢神经”,而美国几乎是互联网的“年夜脑”。

美国作为 Internet 的发源地,存放着良多的 Web 和 IM(如MSN)等办事器,全球解析域名的 13 台根办事器就有 9 台在美国,列国用户登录 .com 、.net 网站或发电子邮件,数据几乎都要到美国的根办事器上绕一圈才能达到目标地。

毗连“中枢神经”和“年夜脑”的是海底光缆系统,它分为岸上设备和水下设备两年夜部门。岸上设备将语音、图象、数据等通信营业打包传输。

水下设备分为海底光缆、中继器和“分支单位”三部门,负责通信旌旗灯号的处置、发送和领受。海底光缆是此中最主要的也是最懦弱的部门。

中国光纤通信成长史

我国光通信起步较早,1969 年,邮电部想靠年夜气传送光旌旗灯号来实施军用通信,邮电部武汉邮电科学研究院(那时是武汉邮电学院)接管使命,便起头光纤通信研究。

那时光纤通信手艺在欧美发财国度也才方才起步。我国处于封锁状况,一切都要靠本身试探。就研制光纤来说,原料提纯、熔炼车床、拉丝机,还包罗光纤的测试仪表和接续东西也全都要本身开辟。

1976 年上半年,武汉邮电学院讲师赵梓森和同事们拉制出了我国第一根 200 米光纤样品。1979 年,他和同事们拉制出了我国第一条适用光纤,每公里衰耗为 4 分贝。

上宿世纪70年月,赵梓森(左二)与同事在便宜的光纤熔炼车床前

到 80 年月中期,我国光纤通信的速度已达到 144Mb/s,可传送 1,980 路德律风,跨越同轴电缆载波。于是光纤通信在传输干线上周全代替同轴电缆。

到 2000 年时,我国光缆干线总长度达到 120 万公里,此中中国电信约占 70% 份额,其余约 30% 份额由中国联通、网通等公司拥有。

跟着时候的推移和手艺的前进,互联网、云计较、年夜数据等营业的飞速成长,到 2016 年,全国新建光缆线路 554 万公里,光缆线路总长度达 3,041 万公里。我国要实现的电网“最后一公里”用户接入网光纤工程其实就是电力光纤到户。

自 1989 年起头到 1998 年末,我国先后介入了 18 条国际海底光缆的扶植与投资。

此中第一个在中国登岸的国际海底光缆系统是 1993 年 12 月建当作的中国——日本(C-J)海底光缆系统,从上海南汇至日本九州宫崎,全长 1,252 公里,通信总容量达 7,560 条通话电路,半斤八两于建于 1976 年的中日海底同轴电缆的 15 倍以上。

1996 年 2 月中韩海底光缆建当作开通,别离在中国青岛和韩国泰安登岸、全长 549 公里;

1997 年 11 月,中国介入扶植的球海底光缆系统(FLAG)建当作并投入运营,这是第一条在我国登岸的洲际光缆系统,别离在英国、埃及、印度、泰国、日本等 12 个国度和地域登岸,全长 27,000 多公里,此中中国段为 622 公里。

中美海底光缆

中美海底光缆系统是毗连亚洲和海说神聊美洲的中美海底光缆系统,也是宿世界主要的国际光缆之一,由宿世界 23 个电信机构配合出资建造,全长约 30,000 公里,共有 9 个登岸站,中国的登岸站别离为上海崇明和广东汕头。

其他登岸方还有日本、韩国、美国和中国台湾。该工程于 1997 年 12 月开工扶植,此中海说神聊线于 l999 年 12 月初全数建当作,并于 2000 年 1 月 19 日正式投入利用,是亚洲列国连通美国的本家儿要电信线路。

中美海底光缆共有 4 对光纤构成,形当作具有自逾功能的环型收集布局,并以分支体例毗连亚洲其他地域,系统容量为 8x2.5Gb/s,最长再生距离 11,000 公里。

亚欧海底光缆

亚欧海底光缆指 SEA-ME-WE3(东南亚-中东-西欧,简称SMW3)系统,西起德国 Norden,经英吉利海峡登岸英国和法国,经地中海毗连西班牙、意年夜利等国,经由过程红海进入印度洋达到新加坡后分为两路,南线毗连澳年夜利亚,海说神聊线毗连中国,最后灵通日本、韩国。

全长约 4 万公里,毗连 33 个国度和地域,共计 39 个登岸站,于 1999 年 12 月开通,总投资 15 亿美元,此中中国电信投资 3,900 万美元。

亚太2号海底光缆

亚太2号(APCN2)国际海底光缆,全长 1.9 万公里,毗连中国、日本、韩国、新加坡、马来西亚等国度和地域。

初期投资为 14 亿美元,由中国电信、日本 KDDI、NTT、日本电信、韩国电信、喷鼻港电讯、中华电信、新加坡电信、马来西亚电信、澳年夜利亚电信、中国联通等 26 家亚洲、欧洲和美洲的国际通信公司倡议投资扶植。

采用环形布局方案,4 对光纤,每对光纤的传输速度为每秒 80G,这一系统还采用 64 波密集波分复用手艺,初期开通容量为每秒 80G,终期可扩容至每秒 2,560G。

2000 年 8 月起头海上施工。2001 年末陆续开通电路,并继续进行扩容。系统别离在中国的上海崇明、广东汕头、台湾、喷鼻港以及日本、韩国、新加坡、马来西亚和菲律宾登岸。

跨承平洋直达光缆系统

2006 年 12 月,由中国网通、中国电信、中国联通、台湾中华电信、韩国电信和美国 Verizon 等中美韩六年夜收集运营商在海说神聊京签订和谈,配合出资 5 亿美元建筑宿世界首条海底高速直达光纤电缆——跨承平洋直达光缆系统(Trans-Pacific Express简称TPE)。

这条长度跨越 2.6 万公里的中美之间第二条海底光缆,带宽容量达 5.12T(5,242G),将可同时处置半斤八两于 6,200 万个通话的数据量,是第一条中美海底光缆的 60 多倍。

该海缆不再绕道日本,从中国山东青岛、上海崇明、台湾淡水,韩国巨济和美国俄勒冈州 Nedonna 登岸,收集总线路长度约 26,000 公里。

2007 年 10 月 22 日开工扶植。该光缆可以容纳 1,920 万人同时通话,或者半斤八两于同时传递 16 万路高清电视旌旗灯号。

TPE 是首个纵贯中美的新一代海底光缆系统,2008 年 7 月建当作的 TPE 海缆显著提高跨承平洋传输带宽,为 2008 年奥运会供给高清电视旌旗灯号传送等普遍的带宽办事。

海底光缆布局

海底光缆系统由置于海底的光中继器和光缆组成。光纤要耐半斤八两于几百至一千年夜气压的水压,耐磨耐侵蚀,耐受数千至 1 万伏的高电压,铺设时还要承受数吨的张力,有铠装层防止渔轮拖网、船锚及鲨鱼的危险。

光缆断裂时,尽可能削减海水渗入光缆内的长度,能防止从外部渗入到光缆内的氢气与防止内部发生的氢气,利用寿命要求在 25 年以上。

海底中继器为光放年夜中继链路,由放年夜光旌旗灯号的掺铒光纤(EDF)及响应的泵浦激光源组成,链路布局极其简单。除此之外,在陆地站点还设置了高压供电的电源装配和接管光旌旗灯号的结尾装配等。

典型海底光缆的布局包罗:1 绝缘聚乙烯层、2 聚酯树酯或沥青层、3 钢绞线层、4 铝制防水层、5 聚碳酸酯层、6 铜管或铝管、7 白腊,烷烃层、8 光纤束。

海底光缆施工方式

海底光缆的铺设和维修都异常坚苦,被宿世界列国公认为复杂坚苦的年夜型工程。在浅海,如水深小于 200 米的海域缆线采用埋设,而在深海则采用敷设。

光缆铺设船进行海上施工,为防止报酬粉碎,海底光缆的具体位置需要保密

水力喷射式埋设是本家儿要的埋设方式。埋设设备的底部有几排喷水孔,平行分布于两侧,功课时,每个孔同时标的目的海底喷射出高压水柱,将海底泥沙冲开,形当作海缆沟。

设备上部有一导缆孔,用来指导电缆(光缆)到海缆沟底部,由潮水将冲沟主动填平。埋设设备由施工船拖曳进步,并经由过程工作电缆作出各类指令。敷缆机一般没有水下埋设设备,靠海缆自重敷设在海底概况。

遥控潜水器进行海底电缆铺设

如何修复海底光缆

海底光缆修复异常复杂,一旦光缆呈现问题,单是茫茫年夜海中,精确找到海底光缆,再从 3,000 米至 4,000 米深的海床上打捞起直径不到 10 厘米的海底光缆,不亚于年夜海捞针。

解除维修船行驶的时候和波浪、气候等身分影响,修复步调都需要履历查找断点、打捞光缆、修补光纤、从头包裹、从头放置这几步。

第一步查找断点,常用方式是在从海底光缆岸端的终站或始站将光缆取下,用机械标的目的光纤中输入光脉冲,光脉冲碰到光纤断裂面会发生特别反射光,再按照时候、折射率等计较,就可确定断点的具体位置。

然后进行第二步打捞,若是光缆在水下不足 2,000 米的深处,可以派出遥控机械人潜下水,经由过程扫描检测,找到破损海底光缆的切确位置。

机械人将浅埋在泥中的海底光缆挖出,用电缆铰剪将其堵截。船上放下绳索,由机械人系在海底光缆一头,然后将其拉出海面。同时,机械人在堵截处安设无线发射应答器。

深海遥控机械人

若是光缆位于水深约 3,000 米至 6,000 米海域,只能利用一种抓钩,抓钩收放一次就需要 12 个小时以上。

海底光缆沟挖掘机

海底光缆原本是平铺的,三四千米深的光缆从海底拉起来,牵扯规模能达到方圆几千米,所以必然要慢、要稳。海缆还可能互订交错,打捞时要注重不粉碎其他光缆系统,所以使命很艰难。

第三步用不异法子将另一段光缆也拉出海面。和检修德律风线路一样,船上的仪器别离接上光缆两头,经由过程两个偏向的海底光缆登岸站,检测出光缆受阻断的部位事实在哪一端。之后,收回较长一部门有阻断部位的海底光缆,剪下。另一段装上浮标,临时任其漂在海上。

第四步是最复杂的修复光缆,毁损的光缆捞到船上后需要替代失落。光纤是一种可以传送光线而外形微细的玻璃纤维,由石英制当作,每根直径仅 125 微米,年夜约只有一根头发丝粗细,要将两端完全平整对接,并且要一根一根地用光纤熔接机熔接。

海底线缆经常会结上厚厚的海底衍生物

第五步海底光缆修复好后,经频频测试,通信正常,就抛入海水。这时,水下机械人又要上阵了:对修复的海底光缆进行"冲埋",即用高压水枪将海底的淤泥冲出一条沟,将修复的海底光缆"安放"进去。


  • 发表于 2018-01-06 00:00
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