海底光纜信息傳輸網絡規劃分析

宋婧旖

【摘要】? ? 在我國戰略推動和國際大形勢驅動下，海底光纜信息傳輸網絡建設日益受到重視。鑒于此，本文海底以光纜信息傳輸網絡規劃為出發點，在對比了海洋環境和陸地的差異以及分析了其對海底光纜信息傳輸系統的影響后，著重研究了海底光纜通信系統的關鍵技術和系統結構，進而對不同的網絡結構做出針對性的性能分析。

【關鍵詞】? ? 海底光纜? ? 信息傳輸網絡

引言：

近年來，在國家日益重視海底光纜建設。“海洋強國”、“網絡強國”戰略以及“一帶一路”倡議更是推動了海底光纜網絡的前進。據統計，全球95%以上的國際通信都由其支撐。在需求擴增的同時，與此相關的光纜信息傳輸技術也應與時俱進，在傳輸模式和傳輸內容上做出創新和優化，以順應社會的發展，滿足國際間日益增長的信息需求。

一、國內外海底光纜現狀概述

1.1我國海底光纜敷設狀況

我國在二十世紀八十年代末開始參與全球海底光纜的建設，之后首條國際海底光纜于1993年登陸。1997年，由我國參與修建的第一條在中國登陸的洲際海底光纜FLAG建成并使用。目前，中國投資，參與建設和通過我國境內的海底光纜長度大于10萬公里。

1.2 國際海底光纜發展現狀

早在1988年，世界第一條跨洋海底光纜在英美法三國間敷設完成，其總長達6700km，包括三對光纖且每一對光纖的傳輸速率都達到了280Mb/s，傳輸速度遠超傳統的同軸電纜。目前，世界上正在使用的海底光纜總長達120萬公里，總敷設條數多于400[1]。海底光纜技術也在不斷改進、創新。

二、海底光纜信息傳輸網絡特點簡述

1.相比于陸地環境，海底光纜所處的深海區環境極為惡劣，通常具有高壓、低溫、鹽度高、含氧量高、地形復雜等特點。此外，人為因素如錨害、漁業活動、工程建設;自然環境因素如海床運動、海底腐蝕、水流激振等都會導致海底光纜的可靠性大大降低。因此，對海纜路由區進行嚴格的勘測、分析在前期建設中是至關重要的。2.海纜對設備性能的要求極高。海水腐蝕、深海高壓是海底光纜建設中的關鍵問題，這也使得在纜芯結構、護套結構與鎧裝備的材質選擇上，防水性、密閉性以及支持高負荷運轉成為其必備屬性。3.海底光纜運營后設備的維修難度大。故障發生后將耗費較長時間來排查檢修，并且維修成本高昂，工作量大。因此，海底光纜在設計時一般要求其壽命達25年，并且盡可能的延長維修周期，以確保信息傳輸系統能夠長期穩定的運行。4.海底光纜通信系統的網絡設備應盡可能小。由于海底光纜光纜主體長、水下設備耗能大，其供電壓力較大。若存在過多的設備，則電力供應對這些設備的正常運轉的需求將無法滿足。所以，在海底光纜建設時，應對水下設備的數量及體積予以嚴格控制，選取合理設備，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絡結構設計

3.1海底光纜信息傳輸網絡總結構設計

海底光纜信息傳輸網絡系統需要滿足雙向傳輸需求，即水下探測信息由光纜傳給陸地站點，同時陸地能夠向水下設備傳輸控制指令。海底光纜信息傳輸網絡將多個波長的信號通過節點設備耦合并連接起來。WDM設備和SDH設備在上述方面具有突出優勢，是海底光纜通信的首選。

海洋光通信系統包括岸上設備和水下設備。岸上設備包括海底光纜線路終端設備、線路檢測設備、遠供電源設備、網絡管理控制[3]。水下設備的主要構成為：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，光分支器提供多個接口，以便接入多個傳感器節點。

3.2海底光纜通信傳送網絡結構設計

通常，海底光纜通信網絡將SDH作為傳送部分的傳輸標準。電路層網絡、通道層網絡、傳輸媒質層網絡是SDH傳送網的主要組成部分[4]。海底光纜通信網電路層主要提供接入點間的信息傳遞功能;通道層網絡為電路層網路提供傳送通道，并可支持一至多個電路層網絡。傳輸媒介層由段層網絡和物理媒質層網絡構成，它確保了通道層兩個節點之間完整的信息傳遞，并提供合適的通道容量給通道層。SDH網中的段層網絡也可細分為兩部分：再生段網絡和復用段層網絡。SDH設備主要包括有：SDH VC2、VC32等網絡設備。

在光纖通信系統中，SDH所采用具有標準幀結構、速率、和STM-1有同種功能的傳輸標準，并能借助STM-4與STM-16以及標準的SDH支路接口，達到互通，而SDH支路不僅能提供155Mbit/s的信號，也可以提供2Mbit/s的信號[4]。基于SDH通信網連接關系，可見圖1。

3.3海底光纜光傳送網絡結構設計

海底光纜光傳送層可將SDH傳送網與光網絡相結合。通過這種方式可數字信號在經過光纖通道傳輸并通過多個中間節點后，再經過無電的再生中繼，就可將信號傳送到目標節點。即將SDH和WDM技術相結合。圖4為光傳送網絡的分層結構。

通過與SDH傳送網相比照，光傳送網的實質是在SDH網絡的段層和物理層（光纖）之間加入WDM光網絡的光層。WDM光網絡能夠提供靈活的波長選路能力，又稱為波長選路網絡（Wavelength Routing Network），其主要為了使交換節點的吞吐量和光纖的傳輸容量得到進一步提升。光纖傳輸信道、光發射器、光解復用器、波分復用器、光接收器是WDM光傳輸網絡的主要組成部分。如圖3。海底光纜傳送信息時，由發送端的光發射機發送出多種波長且各項指標都達標的光信號，信號經過OMU（光合波器）耦合、EDFA放大進入光纖中傳輸，到達在接收端后，經通過ODU（光分波器）恢復成原來的各路光信號，再經處理到達光接收機。

四、基于SDH和WDM相結合的海底光纜信息傳輸網絡規劃

1.WDM同SDH相結合的海底光纜通信網可行性研究。如今，復用技術種類有很多，例如波分復用（WDM）、時分復用（TDM）和空分復用技術（SDM）。在網絡規劃的過程中，各種復用技術之間不一定就是相互排斥的關系。其重點在于，能否選擇一種性能優良、技術可靠、價格合理，對現有資源進行充分利用，能使光纖容量大幅度提升的綜合方案。SDH傳輸技術相比于TDM技術來說，更加的先進和成熟。但是在面對數據量較大的業務時，SDH的速率就不足以支撐數據的有效傳輸。ATM技術，可稱得上是較為完善的一種技術，但因其成本過高，且操作復雜等原因，并為得到廣泛的應用。而IP技術，因其成本低、高寬帶、易獲得等優勢，這些年得到了迅速的發展。但QoS問題還待進一步優化和改進。由此可見，到目前為止，還沒有十全十美的技術。

WDM系統網絡具有格式透明、協議透明、組建動態可重構的光網絡、傳輸容量大等優點。TDM系統則具有容量大、傳輸速率高、頻譜利用率高的特點。因此，按照TDM與WDM相結合的組網結構對通信網絡進行規劃這一方式受到了眾多運營公司的青睞。對于一個WDM系統網絡，可以將多個廠家、多種速率的電設備相結合，按照需求進行擴容，并把新的高速TDM系統隨時加入進來。通過這種方式在日益增長的容量需求下也能構建高速光網絡系統。結合WDM和TDM兩種技術優點用以網絡擴容，將是光纖技術發展的主流趨勢[4]。就SDH over WDM自愈方案來說，正是這兩種技術的融合。其在擴容技術和組網技術上，優勢較為明顯，可作為光纖通信網發展的最佳路徑。

2.海底光纜通信網方案設計。光同步數字體系（SDH），是近年來新研發出的一種技術。其突出特點就是同步復用，能兼容PDH，自愈功能強，從而可以形成結構更加緊密且通信過程順暢的網絡。正因為如此，SDH在國內光纖網絡通信技術中得到了普遍應用。以下對其關鍵技術作以具體介紹：網絡結構中，SDH網元、發送端口持續進行信號的輸出，再經過波長適配，形成光支路信號[5]。通過光復用器耦合信號，再對其光信號進行相應的監視、檢測符合標準后繼續傳入光放大器傳輸線路。波長適配技術，其主要作用在于實現兼容，將SDH中光群路信號波長轉化為適合WDM傳輸的波長，確保擁有標準光接口的網元能夠直接經光路連接。

3.基于SDH和WDM結合的海底光纜通信組網性能分析。在陸上，發送端采用SDH技術，為了使各系統達到互聯，會使用一致的速率端口，從而有效的降低了系統的復雜性。采用WDM技術的水下支路，可以達到增加了組網可靠性，降低成本的目的，同時還可以滿足低速的信號要求。WDM與SDH技術的結合，其擴容技術和其他單一的數據傳輸技術相比優勢更加顯著，不僅數據傳輸效率高，且傳輸質量能得到最大限度的保證。

五、結束語

總的來說，本文主要對海底光纜的發展現狀，海底光纜信息傳輸網絡特點以及運轉情況進行了詳細介紹，同時與陸地光纖數據傳輸網絡作以分析對比，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技術的原理，以及對WDM與SDH相結合的接入系統應用于光纖網絡通信中的可行性做出分析，希望能夠為我國海底光纜建設工作穩步推進獻出自己的綿薄之力。

參? 考? 文? 獻

[1]葉胤，王超，莫仁蕓.海底光纜通信系統技術發展分析[J] . 廣東通信技術， 2021，（01）：19-23.

[2]陳宇俊， 解江， 張澤，等. 海底光纜環境影響因素綜述[J] . 電子產品可靠性與環境試驗， 2018， 36（S1）：242-246.

[3]趙鑫 湯曉華 湯瑞，海洋光通信網絡發展現狀及趨勢研究[J] . 信息通信技術與政策，2020（4）：72-763

[4]孫哲， 王平.海底光纜信息傳輸網絡規劃的研究[J] .艦船電子工程，2015（4）：51-55.

[5]謝春童.海底光纜信息傳輸網絡規劃的研究 [J] .通信設計與應用， 2015（08）：73-74.