海底光缆信息传输网络规划分析

宋婧旖

【摘要】    在我国战略推动和国际大形势驱动下，海底光缆信息传输网络建设日益受到重视。鉴于此，本文海底以光缆信息传输网络规划为出发点，在对比了海洋环境和陆地的差异以及分析了其对海底光缆信息传输系统的影响后，着重研究了海底光缆通信系统的关键技术和系统结构，进而对不同的网络结构做出针对性的性能分析。

【关键词】    海底光缆    信息传输网络

引言：

近年来，在国家日益重视海底光缆建设。“海洋强国”、“网络强国”战略以及“一带一路”倡议更是推动了海底光缆网络的前进。据统计，全球95%以上的国际通信都由其支撑。在需求扩增的同时，与此相关的光缆信息传输技术也应与时俱进，在传输模式和传输内容上做出创新和优化，以顺应社会的发展，满足国际间日益增长的信息需求。

一、国内外海底光缆现状概述

1.1我国海底光缆敷设状况

我国在二十世纪八十年代末开始参与全球海底光缆的建设，之后首条国际海底光缆于1993年登陆。1997年，由我国参与修建的第一条在中国登陆的洲际海底光缆FLAG建成并使用。目前，中国投资，参与建设和通过我国境内的海底光缆长度大于10万公里。

1.2 国际海底光缆发展现状

早在1988年，世界第一条跨洋海底光缆在英美法三国间敷设完成，其总长达6700km，包括三对光纤且每一对光纤的传输速率都达到了280Mb/s，传输速度远超传统的同轴电缆。目前，世界上正在使用的海底光缆总长达120万公里，总敷设条数多于400[1]。海底光纜技术也在不断改进、创新。

二、海底光缆信息传输网络特点简述

1.相比于陆地环境，海底光缆所处的深海区环境极为恶劣，通常具有高压、低温、盐度高、含氧量高、地形复杂等特点。此外，人为因素如锚害、渔业活动、工程建设;自然环境因素如海床运动、海底腐蚀、水流激振等都会导致海底光缆的可靠性大大降低。因此，对海缆路由区进行严格的勘测、分析在前期建设中是至关重要的。2.海缆对设备性能的要求极高。海水腐蚀、深海高压是海底光缆建设中的关键问题，这也使得在缆芯结构、护套结构与铠装备的材质选择上，防水性、密闭性以及支持高负荷运转成为其必备属性。3.海底光缆运营后设备的维修难度大。故障发生后将耗费较长时间来排查检修，并且维修成本高昂，工作量大。因此，海底光缆在设计时一般要求其寿命达25年，并且尽可能的延长维修周期，以确保信息传输系统能够长期稳定的运行。4.海底光缆通信系统的网络设备应尽可能小。由于海底光缆光缆主体长、水下设备耗能大，其供电压力较大。若存在过多的设备，则电力供应对这些设备的正常运转的需求将无法满足。所以，在海底光缆建设时，应对水下设备的数量及体积予以严格控制，选取合理设备，保证供电正常，降低故障维修的困难程度[2]。

三、海底光缆信息传输网络结构设计

3.1海底光缆信息传输网络总结构设计

海底光缆信息传输网络系统需要满足双向传输需求，即水下探测信息由光缆传给陆地站点，同时陆地能够向水下设备传输控制指令。海底光缆信息传输网络将多个波长的信号通过节点设备耦合并连接起来。WDM设备和SDH设备在上述方面具有突出优势，是海底光缆通信的首选。

海洋光通信系统包括岸上设备和水下设备。岸上设备包括海底光缆线路终端设备、线路检测设备、远供电源设备、网络管理控制[3]。水下设备的主要构成为：光纤、光放大器/中继器、水下分支单元。其中光放大器一般为EDFA，光分支器提供多个接口，以便接入多个传感器节点。

3.2海底光缆通信传送网络结构设计

通常，海底光缆通信网络将SDH作为传送部分的传输标准。电路层网络、通道层网络、传输媒质层网络是SDH传送网的主要组成部分[4]。海底光缆通信网电路层主要提供接入点间的信息传递功能;通道层网络为电路层网路提供传送通道，并可支持一至多个电路层网络。传输媒介层由段层网络和物理媒质层网络构成，它确保了通道层两个节点之间完整的信息传递，并提供合适的通道容量给通道层。SDH网中的段层网络也可细分为两部分：再生段网络和复用段层网络。SDH设备主要包括有：SDH VC2、VC32等网络设备。

在光纤通信系统中，SDH所采用具有标准帧结构、速率、和STM-1有同种功能的传输标准，并能借助STM-4与STM-16以及标准的SDH支路接口，达到互通，而SDH支路不仅能提供155Mbit/s的信号，也可以提供2Mbit/s的信号[4]。基于SDH通信网连接关系，可见图1。

3.3海底光缆光传送网络结构设计

海底光缆光传送层可将SDH传送网与光网络相结合。通过这种方式可数字信号在经过光纤通道传输并通过多个中间节点后，再经过无电的再生中继，就可将信号传送到目标节点。即将SDH和WDM技术相结合。图4为光传送网络的分层结构。

通过与SDH传送网相比照，光传送网的实质是在SDH网络的段层和物理层（光纤）之间加入WDM光网络的光层。WDM光网络能够提供灵活的波长选路能力，又称为波长选路网络（Wavelength Routing Network），其主要为了使交换节点的吞吐量和光纤的传输容量得到进一步提升。光纤传输信道、光发射器、光解复用器、波分复用器、光接收器是WDM光传输网络的主要组成部分。如图3。海底光缆传送信息时，由发送端的光发射机发送出多种波长且各项指标都达标的光信号，信号经过OMU（光合波器）耦合、EDFA放大进入光纤中传输，到达在接收端后，经通过ODU（光分波器）恢复成原来的各路光信号，再经处理到达光接收机。

四、基于SDH和WDM相结合的海底光缆信息传输网络规划

1.WDM同SDH相结合的海底光缆通信网可行性研究。如今，复用技术种类有很多，例如波分复用（WDM）、时分复用（TDM）和空分复用技术（SDM）。在网络规划的过程中，各种复用技术之间不一定就是相互排斥的关系。其重点在于，能否选择一种性能优良、技术可靠、价格合理，对现有资源进行充分利用，能使光纤容量大幅度提升的综合方案。SDH传输技术相比于TDM技术来说，更加的先进和成熟。但是在面对数据量较大的业务时，SDH的速率就不足以支撑数据的有效传输。ATM技术，可称得上是较为完善的一种技术，但因其成本过高，且操作复杂等原因，并为得到广泛的应用。而IP技术，因其成本低、高宽带、易获得等优势，这些年得到了迅速的发展。但QoS问题还待进一步优化和改进。由此可见，到目前为止，还没有十全十美的技术。

WDM系统网络具有格式透明、协议透明、组建动态可重构的光网络、传输容量大等优点。TDM系统则具有容量大、传输速率高、频谱利用率高的特点。因此，按照TDM与WDM相结合的组网结构对通信网络进行规划这一方式受到了众多运营公司的青睐。对于一个WDM系统网络，可以将多个厂家、多种速率的电设备相结合，按照需求进行扩容，并把新的高速TDM系统随时加入进来。通过这种方式在日益增长的容量需求下也能构建高速光网络系统。结合WDM和TDM两种技术优点用以网络扩容，将是光纤技术发展的主流趋势[4]。就SDH over WDM自愈方案来说，正是这两种技术的融合。其在扩容技术和组网技术上，优势较为明显，可作为光纤通信网发展的最佳路径。

2.海底光缆通信网方案设计。光同步数字体系（SDH），是近年来新研发出的一种技术。其突出特点就是同步复用，能兼容PDH，自愈功能强，从而可以形成结构更加紧密且通信过程顺畅的网络。正因为如此，SDH在国内光纤网络通信技术中得到了普遍应用。以下对其关键技术作以具体介绍：网络结构中，SDH网元、发送端口持续进行信号的输出，再经过波长适配，形成光支路信号[5]。通过光复用器耦合信号，再对其光信号进行相应的监视、检测符合标准后继续传入光放大器传输线路。波长适配技术，其主要作用在于实现兼容，将SDH中光群路信号波长转化为适合WDM传输的波长，确保拥有标准光接口的网元能够直接经光路连接。

3.基于SDH和WDM结合的海底光缆通信组网性能分析。在陆上，发送端采用SDH技术，为了使各系统达到互联，会使用一致的速率端口，从而有效的降低了系统的复杂性。采用WDM技术的水下支路，可以达到增加了组网可靠性，降低成本的目的，同时还可以满足低速的信号要求。WDM与SDH技术的结合，其扩容技术和其他单一的数据传输技术相比优势更加显著，不仅数据传输效率高，且传输质量能得到最大限度的保证。

五、结束语

总的來说，本文主要对海底光缆的发展现状，海底光缆信息传输网络特点以及运转情况进行了详细介绍，同时与陆地光纤数据传输网络作以分析对比，明确了影响海底光纤传输工作的诸多因素，并阐述了WDM与SDH技术的原理，以及对WDM与SDH相结合的接入系统应用于光纤网络通信中的可行性做出分析，希望能够为我国海底光缆建设工作稳步推进献出自己的绵薄之力。

参  考  文  献

[1]叶胤，王超，莫仁芸.海底光缆通信系统技术发展分析[J] . 广东通信技术， 2021，（01）：19-23.

[2]陈宇俊， 解江， 张泽，等. 海底光缆环境影响因素综述[J] . 电子产品可靠性与环境试验， 2018， 36（S1）：242-246.

[3]赵鑫 汤晓华 汤瑞，海洋光通信网络发展现状及趋势研究[J] . 信息通信技术与政策，2020（4）：72-763

[4]孙哲， 王平.海底光缆信息传输网络规划的研究[J] .舰船电子工程，2015（4）：51-55.

[5]谢春童.海底光缆信息传输网络规划的研究 [J] .通信设计与应用， 2015（08）：73-74.