(作者:趙鑫 中國信息通信研究院技術(shù)與標準研究所寬帶網(wǎng)絡(luò)研究部工程師;湯曉華 中國信息通信研究院技術(shù)與標準研究所寬帶網(wǎng)絡(luò)研究部工程師)
海洋光通信網(wǎng)絡(luò)是基于海底光纜為傳輸載體進行信息通信的光通信網(wǎng)絡(luò),是海洋信息網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。海洋光通信網(wǎng)絡(luò)目前承載了全球95%以上的國際間信息通信的傳輸,是全球通信重要的信息載體和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。隨著國際間信息交互的越發(fā)頻繁以及數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)式增長,海洋光通信網(wǎng)絡(luò)所起到的重要作用愈發(fā)突顯。
海洋光通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成及產(chǎn)業(yè)特點
海洋光通信網(wǎng)絡(luò)主要應用于國際跨洋的海底光纜通信、大陸與近海島嶼以及海洋島嶼間的海底光纜通信等場景。海洋光通信網(wǎng)絡(luò)按照應用場景和傳輸距離不同,可分為有中繼系統(tǒng)和無中繼系統(tǒng)。其中,國際跨洋海底光纜通信傳輸距離可達數(shù)千至上萬公里,多數(shù)場景需采用技術(shù)相對復雜的有中繼系統(tǒng)技術(shù),在信號傳輸過程中使用中繼器進行信號放大;大陸與近海島嶼及海洋島嶼間的海底光纜通信傳輸距離一般數(shù)百公里(無需使用水下中繼器),采用無中繼系統(tǒng)即可完成信號傳輸。
海洋光通信網(wǎng)絡(luò)按照設(shè)備組成要素可分為水下設(shè)備(Wet Plant)和岸上設(shè)備(Dry Plant)兩部分,主要構(gòu)成單元參見圖1。水下設(shè)備一般由海底光纜、中繼器和分支單元等構(gòu)成,中繼器實現(xiàn)光信號的放大,分支單元用于實現(xiàn)多個站點之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián);岸上設(shè)備一般由海底光纜線路終端設(shè)備(SLTE)、線路監(jiān)測設(shè)備(LME)、遠供電源設(shè)備(PFE)和網(wǎng)絡(luò)管理控制(MC)構(gòu)成。
圖1 海洋光通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備構(gòu)成
海洋光通信網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)業(yè)范疇較廣,涉及海底光纜、系統(tǒng)設(shè)備、供電設(shè)備等多個專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備制造、系統(tǒng)集成以及網(wǎng)絡(luò)運營等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域??v觀海洋光通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程并結(jié)合近年來的產(chǎn)業(yè)新發(fā)展趨勢,海洋光通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)集中體現(xiàn)3方面特點。
存在明顯的網(wǎng)絡(luò)替換周期
海洋光通信網(wǎng)絡(luò)是基于海底光纜作為載體實現(xiàn)大容量信息傳輸?shù)南到y(tǒng)。國家標準GB/T 51154-2015《海底光纜工程設(shè)計規(guī)范》對系統(tǒng)設(shè)計壽命要求是應達到25年[1]。根據(jù)海洋通信論壇(Submarine Telecoms Forum)發(fā)布的海洋通信產(chǎn)業(yè)報告[2],海洋光通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)從20世紀80—90年代興起,于2001年達到了海洋光通信網(wǎng)投資建設(shè)的第一個高峰(見圖2)。隨著21世紀20年代來臨,處于海洋光通信網(wǎng)投資建設(shè)高峰時期的多條國際海纜已臨近退役期,海洋光通信網(wǎng)和國際海底光纜建設(shè)將逐漸進入建設(shè)和高速發(fā)展的新周期。
圖2 海底光纜部署距離(數(shù)據(jù)來源:Submarine Telecoms Forum)
受需求、技術(shù)和政策的多重驅(qū)動
海洋光通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與數(shù)據(jù)流量傳輸需求、技術(shù)發(fā)展演進和政策驅(qū)動等多重因素密切相關(guān)。隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AR/VR、超高清視頻等新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)和發(fā)展,對海洋光通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求持續(xù)增加。據(jù)TeleGeography數(shù)據(jù)顯示,2018—2024年的全球帶寬需求將保持40%的年增長率。其次,海洋光通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展,已成為海洋光通信的主要技術(shù)驅(qū)動力,如單波長傳輸速率已從最初的2.5 Gbit/s發(fā)展至100 Gbit/s、200 Gbit/s,甚至400 Gbit/s。在部分地區(qū)的海洋光通信網(wǎng)絡(luò)容量已經(jīng)飽和的情況下,新技術(shù)能更好地滿足網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。另外,隨著各國對連接需求的不斷提升,很多國家已將互聯(lián)網(wǎng)帶寬和網(wǎng)絡(luò)安全上升到國家戰(zhàn)略層面,海洋光通信網(wǎng)絡(luò)作為國際間通信傳輸?shù)闹饕侄?,所扮演的角色越來越重要,特別是在我國“一帶一路”的倡議下,沿線國家紛紛積極響應通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。
多種投資建設(shè)和運維新模式的涌現(xiàn)
隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來,海洋光通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)模式和運維模式不斷演進并出現(xiàn)了多種創(chuàng)新模式。
(1)大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)出于全球業(yè)務(wù)部署需求,已不滿足于海洋光通信網(wǎng)絡(luò)和海纜的租用,正越來越多地參與到國際海洋光通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目中。
(2)中國運營商在國際海洋光通信網(wǎng)和海纜的投資建設(shè)方面積極主動性增強。
(3)網(wǎng)絡(luò)合作建設(shè)運維模式日趨靈活,出現(xiàn)一站式建設(shè)(Turn Key)、共建共維(Open Cable)、空分復用(SDM)等為代表的新建設(shè)方案以及按照容量劃分、纖芯劃分等多種使用方式[3]。
我國海洋光通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀
我國于1989年開始投入到全球海底光纜的投資與建設(shè),并于1993年實現(xiàn)首條國際海底光纜的登陸(中國和日本之間C-J海底光纜系統(tǒng));1997年,我國參與建設(shè)的全球海底光纜系統(tǒng)FLAG建成并投入運營,這也是第一條在中國登陸的洲際海底光纜;至2000年亞歐海底光纜上海登陸站的開通,我國已實現(xiàn)與亞歐33個國家和地區(qū)的聯(lián)接。當前,我國與全球聯(lián)接的海底光纜包括6個入口(登陸站)和9條海底光纜(見表1)。登陸站設(shè)立在4個城市,分別是山東青島登陸站、上海崇明登陸站、上海南匯登陸站、上海臨港登陸站、廣東汕頭登陸站和香港登陸站。
表1 在我國登陸的海纜和登陸站
若保守估計,按海纜25年壽命計算,除去已經(jīng)升級擴容的海纜系統(tǒng),未來幾年經(jīng)過我國的海纜大多存在擴容升級或更換需求。2014年年底,中國核準了由中國主導的新太平洋(NCP)國際海底光纜工程,于2019年已投入使用。從2015年開始統(tǒng)計,通過中國境內(nèi)及與我國投資建設(shè)相關(guān)新建海底光纜長度超過10萬公里,這些海纜也陸續(xù)開始投入運營。未來幾年,國際海洋光通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有望保持高速發(fā)展態(tài)勢。
海洋光通信網(wǎng)絡(luò)標準化進展
海洋光通信網(wǎng)絡(luò)國際標準主要由ITU-T SG15 Q8工作組負責相關(guān)技術(shù)標準制定,且標準體系較為完善。國內(nèi)海洋光通信網(wǎng)絡(luò)標準體系主要由國家標準(GB)、通信行業(yè)(YD/T)和電子行業(yè)標準(SJ)組成,但較多標準發(fā)布已有十多年,已不符合當前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀并亟待完善更新,相比國際標準化水平存在一定的差距。
國際海洋光通信網(wǎng)絡(luò)標準化進展
ITU-T SG15 Q8工作組共分為14個系列標準,對海洋光通信網(wǎng)絡(luò)的海底及陸地光纜特性指標和測試方法、不同類型系統(tǒng)特性和前向糾錯等方面進行了大量標準化工作(見表2)。
表2 相關(guān)國際標準發(fā)布情況
隨著海洋光通信技術(shù)的發(fā)展,近年來相關(guān)國際標準的更新主要集中在Open Cable建設(shè)新模式、系統(tǒng)傳輸性能和評價指標、一般特性和術(shù)語定義、監(jiān)控要求等方面。
(1)G.977.1中對系統(tǒng)建設(shè)的岸上部分和水下部分設(shè)備解耦組網(wǎng)、不同供應商的線路終端設(shè)備靈活接入、系統(tǒng)升級擴容等方面內(nèi)容進行更新。
(2)G.977和G.973中對100 G相干接收系統(tǒng)相關(guān)性能指標要求、100 G系統(tǒng)引入以Q因子為基礎(chǔ)的傳輸性能、SNR、GOSNR和GSNR等新的性能參數(shù)的評價機制等方面內(nèi)容進行更新和研究。
(3)G.971中更新各標準之間的關(guān)系。
(4)G.971中更新Q因子、FOADM和ROADM等術(shù)語。
(5)G.979中更新無中繼系統(tǒng)的監(jiān)控要求。
國內(nèi)海洋光通信網(wǎng)絡(luò)標準化進展
國內(nèi)海洋光通信網(wǎng)絡(luò)標準體系主要分為國家標準、通信行業(yè)標準和電子行業(yè)標準,主要聚焦在系統(tǒng)、光纜、接頭盒、工程建設(shè)等方面。但多數(shù)標準發(fā)布的時間已相對較長,隨著新技術(shù)的發(fā)展并在海洋光通信網(wǎng)絡(luò)中應用部署,當前在系統(tǒng)、設(shè)備和管理等方面的相關(guān)標準化工作亟需完善和更新(見表3)。
表3 相關(guān)國內(nèi)標準發(fā)布情況
(1)在系統(tǒng)方面:200 G和400 G等超100 G技術(shù)已在海洋光通信網(wǎng)絡(luò)中應用,待研究制定超100 G海洋光通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)指標要求以及監(jiān)測和測試方法。
(2)在設(shè)備技術(shù)要求方面:CCSA已立項和研究帶中繼近海光纜通信系統(tǒng)技術(shù)要求,相關(guān)設(shè)備技術(shù)要求待確定和標準化發(fā)布。
(3)在管控方面:海洋光通信網(wǎng)絡(luò)管理通用要求和北向接口技術(shù)規(guī)范方面均待標準規(guī)范。
海洋光通信技術(shù)發(fā)展趨勢
隨著海洋光通信技術(shù)近年來的不斷發(fā)展進步,海洋光通信技術(shù)正向著更高帶寬、更長距離、更智能化方向逐步演進。
更高帶寬
超100 Gbit/s線路技術(shù)、C+L雙波段傳輸、空分復用等技術(shù)成為研究和應用的熱點,共同推動海洋光通信系統(tǒng)向更高帶寬的方向演進。
(1)超100 Gbit/s線路技術(shù)方面:高階調(diào)制、多載波復用、靈活柵格等技術(shù)的發(fā)展,使得超100 Gbit/s技術(shù)基于不同系統(tǒng)容量和傳輸距離的要求,可提供差異化的實現(xiàn)方案。
(2)C+L雙波段技術(shù)方面:通過提高放大器帶寬方式,實現(xiàn)C波段和L波段功率放大,顯著提高系統(tǒng)傳輸帶寬。
(3)空分復用技術(shù)方面:采用復用纖芯數(shù)量提高傳輸容量的同時,對遠供電源的要求并未提高,已具備應用部署能力。
更長距離
100 Gbit/s和超100 Gbit/s線路傳輸性能的持續(xù)優(yōu)化,以及大有效面積低損耗光纖的大規(guī)模應用,使得海洋光通信系統(tǒng)傳輸距離顯著提升。隨著100 Gbit/s線路技術(shù)的成熟,100 Gbit/s線路OSNR容限水平已與10 Gbit/s線路傳輸性能水平相當。超過100 Gbit/s線路OSNR容限和傳輸性能持續(xù)提升。同時,采用大有效面積低損耗光纖,可有效降低線路衰減,減少中繼數(shù)量,且有效降低非線性效應對系統(tǒng)影響,大幅度提高傳輸距離。
更智能化
系統(tǒng)管控、智能運維以及線路實時故障監(jiān)測定位等系統(tǒng)應用到海洋光通信網(wǎng)絡(luò)中,有效提升了網(wǎng)絡(luò)智能化水平。其中,系統(tǒng)管控和智能運維一體化方面,通過網(wǎng)元管理系統(tǒng)實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的集中管理和性能監(jiān)控。同時,通過采用大數(shù)據(jù)分析等應用,可實現(xiàn)故障分析、性能趨勢分析和流量預測等智能運維。線路實時故障監(jiān)測定位方面,通過線路監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對海纜和中繼器的實時監(jiān)測,并實現(xiàn)故障情況下的自動告警和故障定位,有效提高網(wǎng)絡(luò)故障下的業(yè)務(wù)快速恢復能力和網(wǎng)絡(luò)健壯性。
隨著近年來海洋光通信方面不斷涌現(xiàn)的新需求、新技術(shù)和新政策的多重驅(qū)動,海洋光通信網(wǎng)絡(luò)進入提速發(fā)展的新時代。面對海洋光通信網(wǎng)絡(luò)新一輪的建設(shè)發(fā)展機遇期,中國企業(yè)需加快提升自身實力并抓住機遇,加強國際合作,更多地參與到海洋光通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營中。在海洋光通信網(wǎng)絡(luò)標準研究進展方面,國際海洋光通信網(wǎng)絡(luò)標準較為完善,國內(nèi)海洋光通信網(wǎng)絡(luò)標準體系待完善,標準化水平亟待提高。伴隨著海洋光通信的技術(shù)發(fā)展,海洋光通信網(wǎng)絡(luò)正向著更高帶寬、更長距離、更智能化方向逐步演進。
參考文獻
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