海底电缆网络

海底电缆是铺设在海底或其他水体下的通信电缆。海底电缆网络是一个集成的电缆系统,这些电缆共同提供从一个陆地位置到另一个陆地位置的数据传输。这个网络包括海底电缆本身,以及用于实现这种大规模通信的其他硬件组件和基础设施。尽管卫星通信发展迅速,但超过 95% 的国际数据传输仍通过海底电缆网络进行。

海底电缆的尺寸因中心纤芯的光纤数量、海洋环境(沙或岩石)以及水深不同而不同。它们采用特殊方法建造,可防止用于传输数据的物理层光纤进水和损坏。海底电缆内层的光纤被固定在一个小的塑料/尼龙管中,管中填充了一种保护/润滑凝胶,该管通常被多条镀锌钢绞线环绕,并包裹在铜管或铝管中。然后用一层聚碳酸酯、另一层铝制防水层来进一步保护这一管道,并使用钢丝绞线来增加重量和机械强度,然后外层用聚酯薄膜和聚乙烯进行额外的防水。可以采用多种不同的方式来建造电缆,具体取决于网络结构、规划的用途、部署深度和环境等。

海底电缆测试工具

海底电缆网络的建设、激活和维护面临着独特的挑战,这些挑战与可达性、长距离和持续暴露于自然环境有关。在海底电缆网络的整个生命周期中,使用正确的测试和监测工具至关重要。查看所有海底电缆测试工具

建造
在建造过程中,端面检测可以检测到污垢颗粒或其他物理缺陷,这些缺陷的影响可能会降低网络性能或使其中断(并产生不良的测试结果)。用于物理层光纤验证的最重要工具可能是 OTDR。可以针对长途传输运输湿设备 OTDR 以及通用双向干设备 OTDR 使用专用类型。

 

Wet plant OTDR

在海底网络建设的电缆部署过程中,必须测量和控制的另一个参数是实际光纤上施加的应变量,对于海底光纤等级 (IEC 60794-3-20),应变量必须小于 0.34%,否则会缩短光纤的寿命。可以使用便携式布里渊 OTDR 进行应变测量。为了建立光学色散基准并评估是否需要色散补偿,光学色散工具对于海底电缆网络的特征分析也至关重要。

激活
业务激活需要光功率测量和频谱分析工具,以及数据网络设备测试。为了对光功率进行量化,加强型光功率计是必不可少的工具。在此阶段中,还必须使用用于测量光信噪比 (OSNR) 的高质量光谱分析仪 (OSA) 以及用于分析延迟、吞吐量、抖动和帧丢失/比特误码率的网络测试仪来验证和认证网络性能。

ONMSi
                          ONMSi
MAP-2100
       业务性能监测

监测和维护
监测和维护是使重要的海底电缆网络保持最佳运行状态的关键。为了评估光纤的物理运行状况,一个有效的光纤网络监测系统(例如 ONMSi)可以提供实时的故障、退化和安全问题监测。

光纤链路监测是一项基本的持续功能。ONMSi  可用于检测光纤退化,而诸多光纤监测技术可用于应对与海底电缆故障有关的独特挑战。例如,为了检测海底电缆固有的应变、温度和其他参数的波动,光纤传感工具发挥了关键作用。此外,业务性能监测是主动识别数据问题(例如延迟、吞吐量、抖动和帧丢失/比特误码率)的关键,并且,为了向客户证明 SLA 遵从性,必须进行业务性能监测。

海底网络架构

对海底电缆系统的总体架构进行定义的最佳方式可能是通过从头到尾组成该系统的各个元件来定义。在通过数千英里的不可预测的海洋中保持数据完整性方面,这些组件中的每一个都扮演着重要的角色。

  • 湿设备

    湿设备是一个术语,用来描述位于水下的所有海底电缆网络元件。这种湿设备的边界是海滩上电缆入水和出水的两个检修孔。湿设备的分立部件包括电缆、均衡器、分支装置以及海底中继器。

  • 干设备

    与之相反,众所周知的干设备则由海滩检修孔和电缆登陆站之间的陆地段海底电缆网络组成。这包括供电装置 (PFE)、海底线路终端和陆地电缆段。 

  • 登陆站

    海底电缆系统在海底电缆登陆站与地面网络连接,基干线路系统提供与干设备的连接。登陆站是头端和数据中心所在的位置。这些登陆站点通常位于海上交通量较低、水流温和、海底坡度平缓的地区,这样湿设备电缆就可以更容易地埋设/登陆,以便连接到干设备。

  • 脐带缆

    顾名思义,脐带缆是连接海底和陆基位置的生命线。这种类型的线缆可用于从地面位置或线缆沿线的浮动位置向海底电缆网络供电。

  • 长度/距离

    目前有 100 多万公里的海底电缆横贯世界各大洋。100 公里范围内的电缆被认为是比较短的,因为一些跨洋电缆的长度可达 20000 公里

  • 中继器/放大器

    由于衰减的原因,光信号的范围是有限的。解决这一问题的一种方法是在电缆沿线以不连续的间隔使用中继器。对于海底电缆网络,中继器由干设备的供电装置 (PFE) 串联供电。为了维持正确的光功率电平,并确保数据信号有足够的光信噪比 (OSNR),可以使用电力驱动的光放大器来重复这些信号。海底链路中使用的放大器大多是掺铒光纤放大器 (EDFA),这种放大器具有固有的低噪声和高输出功率 (> 15 dBm)。

选择采用哪种海底电缆网络设计通常与是否使用中继器有关,如果使用中继器,则与使用多少中继器有关。设计时考虑的另一个因素是电缆铺设是否会在多个方向上分支,或者只是点对点铺设。无中继电缆系统有范围有限的固有局限性,400 公里是其近似极限。另一方面,这些无中继系统由于复杂性较低,部署和维护成本较低,因为不需要中继器,所以不需要供电。

海底电缆网络测试 – 要测量和认证的内容

海底电缆网络的复杂性使得对湿设备、干设备和登陆站的所有部分(包括这些元件之间的接口)进行测试和认证变得极为重要。对于湿设备,OTDR 测试对于测量整个海底电缆长度的衰减至关重要。

对于中继系统,这包括通过内联放大器进行的测量。对于非中继系统,可能需要远程 OTDR。对湿设备进行认证所需进行的其他测试包括色散 (CD) 和偏振模色散 (PMD)。

干设备也必须经过测试和认证,包括到湿设备的无误差数据传输的验证。应对 SLTE 修补和检修孔熔接的完整性进行验证。通过干设备连接进行的光谱分析 (OSA) 是另一个关键测试点。还必须连同光纤基干线路一起检查登陆站的数据网络元件。与纯粹的陆基网络一样,延迟、吞吐量、抖动和帧丢失是评估性能的潜在测试指标。还应该评估与保护开关业务中断相关的时间。

详细了解海底电缆网络:

  • 为何海底电缆网络非常重要

    现在有如此多的全球数据通过海底电缆网络传输,它们对全球通信、商务和安全的重要性怎么强调都不过分。这可以追溯到这些网络的早期历史,当时英国对海底电缆工业的统治地位使其占据了军事、商业和政治上的优势。

    假设您面向客户的网站由于网络性能差而运行缓慢。潜在客户会对网站失去耐心,决定不购买您的产品或服务。或者,也许您想进入另一个市场。如果您的网络不能满足需求,这样的转变就会发生,您的努力就会白费。

    如今,各国政府对海底电缆的所有权已经让位于由多个电信运营商组成的财团,这些电信运营商负责建造、监测和维护这些庞大的网络。近年来,许多互联网内容提供商 (ICP) 和数据中心所有者/运营商也加入了海底电缆所有权的争夺,以确保自己在这一宝贵商品上的利益。

    海底电缆的使用范围是没有界限的。由于国际互联网和电话通信如此依赖这些网络,几乎所有的企业、政府或个人只要拥有一台电脑,每天都要使用海底电缆。为了满足这一不断增长的需求,海底互联网电缆带宽不断增加。例如,从维吉尼亚到西班牙的 6600 公里的 MAREA 电缆能够传输 160 太比特每秒 (Tbps) 的数据。

  • 海底电缆的历史

    1850 年,英国和法国之间铺设了第一条海底电报电缆。由于现代绝缘材料当时还不存在,人们就用天然橡胶和古塔胶等物质来保护铜线,但往往不成功。大多数早期的海底电缆网络都为英国人所有,当时可用的科学技术严重限制了带宽。

    电话转发器技术在 20 世纪 50 年代得到了充分的发展,使第一条跨大西洋海底电话电缆成为可能。这些服务的普及和广泛采用催生了额外的放大器和中继器的发展,以提高这些早期网络的效能。

    光纤电缆始于 20 世纪 80 年代,它用 TAT-8 取代了传统的同轴海底电话电缆网络,这是横跨大西洋铺设的第一条海底光缆。它安装于 1988 年。自那时起,光放大器、材料和多路复用能力不断发展,使今天的光纤海底电缆网络成为全球通信的首选。

    尽管海底电缆建造和实际海底网络建设/部署取得了这些进步,但它们仍然脆弱,捕鱼设备、锚和不断变化的洋流带来无处不在的危险,从第一个海底电缆网络直至今天一直存在,并可能降低海底网络的数据容量,甚至使其完全不起作用。

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