90万公里海底光缆的秘密
光纤无铜,破坏致命。...
尽管如此,这位欧洲老祖母可高兴坏了,要知道,这是第一次将电报通过海底电缆传到北美。
16小时候后,美国总统布坎南回电女王,同时,礼炮鸣放100响,庆祝人类这一伟大的历史时刻。
不过,女王陛下一定不会想到,157年后的今天,一条头发丝大小的神奇的光纤可以瞬间将您的御诏传遍世界各地,当然,前提是您一手开创的“日不落帝国”还没衰落。
后来,人类足足等了130年,迎来了第一条海底光缆,这是一条含有3对光纤,每对传输速率只有280Mb/s的跨越大西洋的通信海底光缆。
今天,海底光缆里的那对头发丝大小的光纤传输速率可达到10Tb/s,这是第一条海底光缆的30000倍。我想女王陛下如果在天有灵,一定会惊叹于这个通信奇迹。
海底光缆是互联网的“中枢神经”,它承载了全球90%以上的国际语音和数据传输,没有它,互联网只是一个局域网。
▲海底光缆分布图
海底光缆长什么样子?海底光缆与陆地光缆一样,中间是头发丝大小的纤芯,不过,海底光缆需更为加强的铠装保护,且还有一个重要的组成部分—远供电源导体,这个远供导体将电流输送到海底中继器。
远供导体和海底中继器到底是什么关系?我们先来看看海底光缆系统组成。海底光缆系统由两部分组成:岸上设备和水下设备。
水下设备主要包括光缆、光放大器/中继器和水下分支单元。
岸上设备主要包括光缆终端设备、远供电源设备、线路监测设备、网络管理设备和海洋接地装置等设备。
光缆终端设备负责两端信号处理、发送和接收;检测设备就是告警监控和故障定位等等。
重点说说这个远供电源设备。
众所周知,尽管光纤速度快、带宽足,但是受制于信号传送距离,由于衰耗,它不能无限制的传送下去,所以,为了实现长距离传输,需要在中间加中继器(信号放大器)。这个问题在陆地上很容易解决,但是到了海底就变得棘手了。
茫茫大海,哪来的电源为中继器供电?
所以,如上图所示,海底光缆系统在两端的陆地上配置了远供电源设备,它通过海底光缆上的远供导体向海底中继器馈电,从而解决供电的问题。
这个供电采用的是高电压、低电流的直流供电,供电电流1安培左右,可供电电压可高达几千伏。
在此,也特别提醒某些叫嚣要破坏人类互联网的偏激人士,千万别干蠢事企图剪断海底光缆,几千伏的电压是分分钟要致命的。连国际间谍想通过海底光缆搞“手术式”窃听也得伤不少脑筋。
光纤无铜,破坏致命。再说说海底光缆的加强铠装保护。
尽管海底光缆不用担心挖掘机那一铲子,但是会受到船锚、自然灾害(地震、海啸等)等的影响,还有充满好奇的鲨鱼闲着没事过来磨磨牙,而且破坏影响极大,修复一趟极不容易,所以,需要加强铠装保护。
但是,这种铠装保护随海水的深浅强度是不一样的。比如,海水越浅,就需要越多的铠装保护,主要为了抵御来自过往船只的威胁。
在海水很深的地方,一些海底光缆几乎不需要加强铠装,其直径不到20毫米。
下图是各种海底光缆样本:再来介绍一下中继器。长啥样呢?下图是一些中继器的图片。这是在光缆敷设船上的中继器。
很显然,中继器直径比海底光缆大得多,正是因为这家伙的尺寸限制了海底光缆的纤芯数量。因为光缆的纤芯越多,中继器就会成比例的扩大,同时,对供电的要求也随之加大。
顺便提一下,海底光缆内含多对光纤,比如,Google在今年6月份铺设那条号称史上最快的海底光缆(东接美国俄勒冈州,西接日本千叶县和三重县,全长9000公里),其纤芯就由6对组成,其容量为60Tb/s(100Gb/s x 100波长 x 6对纤芯)。
这些海底光缆和中继器一旦放进海里后,如果不出现故障,几十年就可以不用管它了。现在我们来看一看海底光缆系统的岸上设备部分吧。
我们先去看看那些远端电源设备,供电几千伏的电压的电源机房到底长什么样的(无比好奇)?上图左边蓝色的机柜就是远端供电设备
这个蓝色机柜里面实际上是由直流变换器组成,每一个变换器提供几千伏直流电,且是N+1备份的。▲这是电源监控界面,实时显示海底光缆的供电电压情况
当然,和所有的电源机房一样,一定有电池备份,断电时切换到电池电源。这场面何其壮观!
现在我们再去看看线路终端设备机房。
海底光缆上岸后,是从这里冒出地面,接入陆地终端设备的(如下图)。
▲这是远端供电的电源线
▲配线架机房
这里就是互联网的出/入海口。比如,你家里安装了FTTH光宽带,当你访问国外网站时,访问路由经过国内网络后,现在就需要在这里出海了。事实上,美国作为Internet 的发源地,很多根域名服务器在美国,当你要访问一些网站时,需要把域名(网址)解释成IP地址,这时就需要通过海底光缆连接到美国的根域名服务器去解释(特别是一些不知名的小网站),数据绕一圈再回来。
最后一个问题,海底光缆是如何修复的呢?
海底光缆的修复非常复杂,茫茫大海,要找到几千米深处的不到10厘米的光缆,还要判断故障点,仿若大海捞针。
不过,这难不倒那些通信工程师。
▲海底光缆修复动态图
然后,派出遥控潜水器(ROV)剪断光缆,分别将剪断的两端系上船上放下的绳子,拉出海面,在船上完成修复熔接。这个熔接过程相当复杂,因为必须对光缆里的头发丝粗细的光纤一根一根熔接。
最后,将修复的光缆抛入海中,并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,这一过程由机器人完成。
海底光缆不仅连接了全球互联网,也是连接全球经济的重要枢纽。海底光缆在经过上个世纪末的高速发展后,曾有过几年的萧条期,如今,面向日益增长的流量需求和物联网时代,海底光缆必然会迎来新一轮增长期,再创奇迹。
图片源于网络
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