90万公里海底光缆的秘密

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157年前，传奇女王维多利亚向远在几千海里外的美国总统布坎南发了一封贺电，这封只有98个字母的电报竟然花了16个小时才抵达彼岸。

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

一直以来，它因埋藏于海底深处而披上神秘面纱，今天我们带你走进海底光缆的世界。

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！



还有两个硕大的柴油发电机...





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）。



吼吼！没想到那么粗的海底光缆上岸后竟然变成了如此纤柔的黄线吧！

▲这是远端供电的电源线

这些黄色光缆接入到各种配线架，这些配线架实现对海底光缆线路的连接、分配和调度，并通过配线架连接到传输终端设备。

▲配线架机房

海底光缆通过配线架接入地面网络，并连接到各大数据中心。

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

首先，你得找到故障点，用的仪器类似陆地光缆经常用的OTDR，判断断点具体位置。

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。



▲遥控潜水器（ROV），酷吧！

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。