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张皓玮 李铁蕾 | 海底光缆工程在当前国际形势下的战略考量
发布日期:2022-11-11 作者:张皓玮 李铁蕾 信息来源:中咨研究 访问次数: 字号:[ ]

海底光缆工程在当前国际形势下的战略考量

张皓玮 李铁蕾

摘要:海底光缆作为全球信息互联互通的关键基础设施,在保障新时期我国信息安全方面具有重要作用。但受限于国际形势等原因,我国海底光缆数量较少,带宽难以满足需求增长,从中长期来看,加强海底光缆建设,对于保障新时期国家信息安全具有重要意义。

关键词:海底光缆;通信系统;国际通信

一、 全球海底光缆总体情况  

海缆(submarine cable)由特殊保护材料包覆光纤或金属线缆组成,铺设在海底,用于电信或电力传输,即海底光缆和海底电缆(海底通信电缆已基本淘汰)。

图1 海底光缆结构图

海底光缆具有通信容量大,防止电磁波干扰有效,信息传输过程稳定,使用寿命较长(一般为25年)等特点。海底通信系统从组成上可以划分为岸上设备与水下设备两部分,水下设备即海底光缆,是海底通信系统中最重要、最脆弱的部分。

海底光缆是全球信息互联互通的重要基础设施。随着目前云计算、元宇宙、大数据、移动互联等相关产业的快速发展,全球价值链各方对信息连接的容量要求不断增大,速率需求不断提高。在此过程中,海底光缆所扮演的角色越来越重要,成为国家参与国际社会运行,进行信息交互的基石。现阶段除了海底光缆,还没有其它基础设施能够满足国际通信对大容量和可靠性的要求。

图2 海底光缆组成示意图

(一)总体信息互联状况

全球海洋面积占71%,陆地面积占29%,主要经济体所在陆地板块之间缺少陆路连结,例如亚洲板块和美洲,澳大利亚之间有着辽阔的太平洋。尽管近年来通讯卫星数量大幅增加,但由于卫星通信带宽相对较。岩月愦笕萘客ㄐ判枰。陆地光缆建设还存在路由可行性和建设征地问题,实际上大部分跨境互联网通信甚至是境内的通信都是依靠海底光缆来实现的,比如欧洲各国之间的通信主要是通过地中海多条海缆连接法国、英国、葡萄牙等若干个国家的核心节点实现的。这也是近期欧洲四条海缆中断的事件给区域甚至全球通信造成巨大影响的原因。

截止到2021年底,全世界已投入使用的440条海底光缆总长度超过1300,000km,承载了全球99%的国际信息和通信交互。

图3 世界海底光缆分布图

从目前全球海底光缆布局来看,美国、日本、新加坡、欧洲等地凭借优越的区位优势和信息资源优势,已经成为国际海底光缆网络的关键节点。以美国为例,IPv4的根域名服务器共13台,其中主根服务器和9个辅助根服务器均在美国,辅之Facebook、Google、亚马逊等美国互联网企业的核心地位,造就了美国的全球海底光缆中心地位,美国东西海岸分别连接欧洲和亚洲,南美的网络也多路由北美,因此太平洋和大西洋海底光缆几乎都以美国为起止点,或途经美国领土。在东亚、东南亚和澳洲组成的太平洋西岸区域,日本和新加坡的区位优势明显,借助政策开放和美国的盟友关系,两国成为了亚太地区的核心节点,也是我国国际通信向东、向西的必经路由。

从组织形式上来看,俱乐部形式是国际海底光缆“建设和运营”的主要模式。海底光缆项目涉及登陆国审批事项众多、建设和运维费用巨大、项目运营风险较高,因此俱乐部建设模式应运而生。俱乐部方式由相关企业共同投资建设同一个海底光缆项目,一是利益共享、费用分担,投资方按权益进行带宽资源分配,运营维护费用也由各成员分摊;二是保障业务来源,作为利益相关方,各企业成员会积极疏导业务流向,充分使用自己参投的海缆资源,保证在最短时间能够收回投资;三是由各国企业负责办理其国内审批事项,可保障顺利获得相关施工许可。

从建设过程来看,铺设和维护过程被公认为复杂困难的大型工程。在海底铺设光缆,需要海洋施工船,海底机器人,以及耐高压、防腐蚀、防止被鲨鱼咬的封装材料、技术,以及熟练的技术人员,需要企业具有多个领域的专业能力,实现跨领域的融合。国际海底光缆建设市场被西方传统寡头垄断,仅有法国诺基亚(ASN)、美国Subcom和日本NEC三家巨头拥有完整的制造、铺设和维护海底光缆能力。我国华海通信技术有限公司(简称华海通信,原华为海洋)经过10余年发展也具备了完整的制造和建设能力,在大型海缆施工船建成后,华海通信将拥有世界领先的海底光缆工程实施能力。

图4 海底光缆铺缆船

(二)预期信息交互增长与海底光缆容量增长

全球国际互联网带宽年增长率保持在30%左右,截至2021年总带宽已达到786Tb/s。目前已投入使用的海底光缆中,40%为2000年前建设完成,此部分海底光缆已逐步进入使用寿命末期。2016年起,跨太平洋、跨大西洋和亚欧间海底光缆系统已开始进行升级换代,海底光缆建设已进入一个新旧更替的窗口期。2016-2020年期间,全球部署的海底光缆系统超过100个,全长超过四万公里,总价值超过138亿美元。

图5 全球IP流量及增速图

云计算、大数据的发展,加快了大数据中心在全球的优化和部署。全球数据中心互联和互联网服务带宽需求的持续增长推动了海底光缆的加速建设。近年来,互联网用户数的年均增长率超过22%,用户平均带宽年复合增长率达20%,总带宽使用量年复合增长率超过50%。伴随着5G、超高清视频、数据中心、物联网等行业的蓬勃发展,全球处于高速数字化变革浪潮中,带宽需求将日益增长。因此,全球互联网巨头,如谷歌、亚马逊等已投资建设了多条海底光缆,籍以保障自身网络链路安全。

新冠肺炎疫情以来,国际间数据交互数量激增,大量的电子商务和金融科技相关工作依托网络开展,为数据中心创造了新的增长机遇。全球排名前四的人口大国中,有三个位于亚太地区:中国、印度和印度尼西亚。这三个市场的人口规模对数据中心及网络互连需求巨大,这将极大的推动海底光缆建设。

二、 我国海底光缆现状

(一)我国连接的海底光缆现况

自1993年我国第一条海底光缆中日海底光缆建设以来,经过多年海底光缆建设,我国目前拥有十余条海底光缆,我国运营商拥有的海底光缆总带宽超过43.4Tbps。中国大陆地区已建有青岛、上海南汇、上海崇明、上海临港、汕头等5个国际海缆登陆站,在台湾方向建有福州、厦门2个海缆登陆站。此外,中国运营企业在香港建设有将军澳、舂坎角等国际海缆登陆站。

表1 我国已建成部分海底光缆统计表

数据来源:中国国际光缆互联互通白皮书。

(二)我国海底光缆制造及承建情况

近年来,中国光纤光缆行业进入蓬勃发展期,产销量占到了全球50%以上份额。在制造领域上,中国光缆制造已经形成了长飞、亨通、烽火、中天、富通5大企业,亨通、中天、通光在深:@轮圃旆矫嬉丫迪滞黄,其中亨通已完成5km深海测试。海底光缆中继器分支器等核心设备领域,华海通信已经实现了产业化突破,其产品已在部分新建海底光缆系统中投入使用,全球范围内部署了超过84,000km的海底光缆系统,2019年部署的海南-香港海缆项目是业内首个16纤对大容量中继海缆系统,其在2022年近期发布的32纤对水下产品将再次打破行业海缆容量的记录,成为最高容量水下产品。与此同时,国内企业集群突破产业化瓶颈,具备了跨洋海缆总承包交付能力和经验。

图6 海底光缆铺设流程

三、我国海缆光缆建设运营面临的挑战

过去5年中,全球国际带宽使用量明显增长,2018年全球国际带宽使用量近1000Tbps,复合增长率40%以上,即两年翻一番;未来7年,国际带宽需求的增长率保持每年40-45%,2025年超11,000Tbps;全球终端用户增多、每个终端用户带宽使用量增长,年复合增长率20%,各区域增长率均在45%左右,亚洲最高。我国作为世界第二大经济体,信息交互需求将会大幅度增长。从目前来看,我国海底光缆面临几个方面的挑战。

(一)总量受限,路由单一

我国的海底光缆总量仍显不足,美国的海底光缆数量是中国的8倍,人均带宽是中国近20倍;日本的海底光缆数量是中国2倍多,人均带宽是中国近10倍;英国海底光缆数量是中国的5倍多,人均带宽是中国72倍;新加坡海底光缆数量是中国2倍多,人均带宽是中国262倍。随着东数西算工程的实施,我国海底光缆数量少、路由单一状况日益凸显,几乎都从香港连接,不仅出口带宽是瓶颈,而且路由安全性也难以保障。如果海缆出口出现问题,不仅仅是信息层面的问题,我国在海外的利益也将受到极大威胁。

图7 美国通过海底光缆连接世界

(二)美国对我海底光缆建设设置障碍

以美国为首的西方发达国家政府和企业不仅把控海缆的建设运营,还要极力弱化中方企业在各海缆组织中的话语权,建设工程的招标更是通过垄断、政府干预、商业运作各种手段排挤中方企业入围。导致中方运营企业大量投资参与但决策中话语权不高,权益与付出不成正比。2020年特朗普政府颁布的“清洁网络”计划中明确将海底光缆作为5个“清洁网络”之一,并与全球50多个国家(占全球经济三分之二)超过180个运营商签订协议,迫使这些国家和公司拒绝中国企业承建,禁止使用中国企业量产的相关设备,拒绝使用中国提供的海底光缆网络。这一局面对我国未来国际网络安全带来极大的挑战和风险。在极端情况下,一旦被美方关停或屏蔽其主导的国际海缆,我国将只有极少的具备主导权的国际海缆在全球个别区域运行,将会大大降低我国在全球的通信互联能力。如再发生类似欧洲的断缆“事故”,存在完全掐断我国对外通信的可能。

(三)我国仅有四家国有运营商企业能够投资建设运营海底光缆

现行的《政府核准的投资项目目录(2016年本)》要求,海底光缆项目由中央政府核准后进行建设,我国目前仅有四家运营商能够在境内进行通信基础设施项目投资。在对国家具备战略意义的海底光缆网络投资方面,往往出现短期经济效益与长期战略投资方面的矛盾。投资主体数量稀少,投资主体在需求、考核等方面主观动能不足,导致我国海底光缆数量远低于国际平均水平。另外,在当前连接至我国的国际海缆建设环节中,许可审批环节用时过长,造成海缆建设周期延长,从而进一步导致投资成本增加、海缆商用时间延后、带宽价格竞争力丧失等问题和弊端。

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图8 埋设犁犁埋施工

四、建议

(一)增加连接新加坡等其它核心节点的海底光缆路由

从我国自身发展需要出发,我国现有海底光缆带宽总容量能够满足现阶段需求,但难以满足我国快速增长的出口带宽增速,而且部分海底光缆已经进入工程中后期使用寿命将。U衔夜畔⒒チネ芰,亟需通过新建等方式大规模增加海底光缆总量,确保我国海底光缆的整体安全。考虑到目前美国对我国接入海底光缆的态度,我国新增海底光缆路由应着重考虑向西接入新加坡、泰国、印度尼西亚、马来西亚等地,有条件的情况下,应沿亚欧3号海底光缆路由延伸至欧洲方向,接入全球海底光缆网络。多路由布置一方面有助于海底光缆系统总体安全,另一方面也能够为今后发展预留足够的带宽裕量。

(二)增加连接拉丁美洲的直连海底光缆路由

当前我国连接至拉美的国际带宽100%是通过中美直连海缆然后跳转到拉美的,缺少我国直连拉美的国际海缆路由。这就造成了我国与拉美国家国际通信的巨大瓶颈,在极端情况下,一旦中间的跳板出现问题,我国与拉美之间的互联通信将会带来塌方式的破坏。而通过西向连接至欧洲的陆缆或者海缆再跳转至拉美的备用方案不足以解决巨大的时延以及成本等问题。

当前我国与拉美国家的国际关系正处于高速发展时期,直连拉美的国际互联网是促进发展的最直接有效的基础设施,同时也会通过中拉直连网络联接,更加有效的促进我国对拉美在政治、经济、文化等方面的互动。

(三)国家层面统一规划,企业在此之下做好战略规划

从目前投资主体来看,短期内运营商投资海底光缆的情况不会改变。为保障在海底光缆建设过程中国家利益的体现,宜在国家层面进行整体布局,各运营商同进同退,在各个新建海底光缆俱乐部当中占据一定的主动地位,保障国家总体利益,体现国家整体安全观。

(四)支持内资承包商的能力提升

为保障海底光缆的正常运行、维护及国家海洋信息资产安全,在实现自主投资主导的情况下,还应在海底光缆建设和维护层面着力采用国内具备自主知识产权、自主建造能力的承包商参与其中,从而在海底光缆建设、运营、维护等方面实现良好的配合与互助,进而达到国内海底光缆产业与运营的良性发展循环。

(五)适当鼓励非公有制主体在全球范围参与投资海底光缆建设

数据中心之间数据流通对带宽有非常高的要求。数据中心互联(DCI)成为互联网巨头参与海底光缆建设的重要目标。谷歌作为海底光缆建设的先驱,为全球超过30个数据中心提供应用服务,但是由于带宽是向运营企业租赁的,无法满足谷歌发展的要求,谷歌开始建造自己的海底光缆满足数据中心互联需求。2018年1月,谷歌宣布将新建三条海底光缆,扩展全球云计算业务。三条海底光缆连接中国香港、美国、爱尔兰、丹麦和智利,已于2019年建成。加上正在使用或建设的8条光缆,谷歌海底光缆持有量达到11条。

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图9Google在欧美的主要海底光缆

以此为鉴,从政策上应当鼓励国内互联网企业和其它有实力企业在全球范围参与投资建设海底光缆。一方面能够保障其业务的全球化开展,另一方面,也能够积累海底光缆设施的建设运营经验与人才,以及为下一步推动核准方式转变做准备。

(六)检视当前核准方式,适当放宽准入许可

对比主流国际互联网节点国家或地区在海底光缆建设阶段的许可获取周期,新加坡需要12个月左右,泰国仅需要6个月左右,菲律宾和越南均在9个月左右,法国需要18个月左右,香港特别行政区需要16个月左右,而我国平均达到30个月左右的时间,大大高于其它国家和地区,这就造成了海底光缆建设的成本和周期大幅上升。在国际海底光缆建设审批方面,建议主管部门考虑适当简化流程手续,促进以我国为起点的国际海底光缆建设加快速度和扩大规模。另一方面,在政策制定阶段,适当考虑放宽准入门槛,允许一部分可信的、具有一定经验的互联网企业投资建设海底光缆。

参考文献

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https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/181011-fa517fd8.html.

注:文中部分图片来源于网络。




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