Un cable de comunicaciones submarino es un cable tendido en el lecho marino entre estaciones terrestres para transportar señales de telecomunicaciones a través de extensiones de océano y mar. Los primeros cables de comunicaciones submarinos se tendieron a partir de la década de 1850 y transportaron tráfico telegráfico , estableciendo los primeros enlaces instantáneos de telecomunicaciones entre continentes, como el primer cable telegráfico transatlántico que entró en funcionamiento el 16 de agosto de 1858.
Los cables submarinos conectaron por primera vez todos los continentes del mundo (excepto la Antártida ) cuando Java se conectó con Darwin, Territorio del Norte , Australia, en 1871 en anticipación de la finalización de la Línea Australiana de Telégrafo Overland en 1872 que conectaba con Adelaida, Australia del Sur y desde allí con el resto. de Australia. [1]
Las generaciones posteriores de cables transportaron tráfico telefónico y luego tráfico de comunicaciones de datos . Estos primeros cables usaban alambres de cobre en sus núcleos, pero los cables modernos usan tecnología de fibra óptica para transportar datos digitales , que incluyen teléfono, Internet y tráfico de datos privados. Los cables modernos suelen tener unos 25 mm (1 pulgada) de diámetro y pesan alrededor de 1,4 toneladas por kilómetro (2,5 toneladas cortas por milla; 2,2 toneladas largas por milla) para las secciones de aguas profundas que comprenden la mayor parte del recorrido, aunque son más grandes y Se utilizan cables más pesados para secciones de aguas poco profundas cerca de la costa. [2] [3]
Después de que William Cooke y Charles Wheatstone introdujeran su telégrafo funcional en 1839, la idea de una línea submarina a través del Océano Atlántico comenzó a considerarse como un posible triunfo del futuro. Samuel Morse proclamó su fe en él ya en 1840, y en 1842 sumergió un cable, aislado con cáñamo alquitranado y caucho indio , [4] [5] en el agua del puerto de Nueva York , y telegrafió a través de él. El otoño siguiente, Wheatstone realizó un experimento similar en la bahía de Swansea . Para el éxito de una larga línea submarina era necesario un buen aislante para cubrir el cable y evitar que la corriente eléctrica se filtrara al agua. El caucho indio ya había sido probado por Moritz von Jacobi , el ingeniero eléctrico prusiano , ya a principios del siglo XIX.
En 1842 apareció otra goma aislante que podía fundirse con calor y aplicarse fácilmente a alambres. La gutapercha , el jugo adhesivo del árbol Palaquium gutta , fue introducido en Europa por William Montgomerie , un cirujano escocés al servicio de los británicos. Compañía de las Indias Orientales . [6] : 26–27 Veinte años antes, Montgomerie había visto látigos hechos de gutapercha en Singapur y creía que serían útiles en la fabricación de aparatos quirúrgicos. Michael Faraday y Wheatstone pronto descubrieron las ventajas de la gutapercha como aislante, y en 1845, este último sugirió que debería utilizarse para cubrir el cable que se proponía tender de Dover a Calais . [7] En 1847, William Siemens , entonces oficial del ejército de Prusia, tendió con éxito el primer cable submarino utilizando aislamiento de gutapercha, a través del Rin , entre Deutz y Colonia . [8] En 1849, Charles Vincent Walker , electricista del South Eastern Railway , sumergió 3 km (2 millas) de alambre recubierto con gutapercha frente a la costa de Folkestone, lo que fue probado con éxito. [6] : 26-27
En agosto de 1850, habiendo obtenido anteriormente una concesión del gobierno francés, la English Channel Submarine Telegraph Company de John Watkins Brett tendió la primera línea a través del Canal de la Mancha , utilizando el remolcador reconvertido Goliath . Se trataba simplemente de un alambre de cobre recubierto de gutapercha , sin ninguna otra protección, y no tuvo éxito. [6] : 192-193 [9] Sin embargo, el experimento sirvió para asegurar la renovación de la concesión, y en septiembre de 1851, la reconstituida Submarine Telegraph Company tendió un cable central protegido, o verdadero, desde un armatoste del gobierno , Blazer , que fue remolcado a través del Canal de la Mancha. [6] : 192–193 [10] [7]
En 1853, se tendieron cables más exitosos, que unieron Gran Bretaña con Irlanda , Bélgica y los Países Bajos , y cruzaron The Belts en Dinamarca . [6] : 361 La British & Irish Magnetic Telegraph Company completó el primer enlace irlandés exitoso el 23 de mayo entre Portpatrick y Donaghadee utilizando el minero William Hutt . [6] : 34–36 El mismo barco fue utilizado para el enlace de Dover a Ostende en Bélgica, por la Submarine Telegraph Company. [6] : 192–193 Mientras tanto, Electric & International Telegraph Company completó dos cables a través del Mar del Norte , desde Orford Ness hasta Scheveningen , Países Bajos. Estos cables los tendió el Monarch , un barco de vapor de ruedas que más tarde se convirtió en el primer barco con equipo permanente de tendido de cables. [6] : 195
En 1858, el barco de vapor Elba se utilizó para tender un cable telegráfico desde Jersey a Guernsey , luego a Alderney y luego a Weymouth ; el cable se completó con éxito en septiembre de ese año. Pronto surgieron problemas y en 1860 se produjeron once roturas debido a tormentas, movimientos de mareas y arena, y desgaste de las rocas. Un informe a la Institución de Ingenieros Civiles en 1860 estableció los problemas para ayudar en futuras operaciones de tendido de cables. [11]
En la guerra de Crimea desempeñaron un papel importante diversas formas de telegrafía ; esta fue la primera vez. Al comienzo de la campaña había un enlace telegráfico en Bucarest conectado con Londres. En el invierno de 1854, los franceses ampliaron el enlace telegráfico hasta la costa del Mar Negro . En abril de 1855, los británicos tendieron un cable submarino desde Varna hasta la península de Crimea para que las noticias de la guerra de Crimea pudieran llegar a Londres en unas pocas horas. [12]
El primer intento de tender un cable telegráfico transatlántico fue promovido por Cyrus West Field , quien convenció a los industriales británicos para que financiaran y tendieran uno en 1858. [7] Sin embargo, la tecnología de la época no era capaz de respaldar el proyecto; estuvo plagado de problemas desde el principio y estuvo en funcionamiento sólo durante un mes. Los intentos posteriores en 1865 y 1866 con el barco de vapor más grande del mundo, el SS Great Eastern , utilizaron una tecnología más avanzada y produjeron el primer cable transatlántico exitoso. Más tarde, Great Eastern tendió el primer cable que llegó a la India desde Adén, Yemen, en 1870.
Desde la década de 1850 hasta 1911, los sistemas de cables submarinos británicos dominaron el mercado más importante, el Océano Atlántico Norte . Los británicos tenían ventajas tanto del lado de la oferta como de la demanda. En términos de oferta, Gran Bretaña tenía empresarios dispuestos a aportar enormes cantidades de capital necesario para construir, tender y mantener estos cables. En términos de demanda, el vasto imperio colonial británico generó negocios para las compañías de cable por parte de agencias de noticias, compañías comerciales y navieras y del gobierno británico. Muchas de las colonias británicas tenían poblaciones importantes de colonos europeos, lo que hacía que las noticias sobre ellas fueran de interés para el público en general del país de origen.
Los funcionarios británicos creían que depender de líneas telegráficas que pasaban por territorio no británico representaba un riesgo para la seguridad, ya que las líneas podrían cortarse y los mensajes podrían interrumpirse durante tiempos de guerra. Buscaban la creación de una red mundial dentro del imperio, que llegó a ser conocida como All Red Line , y a la inversa prepararon estrategias para interrumpir rápidamente las comunicaciones enemigas. [13] La primera acción de Gran Bretaña después de declarar la guerra a Alemania en la Primera Guerra Mundial fue hacer que el cablero Alert (no el CS Telconia como se informa frecuentemente) [14] cortara los cinco cables que unían Alemania con Francia, España y las Azores, y a través de ellos, América del Norte. [15] A partir de entonces, la única forma en que Alemania podía comunicarse era mediante conexión inalámbrica, y eso significaba que la Sala 40 podía escuchar.
Los cables submarinos fueron un beneficio económico para las empresas comerciales, porque los propietarios de los barcos podían comunicarse con los capitanes cuando llegaban a su destino y darles instrucciones sobre dónde ir a continuación para recoger la carga basándose en la información de precios y suministro reportada. El gobierno británico tenía usos obvios para los cables para mantener comunicaciones administrativas con los gobernadores de todo su imperio, así como para involucrarse diplomáticamente con otras naciones y comunicarse con sus unidades militares en tiempos de guerra. La ubicación geográfica del territorio británico también fue una ventaja, ya que incluía tanto a Irlanda en el lado este del Océano Atlántico como a Terranova en América del Norte en el lado oeste, lo que constituía la ruta más corta a través del océano, lo que reducía los costos significativamente.
Algunos hechos ponen en perspectiva este dominio de la industria. En 1896 había en el mundo 30 barcos cableros, 24 de los cuales eran propiedad de empresas británicas. En 1892, las empresas británicas poseían y operaban dos tercios de los cables del mundo y en 1923 su participación seguía siendo del 42,7 por ciento. [16] Durante la Primera Guerra Mundial , las comunicaciones telegráficas de Gran Bretaña fueron casi completamente ininterrumpidas, mientras que Alemania pudo cortar rápidamente los cables de Alemania en todo el mundo. [13]
A lo largo de las décadas de 1860 y 1870, el cable británico se expandió hacia el este, hacia el mar Mediterráneo y el océano Índico. Un cable de 1863 a Bombay (ahora Mumbai ), India, proporcionó un vínculo crucial con Arabia Saudita . [17] En 1870, Bombay se unió a Londres mediante un cable submarino en una operación combinada de cuatro compañías de cable, a instancias del gobierno británico. En 1872, estas cuatro empresas se combinaron para formar la gigantesca Eastern Telegraph Company , propiedad de John Pender , que abarcaba todo el mundo . Una escisión de Eastern Telegraph Company fue una segunda empresa hermana, Eastern Extension, China and Australasia Telegraph Company, comúnmente conocida simplemente como "la Extensión". En 1872, Australia fue unida por cable a Bombay a través de Singapur y China y en 1876, el cable unió el Imperio Británico desde Londres a Nueva Zelanda. [18]
Los primeros cables transpacíficos que proporcionaron servicio telegráfico se completaron en 1902 y 1903, uniendo el territorio continental de Estados Unidos con Hawaii en 1902 y Guam con Filipinas en 1903. [19] Canadá, Australia, Nueva Zelanda y Fiji también se conectaron en 1902 con el Segmento transpacífico de la Línea Roja . [20] Japón se conectó al sistema en 1906. El servicio más allá del atolón Midway se abandonó en 1941 debido a la Segunda Guerra Mundial, pero el resto permaneció en funcionamiento hasta 1951, cuando la FCC dio permiso para cesar las operaciones. [21]
El primer cable telefónico transpacífico se tendió desde Hawaii hasta Japón en 1964, con una extensión desde Guam hasta Filipinas. [22] También en 1964, el Commonwealth Pacific Cable System (COMPAC), con capacidad de 80 canales telefónicos, se abrió al tráfico de Sydney a Vancouver, y en 1967, el sistema Commonwealth del Sudeste Asiático (SEACOM), con 160 canales telefónicos de capacidad, abierto al tráfico. Este sistema utilizaba radio de microondas desde Sydney a Cairns (Queensland), cable que iba desde Cairns a Madang ( Papúa Nueva Guinea ), Guam , Hong Kong , Kota Kinabalu (capital de Sabah , Malasia), Singapur , y luego por tierra por radio de microondas a Kuala Lumpur. . En 1991, el sistema North Pacific Cable fue el primer sistema regenerativo (es decir, con repetidores ) en cruzar completamente el Pacífico desde el territorio continental de Estados Unidos hasta Japón. La parte estadounidense de NPC se fabricó en Portland, Oregon, de 1989 a 1991 en STC Submarine Systems y más tarde en Alcatel Submarine Networks. El sistema fue instalado por Cable & Wireless Marine en el CS Cable Venture .
Los cables transatlánticos del siglo XIX consistían en una capa exterior de alambre de hierro y más tarde de acero, envuelta en caucho indio y envuelta en gutapercha , que rodeaba un alambre de cobre multifilar en el núcleo. Las partes más cercanas a cada desembarco en la costa tenían cables de armadura protectores adicionales. La gutapercha, un polímero natural similar al caucho, tenía propiedades casi ideales para aislar cables submarinos, con la excepción de una constante dieléctrica bastante alta que hacía que la capacitancia del cable fuera alta. William Thomas Henley había desarrollado una máquina en 1837 para cubrir cables con hilo de seda o algodón que desarrolló en una capacidad de envoltura de cables para cables submarinos con una fábrica en 1857 que se convirtió en WT Henley's Telegraph Works Co., Ltd. [23] [24] La India Rubber, Gutta Percha and Telegraph Works Company , establecida por la familia Silver y que dio ese nombre a una sección de Londres , proporcionó núcleos a Henley's y, finalmente, fabricó y tendió cables terminados. [24] En 1870 William Hooper estableció Hooper's Telegraph Works para fabricar su núcleo de caucho vulcanizado patentado , al principio para proporcionar a otros fabricantes de cables terminados, que comenzaron a competir con los núcleos de gutapercha. Posteriormente, la empresa se expandió hacia la fabricación y tendido completos de cables, incluida la construcción del primer barco cablero diseñado específicamente para tender cables transatlánticos. [24] [25] [26]
La gutapercha y el caucho no fueron reemplazados como aislamiento de cables hasta que se introdujo el polietileno en la década de 1930. Incluso entonces, el material sólo estaba disponible para los militares y el primer cable submarino que lo utilizó no se tendió hasta 1945, durante la Segunda Guerra Mundial, a través del Canal de la Mancha . [27] En la década de 1920, el ejército estadounidense experimentó con cables aislados con caucho como alternativa a la gutapercha, ya que los intereses estadounidenses controlaban importantes suministros de caucho pero no tenían fácil acceso a los fabricantes de gutapercha. El desarrollo en 1926 por John T. Blake del caucho desproteinizado mejoró la impermeabilidad de los cables al agua. [28]
Muchos de los primeros cables sufrieron ataques de vida marina. El aislamiento podría ser comido, por ejemplo, por especies de Teredo (gusano de barco) y Xylophaga . El cáñamo colocado entre la armadura de alambre de acero daba a las plagas una ruta para entrar. Las armaduras dañadas, que no eran infrecuentes, también proporcionaban una entrada. Se han registrado casos de tiburones mordiendo cables y ataques de peces sierra . En un caso ocurrido en 1873, una ballena dañó el cable del Golfo Pérsico entre Karachi y Gwadar . Aparentemente, la ballena estaba intentando usar el cable para limpiar percebes en un punto donde el cable descendía sobre una pendiente pronunciada. La desafortunada ballena se enredó con la cola en bucles de cable y se ahogó. El barco reparador de cables Amber Witch sólo pudo levantar el cable con dificultad, ya que estaba cargado con el cuerpo de la ballena muerta. [29]
Los primeros cables telegráficos submarinos de larga distancia presentaban formidables problemas eléctricos. A diferencia de los cables modernos, la tecnología del siglo XIX no permitía la instalación de amplificadores repetidores en línea en el cable. Se utilizaron grandes voltajes para intentar superar la resistencia eléctrica de su tremenda longitud, pero la capacitancia e inductancia distribuidas de los cables se combinaron para distorsionar los pulsos telegráficos en la línea, reduciendo el ancho de banda del cable y limitando severamente la velocidad de datos para la operación telegráfica a 10-12. palabras por minuto .
Ya en 1816, Francis Ronalds había observado que las señales eléctricas se ralentizaban al pasar a través de un cable o núcleo aislado colocado bajo tierra, y describió la causa como inducción, utilizando la analogía de una larga jarra de Leyden . [30] [31] Latimer Clark (1853) notó el mismo efecto en núcleos sumergidos en agua, y particularmente en el largo cable entre Inglaterra y La Haya. Michael Faraday demostró que el efecto era causado por la capacitancia entre el cable y la tierra (o agua) que lo rodea. Faraday había notado que cuando un cable se carga con una batería (por ejemplo, al presionar una tecla de telégrafo), la carga eléctrica en el cable induce una carga opuesta en el agua a medida que viaja. En 1831, Faraday describió este efecto en lo que hoy se conoce como ley de inducción de Faraday . A medida que las dos cargas se atraen, la carga excitante se retarda. El núcleo actúa como un condensador distribuido a lo largo del cable que, junto con la resistencia e inductancia del cable, limita la velocidad a la que una señal viaja a través del conductor del cable.
Los primeros diseños de cables no lograron analizar estos efectos correctamente. Es famoso que el EOW Whitehouse desestimó los problemas e insistió en que un cable transatlántico era factible. Cuando posteriormente se convirtió en jefe electricista de Atlantic Telegraph Company , se vio involucrado en una disputa pública con William Thomson . Whitehouse creía que, con suficiente voltaje, se podía accionar cualquier cable. Thomson creía que su ley de los cuadrados demostraba que el retardo no podía superarse con un voltaje más alto. Su recomendación fue un cable más grande. Debido a los voltajes excesivos recomendados por Whitehouse, el primer cable transatlántico de Cyrus West Field nunca funcionó de manera confiable y finalmente sufrió un cortocircuito con el océano cuando Whitehouse aumentó el voltaje más allá del límite de diseño del cable.
Thomson diseñó un complejo generador de campo eléctrico que minimizaba la corriente al hacer resonar el cable, y un galvanómetro de espejo de haz de luz sensible para detectar las débiles señales del telégrafo. Thomson se hizo rico con las regalías de estos y varios inventos relacionados. Thomson fue elevado a Lord Kelvin por sus contribuciones en esta área, principalmente un modelo matemático preciso del cable, que permitió diseñar el equipo para una telegrafía precisa. Los efectos de la electricidad atmosférica y del campo geomagnético en los cables submarinos también motivaron muchas de las primeras expediciones polares .
Thomson había realizado un análisis matemático de la propagación de señales eléctricas en cables telegráficos basándose en su capacitancia y resistencia, pero como los cables submarinos largos operaban a velocidades lentas, no incluyó los efectos de la inductancia. En la década de 1890, Oliver Heaviside había producido la forma general moderna de las ecuaciones del telegrafista , que incluían los efectos de la inductancia y que eran esenciales para extender la teoría de las líneas de transmisión a las frecuencias más altas requeridas para datos y voz de alta velocidad.
Si bien el tendido de un cable telefónico transatlántico se consideró seriamente a partir de la década de 1920, la tecnología necesaria para unas telecomunicaciones económicamente viables no se desarrolló hasta la década de 1940. Un primer intento de tender un cable telefónico " pupinizado " (uno con bobinas de carga añadidas a intervalos regulares) fracasó a principios de la década de 1930 debido a la Gran Depresión .
TAT-1 (Transatlantic No. 1) fue el primer sistema de cable telefónico transatlántico . Entre 1955 y 1956 se tendió cable entre la bahía de Gallanach, cerca de Oban , Escocia, y Clarenville, Terranova y Labrador , en Canadá. Fue inaugurado el 25 de septiembre de 1956, contando inicialmente con 36 canales telefónicos.
En la década de 1960, los cables transoceánicos eran cables coaxiales que transmitían señales de banda vocal multiplexadas en frecuencia . Una corriente continua de alto voltaje en el conductor interno alimenta repetidores (amplificadores de dos vías colocados a intervalos a lo largo del cable). Los repetidores de primera generación siguen estando entre los amplificadores de válvulas de vacío más fiables jamás diseñados. [32] Los posteriores fueron transistorizados. Muchos de estos cables todavía se pueden utilizar, pero se han abandonado porque su capacidad es demasiado pequeña para ser comercialmente viables. Algunos se han utilizado como instrumentos científicos para medir ondas sísmicas y otros eventos geomagnéticos. [33]
En 1942, los hermanos Siemens de New Charlton , Londres, junto con el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido , adaptaron la tecnología de cables de comunicaciones submarinos para crear el primer oleoducto submarino del mundo en la Operación Plutón durante la Segunda Guerra Mundial .
Los cables de fibra óptica activos pueden resultar útiles para detectar eventos sísmicos que alteran la polarización del cable. [34]
En la década de 1980 se desarrollaron los cables de fibra óptica . El primer cable telefónico transatlántico que utilizó fibra óptica fue el TAT-8 , que entró en funcionamiento en 1988. Un cable de fibra óptica se compone de varios pares de fibras. Cada par tiene una fibra en cada dirección. TAT-8 tenía dos pares operativos y un par de respaldo. Salvo líneas muy cortas, los cables submarinos de fibra óptica incluyen repetidores a intervalos regulares.
Los repetidores de fibra óptica modernos utilizan un amplificador óptico de estado sólido , normalmente un amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA). Cada repetidor contiene equipos separados para cada fibra. Estos comprenden reformado de señales, medición de errores y controles. Un láser de estado sólido envía la señal al siguiente tramo de fibra. El láser de estado sólido excita un tramo corto de fibra dopada que a su vez actúa como un amplificador láser. A medida que la luz pasa a través de la fibra, se amplifica. Este sistema también permite la multiplexación por división de longitud de onda , lo que aumenta drásticamente la capacidad de la fibra. Los amplificadores EDFA se utilizaron por primera vez en cables submarinos en 1995. [35]
Los repetidores funcionan con una corriente continua constante que pasa por el conductor cerca del centro del cable, por lo que todos los repetidores de un cable están en serie. En las estaciones terminales se instalan equipos de alimentación de energía. Normalmente, ambos extremos comparten la generación de corriente: un extremo proporciona un voltaje positivo y el otro un voltaje negativo. En funcionamiento normal, existe un punto de tierra virtual aproximadamente a la mitad del cable. Los amplificadores o repetidores obtienen su potencia de la diferencia de potencial entre ellos. El voltaje que pasa por el cable suele oscilar entre 3000 y 15 000 VCC con una corriente de hasta 1100 mA, y la corriente aumenta al disminuir el voltaje; la corriente a 10.000 VCC es de hasta 1.650 mA. Por lo tanto, la cantidad total de energía enviada al cable suele ser de hasta 16,5 kW. [36] [37]
La fibra óptica utilizada en los cables submarinos se elige por su claridad excepcional, permitiendo recorridos de más de 100 kilómetros (62 millas) entre repetidores para minimizar la cantidad de amplificadores y la distorsión que causan. Los cables no repetidos son más baratos que los cables repetidos y su distancia máxima de transmisión es limitada, aunque ésta ha ido aumentando con los años; en 2014 estaban en servicio cables no repetidos de hasta 380 kilómetros (240 millas) de longitud; sin embargo, estos requieren la colocación de repetidores sin alimentación cada 100 km. [38]
La creciente demanda de estos cables de fibra óptica superó la capacidad de proveedores como AT&T. [ ¿cuando? ] Tener que trasladar el tráfico a los satélites resultó en señales de menor calidad. Para abordar este problema, AT&T tuvo que mejorar sus capacidades de tendido de cables. Invirtió 100 millones de dólares en la producción de dos buques especializados para el tendido de cables de fibra óptica. Estos incluían laboratorios en los barcos para empalmar cables y probar sus propiedades eléctricas. Este control de campo es importante porque el vidrio del cable de fibra óptica es menos maleable que el cable de cobre que se utilizaba anteriormente. Los barcos están equipados con propulsores que aumentan la maniobrabilidad. Esta capacidad es importante porque el cable de fibra óptica debe tenderse directamente desde la popa, lo que era otro factor al que no tenían que enfrentarse los barcos que tendían cables de cobre. [39]
Originalmente, los cables submarinos eran simples conexiones punto a punto. Con el desarrollo de unidades de derivación submarinas (SBU), un solo sistema de cable podría dar servicio a más de un destino. Los sistemas de cables modernos suelen tener ahora sus fibras dispuestas en un anillo autorreparable para aumentar su redundancia, y las secciones submarinas siguen diferentes caminos en el fondo del océano . Una de las razones de este desarrollo fue que la capacidad de los sistemas de cable había llegado a ser tan grande que no era posible respaldar completamente un sistema de cable con capacidad satelital, por lo que se hizo necesario proporcionar suficiente capacidad de respaldo terrestre. No todas las organizaciones de telecomunicaciones desean aprovechar esta capacidad, por lo que los sistemas de cable modernos pueden tener puntos de conexión duales en algunos países (donde se requiere capacidad de respaldo) y solo puntos de conexión únicos en otros países donde no se requiere capacidad de respaldo. , la capacidad del país es lo suficientemente pequeña como para respaldarla por otros medios, o tener una copia de seguridad se considera demasiado costoso.
Otro desarrollo de ruta redundante, además del enfoque de anillos de autorreparación, es la red en malla mediante la cual se utiliza equipo de conmutación rápida para transferir servicios entre rutas de red con poco o ningún efecto en los protocolos de nivel superior si una ruta deja de funcionar. A medida que haya más rutas disponibles para usar entre dos puntos, es menos probable que una o dos fallas simultáneas impidan el servicio de extremo a extremo.
En 2012, los operadores habían "demostrado con éxito una transmisión a largo plazo y sin errores a 100 Gbps a través del Océano Atlántico" en rutas de hasta 6.000 km (3.700 millas), [40] lo que significa que un cable típico puede mover decenas de terabits por segundo en el extranjero. . Las velocidades mejoraron rápidamente en los años anteriores; sólo tres años antes, en agosto de 2009, se ofrecían 40 Gbit/s en esa ruta. [41]
La conmutación y el enrutamiento totalmente marítimo comúnmente aumentan la distancia y, por lo tanto, la latencia del viaje de ida y vuelta en más del 50%. Por ejemplo, el retraso del viaje de ida y vuelta (RTD) o latencia de las conexiones transatlánticas más rápidas es inferior a 60 ms, cerca del óptimo teórico para una ruta totalmente marítima. Si bien en teoría, una ruta de gran círculo (GCP) entre Londres y la ciudad de Nueva York es de sólo 5.600 km (3.500 millas), [42] esto requiere varias masas de tierra ( Irlanda , Terranova , la Isla del Príncipe Eduardo y el istmo que conecta Nuevo Brunswick con Nova Scotia ), así como la Bahía de Fundy, donde hay mareas extremas , y una ruta terrestre a lo largo de la costa norte de Massachusetts desde Gloucester hasta Boston y a través de zonas bastante urbanizadas hasta el mismo Manhattan . En teoría, el uso de esta ruta terrestre parcial podría dar como resultado tiempos de viaje de ida y vuelta inferiores a 40 ms (que es el tiempo mínimo de la velocidad de la luz), sin contar los cambios. En rutas con menos terreno en el camino, los tiempos de viaje de ida y vuelta pueden acercarse a los mínimos de velocidad de la luz a largo plazo.
El tipo de fibra óptica que se utiliza en cables muy largos y no repetidos suele ser PCSF (núcleo de sílice pura) debido a su baja pérdida de 0,172 dB por kilómetro cuando se transporta una luz láser de longitud de onda de 1550 nm. La gran dispersión cromática del PCSF hace que su uso requiera equipos de transmisión y recepción diseñados teniendo esto en cuenta; Esta propiedad también se puede utilizar para reducir la interferencia al transmitir múltiples canales a través de una sola fibra usando multiplexación por división de longitud de onda (WDM), que permite que múltiples canales portadores ópticos se transmitan a través de una sola fibra, cada uno con su propia información. [43] WDM está limitado por el ancho de banda óptico de los amplificadores utilizados para transmitir datos a través del cable y por el espaciado entre las frecuencias de las portadoras ópticas; sin embargo, este espaciado mínimo también es limitado, siendo frecuentemente el espaciado mínimo de 50 GHz (0,4 nm). El uso de WDM puede reducir la longitud máxima del cable, aunque esto se puede superar diseñando el equipo teniendo esto en cuenta.
Los postamplificadores ópticos, utilizados para aumentar la intensidad de la señal generada por el transmisor óptico, a menudo utilizan un láser de fibra dopado con erbio bombeado por diodos. El diodo suele ser un diodo láser de alta potencia de 980 o 1480 nm. Esta configuración permite una amplificación de hasta +24 dBm de forma asequible. El uso de una fibra dopada con erbio-iterbio permite una ganancia de +33 dBm; sin embargo, nuevamente, la cantidad de energía que se puede alimentar a la fibra es limitada. En configuraciones de portadora única, la limitación dominante es la modulación de fase propia inducida por el efecto Kerr , que limita la amplificación a +18 dBm por fibra. En cambio, en las configuraciones WDM, la limitación debida a la modulación de fase cruzada se vuelve predominante. A menudo se utilizan preamplificadores ópticos para anular el ruido térmico del receptor. Bombear el preamplificador con un láser de 980 nm produce un ruido de como máximo 3,5 dB, mientras que un ruido de 5 dB normalmente se obtiene con un láser de 1480 nm. El ruido debe filtrarse mediante filtros ópticos.
La amplificación Raman se puede utilizar para ampliar el alcance o la capacidad de un cable sin repetidor, lanzando 2 frecuencias en una sola fibra; uno transporta señales de datos a 1550 nm y el otro las bombea a 1450 nm. El lanzamiento de una frecuencia de bombeo (bomba de luz láser) con una potencia de tan solo un vatio permite aumentar el alcance en 45 km o multiplicar por 6 la capacidad.
Otra forma de aumentar el alcance de un cable es mediante el uso de repetidores sin alimentación llamados preamplificadores ópticos remotos (ROPA); estos todavía hacen que un cable cuente como no repetido, ya que los repetidores no requieren energía eléctrica pero sí requieren una luz láser de bombeo para transmitirse junto con los datos transportados por el cable; La luz de la bomba y los datos a menudo se transmiten en fibras físicamente separadas. La ROPA contiene una fibra dopada que utiliza la luz de la bomba (a menudo una luz láser de 1480 nm) para amplificar las señales de datos transportadas por el resto de las fibras. [38]
WDM o multiplexación por división de longitud de onda se implementó por primera vez en cables submarinos de fibra óptica desde la década de 1990 hasta la década de 2000, [44] seguida por DWDM o multiplexación por división de longitud de onda densa alrededor de 2007. Cada fibra puede transportar 30 longitudes de onda a la vez. Los cables submarinos SDM o de multiplexación por división espacial tienen al menos 12 pares de fibras, lo que supone un aumento con respecto al máximo de 8 pares que se encuentran en los cables submarinos convencionales, y se han desplegado cables submarinos con hasta 24 pares de fibras. [45] [46] El tipo de modulación empleada en un cable submarino puede tener un impacto importante en su capacidad. [47] [48] SDM se combina con DWDM para mejorar la capacidad. [49]
El concepto de cable abierto permite diseñar un cable submarino independientemente de los transpondedores que se utilizarán para transmitir datos a través del cable. [50] [51] [52] [53] SLTE (Equipo terminal de línea submarina) tiene transpondedores y un ROADM ( multiplexor óptico reconfigurable de adición y caída ) que se utiliza para manejar las señales en el cable [54] [55] mediante control de software. El ROADM se utiliza para mejorar la confiabilidad del cable permitiendo que funcione incluso si tiene fallas. [56] Este equipo está ubicado dentro de una estación de aterrizaje de cable (CLS). C-OTDR (reflectometría óptica coherente en el dominio del tiempo) se utiliza en cables submarinos para detectar la ubicación de fallas en los cables. [57] La planta húmeda de un cable submarino comprende el propio cable, unidades de derivación, repetidores y posiblemente OADM ( multiplexores ópticos de adición y caída ). [58] [59]
Actualmente el 99% del tráfico de datos que cruza los océanos se realiza a través de cables submarinos. [60] La confiabilidad de los cables submarinos es alta, especialmente cuando (como se señaló anteriormente) hay múltiples rutas disponibles en caso de una rotura del cable. Además, la capacidad de carga total de los cables submarinos es de terabits por segundo, mientras que los satélites suelen ofrecer sólo 1.000 megabits por segundo y muestran una mayor latencia . Sin embargo, construir un típico sistema de cable submarino transoceánico multiterabit cuesta varios cientos de millones de dólares. [61]
Como resultado del costo y la utilidad de estos cables, son altamente valorados no sólo por las corporaciones que los construyen y operan con fines de lucro, sino también por los gobiernos nacionales. Por ejemplo, el gobierno australiano considera que sus sistemas de cables submarinos son "vitales para la economía nacional". En consecuencia, la Autoridad Australiana de Comunicaciones y Medios (ACMA) ha creado zonas de protección que restringen actividades que podrían dañar los cables que unen a Australia con el resto del mundo. La ACMA también regula todos los proyectos de instalación de nuevos cables submarinos. [62]
Los cables submarinos son importantes tanto para el ejército moderno como para la empresa privada. El ejército estadounidense , por ejemplo, utiliza la red de cables submarinos para transferir datos desde zonas de conflicto al personal de mando en Estados Unidos. La interrupción de la red de cable durante operaciones intensas podría tener consecuencias directas para los militares en el terreno. [63]
Casi todos los cables de fibra óptica desde TAT-8 desde 1988 hasta aproximadamente 1997 fueron construidos por consorcios de operadores. Por ejemplo, TAT-8 contó con 35 participantes, incluidos la mayoría de los principales operadores internacionales de la época, como AT&T Corporation . [64] A finales de la década de 1990 se construyeron dos cables no consorciados con financiación privada, lo que precedió a una carrera especulativa masiva para construir cables con financiación privada que alcanzó su punto máximo con más de 22 mil millones de dólares en inversiones entre 1999 y 2001. A esto le siguió la quiebra y reorganización de operadores de cable como Global Crossing , 360networks , FLAG , Worldcom y Asia Global Crossing. La Red Global (TGN) de Tata Communications es la única red de fibra de propiedad absoluta que rodea el planeta. [65]
La mayoría de los cables del siglo XX cruzaron el Océano Atlántico para conectar Estados Unidos y Europa. Sin embargo, la capacidad en el Océano Pacífico se amplió mucho a partir de la década de 1990. Por ejemplo, entre 1998 y 2003, aproximadamente el 70% del cable submarino de fibra óptica se tendió en el Pacífico. Esto es en parte una respuesta a la importancia emergente de los mercados asiáticos en la economía global. [66]
Después de décadas de fuertes inversiones en mercados ya desarrollados, como las rutas transatlánticas y transpacíficas, en el siglo XXI aumentaron los esfuerzos para expandir la red de cables submarinos para dar servicio al mundo en desarrollo . Por ejemplo, en julio de 2009, una línea submarina de cable de fibra óptica conectó África Oriental a Internet en general. La empresa que suministró este nuevo cable fue SEACOM , cuyo 75% pertenece a inversores de África Oriental y Sudáfrica. [67] El proyecto se retrasó un mes debido al aumento de la piratería a lo largo de la costa. [68]
Las inversiones en cables presentan un riesgo comercial porque los cables cubren 6.200 kilómetros de fondo oceánico, cruzan cadenas montañosas submarinas y fisuras. Debido a esto, la mayoría de las empresas sólo compran capacidad una vez terminado el cable. [69] [70] [71] [72]
La Antártida es el único continente al que aún no llega un cable submarino de telecomunicaciones. El tráfico telefónico, de vídeo y de correo electrónico debe transmitirse al resto del mundo a través de enlaces satelitales que tienen disponibilidad y capacidad limitadas. Las bases en el propio continente pueden comunicarse entre sí por radio , pero se trata sólo de una red local. Para ser una alternativa viable, un cable de fibra óptica tendría que poder soportar temperaturas de -80 °C (-112 °F), así como la tensión masiva del hielo que fluye hasta 10 metros (33 pies) por año. Por lo tanto, conectarse a la red troncal más grande de Internet con el gran ancho de banda que ofrece el cable de fibra óptica sigue siendo un desafío económico y técnico aún inviable en la Antártida. [73]
Varios proyectos están en marcha en el Ártico, entre ellos el " Polar Express " de 12.650 km [74] y el Far North Fiber de 14.500 km . [75]
Los cables pueden romperse por los arrastreros de pesca , las anclas, los terremotos, las corrientes de turbidez e incluso las picaduras de tiburones. [76] [77] Con base en estudios de rupturas en el Océano Atlántico y el Mar Caribe, se encontró que entre 1959 y 1996, menos del 9% se debieron a eventos naturales. En respuesta a esta amenaza a la red de comunicaciones, se ha desarrollado la práctica de enterrar los cables. La incidencia promedio de fallas en los cables fue de 3,7 por 1000 km (620 millas) por año entre 1959 y 1979. Esa tasa se redujo a 0,44 fallas por 1000 km por año después de 1985, debido al enterramiento generalizado de cables a partir de 1980. [78] Aún así, las roturas de cables no son cosa del pasado, con más de 50 reparaciones al año sólo en el Atlántico, [79] y roturas importantes en 2006 , 2008 , 2009 y 2011 .
La propensión de las redes de arrastre a causar fallas en los cables bien pudo haber sido aprovechada durante la Guerra Fría . Por ejemplo, en febrero de 1959 se produjo una serie de 12 roturas en cinco cables de comunicaciones transatlánticos estadounidenses. En respuesta, un buque de guerra de los Estados Unidos, el USS Roy O. Hale , detuvo e investigó al arrastrero soviético Novorosiysk . Una revisión del diario de navegación del barco indicó que había estado en la región de cada uno de los cables cuando se rompieron. También se encontraron trozos de cable rotos en la cubierta del Novorosiysk . Parecía que los cables habían sido arrastrados por las redes del barco y luego cortados una vez que fueron subidos a la cubierta para soltar las redes. La postura de la Unión Soviética sobre la investigación fue que estaba injustificada, pero Estados Unidos citó la Convención para la Protección de Cables Telegráficos Submarinos de 1884 que Rusia había firmado (antes de la formación de la Unión Soviética) como prueba de violación de las normas internacionales. protocolo. [80]
Las estaciones costeras pueden localizar una rotura en un cable mediante mediciones eléctricas, como mediante reflectometría en el dominio del tiempo de espectro ensanchado (SSTDR), un tipo de reflectometría en el dominio del tiempo que se puede utilizar en entornos reales muy rápidamente. Actualmente, SSTDR puede recopilar un conjunto de datos completo en 20 ms. [81] Las señales de espectro ensanchado se envían por el cable y luego se observa la señal reflejada. Luego se correlaciona con la copia de la señal enviada y se aplican algoritmos a la forma y sincronización de las señales para localizar la ruptura.
Se enviará un barco de reparación de cables al lugar para dejar caer una boya marcadora cerca de la rotura. Se utilizan varios tipos de garfios según la situación. Si el fondo marino en cuestión es arenoso, se utiliza una garra con púas rígidas para excavar bajo la superficie y atrapar el cable. Si el cable está sobre una superficie rocosa del mar, la garra es más flexible, con ganchos a lo largo de su longitud para que pueda ajustarse a la superficie cambiante. [82] En aguas especialmente profundas, es posible que el cable no sea lo suficientemente fuerte como para levantarlo como una sola unidad, por lo que se utiliza una pinza especial que corta el cable poco después de haberlo enganchado y solo se lleva a la superficie un trozo de cable en [83] El cable reparado es más largo que el original, por lo que el exceso se tiende deliberadamente en forma de "U" en el fondo del mar . Se puede utilizar un sumergible para reparar cables que se encuentran en aguas menos profundas.
Varios puertos cercanos a importantes rutas de cables se convirtieron en hogares de barcos especializados en reparación de cables. Halifax , Nueva Escocia , fue el hogar de media docena de buques de este tipo durante la mayor parte del siglo XX, incluidos buques de larga vida como el CS Cyrus West Field , el CS Minia y el CS Mackay-Bennett . Estos dos últimos fueron contratados para recuperar a las víctimas del hundimiento del RMS Titanic . Las tripulaciones de estos buques desarrollaron muchas técnicas y dispositivos nuevos para reparar y mejorar el tendido de cables, como el " arado ".
Los cables submarinos, que no pueden mantenerse bajo vigilancia constante, han tentado a las organizaciones de recopilación de inteligencia desde finales del siglo XIX. Con frecuencia, al comienzo de las guerras, las naciones cortaban los cables de los otros bandos para redirigir el flujo de información hacia cables que estaban siendo monitoreados. Los esfuerzos más ambiciosos ocurrieron en la Primera Guerra Mundial , cuando las fuerzas británicas y alemanas intentaron sistemáticamente destruir los sistemas de comunicaciones mundiales de los demás cortando sus cables con barcos de superficie o submarinos. [84] Durante la Guerra Fría , la Armada de los Estados Unidos y la Agencia de Seguridad Nacional (NSA) lograron colocar escuchas telefónicas en las líneas de comunicación submarinas soviéticas en la Operación Ivy Bells . En los tiempos modernos, el uso generalizado del cifrado de extremo a extremo minimiza la amenaza de escuchas telefónicas.
La presencia de cables en los océanos puede suponer un peligro para la vida marina. Con la proliferación de instalaciones de cable y la creciente demanda de interconectividad que exige la sociedad actual, el impacto medioambiental es cada vez mayor.
Los cables submarinos pueden afectar la vida marina de varias maneras.
Los ecosistemas del fondo marino pueden verse alterados por la instalación y el mantenimiento de cables. Los efectos de la instalación de cables generalmente se limitan a áreas específicas. La intensidad de la perturbación depende del método de instalación.
Los cables suelen tenderse en la denominada zona bentónica del fondo marino. La zona bentónica es la región ecológica del fondo del mar donde viven bentos, almejas y cangrejos, y donde se ubican los sedimentos superficiales, que son depósitos de materia y partículas en el agua que proporcionan hábitat a las especies marinas.
Los sedimentos pueden dañarse al instalar cables, cavando zanjas con chorros de agua o arando. Esto puede provocar una reelaboración de los sedimentos, alterando el sustrato que los compone.
Según varios estudios, la biota de la zona bentónica se ve poco afectada por la presencia de cables. Sin embargo, la presencia de cables puede provocar alteraciones del comportamiento en los organismos vivos. [85] La observación principal es que la presencia de cables proporciona un sustrato duro para la fijación de las anémonas. Estos organismos se encuentran en gran número alrededor de cables que discurren a través de sedimentos blandos, que normalmente no son adecuados para estos organismos. Este es también el caso de los peces planos . Aunque poco observada, la presencia de cables también puede cambiar la temperatura del agua y, por tanto, alterar el hábitat natural circundante.
Sin embargo, estas perturbaciones no son muy persistentes en el tiempo y pueden estabilizarse en unos pocos días. Los operadores de cable están tratando de implementar medidas para tender los cables de tal manera que eviten áreas con ecosistemas sensibles y vulnerables.
El enredo de animales marinos en los cables es una de las principales causas de daños en los cables. Las ballenas y los cachalotes son los principales animales que se enredan en los cables y los dañan. El encuentro entre estos animales y los cables puede provocar lesiones y en ocasiones la muerte. Estudios realizados entre 1877 y 1955 reportaron 16 roturas de cables provocadas por enredos de ballenas, 13 de ellas por cachalotes. Entre 1907 y 2006 se registraron 39 sucesos de este tipo. [86] Se están introduciendo gradualmente técnicas de enterramiento de cables para prevenir este tipo de incidentes.
Aunque los cables submarinos están situados en el fondo del mar , la actividad pesquera puede dañar los cables. Los pescadores que utilizan técnicas de pesca que implican raspar el fondo marino, o arrastrar equipos como redes de arrastre o jaulas, pueden dañar los cables, provocando la pérdida de líquidos y de los materiales químicos y tóxicos que los componen.
Las zonas con alta densidad de cables submarinos tienen la ventaja de ser más seguras para la pesca. A expensas de las zonas bentónicas y sedimentarias, la fauna marina está mejor protegida en estas regiones marítimas, gracias a limitaciones y prohibiciones. Los estudios han demostrado un efecto positivo sobre la fauna que rodea las zonas de instalación de cables. [87]
Los cables submarinos están hechos de cobre o fibras ópticas , rodeados por varias capas protectoras de plástico, alambre o materiales sintéticos. Los cables también pueden estar compuestos de fluidos dieléctricos o fluidos de hidrocarburos , que actúan como aislantes eléctricos. Estas sustancias pueden ser perjudiciales para la vida marina. [88]
La pesca, los cables viejos y las especies marinas que chocan con los cables o se enredan en ellos pueden dañarlos y esparcir sustancias tóxicas y nocivas al mar. Sin embargo, el impacto de los cables submarinos es limitado en comparación con otras fuentes de contaminación de los océanos.
También existe el riesgo de liberar contaminantes enterrados en los sedimentos. Cuando los sedimentos se resuspenden debido a la instalación de cables, se pueden liberar sustancias tóxicas como los hidrocarburos.
Los análisis preliminares pueden evaluar el nivel de toxicidad de los sedimentos y seleccionar una ruta de cable que evite la removilización y dispersión de los contaminantes de los sedimentos. Y técnicas nuevas y más modernas permitirán utilizar materiales menos contaminantes para la construcción de cables. [86]
La instalación y mantenimiento de cables requiere el uso de maquinaria y equipos que puedan desencadenar ondas sonoras u ondas electromagnéticas que puedan perturbar a los animales que utilizan las ondas para orientarse en el espacio o comunicarse. Las ondas sonoras submarinas dependen del equipo utilizado, de las características de la zona del fondo marino donde se ubican los cables y del relieve de la zona. [86]
El ruido y las olas submarinas pueden modificar el comportamiento de determinadas especies submarinas, como el comportamiento migratorio, alterando la comunicación o la reproducción.
