Acerca de las redes submarinas de fibra óptica

Un poco de historia

El primer cable telegráfico submarino internacional fue instalado en Europa en 1850 uniendo Inglaterra y Francia, mientras que el primer cable telefónico trasatlántico fue instalado en el año 1956 y era capaz de transmitir 36 canales telefónicos analógicos simultáneos.

Después de 30 años de cables submarinos coaxiales, los años 80 trajeron dos cambios radicales, la transmisión digital y la fibra óptica lo que permitió transmitir digitalmente sobre un medio de gran ancho de banda, con alta calidad y confiabilidad.

Los años 90 trajeron dos nuevos avances para los enlaces submarinos de fibra óptica, el amplificador óptico y la multiplexión en longitud de onda densa (DWDM) que permiten amplificar la luz y enviar por una misma fibra óptica varias señales de alta velocidad en diferentes “colores” (longitudes de onda) de la luz en forma simultánea.

La amplificación óptica y el adecuado manejo de los efectos degradantes de la fibra óptica que deformaban los pulsos de información permitieron eliminar la necesidad de regeneradores electrónicos, mejorando la confiabilidad y permitiendo cambios en las velocidades de transmisión sin cambiar las características de los repetidores submarinos que son de alto costo.

La introducción de las nuevas tecnologías hizo abaratar los costos de una forma dramática, interesando a cada vez más actores a participar en nuevos proyectos, ya que a mediados de los noventa el retorno de la inversión era muy rápido. Es así que se verificó la disminución del costo del circuito de voz por año desde US$ 40.000. en el TAT-1 en 1956, a US$ 20. en el TAT-12 en 1995.

Estos últimos avances permitieron hacer crecer la capacidad ofrecida en forma explosiva, satisfaciendo con creces el extraordinario aumento de la transmisión de datos debido al advenimiento de la Internet e introduciendo una positiva sinergia entre oferta y demanda. Por ejemplo, la capacidad ofrecida entre los años 1988 a 1998 se multiplicó por 64.

En la actualidad, existen instalados en el mundo un millón de kilómetros de cable submarino, bastante para rodear el globo 30 veces, formando una red de enlaces de fibra óptica que llevan grandes volúmenes de tráfico entre los continentes.

Se ha demostrado la factibilidad real de sistemas transoceánicos que operan a 10 Gbit/s con 32 longitudes de onda, lo que significa una capacidad de 320 Gbit/s por fibra, suficiente para transmitir más de 15 millones de circuitos de voz simultáneos en un cable submarino típico de cuatro pares de fibras ópticas.

La explosión del mercado internacional de las redes de cable submarino se produjo en la década de 1990 a 2000, e incluyeron una gran actividad a través del Océano Pacífico. Las razones que provocaron la tremenda y urgente necesidad del aumento en la conectividad transpacífica provino del tráfico de Internet que creció a tasas del 100% en esos años, mucho más del 10% anual de crecimiento telefónico. Se agregó a esto el aumento del tráfico anual de las intranets debido a la globalización de los negocios, que incluye video conferencia, transmisión de datos en tiempo real y aplicaciones multimediales (imágenes de video, imágenes gráficas en colores y sonido de alta fidelidad).

Un ejemplo del volumen del negocio lo representa el proyecto China-USA de 950 millones de dólares que consiste de un anillo auto-protegido de 30.000 Km. y que une China, Japón y Korea con USA contando con 9 puntos en tierra y una derivación a Uam y que puede llegar a una capacidad global en torno a 1,5 Terabits/s. (1.500.000.000.000 de símbolos binarios por segundo).

El excesivo optimismo sobre el crecimiento de Internet y la integración de muchos nuevos actores en los proyectos llevó inexorablemente a que el mercado de los sistemas de fibra óptica submarina se comenzara a contraer bruscamente después de varios años de excesiva inversión (28 billones de dólares hasta el año 2002 a nivel mundial) dejando como inversiones factibles en el corto plazo principalmente los up-grades de los sistemas ya instalados.

¿Qué es una Red submarina de fibra óptica?

Una red submarina de fibra óptica está compuesta de enlaces realizados con cables de fibra óptica formando anillos que permiten unir ciudades dentro de un continente y con otras ubicadas en otros continentes. Normalmente la conectividad global mundial se consigue a través de la interconexión de anillos de menor envergadura.

Un enlace submarino de fibra óptica se compone de dos grandes partes: La Planta seca en tierra y la Planta húmeda o bajo el mar.

La Planta húmeda está compuesta por los elementos que se encuentran bajo el mar y que son principalmente el cable que transportan las señales luminosas de información de una estación a otra, los repetidores que permiten amplificar la señal luminosa a medida que se desgasta y las unidades de derivación, que posibilitan integrar estaciones secundarias a la troncal sin arriesgar la confiabilidad del sistema.

En la Red Seca se encuentran los componentes que permiten transmitir, recibir y controlar las comunicaciones que se envían a través de los segmentos de enlaces submarinos. Estos componentes son el Equipo terminal de línea para transmitir y recibir la información, el equipo de generador de potencia para alimentar con corriente eléctrica a los repetidores, el cable terrestre para unir la Estación de tierra con el Cable submarino y el Cable de tierra que permite cerrar el circuito eléctrico a través del mar.

Para instalar los cables submarinos bajo el mar, se realiza primero un levantamiento topográfico del fondo marino que permita elegir la ruta del cable más adecuada que evite las fosas, montañas y otras dificultades que imponen el medio ambiente en que será instalado, por ejemplo faenas de pesca, anclas y ataque de peces. En zonas en las cuales sea necesario, el cable puede ser enterrado y/o fijado para evitar movimientos que pudiesen afectar su integridad física.

¿Cómo se consigue la gran confiabilidad de las redes submarinas de fibra óptica?

Dado que hoy en día existe una gran conectividad mundial a través de cables submarinos formando anillos, las redes submarinas de fibra óptica cuentan normalmente con protecciones en caso de falla de equipos o corte de un cable; sin embargo debido a la gran cantidad de información que transportan se hace vital restablecer lo antes posible el equipo o cable dañado, dado que mientras no haya sido solucionada la falla el sistema permanecerá sin respaldo, produciéndose una crisis de proporciones en caso de producirse una nueva falla en otro lugar del anillo.

Para cumplir con el propósito anterior las estaciones de cable submarino se conectan utilizando un anillo de “trabajo” y uno de “respaldo”, En caso normal, sin falla, el tráfico prioritario es llevado por el anillo de trabajo, mientras que por el anillo de protección se lleva tráfico de baja prioridad. En caso de falla, existirá una conmutación de segmento (sólo entre dos estaciones y por falla de equipos), o conmutación de anillo, que implica una re-configuración total del anillo en forma de “banana” (cuando se trata de un corte de cable). Cuando se realiza una conmutación que utiliza el anillo de protección, el tráfico no prioritario se pierde.

La tecnología de anillos aprovecha además lo explicado antes en el sentido que es posible enviar por una misma fibra óptica varias señales de alta velocidad en diferentes “colores” de la luz en forma simultánea, por lo que si se usan 16 “colores” y considerando que se disponen de 4 pares de fibras, se podrán construir un total de 64 anillos independientes. (Posteriormente esa cantidad podría ser ampliada agregando nuevos “colores” o sea nuevas longitudes de onda).

Gracias a la cantidad de anillos disponibles, la flexibilidad y confiabilidad del sistema crece enormemente, facilitando además el mantenimiento preventivo y correctivo.

En las redes de submarinas de fibra óptica normalmente existe un centro remoto de operación que tiene por función supervisar la red las 24 horas del día y los 365 días del año. Todo tipo de actividad de mantenimiento correctivo, debe contar con la autorización y dirección del Centro de operación de red de manera que nada sea hecho sin un adecuado registro y supervisión.

Las comunicaciones de servicio (mantenimiento) entre los computadores de las diferentes estaciones de cable submarino, se realizan a través de canales de transmisión de datos mediante routers bajo protocolo TCP-IP. Dichos canales de datos se envían dentro de la misma señal de alta velocidad que sale por el terminal de línea respectivo.

Es interesante destacar que para fines de mantenimiento preventivo y correctivo es necesario realizar mediciones y enviar órdenes a los repetidores que están bajo el mar. Esto se realiza variando levemente (sobre-modulando) la señal luminosa de acuerdo a la señal de datos de baja velocidad que contiene los mensajes enviados o recibidos hacia o desde los repetidores.

Para la rápida localización de un punto de corte del cable se utiliza un instrumento (reflectómetro óptico coherente) que envía pulsos de luz y mide el tiempo de retorno de dichos pulsos al reflejarse en el corte, presentando errores que pueden ser tan bajos como un 0,1% y un alcance de hasta 15.000 kilómetros.

En algunos casos se producen fallas eléctricas de aislación en el cable submarino y no pueden usarse métodos de reflectometría óptica como el explicado antes; en ese caso existen métodos eléctricos de localización, pero dado que dependen de muchos parámetros variables y particulares de cada enlace pueden presentar un error tan grande como 1%.

Importancia de las redes submarinas de fibra óptica.

Quizá la mayor importancia de las redes de cable submarino de fibras ópticas sea la reducción del costo de las comunicaciones de larga distancia que se deriva de las siguientes causas principales:

- La extraordinaria capacidad que presenta la tecnología permite abaratar los costos por circuito.

- La gran oferta de capacidad ofrecida en la actualidad debido a las cuantiosas inversiones realizadas.

- La existencia de alta competencia entre las empresas explotadoras de las redes de cable submarino.

La importancia global de las redes submarinas de fibra óptica es que permiten crear, junto a las redes terrestres de fibra óptica una poderosa columna vertebral que enruta las señales de telecomunicación a través de todo el planeta sin que se produzcan cuellos de botella ni degradación de la calidad de la transmisión. (Como sucedía con las comunicaciones punto a punto vía satélite anteriormente). En este sentido cabe destacar:

- Todas las señales de larga distancia intercontinentales y en muchos caso regionales y cualquiera sea su origen, (teléfono fijo o celular, datos de Internet, datos privados, etc). desembocan ineludiblemente en la columna vertebral que forman las redes submarinas y terrestres de fibra óptica.

- Dada la estructura en base de anillos auto-curables de las redes submarinas de fibra óptica, siempre existirá un camino para que la información llegue a su destino y con alta calidad.

Las redes submarinas de fibra óptica trabajan en forma silenciosa y eficiente, asegurando una disponibilidad altísima e inmediata y, protegidas por un medio que no presenta cambios que afecten su integridad. Es labor de las administraciones de telecomunicaciones comprender y explotar a cabalidad las enormes potencialidades que presentan en lo técnico y económico.

Miguel Angel De La Sotta Cerbino
Ingeniero - Master en ciencias

 

Información adicional: CITEL/OEA y el Centro de Excelencia de la UIT ofrecerán 50 becas de la matrícula para el curso a distancia de Redes Submarinas de fibra óptica que tendrá lugar del 1 al 26 de agosto de 2005 a través de la Universidad Diego Portales de Chile, Nodo del Centro de Excencia de la UIT (US$ 200= US$ 100 (CITEL) + US$ 100 (UIT)). El Sr. De la Sotta será el tutor principal de este curso. Por más información, por favor vea la página de la CITEL o envíe un email a: [email protected]. La fecha límite de presentación para las becas en Washington es el 22 de julio de 2005. Se recuerda que los interesados tienen la opción de realizar el curso pagando la matrícula de registro de US$200.