Cabo de comunicação submarino - Submarine communications cable

Uma seção transversal da extremidade da costa de um moderno cabo de comunicações submarino.
1  - Polietileno
2 - Fita Mylar
3 - Fios de aço trançados
4 - Barreira de alumínio
5 - Policarbonato
6 - Tubo de cobre ou alumínio
7 - Vaselina
8 - Fibras óticas
Os cabos submarinos são colocados em navios de camadas de cabos especiais , como o moderno René Descartes  [ fr ] , operado pela Orange Marine .

Um cabo de comunicação submarino é um cabo colocado no leito do mar entre estações terrestres para transportar sinais de telecomunicação por trechos do oceano e do mar. Os primeiros cabos de comunicação submarinos lançados no início da década de 1850 transportavam tráfego telegráfico , estabelecendo os primeiros links instantâneos de telecomunicações entre continentes, como o primeiro cabo telegráfico transatlântico que se tornou operacional em 16 de agosto de 1858. As gerações subsequentes de cabos transportaram tráfego telefônico e, em seguida, tráfego de comunicação de dados . Os cabos modernos usam tecnologia de fibra óptica para transportar dados digitais , o que inclui telefone, Internet e tráfego de dados privados.

Os cabos modernos têm normalmente cerca de 25 mm (1 pol.) De diâmetro e pesam cerca de 1,4 toneladas por quilômetro (2,5 toneladas curtas por milha; 2,2 toneladas longas por milha) para as seções do mar profundo que compreendem a maior parte do trecho, embora maiores e cabos mais pesados ​​são usados ​​para seções de águas rasas perto da costa. Cabos submarinos conectaram pela primeira vez todos os continentes do mundo (exceto a Antártica ) quando Java foi conectado a Darwin, Território do Norte , Austrália, em 1871, em antecipação à conclusão da Linha Telegráfica Australiana em 1872 conectando-se a Adelaide, Austrália do Sul , e daí para o resto da Austrália.

História antiga: telégrafo e cabos coaxiais

Primeiras tentativas bem-sucedidas

Depois que William Cooke e Charles Wheatstone introduziram seu telégrafo funcional em 1839, a ideia de uma linha de submarinos cruzando o oceano Atlântico começou a ser considerada um possível triunfo do futuro. Samuel Morse proclamou sua fé nele já em 1840 e, em 1842, submergiu um fio isolado com cânhamo alcatroado e borracha da Índia nas águas do porto de Nova York e telegrafou através dele. No outono seguinte, Wheatstone realizou um experimento semelhante na Baía de Swansea . Um bom isolante para cobrir o fio e evitar que a corrente elétrica vazasse para a água foi necessário para o sucesso de uma longa linha submarina. A borracha indiana foi testada por Moritz von Jacobi , o engenheiro elétrico prussiano , já no início do século XIX.

Outra goma isolante que podia ser derretida pelo calor e prontamente aplicada ao fio apareceu em 1842. A guta-percha , o suco adesivo da árvore de guta Palaquium , foi introduzida na Europa por William Montgomerie , um cirurgião escocês a serviço dos britânicos East India Company . Vinte anos antes, Montgomerie vira chicotes feitos de guta-percha em Cingapura e acreditava que seria útil na fabricação de aparelhos cirúrgicos. Michael Faraday e Wheatstone logo descobriram os méritos da guta-percha como isolante e, em 1845, o último sugeriu que ela deveria ser empregada para cobrir o fio que foi proposto para ser colocado de Dover a Calais . Em 1847, William Siemens , então oficial do exército da Prússia, lançou o primeiro cabo subaquático bem-sucedido usando isolamento de guta-percha, através do Reno entre Deutz e Colônia . Em 1849, Charles Vincent Walker , eletricista da South Eastern Railway , submergiu 3 km (2 mi) de fio revestido com guta-percha na costa de Folkestone, que foi testado com sucesso.

Primeiros cabos comerciais

Um selo telegráfico da British & Irish Magnetic Telegraph Co. Limited (c. 1862).

Em agosto de 1850, tendo anteriormente obtido uma concessão do governo francês, John Watkins Brett 's Canal Inglês Submarine Telegraph Company lançou a primeira linha em todo o Canal Inglês , usando o convertido rebocador Golias . Era simplesmente um fio de cobre revestido com guta-percha , sem qualquer outra proteção, e não teve sucesso. No entanto, o experimento serviu para garantir a renovação da concessão e, em setembro de 1851, um núcleo protegido, ou verdadeiro, cabo foi colocado pela reconstituída Submarine Telegraph Company a partir de um casco do governo , Blazer , que foi rebocado pelo Canal da Mancha.

Em 1853, cabos mais bem-sucedidos foram instalados, ligando a Grã-Bretanha à Irlanda , Bélgica e Holanda , e cruzando The Belts na Dinamarca . A British & Irish Magnetic Telegraph Company completou a primeira ligação irlandesa bem-sucedida em 23 de maio entre Portpatrick e Donaghadee usando o mineiro William Hutt . O mesmo navio foi utilizado para a ligação de Dover a Ostend, na Bélgica, pela Submarine Telegraph Company. Enquanto isso, a Electric & International Telegraph Company completou dois cabos no Mar do Norte , de Orford Ness a Scheveningen , na Holanda. Esses cabos foram colocados pelo Monarch , um vaporizador de pás que mais tarde se tornou o primeiro navio com equipamento permanente de instalação de cabos.

Em 1858, o navio a vapor Elba foi usado para instalar um cabo telegráfico de Jersey a Guernsey , depois em Alderney e depois em Weymouth , o cabo sendo concluído com sucesso em setembro daquele ano. Os problemas logo se desenvolveram com onze quebras ocorrendo em 1860 devido a tempestades, marés e movimentos de areia, e desgaste nas rochas. Um relatório para a Instituição de Engenheiros Civis em 1860 expôs os problemas para auxiliar em futuras operações de instalação de cabos.

Cabo telegráfico transatlântico

A primeira tentativa de instalar um cabo telegráfico transatlântico foi promovida por Cyrus West Field , que persuadiu os industriais britânicos a financiar e instalar um em 1858. No entanto, a tecnologia da época não era capaz de apoiar o projeto; ele foi atormentado por problemas desde o início e esteve em operação por apenas um mês. As tentativas subsequentes em 1865 e 1866 com o maior navio a vapor do mundo, o SS Great Eastern , usaram uma tecnologia mais avançada e produziram o primeiro cabo transatlântico de sucesso. A Great Eastern mais tarde passou a lançar o primeiro cabo de Aden, Iêmen, chegando à Índia, em 1870.

Domínio britânico do cabo inicial

Operadores na sala de cabos telegráficos submarinos do GPO 's Central Telegraph Office em Londres c. 1898

De 1850 a 1911, os sistemas de cabos submarinos britânicos dominaram o mercado mais importante, o Oceano Atlântico Norte . Os britânicos tinham vantagens tanto do lado da oferta quanto do lado da demanda. Em termos de oferta, a Grã-Bretanha tinha empresários dispostos a aplicar enormes quantias de capital necessárias para construir, instalar e manter esses cabos. Em termos de demanda, o vasto império colonial da Grã-Bretanha gerou negócios para as empresas de cabo de agências de notícias, empresas de comércio e navegação e do governo britânico. Muitas das colônias da Grã-Bretanha tinham populações significativas de colonos europeus, tornando as notícias sobre eles de interesse do público em geral no país de origem.

As autoridades britânicas acreditavam que depender das linhas telegráficas que passassem por território não britânico representava um risco à segurança, já que as linhas poderiam ser cortadas e as mensagens interrompidas durante a guerra. Eles buscaram a criação de uma rede mundial dentro do império, que ficou conhecida como All Red Line , e inversamente prepararam estratégias para interromper rapidamente as comunicações inimigas. A primeira ação da Grã-Bretanha depois de declarar guerra à Alemanha na Primeira Guerra Mundial foi fazer com que o navio de cabo Alert (não o CS Telconia como freqüentemente relatado) cortasse os cinco cabos que ligavam a Alemanha à França, Espanha e Açores e, através deles, a América do Norte. Depois disso, a única maneira pela qual a Alemanha poderia se comunicar era sem fio, e isso significava que a Sala 40 poderia ouvir.

Os cabos submarinos foram um benefício econômico para as empresas de comércio, porque os proprietários dos navios podiam se comunicar com os capitães quando chegavam ao seu destino e dar instruções sobre o próximo destino para pegar a carga com base nos preços relatados e nas informações de fornecimento. O governo britânico tinha usos óbvios para os cabos na manutenção de comunicações administrativas com governadores em todo o seu império, bem como no engajamento diplomático de outras nações e na comunicação com suas unidades militares em tempo de guerra. A localização geográfica do território britânico também era uma vantagem, pois incluía a Irlanda no lado leste do Oceano Atlântico e Newfoundland na América do Norte no lado oeste, tornando a rota mais curta através do oceano, o que reduziu os custos significativamente.

Alguns fatos colocam esse domínio da indústria em perspectiva. Em 1896, havia 30 navios de instalação de cabos no mundo, 24 dos quais eram propriedade de empresas britânicas. Em 1892, as empresas britânicas possuíam e operavam dois terços dos cabos do mundo e, em 1923, sua participação ainda era de 42,7%. Durante a Primeira Guerra Mundial , as comunicações telegráficas da Grã-Bretanha foram quase completamente ininterruptas, enquanto ela foi capaz de cortar rapidamente os cabos da Alemanha em todo o mundo.

Cabo para Índia, Cingapura, Extremo Oriente e Austrália

Rede da Eastern Telegraph Company em 1901. Linhas pontilhadas no Pacífico indicam cabos então planejados instalados em 1902–03.

Ao longo das décadas de 1860 e 1870, o cabo britânico expandiu-se para o leste, no Mar Mediterrâneo e no Oceano Índico. Um cabo de 1863 para Bombaim (atual Mumbai ), Índia, forneceu um link crucial para a Arábia Saudita . Em 1870, Bombaim foi ligada a Londres por meio de cabo submarino em uma operação combinada de quatro empresas de cabo, a mando do governo britânico. Em 1872, essas quatro empresas foram combinadas para formar a gigantesca Eastern Telegraph Company , de propriedade de John Pender . Um spin-off da Eastern Telegraph Company foi uma segunda empresa irmã, a Eastern Extension, China and Australasia Telegraph Company, comumente conhecida como "a extensão". Em 1872, a Austrália foi ligada por cabo a Bombaim via Cingapura e China e, em 1876, o cabo ligou o Império Britânico de Londres à Nova Zelândia.

Cabos submarinos no Pacífico

Os primeiros cabos transpacíficos fornecendo serviço telegráfico foram concluídos em 1902 e 1903, ligando o continente dos EUA ao Havaí em 1902 e Guam às Filipinas em 1903. Canadá, Austrália, Nova Zelândia e Fiji também estiveram ligados em 1902 com o transpacífico segmento da All Red Line . O Japão foi conectado ao sistema em 1906. O serviço além do Atol de Midway foi abandonado em 1941 devido à Segunda Guerra Mundial, mas o restante permaneceu em operação até 1951, quando a FCC deu permissão para cessar as operações.

O primeiro cabo telefônico transpacífico foi instalado do Havaí ao Japão em 1964, com uma extensão de Guam às Filipinas. Também em 1964, o Commonwealth Pacific Cable System (COMPAC), com capacidade de 80 canais telefônicos, abriu para tráfego de Sydney a Vancouver, e em 1967, o sistema South East Asia Commonwealth (SEACOM), com capacidade de 160 canais telefônicos, abriu para tráfego . Este sistema usava rádio de micro-ondas de Sydney a Cairns (Queensland), cabo que ia de Cairns a Madang ( Papua Nova Guiné ), Guam , Hong Kong , Kota Kinabalu (capital de Sabah , Malásia), Cingapura , depois por terra por rádio de micro-ondas para Kuala Lumpur . Em 1991, o sistema North Pacific Cable foi o primeiro sistema regenerativo (ou seja, com repetidores ) a cruzar completamente o Pacífico do continente dos EUA ao Japão. A parte norte-americana do NPC foi fabricada em Portland, Oregon, de 1989 a 1991 na STC Submarine Systems e, posteriormente, na Alcatel Submarine Networks. O sistema foi desenvolvido pela Cable & Wireless Marine na CS Cable Venture .

Construção

Aterrissagem de um cabo Itália-EUA (4.704 milhas náuticas de comprimento), em Rockaway Beach, Queens , Nova York, janeiro de 1925.

Os cabos transatlânticos do século 19 consistiam em uma camada externa de fio de ferro e mais tarde de aço, envolvendo borracha da Índia, envolvendo guta-percha , que envolvia um fio de cobre multifilar no núcleo. As partes mais próximas de cada pouso em terra tinham fios de blindagem de proteção adicionais. Guta-percha, um polímero natural semelhante à borracha, tinha propriedades quase ideais para isolar cabos submarinos, com exceção de uma constante dielétrica bastante alta que tornava a capacitância do cabo alta. William Thomas Henley desenvolveu uma máquina em 1837 para cobrir fios com seda ou algodão que ele desenvolveu em uma capacidade de embrulhar fios para cabos submarinos com uma fábrica em 1857 que se tornou WT Henley's Telegraph Works Co., Ltd. The India Rubber, Gutta Percha e a Telegraph Works Company , estabelecida pela família Silver e dando esse nome a uma seção de Londres , forneceu núcleos para a Henley's, bem como eventualmente fabricou e instalou cabos acabados. Em 1870, William Hooper estabeleceu a Hooper's Telegraph Works para fabricar seu núcleo patenteado de borracha vulcanizada , a princípio para fornecer outros fabricantes de cabos acabados, que começaram a competir com os núcleos de guta-percha. Posteriormente, a empresa se expandiu para a fabricação e instalação de cabos completos, incluindo a construção do primeiro navio de cabos especificamente projetado para instalar cabos transatlânticos.

A guta-percha e a borracha não foram substituídas como isolamento de cabos até que o polietileno foi introduzido na década de 1930. Mesmo assim, o material estava disponível apenas para os militares e o primeiro cabo submarino que o utilizou não foi colocado até 1945 durante a Segunda Guerra Mundial através do Canal da Mancha . Na década de 1920, os militares americanos experimentaram cabos com isolamento de borracha como alternativa à guta-percha, uma vez que os interesses americanos controlavam suprimentos significativos de borracha, mas não tinham acesso fácil aos fabricantes de guta-percha. O desenvolvimento de 1926 por John T. Blake da borracha desproteinizada melhorou a impermeabilidade dos cabos à água.

Muitos cabos antigos sofreram ataques de vida marinha. O isolamento pode ser comido, por exemplo, por espécies de Teredo ( lagarta do navio) e Xylophaga . O cânhamo colocado entre a blindagem de arame de aço dava às pragas um caminho para se alimentar. Uma blindagem danificada, o que não era incomum, também fornecia uma entrada. Foram registrados casos de tubarões mordendo cabos e ataques de peixes-serra . Em um caso em 1873, uma baleia danificou o cabo do Golfo Pérsico entre Karachi e Gwadar . A baleia estava aparentemente tentando usar o cabo para limpar cracas em um ponto onde o cabo desceu sobre uma queda íngreme. A infeliz baleia ficou com a cauda emaranhada em laços de cabo e se afogou. O navio de conserto de cabos Amber Witch só foi capaz de içar o cabo com dificuldade, sobrecarregado como estava com o corpo da baleia morta.

Problemas de largura de banda

Os primeiros cabos telegráficos submarinos de longa distância exibiam problemas elétricos formidáveis. Ao contrário dos cabos modernos, a tecnologia do século 19 não permitia amplificadores repetidores em linha no cabo. Grandes tensões foram usadas para tentar superar a resistência elétrica de seu enorme comprimento, mas a capacitância e indutância distribuídas dos cabos combinaram para distorcer os pulsos do telégrafo na linha, reduzindo a largura de banda do cabo , limitando severamente a taxa de dados para operação do telégrafo para 10-12 palavras por minuto .

Já em 1816, Francis Ronalds havia observado que os sinais elétricos eram retardados ao passar por um fio ou núcleo isolado enterrado e delineou a causa da indução, usando a analogia de um longo jarro de Leyden . O mesmo efeito foi observado por Latimer Clark (1853) em núcleos imersos em água e, particularmente, no longo cabo entre a Inglaterra e Haia. Michael Faraday mostrou que o efeito foi causado pela capacitância entre o fio e a terra (ou água) ao seu redor. Faraday notou que quando um fio é carregado a partir de uma bateria (por exemplo, ao pressionar uma tecla do telégrafo), a carga elétrica no fio induz uma carga oposta na água à medida que viaja. Em 1831, Faraday descreveu esse efeito no que agora é conhecido como a lei da indução de Faraday . À medida que as duas cargas se atraem, a carga de excitação é retardada. O núcleo atua como um capacitor distribuído ao longo do comprimento do cabo que, juntamente com a resistência e indutância do cabo, limita a velocidade na qual um sinal viaja através do condutor do cabo.

Os primeiros projetos de cabos não conseguiram analisar esses efeitos corretamente. Notoriamente, EOW Whitehouse descartou os problemas e insistiu que um cabo transatlântico era viável. Quando ele posteriormente se tornou eletricista da Atlantic Telegraph Company , ele se envolveu em uma disputa pública com William Thomson . Whitehouse acreditava que, com voltagem suficiente, qualquer cabo poderia ser conduzido. Thomson acreditava que sua lei dos quadrados mostrava que o retardo não poderia ser superado por uma voltagem mais alta. Sua recomendação foi um cabo maior. Por causa das tensões excessivas recomendadas por Whitehouse, o primeiro cabo transatlântico de Cyrus West Field nunca funcionou de forma confiável e, eventualmente, entrou em curto-circuito com o oceano quando Whitehouse aumentou a tensão além do limite do projeto do cabo.

Thomson projetou um gerador de campo elétrico complexo que minimizou a corrente ressonando o cabo e um galvanômetro de espelho de feixe de luz sensível para detectar os sinais tênues do telégrafo. Thomson ficou rico com os royalties desses e de várias invenções relacionadas. Thomson foi elevado a Lord Kelvin por suas contribuições nesta área, principalmente um modelo matemático preciso do cabo, que permitiu o projeto do equipamento para telegrafia precisa. Os efeitos da eletricidade atmosférica e do campo geomagnético nos cabos submarinos também motivaram muitas das primeiras expedições polares .

Thomson havia produzido uma análise matemática da propagação de sinais elétricos em cabos telegráficos com base em sua capacitância e resistência, mas, como longos cabos submarinos operavam em taxas lentas, ele não incluiu os efeitos da indutância. Na década de 1890, Oliver Heaviside havia produzido a forma geral moderna das equações do telégrafo , que incluía os efeitos da indutância e que eram essenciais para estender a teoria das linhas de transmissão às frequências mais altas exigidas para dados e voz em alta velocidade.

Telefonia transatlântica

Cabos de comunicação submarinos cruzando a costa escocesa em Scad Head em Hoy , Orkney .

Embora o estabelecimento de um cabo telefônico transatlântico tenha sido considerado seriamente a partir da década de 1920, a tecnologia necessária para telecomunicações economicamente viáveis ​​não foi desenvolvida até a década de 1940. Uma primeira tentativa de instalar um cabo telefônico pupinizado falhou no início dos anos 1930 devido à Grande Depressão .

TAT-1 (Transatlântico No. 1) foi o primeiro sistema de cabo telefônico transatlântico . Entre 1955 e 1956, o cabo foi instalado entre a Baía de Gallanach, perto de Oban , na Escócia, e Clarenville, Terra Nova e Labrador . Foi inaugurado em 25 de setembro de 1956, transportando inicialmente 36 canais telefônicos.

Na década de 1960, os cabos transoceânicos eram cabos coaxiais que transmitiam sinais de banda de voz multiplexados em frequência . Uma corrente contínua de alta tensão nos repetidores alimentados pelo condutor interno (amplificadores bidirecionais colocados em intervalos ao longo do cabo). Os repetidores de primeira geração permanecem entre os amplificadores valvulados mais confiáveis já projetados. Os posteriores foram transistorizados. Muitos desses cabos ainda podem ser usados, mas foram abandonados porque sua capacidade é muito pequena para serem comercialmente viáveis. Alguns têm sido usados ​​como instrumentos científicos para medir ondas de terremotos e outros eventos geomagnéticos.

Outros usos

Em 1942, a Siemens Brothers de New Charlton , Londres, em conjunto com o Laboratório Físico Nacional do Reino Unido , adaptou a tecnologia de cabos de comunicação submarinos para criar o primeiro oleoduto submarino do mundo na Operação Plutão durante a Segunda Guerra Mundial . Cabos de fibra ótica ativos podem ser úteis na detecção de eventos sísmicos que alteram a polarização do cabo.

História moderna

Cabos de telecomunicações ópticas

Imagem externa
ícone de imagem Mapa de cabos marítimos
Mapa de cabos submarinos de 2007

Na década de 1980, foram desenvolvidos cabos de fibra óptica . O primeiro cabo telefônico transatlântico a usar fibra óptica foi o TAT-8 , que entrou em operação em 1988. Um cabo de fibra óptica compreende vários pares de fibras. Cada par possui uma fibra em cada direção. O TAT-8 tinha dois pares operacionais e um par de backup.

Os repetidores de fibra óptica modernos usam um amplificador óptico de estado sólido , geralmente um amplificador de fibra dopado com érbio . Cada repetidor contém equipamentos separados para cada fibra. Estes incluem reforma de sinal, medição de erro e controles. Um laser de estado sólido envia o sinal para o próximo comprimento de fibra. O laser de estado sólido excita um pequeno comprimento de fibra dopada que atua como um amplificador de laser. Conforme a luz passa pela fibra, ela é amplificada. Esse sistema também permite a multiplexação por divisão de comprimento de onda , o que aumenta drasticamente a capacidade da fibra.

Os repetidores são alimentados por uma corrente contínua constante passada pelo condutor próximo ao centro do cabo, de modo que todos os repetidores em um cabo estão em série. O equipamento de alimentação de energia é instalado nas estações terminais. Normalmente, ambas as extremidades compartilham a geração de corrente com uma extremidade fornecendo uma tensão positiva e a outra uma tensão negativa. Um ponto de terra virtual existe aproximadamente na metade do caminho ao longo do cabo em operação normal. Os amplificadores ou repetidores derivam sua potência da diferença de potencial entre eles. A tensão transmitida pelo cabo costuma ser de 3.000 a 15.000 VCC a uma corrente de até 1.100 mA, com a corrente aumentando com a diminuição da tensão; a corrente em 10.000 VCC é de até 1.650 mA. Conseqüentemente, a quantidade total de energia enviada para o cabo geralmente chega a 16,5 kW.

A fibra óptica usada em cabos submarinos é escolhida por sua clareza excepcional, permitindo percursos de mais de 100 quilômetros (62 mi) entre repetidores para minimizar o número de amplificadores e a distorção que eles causam. Cabos não repetidos são mais baratos do que cabos repetidos e sua distância máxima de transmissão é limitada, embora tenha aumentado ao longo dos anos; em 2014, cabos não repetidos de até 380 quilômetros (240 mi) de comprimento estavam em serviço; no entanto, isso exige que repetidores não alimentados sejam posicionados a cada 100 km.

Diagrama de um repetidor de cabo óptico submarino

A crescente demanda por esses cabos de fibra óptica ultrapassou a capacidade de fornecedores como a AT&T. Ter que transferir o tráfego para os satélites resultou em sinais de qualidade inferior. Para resolver esse problema, a AT&T teve que melhorar suas habilidades de instalação de cabos. Ela investiu US $ 100 milhões na produção de dois navios especializados para instalação de cabos de fibra óptica. Isso incluía laboratórios nos navios para emendar cabos e testar suas propriedades elétricas. Esse monitoramento de campo é importante porque o vidro do cabo de fibra óptica é menos maleável do que o cabo de cobre que foi usado anteriormente. Os navios são equipados com propulsores que aumentam a manobrabilidade. Essa capacidade é importante porque o cabo de fibra óptica deve ser instalado direto da popa, outro fator com o qual os navios de instalação de cabos de cobre não precisam enfrentar.

Originalmente, os cabos submarinos eram conexões simples ponto a ponto. Com o desenvolvimento de unidades de ramificação submarina (SBUs), mais de um destino poderia ser atendido por um único sistema de cabos. Os sistemas de cabo modernos agora geralmente têm suas fibras dispostas em um anel de autocura para aumentar sua redundância, com as seções do submarino seguindo caminhos diferentes no fundo do oceano . Uma razão para este desenvolvimento foi que a capacidade dos sistemas de cabo tornou-se tão grande que não era possível fazer backup completo de um sistema de cabo com capacidade de satélite, então foi necessário fornecer capacidade de backup terrestre suficiente. Nem todas as organizações de telecomunicações desejam tirar proveito dessa capacidade, portanto, os sistemas de cabo modernos podem ter pontos de aterrissagem duplos em alguns países (onde a capacidade de backup é necessária) e apenas pontos de aterrissagem únicos em outros países onde a capacidade de backup não é necessária , a capacidade do país é pequena o suficiente para ter backup por outros meios, ou ter backup é considerado muito caro.

Um outro desenvolvimento de caminho redundante além da abordagem de anéis de autocura é a rede mesh em que o equipamento de comutação rápida é usado para transferir serviços entre caminhos de rede com pouco ou nenhum efeito em protocolos de nível superior se um caminho se tornar inoperante. À medida que mais caminhos se tornam disponíveis para uso entre dois pontos, menos provável é que uma ou duas falhas simultâneas impeçam o serviço de ponta a ponta.

Em 2012, as operadoras tinham "demonstrado com sucesso uma transmissão de longo prazo livre de erros a 100 Gbps através do Oceano Atlântico" rotas de até 6.000 km (3.700 mi), o que significa que um cabo típico pode mover dezenas de terabits por segundo no exterior. As velocidades melhoraram rapidamente nos anos anteriores, com 40 Gbit / s tendo sido oferecidos nessa rota apenas três anos antes, em agosto de 2009.

A comutação e o roteamento todo por mar geralmente aumentam a distância e, portanto, a latência de ida e volta em mais de 50%. Por exemplo, o atraso de ida e volta (RTD) ou latência das conexões transatlânticas mais rápidas está abaixo de 60 ms, perto do ideal teórico para uma rota marítima. Embora, em teoria, uma rota do grande círculo (GCP) entre Londres e Nova York tenha apenas 5.600 km (3.500 mi), isso requer várias extensões de terra ( Irlanda , Terra Nova , Ilha do Príncipe Eduardo e o istmo conectando New Brunswick à Nova Escócia ) para ser percorrida, bem como a extremamente maré Bay of Fundy e uma rota terrestre ao longo da costa norte de Massachusetts de Gloucester a Boston e através de áreas razoavelmente construídas até a própria Manhattan . Em teoria, o uso desta rota terrestre parcial poderia resultar em tempos de ida e volta abaixo de 40 ms (que é o tempo mínimo da velocidade da luz), sem contar comutação. Ao longo de rotas com menos terra no caminho, os tempos de ida e volta podem se aproximar de mínimos de velocidade da luz no longo prazo.

Existem dois tipos de cabos de fibra submarinos: não repetidos e repetidos. Cabos não repetidos são preferidos em rotas de cabos curtos porque não requerem repetidores, reduzindo custos; entretanto, sua distância máxima de transmissão é limitada.

O tipo de fibra óptica usada em cabos não repetidos e muito longos costuma ser PCSF (núcleo de sílica pura) devido à sua baixa perda de 0,172 dB por quilômetro ao transportar uma luz de laser de comprimento de onda de 1550 nm. A grande dispersão cromática do PCSF significa que seu uso requer equipamentos de transmissão e recepção projetados com isso em mente; essa propriedade também pode ser usada para reduzir a interferência ao transmitir vários canais através de uma única fibra usando multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), que permite que vários canais de portadora ótica sejam transmitidos por meio de uma única fibra, cada um carregando suas próprias informações. O WDM é limitado pela largura de banda óptica dos amplificadores usados ​​para transmitir dados através do cabo e pelo espaçamento entre as frequências das portadoras ópticas; no entanto, este espaçamento mínimo também é limitado, com o espaçamento mínimo frequentemente sendo 50 GHz (0,4 nm). O uso de WDM pode reduzir o comprimento máximo do cabo, embora isso possa ser superado projetando-se o equipamento com isso em mente.

Pós-amplificadores ópticos, usados ​​para aumentar a força do sinal gerado pelo transmissor óptico, geralmente usam um laser de fibra dopada com érbio com bombeamento de diodo. O diodo é geralmente um diodo de laser de alta potência de 980 ou 1480 nm. Esta configuração permite uma amplificação de até + 24dBm de uma maneira acessível. Usar uma fibra dopada com érbio-itérbio permite um ganho de + 33dBm, entretanto, novamente, a quantidade de energia que pode ser alimentada na fibra é limitada. Em configurações de portadora única, a limitação dominante é a modulação de fase automática induzida pelo efeito Kerr, que limita a amplificação a +18 dBm por fibra. Em configurações WDM, a limitação devido à modulação de fase cruzada torna-se predominante. Os pré-amplificadores ópticos são freqüentemente usados ​​para anular o ruído térmico do receptor. Bombear o pré-amplificador com um laser de 980 nm leva a um ruído de no máximo 3,5 dB, com um ruído de 5 dB normalmente obtido com um laser de 1480 nm. O ruído deve ser filtrado com filtros ópticos.

A amplificação Raman pode ser usada para estender o alcance ou a capacidade de um cabo não repetido, lançando 2 frequências em uma única fibra; um transportando sinais de dados a 1550 nm e o outro os bombeando a 1450 nm. O lançamento de uma frequência de bomba (bomba de luz laser) com uma potência de apenas um watt leva a um aumento no alcance de 45 km ou um aumento de 6 vezes na capacidade.

Outra maneira de aumentar o alcance de um cabo é usando repetidores não alimentados chamados pré-amplificadores ópticos remotos (ROPAs); eles ainda fazem um cabo contar como não repetido, uma vez que os repetidores não requerem energia elétrica, mas requerem uma bomba de luz laser para ser transmitida juntamente com os dados transportados pelo cabo; a luz da bomba e os dados são frequentemente transmitidos em fibras fisicamente separadas. O ROPA contém uma fibra dopada que usa a luz da bomba (geralmente uma luz laser de 1480 nm) para amplificar os sinais de dados transportados pelo resto das fibras.

Importância dos cabos submarinos

Atualmente, 99% do tráfego de dados que cruza os oceanos é transportado por cabos submarinos. A confiabilidade dos cabos submarinos é alta, especialmente quando (conforme observado acima) vários caminhos estão disponíveis no caso de rompimento do cabo. Além disso, a capacidade total de carga dos cabos submarinos é de terabits por segundo, enquanto os satélites normalmente oferecem apenas 1.000 megabits por segundo e exibem latência mais alta . No entanto, um sistema de cabos submarinos transoceânicos multiterabit típico custa várias centenas de milhões de dólares para construir.

Como resultado do custo e da utilidade desses cabos, eles são altamente valorizados não apenas pelas corporações que os constroem e operam com fins lucrativos, mas também pelos governos nacionais. Por exemplo, o governo australiano considera seus sistemas de cabos submarinos "vitais para a economia nacional". Conseqüentemente, a Australian Communications and Media Authority (ACMA) criou zonas de proteção que restringem as atividades que poderiam danificar os cabos que ligam a Austrália ao resto do mundo. A ACMA também regulamenta todos os projetos de instalação de novos cabos submarinos.

Os cabos submarinos são importantes para os militares modernos e também para as empresas privadas. Os militares dos EUA , por exemplo, usam a rede de cabos submarinos para transferência de dados de zonas de conflito para comandar o estado-maior nos Estados Unidos. A interrupção da rede de cabos durante operações intensas pode ter consequências diretas para os militares em terra.

Investimento e finanças

Cabo de fibra ótica moderno em torno da costa da África.
Um mapa de cabos de comunicações submarinas ativos e previstos atendendo ao continente africano.

Quase todos os cabos de fibra ótica do TAT-8 em 1988 até aproximadamente 1997 foram construídos por consórcios de operadoras. Por exemplo, o TAT-8 contou com 35 participantes, incluindo a maioria das principais operadoras internacionais da época, como a AT&T Corporation . Dois cabos financiados de forma privada, não consorciados, foram construídos no final da década de 1990, o que precedeu uma corrida maciça e especulativa para construir cabos com financiamento privado que atingiu um pico de investimento de mais de US $ 22 bilhões entre 1999 e 2001. Isso foi seguido pela falência e reorganização de operadoras de cabo, como Global Crossing , 360networks , FLAG , Worldcom e Asia Global Crossing. A Rede Global da Tata Communications (TGN) é a única rede de fibra totalmente controlada em torno do planeta.

A maioria dos cabos no século 20 cruzou o Oceano Atlântico, para conectar os Estados Unidos e a Europa. No entanto, a capacidade no Oceano Pacífico foi muito expandida a partir da década de 1990. Por exemplo, entre 1998 e 2003, aproximadamente 70% dos cabos de fibra ótica submarinos foram instalados no Pacífico. Isso é em parte uma resposta à importância emergente dos mercados asiáticos na economia global.

Após décadas de pesados ​​investimentos em mercados já desenvolvidos, como as rotas transatlânticas e transpacíficas, os esforços aumentaram no século 21 para expandir a rede de cabos submarinos para servir ao mundo em desenvolvimento . Por exemplo, em julho de 2009, uma linha de cabo de fibra óptica subaquática conectou a África Oriental à Internet mais ampla. A empresa que forneceu este novo cabo foi a SEACOM , 75% detida por africanos. O projeto foi atrasado por um mês devido ao aumento da pirataria ao longo da costa.

Os investimentos em cabos representam um risco comercial porque os cabos cobrem 6.200 km de fundo do oceano, cruzam cadeias de montanhas submarinas e fendas. Por causa disso, a maioria das empresas só compra capacidade após o cabo ser concluído.

Antártica

A Antártica é o único continente ainda não alcançado por um cabo submarino de telecomunicações. O tráfego de telefone, vídeo e e-mail deve ser retransmitido para o resto do mundo por meio de links de satélite com disponibilidade e capacidade limitadas. As bases no próprio continente são capazes de se comunicar umas com as outras via rádio , mas esta é apenas uma rede local. Para ser uma alternativa viável, um cabo de fibra óptica teria que ser capaz de suportar temperaturas de −80 ° C (−112 ° F), bem como deformação massiva de gelo fluindo até 10 metros (33 pés) por ano. Portanto, conectar-se ao maior backbone da Internet com a alta largura de banda proporcionada pelo cabo de fibra óptica ainda é um desafio técnico e econômico ainda inviável na Antártica.

Conserto de cabos

Uma animação que mostra um método usado para reparar cabos de comunicação submarinos.

Os cabos podem ser quebrados por traineiras de pesca , âncoras, terremotos, correntes de turbidez e até mesmo picadas de tubarão. Com base no levantamento de quebras no Oceano Atlântico e no Mar do Caribe, descobriu-se que entre 1959 e 1996, menos de 9% foram devido a eventos naturais. Em resposta a essa ameaça à rede de comunicações, a prática de enterrar cabos foi desenvolvida. A incidência média de falhas de cabo foi de 3,7 por 1.000 km (620 mi) por ano de 1959 a 1979. Essa taxa foi reduzida para 0,44 falhas por 1.000 km por ano após 1985, devido ao soterramento generalizado de cabo a partir de 1980. Ainda assim, o cabo As quebras não são de forma alguma uma coisa do passado, com mais de 50 reparos por ano apenas no Atlântico, e quebras significativas em 2006 , 2008 , 2009 e 2011 .

A tendência das redes de pesca de arrastão de causar falhas nos cabos pode muito bem ter sido explorada durante a Guerra Fria . Por exemplo, em fevereiro de 1959, uma série de 12 interrupções ocorreu em cinco cabos de comunicação transatlânticos americanos. Em resposta, um navio da Marinha dos Estados Unidos, o USS Roy O. Hale , deteve e investigou a traineira soviética Novorosiysk . Uma revisão do diário de bordo do navio indicou que ele estava na região de cada um dos cabos quando eles se quebraram. Seções quebradas de cabo também foram encontradas no convés do Novorosiysk . Parecia que os cabos haviam sido arrastados pelas redes do navio e cortados assim que foram puxados para o convés para liberar as redes. A posição da União Soviética sobre a investigação era de que não havia justificativa, mas os Estados Unidos citaram a Convenção para a Proteção de Cabos Telegráficos Submarinos de 1884, assinada pela Rússia (antes da formação da União Soviética) como prova de violação de protocolo.

As estações costeiras podem localizar uma ruptura em um cabo por meio de medições elétricas, como por meio de refletometria de espalhamento espectral no domínio do tempo (SSTDR), um tipo de refletometria no domínio do tempo que pode ser usado em ambientes ao vivo muito rapidamente. Atualmente, o SSTDR pode coletar um conjunto de dados completo em 20 ms. Os sinais de espectro de propagação são enviados pelo fio e, em seguida, o sinal refletido é observado. Ele é então correlacionado com a cópia do sinal enviado e algoritmos são aplicados à forma e ao tempo dos sinais para localizar a quebra.

Um navio de conserto de cabos será enviado ao local para lançar uma bóia de marcação perto do freio. Vários tipos de garras são usados ​​dependendo da situação. Se o fundo do mar em questão for arenoso, uma garra com dentes rígidos é usada para arar sob a superfície e pegar o cabo. Se o cabo estiver em uma superfície rochosa do mar, a garra é mais flexível, com ganchos ao longo de seu comprimento para que possa se ajustar à mudança da superfície. Em águas especialmente profundas, o cabo pode não ser forte o suficiente para ser levantado como uma única unidade, então uma garra especial que corta o cabo logo depois de ser enganchada é usada e apenas um comprimento de cabo é trazido à superfície por vez, após o que uma nova seção é emendada. O cabo reparado é mais longo do que o original, de modo que o excesso é deliberadamente colocado em forma de "U" no fundo do mar . Um submersível pode ser usado para consertar cabos que ficam em águas mais rasas.

Vários portos próximos a importantes rotas de cabos tornaram-se lares de navios especializados em reparos de cabos. Halifax , na Nova Escócia , foi o lar de meia dúzia de embarcações desse tipo durante a maior parte do século 20, incluindo embarcações de longa vida, como o CS Cyrus West Field , CS Minia e CS Mackay-Bennett . Os dois últimos foram contratados para resgatar as vítimas do naufrágio do RMS Titanic . As tripulações dessas embarcações desenvolveram muitas novas técnicas e dispositivos para reparar e melhorar o assentamento de cabos, como o " arado ".

Coleta de informações

Cabos subaquáticos, que não podem ser mantidos sob vigilância constante, têm tentado organizações de coleta de informações desde o final do século XIX. Freqüentemente, no início das guerras, as nações cortaram os cabos dos outros lados para redirecionar o fluxo de informações para os cabos que estavam sendo monitorados. Os esforços mais ambiciosos ocorreram na Primeira Guerra Mundial , quando as forças britânicas e alemãs sistematicamente tentaram destruir os sistemas de comunicações mundiais dos outros, cortando seus cabos com navios de superfície ou submarinos. Durante a Guerra Fria , a Marinha dos Estados Unidos e a Agência de Segurança Nacional (NSA) conseguiram colocar grampos nas linhas de comunicação subaquáticas soviéticas na Operação Ivy Bells .

Impacto ambiental

O principal ponto de interação dos cabos com a vida marinha está na zona bêntica dos oceanos, onde fica a maior parte dos cabos. Estudos em 2003 e 2006 indicaram que os cabos causam impactos mínimos na vida nesses ambientes. Na amostragem de núcleos de sedimentos ao redor dos cabos e em áreas removidas dos cabos, houve poucas diferenças estatisticamente significativas na diversidade ou abundância de organismos. A principal diferença era que os cabos forneciam um ponto de fixação para anêmonas que normalmente não podiam crescer em áreas de sedimentos moles. Dados de 1877 a 1955 mostraram um total de 16 falhas de cabo causadas pelo emaranhamento de várias baleias . Tais complicações mortais cessaram totalmente com técnicas aprimoradas para a colocação de cabos coaxiais e de fibra ótica modernos que têm menos tendência a se enrolarem quando repousam no fundo do mar.

Implicações de segurança

Os cabos submarinos são problemáticos do ponto de vista da segurança porque os mapas dos cabos submarinos estão amplamente disponíveis. Mapas publicamente disponíveis são necessários para que o transporte possa evitar danos a cabos vulneráveis ​​acidentalmente. No entanto, a disponibilidade dos locais de cabos facilmente danificados significa que as informações também são facilmente acessíveis aos agentes criminosos. Escutas telefônicas governamentais também apresentam problemas de segurança cibernética.

Questões legais

Os cabos submarinos sofrem de problemas inerentes. Uma vez que os cabos são construídos e instalados por consórcios privados, existe um problema de responsabilidade desde o início. Em primeiro lugar, atribuir responsabilidades dentro de um consórcio pode ser difícil: uma vez que não existe uma empresa líder clara que possa ser designada como responsável, pode haver confusão quando o cabo precisa de manutenção. Em segundo lugar, é difícil navegar na questão dos danos ao cabo pelo regime jurídico internacional, uma vez que foi assinado e projetado para estados-nação, e não para empresas privadas. Portanto, é difícil decidir quem deve ser responsável pelos custos de danos e reparos - a empresa que construiu o cabo, a empresa que pagou pelo cabo ou o governo dos países onde o cabo termina.

Outra questão legal é a desatualização dos sistemas jurídicos. Por exemplo, a Austrália ainda usa multas que foram estabelecidas durante a assinatura do tratado do cabo submarino de 1884: 2.000 dólares australianos, quase insignificantes agora.

Influência das redes de cabo na história moderna

Os cabos de comunicação submarinos tiveram uma grande variedade de influências na sociedade. Além de permitir o comércio intercontinental eficaz e apoiar as bolsas de valores, eles influenciaram muito a conduta diplomática internacional. Antes da existência da conexão de comunicação submarina, os diplomatas tinham muito mais poder em suas mãos, uma vez que seus supervisores diretos (governos dos países que representavam) não podiam verificá-los imediatamente. Receber instruções para diplomatas em um país estrangeiro costumava levar semanas ou até meses. Os diplomatas tiveram que usar sua própria iniciativa nas negociações com países estrangeiros com apenas um cheque ocasional de seu governo. Essa conexão lenta resultou em diplomatas engajados em atividades de lazer enquanto aguardavam ordens. A expansão dos cabos telegráficos reduziu muito o tempo de resposta necessário para instruir os diplomatas. Com o tempo, isso levou a uma diminuição geral do prestígio e do poder de diplomatas individuais na política internacional e sinalizou uma profissionalização do corpo diplomático que teve que abandonar suas atividades de lazer.

Eventos notáveis

Em 1914, a Alemanha invadiu a estação de cabos da Ilha Fanning, no Pacífico.

O terremoto de Newfoundland de 1929 quebrou uma série de cabos transatlânticos, provocando um enorme deslizamento submarino . A sequência de interrupções ajudou os cientistas a mapear o progresso do deslizamento de terra.

Em 1986, durante os testes de protótipo e pré-produção do cabo de fibra óptica TAT-8 e seus procedimentos de instalação conduzidos pela AT&T na área das Ilhas Canárias , ocorreram danos causados ​​por mordidas de tubarão no cabo. Isso revelou que os tubarões mergulharão a profundidades de 1 quilômetro (0,62 mi), uma profundidade que surpreendeu os biólogos marinhos que até então pensavam que os tubarões não estavam ativos em tais profundidades. A conexão do cabo submarino TAT-8 foi inaugurada em 1988.

Em julho de 2005, uma parte dos SEA-ME-WE 3 submarinos de cabos localizado a 35 quilómetros (22 milhas) ao sul de Karachi que forneceu Paquistão 's principais comunicações externas tornou-se defeituoso, interrompendo praticamente todas as comunicações do Paquistão com o resto do mundo, e afetando aproximadamente 10 milhões de usuários da Internet.

Em 26 de dezembro de 2006, o terremoto de Hengchun em 2006 tornou vários cabos entre Taiwan e Filipinas inoperantes.

Em março de 2007, os piratas roubaram uma seção de 11 quilômetros (7 milhas) do cabo submarino TVH que conectava a Tailândia , Vietnã e Hong Kong , afetando os usuários de Internet do Vietnã com velocidades muito mais lentas. Os ladrões tentaram vender as 100 toneladas de cabo como sucata.

A interrupção do cabo submarino de 2008 foi uma série de interrupções de cabos, dois dos três cabos do Canal de Suez , duas interrupções no Golfo Pérsico e uma na Malásia. Isso causou grandes interrupções nas comunicações com a Índia e o Oriente Médio .

Em abril de 2010, o cabo submarino SEA-ME-WE 4 estava com defeito. O sistema de cabos submarinos de comunicações Sudeste Asiático - Oriente Médio - Europa Ocidental 4 (SEA-ME-WE 4), que conecta o Sudeste Asiático à Europa, foi cortado em três lugares, perto de Palermo, Itália .

O terremoto e tsunami Tōhoku de 2011 danificou uma série de cabos submarinos que fazem pousos no Japão, incluindo:

  • APCN-2 , um cabo intra-asiático que forma um anel ligando China, Hong Kong, Japão, República da Coreia, Malásia, Filipinas, Cingapura e Taiwan
  • Pacific Crossing West e Pacific Crossing North
  • Segmentos da rede East Asia Crossing (relatado por PacNet )
  • Um segmento da rede de cabos Japão-EUA (relatado pela Korea Telecom )
  • Sistema de cabo submarino PC-1 (relatado pela NTT )

Em fevereiro de 2012, quebras nos cabos EASSy e TEAMS desconectaram cerca de metade das redes no Quênia e em Uganda da Internet global.

Em março de 2013, a conexão SEA-ME-WE-4 da França a Cingapura foi cortada por mergulhadores perto do Egito.

Em novembro de 2014, o SEA-ME-WE 3 interrompeu todo o tráfego de Perth, Austrália , para Cingapura devido a uma falha de cabo desconhecida.

Em agosto de 2017, uma falha no cabo submarino IMEWE (Índia - Oriente Médio - Europa Ocidental) perto de Jeddah, Arábia Saudita , interrompeu a internet no Paquistão. O cabo submarino IMEWE é um sistema de cabos submarinos de fibra óptica de ultra-alta capacidade que conecta a Índia e a Europa através do Oriente Médio. O cabo de 12.091 quilômetros de comprimento (7.513 milhas) tem nove estações terminais, operadas pelas principais operadoras de telecomunicações de oito países.

AAE-1 , abrangendo mais de 25.000 quilômetros (16.000 mi), conecta o sudeste da Ásia à Europa via Egito. A construção foi concluída em 2017.

Em junho de 2021, o Google anunciou que estava construindo o mais longo cabo submarino existente que iria da costa leste dos Estados Unidos a Las Toninas , na Argentina, com conexões adicionais em Praia Grande , Brasil, e Punta del Este , Uruguai. O cabo garantiria aos usuários acesso rápido e de baixa latência aos produtos do Google, como Search, Gmail e YouTube , bem como aos serviços do Google Cloud .

Em agosto de 2021, o Google e o Facebook anunciaram que desenvolveriam um sistema de cabo submarino, apelidado de "Apricot", para 2024, a fim de melhorar a conectividade com a Internet e atender à crescente demanda por acesso de banda larga e conectividade sem fio 5G em toda a região da Ásia-Pacífico , incluindo Japão , Cingapura , Taiwan , Guam , Filipinas e Indonésia .

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Charles Bright (1898). Telégrafos submarinos: sua história, construção e trabalho . Crosby Lockward and Son. ISBN 9780665008672.
  • Vary T. Coates e Bernard Finn (1979). A Retrospective Technology Assessment: The Transatlantic Cable of 1866 . San Francisco Press.
  • Bern Dibner (1959). O Cabo Atlântico . Biblioteca Burndy.
  • Bernard Finn; Daqing Yang, eds. (2009). Comunicações submarinas: a evolução da rede a cabo e suas implicações . MIT Press.
  • KR Haigh (1968). Cabos Cabos e Cabos Submarinos . United States Underseas Cable Corporation.
  • Norman L. Middlemiss (2000). Cableships . Shield Publications.
  • Nicole Starosielski (2015). A Rede Submarina (Sinal, Armazenamento, Transmissão) . Duke University Press. ISBN 978-0822357551.

links externos

Artigos

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