Die Transatlantikverbindung

Transatlantikverbindung
Informatik-Seminar
Die
Transatlantikverbindung
I-Seminar SS 1998, Referent: Sandro Emmenegger, Betreuer, Prof. P. Heinzmann
Inhaltsverzeichnis
1. SO FING ALLES AN...................................................................................................................................... 2
1.1 DAS ERSTE TRANSATLANTIKKABEL .............................................................................................................. 2
1.2 DAS ZWEITE TRANSATLANTIKKABEL 1866 ................................................................................................... 4
1.3 NETZE 1896................................................................................................................................................... 5
1.4 DAS ERSTE TRANSATLANTIK-TELEFONKABEL 1956...................................................................................... 5
1.5 DAS ERSTE TRANSATLANTIK-GLASFASERKABEL 1988.................................................................................. 6
1.6 TAT-9 BIS TAT-13 ....................................................................................................................................... 6
2.
DAS BANBREITENPROBLEM ................................................................................................................ 7
2.1 ENTWICKLUNG .............................................................................................................................................. 7
2.2 WACHSTUM VON TELEFON- UND INTERNETANSCHLÜSSEN ........................................................................... 8
3.
WDM (WAVELENGHT DIVISION MULTIPLEXING)........................................................................ 9
3.1 ELEKTRO-OPTISCH VERSTÄRKTE GLASFASERN ............................................................................................. 9
3.2 OPTISCHE VERSTÄRKER ................................................................................................................................ 9
3.2 VERVIELFACHUNG DER KAPAZITÄT ............................................................................................................ 10
3.3 DIE WDM-TECHNIK.................................................................................................................................... 10
4.
GEMINI DAS NEUSTE TRANSATLANTIKKABEL .......................................................................... 12
4.1 KEYPLAYER................................................................................................................................................. 12
5.
KOSTEN UND TARIFE ........................................................................................................................... 13
6.
ZUKUNFTSAUSICHTEN ........................................................................................................................ 14
6.1 ATLANTIC CROSSING 1 (AC-1) ................................................................................................................... 14
6.2 OXYGEN ...................................................................................................................................................... 14
7.
FAZIT ......................................................................................................................................................... 14
8.
DAS APOLLO-PROJEKT, EIN BERECHNUNGSBEISPIEL ............................................................ 15
9.
QUELLENVERZEICHNIS ...................................................................................................................... 16
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1. So fing alles an...
Überblick der Entwicklung in der Telekommunikation
Telegrafie
186
195
Telefonie
196
Kupferkabel
197
„Daten“
198
199
Koax/analog
200
201
Optisch/digital
Mit optischen
Verstärker
Bild 1.1
Bild 1.1 zeigt die verschiedenen Epochen der Telekommunikation.
1.1 Das erste Transatlantikkabel
Cyrus Field
Samuel Morse
Bild 1.2
Die Vision einer Transatlantikverbindung stammt von Cyrus Field. Samuel Morse, der
Erfinder des Morseapparates, lieferte die technische Grundlage für eine elektrische
Kommunikationsverbindung. 1855 wurde die „ New York, Newfoundland and London
Telegraph Company von ein paar Kapitalisten gegründet (Bild 1.2 ).Sie wollten das erste
Transatlantikkabel von New York nach Irland verlegen.
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1. Versuch
1855 wollte man zuerst das Teilstück New York –
Newfoundland verlegen. Bei einem Sturm musste der Kapitän
das Kabel kappen lassen, um Schiff und Mannschaft zu retten.
2. Versuch
1857 wurde eine neue Gemeinschaft gegründet, die Atlantic
Telegraph Company. Sie sollte nun die Aufgabe übernehmen,
ein Transatlantikkabel zu verlegen. Das 4000 Kilometer lange
Kabel wurde auf zwei Schiffe verladen, die von Irland aus in
See stachen. Nach 480 verlegten Kilometer brach das Kabel
durch unvorsichtige Bedienung der Bremsen an der
Kabelverlegemaschinerie.
New York - Irland
Bild 1.3
3. Versuch
Bild 1.4
1858 wendete man eine neue Technik an. Die
beiden Schiffe sollten das Kabel gleichzeitig von
der Mitte des Atlantik in Richtung Newfoundland
bzw. Irland verlegen.
Auf den beiden Schiffen wurde eine verbesserte
Antiblockierungsbremse (Bild 1.4) für das
sogenannte „pay out“, das Auslassen des Kabels
ins Meer, installiert. Doch bereits nach 160 Meilen
wird das Kabel beim Auslassen beschädigt. Die
beiden Schiffe kehren wieder nach Irland zurück.
4. Versuch
Noch im gleichen Jahr wird ein weiterer Versuch unternommen. Man befürchtet, dass die finanziellen
Mittel später nicht mehr aufgebracht werden könnten, wenn das Projekt noch weiter verzögert wird.
Im August 1858 erreichen beide Schiffe ihre Ziele und das erste Transatlantikkabel kann für die
Telegrafie in Betrieb genommen werden.
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Technische Daten des 1. Transatlantikkabel
•
•
•
4000 Kilometer Kupferkabel
Datenrate: ~ 10 Wörter/Stunde (0.1 bit/s)
Kosten: 350 000 Pfund Sterling
Insgesamt wurden 271 Telegramme übertragen. Doch nach 4 Wochen Betrieb ist die Leitung
tot. Der Grund? Das Kabel wurde mit einer Spannung von 2000 Volt betrieben. Diese
verkraftete das Kabel nicht und wurde dadurch zerstört.
1.2 Das zweite Transatlantikkabel 1866
Bereits 7 Jahre nach dem ersten
Telegrafiekabel durch den Atlantik
wollte man ein weiteres Kabel
verlegen. Diesmal sollte das 5000
Tonnen schwere Kabel von einem
einzigen Schiff transportiert und
verlegt werden. Das einzige Schiff
zu dieser Zeit, das in Frage kam,
war die „Great Eastern“ (Bild 1.5).
Sie war fünf mal so gross wie die
grössten Schiffe zu dieser Zeit.
Nachdem das Kabel verladen war,
wog sie 21 000 Tonnen.
Bild 1.5
Der erste Versuch 1865 scheiterte wieder. Der zweite Versuch 1866 führte hingegen zum
Erfolg und verband Europa erneut mit Amerika.
Technische Daten des 2. Transatlantikkabel
•
•
•
•
Kabellänge: 3500 Kilometer
Gewicht: 5000 Tonnen
Datenrate 45 Wörter/min ( ~ 36 bit/s )
Kosten für ein Telegramm: 20 Pfund
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1.3 Netze 1896
1896 war die ganze Welt vernetzt und von Kabelverbindungen umspannt. Es existierten
bereits 300 000 Kilometer an Unterwasserkabel. Die Kosten pro Kilometer beliefen sich auf
730 Dollar zur damaligen Zeit.
Eine Nachricht um den Erdball benötigte etwa 56 Stunden und kostete 18 Dollar pro Wort
(Telegrafie).
1.4 Das erste Transatlantik-Telefonkabel 1956
Das erste Transatlantikkabel über welches
erstmals Sprache übermittelt wurde,
verlegte man 1956. Es verband New York
mit Schottland (Bild 1.6). Das verlegen
von Unterwasserkabel war gegenüber dem
neu erfundenen Funk sehr kostspielig. Das
war auch der Grund weswegen es so lange
gedauert hat, bis das erste TransatlantikTelefonkabel verlegt wurde.
1. Transatlantik Telefonkabel 1956
Bild 1.6
Technische Daten des 1. Transatlantik-Telefonkabel
•
•
•
Kabel gehörte AT&T
100 Verbindungen gleichzeitig
Datenrate: 500 kbit/s
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1.5 Das erste Transatlantik-Glasfaserkabel 1988
TAT-8 war das erste Glasfaserkabel welches durch den
Transatlantik verlegt wurde. Jetzt brach ein interessante Zeit für die
Transatlantikkommunikation an, da die
Übertragungsgeschwindigkeit über Glasfaser massiv erhöht wird.
Technische Daten des 1. Transatlantik-Glasfaserkabel
•
•
•
•
37800 Verbindungen gleichzeitig möglich
Bruttodatenrate 560 Mbit/s
Erstellungskosten: 350 Mio US$
Erwartete Lebensdauer: 25 Jahre
1.6 TAT-9 bis TAT-13
TAT- 8 folgten TAT-9 bis TAT13. Im Januar 1998 betrug die
gesamte Kapazität der
Transatlantikverbindungen (Bild
1.7) ungefähr 26 Gbit/s.
Gesamte Kapazität: ~ 26 Gbit/s
Bild 1.7
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2. Das Banbreitenproblem
2.1 Entwicklung
Anzahl der
Sprachverbindungen
Bitrate
[Gbit/s]
10‘000‘000
1000
1‘000‘000
100
100‘000
10
10‘000
1
1‘000
100
10
Kosten/
Verbindung
(relativ)
Kosten pro
Atlantikverbindung
TAT-1
TAT- 2
0.1
0.01
Mehrfachkanäle
optisch verstärkt
10‘000
TAT- 3
TAT- 4 Optisch/
TAT- 5 digital
TAT- 7
TAT- 6
TAT- 8
Koaxial/analog
1‘000
100
10
TAT- 9
TAT- 12
0.001
1
Telegrafie
1
1860
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Die Grafik oben (Bild 1.8) zeigt die Entwicklung der Telekommunikationsverbindungen durch den
Atlantik. Die Anzahl der Sprachverbindungen bzw. die Bitraten verdoppeln sich fast bei jedem neu
verlegten Kabel. Ebenso stark sinken die Kosten pro Atlantikverbindung.
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2.2 Wachstum von Telefon- und Internetanschlüssen
Telefonanschlüsse
800
700
741
Internet Hosts
30
500
25
400
20
300
15
200
10
100
5
0
607
469
493
Faktor
25 !
693
35
600
0
786
519
545
647
32
573
in Millionen
16
9,5
0,1
0,2
0,4
0,7
1,3
2,2
4,9
1988 1989
1989 1990
1990 1991
1991 1992
1992 1993
1993 1994
1994 1995
1995 1996
1996 1997
1997
1988
Bild 2.2
Quelle: ct 11/98
Während die Telefonanschlüsse jährlich um etwa 6 % zunehmen, verdoppelt sich die Anzahl der
Internet-Hostanschlüsse (100%). (Bild 2.2)
Diese Zunahme führt natürlich zu einem grösseren Datenstrom und vor allem zu einer starken
Belastung der Transatlantikverbindungen. Laut Statistik ist das heutige Unterwassernetzwerk zu 70 bis
80 % dauernd ausgelastet. Über Satelliten geht bisher nur 30 % des globalen Datenverkehrs.
Damit das weltweite Netzwerk und auch die Transatlantikleitungen nicht zusammenbrechen, müssen
neue Kapazitäten zur Verfügung gestellt werden.
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3. WDM (Wavelenght Division Multiplexing)
3.1 Elektro-Optisch verstärkte Glasfasern
Die ersten Glasfaserkabel durch den Atlantik verwendeten elektro-optische Verstärker. In diesen
Verstärkern werden die schwachen Lichtsignale detektiert und in elektrische Signale umgewandelt.
Diese Signale werden schliesslich wieder als starke Lichtsignale durch die Glasfaser geschickt.
Elektro-Optischer
Verstärker
Glasfaser
Bild 3.1
3.2 Optische Verstärker
Optische Verstärker, wie sie beim TAT-12/13 eingesetzt wurden, werden die schwachen Lichtsignale
direkt optisch verstärkt.
Optischer
Verstärker
Glasfaser
Bild 3.2
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3.2 Vervielfachung der Kapazität
Um die Kapazität von Glasfaserverbindungen mit elektro-optischen wie mit rein optischen
Verstärkern zu erhöhen, bestand bis anhin keine andere Möglichkeit, als ein neues Kabel zu
verlegen oder noch unbenutzte Fasern eines Glasfaserkabel zu verwenden.
3.3 Die WDM-Technik
Multiplexer
Demultiplexer
Optischer
Verstärker
λ1
λ2
λ3
λ4
λ1
λ2
λ3
λ4
Glasfaser
Bild 3.2
Spektrum
λ
Bei WDM dienen verschiedene Wellenlängen als Träger von Information. Die Wellenlängen werden
mit Hilfe eines optischen Multiplexer (Funktion ähnlich Prisma) auf eine Glasfaser übertragen. Damit
die Signale verstärkt werden können, müssen entweder optische Verstärker (Bild 3.2) verwendet
werden oder die Wellenlängen mit einem Demultiplexer wieder aufgesplittet, elektro-optisch verstärkt
und dann wieder auf eine Faser aufmoduliert werden (Bild 3.3).
Demultiplexer
Multiplexer
λ1
λ2
λ3
λ4
O/E/O
λ
Bild 3.3
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λ1
λ2
λ3
λ4
ElektroOptischer
Verstärker
Spektrum
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Mit WDM lässt sich also die Kapazität einer Glasfaser vervielfachen. Will man die Kapazität eines
Kabels mit mehreren ungenutzten Fasern erhöhen so bieten sich nun zwei Möglichkeiten an:
a) Man nutzt die freien Fasern und baut zusätzlich mehrere elektro-optische Verstärker ein oder
b) Man setzt WDM auf der bereits genutzten Faser ein und ersetzt gegebenenfalls die elektrooptischen Verstärker durch einen optischen Verstärker
Die bestehenden Transatlantikkabel bzw. deren Verstärker liegen in über 5000 Meter Tiefe auf dem
Meeresgrund und können nicht einfach ausgetauscht werden. Das heisst, dass WDM nur beim TAT12/13 nachträglich eingesetzt werden kann, da dieses Kabel rein optische Verstärker verwendet. Die
Kapazität des TAT-12/13 kann mit WDM von 2 x 5 Mbit/s auf etwa 2 x 20 Mbit/s erhöht werden.
Die Statistik zeigt, dass dies aber noch lange nicht ausreicht um die bestehenden Bandbreitenprobleme
heute und in der Zukunft zu lösen. Es müssen neue Transatlantikkabel verlegt werden, was bereits
geschah.
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4. Gemini das neuste Transatlantikkabel
Diesen Mai nahm das neuste
Transatlantikkabel seinen Betrieb auf.
Gemini hat seinen Ursprung bei
Metorpolitain Fiber Systems (MFS), einem
ehemals führenden weltweit tätigen
Internetprovider. MFS wollte günstig zu
Transatlantikkapazität kommen und
entschloss sich, 1996 ein eigenes
Glasfaserkabel zu verlegen. Sie gründeten
Gemini, ein Joint Venture mit Cable &
Wireless. WorldCom übernahm später MFS
und wurde somit zum neuen Partner von
Cable & Wireless. Erst kürzlich hat sich
MCI gleich beide Unternehmen einverleibt
und tritt jetzt als MCI WorlCom auf. (Bild
4.1)
MCI
WorldCom
MFS
Cable & Wireless
Joint Venture
Gemini
Bild 4.1
Technische Daten zu Gemini
•
•
•
•
•
Verbindet New York mit London
Datenrate 60 Gbit/s
3 870 000 Verbindungen
Kosten ~500 Mio US$
Verwendet WDM
Bild 4.2 zeigt den Ausgangspunkt Cornwall in England
Mit Gemini und dem aufgerüsteten TAT-12/13 beträgt die Transatlantikkapazität im Mai 1998 etwa
100 Gbit/s.
4.1 Keyplayer
Cable & Wireless: Internationaler Telekommunikationsprovider. Über 10 Millionen Kunden
in über 50 Ländern. Bislang drittgrösstes Unternehmen im Bereich internationaler
Telekommunikationsverkehr. Besitzt die grösste Kabelschiffsflotte der Welt.
Alcatel Submarine Cable: Leader im Kabel, Verstärker und Multiplexer-Bereich. Heute
praktisch bei jedem Unterwasserkabelprojekt beteiligt. (Zur Zeit Verträge über 1,2 Milliarden
US$ abgeschlossen)
Tyco: Hat bisher 250 000 Kilometer an Unterwasserkabel installiert.
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5. Kosten und Tarife
Tarife für eine T1-Leitung ( 1.544 Mbit/s )
Küste zu Küste ohne Installationen
16000
US$
pro Monat
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
WorldCom
Sprint
MCI
AT&T
Quelle: Data Communications Feb98
Tarife für eine T1 (1,544 Mbit/s) Mietleitung in die USA
~ 50000 *
Schweiz
42623
38857
Italien
Spanien
36323
Dänemark
34099
England
Frankreich
33115
Irland
33098
31367
Portugal
Schweden
31111
Östereich
30774
US$
pro Monat
29853
29095
Belgien
Deutschland
26223
Norwegen
16907
Holland
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
US
$
Quelle: Data Communications Feb98
* Tarif nicht aus Data Communication (swisscom 1997)
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6. Zukunftsausichten
6.1 Atlantic Crossing 1 (AC-1)
•
•
•
•
Besitzer ist Global Telesystems (Investorengemeinschaft)
14 000 Kilometer 4 Faser-Kabel
Datenrate 40 Gbit/s
Geplante Inbetriebnahme Ende 1998
6.2 Oxygen
•
•
•
•
•
Globales WDM-Netzwerk
verbindet 171 Staaten
320 000 Kilometer-Kabel
Start im Dezember 1998
Inbetriebnahme geplant im Jahr 2000
7. Fazit
•
•
•
•
•
•
•
Hostanschlüsse nehmen jährlich um 100% zu
Telefonanschlüsse steigen weiterhin (6%)
Datenverkehr über die Transatlantik-verbindung wird sicher weiter ansteigen
neue Kapazitäten müssen geschaffen werden (Neue Glasfaserkabel, Satelliten )
Datenraten neuer Glasfaserverbindungen werden ständig erhöht
Tests bei Gemini mit Unterwasserkabel im Terabit/s Bereich waren erfolgreich
Tarife dürften stark sinken
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8. Das Apollo-Projekt, ein Berechnungsbeispiel
Als weltweiter Internet-Provider benötigen wir zum Zufriedenstellen unserer Kunden eine
schnelle Atlantikverbindung. Die Kosten für Mietleitungen sind auf Grund der grossen
Nachfrage und dem ungenügenden Angebot sehr hoch. Wir entschliessen uns also ein eigenes
Glasfaserkabel zu verlegen.
Wir verlegen ein Kabel mit WDM-Technologie und einer Kapazität von 60 Gbit/s. Das kostet
uns etwa Fr. 750 Millionen.
Wie lange würde es dauern bis die Gesamteinnahmen die Kosten übersteigen ?
a) Wenn wir die gesamte Kapazität vermieten könnten. Wir verlangen für eine T1Mietleitung (1.544 Mbit/s ) Fr.15 000 im Monat und unterbieten somit WorldCom, Sprint,
MCI und AT&T (Tarife Februar 98 )
Meine Schätzung:
84 T1-Träger können auf einen STM-1 (155. 52 Mbit/s) aufmoduliert
werden
Fr.
Wir haben ein Kapazität von 6 x STM-64 ( 6 x 9953 Mbit/s)
Total T1: 6 x 64 x 84 = 32 256
Einnahmen pro Monat: 32 256 x Fr. 15 000 = Fr. 484 Millionen
Kabel nach ca. 1,6 Monaten amotisiert!
b) Wir besitzen bereits ein weltweites Netzwerk mit Knoten und Multiplexern. Wir installieren noch
etwa 1000 zusätzliche Multiplexer à Fr. 75 000 und bieten jetzt direkt Telefon und
Datenverbindungen an. Bei der Swisscom kostet ein Gesprächsminute in die USA Noramltarif
Fr. 1.- ( 3.1 kHz ) und die Datenübermittlungsminute (64 kbit/s ) Fr. 1.50.
Wir nehmen an, die Auslastung betrage etwa 25% ( 6 Stunden pro Tag ) und teile sich auf beide
Dienste (Telefon/Daten) etwa gleich auf.
Meine Schätzung:
Gesamtkosten : Fr. 825 Millionen
pro T1 24-Kanäle à 64 kbit/s
Fr.
Total Kanäle: 32 256 x 24 = 774 144
Einnahmen Datenverkehr: 774 144 x 0.5 x 0.25 x Fr. 1.50 = Fr. 145 152 pro Minute
Einnahmen Telefon ( mit TASI Faktor 5) : 774 144 x 0.5 x 0.25 x 5 x Fr. 1.- = Fr. 483 840 pro
Minute
Kabel amotisiert nach ca. 22 Stunden
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9. Quellenverzeichnis
Magazine:
Data Communicatin Januar bis Mai 98
http://www.heise.de/ct/
C’t Magazin für Computertechnik
Communication International Nov 97
Communicationsweek International Juni 97
Links:
Firmen:
MCI:
http://www.mci.com/
AT&T:
http://www.att.com/
Sprint:
http://www.sprint.com/
Cable & Wireless
http://www.cwplc.com/
Alcatel
Alcatel Submarine Networks
http://www.alcatel.com/
http://www.alcatel.com/telecom/snd/
Tyco
http://www.tycoint.com/
Swisscom
http://www.swisscom.ch/
British Telecom
http://www.bt.com/
France Telecom
http://www.franceTelecom.com/
Deutsche Telekom
http://www.telekom.de/
Börsenlink:
MCI Investoren-Seite:
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http://investor.mci.com/
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