Die Transatlantikverbindung

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1 Die Transatlantikverbindung I-Seminar SS 1998, Referent: Sandro Emmenegger, Betreuer, Prof. P. Heinzmann Inhaltsverzeichnis 1. SO FING ALLES AN DAS ERSTE TRANSATLANTIKKABEL DAS ZWEITE TRANSATLANTIKKABEL NETZE DAS ERSTE TRANSATLANTIK-TELEFONKABEL DAS ERSTE TRANSATLANTIK-GLASFASERKABEL TAT-9 BIS TAT DAS BANBREITENPROBLEM ENTWICKLUNG WACHSTUM VON TELEFON- UND INTERNETANSCHLÜSSEN WDM (WAVELENGHT DIVISION MULTIPLEXING) ELEKTRO-OPTISCH VERSTÄRKTE GLASFASERN OPTISCHE VERSTÄRKER VERVIELFACHUNG DER KAPAZITÄT DIE WDM-TECHNIK GEMINI DAS NEUSTE TRANSATLANTIKKABEL KEYPLAYER KOSTEN UND TARIFE ZUKUNFTSAUSICHTEN ATLANTIC CROSSING 1 (AC-1) OXYGEN FAZIT DAS APOLLO-PROJEKT, EIN BERECHNUNGSBEISPIEL QUELLENVERZEICHNIS I-Seminar, SS 1998 Seite -1- by Sandro Emmenegger

2 1. So fing alles an... Überblick der Entwicklung in der Telekommunikation Telegrafie Telefonie Daten Kupferkabel Koax/analog Optisch/digital Bild 1.1 Mit optischen Verstärker 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 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. I-Seminar, SS 1998 Seite -2- by Sandro Emmenegger

3 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 Versuch Bild 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. I-Seminar, SS 1998 Seite -3- by Sandro Emmenegger

4 Technische Daten des 1. Transatlantikkabel 4000 Kilometer Kupferkabel Datenrate: ~ 10 Wörter/Stunde (0.1 bit/s) Kosten: 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 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 I-Seminar, SS 1998 Seite -4- by Sandro Emmenegger

5 1.3 Netze war die ganze Welt vernetzt und von Kabelverbindungen umspannt. Es existierten bereits 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 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 Transatlantik- Telefonkabel verlegt wurde. 1. Transatlantik Telefonkabel 1956 Technische Daten des 1. Transatlantik-Telefonkabel Kabel gehörte AT&T 100 Verbindungen gleichzeitig Datenrate: 500 kbit/s Bild 1.6 I-Seminar, SS 1998 Seite -5- by Sandro Emmenegger

6 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 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 TAT- 13. Im Januar 1998 betrug die gesamte Kapazität der Transatlantikverbindungen (Bild 1.7) ungefähr 26 Gbit/s. Gesamte Kapazität: ~ 26 Gbit/s Bild 1.7 I-Seminar, SS 1998 Seite -6- by Sandro Emmenegger

7 2. Das Banbreitenproblem 2.1 Entwicklung Anzahl der Sprachverbindungen Bitrate [Gbit/s] Telegrafie Kosten pro Atlantikverbindung TAT-1 TAT- 2 Koaxial/analog Mehrfachkanäle optisch verstärkt TAT- 3 TAT- 4 Optisch/ TAT- 5 digital TAT- 6 TAT- 7 TAT- 8 TAT- 9 TAT Kosten/ Verbindung (relativ) 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. I-Seminar, SS 1998 Seite -7- by Sandro Emmenegger

8 2.2 Wachstum von Telefon- und Internetanschlüssen Telefonanschlüsse Internet Hosts in Millionen ,5 0,1 0,2 0,4 0,7 1,3 2,2 4, Bild 2.2 Quelle: ct 11/98 Faktor 25! 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. I-Seminar, SS 1998 Seite -8- by Sandro Emmenegger

9 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 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 I-Seminar, SS 1998 Seite -9- by Sandro Emmenegger

10 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 λ1 λ2 λ3 λ4 Multiplexer Optischer Verstärker Demultiplexer 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). Multiplexer Demultiplexer λ1 λ2 λ3 λ4 O/E/O λ1 λ2 λ3 λ4 Bild 3.3 Spektrum λ Elektro- Optischer Verstärker I-Seminar, SS 1998 Seite -10- by Sandro Emmenegger

11 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 TAT- 12/13 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. I-Seminar, SS 1998 Seite -11- by Sandro Emmenegger

12 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) MFS WorldCom Cable & Wireless Joint Venture Gemini Bild 4.1 MCI Technische Daten zu Gemini Verbindet New York mit London Datenrate 60 Gbit/s 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 Kilometer an Unterwasserkabel installiert. I-Seminar, SS 1998 Seite -12- by Sandro Emmenegger

13 5. Kosten und Tarife Tarife für eine T1-Leitung ( Mbit/s ) Küste zu Küste ohne Installationen US$ pro Monat WorldCom Sprint MCI AT&T Quelle: Data Communications Feb98 Tarife für eine T1 (1,544 Mbit/s) Mietleitung in die USA Schweiz Italien Spanien Dänemark England Frankreich Irland Portugal Schweden Östereich Belgien Deutschland Norwegen Holland US$ pro Monat US $ Quelle: Data Communications Feb98 * Tarif nicht aus Data Communication (swisscom 1997) I-Seminar, SS 1998 Seite -13- by Sandro Emmenegger ~ *

14 6. Zukunftsausichten 6.1 Atlantic Crossing 1 (AC-1) Besitzer ist Global Telesystems (Investorengemeinschaft) Kilometer 4 Faser-Kabel Datenrate 40 Gbit/s Geplante Inbetriebnahme Ende Oxygen Globales WDM-Netzwerk verbindet 171 Staaten Kilometer-Kabel Start im Dezember 1998 Inbetriebnahme geplant im Jahr 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 I-Seminar, SS 1998 Seite -14- by Sandro Emmenegger

15 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 T1- Mietleitung (1.544 Mbit/s ) Fr im Monat und unterbieten somit WorldCom, Sprint, MCI und AT&T (Tarife Februar 98 ) Meine Schätzung: 84 T1-Träger können auf einen STM-1 ( 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 = Einnahmen pro Monat: x Fr = 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 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 Wir nehmen an, die Auslastung betrage etwa 25% ( 6 Stunden pro Tag ) und teile sich auf beide Dienste (Telefon/Daten) etwa gleich auf. Gesamtkosten : Fr. 825 Millionen pro T1 24-Kanäle à 64 kbit/s Total Kanäle: x 24 = Meine Schätzung: Fr. Einnahmen Datenverkehr: x 0.5 x 0.25 x Fr = Fr pro Minute Einnahmen Telefon ( mit TASI Faktor 5) : x 0.5 x 0.25 x 5 x Fr. 1.- = Fr pro Minute Kabel amotisiert nach ca. 22 Stunden I-Seminar, SS 1998 Seite -15- by Sandro Emmenegger

16 9. Quellenverzeichnis Magazine: Data Communicatin Januar bis Mai 98 C t Magazin für Computertechnik Communication International Nov 97 Communicationsweek International Juni 97 Links: Firmen: MCI: AT&T: Sprint: Cable & Wireless Alcatel Alcatel Submarine Networks Tyco Swisscom British Telecom France Telecom Deutsche Telekom Börsenlink: MCI Investoren-Seite: I-Seminar, SS 1998 Seite -16- by Sandro Emmenegger