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May 11, 2023

Artículo de STF Mag: El auge de los hiperescaladores otorga mayor importancia a las pruebas de cables ópticos submarinos

Como se publicó en la edición de septiembre de la revista SubTel Forum En el último recuento,

Tal como se publicó en la edición de septiembre de SubTel Forum Magazine

Según el último recuento, se estima que hay 436 cables submarinos que se extienden más de 1,3 millones de kilómetros alrededor del mundo, según TeleGeography. Esos cables son esenciales para la forma en que todos nos comunicamos y recopilamos información, ya que transmiten entre el 97 % y el 99 % de los datos del mundo. Para garantizar su implementación y operación adecuadas, y para localizar y reparar eficientemente cualquier falla, se deben incorporar soluciones y procesos de prueba avanzados.

El mantenimiento de las transmisiones a través de cables submarinos tiene un profundo impacto en algo más que la forma en que las personas viven sus vidas. Tiene un gran impacto financiero. Se espera que el mercado global de sistemas de cable submarino crezca de $14,40 mil millones en 2021 a $16,15 mil millones para fines de este año. El crecimiento continuará: alcanzará los 22 700 millones de dólares para 2026, según Research and Markets.

Figura 1: Los cables submarinos se extienden más de 1,3 millones de kilómetros a lo largo del fondo del océano en todo el mundo. Imagen cortesía de TeleGeography.

Hay dos factores principales que contribuyen a este crecimiento:

COVID-19 – La pandemia mundial ha cambiado la forma en que vive la gente. Se espera que los entornos de trabajo remoto continúen en el futuro previsible, creando una mayor demanda de videoconferencias y otras tecnologías de transmisión.

hiperescaladores – Quizás una razón más importante para el creciente despliegue de cables ópticos submarinos es la afluencia de centros de datos de hiperescala. Estas instalaciones son utilizadas por corporaciones tecnológicas globales para brindar servicios clave en todo el mundo. Un centro de datos de hiperescala se define como uno que tiene más de 5000 servidores, ocupa 10 000 pies cuadrados y tiene una arquitectura flexible para una escala homogénea de aplicaciones totalmente nuevas. La figura 2 proporciona la proyección de crecimiento de los centros de datos de hiperescala, según Synergy Research Group.

Figura 2: Los centros de datos de hiperescala serán un factor de crecimiento clave para los cables submarinos en la próxima década.

Los centros de datos de hiperescala son la razón por la que Google, Meta, Microsoft y Amazon son jugadores destacados en el mercado de cables submarinos. Cada uno está haciendo inversiones considerables en nuevos cables submarinos. De hecho, la capacidad desplegada por los operadores de redes privadas, como los hiperescaladores, está superando a los operadores tradicionales de red troncal de Internet. Para 2024, se espera que el grupo posea más de 40 cables de larga distancia que conecten todos los continentes con la excepción de la Antártida.

Comprender los cables submarinos

Con tal inversión vienen expectativas igualmente altas. Los cables submarinos integran varios elementos (figura 3) que deben probarse antes de que los cables se dejen caer al lecho marino a profundidades de más de 3 kilómetros (km). También se debe monitorear los cables para garantizar una transmisión de datos adecuada y para que las redes cumplan con los indicadores clave de rendimiento (KPI). La verificación debe realizarse en:

Figura 3: Componentes principales de un sistema submarino.

Garantía de instalación y funcionamiento

De media, más de 100 cables submarinos sufren una rotura al año. Muchos son causados ​​accidentalmente por barcos de pesca cuando tiran de sus anclas. Sin embargo, dada la creciente importancia del tráfico transmitido a través de cables submarinos, existe una creciente preocupación de que también se puedan realizar actos nefastos para dañar los cables.

Los operadores de red despliegan barcos cableros para tender o reparar cables submarinos. En promedio, uno de estos buques de aguas profundas se encarga cada año para hacer frente al crecimiento de los cables de aguas profundas. Los ingenieros de los barcos que son responsables de tender los cables submarinos se enfrentan a una serie de desafíos. Los ejemplos incluyen comprender todos los requisitos de instalación y conocer los parámetros específicos para la instalación. El reflectómetro de dominio de tiempo óptico coherente (C-OTDR) y las mediciones de OTDR constituyen el método principal para garantizar la colocación adecuada del cable, así como para monitorear el funcionamiento del cable y localizar fallas con precisión cuando ocurren.

Ventajas de un C-OTDR

Un C-OTDR es el instrumento óptimo para medir y caracterizar con precisión la red submarina óptica. Localiza con precisión las fallas dentro de los 10 metros (m). Funciona con los mismos principios básicos de un OTDR. Sin embargo, la tecnología OTDR convencional no es una opción viable porque un EDFA solo amplifica en la dirección de avance y emplea componentes que son unidireccionales. Como resultado, la luz retrodispersada, fundamental para medir el cable óptico, no puede regresar a través de su ruta original.

Para compensar este escenario, la mayoría de los sistemas instalados y planificados incluyen la ruta de retroalimentación óptica antes mencionada dentro del recinto EDFA. La luz de retrodispersión viaja de regreso al C-OTDR usando este camino, lo que permite que un C-OTDR monitoree el cable submarino usando los principios de OTDR. Dos repetidores están conectados por fibra óptica, que suele tener entre 40 km y 90 km de largo, también con fines de prueba.

Un C-OTDR también tiene la capacidad adicional de transmitir en una longitud de onda estrecha ajustable, por lo que el instrumento se usa en una red en vivo junto con el tráfico real dentro de la red DWDM. Para realizar mediciones, el C-OTDR transmite dos pulsos, los cuales generalmente se colocan lo más lejos posible del tráfico en vivo para minimizar la interferencia. Un pulso de sonda se envía a un canal DWDM, mientras que un pulso ficticio ocupa un segundo canal comúnmente adyacente al pulso de sonda. Es necesario un pulso ficticio debido al sistema de control automático de ganancia del EDFA.

En un sistema en vivo, la entrada a un EDFA tiene un nivel de potencia constante a través de múltiples canales. Las pruebas con un C-OTDR a menudo también se completan en un sistema sin tráfico (también conocido como "apagado"). Cuando se prueba en un sistema no iluminado, el control de ganancia EDFA no puede mantener una salida estable debido a la naturaleza de potencia pulsante del C-OTDR. Para compensar, el C-OTDR emite pulsos en dos canales para garantizar un nivel de entrada constante al EDFA. El pulso de prueba se genera por un período corto, mientras que el pulso de carga está encendido por el resto del tiempo designado. La relación entre los dos se determina probando el ancho de pulso seleccionado en el C-OTDR.

En el lado del receptor del C-OTDR, hay varias mejoras sobre un OTDR estándar:

La detección coherente es necesaria porque una red submarina se compone de muchos amplificadores ópticos que aumentan el nivel de potencia a las longitudes de onda DWDM. También aumenta el nivel de ruido espontáneo amplificado (ASE). A medida que cada amplificador eleva el nivel de ASE, el método de detección coherente permite que el C-OTDR detecte señales que normalmente estarían "ocultas" dentro o debajo del ruido.

Localización de fallas más precisa a cualquier profundidad

Un C-OTDR es esencial para el cable submarino porque permite la ubicación precisa de fallas en cualquier longitud de una red submarina. La resolución del punto de datos de muchos OTDR tradicionales generalmente se basa en la configuración de rango de km del instrumento. Por ejemplo, un OTDR con 50 000 puntos de datos se ve afectado por la configuración del rango. Es un problema crítico con las redes submarinas, ya que la distancia en los cables submarinos es varios órdenes de magnitud mayor que las redes terrestres.

Los C-OTDR están diseñados con 1,2 millones de puntos de datos y reducen automáticamente la cantidad de puntos, según la configuración del rango de distancia. Esta última característica tiene varias ventajas:

Cada muestra de 1,2 millones de puntos de datos se promedia a lo largo del tiempo antes de que se muestre la traza en la pantalla del C-OTDR. Se logra un procesamiento más rápido porque se promedian menos puntos de datos cuando se selecciona una configuración de rango de menos de 12,000 km.

El uso de un C-OTDR con menos puntos de datos puede ser perjudicial cuando se deben medir enlaces más largos. Por ejemplo, si el C-OTDR tiene un máximo de 10 000 puntos de datos y el alcance se establece en 8000 km, se creará una imprecisión de punto de datos de 800 m. Como se ve en la figura 4, la imprecisión puede causar demoras prolongadas en la localización de la falla de la fibra final. El resultado es que la red estará inactiva y/o funcionará a un nivel inferior al estándar durante un período más prolongado. Dado el valor y la inversión en las redes, las implicaciones financieras pueden ser astronómicas en tal escenario.

Figura 4: La resolución de un punto de datos C-OTDR afectará la precisión de la medición.

Importancia de medir la potencia de la señal

Múltiples señales láser, hasta 160 o más, de diferentes longitudes de onda se multiplexan en cables submarinos. Es necesario realizar pruebas precisas de la potencia de estas señales para garantizar el funcionamiento de los cables ópticos submarinos. Si la potencia es demasiado baja, la señal no se recibirá en el otro extremo. Si es demasiado alto, la señal puede romper el equipo de transmisión.

Un analizador de espectro óptico (OSA) es un instrumento que muestra la potencia óptica de la señal bajo prueba. El OSA lleva a cabo la relación señal óptica-ruido (OSNR) para obtener mediciones precisas de la potencia del ruido. El método de medición On/Off es más efectivo en cables ópticos submarinos. Permite el análisis OSNR de señales multiplex polarizadas apagando cada canal, por lo que la potencia de ruido de cada uno se puede medir individualmente de acuerdo con IEC61282-12.

Durante la instalación de cables submarinos, el OSA también se utiliza para mediciones adicionales. Entre las otras pruebas que realiza el analizador se encuentran la longitud de onda del canal, la inclinación de la ganancia (planitud de la potencia de cada canal) y el ancho del espectro.

Conclusión

La importancia de los cables submarinos en las redes globales es cada vez mayor con el crecimiento de los centros de datos de hiperescala. Para garantizar el despliegue adecuado de nuevos cables y su funcionamiento continuo, se ha desarrollado una nueva generación de C-OTDR y OSA. Permiten mediciones de distancia extremadamente precisas y una caracterización completa de eventos ópticos en cables ópticos submarinos. La tecnología coherente y la ruta de retroalimentación óptica del cable submarino de los C-OTDR garantizan que se puedan caracterizar miles de kilómetros de fibra de manera rápida y eficiente, lo que ayuda a garantizar que la costosa tarea de restauración de fallas se complete de la manera más rápida y eficiente posible.

Shu Zhuang es gerente sénior de marketing de productos en Anritsu Company. Tiene más de 20 años de experiencia en funciones de marketing de productos, preventa, diseño de redes globales, ingeniería de diseño de sistemas y verificación de sistemas. Tiene un MBA en Ingeniería Eléctrica e Informática del Stevens Institute of Technology.

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