10 малоизвестных фактов о подводных интернет-кабелях
Описывая систему кабелей, которые поддерживают работу Интернета, Нил Стивенсон (Neal Stephenson) как-то сравнил Землю с материнской платой компьютера.
Ежедневно вы видите на улицах телефонные столбы, соединяющие сотни километров проводов, и знаки, предупреждающие о зарытых оптоволоконных линиях, но ведь на самом деле, это лишь малая часть физического облика глобальной Сети. Основные коммуникации прокладываются в самых холодных глубинах океана, и в сегодняшней статье мы перечислим 10 любопытных фактов об этих подводных кабелях.
1. Монтаж кабеля — это медленный, утомительный и дорогостоящий процесс
99% международных данных передается по проводам, лежащим на дне океана, которые называются подводными коммуникационными кабелями. В общей сложности, их длина превышает сотни тысяч миль, а прокладывают такие провода даже на глубине 9 км.
Установка кабелей производится специальными кораблями-укладчиками. Им нужно не просто сбросить на дно провод с прикрепленным грузом, но и проследить за тем, чтобы он проходил только по плоской поверхности, минуя коралловые рифы, обломки затонувших кораблей и другие распространенные препятствия.
Диаметр мелководного кабеля составляет примерно 6 см, а вот глубоководные кабели намного тоньше — толщиной с маркер. Разница в параметрах обусловлена обыкновенном фактором уязвимости — на глубине свыше 2 км практически ничего не происходит, поэтому кабель не нужно покрывать оцинкованным защитным слоем. Провода, расположенные на небольших глубинах, закапывают на дне, используя направленные струи воды под высоким давлением. Хотя стоимость прокладки одной мили подводного кабеля варьируется в зависимости от его общей длины и назначения, этот процесс всегда обходится в сотни миллионов долларов.
2. Акулы пытаются съесть Интернет
Никто не знает, почему именно акулам так нравится грызть подводные кабели. Возможно, это как-то связано с электромагнитными полями. Или же они просто любопытны. А может быть, таким образом они пытаются уничтожить нашу коммуникационную инфраструктуру перед сухопутной атакой. По сути, акулы в буквальном смысле жуют наш Интернет и иногда повреждают изоляцию проводов. В ответ на это такие компании, как Google, покрывают свои коммуникации слоем защитного кевлара.
3. Под водой Интернет уязвим так же, как и под землей
Ежегодно бульдозеры разрушают подземные коммуникационные кабели, и хотя в океане нет подобной строительной техники, под водой проводам угрожают множество других опасностей. Помимо акул, интернет-кабели могут быть повреждены корабельными якорями, рыбацкими сетями и различными стихийными бедствиями.
Одна из компаний, базирующаяся в Торонто, предложила прокладывать такие провода через Арктику, которая соединяет Токио и Лондон. Ранее это считалось невозможным, но климат изменился, и благодаря тающему ледяному покрову данный проект стал вполне реализуемой, но все еще невероятно дорогой задачей.
Помимо акул, интернет-кабели повреждаются корабельными якорями, рыбацкими сетями и стихийными бедствиями
4. Использование подводных кабелей — это далеко не новая идея
Подводный телеграф между Америкой и Европой
В 1854 году начался монтаж первого трансатлантического телеграфного кабеля, который связывал Ньюфаундленд и Ирландию. Спустя 4 года, была отправлена первая передача с текстом: «Лоус, Уайтхаус получил пятиминутный сигнал. Сигналы катушки слишком слабы для передачи. Попробуйте отправлять медленно и размеренно. Я поставил промежуточный шкив. Ответьте катушками». Согласитесь, не очень вдохновляющая речь («Уайтхаусом» здесь называют Уилдмана Уайтхауса (Wildman Whitehouse), занимавшего на тот момент должность главного электрика Атлантической телеграфной компании).
Для исторической справки: в течение этих четырех лет конструирования кабеля Чарльз Диккенс (Charles Dickens) продолжал писать романы, Уолт Уитмен (Walt Whitman) опубликовал сборник «Листья травы» (Leaves of Grass), небольшое поселение под названием Даллас было официально присоединено к штату Техас, а Авраам Линкольн (Abraham Lincoln) — баллотирующийся в Сенат США — выступил со своей знаменитой речью о «Разделенном Доме».
5. Шпионы обожают подводные кабели
В разгар холодной войны СССР часто транслировала слабо закодированные сообщения между своими двумя основными военно-морскими базами. По мнению русских офицеров, в более мощном шифровании данных не было нужды, поскольку базы были напрямую соединены подводным коммуникационным кабелем, располагающимся в советских территориальных водах, которые кишели всевозможными датчиками. Они считали, что американцы никогда не рискнули бы начать Третью Мировую Войну, пытаясь получить доступ к этим проводам.
Советские военнослужащие не брали в расчет Halibut — специально оснащенную подводную лодку, способную проскользнуть мимо оборонных сенсоров. Эта американская лодка нашла подводный кабель и установила на него гигантское прослушивающее устройство, после чего ежемесячно возвращалась на место для сбора всех записанных сообщений. Позже эта операция под кодовым названием «Ivy bells» была скомпрометирована бывшим аналитиком АНБ, Рональдом Пелтоном (Ronald Pelton), который продал информацию о миссии «советам». В настоящее время прослушивание подводных интернет-кабелей является стандартной процедурой для большинства шпионских агентств.
6. Правительства используют подводные кабели, чтобы избежать шпионажа
В сфере электронного шпионажа Соединенные Штаты обладали одним весомым преимуществом перед другими государствами: их ученые, инженеры и корпорации принимали активное участие в построении глобальной телекоммуникационной инфраструктуры. Основные потоки данных пересекают американскую границу и территориальные воды, что позволяет перехватывать множество сообщений.
Когда документы, украденные бывшим аналитиком АНБ Едвардом Сноуденом (Edward Snowden), обнародовали, многие страны с возмущением восприняли действия американских шпионских ведомств, которые тщательно отслеживали передачу иностранных данных. В результате, некоторые государства пересмотрели саму инфраструктуру Интернета. Бразилия, к примеру, решила проложить подводный коммуникационный кабель аж до Португалии, полностью минуя территорию США. Более того, они не позволяют американским компаниям участвовать в разработке проекта.
7. Подводные интернет-кабели — быстрее и дешевле, чем спутники
Сейчас на нашей орбите находится около 1 000 спутников, мы отправляем зонды на кометы и даже планируем миссии с высадкой на Марс. Кажется, будто создавать виртуальную коммуникационную сеть нужно именно в космосе, хотя нынешний подход с использованием подводных кабелей ничем не хуже. Но разве спутники не превзошли эту устаревшую технологию? Как выясняется, нет.
Несмотря на то, что волокно-оптические кабели и спутники изобрели примерно в одно время, космические аппараты имеют два существенных недостатка: задержка и повреждение данных. Отправка сообщений в космос и обратно действительно занимает много времени.
Между тем, оптические волокна могут передавать информацию практически со скоростью света. Если вы хотите посмотреть, каким бы был Интернет без подводных кабелей, посетите Антарктиду — единственный континент, не имеющий физического подключения к Сети. Местные исследовательские станции полагаются на спутники с высокой пропускной способностью, но даже этой мощности не хватает, чтобы передать все данные.
Антарктида — единственный континент, не имеющий физического подключения к Сети
8. Забудьте о кибервойнах — чтобы нанести Интернету реальный ущерб, вам понадобится акваланг и пара кусачек
Хорошая новость заключается в том, что перерезать подводный коммуникационный кабель довольно сложно, ведь в каждом таком проводнике напряжение может достигать нескольких тысяч вольт. Но как показал случай, произошедший в Египте в 2013 году, сделать это вполне возможно. Тогда к северу от Александрии были задержаны несколько человек в гидрокостюмах, которые намеренно перерезали подводный кабель длиной 12 500 миль, соединяющий три континента. Скорость интернет-соединения в Египте была снижена на 60% до тех пор, пока линию не восстановили.
9. Подводные кабели нелегко ремонтировать, но за 150 лет мы все-таки научились нескольким трюкам
Если вы считаете, что замена кабеля локальной сети, который находится за вашим столом — это сложный и мучительный процесс, попробуйте починить твердый садовый шланг на дне океана. Когда подводные коммуникации повреждаются, на место отправляются специальные ремонтные корабли. Если провод находится на мелководье, роботы фиксируют его и тащат на поверхность. Если же кабель расположен на большой глубине (от 1900 метров), инженеры опускают на дно специальный захват, подымают провод и ремонтируют его прямо над водой.
10. Срок службы подводных проводников Интернета — не более 25 лет
По состоянию на 2014 год, на дне океана было проложено 285 коммуникационных проводов, 22 из которых все еще не используются. Срок эксплуатации подводного кабеля не превышает 25 лет, ведь в дальнейшем он становятся экономически невыгодным с точки зрения мощности.
Тем не менее, за последние десять лет мировое потребление данных пережило настоящий «взрыв». В 2013 году на одного человека приходилось 5 гигабайт интернет-трафика, и по мнению экспертов, к 2018 году этот показатель увеличится до 14 Гб. Вполне возможно, что при таком стремительном росте мы столкнемся с проблемами мощности и будем вынуждены обновлять коммуникационные системы намного чаще. Однако в некоторых местах за счет новых методов фазовой модуляции и улучшенных автоматизированных подводных терминалов мощность удалось повысить на 8000%. Так что, судя по всему, к большим потокам трафика подводные провода более, чем готовы.
На дне: подводные кабели и межконтинентальный интернет
Пропал интернет? Возможно, его съели акулы или корабельные черви.
Иллюстрация: Катя Павловская для Skillbox Media
Рустам Сабиров
Востоковед, интересующийся IT. В прошлом редактор раздела «Системный блок» журнала «Fакел», автор журналов Computer Gaming World RE, Upgrade Special, руководитель веб-ресурсов компании 1С-Softclub.
Мы привыкли к беспроводному интернету, читаем про стремительное развитие спутниковой связи и надеемся, что вскоре полностью избавимся от проводов. Но суровая правда в том, что почти 95% глобального интернет-трафика идёт по подводным кабелям, расположенным на дне океанов. Из этой статьи вы узнаете, как развивались межконтинентальные линии связи и какие опасности поджидают их в воде.
Королева на связи: в начале был телеграф
Идею создания трансатлантического кабеля впервые выдвинули в 1839 году, после того как Уильям Кук и Чарльз Уитстон представили работающий телеграф. К 1850 году была проложена первая линия связи между Великобританией и Францией через Ла-Манш. Её успех показал, что прокладка подводного кабеля большой протяжённости возможна.
Примерно тогда же инженер-телеграфист из Новой Шотландии Фредерик Гисборн вместе с бизнесменом Сайрусом Филдом решили протянуть кабель через Атлантику. Однако первая попытка, предпринятая в 1857 году, провалилась. Кабель, который тянули с суши, оборвался на глубине почти 3200 м, и операцию пришлось прервать на год.
В 1858 году два корабля — «Агамемнон» и «Ниагара» — решили закончить начатое дело. Они приплыли на середину Атлантики каждый со своим фрагментом кабеля. Его части соединили и начали разматывать — один корабль поплыл на восток, к острову Валеншия, а другой — на запад, в сторону Ньюфаундленда. Несмотря на несколько разрывов и отчаяние некоторых руководителей компании, всё закончилось хорошо — каждый из кораблей достиг суши и соединил морскую часть кабеля с наземной.
Первое официальное сообщение — обращение британской королевы к президенту США — было отправлено 16 августа 1858 года. Это и последующие послания передавались с помощью азбуки Морзе.
«Президенту Соединённых Штатов, Вашингтон.
Королева желает поздравить Президента с успешным завершением этой великой международной работы, к которой Королева проявляет глубочайший интерес. Королева уверена, что Президент присоединится к ней в надежде, что электрический кабель, который теперь соединяет Великобританию с Соединёнными Штатами, станет дополнительным связующим звеном между народами, дружба которых основана на их общих интересах и взаимном уважении».
Текст телеграммы от королевы Виктории президенту Джеймсу Бьюкенену.
Royal Collection Trust
Хотя на отправку сообщения из 98 слов потребовалось 16 часов, в городах прошёл праздник. В Нью-Йорке дали салют из 100 орудий, звонили колокола церквей, а улицы были увешаны флагами.
«Когда 16 августа было получено послание от королевы Виктории президенту Бьюкенену, начались новые ликования и демонстрации, причём такие, что от фейерверка загорелась крыша нью-йоркской ратуши и всё здание едва удалось спасти от пламени. В Англии Чарльз Брайт в возрасте 26 лет получил рыцарское звание за свою работу в качестве главного инженера проекта».
Артур Кларк.
How the World Was One: Beyond the Global Village
Однако праздник был недолгим. Один из главных участников проекта Уайтхаус, врач по образованию, плохо разбирался в физике, но активно внедрял свои идеи. Пытаясь ускорить передачу сообщений, он несколько раз пропустил через кабель напряжение около 2000 вольт, что в итоге повредило его изоляцию, и он вышел из строя. Уайтхауса в итоге уволили. К этому моменту через океан удалось передать всего 732 сообщения.
Позднее Филд представил усовершенствованную модель кабеля: он состоял из семи скрученных нитей чистой меди, покрытых компаундом Чаттертона , затем четырьмя слоями гуттаперчи , чередующимися с четырьмя тонкими слоями компаунда. Звучит сложно, но это ещё не всё. Сам сердечник тоже имел сложное многослойное строение. Он был дополнительно покрыт пенькой , пропитанной консервирующим раствором, на которую спирально намотаны восемнадцать нитей высокопрочной стальной проволоки, каждая из которых была покрыта тонкими нитями манильской пряжи, смоченной в консерванте. И всё это ради защиты кабеля от повреждения при повышении напряжения.
В 1865 году корабль «Грейт Истерн» отплыл от острова Валеншия вблизи Ирландии, чтобы проложить новый кабель. Но на 1968-м километре работ он оборвался и исчез в морской пучине. Летом 1866 года «Грейт Истерн» вместе с другими кораблями снова вышел в море, чтобы закончить начатое и попытаться найти утерянный кабель. Несмотря на сложность задачи, им удалось его обнаружить. Правда, в ходе работ они снова его теряли несколько раз и снова находили. В конце концов найденный кабель соединили с новым.
Скорость передачи информации на линии 1858 года была очень плохой: один символ доходил до адресата за две минуты, а одно слово — за 10 минут. Кабель 1866 года передавал уже восемь слов в минуту. Но были и минусы. Так, отправка одного слова стоила 10 долларов, а минимальный объём сообщения был 10 слов. На 100 долларов в те времена обычный работник фермы мог прожить около двух месяцев. Поэтому телеграфной связью пользовались в основном крупные компании.
В 1873, 1874, 1880 и 1894 годах были проложены дополнительные кабели, и к концу XIX века они соединили Европу и Северную Америку в сложную сеть телеграфной связи. К концу 1920-х годов скорость передачи информации достигла 200 слов в минуту и стала стандартом. Распространение трансатлантической связи привело к увеличению торговли между материками и снижению цен на товары.
Новая надежда: телефон
Вскоре после изобретения телефона в 1875 году Британская почта проложила телефонный кабель через Ла-Манш, но на больших расстояниях сигнал искажался из-за недостатков гуттаперчевой изоляции.
Примечательно, что телеграфная связь, основанная на передаче символов, была, по сути, цифровой, то есть ближе к современным технологиям, чем пришедшая ей на смену аналоговая телефонная.
Открытие полиэтилена в 1933 году сделало возможной трансокеанскую телефонию, так как новый материал обеспечивал более надёжную изоляцию проводов. В 1938 году появился кабель в полиэтиленовой оболочке с медной коаксиальной жилой , способный передавать несколько голосовых каналов одновременно. Эта новинка, а также создание ретрансляторов для усиления сигналов дали новый шанс развитию межконтинентальной связи.
В 1955–1956 годах между Шотландией и Ньюфаундлендом были проложены два кабеля в рамках совместного предприятия Британской почты, Американской телефонной и телеграфной компании (AT& T) и Канадской корпорации зарубежных телекоммуникаций. Система, названная TAT-1, вступила в строй 25 сентября 1956 года, и в первый день работы по ней было осуществлено 707 звонков между Лондоном и Северной Америкой. С этого момента началась эра подводной телефонной связи.
Телефонная связь помогла повысить стабильность связи и ускорить обмен данными. Но у неё были и недостатки. Например, низкая пропускная способность и необходимость использовать ретрансляторы для усиления сигнала. С каждой новой версией кабеля расстояния между ретрансляторами уменьшались, а их количество увеличивалось. Так, для ТАТ-7 понадобилось 677 устройств, устанавливаемых на дне океана с интервалом в 9 км. Это делало технологию очень дорогой, так как ретрансляторы надо было не только установить, но и обслуживать. Поэтому начались работы по поиску альтернативы для телефонной связи. И вскоре её нашли.
Почти со скоростью света: оптоволокно
В 1979 году было проведено первое в мире испытание подводного оптоволоконного кабеля. Оно показало, что такой кабель может выдерживать механические нагрузки, связанные с прокладкой в воде, а также сохранять стабильность, необходимую для передачи данных на большие расстояния.
В 1988 году был проложен первый трансокеанский оптоволоконный кабель — ТАТ-8, соединивший США, Великобританию и Францию. Это событие совпало с появлением и развитием интернета. ТАТ-8 фактически обеспечил инфраструктуру для новой технологии, способствуя революции в сфере коммуникаций.
Оптоволоконные кабели и спутники связи были разработаны примерно в одно и то же время — в 1960-е годы. Но у спутников есть две проблемы: задержка сигнала и потеря битов.
Передача и приём сигналов в космос и из космоса требуют времени, тогда как оптические волокна могут передавать информацию со скоростью 99,7% от световой. Чтобы понять, каким был бы интернет без подводных кабелей, нужно поехать в Антарктиду — единственный континент, не имеющий физического подключения к Сети. Там всё зависит от спутников.
«Сегодня мы воспринимаем провода как нечто само собой разумеющееся. Это очень неразумно. Люди, пользующиеся интернетом (или тем более звонящие по междугородним телефонам), но не знающие о проводах, подобны миллионам самодовольных автомобилистов, которые заливают бензин в свои машины, не задумываясь, откуда он взялся и как попал на заправочную станцию».
Оптоволоконная связь основана на кодировании данных в виде световых импульсов, что значительно повышает скорость их передачи. Первоначально одна пара волокон могла передавать в 3–4 раза больше информации, чем самая современная аналоговая система.
Сегодня кабель с несколькими оптоволоконными парами обеспечивает миллионы телефонных звонков одновременно. При этом по размеру он гораздо меньше аналоговых предшественников. Например, глубоководные типы кабеля по диаметру схожи с садовым шлангом и не превышают в толщину 2 см. Это облегчает и ускоряет их прокладку на океаническом дне.
Оптоволоконная связь решила проблему и с большим количеством ретрансляторов. На смену прежним пришли оптические усилители — стеклянные нити, содержащие эрбий . Это позволило устанавливать их через каждые 70, а не 9 км, что снизило стоимость прокладки новых линий.
Рыбаки и рыбки: как прокладывают кабель
Выбор маршрута прокладки подводного кабеля — комплексная и масштабная задача. Сначала геологи собирают имеющуюся гидрологическую и геологическую информацию о соответствующем регионе: глубину воды и топографию морского дна, тип и толщину отложений. После этого изучают морскую фауну и флору, а также потенциальные природные или антропогенные опасности; заказывают отчёты о рыболовстве и разрешениях на его проведение, изучают экологическую ситуацию, встречаются с местными чиновниками и заинтересованными компаниями. И только затем разрабатывают оптимальный маршрут новой линии связи.
«В Музее подводной телеграфии в Порткурно (Англия) есть экспозиция, где на деревянной доске закреплены фрагменты кабелей. На каждом из них указана причина поломки, причём некоторые из них звучат драматично, другие загадочно, а некоторые и так, и эдак: трал траулера, разрыв жилы, корабельные черви, крабы, укус рыбы, даже „расплетение итальянцами“».
Было установлено, что с 1877 по 1955 год 16 повреждений подводных телеграфных кабелей были связаны с китами. Нередки случаи перекусывания их акулами. В 2020 году четыре страны на побережье Южной Африки остались практически без интернета — два подводных кабеля, соединяющие их с Португалией и Испанией были оборваны. Предположительно это могли сделать акулы, привлеченные электромагнитными полями или просто проявившие любопытство.
Нападение акулы на подводный кабель
Подводные линии связи могут быть повреждены преднамеренно. В самом начале Первой мировой войны, в 1914 году, британцы перерезали немецкий кабель, соединявший Германию с Канарскими островами. В Египте в 2013 году аквалангисты намеренно повредили кабель «Юго-Восточная Азия — Ближний Восток — Запад — Европа 4», соединявший три континента. В итоге скорость интернета в Египте упала на 60%, пока не удалось восстановить линию.
«По этим кабелям передаётся напряжение в тысячи вольт. Попытка перерезать такую линию может легко привести к смерти, поэтому саботаж довольно необычен и очень опасен».
Марк Симпсон,
генеральный директор SEACOM. Wired
По статистике, на сегодняшний день около 150–200 повреждений океанических кабелей в год связаны с коммерческим рыболовством, судоходством и с подводными землетрясениями.
Без проводов никуда: будущее кабельной связи
На начало 2023 года в мире насчитывалось более 500 кабелей общей протяжённостью 1,3 млн км. Их производством, прокладкой и обслуживанием почти полностью занимаются частные компании. Крупнейшие из них: Alcatel Submarine Networks (Франция), SubCom (США), NEC (Япония) и Huawei Marine Networks (Китай). Также активно инвестируют в эту сферу контент-провайдеры Google, Amazon, Microsoft и другие.
Когда вы смотрите ролики на YouTube, слушаете музыку или, возможно, читаете эту статью, велика вероятность, что они попали к вам именно через подводный кабель. Но это далеко не вся польза от межконтинентальной связи. Только финансовый сектор ежедневно отправляет по подводным каналам переводов на сумму около 10 трлн долларов.
Эксперты считают, что потребность в подводных кабелях будет расти, поскольку растёт спрос на передачу данных. Благодаря переходу на облачные сервисы и распространению сетей 5G в ближайшем будущем требования к пропускной способности каналов будут увеличиваться почти вдвое каждые два года.
Современные подводные кабели — это высокотехнологичная сфера, использующая передовые достижения в области оптики, материаловедения и обработки данных. В настоящее время пропускная способность трансатлантического соединения может достигать 250 ТБ/с, что примерно равно одновременной потоковой передаче 3,3 млн видеороликов с разрешением 4K.
Если тема вас заинтересовала, то откройте Submarine Cable Map — это интерактивная и обновляемая карта подводных кабелей. Можно посмотреть, какие линии вообще есть, какие точки они соединяют, а также получить информацию о датах прокладки связи, протяжённости и других характеристиках.
Больше интересного про код — в нашем телеграм-канале. Подписывайтесь!
Интернет на дне океана — ТОП-5 фактов про подводные кабели
Возможно, вы догадываетесь кто проживает на дне океана. Но знаете ли вы, что там есть интернет? А что все континенты связаны между собой кабелями, которые проложены под водой? Команда GigaTrans собрала ТОП-5 самых интересных фактов про интернет-кабели на дне океанов.
Подводный кабель укладывают специальные корабли
Прокладка кабеля — это многолетний процесс, который стоит миллионы долларов.
У закладки подводного кабеля много особенностей. Процесс начинается с просмотра военно-морских карт, чтобы проложить лучший маршрут. Кабель лучше всего прокладывать на большой глубине — там ему ничего не грозит, кроме морской воды и давления. Чем ближе к берегу, тем ситуация становится сложнее. Кабель, толщиной всего в несколько сантиметров, должен быть защищен от окружающей среды. Поэтому кабель, который прокладывают на мелкой береговой линии с большим количеством камней, специалисты дополнительно покрывают броней.
Кабель укладывают специальные судна.
Корабли-кабелеукладчики наносят на карту морского дна траекторию, по которой в будущем проложат кабель. Специалисты избегают мест, где много подводных течений, вулканических зон и резких перепадов высот на дне.
Когда маршрут проложен, а береговые соединения надежно закреплены, судна начинают укладывать кабель. Поскольку процесс сложный, работы могут длиться до нескольких лет.
Крупнейший подводный кабель укладывали более двух лет
Кабель Marea длиной 6 тысяч километров, соединяет США и Южную Европу. Работы по его закладке заняли несколько лет, ведь весит он более 4,6 миллионов килограмм — что в среднем равно весу 32 синих китов.
Сегодня Marea считается одним из наиболее высокопроизводительных кабелей в мире. Исследования 2020 года установили отраслевой рекорд — скорость передачи данных по кабелю Marea достигла значения 30 Тбит/с.
Подводные кабели не уступают по скорости и цене даже спутникам
В эпоху технологий, кажется, что космос — это идеальное место для соединения «всемирной паутины», а используемая с 1960 года закладка подводных кабелей, давно устарела. Но и сегодня кабель остается лучшим способом передачи информации.
Главный недостаток «космической связи» — задержка и потеря битов. Для отправки сообщения в космос и получения ответа нужно время. А с помощью кабеля информацию отправить проще и быстрее.
Исследователи из Саутгемптонского университета в Англии создали оптические волокна, которые могут передавать данные со скоростью 99,7% от предельной скорости Вселенной (скорости света). Передача данных с помощью таких волокон достигла 73,7 Тб/с. А спутники в среднем обеспечивают скорость загрузки всего лишь до 60 Мбит/с, что. Это в миллион раз медленнее.
Чтобы по-настоящему «содрогнуть» мир интернета вам понадобится акваланг и пара кусачек
Подводный кабель крайне сложно перерезать – и дело не только в его толщине. Через него проходит более тысячи смертоносных вольт, что в опасно для жизни. Но несмотря на это, повреждения кабелей под водой случаются.
Кабель на дне океана
Наша планета прочно опутана кабелями связи, словно паутиной. При этом около 99% межконтинентальных данных передаются по кабелям, проложенным на дне океана. Они тянутся между материками, обходя только Антарктиду – единственный континент, не имеющий физического подключения в Сети. По оценкам аналитиков, общая протяженность подводных проводов составляет порядка 1,2 млн км.
Тем не менее, изначально проложить кабель связи по дну океана на значительные расстояния оказалось не такой уж и простой задачей. Несколько раз были зафиксированы обрывы провода и пробои изоляции. Однако уже к концу ХIХ века прокладка трансокеанического кабеля стала реальностью.
Первый подводный кабель представлял собой коаксиальный кабель со сплошной полиэтиленовой изоляцией. Именно он был взят за основу для изготовления последующих кабелей для подводной прокладки.
Современные оптоволоконные кабели оснащены многоуровневой защитой от соленой морской воды и возможных механических повреждений. Что может представлять угрозу для таких коммуникаций? Прежде всего, это морские суда и рыбацкие сети. Кроме того, им угрожают природные катастрофы и даже обитатели морских глубин.
Как это ни удивительно, но акулам и их хищным собратьям очень нравится жевать провода. Защищаясь от острых зубов глубоководных хищников, крупные компании (например, Google) наносят на свои кабели слой защитного кевлара – прочного пара-арамидного волокна.
Эксперты признают, что толщина подводных кабелей разная. Как правило, чем ближе к поверхности океана расположен провод, тем толще слой его защитной оболочки. Именно она защищает кабель от повреждений морскими судами. На небольших глубинах провода укладываются в предварительно вырытые траншеи. Диаметр мелководного кабеля не превышает 6 см, в то время как глубоководные кабели намного тоньше. Их диаметр составляет всего 1,7 см.
Нередко провода выходят из строя по причине опасных метеорологических явлений. К примеру, в октябре 2012 года мощный тропический циклон «Сэнди», причинивший серьезный ущерб северо-восточным штатам США, повредил множество проводов в Нью-Йорке и Нью-Джерси – основных точках выхода кабелей на берег. В результате интернет-сообщение между Северной Америкой и Европой отсутствовало на протяжении нескольких часов.
Кабели сложно перерезать, но иногда злоумышленникам это все же удается. В 2013 году в Египте были задержаны аквалангисты, которые преднамеренно повредили глубоководный кабель длиной 20 тыс. км, соединявший пользователей трех континентов. Действия преступников привели к тому, что скорость интернет-соединения в стране упала до 40%. Впоследствии линия была восстановлена.
В современных оптоволоконных кабелях пучок передающих волокон находится в гелевом гидрофобном наполнителе внутри алюминиевой или медной трубки, которая покрывается слоем поликарбоната и алюминиевым экраном. Над этим слоем находится еще один, состоящий из скрученной стальной проволоки, обернутой изоляционной майларовой лентой. Снаружи провод «одет» в полиэтиленовую рубашку.
Второй вариант – кабель с профилированным несущим сердечником. В нем до восьми оптических пар располагаются внутри каждого из шести экструдированных в полиэтиленовом шнуре каналов, которые заполнены гелем. Пары защищены майларовой лентой, медным экраном и массивной оплеткой, выполненной из полиэтилена. В центре шнура проложена толстая стальная проволока, придающая кабелю жесткость.
Сегодня мировой спрос на трафик остается колоссальным. По данным экспертов из аналитического агентства Telegeography, начиная с 2007 года он увеличивается на 100% в год. Подводные линии электропередач разрастаются вместе с развитием зеленых технологий.
Лидирующие позиции в мире подводных коммуникаций принадлежат Соединенным Штатам. Однако в последнее время это утверждение пытается оспорить Китай. А если быть точнее, гигантский технологический конгломерат Huawei Technologies, который занимается созданием инфраструктуры пятого поколения мобильной связи. По прогнозам экспертов, настоящий «5G бум» ожидается в 2020 году, когда большинство операторов стандартизируют свои сети под новый формат.
Ожидается, что технологии 5G смогут обеспечить более высокую пропускную способность по сравнению с технологиями 4G, что сделает широкополосную мобильную связь более доступной, позволит наладить сверхнадежные масштабные системы коммуникации между устройствами, минимизирует время задержки, повысит скорость интернета от 1 – 2 Гбит/с, что благоприятно скажется на развитии Интернета вещей.
На данный момент в активе Huawei Technologies насчитывается около сотни подводных кабелей. В 2018 году компания завершила реконструкцию глубоководного оптоволоконного кабеля длиной 11,5 тыс. км, соединяющего Португалию с ЮАР. Однако она не собирается останавливаться на достигнутом. После разоблачений Эдварда Сноудена, рассказавшего, как британские и американские спецслужбы «прослушивали» более 200 кабелей в рамках обширного шпионского проекта, многие страны заинтересованы в безопасности информационных путей и не доверяют компаниям из США.
На сегодняшний день самым высокопроизводительным кабелем в мире является Marea. До начала его строительства, стартовавшего в августе 2016 года, пальма первенства принадлежала кабелю FASTER, проложенному из США в Японию. На тот момент самым быстрым был он, по нему можно передавать до 60 Тбит данных в секунду.
Высокотехнологичный подводный кабель Marea был проложен тремя крупнейшими компаниями: Microsoft, Facebook и Telxius по дну Атлантического океана на глубине 5 200 м ниже уровня моря. Он соединил Вирджинию-Бич (США) с Бильбао (Испания). Длина чудо-коммуникации составляет 6 600 км, а общая масса достигает 4 650 т. Пропускная способность кабеля – 160 Тбит данных в секунду.
Marea проложен по дну океана с расчетом на будущее: с увеличением численности пользователей Сети именно этот кабель способен обеспечить удобный трафик новым потребителям из стран Африки, Азии и Ближнего Востока. Важным достоинством Marea является и то, что в будущем его можно будет кастомизировать и настраивать для взаимодействия с различными сетевыми устройствами.
Самый высокотехнологичный подводный кабель состоит из восьми пар оптоволоконных кабелей, которые надежно защищены от механических повреждений и проникновения влаги медью, пластиком и водонепроницаемой изоляцией. Большая часть кабеля лежит на дне океана. На мелководье он вкопан в землю, чтобы предотвратить возможные порывы или нарушение целостности оболочки проходящими рядом с ним судами. Ожидаемый срок службы Marea – 25 лет.
Создание подводных коммуникаций – процесс сложный и трудоемкий. Как правило, его доверяют специалистам высочайшего уровня, способным выполнить поставленную задачу с хирургической точностью даже в самых экстремальных условиях.
На начальном этапе прокладывается оптимальный маршрут. При помощи специальных судов, оборудованных гидролокаторами, подводными аппаратами с дистанционным управлением, акустическими профилометрами Доплера для измерения течений, исследователи изучают морское дно, по которому вскоре будет проложен кабель.
В ходе исследования океанологи фиксируют и анализируют высотный профиль маршрута, состав грунта, интенсивность течений, наличие природных и искусственных препятствий на пути прокладки. Кроме того, особое внимание уделяется сейсмической активности зоны. На основании собранных данных в дальнейшем составляется конфигурация линии и технологическая карта прокладки.
Глубоководные коммуникации прокладываются с помощью судов-кабелеукладчиков. Кардинальных различий между кабельными судами для прокладки силовых и коммуникационных линий нет. «Силовики» чаще работают в прибрежной зоне, а оптические кабели прокладываются в открытом море.
Характерной особенностью кабелеукладчиков является малая рабочая усадка, которая не превышает 10 м. Кроме того, кабельные суда должны быть оснащены системами динамического позиционирования и гидроакустической ориентации, а также иметь чувствительные движители, способные максимально точно регулировать скорость.
Современные кабелеукладчики оборудованы многошкивной кабельной лебедкой, развивающей тягу до 50 т. Такие машины спускают кабель в воду со скоростью 1,5 км/ч.
Как правило, укладку кабеля начинают с суши. Решение этой задачи поручают команде опытных водолазов. Кабельное судно подходит как можно ближе к береговой линии и стравливает в воду отрезок нити необходимой длины. Кабель соединен с вытяжным тросом, предварительно заведенным с берега через врытую в грунт трубу.
В ходе работы вытравленный участок кабеля фиксируется на поверхности воды с помощью специальных поплавков, препятствующих спутыванию и появлению критических перегибов. Вывод троса и кабеля на соединительный щиток контролируется с помощью телекамер, поскольку в дальнейшем для устранения повреждений на этом участке потребуется гораздо больше усилий, чем на каком-либо другом.
Во время укладки кабеля постоянно контролируется его целостность. Если кабель силовой – подается напряжение. Целостность коммутационного кабеля проверяется с помощью сигнала. Если повреждения не обнаружены, трубу замуровывают со стороны моря. Затем из нее откачивают воду, заливают внутрь антикоррозийную смесь, нейтрализующую водные бактерии, и раскислитель, который поглощает кислород. Несмотря на кажущуюся простоту, именно береговая укладка кабеля является самым долгим и трудоемким этапом работ.
Однако и в открытом море специалистов могут поджидать определенные трудности. Рельеф морского дна редко бывает идеальным, пригодным для свободной укладки кабеля, когда нить опускают непосредственно на грунт. В большинстве случаев грунт неровный, а кабель должен быть уложен на дно таким образом, чтобы на этих участках он не провисал.
Любые возвышенности на дне необходимо устранить. Если в силу ряда причин это сделать невозможно, кабель прокладывают в обход преграды или копают длинный глубокий ров. Во время проведения подводных работ неоценимую помощь инженерам оказывают глубоководные аппараты с дистанционным управлением через шланг-кабель.
Для устранения более серьезных препятствий на пути прокладки кабеля инженеры используют арочные системы перехода. В таких случаях кабель укладывается в специальный рукав и подвешивается с помощью заякоренных герметичных стальных баллонов, наполненных воздухом.
Если на пути прокладки кабеля уже проложен «попутный» трубопровод, нить фиксируется на нем с помощью специальных клипс. В случаях, когда через трубу приходится «перешагивать», используются бетонные мосты или защитные рукава. В нужном месте эти конструкции устанавливаются подводными аппаратами.
В зоне, где зафиксированы сильные донные течения, кабель, имеющий цилиндрическую форму, подвержен разрушительному действию вихревых вибраций. Со временем эти, казалось бы, незаметные высокочастотные колебания могут разрушить даже железобетонные блоки. Чтобы предотвратить разрушение кабеля, нить одевают в пластиковое оперение, изготовленное в виде спирали.
Для защиты кабеля от трения о скалистый грунт, которое может привести к нарушению целостности как изоляции, так и самой магистрали, используются ленточные протекторы или эластичные полиуретановые маты. Удлинение, разветвление кабеля, установка усилителей и контроллеров выполняются на судне до укладки этого участка нити на дно. На финише кабелеукладчик дублирует операцию по выводу линии на берег. Затем магистраль тестируется и только после этого вводится в эксплуатацию.