По состоянию на начало 2024 года числится 574 действующих и планируемых подводных кабеля. Общее количество действующих кабелей постоянно меняется по мере ввода в эксплуатацию новых кабелей и вывода из эксплуатации старых.
Через холодные глубины мирового океана протянута сеть многомиллионных кабелей, которые стали неотъемлемой частью нашей жизни в Интернете. Эти кабели толщиной с садовый шланг - чудо высоких технологий. Что делает их особенными? Давайте разберемся в этом вопросе.
Спутниковая связь VS трансатлантический ВОЛС
Хотя спутниковая связь становится все более важной благодаря орбитальным системам, таким как Starlink компании SpaceX, подводные кабели являются рабочими лошадками мировой торговли и связи, по которым передается более 99% трафика между континентами.
Примерно 10 лет назад многие традиционные операторы связи начали уделять особое внимание беспроводным сетям и тому, что происходит в их сетях "последней мили", - говорит Фрэнк Рей (Frank Rey), руководитель направления гипермасштабных сетевых подключений в подразделении облачных вычислений Azure компании Microsoft. Ожидание новых кабелей становилось все более долгим: только фаза планирования растягивалась на три-пять лет. Гипермасштабам нужно было взять ситуацию под контроль.
Первые подводные кабели проходили по основным коммуникационным маршрутам, таким как Лондон - Нью-Йорк. Они по-прежнему важны, но новые маршруты доставляют пропускную способность далеко за пределы проторенной дороги: к западному побережью Гренландии, вулканическому острову Святой Елены к западу от Африки, южной оконечности Чили, островным государствам Тихого океана, городу Ситка на Аляске с населением 8000 человек.
Все это - часть постепенной трансформации подводных коммуникаций. Если раньше кабели были исключением, связывая несколько приоритетных городских центров, то теперь они становятся всемирной сеткой. Другими словами, несмотря на высокую стоимость и экзотические технологии, подводные кабели становятся похожими на остальной интернет.
"Сейчас много говорят о том, что космос - это следующий спорный домен. Но я думаю, что подводный мир будет очень спорным доменом", - говорит Стив Боушер, президент In-Q-Tel, некоммерческой организации, которая инвестирует в стартапы правительственных агентств США. "Они станут мишенями в любом кинетическом конфликте".
Но по мере того как все больше интернет-трафика проходит по подводным кабелям, появляются и причины для беспокойства. Риски очевидны: Вьетнам в 2023 году в течение нескольких месяцев страдал от перебоев в работе Интернета по всем пяти кабелям, а взрыв вулкана на острове Тонга на несколько недель лишил его большинства коммуникаций.
Но эти риски перевешивают вполне реальные выгоды - от макроэкономических до сугубо личных. Сеть становится все более надежной и функциональной благодаря более высоким скоростям и увеличению числа новых кабелей, расширяющих сеть за пределы сегодняшних 870 000 миль маршрутов, и это побуждает все больше и больше стран присоединяться к ней.
По прогнозам компании TeleGeography, в период с 2023 по 2025 год на строительство новых подводных кабелей по всему миру выделено 10 миллиардов долларов. Уже построены такие кабели, принадлежащие Google, как Curie, Dunant, Equiano, Firmina и Grace Hopper.
История возникновения подводных коммуникаций
Современные кабели передают сотни терабит данных в секунду, но их технология берет свое начало в 1800-х годах, когда ученые и инженеры, такие как Вернер Сименс, придумали, как прокладывать телеграфные кабели под реками, Ла-Маншем и Средиземным морем. Многие из ранних кабелей потерпели неудачу, в том числе потому, что вес кабеля, проложенного по дну океана, мог разорвать его на две части.
Первый успешный проект трансатлантического кабеля проработал всего три месяца в 1858 году, после чего вышел из строя и мог передавать только чуть больше одного слова в минуту.
Но инвесторы, жаждущие нажиться на быстрой связи, способствовали разработке более совершенных технологий. Более высокая чистота меди улучшила передачу сигнала, более прочная оболочка уменьшила количество разрывов кабеля, ретрансляторы, периодически устанавливаемые вдоль кабеля, увеличили силу сигнала, а полиэтиленовая изоляция заменила прежний резиноподобный материал, добываемый из гуттаперчевых деревьев.
Телефонные звонки со временем заменили телеграфные сообщения, что еще больше продвинуло технологию вперед. Трансатлантический кабель, проложенный в 1973 году, мог обслуживать 1800 одновременных разговоров. В 1988 году компания AT&T установила первый трансатлантический кабель, в котором вместо медных проводов использовались оптоволоконные нити, что позволило увеличить пропускную способность до 40 000 одновременных телефонных разговоров.
Интересно. Компания SubCom, производитель подводных кабелей из Нью-Джерси, выросла из производителя канатов, завод которого находился рядом с глубоководным портом, что облегчало погрузку на суда.
На скриншоте ниже показана карта мира с подводными кабелями, построенными с 1989 по 2023 года.
Технологии в подводных кабелях
Волоконно-оптические линии передают данные в виде импульсов лазерного излучения. Как и в наземных оптоволоконных линиях, использование нескольких частот света - цветов, для нас с вами - означает возможность одновременной передачи большего количества данных. Сетевое оборудование на обоих концах кабеля кодирует данные в свет для передачи и декодирует их после получения.
Волоконная оптика отлично подходит для быстрой широкополосной и дальней передачи данных, но у этой технологии есть свои пределы. Именно поэтому через каждые 30-60 миль в кабеле есть большая выпуклость, называемая ретранслятором, чтобы увеличить силу сигнала.
Однако ретрансляторы требуют питания, и здесь в игру вступает еще одна часть конструкции кабеля. За пределами оптоволоконных нитей медный слой проводит электричество напряжением до 18 000 вольт. Этого достаточно, чтобы запитать ретрансляторы через весь Тихий океан только с одного конца кабеля, хотя для большей надежности питание обычно подается с обоих концов.
По нашим оценкам, к началу 2024 года в мире будет эксплуатироваться около 1,4 миллиона километров подводных кабелей. Некоторые кабели довольно короткие, как, например, 131-километровый кабель CeltixConnect между Ирландией и Великобританией. Другие, напротив, невероятно длинные, как, например, 20 000-километровый кабель Asia America Gateway.
Почему бы не продолжать повышать мощность лазера, чтобы ретрансляторы не требовались так часто? Потому что слишком высокая мощность в конечном итоге приведет к расплавлению волокон, говорит Брайан Лавалле, старший директор компании Ciena, специализирующейся на сетевых технологиях.
Как корабли прокладывают подводные кабели
Компании, прокладывающие кабель, начинают с выбора маршрута и его обследования, чтобы обойти такие морские проблемы, как заповедники, неровности морского дна и другие кабели. Когда в проекте участвуют несколько стран, телекоммуникационных компаний и предприятий, поиск приемлемого маршрута и получение разрешений могут быть очень сложными.
Оптоволоконные нити узкие, но подводные кабели толще, тяжелее и объемнее. Они хранятся в металлических цилиндрах, которые сматывают и разматывают кабели, когда их переносят с берега на корабль или с корабля на корабль.
Три "бака" одного судна могут вместить 5 000 тонн кабеля, что составляет около 1 800 миль легкого кабеля и 600 миль кабеля, защищенного броней для оживленных вод.
Это судно компании SubCom - Responder. Внутри подводного кабелеукладочного судна находятся три больших "бака", вмещающих 5000-тонные катушки кабеля.
Компания должна определить порядок установки каждого сегмента кабеля и убедиться, что после начала установки нужный конец кабеля окажется в верхней части катушки. Это означает, что перед погрузкой на судно, пока кабель хранится на складе, он должен быть "перевернут" другой стороной вверх.
Кабелеукладчики хранят сотни миль кабеля, намотанного на катушки, в трех "резервуарах". Обратите внимание на масштаб, показывающий, что глубина этого резервуара составляет 7 метров. Здесь показан отрезок кабеля Merea, построенного Microsoft и Facebook, материнской компанией Meta.
Прокладка такого кабеля - это и так сложно, но погода, разрешения или другие проблемы могут заставить изменить порядок прокладки. Это может потребовать перекладки кабеля в море на двух кораблях. В очень цифровом бизнесе это оказывается очень аналоговой проблемой, когда нужно учесть такие факторы, как крен кораблей в открытом океане, вес и пределы изгиба кабеля.
Вблизи берега кабели бронируются стальным тросом и закапываются в морское дно с помощью специального плуга, буксируемого за кораблем. Плуг поднимается в воду каждый раз, когда новый кабель пересекает другой, уже проложенный. На больших глубинах океана, где рыболовное оборудование и якоря не представляют проблемы, кабель имеет меньшую защиту и просто укладывается на дно.
Кабель SubCom прокладывается между кабелеукладочным судном вдалеке и посадочной площадкой на пляже. Позже оранжевые поплавки будут убраны, а кабель закопан, чтобы его больше не было видно.
Ремонт оборванных подводных кабелей
Подводные кабели довольно прочны, но каждые три дня или около того один из них обрывается, сообщает TeleGeography. Основными виновниками, на долю которых приходится около 85 % обрывов, являются рыболовное оборудование и якоря. Корабли часто встают на якорь, чтобы переждать шторм, но шторм толкает корабли, и они тащат якоря.
Большинство других разрывов вызваны самой Землей, например землетрясениями и оползнями. Еще один пример - Тонга, чье единственное подводное кабельное соединение было разорвано в результате извержения вулкана.
Большинство обрывов происходит ближе к суше, где интенсивнее движение судов и мельче вода. Там кабели покрыты металлической броней и зарыты в морское дно, но даже в этом случае обрыв кабеля - это вопрос "когда", а не "если". По словам Куигли из Google, в любой момент времени в мире обычно обрывается более 10 кабелей. Самый неблагоприятный сезон для обрывов - с октября по декабрь из-за сочетания более суровой погоды и активности рыбаков.
Как выяснилось, акулы находят их весьма вкусными. Неоднократно акул ловили за перегрызанием кабелей, и никто точно не знает, почему.
Лучше всего об этом сказал журнал Mental Floss: "Может быть, это как-то связано с электромагнитными полями. Может быть, им просто любопытно. Может быть, они пытаются нарушить нашу коммуникационную инфраструктуру, прежде чем начать наземную атаку".
Кабельные операторы могут точно определить место обрыва кабеля, но ремонтным судам часто приходится ждать правительственных разрешений. По словам руководителя отдела морских кабелей Такахиро Сумимото из японской телекоммуникационной компании NTT, ремонтные работы занимают в среднем две недели, но нередко бывает и три-четыре. После землетрясения в Фукусиме в 2011 году на это ушло два месяца.
Эта грабелька используется для извлечения концов обрезанных кабелей, лежащих на дне океана.
Для ремонта требуется, чтобы судно подцепило один конец оборванного кабеля, часто с помощью того же вида захватного оборудования, которое использовалось на протяжении веков. Пока извлекается другой конец кабеля, судно плавает с буем. Корабль сращивает оптические волокна вместе, причем сращивание происходит в более толстой упаковке.
Существует множество вариантов использования кабелей, вышедших из употребления. Считается, что типичный срок службы кабелей составляет около 25 лет, но на самом деле он никогда не истекает. Обычно до истечения 25 лет новые технологии приводят к тому, что кабели устаревают, и прокладываются новые кабели для увеличения пропускной способности. Когда это происходит, кабели можно переложить и проложить по новому маршруту, что удобно для районов, где не нужна большая пропускная способность и где хотят сэкономить, поскольку прокладка таких кабелей обычно обходится в сотни миллионов долларов. Некоторые компании получают право на вырывание кабелей и их утилизацию для получения сырья. Их также можно оставить на месте, и в этом случае они называются темным волокном. Даже без сигналов, проходящих по кабелям, они служат отличной сейсмической сетью для ученых, изучающих геологические структуры и землетрясения.
Новые технологии подводных кабелей
Поскольку прокладка кабелей обходится так дорого, существует серьезный стимул для размещения большего количества данных. Места для оптических волокон предостаточно, но такой подход ограничен потребностью в электроэнергии для ретрансляторов.
В современных новых кабелях используется 16 пар волокон, но новый кабель, который NTT строит между США и Японией, использует 20 пар волокон, чтобы достичь скорости 350 Гбит/с. Новый кабель MAREA способен передавать 224 Тбит/с. Другой японский технологический гигант, NEC, использует 24 пары волокон, чтобы достичь скорости передачи данных по своему трансатлантическому кабелю до 500 Тбит/с, или полпетабита в секунду.
Наряду с прокладкой новых кабелей, иногда старые кабели могут быть модернизированы с помощью нового сетевого оборудования.
Недавняя модернизация, проведенная компанией Ciena, позволила увеличить пропускную способность оптоволоконных линий в четыре раза, не меняя ничего под водой.
Microsoft также делает ставку на фундаментальное улучшение самих оптических волокон. Она приобрела компанию Lumenisity, разрабатывающую полые волокна с крошечной воздушной трубкой в центре. Скорость света в воздухе на 47 % выше, чем в стекле, что позволяет сократить задержку связи, известную как латентность, которая является ключевым ограничением производительности сети.
Задержка в транстихоокеанских кабелях составляет около 80 миллисекунд. Сокращение задержки важно для чувствительных ко времени компьютерных взаимодействий, таких как финансовые транзакции. Microsoft также заинтересована в полых волокнах для оптоволоконных линий связи меньшей протяженности, поскольку снижение задержек позволяет приблизить центры обработки данных друг к другу, чтобы быстрее восстановить работоспособность в случае сбоя одного из них.
Компания подтвердила, что часть кабеля TPU Google будет использовать двужильное волокно, но это только первый шаг. В этом году компания OFS анонсировала четырехжильное оптоволокно и видит путь к пропускной способности подводного кабеля в 5 Пбит/с. Это в 20 раз больше данных, чем в современных новых кабелях.
Почему между некоторыми континентами существует множество кабелей, а между Австралией и Южной Америкой, например, нет? Чтобы ответить на этот вопрос, я начну с цитаты Генри Дэвида Торо:
"Наши изобретения - это красивые игрушки, которые отвлекают наше внимание от серьезных вещей. Мы очень спешим построить магнитный телеграф от Мэна до Техаса; но, возможно, между Мэном и Техасом нет ничего важного для связи".
Подводные кабели прокладываются между местами, где есть что-то "важное для связи". Европа, Азия и Латинская Америка - все они должны отправлять и получать большие объемы данных из Северной Америки. Это и магистральные операторы Интернета, обеспечивающие связь между электронными письмами и телефонными звонками, и контент-провайдеры, которым необходимо соединить между собой свои огромные центры обработки данных. Это объясняет, почему вдоль этих основных маршрутов проложено так много кабелей.
И наоборот, между Австралией и Южной Америкой не так много данных, которые нужно передавать напрямую. Если ситуация изменится, можно быть уверенным, что кто-то построит новый кабель в южной части Тихого океана.
Геополитическая напряженность с подводными кабелями
Интернет один, но напряженность может проявиться, когда он соединяет враждующие страны, например, когда китайское правительство блокирует Google и Facebook или американские компании разрывают связь с российским интернетом. Эта техно-политическая напряженность распространилась и на мир подводных кабелей.
США фактически заблокировали три кабеля, которые напрямую связали бы Китай и США, заставив их перенаправить в другие азиатские страны. Согласно отчету The Financial Times, США пытаются помешать HMN Tech, китайской компании по прокладке и обслуживанию подводных кабелей, которая выросла из Huawei.
Но со многими другими странами Юго-Восточной Азии существует множество непрямых связей, и их еще больше. "В настоящее время в разработке находятся 17 новых внутриазиатских кабелей, и еще много других, о которых пока не было объявлено", - сообщил аналитик TeleGeography Тим Стронж в блоге в июне. Когда дело доходит до правил интернет-маршрутизации, которые регулируют потоки трафика по всему миру, границы фактически открыты. Другими словами, сам интернет не слишком заботится о том, куда именно идут кабели.
Новая геополитика усложнила бизнес компании SubCom, которая обслуживает американских военных, а также частные компании, такие как Google.
"Правительства многих стран используют свою власть так, как раньше, - говорит Кофлан, - и это не только проблема Китая и США. Несколько стран, включая Канаду и Индонезию, применяют законы о каботаже, согласно которым работы в их территориальных водах должны выполняться суверенным судном этой страны".
"Это приводит к множеству сложностей, связанных с длительностью разрешений и порядком выполнения работ", - говорит Кофлан. "Из-за этих законов о каботаже кабели сложнее прокладывать. Они занимают больше времени. В некоторых странах есть только одно судно, и приходится ждать, пока оно придет".
Но в конечном итоге экономические стимулы для прокладки кабеля обычно берут верх.
"Какие бы большие споры ни возникали - торговые войны, настоящие войны, - когда дело доходит до местного уровня, местные страны хотят эти кабели", - сказал Кофлан из SubCom. "Это единственная причина, по которой они будут построены".
Повышение устойчивости подводной сети
Учитывая важность и уязвимость подводных кабелей, неудивительно, что сейчас идет гонка за повышение надежности этой технологии.
Именно поэтому идет активное расширение сети за счет новых посадочных площадок.
"Если вы проложите все кабели по одному пути, вы окажетесь на волоске от падения нескольких кабелей", - говорит Куигли.
Часто операторы обмениваются пропускной способностью на кабелях друг друга, что дает каждому запасной путь передачи данных в случае обрыва его кабеля. Таким образом, они не кладут все свои коммуникационные яйца в одну кабельную корзину.
Например, кабель под названием Amitié, финансируемый компаниями Microsoft, Meta и другими, может передавать 400 терабит данных в секунду. Это в 400 000 раз быстрее, чем ваша домашняя широкополосная связь, если вам повезло с высококлассным гигабитным сервисом.
В конечном итоге географическое разнообразие, становится реальностью, чему способствует усовершенствованная технология разветвления, делающая многоскоростные кабели экономически выгодными. Строятся новые кабели, которые соединят Европу, Африку, Ближний Восток, Азию, Америку и многие островные государства.
Кабель Sea-Me-We 6 протянулся от Франции до Сингапура через 17 других стран.
Хотите оценить масштабы уже проложенных подводных кабелей? Проще всего это изображает карта подводных кабелей - это бесплатный и регулярно обновляемый ресурс. Посмотреть карту подводных кабелей TeleGeography можно по ссылке .