Станом на початок 2024 року налічується 574 підводних кабелі (діючих і запланованих). Загальна кількість діючих кабелів постійно змінюється в міру введення в експлуатацію нових кабелів і виведення з експлуатації старих.
Через холодні глибини світового океану протягнута мережа багатомільйонних кабелів, які стали невід'ємною частиною нашого життя в Інтернеті. Ці кабелі завтовшки з садовий шланг - диво високих технологій. Що робить їх особливими? Давайте розберемося в цьому питанні.
Супутниковий зв'язок VS трансатлантичний ВОЛЗ
Хоча супутниковий зв'язок стає дедалі важливішим завдяки орбітальним системам, таким як Starlink компанії SpaceX, підводні кабелі є робочими конячками світової торгівлі та зв'язку, якими передають понад 99% трафіку між континентами.
Приблизно 10 років тому багато традиційних операторів зв'язку почали приділяти особливу увагу бездротовим мережам і тому, що відбувається в їхніх мережах "останньої милі", - каже Френк Рей (Frank Rey), керівник напряму гіпермасштабних мережевих підключень у підрозділі хмарних обчислень Azure компанії Microsoft. Очікування нових кабелів ставало дедалі довшим: тільки фаза планування розтягувалася на три-п'ять років. Гіпермасштабам потрібно було взяти ситуацію під контроль.
Перші підводні кабелі проходили основними комунікаційними маршрутами, такими як Лондон - Нью-Йорк. Вони, як і раніше, важливі, але нові маршрути доставляють пропускну спроможність далеко за межі второваної дороги: до західного узбережжя Гренландії, вулканічного острова Святої Олени на захід від Африки, південного краю Чилі, острівних держав Тихого океану, міста Сітка на Алясці з населенням 8000 осіб.
Усе це - частина поступової трансформації підводних комунікацій. Якщо раніше кабелі були винятком, пов'язуючи кілька пріоритетних міських центрів, то тепер вони стають всесвітньою сіткою. Іншими словами, незважаючи на високу вартість і екзотичні технології, підводні кабелі стають схожими на решту інтернету.
"Зараз багато говорять про те, що космос - це наступний спірний домен. Але я думаю, що підводний світ буде дуже спірним доменом", - каже Стів Боушер, президент In-Q-Tel, некомерційної організації, яка інвестує в стартапи урядових агентств США. "Вони стануть мішенями в будь-якому кінетичному конфлікті".
Але в міру того як дедалі більше інтернет-трафіку проходить підводними кабелями, з'являються і причини для занепокоєння. Ризики очевидні: В'єтнам 2023 року протягом кількох місяців страждав від перебоїв у роботі Інтернету всіма п'ятьма кабелями, а вибух вулкана на острові Тонга на кілька тижнів позбавив його більшості комунікацій.
Але ці ризики переважують цілком реальні вигоди - від макроекономічних до суто особистих. Мережа стає дедалі надійнішою і функціональнішою завдяки більш високим швидкостям і збільшенню кількості нових кабелів, що розширюють мережу за межі сьогоднішніх 870 000 миль маршрутів, і це спонукає дедалі більше і більше країн приєднуватися до неї.
За прогнозами компанії TeleGeography, у період з 2023 до 2025 року на будівництво нових підводних кабелів по всьому світу виділено 10 мільярдів доларів. Уже побудовано такі кабелі, що належать Google, як Curie, Dunant, Equiano, Firmina і Grace Hopper.
Історія виникнення підводних комунікацій
Сучасні кабелі передають сотні терабіт даних на секунду, але їхня технологія бере свій початок у 1800-х роках, коли вчені та інженери, такі як Вернер Сіменс, придумали, як прокладати телеграфні кабелі під річками, Ла-Маншем і Середземним морем. Багато хто з ранніх кабелів зазнав невдачі, зокрема тому, що вага кабелю, прокладеного по дну океану, могла розірвати його на дві частини.
Перший успішний проект трансатлантичного кабелю пропрацював лише три місяці в 1858 році, після чого вийшов з ладу і міг передавати тільки трохи більше одного слова на хвилину.
Але інвестори, спраглі нажитися на швидкому зв'язку, сприяли розробці більш досконалих технологій. Вища чистота міді поліпшила передачу сигналу, міцніша оболонка зменшила кількість розривів кабелю, ретранслятори, які періодично встановлювали вздовж кабелю, збільшили силу сигналу, а поліетиленова ізоляція замінила колишній гумовоподібний матеріал, який добували з гутаперчевих дерев.
Телефонні дзвінки з часом замінили телеграфні повідомлення, що ще більше просунуло технологію вперед. Трансатлантичний кабель, прокладений 1973 року, міг обслуговувати 1800 одночасних розмов. У 1988 році компанія AT&T встановила перший трансатлантичний кабель, у якому замість мідних дротів використовували оптоволоконні нитки, що дало змогу збільшити пропускну здатність до 40 000 одночасних телефонних розмов.
Цікаво. Компанія SubCom, виробник підводних кабелів із Нью-Джерсі, виросла з виробника канатів, завод якого знаходився поруч із глибоководним портом, що полегшувало навантаження на судна.
На скріншоті нижче показано карту світу з підводними кабелями, побудованими від 1989 до 2023 року
Технології в підводних кабелях
Волоконно-оптичні лінії передають дані у вигляді імпульсів лазерного випромінювання. Як і в наземних оптоволоконних лініях, використання декількох частот світла - кольорів, для нас із вами - означає можливість одночасного передавання більшої кількості даних. Мережеве обладнання на обох кінцях кабелю кодує дані у світло для передачі та декодує їх після отримання.
Волоконна оптика чудово підходить для швидкого широкосмугового і далекого передавання даних, але у цієї технології є свої межі. Саме тому через кожні 30-60 миль у кабелі є велика випуклість, звана ретранслятором, щоб збільшити силу сигналу.
Однак ретранслятори потребують живлення, і тут у гру вступає ще одна частина конструкції кабелю. За межами оптоволоконних ниток мідний шар проводить електрику напругою до 18 000 вольт. Цього достатньо, щоб живити ретранслятори через весь Тихий океан тільки з одного кінця кабелю, хоча для більшої надійності живлення зазвичай подають з обох кінців.
За нашими оцінками, на початок 2024 року у світі експлуатується близько 1,4 мільйона кілометрів підводних кабелів. Деякі кабелі досить короткі, як, наприклад, 131-кілометровий кабель CeltixConnect між Ірландією і Великою Британією. Інші, навпаки, неймовірно довгі, як, наприклад, 20 000-кілометровий кабель Asia America Gateway.
Чому б не продовжувати підвищувати потужність лазера, щоб ретранслятори не були потрібні так часто? Тому що занадто висока потужність в кінцевому підсумку призведе до розплавлення волокон, каже Брайан Лавалле, старший директор компанії Ciena, що спеціалізується на мережевих технологіях.
Як кораблі прокладають підводні кабелі
Компанії, що прокладають кабель, починають з вибору маршруту і його обстеження, щоб обійти такі морські проблеми, як заповідники, нерівності морського дна та інші кабелі. Коли в проекті беруть участь кілька країн, телекомунікаційних компаній і підприємств, пошук прийнятного маршруту і отримання дозволів можуть бути дуже складними.
Оптоволоконні нитки вузькі, але підводні кабелі товстіші, важчі та об'ємніші. Вони зберігаються в металевих циліндрах, які змотують і розмотують кабелі, коли їх переносять з берега на корабель або з корабля на корабель.
Три "баки" одного судна можуть вмістити 5 000 тонн кабелю, що становить близько 1 800 миль легкого кабелю і 600 миль кабелю, захищеного бронею для “жвавих вод”.
Це судно компанії SubCom - Responder. Усередині підводного кабелеукладального судна є три великі "баки", що вміщують 5000-тонні котушки кабелю.
Кабелеукладальники зберігають сотні миль кабелю, намотаного на котушки, у трьох "резервуарах". Зверніть увагу на масштаб, який показує, що глибина цього резервуара становить 7 метрів. Тут показано відрізок кабелю Merea, побудованого Microsoft і Facebook, материнською компанією Meta.
Прокладання такого кабелю - це і так складно, але погода, дозволи або інші проблеми можуть змусити змінити порядок прокладання. Це може вимагати перекладання кабелю в морі на двох кораблях. У дуже цифровому бізнесі це виявляється дуже аналоговою проблемою, коли потрібно врахувати такі фактори, як крен кораблів у відкритому океані, вагу і межі вигину кабелю.
Поблизу берега кабелі бронюються сталевим тросом і закопуються в морське дно за допомогою спеціального плуга, буксированого за кораблем. Плуг піднімається у воду щоразу, коли новий кабель перетинає інший, уже прокладений. На великих глибинах океану, де риболовецьке обладнання та якорі не становлять проблеми, кабель має менший захист і просто укладається на дно.
Кабель SubCom прокладається між кабелеукладальним судном вдалині і посадковим майданчиком на пляжі. Пізніше помаранчеві поплавці будуть прибрані, а кабель закопаний, щоб його більше не було видно.
Ремонт обірваних підводних кабелів
Підводні кабелі досить міцні, але кожні три дні або близько того один із них обривається, повідомляє TeleGeography. Основними винуватцями, на частку яких припадає близько 85 % обривів, є рибальське обладнання та якорі. Кораблі часто встають на якір, щоб перечекати шторм, але шторм штовхає кораблі, і вони тягнуть якорі.
Більшість інших розривів спричинені самою Землею, наприклад землетрусами та зсувами. Ще один приклад - Тонга, чиє єдине підводне кабельне з'єднання було розірвано внаслідок виверження вулкана.
Більшість обривів відбувається ближче до суші, де інтенсивніший рух суден і мілкіша вода. Там кабелі покриті металевою бронею і зариті в морське дно, але навіть у цьому разі обрив кабелю - це питання "коли", а не "якщо". За словами Куіглі з Google, у будь-який момент часу у світі зазвичай обривається понад 10 кабелів. Найнесприятливіший сезон для обривів - з жовтня по грудень через поєднання більш суворої погоди та активності рибалок.
Як з'ясувалося, акули знаходять їх вельми смачними. Неодноразово акул ловили за перегризанням кабелів, і ніхто точно не знає, чому.
Найкраще про це сказав журнал Mental Floss: "Можливо, це якось пов'язано з електромагнітними полями. Можливо, їм просто цікаво. Можливо, вони намагаються порушити нашу комунікаційну інфраструктуру, перш ніж почати наземну атаку".
Кабельні оператори можуть точно визначити місце обриву кабелю, але ремонтним суднам часто доводиться чекати урядових дозволів. За словами керівника відділу морських кабелів Такахіро Сумімото з японської телекомунікаційної компанії NTT, ремонтні роботи займають у середньому два тижні, але нерідко буває і три-чотири. Після землетрусу у Фукусімі 2011 року на це пішло два місяці.
Ця грабелька використовується для вилучення кінців обірваних кабелів, що лежать на дні океану.
Для ремонту потрібно, щоб судно підчепило один кінець обірваного кабелю, часто за допомогою того самого виду захоплюючого обладнання, яке використовувалося протягом століть. Поки витягується інший кінець кабелю, судно плаває з буєм. Корабель зрощує оптичні волокна разом, причому зрощування відбувається в більш товстій упаковці.
Існує безліч варіантів використання кабелів, що вийшли з ужитку. Вважається, що типовий термін служби кабелів становить близько 25 років, але насправді він ніколи не закінчується. Зазвичай до закінчення 25 років нові технології призводять до того, що кабелі застарівають, і прокладаються нові кабелі для збільшення пропускної здатності. Коли це відбувається, кабелі можна перекласти і прокласти за новим маршрутом, що зручно для районів, де не потрібна велика пропускна спроможність і де хочуть заощадити, оскільки прокладання таких кабелів зазвичай обходиться в сотні мільйонів доларів. Деякі компанії отримують право на виривання кабелів і їх утилізацію для отримання сировини. Їх також можна залишити на місці, і в цьому випадку вони називаються темним волокном. Навіть без сигналів, що проходять кабелями, вони слугують чудовою сейсмічною мережею для вчених, які вивчають геологічні структури і землетруси.
Нові технології підводних кабелів
Оскільки прокладання кабелів обходиться так дорого, існує серйозний стимул для розміщення більшої кількості даних. Місця для оптичних волокон предостатньо, але такий підхід обмежений потребою в електроенергії для ретрансляторів.
У сучасних нових кабелях використовується 16 пар волокон, але новий кабель, який NTT будує між США і Японією, використовує 20 пар волокон, щоб досягти швидкості 350 Гбіт/с. Новий кабель MAREA здатний передавати 224 Тбіт/с. Інший японський технологічний гігант, NEC, використовує 24 пари волокон, щоб досягти швидкості передавання даних своїм трансатлантичним кабелем до 500 Тбіт/с, або півпетабіта на секунду.
Поряд із прокладанням нових кабелів, іноді старі кабелі можуть бути модернізовані за допомогою нового мережевого обладнання.
Нещодавня модернізація, проведена компанією Ciena, дала змогу збільшити пропускну спроможність оптоволоконних ліній у чотири рази, не змінюючи нічого під водою.
Microsoft також робить ставку на фундаментальне поліпшення самих оптичних волокон. Вона придбала компанію Lumenisity, що розробляє порожнисті волокна з крихітною повітряною трубкою в центрі. Швидкість світла в повітрі на 47% вища, ніж у склі, що дає змогу скоротити затримку зв'язку, відому як латентність, яка є ключовим обмеженням продуктивності мережі.
Затримка в транстихоокеанських кабелях становить близько 80 мілісекунд. Скорочення затримки важливе для чутливих до часу комп'ютерних взаємодій, таких як фінансові транзакції. Microsoft також зацікавлена в порожнистих волокнах для оптоволоконних ліній зв'язку меншої протяжності, оскільки зниження затримок дає змогу наблизити центри обробки даних один до одного, щоб швидше відновити працездатність у разі збою одного з них.
Компанія підтвердила, що частина кабелю TPU Google буде використовувати двожильне волокно, але це тільки перший крок. Цього року компанія OFS анонсувала чотирижильне оптоволокно і бачить шлях до пропускної здатності підводного кабелю в 5 Пбіт/с. Це у 20 разів більше даних, ніж у сучасних нових кабелях.
Чому між деякими континентами існує безліч кабелів, а між Австралією і Південною Америкою, наприклад, немає? Щоб відповісти на це запитання, я почну з цитати Генрі Девіда Торо:
"Наші винаходи - це красиві іграшки, які відволікають нашу увагу від серйозних речей. Ми дуже поспішаємо побудувати магнітний телеграф від Мена до Техасу; але, можливо, між Меном і Техасом немає нічого важливого для зв'язку".
Підводні кабелі прокладаються між місцями, де є щось "важливе для зв'язку". Європа, Азія і Латинська Америка - всі вони повинні відправляти й отримувати великі обсяги даних із Північної Америки. Це і магістральні оператори Інтернету, що забезпечують зв'язок між електронними листами та телефонними дзвінками, і контент-провайдери, яким необхідно з'єднати між собою свої величезні центри обробки даних. Це пояснює, чому вздовж цих основних маршрутів прокладено так багато кабелів.
І навпаки, між Австралією і Південною Америкою не так багато даних, які потрібно передавати безпосередньо. Якщо ситуація зміниться, можна бути впевненим, що хтось побудує новий кабель у південній частині Тихого океану.
Геополітична напруженість із підводними кабелями
Інтернет один, але напруженість може проявитися, коли він з'єднує ворогуючі країни, наприклад, коли китайський уряд блокує Google і Facebook або американські компанії розривають зв'язок із російським інтернетом. Ця техно-політична напруженість поширилася і на світ підводних кабелів.
США фактично заблокували три кабелі, які безпосередньо зв'язали б Китай і США, змусивши їх переспрямувати в інші азіатські країни. Згідно зі звітом The Financial Times, США намагаються перешкодити HMN Tech, китайській компанії з прокладання та обслуговування підводних кабелів, яка виросла з Huawei.
Але з багатьма іншими країнами Південно-Східної Азії існує безліч непрямих зв'язків, і їх ще більше. "Наразі в розробці перебувають 17 нових внутрішньоазіатських кабелів, і ще багато інших, про які поки не було оголошено", - повідомив аналітик TeleGeography Тім Стронж у блозі в червні. Коли справа доходить до правил інтернет-маршрутизації, які регулюють потоки трафіку по всьому світу, кордони фактично відкриті. Іншими словами, сам інтернет не надто переймається тим, куди саме йдуть кабелі.
Нова геополітика ускладнила бізнес компанії SubCom, яка обслуговує американських військових, а також приватні компанії, такі як Google.
"Уряди багатьох країн використовують свою владу так, як раніше, - каже Кофлан, - і це не тільки проблема Китаю і США. Кілька країн, включно з Канадою та Індонезією, застосовують закони про каботаж, згідно з якими роботи в їхніх територіальних водах повинні виконуватися суверенним судном цієї країни".
"Це призводить до безлічі складнощів, пов'язаних із тривалістю дозволів і порядком виконання робіт", - каже Кофлан. "Через ці закони про каботаж кабелі складніше прокладати. Вони займають більше часу. У деяких країнах є тільки одне судно, і доводиться чекати, поки воно прийде".
Але в кінцевому підсумку економічні стимули для прокладання кабелю зазвичай беруть гору.
"Хоч би які великі суперечки виникали - торгові війни, справжні війни, - коли справа доходить до місцевого рівня, місцеві країни хочуть ці кабелі", - сказав Кофлан із SubCom. "Це єдина причина, з якої вони будуть побудовані".
Підвищення стійкості підводної мережі
З огляду на важливість і вразливість підводних кабелів, не дивно, що зараз тривають перегони за підвищення надійності цієї технології.
Саме тому йде активне розширення мережі за рахунок нових посадкових майданчиків.
"Якщо ви прокладете всі кабелі одним шляхом, ви опинитеся на волосині від падіння кількох кабелів", - каже Куіглі.
Часто оператори обмінюються пропускною спроможністю на кабелях один одного, що дає кожному запасний шлях передачі даних у разі обриву його кабелю. Таким чином, вони не кладуть усі свої комунікаційні яйця в один кабельний кошик.
Наприклад, кабель під назвою Amitié, що фінансується компаніями Microsoft, Meta та іншими, може передавати 400 терабіт даних на секунду. Це в 400 000 разів швидше, ніж ваш домашній широкосмуговий зв'язок, якщо вам пощастило з висококласним гігабітним сервісом.
В кінцевому підсумку географічна різноманітність стає реальністю, чому сприяє вдосконалена технологія розгалуження, що робить багатошвидкісні кабелі економічно вигідними. Будуються нові кабелі, які з'єднають Європу, Африку, Близький Схід, Азію, Америку і багато острівних держав.
Кабель Sea-Me-We 6 простягнувся від Франції до Сінгапуру через 17 інших країн.
Хочете оцінити масштаби вже прокладених підводних кабелів? Найпростіше це зображує карта підводних кабелів - це безкоштовний і регулярно оновлюваний ресурс. Переглянути карту підводних кабелів TeleGeography можна за посиланням.