海底通信ケーブル

現代の海底通信ケーブルの陸上側の断面。1 –ポリエチレン2 –マイラーテープ3 – 撚り鋼線4 – アルミニウム防水バリア5 –ポリカーボネート6 – 銅管またはアルミニウム管7 –ワセリン8 –光ファイバー
海底ケーブルは、オレンジ・マリンが運航する最新式のルネ・デカルトなどの特殊なケーブル敷設船を使用して敷設されます。

海底通信ケーブルは、陸上の局間の海底に敷設され、海洋を越えて 通信信号を伝送するケーブルです。

最初の海底通信ケーブルは1850年代に敷設され、電信トラフィックを運び、大陸間の最初の即時通信回線を確立しました。例えば、1858年8月16日に運用を開始した最初の大西洋横断電信ケーブルなどが挙げられます。1872年までに、南極大陸を除くすべての大陸が海底通信ケーブルで結ばれました。海底通信ケーブルを建設する計画はありましたが、2026年現在、南極大陸と他の大陸を結ぶ海底ケーブルは未だに存在していません。[ 1 ]

その後の世代のケーブルは電話トラフィック、そしてデータ通信トラフィックを運ぶようになりました。初期のケーブルはコアに銅線を使用していましたが、現代のケーブルは光ファイバー技術を使用して、電話、インターネット、プライベートデータトラフィックを含むデジタルデータを伝送します。現代のケーブルは通常、直径約25mm（1インチ）で、全長の大部分を占める深海区間では1キロメートルあたり約1.4トン（1マイルあたり2.5ショートトン、1マイルあたり2.2ロングトン）の重さですが、海岸近くの浅瀬区間ではより太く重いケーブルが使用されています。[ 2 ] [ 3 ]

初期の歴史：電信ケーブルと同軸ケーブル

最初の成功した試験

1839年にウィリアム・クックとチャールズ・ホイートストンが実用的な電信機を発表した後、大西洋を横断する海底電線のアイデアが将来の成功例として考えられるようになった。[ 4 ]サミュエル・モールスは1840年に早くもこの考えに確信を持っていると述べ、1842年にはタールを塗った麻とインドゴムで絶縁した電線を[ 5 ] [ 6 ]ニューヨーク港の水中に沈め、それを通じて電信を行った。翌秋、ホイートストンはスウォンジー湾で同様の実験を行った。長い海底電線を成功させるには、電線を覆い電流が水に漏れるのを防ぐための適切な絶縁体が必要であった。インドゴムは、19世紀初頭に プロイセンの電気技師モーリッツ・フォン・ヤコビによって試みられていた。

熱で溶かして電線に簡単に塗布できる別の絶縁ゴムが 1842 年に登場しました。グッタパーチャ ( Palaquium gutta の木の粘着液) は、イギリス東インド会社に勤務するスコットランド人外科医ウィリアム・モンゴメリーによってヨーロッパに紹介されました。[ 7 ] : 26–27 その 20 年前、モンゴメリーはシンガポールでグッタパーチャで作られた鞭を見て、それが外科用器具の製造に役立つと考えました。マイケル・ファラデーとホイートストンはすぐに絶縁体としてのグッタパーチャの利点を発見し、1845 年にホイートストンはドーバーからカレーに敷設が提案されている電線を覆うのにグッタパーチャを使用するよう提案しました。[ 8 ] 1847年、当時プロイセン軍の将校であったウィリアム・シーメンスは、ドイツとケルンの間のライン川にガッタパーチャ絶縁材を使用した最初の海底ケーブルを敷設することに成功した。[ 9 ] 1849年、サウス・イースタン鉄道の電気技師であるチャールズ・ヴィンセント・ウォーカーは、フォークストンの沖合にガッタパーチャでコーティングした3km（2マイル）の電線を沈め、テストに成功した。[ 7 ] : 26–27

最初の商用ケーブル

英国アイルランド磁気電信会社の電信切手（1862年頃）

1850年8月、ジョン・ワトキンス・ブレットのイギリス海峡海底電信会社は、フランス政府から特許権を得ており、改造タグボート「ゴリアテ」を用いてイギリス海峡を横断する最初の電線を敷設した。これはガッタパーチャでコーティングされた銅線のみで、他に保護手段はなく、成功しなかった。[ 7 ] : 192–193 [ 10 ]しかし、この実験は特許権の更新につながることになり、1851年9月には再編された海底電信会社が政府の大型船「ブレイザー」に保護されたコアケーブル（真のケーブル）を敷設し、海峡を曳航した。[ 7 ] : 192–193 [ 11 ] [ 8 ]

1853 年には、さらに多くのケーブルの敷設に成功し、イギリスとアイルランド、ベルギー、オランダを結び、デンマークのベルト地帯を横断した。[ 7 ] : 361 英国アイルランド磁気電信会社は、 5 月 23 日に石炭船ウィリアム ハットを使用してポートパトリックとドナガディーの間で最初のアイルランド リンクを成功させた。[ 7 ] : 34–36 同じ船が潜水艦電信会社によってドーバーからベルギーのオステンドへのリンクにも使用された。 [ 7 ] : 192–193 一方、エレクトリック & インターナショナル 電信会社は、オーフォード ネスからオランダのスケベニンゲンまでの北海を横断する 2 本のケーブルを完成させた。これらのケーブルは外輪船モナークによって敷設され、後に恒久的なケーブル敷設設備を備えた最初の船舶となった。[ 7 ] : 195

1858年、蒸気船エルバ号はジャージー島からガーンジー島、そしてオルダニー島、そしてウェイマスまで電信ケーブルを敷設するために使用され、同年9月に無事に完成しました。しかし、嵐、潮汐、砂の移動、岩の摩耗などにより、1860年までに11箇所の断線が発生するなど、すぐに問題が発生しました。1860年に土木技術者協会に提出された報告書では、将来のケーブル敷設作業を支援するための問題点が提示されました。[ 12 ]

クリミア戦争（1853–1856）

クリミア戦争では、様々な形態の電信が重要な役割を果たした。これは初めての試みであった。作戦開始時には、ブカレストとロンドンを結ぶ電信回線が存在した。1854年の冬、フランスは黒海沿岸まで電信回線を延長した。1855年4月、イギリスはヴァルナからクリミア半島まで海底ケーブルを敷設し、クリミア戦争のニュースが数時間でロンドンに届くようにした。[ 13 ]

大西洋横断電信ケーブル

大西洋横断電信ケーブル敷設の最初の試みはサイラス・ウェスト・フィールドによって推進され、彼はイギリスの実業家らを説得して資金援助と1858年の敷設を実現させた。 [ 8 ]しかし、当時の技術ではこのプロジェクトを支えることはできず、当初から問題に悩まされ、わずか1ヶ月しか運用されなかった。1865年と1866年には、当時世界最大の蒸気船であったSSグレート・イースタン号を用いて、より先進的な技術を用いた初の大西洋横断ケーブル敷設の試みが行われた。グレート・イースタン号はその後、1870年にイエメンのアデンからインドまでを結ぶ初のケーブルを敷設した。

初期のケーブルテレビにおける英国の優位性

1898年頃、ロンドンのGPO中央電信局の海底電信ケーブル室のオペレーター

1850年代から1911年まで、イギリスの海底ケーブルシステムは最も重要な市場である北大西洋を支配していました。イギリスは供給面でも需要面でも優位に立っていました。供給面では、イギリスにはケーブルの建設、敷設、維持に必要な巨額の資本を投入する意欲のある起業家がいました。需要面では、イギリスの広大な植民地帝国が、通信社、貿易会社、海運会社、そしてイギリス政府からケーブル会社へのビジネスをもたらしました。イギリスの植民地の多くにはヨーロッパからの入植者が多数居住しており、そのニュースは本国の一般大衆の関心を集めていました。

英国当局は、戦時中に電信線が切断されメッセージが途切れる可能性があるため、英国領土外を通過する電信線への依存は安全保障上のリスクとなると考えていた。彼らは帝国内に世界規模のネットワーク（後にオールレッドラインとして知られるようになる）の構築を模索し、逆に敵の通信を迅速に遮断する戦略を準備した。[ 14 ]第一次世界大戦でドイツに宣戦布告した後、英国が最初に行ったのは、ケーブル船アラート号（よく報道されたCSテルコニア号ではない） [ 15 ]に、ドイツとフランス、スペイン、アゾレス諸島、そしてそれを経由して北アメリカを結ぶ5本のケーブルを切断させることだった。[ 16 ]それ以降、ドイツが通信できるのは無線通信のみとなり、40号室は盗聴可能となった。

海底ケーブルは貿易会社にとって経済的な利益をもたらしました。船主は目的地に到着すると船長と連絡を取り、報告された価格と供給情報に基づいて次の貨物の積み込み場所を指示することができたからです。イギリス政府は、帝国全土の総督との行政上の連絡を維持するため、また他国との外交交渉や戦時中の軍隊との連絡に、海底ケーブルを明らかに活用していました。イギリス領土の地理的な位置も有利でした。大西洋の東側にはアイルランド、西側には北米のニューファンドランド島が位置していたため、大西洋を横断する最短ルートとなり、コストを大幅に削減することができました。

この業界の優位性を理解するには、いくつかの事実が参考になる。1896年には世界に30隻のケーブル敷設船があり、そのうち24隻はイギリス企業が所有していた。1892年にはイギリス企業が世界のケーブルの3分の2を所有・運用しており、1923年時点でもそのシェアは42.7%を維持していた[ 17 ] 。第一次世界大戦中、イギリスの電信通信はほぼ途切れることなく、ドイツの世界中のケーブルを迅速に切断することができた[ 14 ] 。

インド、シンガポール、東アジア、オーストラリアへのケーブル

1901 年のイースタン・テレグラフ・カンパニーのネットワーク。太平洋を横切る点線は 1902 年から 1903 年にかけて敷設が予定されていたケーブルを示しています。

1860年代から1870年代にかけて、イギリスのケーブルは東方へと拡大し、地中海とインド洋へと広がりました。1863年にはインドのボンベイ（現在のムンバイ）に敷設されたケーブルが、サウジアラビアへの重要な接続手段となりました。[ 18 ] 1870年、イギリス政府の要請により、4つのケーブル会社が共同で海底ケーブルを介してボンベイとロンドンが結ばれました。1872年、これら4社は統合され、ジョン・ペンダーが所有する巨大で地球規模のイースタン・テレグラフ・カンパニーが設立されました。姉妹会社であるイースタン・エクステンション・チャイナ・アンド・オーストララシア・テレグラフ・カンパニーは、通称「エクステンション」と呼ばれていました。同年、オーストラリアはシンガポールと中国を経由してボンベイとケーブルで結ばれ、1876年にはケーブルはロンドンからニュージーランドまでイギリス帝国を結びました。[ 19 ]

太平洋を横断する海底ケーブル、1902～1991年

電信サービスを提供する最初の太平洋横断ケーブルは1902年と1903年に完成し、1902年に米国本土とハワイ、1903年にグアムとフィリピンが接続されました。 [ 20 ]カナダ、オーストラリア、ニュージーランド、フィジーも1902年にオールレッドラインの太平洋横断セグメントで接続されました。[ 21 ]日本は1906年にこのシステムに接続されました。ミッドウェー環礁より先のサービスは1941年に第二次世界大戦のために中止されましたが、残りのサービスは1951年にFCCが運用停止を許可するまで運用されていました。[ 22 ]

最初の太平洋横断電話ケーブルは1964年にハワイから日本へ敷設され、グアムからフィリピンへの延長線も敷設された。[ 23 ]また1964年には、 80の電話チャネル容量を持つCommonwealth Pacific Cable System (COMPAC)がシドニーからバンクーバーへの通信に開通し、1967年には160の電話チャネル容量を持つSouth East Asia Commonwealth (SEACOM)システムが通信に開通した。 このシステムは、シドニーからケアンズ（クイーンズランド）へはマイクロ波無線を使用し、ケアンズからマダン（パプアニューギニア）、グアム、香港、コタキナバル（マレーシア・サバ州の州都）、シンガポールへケーブルを敷設し、そこからマイクロ波無線で陸路でクアラルンプールへ至った。 1991年、北太平洋ケーブルシステムが米国本土から日本まで太平洋を完全に横断する最初の再生システム（中継器付き）となった。 NPCの米国部分は、1989年から1991年にかけてオレゴン州ポートランドのSTC Submarine Systems社（後にAlcatel Submarine Networks社）で製造されました。このシステムは、Cable & Wireless Marine社によってCS Cable Ventureに敷設されました。

19～20世紀の建設

1925年1月、ニューヨーク州クイーンズ区ロックアウェイビーチにおけるイタリア・米国間ケーブル（長さ4,704海里）の上陸

19世紀の大西洋横断ケーブルは、鉄、後に鋼線となった外層で、インドゴムを巻き、さらにガッタパーチャを巻き、その中心部に多重撚りの銅線を囲む構造になっていた。陸揚げ地点に最も近い部分には、追加の保護用外装線が敷設されていた。ガッタパーチャはゴムに似た天然ポリマーで、誘電率がかなり高くケーブルの静電容量が大きくなることを除けば、海底ケーブルの絶縁にほぼ理想的な特性を持っていた。ウィリアム・トーマス・ヘンリーは1837年に電線を絹や綿糸で覆う機械を開発し、これを海底ケーブルの電線ラッピング設備へと発展させ、1857年にはWTヘンリー電信工場株式会社となる工場を設立した。[ 24 ] [ 25 ]シルバー家が設立しロンドンの一部にその名を与えたインドゴム、ガッタパーチャ、電信工場会社は、ヘンリーに芯線を供給し、最終的には完成したケーブルの製造と敷設も行った。[ 25 ] 1870年、ウィリアム・フーパーはフーパー電信工場を設立し、特許取得済みの加硫ゴム芯線の製造を開始しました。当初は、ガッタパーチャ芯線と競合するようになった他のケーブルメーカーへの供給を目的としていました。その後、同社はケーブル製造と敷設事業を拡大し、大西洋横断ケーブル敷設用に特別に設計された最初のケ​​ーブル船の建造も行いました。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

ガッタパーチャとゴムは、1930年代にポリエチレンが導入されるまで、ケーブル絶縁材として代替されることはなかった。当時でも、この素材は軍用に限られており、これを使用した最初の海底ケーブルは、第二次世界大戦中の1945年にイギリス海峡を横断して敷設された。[ 28 ] 1920年代、アメリカ軍はガッタパーチャの代替としてゴム絶縁ケーブルの実験を行った。これは、アメリカの国益がゴムの供給を大量に支配していたものの、ガッタパーチャ製造業者への容易なアクセスがなかったためである。1926年にジョン・T・ブレイクが脱タンパク質ゴムを開発し、ケーブルの防水性を向上させた。[ 29 ]

初期のケーブルの多くは海洋生物の攻撃に悩まされました。例えば、絶縁体はフナクイムシ（Teredo）やキシロファガ（Xylophaga ）などの種に食べられていました。鋼線の外装の間に敷かれた麻は害虫の侵入経路となり、侵入経路となりました。外装の損傷は珍しくありませんでしたが、これも侵入経路となりました。サメがケーブルを噛み切ったり、ノコギリエイがケーブルを襲ったりする事例も記録されています。1873年には、カラチとグワダル間のペルシャ湾ケーブルがクジラの攻撃によって損傷を受けました。ケーブルが急勾配を下る地点で、クジラはケーブルを使ってフジツボを取り除こうとしたようです。不運なクジラは尾がケーブルの輪に絡まって溺死しました。ケーブル修理船アンバー・ウィッチ号は、クジラの死骸で重くなっていたため、ケーブルを巻き上げるのに苦労しました。[ 30 ]

帯域幅の問題

初期の長距離海底電信ケーブルは、深刻な電気的な問題を抱えていました。現代のケーブルとは異なり、19世紀の技術ではケーブル内に中継増幅器を組み込むことができませんでした。ケーブルの長大な長さによる電気抵抗を克服するために高電圧が使用されましたが、ケーブルの分布容量とインダクタンスが相まって電信パルスを歪ませ、ケーブルの帯域幅を低下させ、電信データ転送速度は毎分10～12ワードにまで大幅に制限されていました。

1816年にはすでにフランシス・ロナルズが、絶縁された電線や地中に埋設されたコアを通過する際に電気信号が遅くなることを観察し、長いライデン瓶の例えを使ってその原因を誘導と説明していた。[ 31 ] [ 32 ]同じ効果がラティマー・クラーク（1853年）によって水中に浸漬されたコア、特にイギリスとハーグを結ぶ長いケーブルで観察された。マイケル・ファラデーは、この効果は電線とその周囲の地面（または水）との間の静電容量によって発生することを示した。ファラデーは、電池によって電線が充電されるとき（たとえば電信のキーを押すとき）、電線が移動するにつれて電線内の電荷によって水中に反対の電荷が誘導されることに気付いていた。1831年、ファラデーはこの効果を現在ではファラデーの電磁誘導の法則と呼ばれている法則で説明した。2つの電荷が引き合うため、励起電荷は遅くなる。コアはケーブルの長さに沿って分散されたコンデンサとして機能し、ケーブルの抵抗およびインダクタンスと相まって、ケーブルの 導体を介して信号が伝わる速度を制限します。

初期のケーブル設計では、これらの影響を正しく分析できなかった。有名な話だが、EOWホワイトハウスはこれらの問題を軽視し、大西洋横断ケーブルは実現可能だと主張していた。その後、アトランティック・テレグラフ・カンパニーの主任電気技師となったホワイトハウスは、ウィリアム・トムソンとの論争に巻き込まれた。ホワイトハウスは、十分な電圧があればどんなケーブルでも駆動できると考えていた。トムソンは、二乗の法則により、電圧を上げても遅延を克服できないと考えていた。彼が推奨したのは、より太いケーブルだった。ホワイトハウスが推奨した過度の電圧のため、サイラス・ウェスト・フィールドの最初の大西洋横断ケーブルは確実に動作することはなく、ホワイトハウスがケーブル設計の限界を超えて電圧を上げたときに、最終的には海に ショートしてしまった。

トムソンは、ケーブルを共振させることで電流を最小限に抑える複雑な電界発生器と、微弱な電信信号を検出するための高感度光ビームミラー検流計を設計しました。トムソンはこれらの発明と関連するいくつかの発明の特許料で富を築きました。この分野における貢献、特にケーブルの正確な数学モデルの構築により、正確な電信装置の設計が可能になり、トムソンはケルビン卿に昇格しました。大気電気と地磁気が海底ケーブルに与える影響も、初期の多くの極地探検の動機となりました。

トムソンは、電信ケーブルの静電容量と抵抗に基づいて、電気信号の電信ケーブルへの伝播を数学的に解析したが、長い海底ケーブルは速度が遅いため、インダクタンスの影響を考慮していなかった。1890年代までに、オリバー・ヘヴィサイドは、インダクタンスの影響を考慮した電信方程式の現代的な一般形を考案し、これは高速データや音声に必要な 高周波数帯域への伝送線路理論の拡張に不可欠であった。

大西洋横断電話

オークニー諸島ホイ島のスカッド岬でスコットランドの海岸を横断する海底通信ケーブル

大西洋横断電話ケーブルの敷設は1920年代から真剣に検討されていましたが、経済的に実現可能な通信に必要な技術が開発されたのは1940年代になってからでした。「プーピン化」電話ケーブル（負荷コイルを一定間隔で追加するケーブル）を敷設する最初の試みは、1930年代初頭の大恐慌の影響で失敗に終わりました。

TAT-1（Transatlantic No. 1）は、最初の大西洋横断電話ケーブルシステムでした。1955年から1956年にかけて、スコットランドのオーバン近郊のガラナック湾とカナダのニューファンドランド・ラブラドール州のクラレンビル間にケーブルが敷設されました。1956年9月25日に開通し、当初は36回線の電話回線を収容していました。

1960年代、大洋横断ケーブルは周波数多重化された音声帯域信号を伝送する同軸ケーブルでした。内部導体に流れる高電圧直流電流が中継器（ケーブル上に間隔を置いて設置された双方向増幅器）に電力を供給しました。第一世代の中継器は、これまでに設計された真空管増幅器の中で最も信頼性の高いものの一つです。[ 33 ]後期のものはトランジスタ化されました。これらのケーブルの多くは現在でも使用可能ですが、容量が小さすぎて商業的に採算が取れないため、廃棄されています。一部は地震波やその他の地磁気現象を測定するための科学機器として使用されています。[ 34 ]

その他の用途

1942年、ロンドンのニューチャールトンにあるシーメンス・ブラザーズは、英国国立物理学研究所と協力し、第二次世界大戦中のプルート作戦で海底通信ケーブル技術を応用して世界初の海底石油パイプラインを構築しました。

アクティブ光ファイバーケーブルは、ケーブルの偏光を変化させる地震イベントの検出に役立つ可能性があります。[ 35 ]

近代史

光通信ケーブル

外観画像
画像アイコン海底ケーブル地図（定期的に更新）
2015年の海底ケーブルを示す世界地図

1980年代には光ファイバーケーブルが開発されました。光ファイバーを使用した最初の大西洋横断電話ケーブルは、 1988年に運用を開始したTAT-8です。光ファイバーケーブルは複数の光ファイバーペアで構成され、各ペアは各方向に1本の光ファイバーで構成されています。TAT-8には、運用ペアが2つと予備ペアが1つありました。非常に短い回線を除き、光ファイバー海底ケーブルには一定間隔で中継器が設置されています。

現代の光ファイバー中継器は、固体光増幅器（通常はエルビウム添加光ファイバー増幅器（EDFA））を使用しています。各中継器には、各光ファイバーごとに独立した機器が搭載されています。これらの機器には、信号整形、エラー測定、および制御が含まれます。固体レーザーは、信号を次の光ファイバーに送り出します。固体レーザーは、それ自体がレーザー増幅器として機能する短い添加光ファイバーを励起します。光が光ファイバーを通過すると、光は増幅されます。このシステムは、波長分割多重化も可能にし、光ファイバーの容量を劇的に増加させます。EDFA増幅器は、1995年に海底ケーブルで初めて使用されました。[ 36 ]

中継器はケーブル中央付近の導体を流れる一定の直流電流によって電力を供給されるため、ケーブル内の中継器はすべて直列に接続される。電力供給装置（PFE）は端末局に設置される。通常、両端で電流生成を共有し、一方の端は正電圧を、もう一方の端は負電圧を供給する。通常動作では、ケーブルのほぼ中間に仮想接地点が存在する。増幅器または中継器は、それらの間の電位差から電力を得る。ケーブルを流れる電圧は、通常3000～15,000VDC、最大1,100mAの電流で、電圧が低下すると電流も増加する。10,000VDCでは最大1,650mAの電流が流れる。したがって、ケーブルに送られる電力の総量は、多くの場合最大16.5kWとなる。[ 37 ] [ 38 ]

海底ケーブルに使用される光ファイバーは、その優れた透明性から選ばれており、中継器間の距離を100キロメートル（62マイル）以上に延長することで、増幅器の数とそれに伴う歪みを最小限に抑えることができます。無中継ケーブルは中継ケーブルよりも安価ですが、最大伝送距離には制限があります。この伝送距離は年々増加しており、2014年には最長380キロメートル（240マイル）の無中継ケーブルが運用されていました。ただし、これらのケーブルでは100キロメートルごとに無電源中継器を設置する必要があります。[ 39 ]

光海底ケーブル中継器の図

こうした光ファイバーケーブルの需要の増加は、AT&Tなどのプロバイダーの能力を上回っていました。トラフィックを衛星にシフトする必要が生じ、信号品質が低下しました。この問題に対処するため、AT&Tはケーブル敷設能力を改善する必要がありました。同社は1億ドルを投資して、専用の光ファイバーケーブル敷設船2隻を建造しました。これらの船には、ケーブルの接続と電気特性の試験を行うための実験室が備え付けられていました。光ファイバーケーブルのガラスは、従来使用されていた銅ケーブルよりも柔軟性が低いため、このような現場監視は重要です。船には操縦性を向上させるスラスターが装備されています。この機能が重要なのは、光ファイバーケーブルは船尾から直接敷設する必要があるためであり、これは銅ケーブル敷設船では対処する必要がなかったもう1つの要因でした。[ 40 ]

もともと、海底ケーブルは単純なポイントツーポイント接続でした。海底分岐ユニット(SBU)の開発により、1 つのケーブル システムで複数の宛先にサービスを提供できるようになりました。現代のケーブル システムでは通常、冗長性を高めるためにファイバーが自己修復リング状に配置されており、海底セクションは海底で異なる経路をたどります。この開発の理由の 1 つは、ケーブル システムの容量が非常に大きくなり、衛星容量でケーブル システムを完全にバックアップすることができなくなったため、十分な地上バックアップ機能を提供する必要が生じたことです。すべての通信組織がこの機能を利用したいとは限らないため、現代のケーブル システムでは、一部の国 (バックアップ機能が必要) では二重の陸揚げポイントがあり、他の国ではバックアップ機能が不要であるか、その国の容量が他の手段でバックアップできるほど小さいか、バックアップを行うのが高価すぎると見なされているかのいずれかである単一の陸揚げポイントのみがある場合があります。

自己修復リング型アプローチに加え、冗長パスをさらに発展させたのがメッシュネットワークです。メッシュネットワークでは、高速スイッチング機器を用いてネットワークパス間でサービスを転送するため、パスが動作不能になった場合でも、上位プロトコルへの影響はほとんど、あるいは全くありません。2点間で利用可能なパスが増えるほど、1つまたは2つの同時障害によってエンドツーエンドのサービスが中断される可能性は低くなります。

2012年時点で、通信事業者は最大6,000km（3,700マイル）のルートで「大西洋を横断する100Gbpsの長期エラーフリー伝送を実証」しており[ 41 ] 、これは典型的なケーブルが海外で毎秒数十テラビットのデータを伝送できることを意味します。速度はここ数年で急速に向上しており、わずか3年前の2009年8月にはこのルートで毎秒40ギガビットの伝送速度が提供されていました[ 42 ]。

スイッチングおよび全海路ルーティングでは通常、距離が長くなり、往復遅延が 50% 以上増加します。たとえば、最速の大西洋横断接続の往復遅延 (RTD) または遅延は 60 ミリ秒未満で、全海路の理論上の最適値に近いです。理論上は、ロンドンとニューヨーク市の間の大圏ルート(GCP) はわずか 5,600 km (3,500 マイル) ですが、 [ 43 ]これにはいくつかの陸地 (アイルランド、ニューファンドランド、プリンスエドワード島、ニューブランズウィックとノバスコシアを結ぶ地峡) を横断する必要があるほか、潮汐の影響を受けやすいファンディ湾、マサチューセッツ州の北岸に沿ってグロスターからボストンまで、そしてかなり人口密集地域を通ってマンハッタン自体に至る陸路が必要になります。理論上は、この部分的な陸路を使用すると、スイッチングを除いて、往復時間が 40 ミリ秒未満 (光速の最小時間) になる可能性があります。陸地が少ないルートでは、長期的には 往復の所要時間が光速の最小値に近づく可能性があります。

中継のない超長尺ケーブルに使用される光ファイバーの種類としては、1550 nmの波長レーザー光を伝送する際の損失が1キロメートルあたり0.172 dBと低いことから、PCSF（純シリカコア）がよく使用されます。PCSFは波長分散が大きいため、これを考慮して設計された送受信機器が必要です。この特性は、波長分割多重（WDM）を用いて1本の光ファイバーで複数のチャネルを伝送する際の干渉を低減するためにも利用できます。WDMでは、1本の光ファイバーで複数の光搬送チャネルを伝送し、それぞれが独自の情報を搬送します。[ 44 ] WDMは、ケーブルを介してデータを伝送するために使用される増幅器の光帯域幅と、光搬送波の周波数間隔によって制限されますが、この最小間隔も制限されており、多くの場合、最小間隔は50 GHz（0.4 nm）です。WDMを使用するとケーブルの最大長が短縮されますが、この点を考慮して機器を設計することでこれを克服できます。[ 39 ]

光送信機によって生成される信号強度を増幅するために使用される光ポストアンプは、多くの場合、ダイオード励起エルビウム添加光ファイバーレーザーを使用します。このダイオードは、多くの場合、高出力980 nmまたは1480 nmレーザーダイオードです。この構成により、最大+24dBmの増幅を低コストで実現できます。エルビウム-イッテルビウム添加光ファイバーを使用すると+33dBmの利得が得られますが、この場合も光ファイバーに供給できる電力量は制限されます。シングルキャリア構成では、カー効果によって引き起こされる自己位相変調が主な制限となり、増幅は光ファイバー1本あたり+18dBmに制限されます。WDM構成では、代わりに相互位相変調による制限が支配的になります。光プリアンプは、受信機の熱雑音を打ち消すためによく使用されます。プリアンプを980 nmレーザーで励起すると、雑音は最大3.5dBになり、1480 nmレーザーでは通常5dBの雑音が得られます。ノイズは光学フィルターを使って除去する必要がある。[ 39 ]

ラマン増幅は、 1本の光ファイバーに2つの周波数を入射することで、中継のないケーブルの伝送距離または容量を拡張するために使用できます。1つは1550nmでデータ信号を伝送し、もう1つは1450nmで励起します。わずか1ワットの電力で励起周波数（励起レーザー光）を入射すると、伝送距離は45km、容量は6倍に増加します。[ 39 ]

ケーブルの到達距離を延ばすもう一つの方法は、リモート光プリアンプ（ROPA）と呼ばれる無電源中継器を使用することです。中継器は電力を必要としませんが、ケーブルで伝送されるデータと共にポンプレーザー光を送信する必要があるため、ケーブルは無中継器ケーブルとしてカウントされます。ポンプ光とデータは、物理的に別々の光ファイバーで伝送されることが多いです。ROPAには、ポンプ光（多くの場合1480 nmのレーザー光）を使用して、残りの光ファイバーで伝送されるデータ信号を増幅するドープ光ファイバーが内蔵されています。[ 39 ]

WDM（波長分割多重）は、1990年代から2000年代にかけて海底光ファイバーケーブルに初めて実装され、[ 45 ] 、続いて2007年頃にDWDM（高密度波長分割多重）が導入されました。各ファイバーは一度に30の波長を伝送できます。SDM（空間分割多重）海底ケーブルには、従来の海底ケーブルの最大8ペアから増加した少なくとも12のファイバーペアがあり、最大24のファイバーペアを備えた海底ケーブルが導入されています。[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]海底ケーブルで使用される変調の種類は、その容量に大きな影響を与える可能性があります。[ 49 ] [ 50 ] SDMは容量を向上させるためにDWDMと組み合わせられます。[ 51 ]

トランスポンダは、ケーブルを介してデータを送信するために使用されます。オープンケーブルのコンセプトにより、ケーブルを介してデータを送信するために使用されるトランスポンダとは独立して、海底ケーブルを設計することができます。[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] SLTE（海底回線端末装置）には、トランスポンダと、ソフトウェア制御を介してケーブル内の信号を処理するために使用されるROADM（再構成可能な光アドドロップマルチプレクサ）があります[ 56 ] [ 57 ]。 ROADMは、障害があっても動作できるようにすることで、ケーブルの信頼性を向上させます。[ 58 ]この装置は、ケーブル陸揚局（CLS）内に配置されています。 C-OTDR（コヒーレント光時間領域反射率測定）は、海底ケーブルでケーブルの障害場所を検出するために使用されます。[ 56 ]海底ケーブルのウェットプラントは、ケーブル本体、分岐装置、中継器、そして場合によってはOADM（光アドドロップマルチプレクサ）で構成されます。[ 59 ] [ 60 ] SLTEは通常データセンターに設置され、ケーブル内の容量を購入してケーブルの他のポイントに接続し、インターネットに接続することも可能です。[ 61 ]例えば、多くのラテンアメリカのISPを米国のネットワークに接続するアメリカ大陸のNAPなどです。[ 62 ]

投資と財務

アフリカ沿岸を巡る最新の光ファイバーケーブル。
2024 年にアフリカ大陸にサービスを提供する稼働中および予定の海底通信ケーブルの地図。

典型的なマルチテラビットの大洋横断海底ケーブルシステムの建設には、数億ドルの費用がかかります。[ 63 ] 1988年のTAT-8から1997年頃までのほぼすべての光ファイバーケーブルは、事業者のコンソーシアムによって建設されました。たとえば、TAT-8には、AT&T Corporationなど、当時のほとんどの大手国際通信事業者を含む35社の参加者がいました。[ 64 ] 1990年代後半には、民間資金による非コンソーシアムのケーブルが2本建設されました。これは、1999年から2001年の間に220億ドル以上の投資がピークに達した、民間資金によるケーブル建設への大規模な投機ラッシュの先駆けでした。その後、Global Crossing、360networks、FLAG、Worldcom、Asia Global Crossingなどのケーブル事業者の倒産と再編が続きました。タタ・コミュニケーションズのグローバル・ネットワーク（TGN）は、地球を周回する唯一の完全所有の光ファイバー・ネットワークです。[ 65 ]

いくつかの政府はケーブルに投資している。例えば、トンガ・フィジー海底ケーブルシステムは、アジア開発銀行と世界銀行の資金援助を受けて開発・管理を行っているトンガ・ケーブル・リミテッド社が所有・運営している。トンガ・ケーブル・リミテッド社は政府が80%を所有する公営企業である。中国では、中国移動、中国電信、中国聯通の3つの国有企業が海底ケーブルに投資している。米国では、米海軍が4万海里を超える様々な海底ケーブルを所有している。[ 66 ]

20世紀のケーブルのほとんどは、アメリカとヨーロッパを結ぶために大西洋を横断していました。しかし、太平洋の容量は1990年代以降大幅に拡大しました。例えば、1998年から2003年の間に、海底光ファイバーケーブルの約70%が太平洋に敷設されました。これは、世界経済におけるアジア市場の重要性の高まりへの対応とも言えます。[ 67 ]

大西洋横断ルートや太平洋横断ルートといった既に発展した市場への数十年にわたる巨額投資の後、21世紀に入り、発展途上国への海底ケーブル網の拡張に向けた取り組みが強化されました。例えば、2009年7月には、海底光ファイバーケーブルが開通し、東アフリカはより広範なインターネットに接続されました。この新しいケーブルを提供したのはSEACOM社で、同社の株式の75%は東アフリカと南アフリカの投資家によって所有されています。[ 68 ]このプロジェクトは、沿岸部での海賊行為 の増加により1か月遅れました。 [ 69 ]

ケーブルへの投資は、海底6,200kmをカバーし、海底山脈や地溝を横断するため、商業リスクを伴います。そのため、ほとんどの企業はケーブルが完成した後にのみ容量を購入します。[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]

南極大陸

南極大陸は、海底通信ケーブルが未だ敷設されていない唯一の大陸である。電話、ビデオ、電子メールの通信は、利用可能性と容量が限られている衛星回線を介して世界中に中継する必要がある。南極大陸内の基地は無線通信で相互通信できるものの、これはあくまでローカルネットワークに過ぎない。代替手段として光ファイバーケーブルが現実的なものとなるには、マイナス80℃（華氏マイナス112度）の気温に加え、年間最大10メートル（33フィート）の氷の流動による大きな歪みにも耐えられる必要がある。したがって、光ファイバーケーブルによって得られる高帯域幅を、より大規模なインターネットバックボーンに接続することは、南極においては経済的にも技術的にも未だ実現不可能な課題である。[ 74 ]

北極

気候変動による北極の氷の融解は、大陸や遠隔地を結ぶ新たなケーブル網を敷設する機会をもたらしました。[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ]北極圏では、 12,650 kmの「ポーラー・エクスプレス」[ 78 ]や14,500 kmのファー・ノース・ファイバー[ 79 ]など、いくつかのプロジェクトが進行中です。しかし、学者たちは、この地域での海底ケーブル敷設と、きめ細かな規制の枠組みが一般的に欠如していることについて、環境への懸念を表明しています。[ 77 ] [ 80 ] [ 81 ]環境への懸念は、氷に関連する危険がケーブルを損傷することと、ケーブルの敷設が海底をかき乱すこと、またはケーブルの電磁場と熱放射が敏感な生物に影響を与えることの両方に関係しています。[ 77 ] [ 80 ] [ 82 ]

特殊潜水艦や無人潜水艇（UUV）による海中盗聴の脅威の高まりを受けて、物理層セキュリティ（PLS）の最近の開発は、光伝送自体を記録不可能にすることに重点が置かれています。データペイロードを保護するデジタル暗号化とは異なり、PLS技術は光カオスまたはスペクトル位相符号化を用いて信号を光ノイズフロア（低OSNR）内に埋め込みます。[ 83 ]

これらのシステムは、傍受した光を背景の静電気と区別できないようにすることで、「今すぐ収集し、後で解読する」戦略を無効化することを目的としており、攻撃者は有効な波形をキャプチャして将来の解読のために保存することができないためです。[ 84 ]このアプローチにより、海底ケーブル自体に物理的な変更を加えることなく、長距離インフラ上で安全な100Gbit/sの伝送が可能になります。[ 85 ]

海底ケーブルの重要性

海底ケーブルは、海底に「隠されている」ため、通信インフラの中では「取るに足らない」部分とみなされることが多いが[ 86 ] [ 87 ] 、デジタル時代には不可欠なインフラであり、海洋を横断するデータトラフィックの99%を運んでいる。[ 88 ]このデータには、すべてのインターネットトラフィック、軍事通信、金融取引が含まれる。[ 87 ] [ 89 ] [ 81 ]

海底ケーブルの全伝送容量は毎秒数テラビットであるが、衛星は通常毎秒1ギガビットしか提供せず、その比率は1000対1以上である。衛星は世界のデータ伝送の5%未満[ 75 ]（推定では0.5%）[ 81 ]を処理し、効率が低く、遅く、高価である。[ 90 ]したがって、衛星は海底ケーブルの敷設に厳しい条件のある遠隔地でのみ検討されることが多い。[ 91 ]したがって、海底ケーブルはすべてのインターネット通信に不可欠な技術インフラストラクチャである。

国家安全保障

これらのケーブルは、そのコストと有用性から、営利目的で建設・運用する企業だけでなく、各国政府からも高く評価されています。例えば、オーストラリア政府は、自国の海底ケーブルシステムを「国家経済にとって不可欠」と位置付けています。そのため、オーストラリア通信メディア庁（ACMA）は、オーストラリアと世界を結ぶケーブルに損害を与える可能性のある活動を規制する保護区域を設定しました。また、ACMAは新たな海底ケーブル敷設プロジェクトすべてを規制しています。[ 92 ]

これらのケーブルは非常に重要な役割を担っているため、途絶えると通信が途絶え、甚大な経済的損失につながる可能性があります。[ 75 ]このような途絶の影響の代表例として、2022年のトンガ火山噴火が挙げられます。この噴火では、島唯一の海底ケーブルが切断され、数日間世界との接続が遮断されました。[ 87 ] [ 76 ] [ 90 ] [ 93 ] [ 94 ]このケーブルの断線は「国家的危機」と宣言され、修理には数週間かかり、災害対応の重要な時期にトンガはほぼ孤立した状態に置かれました。[ 87 ] [ 76 ] [ 90 ] [ 93 ]

海底ケーブルインフラには、国家災害早期警報システムをサポートするスマート環境センサーを搭載するなど、追加の技術的利点があるかもしれません。[ 95 ]さらに、 5Gネットワ​​ーク、モノのインターネット（IoT）、および人工知能による大規模データ転送の需要の増加に伴い、ケーブルの重要性はさらに高まると予測されています。[ 87 ]

国際安全保障

海底通信ケーブルは、国際安全保障の観点から重要なインフラです。[ 87 ]毎日大量の機密データを伝送しており、国家活動と民間企業の両方にとって不可欠です。[ 87 ]これらのケーブルを流れるデータの量と機密性の増加のきっかけの一つは、クラウドコンピューティングの世界的な台頭です。[ 96 ]

例えば、米 軍は紛争地域から米国内の司令部へのデータ転送に海底ケーブルネットワークを利用しています。激しい作戦中にケーブルネットワークが遮断されると、地上の軍隊に直接的な影響を及ぼす可能性があります。[ 97 ]

ケーブルサービスの重要性は、その地政学的影響力を甚大なものにしています。研究者たちは、ケーブルネットワークにおける国家の優位性は政治的圧力を及ぼし、[ 94 ] [ 91 ]、世界的なインターネットガバナンスを形作る可能性があると主張しています。[ 87 ]

世界のケーブルインフラにおける国家による優位性の一例としては、中国の「デジタルシルクロード」戦略による中国のケーブルネットワーク拡張への資金提供が挙げられる。中国企業のHMNテクノロジーズは他国にネットワークを提供していることでしばしば批判されているが、世界市場シェアの最大10％を占めている。[ 89 ] [ 98 ]一部の批評家は、東アフリカとヨーロッパを結ぶPEACEケーブルなど 、世界の海底ケーブルの約25％に関与する重要なケーブルインフラへの中国の投資により、[ 94 ]中国はデータトラフィックを自国のネットワークに迂回させ、政治的圧力をかけることができると主張している。[ 99 ]この戦略は、代替プロジェクトを支援する米国によって対抗されている。[ 89 ] [ 94 ] [ 100 ]

海底ケーブルの脆弱性

海底ケーブルは様々な潜在的な脅威にさらされています。これらの脅威の多くは、漁船の衝突、船舶の錨泊、地震、 濁流、さらにはサメの咬傷など、偶発的なものです。[ 89 ] [ 75 ] [ 76 ] [ 91 ] [ 101 ] [ 102 ]

大西洋とカリブ海における断層調査の結果、1959年から1996年の間に発生した断層のうち、自然現象によるものは9%未満であることが判明しました。通信網に対するこの脅威に対処するため、ケーブル埋設が普及しました。1959年から1979年にかけて、ケーブル断層の平均発生率は1,000km（620マイル）あたり年間3.7件でした。1980年以降、ケーブルの埋設が広範に行われたため、1985年以降は1,000kmあたり年間0.44件にまで減少しました。[ 103 ]

それでも、ケーブルの破損は決して過去のことではなく、大西洋だけでも年間50件以上の修理が行われており、[ 104 ] 2006年、2008年、2009年、2011年に重大な破損が発生しています。

海底通信ケーブルにはいくつかの脆弱性があり、組織犯罪にとって格好の標的となっています。以下のセクションでは、これらの脆弱性と、現在提案されている組織犯罪対策について、様々な観点から考察します。

技術的な観点

技術的な脆弱性

これらのケーブルは国際水域に隔絶されているため、継続的な監視が困難であり、物理的な改ざん、データ盗難、サービス中断の標的となりやすい。 [ 75 ]

ケーブルの脆弱性は、無人潜水艇（UUV）の開発など、探知を回避しながらケーブルを秘密裏に損傷できる技術の進歩によってさらに悪化している。[ 105 ]しかし、低技術の攻撃でもケーブルのセキュリティに重大な影響を与える可能性があり、2013年には3人のダイバーがエジプトとヨーロッパを結ぶ主要ケーブルを切断し、エジプトのインターネット速度を大幅に低下させたとして逮捕された。[ 97 ] [ 106 ]

朝鮮海峡の例に見られるように、浅瀬であってもケーブルはリスクにさらされている。[ 107 ]このような海路は、複数の国が利害対立する「海上の難所」とみなされることが多く、船舶の活動や紛争による被害のリスクが高まっている。[ 90 ]

さらに、ほとんどのケーブルの位置は公開されているため、[ 90 ]サービスの妨害やケーブル材料の盗難などの犯罪行為の標的になりやすく、深刻な通信障害につながる可能性があります。[ 107 ] [ 108 ]海底ケーブルの盗難はベトナムで報告されており、2007年には11km以上のケーブルが行方不明になり、後に漁船で発見されたと推定されています。メディアの報道によると、漁船はケーブルを売却しようとしていたとのことです。[ 109 ] [ 110 ]

技術的対策

通常、ケーブルは水深2,000メートル未満の海域に埋設されるが、公海漁業や底引き網漁業に対する防御手段として、より深い海底に埋設されることが増えている。[ 75 ] [ 76 ]しかし、これは組織犯罪による物理的な攻撃に対しても有利となる可能性がある。

さらなる技術的解決策としては、高度な保護ケース[ 75 ]やUUVなどによる監視がある。[ 97 ]しかし、このような技術的解決策は実施が困難な場合があり、公海の遠隔地に限られる。[ 75 ]他の提案された解決策には、保護区域または安全区域と罰則による空間モデリング、[ 92 ] [ 108 ] [ 105 ]監視のための資源の増加、[ 107 ]国家と民間部門のより協力的なアプローチがある。[ 89 ] [ 111 ] [ 81 ] [ 105 ]しかし、これらの解決策をどのように実施し、施行するかはまだ決まっていない。[ 108 ]このようにケーブルが遠隔地にあることは、物理的な攻撃とその防御の両方を複雑にする。

ケーブル修理
海底通信ケーブルの修理方法を示すアニメーション。

陸上局は、拡散スペクトル時間領域反射率測定法（SSTDR）などの電気測定によってケーブルの断線箇所を特定できます。SSTDRは、実環境で非常に迅速に使用できる時間領域反射率測定法の一種です。現在、SSTDRは20ミリ秒で完全なデータセットを収集できます。 [ 112 ]拡散スペクトル信号をケーブルに送信し、反射信号を観測します。その後、送信信号のコピーと相関させ、信号の形状とタイミングにアルゴリズムを適用して断線箇所を特定します。

ケーブル修理船が現場に派遣され、破損箇所の近くにマーカーブイを設置します。状況に応じて数種類のグラップルが使用されます。問題の海底が砂地の場合は、硬い爪を持つグラップルを用いて海面を掘り下げ、ケーブルを捕捉します。ケーブルが岩場にある場合は、変化する海面に合わせて調整できるよう、全長にわたってフックが付いた柔軟なグラップルが使用されます。[ 113 ]特に深海では、ケーブルが単体で持ち上げられるほどの強度がない場合があるため、フックに引っかけた直後にケーブルを切断する特殊なグラップルが使用され、一度に1本のケーブルだけが水面に引き上げられ、新しいケーブルが接合されます。[ 114 ]修理後のケーブルは元のケーブルよりも長くなるため、余剰部分は意図的に海底にU字型に敷設されます。浅瀬にあるケーブルの修理には潜水艇が使用されます。

重要なケーブルルートに近い多くの港は、専門のケーブル修理船の拠点となりました。ノバスコシア州ハリファックスは、20世紀の大半において、CSサイラス・ウェスト・フィールド、CSミニア、CSマッケイ・ベネットといっ​​た長寿船を含む6隻のケーブル修理船の拠点でした。後者2隻は、RMSタイタニック号沈没事故の遭難者救助を請け負いました。これらの船の乗組員は、「プラウ」など、ケーブル敷設の修理と改善のための多くの新しい技術と装置を開発しました。

サイバーセキュリティの観点

サイバー脆弱性

ますます高度なサイバー攻撃がケーブル上のデータトラフィックを脅かしており、その動機は国家主体または非国家主体による金銭的利益、スパイ活動、恐喝など多岐にわたる。 [ 89 ] [ 97 ] [ 93 ]さらに、ハイブリッド戦術はケーブルで転送されるデータを妨害したり、武器化したりすることさえ可能である。[ 93 ]例えば、低強度のサイバー攻撃はランサムウェア、データ操作、盗難に利用される可能性があり、[ 115 ] [ 93 ]国家間の紛争においてサイバー犯罪やグレーゾーン戦術を使用する新たな機会が生まれている。[ 116 ] [ 117 ]

拘束力のある国際的なサイバーセキュリティ基準の欠如は、組織犯罪に利用される可能性のあるサイバーを利用した妨害行為への対処においてギャップを生み出す可能性がある。[ 93 ]しかし、事件を特定の行為者またはその行為者の動機に帰属させることは、特にサイバー空間においては困難な場合がある。[ 118 ]

サイバースパイ活動と情報収集

サイバー攻撃の高度化は、海底ケーブルがサイバースパイ活動に対して脆弱であることを浮き彫りにし、セキュリティを複雑化させています。ケーブル盗聴、ネットワーク管理システムへのハッキング、ケーブル陸揚局への攻撃といった手法は、ロシア、米国、英国を筆頭とする諜報機関による秘密裏のデータアクセスを可能にしています。[ 90 ] [ 107 ]

これらの活動は戦略的および経済的な動機によって推進されており、技術の進歩により傍受やデータ操作がより効果的になり、検出が困難になっています。[ 89 ]脆弱性を高める最近の技術の進歩には、コンポーネントの制御を集中化するリモートアクセスポータルやリモートネットワーク管理システムの使用が含まれ、攻撃者はトラフィックを監視し、データフローを妨害する可能性があります。[ 89 ] [ 96 ]

情報収集技術は19世紀後半から活用されてきました。戦争勃発時には、しばしば各国が相手側のケーブルを切断し、監視対象のケーブルに情報の流れを誘導してきました。最も野心的な試みは 第一次世界大戦中に行われ、イギリス軍とドイツ軍は水上艦艇や潜水艦を用いてケーブルを切断し、相手側の世界的な通信システムを組織的に破壊しようとしました。[ 119 ]

冷戦中 、 アメリカ海軍 と 国家安全保障局（NSA）はアイビーベルズ作戦 でソ連の海底通信回線に盗聴器を仕掛けることに成功した 。

こうした歴史的な情報収集手法は、盗聴の脅威を最小限に抑えるエンドツーエンドの暗号化の普及などの技術的進歩によって最終的に対抗されました 。

サイバーセキュリティ対策

海底ケーブルに対するサイバーセキュリティ戦略（暗号化、アクセス制御、継続的な監視など）は、主に不正なデータアクセスの防止に重点を置いていますが、前述のように脆弱で遠隔地にある公海上のケーブルの物理的な保護には十分に対応していません。[ 97 ]

その結果、サイバーセキュリティプロトコルは沿岸の上陸地点付近では効果的であるものの、広大な外洋での施行は困難を極める。[ 97 ]これらの限界に対処するため、専門家は、特に国際水域における管轄権の曖昧さを考慮し、物理的セキュリティ対策と国際協力および法的枠組みを統合した、より広範で多層的なアプローチを提案している。[ 93 ] [ 108 ]

海底ケーブルに特化したサイバーセキュリティ基準を策定するための多国間協定の重要性が強調されている。これらの協定は、国際水域における管轄権の曖昧さ、そしてしばしば生じる執行上の空白を埋めるのに役立つ可能性がある。これらの空白は、最終的には効果的な保護を阻害し、組織犯罪に悪用されることがしばしばある。[ 93 ]

一部の学者は、欧州連合（EU）の連携強化を主張し、沿岸警備隊や特定の通信規制当局など、様々な機関の監視・対応能力の向上を推奨している。[ 89 ]ケーブル所有における民間企業の中心的な役割を踏まえ、一部の専門家は、政府とテクノロジー企業間の連携を強化し、リソースをプールし、この重要なインフラに合わせたより革新的なセキュリティ対策を開発する必要性も強調している。[ 97 ]

地政学的視点

地政学的な脆弱性

漁船は海底通信ケーブルの偶発的な損傷の主な原因である。[ 89 ] [ 75 ]しかし、学術的な議論や最近の事件の中には、地政学的戦術がこれまで予想されていた以上にケーブルの安全性に影響を与えていることを指摘するものがある。[ 87 ]これらの戦術には、漁船が通常の海上交通に溶け込み、攻撃を実行する容易さと可能性が含まれる。[ 107 ]

漁船の網がケーブルに障害を引き起こす 性質は、冷戦時代に悪用された可能性が高い。例えば、1959年2月、アメリカの大西洋横断通信ケーブル5本で12本の連続切断が発生した。これに対応して、アメリカ海軍の艦艇USS ロイ ・O・ヘイルはソ連のトロール船 ノボロシスク号を拿捕し、調査を行った。同船の航海日誌を調べたところ、ケーブルが切断されたとき、同船はそれぞれのケーブルの付近にいたことが判明した。 ノボロシスク号の甲板上でもケーブルの破断部分が発見された。ケーブルは船の網に引きずられ、網を解放するために甲板に引き上げられた際に切断されたとみられる。ソ連は調査が不当であると主張したが、米国は、 ソ連成立前にロシアが署名した1884年の海底電信ケーブル保護条約を国際議定書違反の証拠として挙げた。 [ 120 ]

いくつかのメディアや団体は、特に2022年にロシアの漁船が損傷した海底ケーブルの上を最大20回通過したと指摘しており、潜在的な政治的動機とロシア側によるハイブリッド戦戦術の使用の可能性を示唆している。[ 121 ] [ 122 ]海底ケーブル付近でのロシア海軍の活動は、海底ケーブルを標的としたハイブリッド戦戦略の増加と関連付けられることが多く、破壊工作は紛争時に通信ネットワークを混乱させ、敵対国を不安定化させる手段として機能していると主張されている。[ 89 ] [ 91 ]

こうした戦術により、ケーブルのセキュリティは重大な地政学的問題となっている。[ 91 ]犯罪者はさらに、経済を不安定化させたり、政治的なメッセージを伝えたりするために、ケーブルを経済戦争の手段として標的にする可能性もある。[ 97 ] [ 90 ] [ 93 ]このように、政治色の強い海域での海底通信ケーブルの妨害には、ますます注目を集めている重大な政治的要素がある。

2024年11月にバルト海でリトアニアとスウェーデンの間、およびフィンランドとドイツの間の2本のケーブルが切断された後、ボリス・ピストリウス国防大臣は次のように主張した。

「これらのケーブルが誤って切断されたと信じている人は誰もいません。また、船の錨が誤って損傷を引き起こしたという説も信じたくありません。したがって、誰が仕掛けたのか具体的には分かりませんが、これは『ハイブリッド』な行為であると言わざるを得ません。そして、まだ真相は分かりませんが、これは妨害行為であるとも推測せざるを得ません。」[ 123 ] [ 124 ]

この声明は、ケーブルの妨害を国家安全保障上の脅威と認識するという現在の議論を強調しており、最終的には国際的な文脈におけるケーブルの安全保障化につながる。 [ 125 ]

地政学的リスクと対策

海底ケーブルは、組織犯罪のような国際的な脅威に対して本質的に脆弱である。[ 89 ]これらの脅威に対処するための国際協力は、国際ケーブル保護委員会（ICPC） などのケーブルに特化した既存の組織に委ねられる傾向があり、これらの組織は主要な海底ケーブルの利害関係者を代表し、利害関係者間の協力と情報共有を促進する上で重要な役割を果たしている。[ 89 ] [ 90 ]このような組織は、ケーブルセキュリティに関する包括的かつ調整された世界戦略を策定し、実施するために不可欠であると主張されている。[ 108 ]

2025年現在、緊張した米中関係は、特に領土紛争のある南シナ海において、この課題を複雑化させています。中国は世界のケーブルネットワークに対する支配力と影響力を増大させており、米国と中国は同盟国所有のケーブルプロジェクトを財政的に支援し、ベトナムなどに対して外交圧力と規制措置を講じています。[ 126 ] [ 89 ] [ 94 ] [ 100 ]

バルト海におけるノルドストリームパイプラインの妨害行為（ドイツとロシアにとって極めて重要な海底インフラが物理的に破壊された事件など）を受けて、 NATOはパトロールと監視活動を強化した。[ 91 ] [ 127 ]

海底ケーブルは、国際連合海洋法条約（UNCLOS）の枠組み内で、特に第112条、第97条、第112条、第115条の規定を通じて国際的に規制されており、これらの規定は、国際水域および大陸棚を越えた海域へのケーブル敷設の運用上の自由を義務付け、船舶事故に対する保護措置を奨励している。[ 128 ]

しかし、海底ケーブルは重大な法的課題に直面しており、国連海洋法条約（UNCLOS）における具体的な法的保護や、特に国際水域における新たな脅威に対する執行メカニズムが欠如している。[ 87 ] [ 128 ] [ 108 ] [ 93 ]米国やトルコなど主要国が条約を批准していないことで、この状況はさらに複雑化している。[ 90 ]多くの国では、海底ケーブルの破壊や窃盗を犯罪とする明示的な法規定が欠如しており、管轄権の曖昧さが生じ、組織犯罪が悪用できる。[ 89 ] [ 93 ] [ 108 ] 1884年の海底電信ケーブル保護条約など、その他の法的枠組みは時代遅れであり、サイバー攻撃やハイブリッド戦戦術などの現代の脅威に対処できていない。[ 93 ]不明確な管轄権と脆弱な執行メカニズムは、組織犯罪から海底ケーブルを保護することの難しさを示している。

特に北極海は、広大かつ遠隔地における監視と法執行に伴う課題を如実に表しており、犯罪者が悪用し得る法的空白を生み出しています。北極圏では、海底ケーブルの保護を監督する中央国際機関が存在せず、NATOのような軍事組織に依存しているため、世界規模で協調的な対応が阻害されています。[ 77 ]

そのため、 ICPCなどの組織は、海底ケーブルの安全を確保するために、最新かつより包括的な法的枠組みの必要性を強調している。[ 129 ]

海底ケーブルを組織犯罪から保護するという法的課題により、条約改正から国内法改革、多層的な統治モデルに至るまで、さまざまな勧告がなされている。

一部の学者は、協力的な監視と執行プロトコルを含む、ケーブルを広範囲に保護するためにUNCLOSを改訂すべきだと主張している。[ 128 ]さらに、海洋法、国家責任、武力行使に関する法律の原則を創造的に適用することで、ケーブルの保護を強化できる。[ 93 ]執行の問題は、国内法をUNCLOSと整合させ、国家対応プロトコルを実施し、ケーブル事故に関する連絡窓口を合理化することで対処できる。[ 93 ] NATOなどの組織の関与が高まっていることを踏まえ、ケーブルセキュリティにおける軍事および非軍事主体の役割を明確にし、多層ガバナンスモデルを強化することを推奨する学者もいる。[ 77 ] [ 111 ]

これらの法的解決策の提案は有望であるように思われるが、国際条約の複雑さ、国際協力の必要性、ケーブル損傷の国内犯罪化の欠如、技術的脅威の進化の性質により、実際の実施は依然として課題となっている。[ 87 ] [ 89 ] [ 93 ] [ 108 ] さらに、国際水域におけるUNCLOSの曖昧な管轄権が効果的な執行を妨げている一方で、政治的利益が限られていることが条約の発展を妨げているようだ。[ 87 ] [ 89 ] [ 91 ]

環境への影響

海に敷設されたケーブルは海洋生物にとって危険となり得ます。ケーブル敷設の増加と、現代社会が求める相互接続性の需要の増加に伴い、環境への影響は増大しています。

海底ケーブルはさまざまな方法で 海洋生物に影響を与える可能性があります。

海底の改変

海底生態系は、ケーブルの設置および保守によって撹乱される可能性があります。ケーブル設置の影響は一般的に特定の地域に限定されますが、撹乱の程度は設置方法によって異なります。

ケーブルは、海底のいわゆる底生帯に敷設されることが多い。底生帯とは、海底の生態系領域であり、底生生物、貝類、カニ類が生息し、水中の物質や粒子が堆積して海洋生物の生息地となっている表層堆積物が存在する場所を指す。

ケーブル敷設、水ジェットによる溝掘り、あるいは鋤き込みによって堆積物が損傷を受ける可能性があります。これにより堆積物が再加工され、堆積物を構成する基質が変化する可能性があります。

いくつかの研究によると、ケーブルの存在は底生生物相にわずかな影響を与えるに過ぎない。しかし、ケーブルの存在は生物の行動に異常をきたす可能性がある。[ 130 ]主な観察結果は、ケーブルの存在がイソギンチャクの付着のための硬い基質を提供していることである。これらの生物は、通常はイソギンチャクにとって適さない軟らかい堆積物を通るケーブルの周囲に多く生息している。これはカレイ類にも当てはまる。あまり観察されていないが、ケーブルの存在は水温を変化させ、周囲の自然生息地を撹乱する可能性がある。

しかし、これらの擾乱は長期間持続するものではなく、数日以内に安定する可能性があります。ケーブル事業者は、生態系が敏感で脆弱な地域を避けるようにケーブルを配線する対策を講じようとしています。

エンタングルメント

海洋動物のケーブルへの絡まりは、ケーブル損傷の主な原因の一つです。クジラやマッコウクジラは、ケーブルに絡まって損傷を与える主な動物です。これらの動物とケーブルの接触は、負傷や場合によっては死亡につながる可能性があります。1877年から1955年の間に行われた調査では、クジラの絡まり​​によるケーブル破裂が16件報告されており、そのうち13件はマッコウクジラによるものでした。1907年から2006年の間には、同様の事例が39件記録されています。[ 131 ]このような事故を防ぐため、ケーブルを埋設する技術が徐々に導入されつつあります。

漁業のリスク

海底ケーブルは海底に設置されていますが、漁業活動によって損傷を受ける可能性があります。漁師が海底を削ったり、トロール網や網などの漁具を引きずったりする漁法を用いると、ケーブルが損傷し、ケーブルを構成する液体や化学物質、有毒物質が流出する可能性があります。

海底ケーブルの密集した地域は、漁業被害が少ないという利点があります。底生生物や堆積物の多い海域では、制限や禁止措置により、海洋生物がよりよく保護されています。研究では、ケーブル敷設区域周辺の海洋生物に良い影響があることが示されています。[ 132 ]

汚染

海底ケーブルは銅線または光ファイバーで作られており、プラスチック、ワイヤー、または合成材料でできた複数の保護層で覆われています。また、ケーブルは電気絶縁体として機能する誘電流体または炭化水素流体で構成されている場合もあります。これらの物質は海洋生物に有害となる可能性があります。[ 133 ]

漁業、老朽化し​​たケーブル、そしてケーブルに衝突したり絡まったりする海洋生物は、ケーブルを損傷し、有毒物質や有害物質を海に拡散させる可能性があります。しかし、海底ケーブルの影響は、他の海洋汚染源と比較すると限定的です。

堆積物に埋もれた汚染物質が放出されるリスクもあります。ケーブル敷設により堆積物が再浮遊すると、炭化水素などの有害物質が放出される可能性があります。

予備分析によって底質の毒性レベルを評価し、底質汚染物質の再移動と拡散を回避するケーブルルートを選択することができます。また、より近代的な新技術により、ケーブル建設に汚染物質の少ない材料を使用することも可能になります。[ 131 ]

音波と電磁波

ケーブルの設置と保守には、音波や電磁波を発生させる機械設備の使用が必要です。これらの機械設備は、空間内での位置確認やコミュニケーションに波動を利用する動物を妨害する可能性があります。水中の音波は、使用する機器、ケーブルが設置されている海底の特性、そしてその地形によって異なります。[ 131 ]

水中の騒音や波は、特定の水中生物の行動を変化させる可能性があり、例えば回遊行動、コミュニケーションや繁殖の阻害などです。入手可能な情報によると、海底ケーブル工事によって発生する水中騒音は、音響フットプリントと持続時間が限られています。[ 134 ]

参照

注記

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さらに読む

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  • ヴァリー・T・コーツ、バーナード・フィン（1979年）『回顧的技術評価：1866年の大西洋横断ケーブル』サンフランシスコ・プレス
  • バーン・ディブナー（1959年）『アトランティック・ケーブル』バーンディ図書館
  • ジョシュ・ジーザ（2024年4月16日）「海の下の雲：インターネットを支える目に見えない海運業界」 The Verge 2024年4月16日閲覧。
  • バーナード・フィン、ダチン・ヤン編（2009年）『海底通信：進化するケーブルネットワークとその影響』 MITプレス。
  • KR Haigh (1968).ケーブル船と海底ケーブル. 米国海底ケーブル公社.
  • ノーマン・L・ミドルミス（2000年）『ケーブルシップ』シールド出版。
  • ニコール・スタロシエルスキ（2015年）『海底ネットワーク（信号、記憶、伝送）』デューク大学出版局、ISBN 978-0822357551。
  • ジョン・スティール・ゴードン（2000年）『海の底の糸』ワールド・オブ・ブックス、ISBN 978-0743231275。
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記事

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