海の深さからの放送：800 kmのNEPTUNEチャンネルがインターネットを海底まで運んでいます

デスクトップのホームイーサネットケーブルは、たとえばこのヒトデなど、さまざまな海洋生物に対処する必要はありません。



Juan de Fuca構造プレートは、今日、地球上で最も小さいサイズのプレートの1つです。 ワシントン州オレゴン州とブリティッシュコロンビア州の海岸から数百キロ離れています。 しかし、Juan de Fucaのサイズの不足は、彼女の社交性の代価を払っています。 ユニークな高速光ケーブルネットワークの本拠地となり、2009年末に太平洋の深海を通過しました。



このチャンネルは、NEPTUNE-北東太平洋時系列水中ネットワーク実験（一時的な中断のない北東太平洋水中実験ネットワーク- 約Translator ）という愛称で呼ばれました。 その長さは800キロメートルを超え、1つの長い列車にリンクされた40,000台の地下鉄車両の長さに匹敵します。



非営利のOceans Network Canadaグループの科学者、研究者、エンジニアのチームがネットワークの運用をサポートしています。その実装には1億1100万カナダドル、年間1700万ドルのサポートが必要です。 ここでは、珍しい水中ケーブルを扱っていることに注意してください。 そのようなケーブルとは異なり、海底全体を横断する代わりに、ネプチューンは海岸に戻ります-それが始まったまさにその場所に。 また、NEPTUNEは海洋全体の情報伝達を改善するように設計されていますが、海底の生命と生命に関する情報も収集します。



モノのインターネットについては忘れてください。NEPTUNEは構造プラットフォーム全体をインターネットに接続しています。

深海-最後のフロンティア

ワシントン大学の海洋学教授であるジョン・デラニーは、90年代半ばにNEPTUNEのアイデアを思いつきました。その後のインターネットの急速な発展は、単に自宅のコンピューターとオフィスのコンピューターを接続するよりもはるかに重要であると予測しました。 彼は、「海洋環境における自動センサーの分散ネットワーク」は、特定の短い間隔で海に入ってくる船の研究者がほとんど想像も余裕もない方法を使用して、海を継続的に監視することを提案しました。



私たちの時代に戻って、海底とのコミュニケーションの継続的な支援は、まだかなりの成果であることがわかります。 私たちは遠い昔から衛星や宇宙船との無線通信を維持する能力を習得してきたという事実にもかかわらず、私たちから数十億キロメートルの距離にある海の深さは、開発ラインのためにほとんど開かれていません。 そもそも、水中には無線通信がないことに注意する価値があります。すべてのものを配線し、防水し、誤って落とされたアンカー、腐食、漏れなどのリスク要因から保護する必要があります。 この点で、フアン・デ・フカも大きな脅威です。毎年約400の地震がプレート上で発生しています。



信じられないほど、オーシャンネットワークスカナダはシステム全体を機能させることができました。 NEPTUNEの至る所にある5つの深海の場所は、地震探査用の津波認識システムから海洋生態系の温室効果ガスの量の測定まで、膨大な数のセンサーと機器の場所として機能します。 最も深い場所-連続観測のための資金が不足している6番目は、海面下2.4 kmの深さでファンデフカプラットフォームの端に位置し、ほぼNEPTUNEケーブルを敷設するアルカテル-ルーセント潜水艦と同じくらいの深さです。



現在、それぞれの場所は、海面の科学者が夏のほんの数週間しか夢を見ることができない方法を使用して、私たちの海と惑星全体の健康に関する貴重な情報を1秒以内に提供します。 このネットワークをインターネットに接続することにより、世界中のこの情報をリアルタイムで監視、中継、分析する機会が得られます。 これは、デラニーのビジョンの絶対的な実現であり、NEPTUNEの最も重要なタスクの1つです。



ただし、リアルタイム操作のためにNEPTUNEを起動し、この状態に維持するのは簡単な作業ではありませんでした。 プロジェクトの数年に基づいて、このような深さで機能するコンピューターネットワークを発明したことは一度もないと安全に言えます。





NEPTUNEプロジェクトスコープマップ

敷設と開始

ウォーリーは、小型冷蔵庫ほどの大きさのロボットです。 彼は太平洋の底に沿って移動します。 そのケーブルにより、どの方向にも70メートル以内で移動できます。 彼は底生植物相と一緒に地熱断層帯に住んでおり、彼のオペレータは愛情を込めて「ウォーランド」と呼ばれています。 もちろん、エンターテインメントのアイデアがバクテリアとガスハイドレートでいっぱいの温室である場合を除き、このタイトルは遊園地のヒントをはっきりと読みます-氷のメタンの固体形成、海抜少なくとも1キロメートルの深さでのみ安定しています。 この場所で、ウォーリーはほぼ2年間住んでいました。



ウォーリーは、通常のロボットの水中クローラーのようなものではありません。彼らは通常、このような長時間水中にとどまりません。 それを管理する科学者でさえ、最も普通ではない方法で、インターネットのリモートコントロールを地球の反対側から使用します。 NEPTUNEのおかげで、クローラーは絶えずネットワークに接続され、海岸から電力を受け取り、24時間年中無休で利用できます。



ウォーリーとドイツの遠方のオペレーターとの何らかの連絡係である地球物理学者のマーティン・スカイウェロは、同様の方法で動作する他の深海クローラーを知りません。 明らかに、ここでのポイントは、アルカテル-ルーセントなどの企業は、原則として、ウォーリーや他のNEPTUNEデバイスが自宅と呼ぶ場所で作業を行わないということです。



「ケーブルは決して敷設されない場所に敷設するときに通常避けられる場所にケーブルを敷設したかったのです」と、Kim Juniper氏は回想します。 この海洋微生物学者は、Ocean Networks Canadaの科学ディレクターであり、ケーブルネットワークと、Wallyなど彼のチームが使用するデバイスの開発に携わる世界中の科学者との間の仲介役を務めています。 2004年から2006年まで、チーフサイエンティストとして、Alcatel-Lucentとの緊密な協力のもと、NEPTUNEケーブルルートの設計に取り組みました。





貨物プラットフォームに乗るウォーリー





予備のウォーリーカメラ。 Wallyがオンラインで見るものを見ることができます。



彼のオフィスでは、オーシャンネットワークカナダが彼の故郷ジュニパーと呼んでいる、広いネクタイを身に着けたビクトリア大学の湿気のある並木道のキャンパスに、海洋学者というよりはオフィスマネージャーのように見えます。 私にすべてをはっきりと見せるために、彼は水中ネットワークの広々とした地図を広げました。そしてそれは彼の机よりはるかに大きいことが判明しました。



トランクケーブルは、80 kW、8 kWの電力、および各場所に4ギガビットのストリップを備えたチャネルという膨大な量のエネルギーを運びます。 大陸棚の端までの隙間で、深さが400 mを超えると、ケーブルは装甲シースで覆われ、直径3.8 cmに達します。すきを使用して、海底に少なくとも1メートルの深さまで潜り込み、最終的に敷設深さに達します。海岸からの最大距離で1.2 km以上。



ただし、常に中断の可能性があり、ループの形でネットワークを実装するというアイデアが助けになりました。 ジュニパーネットワークスは、このアイデアがいつ生まれたのか正確に言うことはできませんが、彼の仮定によると、海の不親切な環境がここで役割を果たしました。 アイデアは、長いケーブルを海に引き込み、海底のどこかに終端を残すのではなく、ケーブルが開始点の海岸ステーションにループバックするというものです。 また、機器の故障や誤動作が発生した場合、電力と情報は双方向に循環するため、チームはNEPTUNEを再構成して誤動作の結果を補うことができます。 また、この状態のネットワークは半分の速度でしか動作しませんが、ほとんどの海底ケーブルにはないレベルのフォールトトレランスを提供します。



さらに、幹線のルートに沿った6つの場所（バークレーキャニオン、エンデバー山脈、フォルガー運河、カスカディアベイ、クレイクォート、ミドルバレーの斜面）のそれぞれで、ケーブルは「分岐」と呼ばれる2次ケーブルに分割されます。 これらの枝は、ネプチューンがアルカテル・ルーセントが行く勇気のない場所-裸岩、地熱井が底面にあり、地滑りがしばしば発生する場所に到達するのを助けるため、非常に重要です。 各プロセスは、低電圧電力を供給し、センサーとデバイス付きプラットフォームで構成される第2レベルのNEPTUNEインフラストラクチャとの情報通信を提供する巨大な水中ネットワークスイッチとして最もよく想像されるノードにつながります。



「アルカテル-ルーセントは、電気を伝達し、デバイスをケーブルで直接水中に接続しようとはしませんでした。水中ケーブルを世界中に開放することは、最後にやりたいことです。」



ただし、デバイスをネットワークに接続して水中でオフにする機能は、プロジェクト全体にとって重要です。 5つの稼働中のNEPTUNEロケーションのそれぞれ（デバイスは6番目にインストールされていますが、資金はありません）には、ジャンクションボックスと呼ばれるデバイスがあります。 ジャンクションボックスは、ノードから低電圧電力を受け取り、データケーブルに接続して機器プラットフォーム（通常は多くのセンサーがある）にさらに分配し、クローラーや、ハイドロフォンやカメラなどの高帯域幅要件のあるデバイスに送信します。 これらのほとんどすべては、リモート制御の水中機器を使用して、ネットワークに直接接続したり、ネットワークから切断したりできます。これにより、メンテナンスチームは、ネットワークの基本要素を変更せずに改善し、新しいデバイスをインストールできます。



その結果、補助ケーブルが混乱します。これは、ホームルーターのワイヤーの状況と非常によく似ており、水中のみで全長が約90 kmです。





これは、クローズアップ、テストタンクでの結び目です。



「私たちは常にアルカテル・ルーセントを快適地帯から出させました。 私たちは彼らにそれについて尋ね、彼らは科学のためにそれをします。 ただし、将来的には、通信ケーブルを敷設する際に、はるかに保守的なソリューションを使用するようになると思います。特に、こうした火山サイトは避けられると思います」とジュニパーは笑います。



そうではなく、NEPTUNEチームには選択肢がありません。 ケーブルから高解像度カメラまで、ノードの外部に設置されるすべての機器は、オーシャンネットワークズカナダが所有しています。 そして、監視が最も必要とされるのはまさにそのような人を寄せ付けない環境です。

通常のメンテナンスではありません

カナダの国境船ジョン・P・タリーは「小型」船とみなされています。 1984年に建設され、有名なカナダの海洋学者にちなんで名付けられた、長さ65メートルに達します。 しかし、5月初旬にセーリングする前に、タリーの装備が満載されたデッキに沿って歩くのは素晴らしいです。 チームがそれに詰め込んだ技術的な装備の量は、船の本当の大きさについてのあなたの考えを劇的に変えます。



コンパクトSUVのサイズのOceanic Explorerと呼ばれる遠隔操作の水中車両が船尾に座り、デッキ全体にワイヤーが張られています。 近くには2つの貨物コンテナがあり、その中にはデバイスのコントロールセンターと衛星通信システムのコントロールパネルがあります。 船内には、天井に折り畳まれてロープで縛られ、射撃および放送機器を備えたラックがあり、木製の表面のほとんどには、小さな電子機器を固定するためのねじ用の穴が点在しています。



技術作業の実施のために行われた「深海の設置」という名前での数週間の航海の間に、年に2回、観測運用部長のエイドリアン・ラウンドは、そのような船を自分の家と呼びます。 細いひげを生やしたラウンドは、海での生活に精通しています。 現在、カナダ海軍の船アルゴンキンの引退した指揮官であり、ビクトリア近くのバンクーバー島にあるエスキマルト基地の指揮官であり、カナダ海軍で26年間過ごしました。 そして10年間、彼はカナダのオーシャンネットワークスで働いています。



プライマリインフラストラクチャがすでに長い間確立されているという事実を考えると、今年の航海は、セカンダリネットワークインフラストラクチャのサービスにほぼ完全に専念しています。デバイスを表面に設置し、機器をきれいにし、古いセンサーを調整し、新しいセンサーを低くする必要があります。 この航海でのジャーナリストの存在が提供されていないという事実にもかかわらず、ラウンドはタリーの慣れ親しみツアーを喜んで行いますが、最後の多くの機器は手、クレーン、エレベーターの助けを借りてデッキに移動されます。



NEPTUNEは、電子触手、絶えず監視し、海底の水と生命に関する情報を収集するデバイスとセンサーのおかげで存在します。 原則として、それらは単に「銀行」と呼ばれる会話の保護構造に含まれています。 NEPTUNEノードには電源保護とネットワーク機器のバンクがあり、深層全体に分散したデバイスのバンクもあります。 これらの構造には、表面に圧力インジケータが付いた空気、または内部の電子機器を保護する油性の非圧縮性液体が充填されています。



皮肉なことに、海水は助手でもあり障害でもあります。銀行は海水の特徴を独自の目的に使用するだけでなく、その悪影響に抵抗するように設計されています。 ネットワーク全体が海水に接地されており、海も熱の良い伝導体であるという事実にもかかわらず、電気は水に対してネプチューンのエンジニアが意図したものとは異なる振る舞いをする場合があります。 電圧が本来のようにデバイスから出ない場合、海水への短絡が発生する可能性があります。 もちろん、ネットワークは、このようなリークが発生した場合に一定の安全マージンを考慮して設計されていますが、それ以上のものはありません。 時間内にデバイスを隔離したりオフにしたりしないと、短絡により構造物の壁に圧力がかかって穴が焼け、機器が海の影響を受けやすくなります。



腐食が材料を腐食する他のケースがあります。 「誰もが、 『ああ、まあ、すべてをステンレスにするだけだ！ しかし、水熱亀裂で覆われた表面の近くにステンレス鋼を置いた場合、数ヶ月後には何も残りません、とラウンドは説明します。「したがって、ステンレス鋼の代わりにチタンを使用します。」 さて、1000 m未満にならない場合は、プラスチックカバーを安全に使用できます。」





NEPTUNEが使用するこのような最初の防水イーサネットケーブルは、石油およびガス会社によって発明されました









ケーブル接続例



これらの金属およびプラスチック製品の大部分は、近くのマリンテクノロジーセンターにある彼のチームとラウンドによって作られました。 多くのことが初めて行われ、事前に組み立てられたコンポーネントを見つけることが常に可能というわけではありませんでしたが、デバイス、ジャンクションボックス、およびネプチューンユニットを接続するケーブルは、実際には石油およびガス産業によって以前に発明されたため、購入できました。 ラウンドが手に持つ大きなゴム製ケーブルの端には、消防ホースに似たコネクタがありますが、内部には金メッキの接点が同心円状に配置されています。



深さの下で電気的に接続する前に、これらの金メッキ接点は、「塩水がない場合は問題ない」ため、ラウンドがオイルバスと水分除去と呼ぶものを通過します。 結果は、ルーターの背面パネルにイーサネットケーブルを含めることと同じですが、唯一の例外は、Adrienの場合、ロボットアームを制御するタリーの水中リモコンのオペレーターがすべての作業を実行することです。



スリーブには非圧縮性の液体であるシリコンオイルが充填されており、ケーブルがより低い深さで破裂する可能性がなくなります。 これらのケーブルは安くないので、ラウンドは本当にこれを望んでいないでしょう。 銅線イーサネットコネクタを1組接続すると25,000ドルの費用がかかり、ネットワークが光ファイバーケーブルを延長する必要がある場合、機器のプラットフォームとジャンクションボックス間の距離が70 mを超える場合に新しいコネクタを延長する必要がある場合、この金額は2倍になります。衛星サイトは数キロメートルの距離で動作します。 お金を節約するために、可能な場合、NEPTUNEはドライペアのコネクタを使用します。 ペアの価格はたった$ 2,500で、チタン製です。これは400 m以上の深さに適しています。使用時に不利な点は、陸上でしか接続できないことです。



ただし、Roundは、すべてのリスク、特に予期しないリスクを排除できないことを理解しています。 昨年、ボートは垂直プロファイラーの屋根を取り壊しました。これは、ケーブルで海底から表面まで移動し、さまざまな深さの水柱に関する情報を収集するデバイスです。 クローラーウォーリーは、かつて数週間、泥の層で立ち往生していました。 そして、ネットワークの運用の最初の年に、ノードの1つがボルゲール運河の比較的浅い水の中の砂で覆われました。その結果、死体解剖で内部の溶融した電子機器が示されたため、おそらく過熱しました。



ネットワークケーブルとコネクタは、NEPTUNEの最も重要で最も弱いリンクのままです。 この事実を強調するように、ラウンドは、高温から断熱されるように設計された厚い布のような素材に包まれた水中コネクタを取り上げます。



「地熱断層が開く可能性があります。 これは偶然に起こります。 したがって、地面に置くことができ、すべてがうまくいき、突然、デバイスが動作しなくなります。 来年も来て、ギャップがそのすぐ下で発生したことを発見し、プラスチックを溶かします」と、ラウンドは言います。



「削減しようとしている影響のリスクがあり、受け入れなければならないものがあります。そして、これらのリスクを受け入れることは悪い決定であり、来年、それらを排除する方法を見つけることを理解します。」





海洋科学用遠隔操作プラットフォーム（ROPOS）は、最大5000 mの深さで操作できる世界クラスの水中車両です。この写真では、彼はケーブル管理システムから緩いケーブルを引き出します。

問題ありません、それは単なるデータです

問題が発生した場合、NEPTUNEは他のコンピューターネットワークと非常によく似ています。 時々、すべてをオフにしてから再びオンにする必要があります。 ブノワ・ピレンはスイッチを押す男です。



ビクトリア大学に戻ります。ここでは、デジタルインフラストラクチャのアシスタントディレクターが、壁のほとんどを占めるモニターのマトリックスに直面しています。 実際、この印象的な部屋は単なる応接室であり、ほとんどの画面は建物のオフィスと会議室に表示されています。 フォルガーリーフからビデオを放送しているディスプレイの1つで、水中植物が画面の端でゆっくりと揺れています。 一方、緑、黄、赤のインジケータはNEPTUNEセンサーの状態を示し、データが受信されて正しく記録されているかどうかも示します。



海岸とシステム間の通信を確立することは、NEPTUNEのメインケーブルと二次インフラストラクチャを敷設することと同じくらい難しいことがわかりました。 幸いなことに、ピレンは巨大な科学的コンピューターシステムの管理について何かを知っています。 ベルギーの背の高いコンピューター科学者は、ハッブル望遠鏡プロジェクトに関連するデータを含むデータを管理およびアーカイブするためのシステムを管理するために、欧州南天文台で18年間過ごしました。



最近まで、「海洋学者が使用した最大の船は船でした」とピレンは冗談を言いました、「しかし、科学者はこのレベルの観測所を持っていなかった」。



Pyreneと彼の5人のチームは、NEPTUNEセンサーの「会話」を支援するソフトウェアの作成に10年近く費やしました。 彼らの仕事は、2つの問題を解決することです。1つ目は、システム管理者が行う方法と同様に、ネットワークステータスを監視すること、2つ目は、センサーから送信される情報が正確かつ正確であることを監視することです。



ネットワークには、高解像度カメラから化学センサーやハイドロフォンまで、70〜80の異なるカテゴリに分けられた約130のデバイスがあり、それぞれに異なる情報を提供する多くのセンサーがあります。 ハイドロフォンとカムコーダーはリアルタイムでオーディオとビデオのデータを送信しますが、他の機器は毎秒1つの値しか送信できません。 たとえば、堆積岩のキャッチャーは、情報をまったく送信せず、代わりに2週間ごとにスケジュールに従って物理サンプルを収集します。



NEPTUNEに関連するほぼすべてのアクティビティは、インターフェイスとしても機能する高度な情報管理ソフトウェアであるOceans 2.0を介して実行されます。 すべてのNEPTUNEノードに接続されている各センサー、機器、ジャンクションボックスが表示されます。 ここでは、ネットワークの一般的なステータスに関する情報を確認したり、診断を実行したり、問題のあるデバイスを再起動したりできます。 デバイス自体でインテリジェントテクノロジーを使用する代わりに、ネットワークの「スマート」コンポーネントはこのソフトウェアに完全に集中しています。



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