От недель до миллисекунд: как человечество приручало технологии связи

Нина Глущенко

Потребность обмениваться информацией у людей была почти всегда, а вот технологии для быстрой коммуникации появились сравнительно недавно. Вместе с компанией Huawei вспоминаем, как человечество на протяжении веков решало проблему передачи сообщений. 

Гонцы: от эстафеты к почте

Как бы ни были удобны условные сигналы для передачи информации на расстояние, текст позволял рассказать гораздо больше. Поэтому по мере развития сначала членораздельной речи, а затем и письменности в древних государствах развивалась и система доставки сообщений гонцами. Пеший гонец мог преодолевать до 10 км в час и до 40-50 в день. 

Своеобразным рекордсменом стал афинский гонец Фидиппид, который в 490 году до н. э. перед битвой при Марафоне был послан в Спарту и преодолел расстояние в 230 км меньше чем за два дня. А после того как греки выиграли битву, уже обессиленный Фидиппид, согласно легенде, пробежал 40 км от Марафона до Афин, успел крикнуть «Радуйтесь, афиняне, мы победили!» после чего умер от истощения. 

Правителям древних государств было важно знать, что происходит в разных частях их владений, поэтому отлаженная система передачи информации была задачей первостепенной. Правительственные гонцы в древних Египте, Греции, Персии и Риме использовали метод эстафеты. На пути следования гонцов появились специальные места, где те могли отдохнуть и сменить лошадей, на латыни mansio pozita, то есть «станция в пункте». Сегодня «почта» имеет созвучное название во многих европейских языках.

Статуя Фидиппида на марафонском маршруте в Рафине. Фото: Yannis Kontos / Polaris / EastNews

Почтовые голуби: пейджер дотехнологической эпохи

Конкуренцию гонцам составил первый в истории воздушный способ связи голуби. По многим параметрам они превосходили гонцов: птица развивает скорость до 100 км/час, преодолевает до 1500 км, она идеально помнит маршрут, и любая непогода ей нипочем. Почтовый голубь мог «прослужить» 10-15 лет. У этого вида связи было лишь два недостатка. Первый голуби не способны переносить большой вес, поэтому прикрепить можно лишь маленькое сообщение. Второй голуби летают только в один конец. 

Почтовых голубей использовали еще древние египтяне, греки, финикийцы и римляне. Но применяли этот способ связи и много позже. Так, семейство Ротшильдов благодаря почтовым голубям получило сообщение о поражении Наполеона при Ватерлоо в 1815 году на двое суток раньше, чем об этом стало известно официально. В результате Натан Ротшильд провернул операцию на бирже с ценными бумагами, заработав 40 млн долларов. 

В конце XIX — начале XX века, хотя по миру давно уже шествовал телеграф, между многими европейскими городами все еще действовала голубиная почта. В каждом населенном пункте были организованы ее станции, где содержали голубей двух типов: «своих» и «чужих». 

В Новой Зеландии голубиная почта официально закрылась только в 1908 году, когда острова Грейт-Барриер и Маротири наконец связал со столицей подводный кабель. Тем не менее и это еще был не финал истории голубиной почты: ее использовали во время обеих мировых войн. 

Танкисты поддерживают связь с пехотой при помощи почтовых голубей. Западный фронт Первой мировой войны, Франция, 1914–1918 гг. Фото: Национальный архив Нидерландов / Fotocollectie Eerste Wereldoorlog
Станция голубиной почты. Восточный фронт Первой мировой войны, 1917 год. Источник: Österreichische Nationalbibliothek

Оптический и электрический телеграф: революция связи 

Первым устройством для передачи данных на длинные расстояния стал оптический телеграф. Самые ранние упоминания о конструкции, которая с помощью отражения света передавала сигналы на многие километры, относятся еще к Древней Греции. А римский правитель Тиберий с помощью гелиографа посылал приказы со своей виллы на острове Капри на материк, расположенный в 8 км от него. 

Но в обиход оптический телеграф вошел только в конце XVIII века. Первая линия была построена между Парижской и Гринвичской обсерваториями в 1778 году. С помощью такой системы можно было передавать сообщения в ясный солнечный день на 50 км, в лунную ночь на 15 км. Это было существенно быстрее, чем отправлять информацию с конным гонцом, и содержательнее, чем посредством сигнальных костров и барабанов.

В 1792 году француз Клод Шапп изобрел семафоры, передававшие данные с помощью зеркал и солнечного света. На крышах зданий устанавливали шест с перекладиной, на которой были закреплены зеркала. Такая система связи была простой и дешевой. Шапп придумал систему кодов для разных положений зеркал относительно брусьев: они могли принимать 196 кодов. Клоду повезло его брат Игнатий входил в Национальный Конвент, где и представил изобретение. 

Первая сеть семафоров Шаппа появилась между Парижем и Лиллем. Она состояла из 22 станций и сыграла важную роль в военных победах Франции. В 1794 году, когда завершилось строительство линии, по ней передали первое сообщение о победе французской армии над австрийской 1 сентября. Известие пришло всего через час после победы. 

Демонстрация работы семафора Клода Шаппа. Источник: Musee des Arts et Metiers / Wikimedia Commons

В дальнейшем такая система сообщений распространилась по всей Франции, а затем и по Европе. Бонапарт развивал оптический телеграф, поскольку это способствовало его победам позволяло быстро передавать команды. По примеру Наполеона сети оптических телеграфов начали строить и другие европейские государства. 

В России конца XVIII века механик и изобретатель Иван Кулибин усовершенствовал конструкцию оптического телеграфа: теперь устройство могло работать даже ночью и в туман. Кроме того, Кулибин придумал более простой код, который позволял передавать и расшифровывать послания быстрее. В 1839-м в Российской империи начали сооружать самую длинную в мире 1200 км линию оптических телеграфов: от Петербурга до Варшавы. Передача сообщения по ней занимала всего 22 минуты. Однако проработала линия лишь 15 лет в 1854-м оптический телеграф был вытеснен электрическим. К тому моменту и в Европе перешли с «оптики» на «электричество».

Семафор в гавани Портсмута, 1830 год. Источник: National Maritime Museum, Greenwich, London

Трансатлантический телеграфный кабель: первый шаг к глобализации

Сеть электрических телеграфов довольно быстро накрыла Европу и Россию, но передача сообщений между континентами все еще оставалась проблемой их доставляли паромами в лучшем случае за 20 дней. 

Для соединения материков с помощью телеграфа нужно было проложить кабель под водой. А первый эксперимент с подводным кабелем в Мюнхене показал без гидроизоляции ничего не получится. 

В 1847 году немецкий инженер Эрнст фон Сименс смог изолировать кабель с помощью растительной смолы гуттаперчи, и через 10 лет акционерное общество Atlantic Telegraph Company начало прокладку телеграфного кабеля длиной 4500 км через Атлантический океан для связи между континентами. 

К этому моменту Европа уже имела опыт прокладки кабеля под водой. Телеграфные кабели соединяли Англию с Нидерландами и Ирландией, Корсику с Сардинией и Италией. Так что инженеры того времени примерно понимали, что им предстоит сделать, но в случае с трансатлантическими кабелями длина линии была во много раз большей, а дно более непредсказуемым. 

Карта прокладки телеграфного кабеля через Атлантику, 1858 год. Источник: Howe's Adventures & Achievements of Americans

Первый трансатлантический кабель состоял из семи медных проводов, покрытых тремя слоями гуттаперчи и оболочкой из железных канатов. Один километр весил около 550 кг. Первая попытка проложить кабель, предпринятая в 1857 году, провалилась: его начали вести от берегов Ирландии, и он разорвался. Вторая, в 1858-м, оказалась более успешной, хотя и в этот раз кабель то и дело не выдерживал. 

В 1858 году Европу и Америку наконец связал телеграф. Первая телеграмма между Старым и Новым Светом была отправлена 16 августа. Трансатлантическое сообщение от английской королевы президенту США Джеймсу Бьюкенену, состоявшее из 103 слов, шло 16 часов из-за высокого сопротивления кабеля. Для сравнения: современные трансатлантические кабели передают более 100 миллиардов слов в секунду. 

Первый трансатлантический телеграф продержался 27 дней частично из-за недостаточной гидроизоляции кабеля, частично из-за чрезмерных стараний британской стороны, которая подавала на линию слишком высокое напряжение. Перед тем как он навеки замолчал, успели отправить всего 400 телеграмм. 

Следующая попытка была предпринята в 1866 году. Забавно, что по новому кабелю телеграф в Ньюфаундленде получал сообщения из Европы всего за несколько часов намного быстрее, чем они потом шли до Нью-Йорка, который не был соединен с Ньюфаундлендом телеграфной линией. В любом случае именно телеграф повлиял на развитие трансатлантической торговли и глобализации. 

Фрегат «Ирис» рядом с пароходом-кабелеукладчиком «Грейт Истерн» во время работ по прокладке трансатлантического телеграфного кабеля. Рисунок Роберта Чарльза Дадли, 1865-1866 гг. Источник: The Metropolitan Museum of Art
Интерьер британского парохода-кабелеукладчика «Грейт Истерн» во время работ по прокладке трансатлантического телеграфного кабеля. Рисунок Роберта Чарльза Дадли, 1865-1866 гг. Источник: The Metropolitan Museum of Art

Как гангстеры способствовали появлению подвижной связи в США

В 1920 году пришедший к власти в Италии фашистский диктатор Бенито Муссолини начал борьбу с местной мафией, и многие ее представители бежали в США. Америка 2030-х годов прошлого века кишела гангстерами из Италии, к которым охотно присоединялись местные жители. 

Правоохранители были бессильны перед такими масштабами. Да и что они могли поделать для преступлений специально выбирали места подальше от полицейских участков. Даже если кто-то звонил сообщить о нарушении закона, у гангстеров было полно времени, чтобы скрыться. 

В 1921 году отчаявшийся комиссар полиции Детройта Ратледж решился на эксперимент, позволивший правоохранителям работать оперативнее. Он установил в служебном автомобиле радиовещательный передатчик мощностью 500 Вт производства Western Electric, который работал на двух лампах и питался от автомобильного генератора. 

Чтобы узнать детали, полицейским приходилось перезванивать в участок. К тому же связь работала на волне любительской радиостанции, которая, согласно условиям лицензии, в определенное время должна была передавать развлекательный контент. Но это было не единственное неудобство. Федеральная комиссия по радиосвязи несколько раз меняла частоту вещания и позывные, ламповые приемники то и дело разбивались в пути, а правительство никак не хотело финансировать проект. Однако как только было раскрыто первое преступление, отношение к затее изменилось, и власти наконец пошли навстречу. 

Надежный приемник Ратледжу удалось сконструировать только через много лет. А полноценный радиотелефон с двухсторонней связью появился у полиции в 1933-м. 

Сотрудники полицейского управления Нью-Йорка тестируют одностороннюю связь с полицейскими машинам, патрулирующими улицы Манхэттена, 1 февраля 1932 года. Фото: AP

Тем временем новый прорыв был уже не за горами. Официальной датой рождения мобильного телефона считается 3 апреля 1973 года, когда его изобретатель, сотрудник компании Motorola Мартин Купер, позвонил в конкурирующую компанию с аппарата Motorola DynaTAC. Мобильный не имел экрана, зато у него было 12 кнопок десять с цифрами и две для начала и окончания звонка. Аппарат весил 1,15 кг и был 25 см высотой. 

Мобильная связь поколения 0

Современная базовая станция 4G обеспечивает связью сотни тысяч устройств. Скорость передачи данных у такой станции при стационарном приеме достигает гигабита в секунду. Фактически сообщения пользователей в сети разлетаются по миру за миллисекунды, а на загрузку файла весом в несколько гигабайт уходят минуты. 

Но мобильной связи поколения 0G, которую начала внедрять в 1946 году компания Bell System вместе с оператором AT&T, было далеко до этих показателей. Базовая станция тогда весила более 36 кг и поддерживала только три канала в УКВ-диапазоне. Первую сеть запустили в Сент-Луисе (США) на частоте 150 МГц в стандарте MTS. В MTS-сети для покрытия определенной территории использовали один мощный передатчик и сеть приемников абонентов.

Чтобы связаться с кем-то по мобильному, нужно было сначала вручную найти свободный канал, позвонить оператору телефонной компании и назвать идентификатор выбранного радиоканала, свой номер и номер вызываемого абонента. Оператор соединял пользователей, при этом говорить нужно было по очереди, нажимая специальную кнопку. В месяц человек вносил $30 ($330 по сегодняшнему курсу) абонплаты и отдельно оплачивал звонки. 

Как алгоритмы нейросетей предвосхитили возможности технологий

Такие понятия, как искусственный интеллект и нейросети, появились еще в середине прошлого века. В 1943 году американские ученые Уоррен Маккаллок и Уолтер Питтс разработали компьютерную модель нейронной сети на основе математических алгоритмов и теории деятельности головного мозга. В 1949-м канадский ученый Дональд Олдинг Хебб представил первый алгоритм обучения для нейросетей. 

В период с начала 50-х по конец 70-х возникло большое количество теоретических наработок, первая однослойная нейросеть и даже первый интерактивный помощник. Но, чтобы все это вошло в повседневную жизнь, требовались более быстрые технологии связи. И они постепенно появлялись: в 1991 году было запущено второе поколение беспроводной связи, 2G, десять лет спустя 3G, еще через десять лет 4G. И наконец, сегодня мир стоит на пороге 5G. 

Компания Huawei, мировой лидер в развитии этой технологии, уже демонстрирует в Европе реальные возможности стандарта связи 5G с помощью инновационной передвижной демозоны Huawei Road Show 2021. Посетители могли ознакомиться с примерами практического применения 5G технологий: как в разных отраслях промышленности, так и в повседневной жизни. Осенью мобильное роад-шоу побывало в том числе в Украине.

 

Технология 5G способна обеспечить передачу данных на скорости 10-20 гигабит в секунду, что в двадцать раз больше по сравнению с 4G LTE. Чтобы было понятнее: загрузить двухчасовой фильм в 3G занимало 26 часов, в 4G — шесть минут, а в 5G на это потребуется три с половиной секунды. Резко выросла и плотность соединения — сегодня на квадратный километр приходится 1 млн подключенных устройств. Мобильность сети дает пользователю возможность перемещаться со скоростью до 500 км/ч, а задержка сигнала составляет 1  миллисекунду — обычный человек этого времени просто не заметит. 

Впрочем, 5G — это не столько про потребление контента, сколько про автоматизацию производства, роботизацию и «интернет вещей». Если на просмотр видео в YouTube или TikTok вполне хватало и 4G, то, скажем, для безопасного передвижения беспилотных автомобилей нужны совсем другие скорости. Так что 5G имеет все шансы действительно изменить нашу жизнь, воплотив технологии, о которых много лет мечтали писатели-фантасты. 

Популярное: