От недель до миллисекунд: как человечество приручало технологии связи

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.

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. 

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. 

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».

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. 

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. 

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 20—30-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. 

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.