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해저 통신 케이블

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목차

1. 개요

해저 통신 케이블은 19세기 중반부터 국제 통신의 핵심적인 역할을 수행해왔다. 초기에는 전신에 사용되었으나 기술 발전에 따라 전화, 팩스, 텔레비전 등 다양한 통신을 지원하게 되었다. 1850년 영국과 프랑스 사이에 최초의 실용적인 해저 케이블이 개통되었고, 1865년 대서양 횡단 케이블이 재가동되면서 본격적인 해저 케이블 시대가 열렸다. 20세기 초 무선 통신의 등장과 영국의 독점 해체 이후, 해저 케이블은 기술 발전을 거듭하며 전 세계 데이터 트래픽의 99%를 처리하는 필수 인프라로 자리 잡았다. 광섬유 케이블의 도입과 중계기 기술 발전으로 대용량 데이터 전송이 가능해졌으며, 최근에는 빅테크 기업들의 투자가 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 해저 케이블은 어업 활동, 자연재해, 사이버 공격 등 다양한 위험에 노출되어 있으며, 특히 지정학적 갈등과 국가 안보의 중요한 요소로 부상하면서 법적, 기술적, 외교적 노력을 통한 보호의 필요성이 커지고 있다.

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해저 통신 케이블
지도 정보
기본 정보
유형해저 케이블
기능통신
구조
단면 직경25 mm
무게1.4 t/km
구성 요소폴리에틸렌 외피
마일라 테이프
강철선
알루미늄 방수막
폴리카보네이트
구리 또는 알루미늄 튜브
바셀린
광섬유 코어
케이블 설치케이블 매설선 이용
해저 로봇 이용
역사
최초 설치1850년대
최초 케이블전신 케이블
주요 사용 시기19세기: 전신 통신
20세기: 전화 통신
21세기: 인터넷 통신
기술
핵심 기술광섬유
주요 통신 기술광섬유 통신
해저 광케이블
기타
관련 선박르네 데카르트

2. 역사

해저 케이블은 19세기 중반부터 국제 통신 네트워크로 중요하게 활용되었다.[129] 초기에는 전신(전보)에만 사용되었으나, 전간기에 실용화된 대륙 간 국제전화는 단파대역 전파를, 제2차 세계 대전 이후 팩시밀리, 텔레비전 중계 등은 인텔샛과 같은 정지궤도위성을 경유하는 무선 통신이 각광받았다. 하지만 해저 케이블은 무선보다 에코가 적어 동축 케이블이나 광섬유가 다시 세계의 바다에 설치되었다.

해저 케이블은 수압, 내수성, 수생 동물의 공격에 견딜 수 있도록 개발 과정에서 많은 시행착오를 거쳤다. 막대한 부설 비용, 파괴 공작, 쓰나미 등에 의한 절단[130] 위험도 있다. 1929년 그랜드뱅크스 지진으로 케이블이 손상되기도 했고, 2011년 도호쿠 지방 태평양 앞바다 지진으로 일본과 연결된 케이블이 손상되었다.[194]

2020년 기준 케이블 제조 및 부설은 알카텔 서브마린 네트웍스(구 알카텔-루슨트), 서브콤(TE SubCom), NEC 자회사 OCC 3개사가 과점하고 있다.[131][130][132] 화웨이와 타이코도 주요 제조업체이다.

2011년 도호쿠 지방 태평양 앞바다 지진으로 손상된 케이블은 다음과 같다.

케이블 이름연결 지역
APCN 2중국, 홍콩, 일본, 대한민국, 말레이시아, 필리핀, 싱가포르, 대만
태평양 북서
EAC-C2C 일부 (팩넷)
일본-미국 (KT)
PC-1 해저 케이블 시스템 (NTT)


2. 1. 초기 역사: 전신 및 동축 케이블

1839년 윌리엄 쿠크와 찰스 휘트스톤이 쿠크와 휘트스톤 전신을 선보인 후, 대서양을 횡단하는 해저 케이블은 미래의 중요한 과제로 여겨졌다.[4] 새뮤얼 모스는 1840년 초에 이미 이에 대한 확신을 표명했고, 1842년에는 타르를 칠한 삼과 인도고무로 절연 처리한 전선을 뉴욕 항의 물속에 담가 전신을 시험했다.[5][6] 이듬해 가을, 휘트스톤은 스완지 만에서 유사한 실험을 수행했다. 긴 해저 케이블의 성공을 위해서는 전선을 감싸 전류가 물로 새는 것을 방지하는 우수한 절연체가 필요했다. 모리츠 폰 야코비는 19세기 초부터 인도고무를 시험해 왔다.

1842년에는 열로 녹여 전선에 쉽게 적용할 수 있는 구타페르카가 등장했다. 윌리엄 몽고메리에 의해 유럽에 소개된 구타페르카는 마이클 패러데이와 휘트스톤에 의해 절연체로서의 장점이 발견되었고, 1845년 휘트스톤은 도버에서 칼레까지 설치될 전선을 감싸는 데 사용해야 한다고 제안했다.[8] 1847년 칼 빌헬름 지멘스는 구타페르카 절연체를 사용한 최초의 성공적인 수중 케이블을 라인 강에 설치했다.[9] 1849년 찰스 빈센트 워커는 폴크스톤 해안에 구타페르카로 코팅된 약 3km의 전선을 매설하여 성공적으로 시험했다.[7]

영국 아일랜드 자기 전신 회사(British & Irish Magnetic Telegraph Co. Limited)의 전신 우표(c. 1862).


1850년 8월, 존 워킨스 브렛의 영국 해협 해저 전신 회사는 영국 해협을 가로지르는 최초의 해저 케이블을 부설했으나, 보호 장치가 없어 실패했다.[7][10] 1851년 9월, 재편된 해저 전신 회사는 보호된 코어를 가진 케이블을 영국 해협에 부설하여 성공했다.[7][11][8]

1853년에는 영국과 아일랜드, 벨기에, 네덜란드를 연결하고 덴마크의 벨트 해협을 가로지르는 케이블들이 부설되었다.[7] 영국 아일랜드 자기 전신 회사는 5월 23일 포트패트릭과 도나가디 사이에 최초로 성공적인 아일랜드 연결을 완료했다.[7] 전기 및 국제 전신 회사는 북해를 가로지르는 두 개의 케이블을 완성했다.[7]

1858년에는 저지에서 건지를 거쳐 웨이머스까지 전신 케이블을 부설했으나, 잦은 단선이 발생했다. 1860년 토목기술자협회에 제출된 보고서는 이러한 문제점들을 제시하여 향후 케이블 부설 작업에 도움을 주었다.[12]

런던 일반우체국(GPO) 중앙전신국 해저전신 케이블실의 운영자들, 1898년경


1840년대 초 육상 전신망이 확장되면서 해저 케이블을 이용한 전신을 실현하려는 움직임이 나타났다. 찰스 휘트스톤은 1843년 템스 강에서, 새뮤얼 모스는 뉴욕 만에서 실험을 진행했지만, 가황고무의 열화 문제로 실패했다.[147]

윌리엄 몽고메리가 싱가포르에서 구타페르카를 발견하여 1843년 런던에 샘플을 제출하면서 상황이 바뀌었다. 마이클 패러데이는 구타페르카의 높은 절연성, 방수성, 저온 경도 등의 특징을 연구하여 1843년과 1848년에 발표했고, 이는 해저 케이블에 적합한 성질이었다.[148]

영국에서는 패러데이 등에 의해, 베르너 폰 지멘스는 동생을 통해 구타페르카를 입수하여 미국 정부의 지원을 받아 해저 케이블 실험을 진행했다. 초기에는 통신 장애가 있었지만, 개량을 통해 실용성을 높여 나갔다.[149]

존 와트킨스 브렛과 야코브 브렛 형제는 도버 해협 케이블 설치 계획을 세워 1847년 프랑스, 1848년 영국의 허가를 받았다. 1849년 프랑스 허가를 다시 취득하고,[150] 1850년 8월 28일 도버와 칼레 간 케이블 설치에 성공했지만, 다음 날 절단되었다. 이는 프랑스 어부가 케이블을 해조류로 착각하여 발생한 일이었다.[151]

브렛 형제는 토마스 클램프턴의 지원을 받아 1851년 9월 25일 도버 해협에 케이블을 다시 설치하여 11월 13일에 완료했다. 이 케이블은 1861년까지 양호하게 사용되었고,[153] 1888년까지 사용되며 두 국가를 잇는 최초의 해저 케이블로서 큰 성공을 거두었다.[154]

2. 1. 1. 크림 전쟁 (1853–1856)

크림 전쟁은 전신이 주요 역할을 수행한 최초의 전쟁이었다. 전쟁 초기에는 부쿠레슈티에 런던과 연결된 전신망이 있었다. 1854년 겨울 프랑스는 전신망을 흑해 연안까지 확장했다. 1855년 4월 영국은 바르나에서 크림 반도로 해저 케이블을 설치하여 크림 전쟁 소식이 몇 시간 만에 런던에 도착할 수 있도록 했다.[13]

2. 1. 2. 대서양 횡단 전신 케이블

사이러스 웨스트 필드는 영국 실업가들을 설득하여 1858년에 최초로 대서양 횡단 전신 케이블 설치를 위한 자금을 지원받았다.[8] 그러나 당시 기술로는 이 프로젝트를 지원하기 어려웠고, 처음부터 문제가 많아 한 달 만에 운영이 중단되었다.

이후 1865년과 1866년에 세계 최대의 증기선인 SS ''그레이트 이스턴''호를 이용하여 후속 시도가 이루어졌다. ''그레이트 이스턴''호는 더욱 발전된 기술을 사용하여 최초로 성공적인 대서양 횡단 케이블을 설치하는 데 성공했다.[8]

2. 1. 3. 영국의 초기 케이블 지배력

1850년대부터 1911년까지, 영국의 해저 케이블 시스템은 대서양을 중심으로 세계를 지배했다. 영국은 케이블 건설, 설치 및 유지에 필요한 막대한 자본을 투자할 기업가들이 있었고, 영국 제국의 통신사, 무역 및 선박 회사, 영국 정부는 케이블 회사에 대한 사업을 가져왔기 때문에 수요 측면에서도 이점을 가졌다. 영국의 많은 식민지에는 상당한 수의 유럽 이주민이 거주하고 있어 그들에 대한 뉴스는 본국 대중의 관심사였다.[14]

영국 관리들은 비영국 영토를 통과하는 전신선에 의존하는 것은 전쟁 중에 선이 절단되고 메시지가 중단될 수 있다는 안보 위험을 초래한다고 믿었다. 그들은 올 레드 라인으로 알려지게 된 제국 내의 세계적인 네트워크 구축을 추구했고, 반대로 적의 통신을 신속하게 차단하기 위한 전략을 준비했다.[14]

해저 케이블은 무역 회사에 경제적 이익을 가져다주었다. 선박 소유주는 선장과 소통하여 목적지에 도착했을 때 보고된 가격 및 공급 정보에 따라 다음 화물을 적재할 곳을 지시할 수 있었기 때문이다. 영국 정부는 제국 전역의 주지사와의 행정적 통신 유지, 다른 국가와의 외교적 교류, 전시 중 군부대와의 통신 등에서 케이블을 분명하게 활용했다. 아일랜드는 대서양 동쪽에, 뉴펀들랜드는 대서양 서쪽에 위치하여 대양을 가로지르는 최단 경로를 제공했고, 이는 비용을 크게 절감하여 영국 영토의 지리적 위치도 이점이 있었다.

1896년에는 전 세계에 30척의 케이블 부설선이 있었는데, 그중 24척은 영국 회사 소유였다. 1892년 영국 회사는 세계 케이블의 3분의 2를 소유하고 운영했으며, 1923년에는 여전히 42.7%를 차지했다.[17] 제1차 세계 대전 동안 영국의 전신 통신은 거의 완전히 중단되지 않았지만, 전 세계적으로 독일의 케이블을 신속하게 절단할 수 있었다.

19세기에는 해저 케이블의 주도권은 영국에 있었다. 케이블은 고가였고, 설치에도 케이블 설치선 등 많은 투자가 필요했기 때문에 기업이 새롭게 진입하기에는 장벽이 높았다. 게다가 케이블의 절연 물질인 구타페르차 생산은 영국의 구타페르차 회사가 장악하고 있었다.[159] 1901년 시점의 해저 케이블 총 길이는 약 36만 킬로미터였지만, 영국이 그 중 63%를 차지하고 있었다.[160]

이러한 힘을 바탕으로 영국은 다른 국가의 중요한 전보를 도청하거나, 전달을 고의로 지연시키는 등 외교적으로 케이블을 이용했다. 예를 들어, 1899년 보어 전쟁 당시 영국은 프랑스와 남아프리카의 전보를 모두 검열했고, 암호화된 전보는 전달하지 않았다.[161]

2. 1. 4. 인도, 싱가포르, 동아시아, 호주로의 케이블 확장

1860년대와 1870년대에 걸쳐, 영국의 해저 케이블은 지중해와 인도양으로 동쪽으로 확장되었다. 1863년에는 뭄바이(봄베이)로 이어지는 케이블이 부설되어 사우디아라비아와 중요한 연결 고리를 제공했다.[18] 1870년, 영국 정부의 요청으로 네 개의 케이블 회사가 협력하여 봄베이와 런던을 해저 케이블로 연결했다.

1872년, 이 네 개의 회사는 존 펜더가 소유한 동부전신회사(Eastern Telegraph Company)라는 거대한 세계적 기업으로 합병되었다. 동부전신회사에서 분사된 자매 회사로 동부확장, 중국 및 오스트랄라시아 전신회사(Eastern Extension, China and Australasia Telegraph Company)가 있었으며, "확장 회사"(the Extension)로 알려졌다.

같은 해, 오스트레일리아는 싱가포르와 중국을 경유하여 봄베이와 케이블로 연결되었고, 1876년에는 런던에서 뉴질랜드까지 영국 제국을 연결하는 케이블이 완성되었다.[19]

2. 1. 5. 태평양 횡단 해저 케이블 (1902-1991)

1902년과 1903년에 최초의 태평양 횡단 해저 케이블이 완성되어, 1902년에는 미국 본토를 하와이와, 1903년에는 괌을 필리핀과 연결했다.[20] 같은 해, 캐나다, 오스트레일리아, 뉴질랜드, 피지는 올 레드 라인의 태평양 구간을 통해 연결되었다.[21] 일본은 1906년에 이 시스템에 연결되었다. 미드웨이 환초를 넘어서는 서비스는 제2차 세계 대전으로 인해 1941년에 중단되었지만, 나머지 구간은 1951년까지 운영되었다.[22]

1964년, 하와이에서 일본으로 최초의 태평양 횡단 전화 케이블이 부설되었으며, 괌에서 필리핀으로 연장되었다.[23] 같은 해, 코먼웰스 태평양 해저 케이블 시스템(COMPAC)이 시드니와 밴쿠버를 연결하여 개통되었고, 1967년에는 동남아시아 코먼웰스(SEACOM) 시스템이 개통되었다. 1991년 북태평양 케이블 시스템은 미국 본토에서 일본까지 태평양을 완전히 횡단하는 최초의 재생 시스템이었다.

2. 2. 케이블 건설 (19-20세기)

1839년 윌리엄 쿠크와 찰스 휘트스톤이 쿠크와 휘트스톤 전신을 선보인 후, 대서양을 횡단하는 해저 케이블 건설이 미래의 큰 과제로 여겨지기 시작했다.[4] 1840년 새뮤얼 모스는 이에 대한 확신을 표명했고, 1842년에는 타르를 칠한 삼과 인도고무로 절연 처리한 전선을 뉴욕 항의 물속에 담가 전신을 시험했다.[5][6]

1842년, 구타페르카라는 새로운 절연 고무가 등장했다. 영국 동인도 회사의 외과의 윌리엄 몽고메리가 유럽에 소개한 이 물질은[7] 마이클 패러데이와 휘트스톤에 의해 절연체로서의 장점이 발견되었고, 1845년 휘트스톤은 도버에서 칼레까지 설치될 전선에 사용할 것을 제안했다.[8] 1847년 칼 빌헬름 지멘스는 구타페르차 절연체를 사용한 최초의 성공적인 수중 케이블을 라인 강에 설치했다.[9] 1849년에는 찰스 빈센트 워커가 구타페르차로 코팅된 전선을 폴크스톤 해안에 매설하여 성공적으로 시험했다.[7]

1850년 8월, 존 워킨스 브렛의 영국 해협 해저 전신 회사는 최초의 해저 케이블을 영국 해협에 부설했으나, 보호 장치가 없어 성공하지 못했다.[7][10] 1851년 9월, 재편된 해저 전신 회사는 보호된 코어를 가진 케이블을 부설했다.[7][11][8]

1853년에는 영국, 아일랜드, 벨기에, 네덜란드를 연결하는 케이블이 부설되었다.[7] 영국 아일랜드 자기 전신 회사는 포트패트릭과 도나가디 사이에 최초로 성공적인 아일랜드 연결을 완료했다.[7] 전기 및 국제 전신 회사는 북해를 가로지르는 두 개의 케이블을 완성했다.[7]

1858년에는 저지에서 건지를 거쳐 웨이머스까지 전신 케이블이 부설되었으나, 폭풍, 조수, 모래 이동, 바위 마모 등으로 인해 잦은 단선이 발생했다.[12]

사이러스 웨스트 필드의 주도로 1858년 최초의 대서양 횡단 해저 케이블 설치 시도가 이루어졌으나, 기술적 문제로 한 달 만에 운영이 중단되었다.[8] 이후 1865년과 1866년에 SS 그레이트 이스턴을 이용한 시도가 성공하여 대서양 횡단 케이블이 완성되었다.

19세기 대서양 횡단 케이블은 외층에 철선, 이후 강철선을 감싸고, 그 안에 인도 고무와 구타페르카를 감싼 다중 가닥 구리선 심선으로 구성되었다. 윌리엄 토마스 헨리는 1857년 해저 케이블 피복 기술을 발전시켰다.[24][25] 인도 고무, 구타페르카 및 전신 공장 회사는 완제품 케이블을 제작하고 부설했다.[25] 1870년 윌리엄 후퍼는 가황 고무 심선을 제조하는 회사를 설립하여 경쟁했다.[25][26][27]

구타페르카와 고무는 1930년대 폴리에틸렌이 도입될 때까지 케이블 절연체로 사용되었다. 1945년 영국 해협을 가로질러 폴리에틸렌을 사용한 최초의 해저 케이블이 부설되었다.[28] 1920년대 미국 군은 고무 절연 케이블을 실험했고, 1926년 존 T. 블레이크가 개발한 탈단백질 고무는 케이블의 방수성을 향상시켰다.[29]

초기 케이블은 테레도(이매패류), 크실로파가, 상어, 톱상어, 고래 등 해양 생물의 공격을 받았다.[30]

2. 2. 1. 대역폭 문제

초기 장거리 해저 전신 케이블은 여러 전기적 문제를 안고 있었다. 19세기 기술로는 현대 케이블처럼 중계기 증폭기를 설치할 수 없었기 때문에, 엄청난 길이에 따른 전기 저항을 극복하기 위해 높은 전압을 사용해야 했다.[31][32] 그러나 케이블의 분포 정전 용량과 인덕턴스가 결합되면서 전신 신호에 왜곡이 발생했고, 이는 대역폭을 감소시켜 데이터 전송 속도를 분당 10~12단어로 크게 제한했다.

1816년 프랜시스 로널즈는 지하에 매설된 절연 전선을 통과할 때 전기 신호가 느려지는 현상을 관찰하고, 그 원인이 유도(induction)에 있음을 밝혔다.[31][32] 마이클 패러데이는 전선과 주변의 접지(또는 물) 사이에 발생하는 정전 용량이 이러한 현상을 유발한다는 것을 알아냈다. 즉, 전선이 충전될 때 이동하면서 물에서 반대 전하를 유도하고, 이 두 전하가 서로 끌어당기면서 신호가 지연되는 것이다.

초기 케이블 설계는 이러한 전기적 효과를 제대로 분석하지 못했다. E.O.W. 화이트하우스는 이러한 문제를 무시하고 대서양 횡단 케이블이 가능하다고 주장했다. 그는 충분한 전압을 사용하면 어떤 케이블이든 작동할 수 있다고 믿었지만, 윌리엄 톰슨(켈빈 남작)은 자신의 제곱 법칙이 지연을 더 높은 전압으로 극복할 수 없음을 보여준다고 반박하며 더 큰 케이블을 사용할 것을 권고했다. 결국 화이트하우스가 제안한 과도한 전압으로 인해 최초의 대서양 횡단 케이블은 안정적으로 작동하지 못했고, 전압을 설계 한계 이상으로 높이자 케이블이 바다에서 단락되는 사고가 발생했다.

윌리엄 톰슨은 케이블의 정전 용량과 저항에 기반하여 전기 신호 전파에 대한 수학적 분석을 수행했다. 비록 초기에는 인덕턴스의 영향을 고려하지 않았지만, 이후 올리버 헤비사이드가 인덕턴스의 영향을 포함한 전신 방정식의 현대적 형태를 완성하면서 전송선 이론을 발전시키는 데 크게 기여했다.

2. 2. 2. 대서양 횡단 전화

TAT-1(Transatlantic No. 1)은 최초의 대서양 횡단 전화 케이블 시스템이었다. 1955년부터 1956년 사이에 스코틀랜드 오반(Oban) 근처 갤러내치 만(Gallanach Bay)과 캐나다 뉴펀들랜드 래브라도주의 클래런빌(Clarenville) 사이에 케이블이 부설되었다.[33] 1956년 9월 25일에 개통되어 처음에는 36개의 전화 채널을 지원했다.

1960년대에는 대양 횡단 케이블이 동축 케이블로, 주파수 다중화 음성 신호를 전송했다. 내부 도체의 고전압 직류 전류는 케이블을 따라 간격을 두고 설치된 중계기(양방향 증폭기)에 전력을 공급했다. 1세대 중계기는 지금까지 설계된 가장 안정적인 진공관 증폭기 중 하나였다.[33] 이후에는 트랜지스터가 사용되었다.

이러한 케이블의 많은 부분은 여전히 사용 가능하지만, 용량이 너무 작아 상업적으로 실행 가능하지 않아 폐기되었다. 일부는 지진파와 기타 지자기 현상을 측정하는 과학 기기로 사용되었다.[34]

2. 2. 3. 기타 사용

제2차 세계 대전 중 플루토 작전(Operation Pluto)에서 잠수함 통신 케이블 기술이 활용되었다. 1942년, 런던 뉴 찰턴의 지멘스 브라더스(Siemens Brothers)는 영국 국가물리연구소와 함께 이 기술을 응용하여 세계 최초의 해저 유전관을 만들었다.[35]

활성 광섬유 케이블은 케이블 편광을 변화시키는 지진 발생을 감지하는 데 유용할 수 있다.[35]

3. 현대사

1970년대부터 기존의 구리 도체 케이블 대신 광섬유 케이블의 실용화가 진행되었다. 미국의 AT&T, 영국의 BT, 프랑스의 CNET(현 오렌지), 일본의 KDD(현 KDDI), 전전공사(현 NTT 그룹의 NTT월드엔지니어링마린) 등에서 관련 연구를 진행했다.[173]

1982년, 유엔 해양법 협약이 채택되면서 배타적경제수역, 대륙붕, 공해에서의 케이블 설치 자유가 모든 국가에 원칙적으로 인정되었다. 단, 경제수역과 대륙붕은 예외 규정에 따라 연안국의 제한을 받을 수 있다.[174] 1986년 영국-벨기에 간 최초의 국제 광해저 케이블이 설치되었고, 1988년에는 대서양, 1989년에는 태평양에도 설치되었다.[175] 광케이블은 전송 손실이 적고 대용량 정보를 고속으로 전송할 수 있어 빠르게 보급되었다.

2001년에 광섬유 케이블 투자가 정점을 찍었다.[176] 전통적으로 정부나 통신회사가 해저 케이블 공사 주체였으나, 막대한 비용 문제로 2020년 이후에는 빅테크의 투자도 활발해지고 있다.[131][130]

3. 1. 광 통신 케이블

1980년대에 광섬유 케이블이 개발되었다. 광섬유를 사용한 최초의 대서양 횡단 전화 케이블은 1988년에 가동된 TAT-8이다. TAT-8은 두 개의 작동 쌍과 하나의 백업 쌍을 가진 여러 쌍의 광섬유로 구성되었다. 매우 짧은 선을 제외하고 광섬유 해저 케이블에는 일정한 간격으로 중계기가 포함되어 있다.

현대 광섬유 중계기는 일반적으로 에르븀 도핑 광섬유 증폭기(EDFA)인 고체 광 증폭기를 사용한다. 각 중계기에는 각 광섬유에 대한 별도의 장비가 있으며, 신호 재구성, 오류 측정 및 제어가 포함된다. 고체 레이저는 자체적으로 레이저 증폭기 역할을 하는 짧은 길이의 도핑된 광섬유를 여기시켜 신호를 다음 광섬유 길이로 보낸다. 빛이 광섬유를 통과하면 증폭된다. 이 시스템은 파장 분할 다중화를 허용하여 광섬유의 용량을 크게 증가시킨다. EDFA 증폭기는 1995년에 해저 케이블에 처음 사용되었다.[36]

중계기는 케이블 중앙 근처의 도체를 통해 일정한 직류 전류로 전력을 공급받으므로, 케이블의 모든 중계기는 직렬로 연결된다. 전력 공급 장비는 종단국에 설치된다. 일반적으로 양쪽 끝이 전류 생성을 공유하며, 한쪽 끝은 양극 전압을, 다른 쪽 끝은 음극 전압을 제공한다. 정상 작동 중에는 케이블 중간 지점에 대략 가상 접지 지점이 존재한다. 증폭기 또는 중계기는 그에 걸쳐 있는 전위차로부터 전력을 얻는다. 케이블을 통해 전달되는 전압은 종종 최대 1,100mA의 전류로 3,000~15,000VDC이며, 전류는 전압이 감소함에 따라 증가한다. 10,000VDC에서의 전류는 최대 1,650mA이다. 따라서 케이블로 보내지는 총 전력량은 종종 최대 16.5kW이다.[37][38]

해저 케이블에 사용되는 광섬유는 탁월한 선명도로 선택되어 증폭기 수와 그로 인한 왜곡을 최소화하기 위해 중계기 사이의 거리가 를 초과할 수 있다. 무중계 케이블은 중계 케이블보다 저렴하며 최대 전송 거리가 제한되지만, 수년에 걸쳐 증가했다. 2014년에는 최대 길이의 무중계 케이블이 운영 중이었지만, 이러한 케이블은 100km마다 무전원 중계기를 배치해야 한다.[39]

광 해저 케이블 중계기 다이어그램


광섬유 케이블에 대한 수요 증가는 AT&T와 같은 제공업체의 용량을 능가했다. 트래픽을 위성으로 전환해야 했기 때문에 신호 품질이 저하되었다. 이 문제를 해결하기 위해 AT&T는 케이블 설치 능력을 개선해야 했다. AT&T는 두 개의 특수 광섬유 케이블 설치 선박을 생산하는 데 1억달러를 투자했다. 여기에는 케이블을 이어붙이고 전기적 특성을 테스트하기 위한 선박 내 실험실이 포함되었다. 이러한 현장 모니터링은 광섬유 케이블의 유리가 이전에 사용되었던 구리 케이블보다 가공성이 떨어지기 때문에 중요하다. 이 선박은 기동성을 높이는 추진기를 갖추고 있다. 이 기능은 광섬유 케이블을 선미에서 직선으로 설치해야 하기 때문에 중요하며, 이는 구리 케이블 설치 선박이 고려할 필요가 없었던 또 다른 요소이다.[40]

원래 해저 케이블은 단순한 지점 간 연결이었다. 해저 분기 장치(SBU)의 개발로 단일 케이블 시스템으로 여러 목적지를 서비스할 수 있게 되었다. 현대 케이블 시스템은 현재 일반적으로 중복성을 높이기 위해 자가 치유 링으로 광섬유가 배열되며, 해저 구간은 해저에서 다른 경로를 따른다. 이러한 개발의 한 가지 이유는 케이블 시스템의 용량이 너무 커져서 위성 용량으로 케이블 시스템을 완전히 백업할 수 없었기 때문에 충분한 지상 백업 기능을 제공해야 했기 때문이다. 모든 통신 조직이 이 기능을 활용하는 것은 아니므로, 현대 케이블 시스템은 일부 국가(백업 기능이 필요한 경우)에 이중 상륙 지점을, 백업 기능이 필요하지 않거나 국가로의 용량이 다른 방법으로 백업할 수 있을 만큼 작거나 백업을 너무 비싸다고 간주하는 다른 국가에는 단일 상륙 지점을 가질 수 있다.

자가 치유 링 방식을 뛰어넘는 또 다른 중복 경로 개발은 메시 네트워크로, 고속 스위칭 장비를 사용하여 경로가 작동 불능이 되더라도 상위 프로토콜에 거의 영향을 미치지 않고 네트워크 경로 간에 서비스를 전송한다. 두 지점 간에 사용할 수 있는 경로가 많아질수록 동시에 발생하는 하나 또는 두 개의 장애로 인해 종단 간 서비스가 중단될 가능성이 줄어든다.

2012년 현재 운영업체는 최대 의 대서양 횡단 경로에서 "100Gbps의 장기간 오류 없는 전송을 성공적으로 시연"했다.[41] 즉, 일반적인 케이블은 초당 수십 테라비트의 데이터를 해외로 이동할 수 있다. 속도는 지난 몇 년 동안 급속도로 향상되었으며, 2009년 8월에 그 경로에서 40Gbps가 제공되었다.[42]

무중계 및 매우 긴 케이블에 사용되는 광섬유 유형은 종종 1550nm 파장 레이저 광을 전달할 때 km당 0.172dB의 낮은 손실을 가진 PCSF(순수 실리카 코어)이다. PCSF의 큰 색 분산은 사용에 있어 이를 염두에 두고 설계된 송수신 장비가 필요함을 의미한다. 이 특성은 파장 분할 다중화(WDM)를 사용하여 단일 광섬유를 통해 여러 채널을 전송할 때 간섭을 줄이는 데에도 사용할 수 있으며, 이를 통해 단일 광섬유를 통해 여러 광 캐리어 채널을 전송할 수 있다. 각 채널은 자체 정보를 전달한다.[44] WDM은 케이블을 통해 데이터를 전송하는 데 사용되는 증폭기의 광 대역폭과 광 캐리어 주파수 간 간격에 의해 제한되지만, 이 최소 간격도 제한되어 최소 간격은 종종 50GHz(0.4nm)이다. WDM을 사용하면 케이블의 최대 길이가 줄어들 수 있지만, 이는 이를 염두에 두고 장비를 설계함으로써 극복할 수 있다.

광 트랜스미터가 생성한 신호의 강도를 높이는 데 사용되는 광 후방 증폭기는 종종 다이오드 펌핑 에르븀 도핑 광섬유 레이저를 사용한다. 다이오드는 종종 고출력 980 또는 1480nm 레이저 다이오드이다. 이러한 설정을 통해 저렴한 비용으로 최대 +24dBm의 증폭이 가능하다. 대신 에르븀-이터븀 도핑 광섬유를 사용하면 +33dBm의 이득을 얻을 수 있지만, 광섬유에 공급할 수 있는 전력량은 여전히 제한된다. 단일 캐리어 구성에서 지배적인 제한은 케르 효과에 의해 유도되는 자체 위상 변조로, 광섬유당 증폭을 +18dBm으로 제한한다. WDM 구성에서는 대신 교차 위상 변조로 인한 제한이 더 중요해진다. 광 프리앰프는 종종 수신기의 열잡음을 무효화하는 데 사용된다. 980nm 레이저로 프리앰프를 펌핑하면 최대 3.5dB의 잡음이 발생하며, 일반적으로 1480nm 레이저로 5dB의 잡음이 발생한다. 잡음은 광학 필터를 사용하여 필터링해야 한다.

라만 증폭은 단일 광섬유에 2개의 주파수를 송신하여 무중계 케이블의 도달 거리 또는 용량을 확장하는 데 사용할 수 있다. 하나는 1550nm에서 데이터 신호를 전달하고 다른 하나는 1450nm에서 데이터 신호를 펌핑한다. 단 1와트의 전력으로 펌프 주파수(펌프 레이저 광)를 송신하면 도달 거리가 45km 증가하거나 용량이 6배 증가한다.

케이블의 도달 거리를 늘리는 또 다른 방법은 원격 광 프리앰프(ROPA)라고 하는 무전원 중계기를 사용하는 것이다. 이러한 중계기는 전력이 필요하지 않기 때문에 케이블을 무중계로 간주하지만, 케이블이 전달하는 데이터와 함께 펌프 레이저 광을 전송해야 한다. 펌프 광과 데이터는 종종 물리적으로 분리된 광섬유로 전송된다. ROPA에는 도핑된 광섬유가 포함되어 있으며, 이 광섬유는 펌프 광(종종 1480nm 레이저 광)을 사용하여 나머지 광섬유에서 전달되는 데이터 신호를 증폭한다.[1]

WDM(파장 분할 다중화)은 1990년대부터 2000년대까지 해저 광섬유 케이블에 처음으로 구현되었으며,[45] 2007년경에는 DWDM(고밀도 파장 분할 다중화)이 이어졌다. 각 광섬유는 한 번에 30개의 파장을 전달할 수 있다. SDM(공간 분할 다중화) 해저 케이블은 기존 해저 케이블에서 발견되는 최대 8쌍보다 많은 최소 12개의 광섬유 쌍을 가지며, 최대 24개의 광섬유 쌍을 가진 해저 케이블이 배치되었다.[46][47][48] 해저 케이블에 사용되는 변조 유형은 용량에 큰 영향을 미칠 수 있다.[49][50] SDM은 용량을 향상시키기 위해 DWDM과 결합된다.[51]

개방형 케이블 개념을 통해 케이블을 통해 데이터를 전송하는 데 사용되는 트랜스폰더와 무관하게 해저 케이블을 설계할 수 있다.[52][53][54][55] SLTE(해저 회선 종단 장비)는 트랜스폰더와 소프트웨어 제어를 통해 케이블의 신호를 처리하는 데 사용되는 ROADM(재구성 가능 광 부가/삭제 다중화기)를 가지고 있다.[56][57] ROADM은 케이블에 결함이 있어도 작동할 수 있도록 하여 케이블의 신뢰성을 향상시키는 데 사용된다.[58] 이 장비는 케이블 상륙국(CLS) 내부에 위치한다. C-OTDR(Coherent Optical Time Domain Reflectometry)은 해저 케이블에서 케이블 결함의 위치를 감지하는 데 사용된다.[56] 해저 케이블의 습식 설비는 케이블 자체, 분기 장치, 중계기 및 가능한 OADM(광 부가/삭제 다중화기)로 구성된다.[59][60]

3. 2. 투자 및 재정

일반적인 다중 테라비트 해저 광케이블 시스템을 건설하는 데는 수억 달러가 소요된다.[61] 1988년 TAT-8부터 1997년까지 거의 모든 광섬유 케이블은 운영업체 컨소시엄에 의해 건설되었다. 예를 들어, TAT-8에는 AT&T를 포함한 35개의 주요 국제 통신 사업자가 참여했다.[62]

1990년대 후반, 컨소시엄이 아닌 민간 자본으로 건설된 두 개의 케이블은 1999년부터 2001년까지 220억 달러가 넘는 투자로 이어진 대규모 투기적 붐의 선례가 되었다. 이후 글로벌 크로싱, 360네트웍스, FLAG, 월드컴, Asia Global Crossing과 같은 케이블 운영업체들이 파산 및 재편되는 과정을 겪었다. 타타 커뮤니케이션즈의 글로벌 네트워크(TGN)는 지구를 완전히 도는 유일한 독점 소유 광섬유 네트워크이다.[63]

20세기 대부분의 케이블은 미국과 유럽을 연결하는 대서양 횡단 케이블이었다. 그러나 1990년대부터 태평양의 용량이 크게 확장되었다. 1998년부터 2003년 사이에 해저 광섬유 케이블의 약 70%가 태평양에 부설되었는데, 이는 세계 경제에서 아시아 시장의 중요성이 커진 것에 대한 반응이었다.[64]

대서양 횡단 및 태평양 횡단 노선과 같이 이미 개발된 시장에 대한 수십 년간의 투자 이후, 21세기에는 개발도상국에 해저 케이블 네트워크를 제공하기 위한 노력이 증가했다. 2009년 7월, 수중 광섬유 케이블 라인이 동아프리카를 더 넓은 인터넷에 연결했다. 이 케이블을 제공한 회사는 SEACOM으로, 동아프리카 및 남아프리카 투자자가 75%를 소유했다.[65] 이 프로젝트는 연안의 해적행위 증가로 인해 한 달 지연되었다.[66]

해저 케이블 투자는 6,200km의 해저 산맥과 균열을 덮어야 하므로 상업적 위험을 수반한다. 따라서 대부분의 회사는 케이블이 완성된 후에만 용량을 구매한다.[67][68][69][70] 광섬유 케이블 투자는 2001년에 정점을 찍었다.[176] 막대한 비용 때문에 전통적으로 정부나 통신회사가 공사 주체였지만, 2020년 이후에는 빅테크의 투자도 활발해지고 있다.[131][130]

3. 3. 남극 대륙

남극 대륙은 현재 해저 통신 케이블이 연결되지 않은 유일한 대륙이다. 따라서 남극 대륙에서의 전화, 영상, 이메일 등의 통신은 위성 링크를 통해서만 가능하다. 이러한 위성 통신은 가용성과 용량이 제한적이다.[71] 남극 대륙 내 기지들은 무선을 통해 서로 통신할 수 있지만, 이는 지역 네트워크에 국한된다.[71]

광섬유 케이블을 남극 대륙에 설치하는 데에는 여러 기술적 어려움이 따른다. 광섬유 케이블이 실질적인 대안이 되려면 영하 80°C의 극심한 온도와 연간 최대 10m에 달하는 빙하 이동으로 인한 엄청난 압력을 견뎌야 한다.[71] 이러한 이유로 광섬유 케이블을 통한 대용량 인터넷 백본 연결은 남극 대륙에서 경제적, 기술적으로 아직 실현 불가능한 과제로 남아있다.[71]

3. 4. 북극

기후 변화로 인해 북극 빙하가 녹으면서, 대륙과 오지들을 연결하는 새로운 해저 케이블 네트워크를 구축할 기회가 생겼다.[82][86][72] 현재 12,650km 길이의 "폴라 익스프레스"[73]와 14,500km 길이의 Far North Fiber[74] 등 여러 프로젝트가 북극에서 진행 중이다.

하지만 학자들은 이 지역에 해저 케이블을 부설하는 것과 관련된 환경 문제와 전반적인 규제 체계 부족을 지적하고 있다.[72][75][81] 환경 문제는 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째, 빙하 관련 위험으로 케이블이 손상될 수 있다. 둘째, 케이블 설치로 해저나 전자기장이 교란될 수 있고, 케이블에서 발생하는 열복사가 민감한 생물에게 영향을 줄 수 있다.[72][75][76]

4. 해저 케이블의 중요성

해저 케이블은 해저에 "숨겨져" 있어 통신 인프라의 '하찮은' 부분으로 여겨지지만,[77][78] 디지털 시대에 대양을 횡단하는 데이터 트래픽의 99%를 전달하는 필수 인프라이다.[79] 이 데이터에는 모든 인터넷 트래픽, 군사 통신 및 금융 거래가 포함된다.[78][80][81]

해저 케이블의 총 전송 용량은 초당 테라비트인 반면, 위성은 일반적으로 초당 1기가비트만 제공하여 1000대 1 이상의 비율을 보인다. 위성은 전 세계 데이터 전송의 5% 미만(0.5%로 추정되기도 함)을 처리하며,[81] 효율성이 떨어지고 속도가 느리며 비용이 더 많이 든다.[83] 따라서 위성은 해저 케이블을 설치하기 어려운 원격 지역에만 사용되는 경우가 많다.[84]

해저 케이블은 19세기 중반부터 국제 통신 네트워크로 중요하게 활용되었다. 하지만 민간 자본이기 때문에 세부적인 실태가 항상 공개되는 것은 아니다. 케이블을 손상시키지 않도록 필요에 따라 어협 등에는 구체적인 부설 지역이 통보된다. 현재의 개략적인 부설 상황은 인터넷에서 확인할 수 있다.[129] 이제는 북극해 항로까지도 부설에 이용되고 있다.

수압, 수생 동물의 공격 등에 견딜 수 있도록 과거 구리선 케이블이나 현재 주류인 광섬유 케이블 모두 개발 과정에서 많은 시행착오를 거쳤다. 막대한 부설 비용, 파괴 공작이나 쓰나미 등에 의한 절단[130] 위험도 존재한다.

초기 해저 케이블은 전신(전보)에만 사용되었다. 전간기 대륙 간 국제전화는 단파대역 전파, 2차 세계대전 이후 팩시밀리, 텔레비전 중계 등은 인텔샛과 같은 정지궤도위성을 경유하는 무선 통신이 각광받았다. 하지만 해저 케이블은 무선보다 에코가 적어 동축 케이블이나 광섬유가 다시 세계의 바다에 깔리게 되었다.

2020년 기준 케이블 제조 및 부설은 알카텔 서브마린 네트웍스(구 알카텔-루슨트), 서브콤(TE SubCom), NEC 자회사 OCC 3개사가 과점하고 있다.[131][130][132] 화웨이와 타이코도 주요 제조업체이다.

4. 1. 국가 안보

해저 케이블은 디지털 시대에 대양을 횡단하는 데이터 트래픽의 99%를 전달하는 필수적인 인프라이다.[79] 여기에는 모든 인터넷 트래픽, 군사 통신 및 금융 거래가 포함된다.[78][80][81] 이러한 중요성 때문에, 호주 정부는 해저 케이블 시스템을 "국가 경제에 매우 중요한" 것으로 간주하고, (ACMA)을 통해 보호 구역을 설정하여 케이블 손상 가능성을 줄이고 있다.[85]

해저 케이블의 두절은 통신 두절과 광범위한 경제적 손실을 초래할 수 있다.[82] 2022년 통가 화산 폭발로 통가와 세계를 연결하는 유일한 해저 케이블이 끊어지면서, 통가는 며칠 동안 외부와 단절되었다.[78][86][83][87][88] 이 사건은 케이블 단선이 "국가적 위기"로 이어질 수 있음을 보여주며, 복구에는 수 주가 걸려 통가는 재난 대응에 어려움을 겪었다.[78][86][83][87]

해저 케이블은 단순히 통신망을 제공하는 것을 넘어, 국가 재난 조기 경보 시스템을 지원하는 SMART 환경 센서를 통해 추가적인 기술적 이점을 제공할 수 있다.[89] 또한, 5G 네트워크, (IoT), 그리고 인공 지능의 발전에 따라 해저 케이블의 중요성은 더욱 커질 것으로 예상된다.[78]

4. 2. 국제 안보

해저 통신 케이블은 국제 안보 측면에서 매우 중요한 인프라이다.[78] 매일 엄청난 양의 민감한 데이터를 전송하는 해저 케이블은 국가 운영과 민간 기업 모두에게 필수적이다.[78] 이러한 케이블을 통해 흐르는 데이터의 양과 민감도가 증가한 주요 원인 중 하나는 전 세계적으로 클라우드 컴퓨팅이 확산되었기 때문이다.[90]

예를 들어, 미국군은 분쟁 지역에서 미국 지휘부로 데이터를 전송하기 위해 해저 케이블 네트워크를 사용한다. 격렬한 작전 중에 케이블 네트워크가 중단되면 현장의 군에 직접적인 영향을 미칠 수 있다.[91]

케이블 서비스의 중요성 때문에 지정학적 영향력이 매우 크다. 학자들은 케이블 네트워크에서 특정 국가가 지배적인 위치를 차지하면, 이를 통해 정치적 압력을 행사하거나[88][84] 글로벌 인터넷 거버넌스를 형성할 수 있다고 주장한다.[78]

글로벌 케이블 인프라에서 국가 지배력의 한 예로 중국의 '디지털 실크로드' 전략을 들 수 있다. 이 전략은 중국 케이블 네트워크 확장에 자금을 지원하며, 중국 기업인 화웨이는 다른 국가에 네트워크를 제공하는 것으로 종종 비판받고 있으며, 세계 시장 점유율의 최대 10%를 차지하고 있다.[80][92] 일부 비판은 전 세계 해저 케이블의 약 25%에 관여하는[88] 중국의 중요 케이블 인프라 투자, 예를 들어 동아프리카와 유럽을 연결하는 PEACE 케이블이 중국이 자체 네트워크를 통해 데이터 트래픽을 우회하고 정치적 압력을 가할 수 있게 할 수 있다고 주장한다.[93] 이러한 전략에 대해 미국은 대안 프로젝트를 지원하며 맞서고 있다.[80][88][94]

5. 조직 범죄에 대한 해저 케이블의 취약성

해저 케이블은 어선 트롤어선, 선박 닻, 지진, 탁류, 상어 공격 등 다양한 위협에 취약하다.[80][82][86][84][95][96] 이러한 위협에 대응하기 위해 케이블 매설 기술이 발전하면서 케이블 고장률은 감소하였다. 1959년부터 1979년까지는 연간 1,000km당 평균 3.7건의 고장이 발생했지만, 1985년 이후에는 연간 1,000km당 0.44건으로 감소했다.[97]

하지만 케이블 단선은 여전히 발생하고 있으며, 대서양에서만 연간 50건 이상의 수리가 이루어지고 있다.[98] 2006년 헝춘 지진, 2008년 해저 케이블 두절, 2009년, 2011년 해저 케이블 두절과 같은 대규모 단선 사건도 발생했다. 특히 2011년 도호쿠 지방 태평양 앞바다 지진으로 인해 일본과 연결된 APCN 2, 태평양 북서, EAC-C2C, 일본-미국, PC-1 해저 케이블 등 수많은 해저 케이블이 손상되었다.[194]

이러한 취약성으로 인해 해저 통신 케이블은 조직 범죄의 표적이 될 수 있다.

5. 1. 기술적 관점

해저 케이블은 어획 트롤어선, 선박 닻, 지진, 탁류, 심지어 상어의 공격과 같은 다양한 위협에 노출되어 있다.[80][82][86][84][95][96] 1959년부터 1996년까지 대서양과 카리브해에서 발생한 케이블 단선 조사 결과, 자연 현상으로 인한 단선은 9% 미만이었다. 이러한 위협에 대응하여 케이블 매설 기술이 개발되었다. 1959년부터 1979년까지 케이블 고장 발생률은 연간 1,000km당 평균 3.7건이었으나, 1980년부터 케이블 매설이 광범위하게 시행된 이후 1985년 이후에는 연간 1,000km당 0.44건으로 감소했다.[97]

하지만 케이블 단선은 완전히 해결된 문제가 아니며, 대서양에서만 연간 50건이 넘는 수리가 이루어지고 있다.[98] 2006년 헝춘 지진, 2008년 해저 케이블 두절, 2009년, 2011년 해저 케이블 두절과 같이 큰 규모의 단선 사고도 발생하였다.

해저 통신 케이블은 여러 취약점으로 인해 조직 범죄의 표적이 될 가능성도 있다.

5. 1. 1. 기술적 취약성

국제 해역에 매설된 해저 케이블은 멀리 떨어져 있어 지속적인 감시가 어렵기 때문에 물리적 손상, 데이터 절도, 서비스 중단의 표적이 될 가능성이 높다.[82]

무인잠수정(UUV)과 같은 기술 발전은 해저 케이블의 취약성을 더욱 심화시킨다. 무인잠수정을 이용하면 탐지되지 않고 은밀하게 케이블을 손상시킬 수 있기 때문이다.[99] 그러나 2013년 이집트와 유럽을 연결하는 주요 케이블을 절단한 잠수부 3명이 체포된 사건에서 볼 수 있듯이, 저기술을 이용한 공격조차도 케이블 보안에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 이 사건으로 이집트의 대역폭(인터넷 속도)가 급격히 감소했다.[91][100] 얕은 수역에서도 한국 해협의 사례에서 알 수 있듯이 케이블은 위험에 노출되어 있다.[101] 이러한 해상 통로는 여러 국가의 이해관계가 충돌하는 ‘해상 병목 지점’으로 표시되는 경우가 많아 선박 활동과 분쟁으로 인한 피해 위험이 증가한다.[83]

대부분의 케이블 위치는 공개적으로 알려져 있어,[83] 서비스 중단이나 케이블 자재 절도와 같은 범죄 행위의 표적이 되기 쉽다. 이는 잠재적으로 심각한 통신 두절로 이어질 수 있다.[101][102] 베트남에서는 2007년 11km가 넘는 해저 케이블이 분실된 사건이 보고되었으며, 이후 어선에서 발견된 것으로 추정된다. 언론 보도에 따르면 어선들은 이를 판매할 유인이 있었던 것으로 알려져 있다.[103][104]

5. 1. 2. 기술적 대응책

해저 케이블은 어획 트롤어선, 선박 닻, 지진, 탁류, 심지어 상어의 공격과 같은 다양한 위협에 노출되어 있다.[80][82][86][84][95][96] 1959년부터 1996년까지 대서양과 카리브해에서 발생한 케이블 단선 조사 결과, 자연 현상으로 인한 단선은 9% 미만이었다. 이러한 위협에 대응하여 케이블 매설 기술이 개발되었다. 케이블 고장 발생률은 1959년부터 1979년까지 연간 1,000km당 평균 3.7건이었으나, 1980년부터 케이블 매설이 광범위하게 시행된 이후 1985년 이후에는 연간 1,000km당 0.44건으로 감소했다.[97]

하지만 케이블 단선은 과거의 일이 아니며, 대서양에서만 연간 50건이 넘는 수리가 이루어지고 있다.[98] 2006년 헝춘 지진, 2008년 해저 케이블 두절, 2011년 해저 케이블 두절 등 상당한 규모의 단선이 발생했다.

일반적으로 케이블은 수심 2,000미터 미만의 해역에 매설되지만, 고기잡이와 저층 트롤 어업으로부터 보호하기 위해 점점 더 깊은 해저에 매설되고 있다.[82][86]

추가적인 기술적 해결책으로는 고급 보호 케이싱[82]과 UUV를 이용한 모니터링이 있다.[91] 그러나 이러한 기술적 해결책은 구현이 어려울 수 있으며, 공해의 외딴 지역에서는 한계가 있다.[82] 다른 제안된 해결책으로는 보호 구역이나 안전 구역 및 처벌을 통한 공간 모델링,[85][102][99] 감시 자원 증강,[101] 국가 간 및 국가와 민간 부문 간의 더욱 협력적인 접근 방식이 있다.[80][105][81][99] 그러나 이러한 해결책을 어떻게 구현하고 시행할지는 아직 결정되지 않았다.[102]

5. 2. 사이버 보안 관점

해저 케이블은 트롤어선, 선박 닻, 지진, 탁류, 상어 공격 등 다양한 위협에 노출되어 있다.[80][82][86][84][95][96] 1959년부터 1996년까지 대서양과 카리브해에서 발생한 케이블 단선 사고 중 자연 현상으로 인한 단선은 9% 미만이었다. 이러한 위협에 대응하기 위해 케이블 매설 기술이 개발되었고, 1980년대 이후 케이블 고장 발생률이 크게 감소했다.[97]

하지만 케이블 단선은 여전히 발생하고 있으며, 대서양에서만 연간 50건 이상의 수리가 이루어지고 있다.[98] 2006년 헝춘 지진, 2008년 해저 케이블 두절, 2011년 해저 케이블 두절 등 큰 규모의 단선 사고도 있었다.

해저 통신 케이블은 여러 취약점으로 인해 조직 범죄의 표적이 될 수 있다.

5. 2. 1. 사이버 취약성

점점 더 정교해지는 사이버 공격이 해저 케이블을 통한 데이터 통신을 위협하고 있으며, 그 배후에는 국가 행위자 또는 비국가 행위자의 금전적 이득, 스파이 활동, 갈취 등 다양한 동기가 존재한다.[80][91][87] 하이브리드 전쟁 전술은 케이블을 통해 전송되는 데이터를 방해하거나 무기화할 수 있다.[87] 예를 들어, 저강도 사이버 공격은 랜섬웨어, 데이터 조작 및 절도[109][87]에 사용될 수 있으며, 국가 간 분쟁에서 사이버 범죄와 그레이존 전술을 활용할 새로운 기회를 열어준다.[110][111]

구속력 있는 국제적인 사이버 보안 표준의 부재는 조직 범죄가 활용할 수 있는 사이버 지원 파괴 행위에 대한 대응에 허점을 만들 수 있다.[87] 그러나 특정 행위자 또는 동기에 사건을 귀속시키는 것은, 특히 사이버 공간에서 어려울 수 있다.[112]

5. 2. 2. 사이버 스파이 및 정보 수집

해저 케이블은 사이버 공격에 취약하여, 여러 국가의 정보 기관들이 은밀하게 데이터에 접근하고 있다.[83][101] 이들은 케이블 도청, 네트워크 관리 시스템 해킹, 해저 케이블 상륙 지점 공격과 같은 방법을 사용한다.[83][101] 이러한 활동은 전략적, 경제적 동기에서 비롯되며, 기술 발전으로 인해 데이터 가로채기 및 조작이 더욱 효과적이고 탐지하기 어려워지고 있다.[80]

정보 수집은 19세기 후반부터 사용된 기법이다. 전쟁 초기에는 국가들이 상대방의 케이블을 절단하여 정보 흐름을 감시 대상 케이블로 전환했다. 제1차 세계 대전 당시 영국군과 독일군은 상대방의 통신 시스템을 파괴하려고 시도했다.[113] 냉전 기간 동안 미국 해군과 국가안보국(NSA)은 소련의 해저 통신망에 도청 장치를 설치하는 아이비 벨 작전을 성공시켰다.

이러한 역사적 정보 수집 기법은 종단간 암호화 기술 발전으로 인해 도청 위협이 최소화되면서 대응되었다.

최근 사례로, 덴마크 공영 방송에 따르면, 덴마크 정부는 2012년부터 2014년까지 미국 국가안보국(NSA)에 해저 케이블 접속을 허용하여 앙겔라 메르켈(Angela Merkel) 독일 총리와 프랑스 정부 고위 관계자 등에 대한 스파이 활동을 지원했다.[190]

위키리크스는 2015년에 NSA가 일본의 재무성, 경제산업성, 일본은행 등을 도청하여 일본의 통상 정책과 지구 온난화 대책 등의 정보를 수집했다는 의혹을 폭로했고, 당시 부통령 조 바이든(Joe Biden)이 아베 신조(安倍晋三) 총리에게 전화하여 사과했다. 미국에서는 해저 케이블이 정보의 보고로 여겨지고 있으며, 2020년에 구글(Google)과 페이스북(Facebook) 등이 계획한 로스앤젤레스-홍콩 간 해저 케이블 설치는 홍콩에서 중국 측에 정보가 유출될 위험이 있다는 이유로 계획이 중단되었다.

5. 2. 3. 사이버 보안 대응책

사이버 보안 전략은 주로 암호화, 접근 제어, 지속적인 모니터링과 같이 무단 데이터 접근을 방지하는 데 중점을 둔다.[91] 그러나 이러한 전략은 해안 상륙 지점 근처에서는 효과적이지만, 광대한 공해 지역에서는 시행하기 어렵다.[91] 이러한 한계를 극복하기 위해 전문가들은 물리적 보안 조치와 국제 협력 및 법적 체계를 통합하는 다층적인 접근 방식을 제안한다.[87][102]

특히, 해저 케이블에 특화된 사이버 보안 표준을 설정하기 위한 다자간 협정이 중요하다고 강조된다. 이는 국제 해역에서의 관할권 모호성과 그로 인한 집행 공백을 해소하여, 조직 범죄에 악용되는 것을 막고 효과적인 보호를 가능하게 한다.[87]

일부 학자들은 유럽 연합(E.U.)의 역할 강화를 주장하며, 해안 경비대 및 통신 규제 기관과 같은 다양한 기관의 감시 및 대응 능력 개선을 통해 보호를 강화할 것을 권장한다.[80] 또한, 케이블 소유에서 민간 기업의 역할이 중요하므로, 정부와 기술 회사 간의 협력을 강화하여 자원을 공유하고 혁신적인 보안 조치를 개발해야 할 필요성이 강조된다.[91]

5. 3. 지정학적 관점

해저 케이블은 어선, 선박 닻, 지진, 탁류, 상어 공격 등 다양한 위협에 노출되어 있다.[80][82][86][84][95][96] 1959년부터 1996년까지 대서양과 카리브해에서 발생한 케이블 단선 사고 중 자연 현상으로 인한 것은 9% 미만이었다. 1959년부터 1979년까지 케이블 고장 발생률은 연간 1,000km당 평균 3.7건이었으나, 케이블 매설 기술이 발전하고 널리 시행된 1980년대 이후 1985년에는 연간 1,000km당 0.44건으로 감소했다.[97]

그러나 케이블 단선은 여전히 발생하고 있으며, 대서양에서만 연간 50건이 넘는 수리가 이루어진다.[98] 2006년 항춘 지진, 2008년 해저 케이블 두절, 2011년 해저 케이블 두절 등 큰 규모의 단선 사고도 있었다. 이러한 취약성 때문에 해저 통신 케이블은 조직 범죄의 표적이 되기도 한다.

5. 3. 1. 지정학적 취약성

어선이 해저 통신 케이블 손상의 주요 원인이다.[80][82] 그러나 최근 학계와 여러 사건들은 지정학적 전술이 케이블 보안에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다.[78] 어선은 일반 해상 교통에 섞여 공격을 실행할 수 있기 때문이다.[101]

냉전 기간 동안, 저인망 어선 그물이 케이블 고장을 일으키는 경향이 악용되었을 가능성이 있다. 1959년 2월, 미국의 대서양 횡단 통신 케이블 5개에서 12차례 단선이 발생했다. 미 해군 함정 USS ''로이 오. 헤일''은 소련 저인망 어선 ''노보로시스크''를 조사했는데, 선박 항해일지에는 케이블이 끊어진 지점에 해당 어선이 있었던 것으로 나타났다. 또한 ''노보로시스크'' 갑판에서 끊어진 케이블 조각이 발견되었다. 소련은 조사가 부당하다고 주장했지만, 미국은 1884년 해저 전신 케이블 보호 협약 위반 증거로 제시했다.[114]

2022년 러시아 어선이 손상된 해저 케이블 상공을 최대 20회 통과한 사건은 잠재적인 정치적 동기와 러시아 측의 하이브리드전 전술 가능성을 시사한다.[115][116] 해저 케이블 근처 러시아 해군 활동은 해저 케이블을 표적으로 하는 하이브리드 전쟁 전략과 관련이 있으며, 사보타주(sabotage)는 분쟁 중 통신망 교란 및 적대국 불안정을 위한 도구로 여겨진다.[80][84] 범죄자들은 경제 전쟁 수단으로 케이블을 표적으로 삼아 경제를 불안정하게 하거나 정치적 메시지를 전달하려 할 수 있다.[91][83][87]

2024년 11월 발트 해에서 발생한 두 차례의 케이블 단선 사건 이후, 리투아니아와 스웨덴 사이, 그리고 핀란드와 독일 사이에서 발생한 사건에 대해 보리스 피스토리우스(Boris Pistorius) 국방장관은 다음과 같이 주장했다. "아무도 이 케이블들이 우연히 끊어졌다고 믿지 않습니다. ... 우리는 누가 했는지 구체적으로 알지 못하더라도, 그것이 '하이브리드' 행위라고 말해야 합니다. 그리고 아직 알지는 못하지만, 그것이 사보타주라고 가정해야 합니다."[117][118]

이는 케이블 단선을 국가 안보에 대한 위협으로 인식하고, 국제적 맥락에서 케이블의 안보화로 이어진다는 점을 보여준다.[119]

5. 3. 2. 지정학적 대응책

기술적 및 사이버 보안적 관점에서, 해저 케이블 관련 문제를 해결하기 위해서는 협력이 매우 중요하다.[80] 이는 전 세계적인 연결망 특성과 조직 범죄 등 초국가적 위협에 취약하다는 점을 고려할 때 필수적이다. 이러한 협력의 핵심은 국제 케이블 보호 위원회(ICPC)와 같은 전문 기관을 강화하는 것이다.[80][83] ICPC는 해저 케이블 주요 이해 관계자들을 대표하며, 이들 간의 협력과 정보 공유를 촉진한다.[80] 이러한 기관은 케이블 보안을 위한 포괄적이고 조율된 국제 전략을 개발하고 실행하는 데 중요한 역할을 한다.[102]

미국 등 서방 정부는 중국이 국제 케이블 네트워크를 장악하고 영향력을 행사하는 것에 대한 정치적 대응책을 마련하고 있다. 이들은 동맹국 소유의 케이블 프로젝트에 재정 지원을 하거나, 외교적 압력과 규제 조치를 취한다.[120][80][88][94] NATO는 러시아의 우크라이나 침공 이후, 러시아의 활동이 증가한 지역, 특히 군사적 공격이 심화된 지역에서 케이블 보호를 위한 순찰 및 감시 작전을 강화했다.[84][121]

5. 4. 법적 관점

해저 케이블은 어획 트롤어선, 선박 닻, 지진, 탁류, 심지어 상어의 공격과 같은 다양한 위협에 노출되어 있다.[80][82][86][84][95][96] 1959년부터 1996년까지 대서양과 카리브해에서 발생한 케이블 단선 사고를 조사한 결과, 자연 현상으로 인한 단선은 9% 미만이었다. 이러한 위협에 대응하기 위해 케이블 매설 기술이 개발되어, 1980년대 이후 케이블 고장 발생률이 크게 감소했다.[97]

하지만 케이블 단선은 여전히 발생하고 있으며, 대서양에서만 연간 50건이 넘는 수리가 이루어지고 있다.[98] 2006년 항춘 지진, 2008년 해저 케이블 두절, 2011년 해저 케이블 두절 등 큰 규모의 단선 사고도 있었다.

이러한 취약점으로 인해 해저 통신 케이블은 조직 범죄의 표적이 될 수 있다.

5. 4. 1. 법적 취약성

유엔 해양법 협약(UNCLOS)은 제112조, 제97조, 제112조 및 제115조를 통해 해저 케이블 운영의 자유를 보장하고 해상 사고로부터 보호하기 위한 조치를 규정한다.[122]

그러나 UNCLOS는 해저 케이블에 대한 구체적인 법적 보호와 집행 메커니즘이 부족하여, 특히 국제 해역에서 상당한 법적 문제가 발생한다.[78][122][102][87] 미국과 터키와 같은 주요 국가들이 이 조약을 비준하지 않아 상황이 더욱 복잡하다.[83] 많은 국가에서 해저 케이블 파괴 또는 절도를 범죄화하는 법적 조항이 없어, 조직 범죄가 악용할 수 있는 관할권의 모호성이 발생한다.[80][87][102] 1884년 해저전신케이블보호협약과 같은 법적 틀은 시대에 뒤떨어져 사이버 공격이나 하이브리드 전쟁 전술과 같은 현대적인 위협에 대처하지 못한다.[87]

북극해는 광범위하고 외딴 지역에서의 감시 및 집행의 어려움을 보여주는 예시로, 범죄자들이 악용할 수 있는 법적 공백을 남긴다. 북극에는 해저 케이블 보호를 감독할 중앙 국제 기구가 없고, NATO와 같은 군사 조직에 의존하는 것이 일반적인 조정된 전 세계적인 대응을 방해한다.[72]

따라서 ICPC와 같은 단체는 해저 케이블의 안전을 보장하기 위해 개정되고 더 포괄적인 법적 틀이 필요함을 강조한다.[123]

5. 4. 2. 법적 대응책

해저 케이블은 유엔 해양법 협약(UNCLOS)을 통해 국제적으로 규제되지만, 실질적인 법적 보호와 집행 메커니즘은 부족하다.[78][122][102][87] 특히 국제 해역에서 이러한 문제가 두드러지며, 미국과 터키와 같은 주요 국가들이 이 조약을 비준하지 않아 상황은 더욱 복잡하다.[83] 많은 국가에서 해저 케이블 손상 행위를 범죄로 규정하는 법 조항이 없어 조직 범죄가 이를 악용할 수 있다.[80][87][102] 1884년 해저전신케이블보호협약과 같은 기존 법적 틀은 현대의 사이버 공격이나 하이브리드 전쟁 전술에는 대응하기 어렵다.[87]

북극해의 사례는 광범위하고 외딴 지역에서의 감시 및 집행의 어려움을 보여준다. 북극에는 해저 케이블 보호를 감독할 중앙 국제 기구가 없어 NATO와 같은 군사 조직에 의존하게 되는데, 이는 전 세계적인 대응을 어렵게 만든다.[72]

이에 ICPC 등은 해저 케이블의 안전을 보장하기 위해 더 포괄적인 법적 틀이 필요하다고 강조한다.[123]

이러한 법적 어려움을 해결하기 위해 다음과 같은 다양한 권고안이 제시되고 있다.

  • UNCLOS를 업데이트하여 협력적인 감시 및 집행 규약을 포함하여 해저 케이블을 광범위하게 보호해야 한다.[122]
  • 해양법, 국가 책임, 무력 사용에 관한 법률의 원칙을 창의적으로 적용하여 케이블 보호를 강화할 수 있다.[87]
  • 국내법을 UNCLOS와 일치시키고, 국가 대응 규약을 시행하며, 케이블 사고에 대한 연락 체계를 구축해야 한다.[87]
  • NATO와 같은 기구의 참여가 증가함에 따라 케이블 보안 및 강화된 다층 거버넌스 모델에서 군사 및 비군사 행위자의 역할을 명확히 해야 한다.[72][105]


그러나 이러한 제안들은 국제 조약의 복잡성, 국제 협력의 필요성, 국내 형사 처벌의 부족, 기술적 위협의 진화하는 특성 등으로 인해 실제 적용에 어려움이 있다.[78][80][87][102] UNCLOS의 국제 해역에 대한 모호한 관할권은 효과적인 집행을 방해하고, 제한된 정치적 이해관계는 조약 개발을 저해한다.[78][80][84]

6. 환경적 영향

해저 케이블은 해양 생물에게 여러 가지 위험을 초래할 수 있으며, 케이블 설치 증가와 사회의 상호 연결성 증대에 따라 그 환경적 영향도 커지고 있다.[194]

1929년 그랜드뱅크스 지진과 같은 해저 진흙 사태나 2011년 도호쿠 지방 태평양 앞바다 지진은 해저 케이블을 손상시키는 주요 원인 중 하나이다.[194]

해저 케이블은 다양한 방식으로 해양 생물에게 영향을 미친다.

6. 1. 해저면의 변화

해저 케이블은 여러 가지 방법으로 해양 생물에 영향을 미칠 수 있다. 해저 생태계는 케이블 설치 및 유지 관리로 인해 교란될 수 있으며, 그 영향은 일반적으로 특정 지역에 국한된다. 교란의 강도는 설치 방법에 따라 달라진다.

케이블은 종종 해저의 저서대에 매설되는데, 이곳은 조개와 게가 서식하고 수중의 물질과 입자 퇴적물이 해양 생물의 서식지를 제공하는 해저의 생태 지역이다. 수중 제트나 경운기를 이용한 케이블 매설 작업은 퇴적물을 손상시켜 퇴적물의 재작업을 유발하고, 퇴적물의 기질을 변화시킬 수 있다.

몇몇 연구에 따르면 저서대의 생물군집은 케이블 존재에 의해 약간만 영향을 받지만, 케이블의 존재는 생물체의 행동 교란을 유발할 수 있다.[124] 예를 들어 케이블은 말미잘 부착을 위한 단단한 기질을 제공하여, 일반적으로 부드러운 퇴적물 지역에서는 서식하기 어려운 말미잘이 케이블 주변에 많이 발견되기도 한다. 넙치의 경우도 마찬가지이다. 드물지만, 케이블의 존재가 수온을 변화시켜 주변의 자연 서식지를 교란할 수도 있다.

하지만 이러한 교란은 시간이 지남에 따라 지속되지 않으며 며칠 이내에 안정될 수 있다. 케이블 운영업체는 민감하고 취약한 생태계가 있는 지역을 피하도록 케이블 경로를 계획하는 조치를 시행하려고 노력하고 있다.

6. 2. 얽힘

해저 케이블에 해양 동물이 걸리는 것은 케이블 손상의 주요 원인 중 하나이다. 고래와 향유고래가 케이블에 걸려 손상을 입히는 주요 동물이다. 이러한 동물과 케이블의 접촉은 부상을 야기하고 때로는 사망에 이르기도 한다. 1877년부터 1955년 사이에 고래가 걸려 케이블이 끊어진 사례가 16건 보고되었으며, 그중 13건은 향유고래 때문이었다. 1907년부터 2006년 사이에는 이러한 사건이 39건 기록되었다.[125] 이러한 사고를 방지하기 위해 케이블 매설 기술이 점차 도입되고 있다.

6. 3. 어업의 위험

해저 케이블은 해저에 위치하지만, 어업 활동으로 인해 손상될 수 있다. 해저를 긁거나 트롤 또는 케이지와 같은 장비를 끌어들이는 어업 기술을 사용하는 어부들은 케이블을 손상시킬 수 있으며, 이로 인해 케이블을 구성하는 액체, 화학 물질, 유독 물질이 유출될 수 있다.[126]

해저 케이블 밀도가 높은 지역은 어업으로부터 더 안전하다는 이점이 있다. 저서대 및 퇴적대 지역의 희생을 감수하면서, 해양 동물상은 제한 및 금지 덕분에 이러한 해양 지역에서 더 잘 보호된다. 연구에 따르면 케이블 설치 지역 주변 동물상에 긍정적인 영향이 있는 것으로 나타났다.[126]

6. 4. 오염

해저 케이블은 구리 또는 광섬유로 만들어지며, 플라스틱, 와이어 또는 합성 물질의 여러 보호층으로 둘러싸여 있다. 케이블은 또한 유전체 유체 또는 탄화수소 유체로 구성될 수 있으며, 이는 전기 절연체 역할을 한다. 이러한 물질은 해양 생물에 유해할 수 있다.[127]

어업, 노후화된 케이블, 그리고 케이블과 충돌하거나 얽히는 해양 생물은 케이블을 손상시키고 바다로 유독하고 유해한 물질을 확산시킬 수 있다. 그러나 해저 케이블의 영향은 다른 해양 오염원에 비해 제한적이다.

퇴적물에 매장된 오염 물질이 방출될 위험도 있다. 케이블 설치로 인해 퇴적물이 재부유되면 탄화수소와 같은 유독 물질이 방출될 수 있다.

예비 분석을 통해 퇴적물의 독성 수준을 평가하고 퇴적물 오염 물질의 재이동과 분산을 피할 수 있는 케이블 경로를 선택할 수 있다. 그리고 새롭고 더 현대적인 기술을 통해 케이블 건설에 오염 물질이 적게 포함된 재료를 사용할 수 있게 될 것이다.[125]

6. 5. 음파 및 전자기파

해저 케이블 설치 및 유지보수에는 음파 또는 전자기파를 발생시키는 기계 및 장비를 사용해야 하며, 이는 해양 생물에게 영향을 줄 수 있다. 이러한 수중 음파는 사용되는 장비, 케이블이 위치한 해저 지역의 특성, 그리고 지형에 따라 달라진다.[125]

수중 소음과 파동은 특정 수중 생물의 이동 행동을 변화시켜 통신이나 번식을 방해할 수 있다. 현재까지 알려진 정보에 따르면, 해저 케이블 공학 작업으로 발생하는 수중 소음은 음향적 영향 범위와 지속 시간이 제한적이다.[128]

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