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海洋互联网技术实验室研究内容           
                        —— 海洋互联网技术

    随着海洋经济的迅猛发展、人类在海洋活动的日益增多、以及对海洋保护和海洋安全意识的不断提高,迫切需要一种便捷、可靠、高速率、性价比合理的海洋互联网,它能在海洋环境中(包括水面和水下两部分)提供我们所熟知的互联网服务。但是,由于海洋的特殊地理环境、气候条件及用户分布,使得现有陆地互联网技术无法直接应用到海洋环境中,需要展开广泛和深入的研究。
海洋是一个13亿立方千米的巨大盐水体,平均深度达3682米,覆盖了地球表面的71%(我国的海洋面积约是陆地面积的1/3),因此,在海洋上搭建和维护网络设施是极其困难和昂贵的;而且,海洋的高湿度、频降水和频发的极端天气,不仅会影响超高频卫星通信的性能,而会严重破坏网络设施,甚至导致网络的瘫痪。另外,相比于陆地互联网,海洋互联的用户密度相当低,分布极不均匀,且多大数是临时性的用户,随船而动。这些特点严重影响投资效益。
    陆地互联网几乎不需考虑地下网络服务,而海洋互联网则需要为水下提供网络支持,以扩大水下网络(例如水下物联网)的覆盖范围和服务能力。当前主要的水下通信技术基于水声,其传输速率低、传播时延大;而基于蓝绿激光的水下通信技术虽然能够提供很高的传输速率和极短的传播时延,但激光易被吸收和无法绕障,使其传输距离非常有限。这些都限制了单个高速率水下无线网络覆盖范围,因而需要海洋互联网来连接不同的水下网络,以构成性能稳定大范围覆盖的水下系统。
目前,在海洋环境中被广泛使用的通信技术主要是基于甚高频(VHF)和特高频(UHF)的海事无线电,其最大覆盖范围约为110公里,能提供话音和数字通信服务,是海上导航、航行安全、救援作业所不可缺少的通信平台。但由于带宽的限制(例如将4个25-kHz VHF海事无线电信道合成的数字信道,空中数据速率仅为302.2kbps)以及特定的应用背景,它无法满足许多普通互联网应用的需求。现在,海洋互联网服务主要通过卫星提供,但卫星系统在建造、发射和运营方面的成本高以及应用的技术相对滞后,这类网服务不但性价比低,而且使用不方便,也无法有效支持水下通信。
    在研究方面,目前研究得比较多的是如何将无线自组网络技术应用到海洋互联网中,例如船舶自组网,基于飞行器的机会网络,以及水下自组织网络等。而这种网络的覆盖范围比较小, 动态网络拓扑会破坏网络连通性和导致网络性能的不稳定。
从上分析可知,上述各类网络技术都无法单独构成性价比高和使用方便的海洋互联网解决方案,将不同网络技术融合是一种可能的趋势, 但目前国内外对海洋互联网的系统性研究相对滞后。
    主要科学问题包括:
(1)    海洋互联网的网络架构
(2)    海洋互联网的基本理论,包括网络容量、网络连通性和性能稳定性建模
(3)    海洋互联网中的网络认知、协作和融合方法
(4)    海洋互联网的关键网络协议
(5)    海洋互联网的网络安全和网络管理
(6)    基于海洋互联网的水下组网技术
(7)    海事无线电频谱利用率和通信容量的提升技术
(8)    高空通信平台和小卫星网络在海洋互联网中的应用

友情链接: 上海海事大学 上海海事大学信息工程学院
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