CN104283935B - 一种海洋互联网系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种海洋互联网系统及其方法。海洋互联网系统是指能在海洋环境中提供互联网服务的系统，该系统能为在水面和水下的用户提供互联网服务。该海洋互联网系统是由岸基无线网络(1)、水面无线自组织网络(2)、水下无线自组织网络(3)、飞行器无线机会网络(4)、高空平台通信系统(5)和卫星通信系统(6)联合组成的混合协作型网络系统。基于上述海洋互联网系统，本发明进一步给出了可根据用户的位置、应用特点和要求来选择适当的海洋互联网的接入方法，为海洋互联网用户提供比卫星网络成本低、普及型的海洋互联网服务。

Description

一种海洋互联网系统及其方法
技术领域
本发明是关于一种互联网系统，更具体地说，是一种海洋互联网系统及其实现方法。
背景技术
海洋互联网是指能在诸如海洋这样辽阔的水域，包括水面和水下,提供互联网服务的网络系统。由于海洋独特的地理环境、气象条件以及用户分布状况等因素的制约，海洋互联网仍然是个尚需开发的领域。特别是随着经济和社会的发展，海洋互联网的需求越来越旺盛，如出海的船员和渔民、守岛的军民、海上石油开采、海洋勘探和海洋环境监测等。目前海洋互联网服务主要靠卫星系统来提供,不但速度低,成本高,而且通信费昂贵，不是普通用户所能承担得起的。所以，人们迫切希望能有一种廉价实用和方便的接海洋互联网服务。
除卫星系统外,近来，研究人员提出一些其它方法来将互联网服务扩展海面上，如水面无线自组织网络。这种网络是由船舶、浮标、灯塔、气象观测台等具有无线通信功能的设施所组成的无线自组织网络。但这种网络覆盖范围小,且性能不稳定，网络可靠性无法得到保障,不能满足海洋互联网的要求；尤其是在紧急情况，顺畅的通信是保障救援工作能否展开的先决条件。
所以本发明提出一种由下列网络系统联合所组成的混合协作网络，以及相应的接入网的选择方法来为海洋互联网用户提供互联网接入服务。这些网络包括岸基无线网络、水面无线自组织网络、水下无线自组织网络、飞行器无线机会网络、高空平台通信系统和卫星通信系统。其中岸基无线网络是本发明针对海洋互联网而提出，由部署在海岸线上和其附近水域或岛屿上的固定无线基站接入点以及岸上的移动式无线基站接入点联合组成；水下无线自组织网络主要是由水下无线传感器和执行器所组成的网络；飞行器无线机会网络是由空中的飞机、气球等飞行器组成的无线自组织网络；高空平台通信系统是由位于离地面约17公里到22公里距的平流层中的无线通信系统所组成；卫星通信系统是由太空中的人造通信卫星和地面站所组成。
发明内容
本发明是关于一种海洋互联网系统及其实现方法。海洋互联网系统是指在海洋环境中提供互联网服务的系统,该系统能为在水面和水下的互联网用户提供服务。本发明的海洋互联网系统是由岸基无线网络、水面无线自组织网络、水下无线自组织网络、飞行器无线机会网络、高空平台通信系统以及卫星通信系统联合组成的混合协作的大型网络系统。基于上述海洋互联网系统，本发明进一步给出了可根据用户的位置、应用的特点和要求来选择适当的海洋互联网接入的方法，为海洋互联网用户提供低成本和普及的海洋互联网服务。
附图说明
图1为本发明的海洋互联网的系统架构图。
图2为岸基网络图。
图3为水面无线自组织网络。
图4为飞行器无线机会网络。
图5为高空通信平台通信系统。
图6为卫星通信系统。
图7为水下无线自组织网络。
图8为海洋互联网用户接入网选择流程。
具体实施方式
参考图1，本发明的海洋互联网系统由岸基无线网络(1)、水面无线自组织网络(2)、水下无线自组织网络(3)、飞行器无线机会网络(4)、高空平台通信系统(5)以及卫星通信系统(6)联合组成。图中(7)为陆地互联网，以上各部分通过岸基无线网络、高空平台通信系统以及卫星通信系统连接到陆地互联网。岸基无线网络(1)的覆盖范围为靠近岸基约100公里的近海，具体大小取决于岸基无线发射设备的功率及实际所需的覆盖范围；在这范围内的船舶可以与岸基通信基站直接相连，也可以通过近海的航标、灯塔、观潮台和气象观察站以及任何其它设置上的无线设备与岸基无线基站接入点进行连接。
在图2中，船舶(2)通过无线连接到地面基站(1)，地面基站(1)采用定向天线，通过有线网络连接到陆地互联网。岸基无线网络是由部署在海岸线上和其附近水域和岛屿上的无线基站接入点组成，所述无线基站接入点有以下特点：
a.采用定向天线装置，集中向其附近的水域提供无线信号覆盖；
b.能按照覆盖范围的大小,调整天线的高度、方向和发射功率的强度；
c.能自动跟踪移动目标进行定点覆盖；
d.与地面互联网相连接，将地面互联网扩展到所覆盖的水域。
在图3中，船舶(3)通过无线连接到船舶(2)，船舶(2)再连接到地面基站，然后连接到陆地互联网。船舶之间、船舶与航标等其它任何有无线通信功能的设施之间组成水面无线自组织网络。
图4中，在空中的直升飞机(3)、固定翼飞机(4)和气球(5)以及其它飞行器组成飞行器无线机会网络。飞行器无线机会网络被用来提供无法保障的网海洋互联网服务，用在下列两种情形：a)当所述岸基无线网络、水面无线自组织网络、高空平台通信系统和卫星通信系统在所需服务区域均不存在时；b)需要多路冗余数据传输以提高传输的可靠性。
图5中，当沿海岸线的区域不适宜部署所述岸基无线网络时，处在平流层的高空通信平台用来与其它邻近区域的岸基无线基站接入点组成本区域的岸基无线网络，连接到陆地互联网，所述平台主要由无须日常维护的无人飞机(1)或飞艇(2)组成；该高空平台通信系统被用来为该区域提供无线信号覆盖；同时，该高空平台通信系统与下列之一的网络系统相连：邻近的所述岸基无线网络、邻近的其它地面无线网络、邻近的所述高空平台通信系统、卫星通信系统；列在前面的将被优先选用。当一些海洋区域仅需要临时性海洋互联网服务时，且所述岸基无线网络和水面无线自组织网络在所需服务区域均不存在时,所述高空平台通信系统被用来满足这样的需求；当这些需求结束时，所述高空平台通信系统也同时被撤离。
在图6中，当用户不能与上述的任何网络相连时，可以通过卫星通信系统(1)接入到陆地互联网；或者当用户对网络的实时性要求较高，如执行搜救任务，而仅有所述水面无线自组织网络时，且该网络无法满足该实时性要求时，但则选用卫星通信系统。
在图7中，水下部署的设备，如无线传感器(1)，它们之间形成所述水下无线自组织网络；所述水下无线自组织网络通过上面所述各种网络，即岸基无线网络(1)、水面无线自组织网络(2)、水下无线自组织网络(3)、飞行器无线机会网络(4)、高空平台通信系统(5)和卫星通信系统(6)，进行相互连接，或与陆地互联网进行相连。
参考图8，海洋互联网用户按照下列方法来选用适当的接入网来获得海洋互联网络服务：
(1)当所述用户被岸基无线网络覆盖时，即使有其它网络覆盖存在，所述岸基无线网络被选用；
(2)当所述用户没有被岸基无线网络覆盖但被水面无线自组织网络覆盖时，即使有其它网络覆盖存在，所述水面无线自组织网络被选用；
(3)当所述用户即没有被所述岸基无线网络覆盖也没有被所述水面无线自组织网络覆盖时，如果有所述高空平台通信网络覆盖，该高空平台通信网络被选用；否则所述卫星通信网络被选用；
(4)当所述岸基无线网络覆盖、水面无线自组织网络覆盖和高空平台通信网络覆盖都不具备的情况下:如果所述用户的应用能容忍较大的时延和丢失，所述飞行器无线机会网络被选用来提供机会性网络连接；
(5)当所述用户被所述水下无线自组织网络覆盖时，该水下无线自组织网络被选用，并且该水下无线自组织网络按照上述方法(1)至(4)来选择适当的接入网络来接入所述海洋互联网系统。

Claims (2)

1.一种海洋互联网系统，其特征在于,所述海洋互联网系统是由岸基无线网络、水面无线自组织网络、水下无线自组织网络、飞行器无线机会网络、高空平台通信系统和卫星通信系统联合组成的混合协作式大型网络；所述的网络之间、系统之间以及网络和系统之间均采用无线方式进行组网，其方法如下：
A.所述岸基无线网络是由部署在海岸线上和其附近水域或岛屿上的固定无线基站接入点以及岸上的移动式无线基站接入点联合组成；所述无线基站接入点协作组网,并有以下特点：
a.采用可调节的定向天线装置，集中向其附近的水域提供无线信号覆盖；
b.能按照覆盖范围的大小,调整天线的高度、方向和发射功率强度；
c.能自动跟踪水面移动目标，进行定点和跟踪覆盖；
d.与地面互联网相连接，将地面互联网扩展到所覆盖的水域；
B.处在所述岸基无线网络覆盖水域中且具有无线通信功能的船舶、航标或岛屿上的设施,与其它处在所述岸基无线网络覆盖范围以外水域中且具有无线通信功能的船舶、航标或岛屿上的设施形成所述水面无线自组织网络,将地面互联网进一步扩展到上述岸基无线网络所覆盖区域以外的水域；
C.所述高空平台通信系统以下列方式被应用到所述海洋互联网系统中：
i.当沿海岸的区域不适宜部署所述岸基无线网络时，所述高空平台通信系统被用来为该区域提供无线信号覆盖；同时,所述高空平台通信系统与下列之一的网络和通信系统相连：邻近的所述岸基无线网络、邻近的其它地面无线网络、邻近的所述高空平台通信系统以及卫星通信系统，列在前面的网络和通信系统将被优先用来进行相连；
ii.当仅需要临时性海洋互联网服务时，且所述岸基无线网络和水面无线自组织网络在所需服务的区域均不存在时,所述高空平台通信系统被用来满足这样的临时需求；当所述需求结束时,所述高空平台通信系统也被撤离；
D.所述飞行器无线机会网络被用来提供无需保障的海洋互联网服务，用在下列两种情形， 情形之一：当所述岸基无线网络、水面无线自组织网络、高空平台通信系统以及卫星通信系统在所需服务区域均不存在时；情形之二：需要多路冗余数据传输以提高传输的可靠性；
E.所述卫星通信系统以下列方式被应用到所述海洋互联网系统中：
I.作为所述岸基无线网络、水面无线自组织网络、水下无线自组织网络、飞行器无线机会网络以及高空平台通信系统的中继节点,实现上述网络之间、通信系统之间、网络与通讯系统之间以及它们与其它网络和通信系统之间的连接；
II.在紧急情况下，且所述岸基无线网络、水面无线自组织网络、水下无线自组织网络、飞行器无线机会网络以及高空平台通信系统在所需服务区域均不存在时，作为备用通信手段；
F.所述水下无线自组织网络为水下提供网络覆盖，并且按照上述描述的方法A至E来选择适当的网络和通信系统，以实现水下无线自组织网络之间的以及它们与其它网络之间的相互连接。
2.根据权利要求1所述的海洋互联网系统，其特征在于所述海洋互联网的用户按照下列方法来选用适当的接入网：
一、当所述用户被所述岸基无线网络覆盖时，即使有其它网络覆盖存在，所述岸基无线网络被优先选用为接入网；
二、当所述用户没有被所述岸基无线网络覆盖但被所述水面无线自组织网络覆盖时，即使有其它网络覆盖存在，所述水面无线自组织网络被优先选用为接入网；
三、当所述用户既没有被所述岸基无线网络覆盖，也没有被所述水面无线自组织网络覆盖时，如果处在所述高空平台通信系统覆盖中，所述高空平台通信系统被优先选用为接入网；
四、当所述用户没有被所述岸基无线网络、水面无线自组织网络和高空平台通信系统中的任何一个覆盖时,卫星通信系统被优先选用为接入网；
五、在下列三种情形下所述用户可使用所述飞行器无线机会网络作为接入网：
a.当所述用户无法得到所述岸基无线网络、水面无线自组织网络、高空平台通信系统和卫星通信系统服务时；
b.当传输的数据可容忍较大传输时延和数据丢失时；
联合使用所述水面无线自组织网络，为同一数据提供多路传输，以提高传输的可靠性。
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