一種海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于一種海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其方法。海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是指能在海洋環(huán)境中提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能為在水面和水下的用戶提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。該海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是由岸基無線網(wǎng)絡(luò)(1)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)(2)、水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)(3)、飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)(4)、高空平臺通信系統(tǒng)(5)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)(6)聯(lián)合組成的混合協(xié)作型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?；谏鲜龊Ｑ蠡ヂ?lián)網(wǎng)系統(tǒng)，本發(fā)明進(jìn)一步給出了可根據(jù)用戶的位置、應(yīng)用特點和要求來選擇適當(dāng)?shù)暮Ｑ蠡ヂ?lián)網(wǎng)的接入方法，為海洋互聯(lián)網(wǎng)用戶提供比衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)成本低、普及型的海洋互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。
【專利說明】一種海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，更具體地說，是一種海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]海洋互聯(lián)網(wǎng)是指能在諸如海洋這樣遼闊的水域，包括水面和水下，提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由于海洋獨特的地理環(huán)境、氣象條件以及用戶分布狀況等因素的制約，海洋互聯(lián)網(wǎng)仍然是個尚需開發(fā)的領(lǐng)域。特別是隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，海洋互聯(lián)網(wǎng)的需求越來越旺盛，如出海的船員和漁民、守島的軍民、海上石油開采、海洋勘探和海洋環(huán)境監(jiān)測等。目前海洋互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)主要靠衛(wèi)星系統(tǒng)來提供，不但速度低，成本高，而且通信費昂貴，不是普通用戶所能承擔(dān)得起的。所以，人們迫切希望能有一種廉價實用和方便的接海洋互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。
[0003]除衛(wèi)星系統(tǒng)外，近來，研究人員提出一些其它方法來將互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)擴展海面上，如水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)是由船舶、浮標(biāo)、燈塔、氣象觀測臺等具有無線通信功能的設(shè)施所組成的無線自組織網(wǎng)絡(luò)。但這種網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小，且性能不穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)可靠性無法得到保障，不能滿足海洋互聯(lián)網(wǎng)的要求；尤其是在緊急情況，順暢的通信是保障救援工作能否展開的先決條件。
[0004]所以本發(fā)明提出一種由下列網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)聯(lián)合所組成的混合協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，以及相應(yīng)的接入網(wǎng)的選擇方法來為海洋互聯(lián)網(wǎng)用戶提供互網(wǎng)接入服務(wù)。這些網(wǎng)絡(luò)包括岸基無線網(wǎng)絡(luò)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)、水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)、飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)、高空平臺通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。其中岸基無線網(wǎng)絡(luò)是本發(fā)明針對海洋互聯(lián)網(wǎng)而提出，被定義在權(quán)利要求1中的A點；水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)主要是由水下無線傳感器和執(zhí)行器所組成的網(wǎng)絡(luò)；飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)是由空中的飛機、氣球等飛行器組成的無線自組織網(wǎng)絡(luò)；高空平臺通信系統(tǒng)是由位于離地面約17公里到22公里距的平流層中的無線通信系統(tǒng)所組成；衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由太空中的人造通信衛(wèi)星和地面站所組成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是關(guān)于一種海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是指在海洋環(huán)境中提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能為在水面和水下的互聯(lián)網(wǎng)用戶提供服務(wù)。本發(fā)明的海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是由岸基無線網(wǎng)絡(luò)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)、水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)、飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)、高空平臺通信系統(tǒng)以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)聯(lián)合組成的混合協(xié)作的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?；谏鲜龊Ｑ蠡ヂ?lián)網(wǎng)系統(tǒng)，本發(fā)明進(jìn)一步給出了可根據(jù)用戶的位置、應(yīng)用的特點和要求來選擇適當(dāng)?shù)暮Ｑ蠡ヂ?lián)網(wǎng)接入的方法，為海洋互聯(lián)網(wǎng)用戶提供低成本和普及的海洋互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明的海洋互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
[0007]圖2為岸基網(wǎng)絡(luò)圖。
[0008]圖3為水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)。
[0009]圖4為飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)。
[0010]圖5為高空通信平臺通信系統(tǒng)。
[0011]圖6為衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
[0012]圖7為水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)。
[0013]圖8為海洋互聯(lián)網(wǎng)用戶接入網(wǎng)選擇流程。

【具體實施方式】
[0014]參考圖1，本發(fā)明的海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由岸基無線網(wǎng)絡(luò)(I)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)
(2)、水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)(3)、飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)(4)、高空平臺通信系統(tǒng)(5)以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)(6)聯(lián)合組成。圖中(7)為陸地互聯(lián)網(wǎng)，以上各部分通過岸基無線網(wǎng)絡(luò)、高空平臺通信系統(tǒng)以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)連接到陸地互聯(lián)網(wǎng)。岸基無線網(wǎng)絡(luò)(I)的覆蓋范圍為靠近岸基約100公里的近海，具體大小取決于岸基無線發(fā)射設(shè)備的功率及實際所需的覆蓋范圍；在這范圍內(nèi)的船舶可以與岸基通信基站直接相連，也可以通過近海的航標(biāo)、燈塔、觀潮臺和氣象觀察站以及任何其它設(shè)置上的無線設(shè)備與岸基無線基站接入點進(jìn)行連接。
[0015]在圖2中，船舶⑵通過無線連接到地面基站(I)，地面基站(I)采用定向天線，通過有線網(wǎng)絡(luò)連接到陸地互聯(lián)網(wǎng)。岸基無線網(wǎng)絡(luò)是由部署在海岸線上和其附近水域和島嶼上的無線基站接入點組成，所述無線基站接入點有以下特點:
[0016]a.采用定向天線裝置，集中向其附近的水域提供無線信號覆蓋；
[0017]b.能按照覆蓋范圍的大小，調(diào)整天線的高度、方向和發(fā)射功率的強度；
[0018]c.能自動跟蹤移動目標(biāo)進(jìn)行定點覆蓋；
[0019]d.與地面互聯(lián)網(wǎng)相連接，將地面互聯(lián)網(wǎng)擴展到所覆蓋的水域。
[0020]在圖3中，船舶(3)通過無線連接到船舶(2)，船舶⑵再連接到地面基站，然后連接到陸地互聯(lián)網(wǎng)。船舶之間、船舶與航標(biāo)等其它任何有無線通信功能的設(shè)施之間組成水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)。
[0021]圖4中，在空中的直升飛機(3)、固定翼飛機(4)和氣球(5)以及其它飛行器組成飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)。飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)被用來提供無法保障的網(wǎng)海洋互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，用在下列兩種情形:a)當(dāng)所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)、高空平臺通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)在所需服務(wù)區(qū)域均不存在時；b)需要多路冗余數(shù)據(jù)傳輸以提高傳輸?shù)目煽啃浴?br> [0022]圖5中，當(dāng)沿海岸線的區(qū)域不適宜部署所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)時，處在平流層的高空通信平臺用來與其它鄰近區(qū)域的岸基無線基站接入點組成本區(qū)域的岸基無線網(wǎng)絡(luò)，連接到陸地互聯(lián)網(wǎng)，所述平臺主要由無須日常維護的無人飛機(I)或飛艇(2)組成；該高空平臺通信系統(tǒng)被用來為該區(qū)域提供無線信號覆蓋；同時，該高空平臺通信系統(tǒng)與下列之一的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連:鄰近的所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)、鄰近的其它地面無線網(wǎng)絡(luò)、鄰近的所述高空平臺通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)；列在前面的將被優(yōu)先選用。當(dāng)一些海洋區(qū)域僅需要臨時性海洋互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)時，且所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)和水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)在所需服務(wù)區(qū)域均不存在時，所述高空平臺通信系統(tǒng)被用來滿足這樣的需求；當(dāng)這些需求結(jié)束時，所述高空平臺通信系統(tǒng)也同時被撤離。
[0023]在圖6中，當(dāng)用戶不能與上述的任何網(wǎng)絡(luò)相連時，可以通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)⑴接入到陸地互聯(lián)網(wǎng)；或者當(dāng)用戶對網(wǎng)絡(luò)的實時性要求較高，如執(zhí)行搜救任務(wù)，而僅有所述水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)時，且該網(wǎng)絡(luò)無法滿足該實時性要求時，但則選用衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
[0024]在圖7中，水下部署的設(shè)備，如無線傳感器(1)，它們之間形成所述水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)；所述水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)通過上面所述各種網(wǎng)絡(luò)，即岸基無線網(wǎng)絡(luò)(I)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)(2)、水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)(3)、飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)(4)、高空平臺通信系統(tǒng)
(5)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)￠)，進(jìn)行相互連接，或與陸地互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行相連。
[0025]參考圖8，海洋互聯(lián)網(wǎng)用戶按照下列方法來選用適當(dāng)?shù)慕尤刖W(wǎng)來獲得海洋互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)服務(wù):
[0026](I)當(dāng)所述用戶被岸基無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋時，即使有其它網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在，所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)被選用；
[0027](2)當(dāng)所述用戶沒有被岸基無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋但被水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)覆蓋時，即使有其它網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在，所述水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)被選用；
[0028](3)當(dāng)所述用戶即沒有被所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋也沒有被所述水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)覆蓋時，如果有所述高空平臺通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋，該高空平臺通信網(wǎng)絡(luò)被選用；否則所述衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)被選用；
[0029](4)當(dāng)所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)覆蓋和高空平臺通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋都不具備的情況下:如果所述用戶的應(yīng)用能容忍較大的時延和丟失，所述飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)被選用來提供機會性網(wǎng)絡(luò)連接；
[0030](5)當(dāng)所述用戶被所述水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)覆蓋時，該水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)被選用，并且該水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)按照上述方法(I)至(4)來選擇適當(dāng)?shù)慕尤刖W(wǎng)絡(luò)來接入所述海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是由岸基無線網(wǎng)絡(luò)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)、水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)、飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)、高空平臺通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)聯(lián)合組成的混合協(xié)作式大型網(wǎng)絡(luò)；所述的網(wǎng)絡(luò)之間、系統(tǒng)之間以及網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)之間均采用無線方式進(jìn)行組網(wǎng)，其方法如下: A.所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)是由部署在海岸線上和其附近水域或島嶼上的固定無線基站接入點以及岸上的移動式無線基站接入點聯(lián)合組成；所述無線基站接入點協(xié)作組網(wǎng)，并有以下特點: a.采用可調(diào)節(jié)的定向天線裝置，集中向其附近的水域提供無線信號覆蓋； b.能按照覆蓋范圍的大小，調(diào)整天線的高度、方向和發(fā)射功率強度； c.能自動跟蹤水面移動目標(biāo)，進(jìn)行定點和跟蹤覆蓋； d.與地面互聯(lián)網(wǎng)相連接，將地面互聯(lián)網(wǎng)擴展到所覆蓋的水域； B.處在所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋水域中且具有無線通信功能的船舶、航標(biāo)或島嶼上的設(shè)施，與其它處在所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以外水域中且具有無線通信功能的船舶、航標(biāo)或島嶼上的設(shè)施形成所述水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)，將地面互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步擴展到上述岸基無線網(wǎng)絡(luò)所覆蓋區(qū)域以外的水域； C.所述高空平臺通信系統(tǒng)以下列方式被應(yīng)用到所述海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中: 1.當(dāng)沿海岸的區(qū)域不適宜部署所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)時，所述高空平臺通信系統(tǒng)被用來為該區(qū)域提供無線信號覆蓋；同時，所述高空平臺通信系統(tǒng)與下列之一的網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)相連:鄰近的所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)、鄰近的其它地面無線網(wǎng)絡(luò)、鄰近的所述高空平臺通信系統(tǒng)以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)，列在前面的網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)將被優(yōu)先用來進(jìn)行相連； i1.當(dāng)僅需要臨時性海洋互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)時，且所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)和水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)在所需服務(wù)的區(qū)域均不存在時，所述高空平臺通信系統(tǒng)被用來滿足這樣的臨時需求；當(dāng)所述需求結(jié)束時，所述高空平臺通信系統(tǒng)也被撤離； D.所述飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)被用來提供無需保障的網(wǎng)海洋互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，用在下列兩種情形。情形之一:當(dāng)所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)、高空平臺通信系統(tǒng)以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)在所需服務(wù)區(qū)域均不存在時；情形之二:需要多路冗余數(shù)據(jù)傳輸以提高傳輸?shù)目煽啃裕? E.所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)以下列方式被應(yīng)用到所述海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中: 1.作為所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)、水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)、飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)以及高空平臺通信系統(tǒng)的中繼節(jié)點，實現(xiàn)上述網(wǎng)絡(luò)之間、通信系統(tǒng)之間、網(wǎng)絡(luò)與通訊系統(tǒng)之間以及它們與其它網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)之間的連接； I1.在緊急情況下，且所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)、水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)、飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)以及高空平臺通信系統(tǒng)在所需服務(wù)區(qū)域均不存在時，作為備用通信手段； F.所述水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)為水下提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并且按照上述描述的方法A至E來選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)，以實現(xiàn)水下無線自組織網(wǎng)絡(luò)之間的以及它們與其它網(wǎng)絡(luò)之間的相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述海洋互聯(lián)網(wǎng)的用戶按照下列方法來選用適當(dāng)?shù)慕尤刖W(wǎng): 一、當(dāng)所述用戶被所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋時，即使有其它網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在，所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)被優(yōu)先選用為接入網(wǎng)； 二、當(dāng)所述用戶沒有被所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋但被所述水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)覆蓋時，即使有其它網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在，所述水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)被優(yōu)先選用為接入網(wǎng)； 三、當(dāng)所述用戶即沒有被所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，也沒有被所述水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)覆蓋時，如果處在所述高空平臺通信系統(tǒng)覆蓋中，所述高空平臺通信系統(tǒng)被優(yōu)先選用為接入網(wǎng)； 四、當(dāng)所述用戶沒有被所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)和高空平臺通信系統(tǒng)中的任何一個覆蓋時，衛(wèi)星通信系統(tǒng)被優(yōu)先選用為接入網(wǎng)； 五、在下列三種情形下所述用戶可使用所述飛行器無線機會網(wǎng)絡(luò)作為接入網(wǎng): a.當(dāng)所述用戶無法得到所述岸基無線網(wǎng)絡(luò)、水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)、高空平臺通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)服務(wù)時； b.當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可容忍較大傳輸時延和數(shù)據(jù)丟失時； c.聯(lián)合使用所述水面無線自組織網(wǎng)絡(luò)，為同一數(shù)據(jù)提供多路傳輸，以提高傳輸?shù)目煽啃浴?br> 【文檔編號】H04W84/18GK104283935SQ201310296258
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月9日
【發(fā)明者】姜勝明, 周亮, 王曉峰 申請人:上海海事大學(xué)