海洋通信网络协议、算法和架构
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前言

当今数字海洋通信网络服务主要依靠卫星系统,但由于其自身的特点,其服务的性价比和能力仍然无法与陆地环境中的通信网络相媲美。随着人类海洋活动的日益增加,海洋通信网络的主要用户已从传统的军事和工商业用户扩展到普通用户,而后者更加渴望能获得陆地网络般廉价、方便和可靠的通信网络服务。与此同时,随着新应用的出现,传统用户对海上数据传输也提出了更高要求,例如,目前海上航运业正朝着以无人驾驶船舶为核心的绿色航运方向发展,这使得船岸通信的需求会远远超过现有海洋通信网络的承载能力。另外,水下通信是海洋通信系统不可缺少的重要组成部分,但是,由于无线电波在海水中会快速衰减,目前,水下通信主要依靠传播速度慢、传输速率低的水声通信,无法独自实现大范围水下高速组网。这些问题驱动了近年来对新型高效海洋通信网络技术的研发,以满足对海洋通信网络服务所提出的新需求,从而进一步提升我国海上通信系统和相关产业的能力,为海洋强国的建设提供高效可靠的通信网络平台。

为了便于学者、研究和工程技术人员了解本领域发展现状,促进相关理论与技术研究的发展,我们邀请了国内相关高校从事本领域研究的一线专家共同编写这本书,涉及以下几个部分。第一部分由第1章构成,主要概括海洋通信网络现状;第二部分由第2章至第5章组成,主要介绍海洋通信信道的特点,分析现有重要数字海洋通信系统,包括AIS、VDES和蜂窝网。剩余章节(第6章至第17章)构成第三部分,着重介绍海洋通信网络技术的研究和发展现状,分成以下几个方面:(1)海洋水面网络(第6章至第8章),包括无线自组网和传感器网络;(2)海洋空间网络(第9章和第10章),包括卫星网络和无人机网络;(3)水下通信网络(第11章),由于“海洋信息技术丛书”包含一部水下通信网络方面的专著,所以本章仅简要概述该领域的现状;(4)海洋通信网络研究新方向(第12章至14章),包括高速海洋通信链路、智能海洋通信及边缘计算在海洋中的应用等;(5)海洋互联网技术(第15章至17章),涉及海洋中不同网络互联的概念和方法、网络安全及海洋通信网络的体系架构。

目前,与海洋通信网络相关的图书资料主要涉及卫星通信和水声通信等方面,前者针对高空和深空,后者针对水下环境;而海洋空间涉及岸基(岛屿)、水面、空中(可进一步分为低空、高空和深空)和水下四大部分。本书系统性介绍覆盖上述海洋空间的通信网络技术,尤其是针对基于非卫星技术的海洋通信网络方面的研究,弥补了现有图书、资料的不足。

本领域系统性研究尚处在初始阶段,未来会不断涌现出更多研发成果,这是本书目前无法涵盖和预测的,为此,我们建立了一个“海洋通信网络论坛”微信群以方便大家及时交流合作。由于该群人数已经超过200名,需邀请入群,读者可联系徐艳丽、杨华和徐涴砯老师。

本书的完成离不开所有作者的辛勤付出(各章作者见附录),离不开出版社编辑的大力支持,在此,我们衷心地向他们表示感谢!

最后,由于时间仓促和作者水平有限,文中遗漏和不妥之处在所难免,还望读者谅解和批评指正!

姜胜明、林彬、徐艳丽、杨华、徐涴砯

2022年7月于上海、大连