海洋通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 算法和架構(gòu)

第 1章  海洋通信網(wǎng)絡(luò)概述 001
1.1　引言　001
1.2　海洋通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境　002
1.2.1　海岸　002
1.2.2　水面　003
1.2.3　空中　004
1.2.4　水下　005
1.2.5　海洋通信網(wǎng)絡(luò)用戶　006
1.3　現(xiàn)行海洋通信網(wǎng)絡(luò)　006
1.3.1　海事無線電　006
1.3.2　船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）　007
1.3.3　陸基無線接入系統(tǒng)　008
1.3.4　衛(wèi)星系統(tǒng)　008
1.3.5　水下無線系統(tǒng)　008
1.3.6　海底觀測系統(tǒng)　009
1.4　岸基網(wǎng)絡(luò)　009
1.4.1　陸基無線接入網(wǎng)絡(luò)　010
1.4.2　蒸發(fā)波導(dǎo)通信（EDC）　011
1.4.3　自由空間光系統(tǒng)（FSO）　011
1.4.4　應(yīng)用　012
1.5　水面網(wǎng)絡(luò)　012
1.5.1　傳感器自組網(wǎng)（SenANET）　013
1.5.2　航海自組網(wǎng)（NANET）　013
1.5.3　基于WiMAX的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)　014
1.5.4　類蜂窩網(wǎng)絡(luò)　015
1.6　空中通信網(wǎng)絡(luò)　015
1.6.1　高空通信平臺（HAP）　016
1.6.2　航空自組網(wǎng)（AANET）　016
1.6.3　衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和計劃　016
1.7　水下通信網(wǎng)絡(luò)　017
1.7.1　水聲網(wǎng)絡(luò)（UWAN）　017
1.7.2　水下光網(wǎng)絡(luò)　018
1.8　海洋網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方法　018
1.8.1　網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)　018
1.8.2　移動性支持　019
1.8.3　網(wǎng)絡(luò)管理　019
1.9　小結(jié)　020
參考文獻(xiàn)　020
第　2章 海洋通信信道　029
2.1　信道概述　029
2.1.1　信道定義　029
2.1.2　信道分類　030
2.1.3　海洋信道特性　030
2.2　信道建?！?31
2.2.1　快衰落建?！?32
2.2.2　慢衰落建?！?32
2.3　小結(jié)　034
第3章　海事地面無線數(shù)字通信技術(shù)綜述　036
3.1　傳統(tǒng)地面數(shù)字通信技術(shù)：AIS　036
3.1.1　AIS的產(chǎn)生　036
3.1.2　AIS的功能　037
3.1.3　AIS的分類　038
3.2　AIS的通信架構(gòu)　039
3.3　AIS的組網(wǎng)協(xié)議　040
3.3.1　AIS層模塊以及幀和時隙　040
3.3.2　AIS消息　042
3.3.3　AIS時隙分配規(guī)則及協(xié)議　043
3.3.4　AIS入網(wǎng)過程　044
3.4　AIS的主要算法　046
3.4.1　AIS的通信算法　046
3.4.2　AIS的應(yīng)用算法　048
3.5　AIS的發(fā)展方向　050
3.5.1　技術(shù)方面　050
3.5.2　應(yīng)用方面　051
參考文獻(xiàn)　052
第4章　VDES關(guān)鍵技術(shù)研究　053
4.1　引言　054
4.2　VDES發(fā)展現(xiàn)狀　056
4.3　VDES的概述　057
4.3.1　VDES的系統(tǒng)架構(gòu)　057
4.3.2　VDES頻譜劃分方案　059
4.4　VDES關(guān)鍵技術(shù)　061
4.4.1　VDES調(diào)制解調(diào)技術(shù)　062
4.4.2　VDES時隙層級與結(jié)構(gòu)　063
4.5　VDES數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議　064
4.5.1　傳統(tǒng)TDMA協(xié)議概述　065
4.5.2　改進(jìn)的TDMA協(xié)議　069
4.6　小結(jié)　080
參考文獻(xiàn)　080
第5章　蜂窩網(wǎng)通信在海洋中的應(yīng)用　082
5.1　引言　082
5.2　蜂窩網(wǎng)技術(shù)在海洋通信中的應(yīng)用　084
5.2.1　基于LTE系統(tǒng)的岸基無線接入方案　085
5.2.2　基于大規(guī)模天線陣列技術(shù)的速率提升方案　086
5.2.3　基于中繼技術(shù)的?；鶡o線通信系統(tǒng)　086
5.3　蜂窩通信先進(jìn)技術(shù)在海洋通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用可能　087
5.3.1　窄帶物聯(lián)網(wǎng)　087
5.3.2　D2D通信技術(shù)　088
5.3.3　軟件定義網(wǎng)絡(luò)　089
5.3.4　網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)　090
5.4　小結(jié)　091
參考文獻(xiàn)　091
第6章　海上水面通信組網(wǎng)技術(shù)　094
6.1　概述　095
6.1.1　自組織網(wǎng)絡(luò)基本概念　095
6.1.2　自組織網(wǎng)絡(luò)通信特點　096
6.1.3　自組織網(wǎng)絡(luò)在海洋通信中的應(yīng)用　098
6.2　無線自組網(wǎng)路由技術(shù)　099
6.2.1　拓?fù)淇刂啤?99
6.2.2　能量管理　100
6.2.3　服務(wù)質(zhì)量管理　100
6.2.4　機會路由　101
6.3　常見的海上路由協(xié)議　101
6.4　小結(jié)　102
參考文獻(xiàn)　103
第7章　海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂婆c路由協(xié)議　106
7.1　引言　106
7.2　拓?fù)淇刂聘攀觥?07
7.2.1　特點及設(shè)計目標(biāo)　108
7.2.2　研究現(xiàn)狀　109
7.3　基于功率控制的拓?fù)淇刂啤?09
7.3.1　節(jié)能型功率控制　110
7.3.2　基于網(wǎng)絡(luò)容量分配的功率控制　110
7.3.3　基于節(jié)點度的功率控制　111
7.3.4　基于鄰近圖的功率控制　112
7.4　基于無線接口模式管理的拓?fù)淇刂啤?12
7.4.1　基于密度控制的拓?fù)淇刂啤?12
7.4.2　基于占空比的拓?fù)淇刂啤?13
7.4.3　自適應(yīng)的拓?fù)淇刂啤?14
7.4.4　聚簇管理的拓?fù)淇刂啤?14
7.5　基于移動輔助的拓?fù)淇刂啤?15
7.5.1　基于軌跡的拓?fù)淇刂啤?15
7.5.2　基于深度調(diào)整的拓?fù)淇刂啤?16
7.6　拓?fù)淇刂茊栴}和需要研究的內(nèi)容　116
7.6.1　現(xiàn)存問題　117
7.6.2　需要研究的內(nèi)容　117
7.7　路由協(xié)議概述　118
7.8　能量感知的路由協(xié)議　119
7.8.1　聚焦波束路由　119
7.8.2　分布式水下分簇方案　120
7.8.3　稀疏感知節(jié)能分簇路由協(xié)議　121
7.9　基于節(jié)點遷移的路由協(xié)議　121
7.9.1　矢量轉(zhuǎn)發(fā)和逐跳矢量轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議　122
7.9.2　基于深度的路由協(xié)議　123
7.9.3　虛擬隧道協(xié)議　123
7.9.4　基于局部和虛擬匯聚移動的路由協(xié)議　124
7.10　基于地理位置的路由協(xié)議　124
7.10.1　基于定位的路由協(xié)議　124
7.10.2　無定位的路由協(xié)議　125
7.10.3　協(xié)作機制下的路由協(xié)議　125
7.11　路由協(xié)議問題和需要研究的內(nèi)容　126
7.11.1　現(xiàn)存問題　126
7.11.2　主要研究內(nèi)容　127
7.12　小結(jié)　127
參考文獻(xiàn)　127
第8章　海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)　132
8.1　引言　132
8.2　定位算法分類及原理　133
8.2.1　基于測距的定位算法　134
8.2.2　基于非測距的定位算法　137
8.3　現(xiàn)狀分析　138
8.4　參數(shù)不確定性情況的定位算法　140
8.4.1　問題描述　140
8.4.2　發(fā)射功率未知的目標(biāo)定位　142
8.5　小結(jié)　153
參考文獻(xiàn)　153
第9章　海洋衛(wèi)星通信技術(shù)　157
9.1　衛(wèi)星通信的基本概念和特點　157
9.1.1　衛(wèi)星通信的基本概念　157
9.1.2　衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成　158
9.1.3　衛(wèi)星通信的分類　158
9.2　衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)　160
9.2.1　衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)　160
9.2.2　衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)　160
9.3　衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)　161
9.3.1　衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議　161
9.3.2　衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的TCP　163
9.3.3　衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的資源管理　163
9.3.4　海事衛(wèi)星系統(tǒng)　164
9.4　小結(jié)　164
參考文獻(xiàn)　165
第　10章 海洋空中通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)　166
10.1　引言　166
10.2　無人機系統(tǒng)概述　167
10.2.1　無人機分類　167
10.2.2　無人機集群化　169
10.2.3　FANET　169
10.3　空對海與空對空數(shù)據(jù)鏈路通信　170
10.3.1　空對海數(shù)據(jù)鏈路　170
10.3.2　空對空數(shù)據(jù)鏈路　172
10.4　組網(wǎng)技術(shù)　172
10.4.1　組網(wǎng)方案　172
10.4.2　通信方式　174
10.4.3　組網(wǎng)實例　175
10.5　小結(jié)　176
參考文獻(xiàn)　176
第　11章 水下通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)狀　179
11.1　引言　179
11.2　水下通信方式與特點　180
11.2.1　水下有線通信技術(shù)　180
11.2.2　水下無線通信技術(shù)　180
11.2.3　水下融合通信技術(shù)　182
11.3　水下通信應(yīng)用　182
11.3.1　基于有線通信的應(yīng)用　182
11.3.2　基于無線通信的應(yīng)用　183
11.4　水聲通信技術(shù)　184
11.4.1　調(diào)制與解調(diào)技術(shù)　184
11.4.2　編碼與解碼技術(shù)　186
11.4.3　媒體訪問控制技術(shù)　186
11.4.4　組網(wǎng)技術(shù)　186
11.5　水下無線光通信技術(shù)　187
11.5.1　光源技術(shù)　187
11.5.2　調(diào)制技術(shù)　188
11.5.3　信道編碼技術(shù)　188
11.5.4　探測技術(shù)　188
11.6　小結(jié)　189
參考文獻(xiàn)　189
第　12章 高速海洋通信鏈路技術(shù)研究　194
12.1　海洋通信中的大氣波導(dǎo)　194
12.1.1　大氣波導(dǎo)分類　195
12.1.2　大氣波導(dǎo)中的無線電波傳播　196
12.1.3　大氣波導(dǎo)在船舶通信中的應(yīng)用　202
12.2　自由空間光通信在海洋中的應(yīng)用　203
12.2.1　自由空間光通信的理論　203
12.2.2　自由空間光通信在海洋中的應(yīng)用場景　204
12.3　小結(jié)　205
參考文獻(xiàn)　206
第　13章 智能海洋通信技術(shù)　209
13.1　引言　209
13.2　通信智能的發(fā)展　210
13.3　智能算法簡介　211
13.3.1　智能優(yōu)化算法　211
13.3.2　ML算法　211
13.3.3　DL算法　212
13.4　智能海洋通信技術(shù)　212
13.4.1　智能水聲通信　213
13.4.2　智能水下物聯(lián)網(wǎng)　214
13.4.3　智能海洋應(yīng)急通信　216
13.5　小結(jié)　217
參考文獻(xiàn)　218
第　14章 邊緣計算在海洋中的應(yīng)用　223
14.1　引言　223
14.2　海洋邊緣計算體系架構(gòu)　225
14.2.1　體系架構(gòu)　225
14.2.2　海洋邊緣計算優(yōu)勢　226
14.3　海洋邊緣計算關(guān)鍵問題及技術(shù)研究　227
14.3.1　資源提供　227
14.3.2　資源管理　228
14.3.3　數(shù)據(jù)處理　230
14.3.4　安全管理　231
14.4　海洋邊緣計算的挑戰(zhàn)與展望　233
14.4.1　面臨的挑戰(zhàn)　233
14.4.2　未來研究方向　235
14.5　小結(jié)　236
參考文獻(xiàn)　236
第　15章 海洋互聯(lián)網(wǎng)概述　239
15.1　引言　239
15.2　海洋互聯(lián)網(wǎng)原理　240
15.3　網(wǎng)絡(luò)組成　241
15.3.1　岸基網(wǎng)絡(luò)　241
15.3.2　無線自組網(wǎng)　243
15.3.3　衛(wèi)星系統(tǒng)　243
15.3.4　水下網(wǎng)絡(luò)　243
15.3.5　通信鏈路和方式　244
15.4　網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)　246
15.5　仿真試驗　247
15.6　主要應(yīng)用　249
15.6.1　陸地互聯(lián)網(wǎng)的延伸　249
15.6.2　海事通信系統(tǒng)的提升　249
15.6.3　海洋物聯(lián)網(wǎng)的橋梁　250
15.6.4　海洋通信網(wǎng)絡(luò)資源分配優(yōu)化　250
15.6.5　海洋作業(yè)的協(xié)作平臺　251
15.6.6　智慧海洋的發(fā)展之路　251
15.6.7　近海聯(lián)防輔助通信系統(tǒng)　252
15.6.8　國家應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的組成部分　252
15.7　面臨的挑戰(zhàn)　253
15.7.1　動態(tài)、含糊的網(wǎng)絡(luò)邊界　253
15.7.2　實時變化的超大規(guī)模WANET　254
15.7.3　端到端可靠性和安全性　254
15.7.4　海洋互聯(lián)移動性管理　255
15.8　小結(jié)　256
參考文獻(xiàn)　256
第　16章 海洋互聯(lián)網(wǎng)安全　259
16.1　引言　259
16.2　海洋信息安全現(xiàn)狀與問題　260
16.3　無線網(wǎng)絡(luò)入侵檢測技術(shù)　260
16.4　基于MK-ELM的WSN入侵檢測系統(tǒng)設(shè)計　263
16.4.1　ELM算法原理　263
16.4.2　構(gòu)造多核極限學(xué)習(xí)機算法　268
16.4.3　基于MK-ELM的WSN入侵檢測系統(tǒng)　270
16.4.4　仿真實驗及結(jié)果分析　272
16.5　小結(jié)　280
參考文獻(xiàn)　280
第　17章 基于海洋互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)　284
17.1　引言　284
17.2　海洋數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的概況和體系架構(gòu)　285
17.2.1　業(yè)務(wù)特征　285
17.2.2　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　286
17.2.3　網(wǎng)絡(luò)特點　286
17.2.4　基于海洋互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)　288
17.3　體系結(jié)構(gòu)面臨的主要挑戰(zhàn)　289
17.3.1　海洋數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)體系的自適應(yīng)性　289
17.3.2　海洋通信網(wǎng)絡(luò)資源的快速探測和智能組網(wǎng)　290
17.3.3　海洋數(shù)據(jù)透明傳輸和優(yōu)先級支持　291
17.3.4　海洋空間移動用戶的漫游支持　292
17.3.5　安全數(shù)據(jù)傳輸　293
17.4　小結(jié)　293
參考文獻(xiàn)　293
附錄　297