基于NOMA的海洋物联网安全计算卸载

针对海洋物联网(M-Io T,marine Internet of things)中存在多种恶意窃听设备(ED,eavesdropping device),为了确保无人水面艇(USV,unmanned surface vehicle)向高空平台(HAP,high altitude platform)的安全计算卸载,利用非正交多址接入(NOMA,non-orthogonal multiple access)辅助传输机制,将一组空闲的USV充当干扰ED窃听的干扰USV(JU,jamming USV),与传输USV(TU,transmitting USV)形成NOMA集群。考虑能耗约束和安全传输等要求,以最小化系统最大任务处理时延为目标,对TU的卸载比率、传输功率、计算资源分配和NOMA集群选择进行联合优化。为了解决混合整数非凸优化问题,提出了深度确定性策略梯度(DDPG,deep deterministic policy gradient)和交叉熵结合的算法。仿真结果显示,所提算法有效地降低了最大系统任务处理时延,并且保证了系统的安全性。

应用于海洋物联网的水声通信技术发展综述

近年来,为得到多元、综合、实时的海洋信息,海洋物联网已成为世界海洋领域范围内的研究重点,水声通信技术的迅速发展为海洋物联网的应用提供了有力支撑。本文首先从海洋物联网发展角度提出了对水声通信技术的要求,然后对国内外海洋物联网中的水声通信技术研究状况进行了概述,并围绕各类科研化、商业化的水声通信机进行分析与探讨,最后对应用于海洋物联网的水声通信技术进行展望。

海洋物联网关键技术研究与应用

传统的海洋观测网孤立、碎片化的传感数据已经难以满足我国海洋观测领域的需求,低成本投入、低功耗运作、互联互通的海洋物联网是海洋信息领域的主流研究方向。介绍了海洋观测网的发展历程及研究现状,并在浙江大学摘箬山岛海底观测网络的研究基础上,提出一种新型的海洋物联系统架构以及一系列海洋物联网关键设备与平台,包括小型化海洋中控机、水声通信机、窄带物联网浮球、坐底式试验平台、便携式声学释放平台。未来,海洋物联网将向着轻量级、通信方式多样化与智能化的方向发展,并接入陆地互联网,实现“空天地海”万物互联。

海洋物联网技术现状与展望

海洋物联网是当前各海洋领域的研究热点之一。本文论述了海洋物联网的基本概念,介绍了国外海洋信息获取、通信传输和处理分析的技术趋势,以及我国的发展现状和不足。从海洋信息感知智能技术、海洋信息传输网络关键技术、基于人工智能的海洋大数据挖掘服务技术3个方面描述了当前需要重点解决的技术难题.

基于时间竞争的海洋物联网性能优化策略

海洋物联网是部署在海洋中的智能互联网络,由于部署环境的特殊性,其感知层网络常常存在“热区”现象,给优化网络带宽、能量、通信可靠性等性能带来很大挑战。本文研究高效可靠的路由策略以优化海洋物联网的网络通信性能,提出了一种基于时间竞争的简单机会路由,将其与分层网络的节点跨层转发模型融合,在最小化数据通信开销的基础上,使用时间竞争的方式来缓解通信“热区”问题,以降低网络通信负载,平衡网络能耗,减少网络数据拥塞,提高数据包交付率并延长网络的使用寿命。实验结果表明,所提出的策略有效提高了海洋物联网感知终端的通信性能。

海洋物联网云平台发展趋势与挑战

海洋物联网是利用计算机通信技术和各海洋传感器,实现海洋数据的互通互联。本文针对海洋物联网的发展过程和趋势进行了总结和梳理,阐述了海洋物联网发展面临的困难,提出了一种解决方案,并通过实际应用案例对其可行性进行了初步验证。这种方案的提出对于海洋物联网的发展具有重要作用。

智能反射面辅助的海洋物联网技术综述

随着海洋经济的发展,各类海上通信用户对稳定的高速无线数据通信服务需求持续增加。在适应海上无线信号传输特性的前提下,如何保障各类海上应用数据传输服务需求,改善海上无线通信系统传输性能是亟需被解决的问题。结合相关研究成果,提出了三种智能反射面(IRS)辅助海上无线通信传输架构,探索了IRS在扩展海上无线信号覆盖、改善无线信号传播的应用潜力,并对IRS辅助海上无线通信系统中存在的问题进行了研究。

海洋物联网水面及水下多模通信技术研究进展

海洋物联网水面及水下多模通信借助通信技术的多样性和灵活性,实现高效可靠的数据传输,引起了研究者的广泛关注。该技术旨在利用水声、无线电、光学等多种无线通信技术的互补性,并融合软件定义技术、强化学习、深度学习等人工智能技术,以提供高效、可定制、智能化的自适应网络。本研究首先讨论了海洋物联网水面及水下多种无线通信及融合技术;然后,重点针对海空跨介质多模通信技术及水下多模通信技术的研究进展作了系统的综述;最后,针对海洋物联网水面及水下多模通信技术的未来发展进行探讨与展望。

基于短波广域分集组网通信的海洋物联网

信息技术的高速发展,使海洋信息的互联互通得到世界各国的空前重视。本文通过分析国内外海洋物联网的发展,认为海洋区域中可靠远程通信手段的匮乏制约了海洋物联网的发展,提出了一种基于短波广域分集组网的海洋物联网结构,该技术通过提高短波通信的可通率与通信服务质量,解决了海洋物联网与其他网络的互联互通问题。此外,通过详细分析基于短波广域分集组网的海洋物联网在远洋渔船船队调度的应用,证明了海洋物联网可以为海洋区域的经济建设和相关活动提供信息和通信保障。

海洋物联网中的卫星通信

介绍了国内外海洋物联网的最新发展,对比了陆地物联网与海洋物联网的异同之处;指出卫星通信在海洋物联网中的重要地位,分析了卫星通信在海洋物联网中的实际应用情况以及存在的问题;最后总结出了海洋物联网对卫星通信的需求,并给出了技术研究方向。

美国“海洋物联网”项目发展现状与关键技术分析

针对目前缺乏广阔海域的实时监测手段,美国国防预先研究计划局(DARPA)为提升海上分布式态势感知能力,发展了"海洋物联网"(OoT)项目。通过对相关资料的搜集、整理和分析,首先给出项目目标、原理、计划等项目概况信息,然后重点介绍了该项目的两项关键技术——浮标设计/开发和数据分析技术,接着介绍项目合同授予、实验部署等进展情况,最后分析该项目对推动海洋科学和军事进步的影响。研究表明,"海洋物联网"具有军民两用的优势,既可促进海洋经济科学的发展,又能利用全面态势感知支撑海上作战。

面向海工装备智能化的海洋异构物联网架构

海洋工程装备正向智能化、信息化方向发展,对海洋工程装备、海上作业平台的状态安全监控及环境监测技术提出了更高的要求。提出了一种面向海工装备智能化的海洋异构物联网架构,基于水声通信、海上无线通信及智能网关和云平台实现海上作业装备及平台的远程监控与在线监测。介绍了网络架构的主要模块、关键技术及主要挑战。该网络架构可为基于物联网实现海工设备的远程诊断,最终实现全方位智能化提供借鉴与参考。

“透明海洋”的战略方向与建设路径

海洋观测是海洋科学研究的基础,也是全球海洋科技竞争的重要发力点。加强海洋观测体系建设,是加快建设海洋强国的必经之路。在国际海洋观测技术快速发展背景下,我国应该实施"透明海洋"战略,加快海洋观测体系建设,开展海洋多层次、多维度、多平台的智能协同,推动互联、一体化立体感知关键技术与装备研发,依据"基础研发—关键技术突破—形成装备或应用"链条式布局研发任务,提升全球海洋信息获取、分析和预报能力,增强海洋认知、海洋预报和海洋信息服务能力。

海洋信息技术新进展

海洋信息技术是认识和开发利用海洋最直接、最便捷的手段.本文主要概述自2015年以来,围绕海洋观测监测、海洋物联网、海上通信组网、海洋信息基础设施、海洋数据处理以及信息应用服务等方面的新发展和新技术,并对后续发展提出简要建议.

无人时代的海洋测绘技术展望

针对海洋测绘面临的问题,分析了无人时代技术特征和无人海洋平台发展。讨论了无人海洋测绘新理念与发展机遇,论述了无人海洋测绘技术体系,展望了无人海洋测绘技术新的应用领域,以及在海洋经济、海洋可持续发展中的应用前景。提出了制定我国无人海洋测绘技术发展战略规划等建议。

无人时代的海洋测绘技术展望

在科学技术和智能化不断推进的过程中,无人技术也逐渐进入到了大众的视野中。从无人仓库、无人机、无人超市、无人驾驶一直到无人工厂,对人们的日常生活以及工作都产生了一定的影响,这种现象在一定程度上表明已经进入到了无人时代。鉴于此,本文就无人时代的海洋测绘技术展望展开探讨,以期为相关工作起到参考作用。

人工智能技术在水声通信中的研究进展

海洋环境大动态变化特性导致水声信道复杂的时-空-频变,传统水声通信技术难以有效地与之自适应匹配。目前仍无法研制出一种能在各类海洋环境下均满足水声业务指标的水声通信机,更难以在全天候条件下实现大规模、稳健可靠的水声通信组网应用。近年来,人工智能和大数据的迅速发展,为突破传统水声通信技术瓶颈、建设海洋物联网带来新思路。本文对国内外利用人工智能技术解决水声通信难题的研究状况进行了概述,结合水声信道特性梳理了水声通信领域应用人工智能技术的主要思路,围绕人工智能技术从水声通信物理层和网络层两方面进行归纳,最后对未来的人工智能与水声通信交叉研究进行总结展望。

基于LoRa WSN的远程水产养殖监测系统

针对海域养殖区恶劣监测环境需求,设计了基于LoRa传感器网络+5G的远程水产养殖物联网环境监测系统。系统终端监测区域节点采用LoRa通信方式实现低功耗自组网,网关采用LoRa+5G的异构通信方式实现远程数据传输。系统实时采集溶解氧、氨氮、总磷等水质参数,通过网关利用5G基站上传至管理中心服务器,服务器对数据进行分析处理,并在web端发布。系统经实地测试,节点可靠通信范围可达4 km,在未更换电池的情况下工作时间可超过半年;在持续工作的90天里,丢包率为1.46%,能够满足长期监测需求;节点数据与实地测量对比误差均在允许范围内;web端数据更新及时。系统实现了海洋环境下低功耗远程数据采集、处理与发布,而且实时性好,网络延迟低。

基于位置信息和能量均衡的声电协同网络AODV

不同于陆地物联网应用,海洋物联网应用往往需要解决水面网络与水下网络之间的信息交互问题,合理的路由方案是解决上述问题的关键。因此,提出了一种基于位置信息和能量均衡的声电协同网络自组织按需距离向量路由协议(AR-AODV, ad hoc on-demand distance vector for acoustic-radio integrated network),旨在引导信息流更多地通过水面无线电链路进行转发,从而减轻水下通信网的负担,提升网络的整体性能。在该协议中,浮标节点的转发优先级高于水下节点。当源节点需要发送数据时,它进入路由发现阶段,节点以自身的位置和能量信息作为启发式信息,用于计算转发概率并广播路由请求(RREQ, route request)报文进行寻路。当目的节点收到RREQ报文时,发送RREP报文进行信息素更新,依据信息素的大小选择最优的路径。与AODV相比,AR-AODV在传输成功率、传输时延、吞吐量、能量转化率、寻路包转发次数方面的性能有显著提升。

海洋时空基准网的进展与趋势

全球时空基准网是获取地球时空信息的基础设施,它包括地基时空基准网、空间时空基准网和海洋时空基准网3个部分,其中海洋时空基准网的建设尚属起步阶段。先就海洋时空基准网的概念及内涵进行了分析,并从海洋定位导航基准、高精度海洋水平及垂直定位基准等角度介绍并分析了其发展现状及未来趋势。海洋时空基准网的主要构建方式是综合运用GNSS(Global Navigation Satellite System)卫星定位、水下声学定位以及压力传感器等技术将全球统一的时空基准传递到海洋表层、内部和底部。它的建设在我国还属于空白,故需结合国情、配合国家战略规划大力推进;指出当前全球和各国海洋环境监测的需求普遍甚旺,而现有海洋环境监测网多为局域网络,未与时空基准网融合,故海洋环境缓变或快变的时空位置不清楚或不精确,因此,将海洋时空基准网与海洋环境监测网融合起来建设,实现效益、效率和功能的互补提升,显得尤为重要和紧迫。在此基础上还认为,融合后的海洋时空基准网与环境监测网加上通信和数据交换功能,以实现海洋环境精准监测并进行海洋信息传输的目的,进而逐渐推进以形成具有时空位置属性的全球性海洋环境感知认知网络,即为海洋物联网。进一步探讨设想:将海洋物联网与海底通信光缆链接起来,同时通过海面浮标观测舱与通信卫星链接起来,就构成了有时空位置属性的海洋互联网。最后认为,我国应加快建立以中国周边海域为主的精密动态海洋时空基准和环境监测网,并通过国际合作开展全球性海洋时空基准与环境监测网的布设。