·國家出版基金：海洋信息技術叢書·海洋信息技術——天網、海網、地網三網一體化維度闡述海洋通信網絡協議、算法和架構·繫統性介紹覆蓋海洋空間（由岸基、水面、空中和水下四大部分組成）的通信網絡技術的專著

●第1章 海洋通信網絡概述 001
1.1 引言 001
1.2 海洋通信網絡環境 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 海洋通信網絡用戶 006
1.3 現行海洋通信網絡 006
1.3.1 海事無線電 006
1.3.2 船舶自動識別繫統（AIS） 007
1.3.3 陸基無線接入繫統 008
1.3.4 衛星繫統 008
1.3.5 水下無線繫統 008
1.3.6 海底觀測繫統 009
1.4 岸基網絡 009
1.4.1 陸基無線接入網絡 010
1.4.2 蒸發波導通信（EDC） 011
1.4.3 自由空間光繫統（FSO） 011
1.4.4 應用 012
1.5 水面網絡 012
1.5.1 傳感器自組網（SenANET） 013
1.5.2 航海自組網（NANET） 013
1.5.3 基於WiMAX的網狀網絡 014
1.5.4 類蜂窩網絡 015
1.6 空中通信網絡 015
1.6.1 高空通信平臺（HAP） 016
1.6.2 航空自組網（AANET） 016
1.6.3 衛星網絡和計劃 016
1.7 水下通信網絡 017
1.7.1 水聲網絡（UWAN） 017
1.7.2 水下光網絡 018
1.8 海洋網絡互聯方法 018
1.8.1 網絡互聯 018
1.8.2 移動性支持 019
1.8.3 網絡管理 019
1.9 小結 020
參考文獻 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 信道建模 031
2.2.1 快衰落建模 032
2.2.2 慢衰落建模 032
2.3 小結 034
第3章 海事地面無線數字通信技術綜述 036
3.1 傳統地面數字通信技術：AIS 036
3.1.1 AIS的產生 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 039
3.3 AIS的組網協議 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時隙分配規則及協議 043
3.3.4 AIS入網過程 044
3.4 AIS的主要算法 046
3.4.1 AIS的通信算法 046
3.4.2 AIS的應用算法 048
3.5 AIS的發展方向 050
3.5.1 技術方面 050
3.5.2 應用方面 051
參考文獻 052
第4章 VDES關鍵技術研究 053
4.1 引言 054
4.2 VDES發展現狀 056
4.3 VDES的概述 057
4.3.1 VDES的繫統架構 057
4.3.2 VDES頻譜劃分方案 059
4.4 VDES關鍵技術 061
4.4.1 VDES調制解調技術 062
4.4.2 VDES時隙層級與結構 063
4.5 VDES數據鏈路層協議 064
4.5.1 傳統TDMA協議概述 065
4.5.2 改進的TDMA協議 069
4.6 小結 080
參考文獻 080
第5章 蜂窩網通信在海洋中的應用 082
5.1 引言 082
5.2 蜂窩網技術在海洋通信中的應用 084
5.2.1 基於LTE繫統的岸基無線接入方案 085
5.2.2 基於大規模天線陣列技術的速率提升方案 086
5.2.3 基於中繼技術的海基無線通信繫統 086
5.3 蜂窩通信優選技術在海洋通信網絡中的應用可能 087
5.3.1 窄帶物聯網 087
5.3.2 D2D通信技術 088
5.3.3 軟件定義網絡 089
5.3.4 網絡切片技術 090
5.4 小結 091
參考文獻 091
第6章 海上水面通信組網技術 094
6.1 概述 095
6.1.1 自組織網絡基本概念 095
6.1.2 自組織網絡通信特點 096
6.1.3 自組織網絡在海洋通信中的應用 098
6.2 無線自組網路由技術 099
6.2.1 拓撲控制 099
6.2.2 能量管理 100
6.2.3 服務質量管理 100
6.2.4 機會路由 101
6.3 常見的海上路由協議 101
6.4 小結 102
參考文獻 103
第7章 海洋無線傳感器網絡的拓撲控制與路由協議 106
7.1 引言 106
7.2 拓撲控制概述 107
7.2.1 特點及設計目標 108
7.2.2 研究現狀 109
7.3 基於功率控制的拓撲控制 109
7.3.1 節能型功率控制 110
7.3.2 基於網絡容量分配的功率控制 110
7.3.3 基於節點度的功率控制 111
7.3.4 基於鄰近圖的功率控制 112
7.4 基於無線接口模式管理的拓撲控制 112
7.4.1 基於密度控制的拓撲控制 112
7.4.2 基於占空比的拓撲控制 113
7.4.3 自適應的拓撲控制 114
7.4.4 聚簇管理的拓撲控制 114
7.5 基於移動輔助的拓撲控制 115
7.5.1 基於軌跡的拓撲控制 115
7.5.2 基於深度調整的拓撲控制 116
7.6 拓撲控制問題和需要研究的內容 116
7.6.1 現存問題 117
7.6.2 需要研究的內容 117
7.7 路由協議概述 118
7.8 能量感知的路由協議 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 稀疏感知節能分簇路由協議 121
7.9 基於節點遷移的路由協議 121
7.9.1 矢量轉發和逐跳矢量轉發協議 122
7.9.2 基於深度的路由協議 123
7.9.3 虛擬隧道協議 123
7.9.4 基於局部和虛擬彙聚移動的路由協議 124
7.10 基於地理位置的路由協議 124
7.10.1 基於定位的路由協議 124
7.10.2 無定位的路由協議 125
7.10.3 協作機制下的路由協議 125
7.11 路由協議問題和需要研究的內容 126
7.11.1 現存問題 126
7.11.2 主要研究內容 127
7.12 小結 127
參考文獻 127
第8章 海洋無線傳感器網絡的定位技術 132
8.1 引言 132
8.2 定位算法分類及原理 133
8.2.1 基於測距的定位算法 134
8.2.2 基於非測距的定位算法 137
8.3 現狀分析 138
8.4 參數不確定性情況的定位算法 140
8.4.1 問題描述 140
8.4.2 發射功率未知的目標定位 142
8.5 小結 153
參考文獻 153
第9章 海洋衛星通信技術 157
9.1 衛星通信的基本概念和特點 157
9.1.1 衛星通信的基本概念 157
9.1.2 衛星通信繫統組成 158
9.1.3 衛星通信的分類 158
9.2 衛星通信網絡體繫結構 160
9.2.1 衛星寬帶通信繫統 160
9.2.2 衛星移動通信繫統 160
9.3 衛星網絡的關鍵技術 161
9.3.1 衛星網絡的路由協議 161
9.3.2 衛星網絡的TCP 163
9.3.3 衛星網絡的資源管理 163
9.3.4 海事衛星繫統 164
9.4 小結 164
參考文獻 165
第 10章 海洋空中通信網絡技術 166
10.1 引言 166
10.2 無人機繫統概述 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 空對海與空對空數據鏈路通信 170
10.3.1 空對海數據鏈路 170
10.3.2 空對空數據鏈路 172
10.4 組網技術 172
10.4.1 組網方案 172
10.4.2 通信方式 174
10.4.3 組網實例 175
10.5 小結 176
參考文獻 176
第 11章 水下通信網絡技術現狀 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 180
11.2.2 水下無線通信技術 180
11.2.3 水下融合通信技術 182
11.3 水下通信應用 182
11.3.1 基於有線通信的應用 182
11.3.2 基於無線通信的應用 183
11.4 水聲通信技術 184
11.4.1 調制與解調技術 184
11.4.2 編碼與解碼技術 186
11.4.3 媒體訪問控制技術 186
11.4.4 組網技術 186
11.5 水下無線光通信技術 187
11.5.1 光源技術 187
11.5.2 調制技術 188
11.5.3 信道編碼技術 188
11.5.4 探測技術 188
11.6 小結 189
參考文獻 189
第 12章 高速海洋通信鏈路技術研究 194
12.1 海洋通信中的大氣波導 194
12.1.1 大氣波導分類 195
12.1.2 大氣波導中的無線電波傳播 196
12.1.3 大氣波導在船舶通信中的應用 202
12.2 自由空間光通信在海洋中的應用 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用場景 204
12.3 小結 205
參考文獻 206
第 13章 智能海洋通信技術 209
13.1 引言 209
13.2 通信智能的發展 210
13.3 智能算法簡介 211
13.3.1 智能優化算法 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 212
13.4.1 智能水聲通信 213
13.4.2 智能水下物聯網 214
13.4.3 智能海洋應急通信 216
13.5 小結 217
參考文獻 218
第 14章 邊緣計算在海洋中的應用 223
14.1 引言 223
14.2 海洋邊緣計算體繫架構 225
14.2.1 體繫架構 225
14.2.2 海洋邊緣計算優勢 226
14.3 海洋邊緣計算關鍵問題及技術研究 227
14.3.1 資源提供 227
14.3.2 資源管理 228
14.3.3 數據處理 230
14.3.4 安全管理 231
14.4 海洋邊緣計算的挑戰與展望 233
14.4.1 面臨的挑戰 233
14.4.2 未來研究方向 235
14.5 小結 236
參考文獻 236
第 15章 海洋互聯網概述 239
15.1 引言 239
15.2 海洋互聯網原理 240
15.3 網絡組成 241
15.3.1 岸基網絡 241
15.3.2 無線自組網 243
15.3.3 衛星繫統 243
15.3.4 水下網絡 243
15.3.5 通信鏈路和方式 244
15.4 網絡互聯 246
15.5 仿真試驗 247
15.6 主要應用 249
15.6.1 陸地互聯網的延伸 249
15.6.2 海事通信繫統的提升 249
15.6.3 海洋物聯網的橋梁 250
15.6.4 海洋通信網絡資源分配優化 250
15.6.5 海洋作業的協作平臺 251
15.6.6 智慧海洋的發展之路 251
15.6.7 近海聯防輔助通信繫統 252
15.6.8 國家應急通信網絡的組成部分 252
15.7 面臨的挑戰 253
15.7.1 動態、含糊的網絡邊界 253
15.7.2 實時變化的超大規模WANET 254
15.7.3 端到端可靠性和安全性 254
15.7.4 海洋互聯移動性管理 255
15.8 小結 256
參考文獻 256
第 16章 海洋互聯網安全 259
16.1 引言 259
16.2 海洋信息安全現狀與問題 260
16.3 無線網絡入侵檢測技術 260
16.4 基於MK-ELM的WSN入侵檢測繫統設計 263
16.4.1 ELM算法原理 263
16.4.2 構造多核極限學習機算法 268
16.4.3 基於MK-ELM的WSN入侵檢測繫統 270
16.4.4 仿真實驗及結果分析 272
16.5 小結 280
參考文獻 280
第 17章 基於海洋互聯網的數據傳輸網絡體繫架構 284
17.1 引言 284
17.2 海洋數據傳輸網絡的概況和體繫架構 285
17.2.1 業務特征 285
17.2.2 網絡結構 286
17.2.3 網絡特點 286
17.2.4 基於海洋互聯網的體繫架構 288
17.3 體繫結構面臨的主要挑戰 289
17.3.1 海洋數據傳輸網絡體繫的自適應性 289
17.3.2 海洋通信網絡資源的快速探測和智能組網 290
17.3.3 海洋數據透明傳輸和優先級支持 291
17.3.4 海洋空間移動用戶的漫遊支持 292
17.3.5 安全數據傳輸 293
17.4 小結 293
參考文獻 293
附錄 297

隨著人類海洋活動的不斷增加，如何提供高性能、高 、可靠安全的海洋通信網絡服務已成為一個亟待解決的問題。海洋是一個巨大的咸水體，其空間由岸基、水面、天空和水下組成，網絡部署環境、氣候條件和用戶分布等與陸地空間存在較大差異，這導致陸基通信網絡技術無法直接應用到海洋環境中。衛星通信是目前僅有能提供海洋幾乎全覆蓋的通信網絡技術，但是由於其制造和維護成本高、部署風險大，衛星服務的 阻礙其被廣泛應用，這也推動了近年來對海洋空間新型通信網絡技術的研究和探討。本書分析海洋通信網絡所面臨的環境特點和技術發展所面臨的挑戰，介紹現有主要海洋通信網絡技術，研究和討論一些新型海洋通信網絡的協議、算法和體繫架構及發展趨勢。本書可為從事相關領域研究和開發的人員提供有價值的借鋻，為高校師生了解海洋通信網絡現狀和發展方向提供指導，為政府部門和企事業單位的科研規劃人員提供參考。

姜勝明 等 編