ПНСТ 521-2021 (ИСО/МЭК 30140-1:2018) Информационные технологии (ИТ). Подводная акустическая сенсорная сеть. Часть 1. Общие положения

     5.1 Общие положения

На рисунке 1 показана базовая топология UWASN. В кластерной сети данные, измеряемые подводными акустическими сенсорными узлами (UWA-SNode), передаются через акустическую связь на подводный акустический шлюз (UWA-GW) с использованием головного подводного акустического узла кластера (UWA-CH), беспилотного подводного аппарата (UUV) или ретрансляционных узлов. Пользователи получают передаваемые данные через различные внешние сети (например, радиочастотную (RF) или спутниковую связь). Подводная передача данных осуществляется посредством акустической связи. UWA-GW являются движущимися или фиксированными узлами. Топологии и модели конфигурации передачи данных могут быть адаптивно изменены в любой момент времени в зависимости от потребностей области применения.

1 - Интернет; 2 - спутник; 3 - базовая станция; 4 - линия RF передачи; 5 - движущийся шлюз; 6 - поверхность; 7 - RF; 8 - UWA-GW; 9 - буй; 10 - фиксированные шлюзы; 11 - UWA-DTN-GW; 12 - акустический канал; 13 - ретрансляционный узел; 14 - кластер; 15 - подводная среда; 16 - UWA-SNode; 17 - Ad-hoc сеть; 18 - UYV; 19 - UWA-CH; 20 - пользователь

Рисунок 1 - Общая схема UWASN

Радиочастотные системы связи используются в наземных сенсорных сетях ввиду их высокой эффективности и низкой стоимости. В подводной среде радиочастотная связь сложна из-за ограниченных характеристик распространения волн вследствие высокого затухания из-за проводимости воды. Подводная связь может быть обеспечена оптическими каналами связи с использованием лазеров или LED источников света. На оптические волны все еще влияет затухание, но обычно они могут работать на более длинных диапазонах по сравнению с RF.

Могут быть использованы диодные лазерные лучи и недорогие источники света, такие как LED. В качестве источника света для подводной системы связи используются LED с длиной оптической волны от 400 нм до 550 нм [3].

В настоящее время основным методом беспроводной передачи данных между UWA-SNode, UUV и UWA-GW является подводная акустическая связь. Звук в воде распространяется на значительно большие расстояния по сравнению с RF сигналами. UWASN состоит из UWA-SNode и UUV различных типов, расположенных таким образом, чтобы выполнять совместный подводный мониторинг. UWA-SNode и UUV автономно организованы в сеть, которая должна адаптироваться к изменяющимся условиям океана с течением времени [4].

UWA-SNode применимы для мониторинга загрязнения, сбора океанографической информации, стратегического наблюдения, вспомогательной навигации, морской экспертизы и предотвращения стихийных бедствий. Несколько UUV, оборудованные датчиками, исследуют подводные ресурсы и собирают точную информацию о местоположении. Для реализации таких возможностей требуется надежная подводная связь между UWA-SNode и UUV.

UWA-SNode и UUV должны иметь возможности самоконфигурирования, которые позволяют им объединяться в сеть. Они должны управлять действиями путем обмена информацией о местоположении, конфигурациями и перемещениями, для того чтобы отправлять отслеживаемые данные на берег.