海洋通信网络协议、算法和架构
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1.2.3 空中

海洋上空有许多具有通信功能的物体,最典型的是通信卫星。根据轨道高度,它可分为地球静止轨道(GEO)、中地球轨道(MEO)(简称中轨)和低地球轨道(LEO)(简称低轨)卫星。地球静止轨道卫星在35786km 的轨道上运行,轨道周期为24h,这使它看起来像是固定在天空中;MEO的高度为8000~12000km;LEO的高度为500~2000km[14]

3颗地球静止轨道卫星可以覆盖除极地以外的大部分地球表面,但地面站和卫星之间的往返传播时延约250ms,这还不包括排队时延及通信和网络的处理时间,它会影响网络性能。使用MEO和LEO卫星可以显著减少这种时延,但要达到同样覆盖范围则需要更多卫星;同时,它们都需要绕地球快速飞行,这将影响船只间的通信质量。卫星通信频率范围为L波段到Ka波段(例如1~29GHz),而高频信号的渗透能力差,通信质量容易受到水分和海洋中常见降水的影响[14]。另外,卫星系统的建设、部署和维护成本高,风险大,其性价比比陆地通信系统的性价比低。

在距地面17~22km 的平流层可以部署一种专门为通信设计的准静止无人飞行器,称为高空平台(High-Altitude Platform,HAP)[15]。与卫星相比,其主要优势包括容易快速部署、低成本、更短的传播时延及更强的通信能力,其覆盖范围取决于部署的高度和角度,例如,在28GHz频率和50MHz带宽时,10km高度的HAP可提供高达320Mbit/s的下行速率[16]。其主要难点是如何维持一个区域内的持续通信服务,因为平台需要推进力来抵御平流层中的温和风。这导致需要有大容量电池来存储白天收集的能量,以维持整个夜间的运行,而这会使HAP的负载增大,从而消耗更多的能源[16]

在靠近水面的上方,有更灵活的有人驾驶或无人驾驶的飞行器。典型的载人飞行器,如直升机和民航机,直升机的飞行高度和速度分别为6km和300km/s;民航机的飞行高度和速度分别为10km和800~1000km/s。气球和无人机也可以在一定的高度飞行。这些空中飞行器可以提供机会性通信网络服务。