1.1 引言

海洋平均深度为3682m，覆盖了约71%的地球表面积；它不仅是渔业、海运和海洋工业等人类活动的重要场所，将来也可能成为人类栖息地的一部分[1]。随着人类海洋活动的不断增加，在海洋中提供高性能和高性价比的可靠通信服务变得更加紧迫。陆地上广泛存在的互联网应用和服务强烈刺激了海洋中类似的需求。但是，由于海洋在网络部署环境、气候条件和用户分布等方面与陆地环境存在很大的差异，陆地互联网很难无缝地扩展到海洋中。目前卫星已被用来提供海洋通信服务，但由于其制造、发射和维护成本高，部署风险大，其性价比仍然比陆地网络的性价比低[2]。

在陆地环境中，地下通信的应用比例较低；而在海洋中，水下通信在国防、海洋气象、环境监测、自然灾害（如海啸、飓风、气旋和风暴潮）预报、海洋科学勘探和水下资源开采等方面发挥着重要作用。所以，大量的水下传感器和其他设备已经被部署在海洋中，但是目前普遍使用的水下通信介质声波传输速率低、传播时延大[3]，因此实现高效水下通信网络面临许多挑战[4]。另外，海洋中的一个重要应用是海运，它在全球贸易中发挥着巨大作用[5]，但它是耗能大户、污染之源和高风险行业。所以发展国际海事组织确定的高效、绿色和安全的新型海运 e-Navigation[6]是必然趋势，而无人驾驶船舶是关键。根据罗尔斯·罗伊斯公司的研究，由于无人驾驶船舶不需要设施来支持船员生活，一艘船的质量可以减少5%，少用12%～15%的燃料[7]。但是，目前的海洋通信能力无法满足无人驾驶船舶对通信的需求。所以，需要研究和部署新型海洋通信网络来遥控无人驾驶船舶。

上述对海洋通信网络服务的需求和面临的挑战推动了对岸基（岛屿）、水面、空中和水下所组成的海洋空间的通信网络技术的研究，本章将对相关问题进行简要回顾和分析，详细讨论见后续相关章节。