ОРГАНИЗАЦИЯ ПОДВОДНОЙ БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ (2024)
В статье рассматриваются подводные беспроводные системы связи. Исследования в области подводной оптической беспроводной системы связи являются актуальными и перспективными, что позволяет развивать науку, промышленность, находить решения оборонных задач и чрезвычайных ситуаций, производить дистанционный мониторинг загрязнения окружающей среды подводного мира, контролировать подводные объекты и подводное оборудование морских нефтепромыслов, производить подводные исследования и многое другое. Цель работы - разработка классификации принципов построения и организации подводной оптиеской беспроводной системы связи с учетом современных достижений и развития технологий в области подводной беспроводной системы связи. Предложенная обобщенная классификация подводной оптической беспроводной системы связи объединила все классификационные признаки в одну конфигурацию, что позволит произвести подбор оптимального варианта оборудования, программного обеспечения, протоколов маршрутизации и реализовать в различных типах устройств и аппаратов в зависимости от их применения, назначения. Показано, что подводная оптическая беспроводная система связи обладает большим потенциалом для усиления традиционной подводной беспроводной акустической системы связи и подводной беспроводной радиочастотной системы связи благодаря высокой скорости передачи информации, низкой задержки, меньшему энергопотреблению и компактным размерам. Приводится обоснование для необходимости разработки обобщенной классификации подводной оптической беспроводной системы связи в зависимости от используемых протоколов маршрутизации, от конфигурации канала связи, от оптических свойств воды, от типа воды, в которой организуется канал передачи, от подвижности подводных аппаратов и зоны покрытия, от используемого вида модуляции, способа подводной связи и от факторов, влияющих на организацию канала связи, и ее преимущества перед известными.
Идентификаторы и классификаторы
текст заблокирован
Список литературы
-
Шишаков А.П., Пуля С.А., Бердник К.П., Бачурина В.С., Мочалов В.П. Системы связи на основе fso-технологий // Студенческая наука для развития информационного общества: Сборник материалов IX Всероссийской научно-технической конференции, Ставрополь, 19-21 декабря 2018 года. Том Часть 1. Ставрополь: Северо-Кавказский федеральный университет, 2019. С. 182-192. EDN: ZAYYCL
-
Шишаков А.П., Пуля С.А., Бердник К.П., Бачурина В.С., Мочалов В.П. Особенности применения беспроводных оптических технологий в современные системах связи // Студенческая наука для развития информационного общества: Сборник материалов IX Всероссийской научно-технической конференции, Ставрополь, 19-21 декабря 2018 года. Том Часть 1. Ставрополь: Северо-Кавказский федеральный университет, 2019. С. 325-336.
-
Spagnolo G., Cozzella L., Leccese F. Underwater Optical Wireless Communications: Overview / Sensors. 20. 2020. P. 2261. EDN: NEZBPW
-
Ali M.F., Jayakody D.N.K., Chursin Y.A., Affes S., Dmitry S. Recent Advances and Future Directions on Underwater Wireless Communications // Arch. Comput. Methods Eng. 2019, рр. 1-34. EDN: ZJOKWL
-
Quazi A., Konrad W. Underwater acoustic communications // IEEE Commun. Mag., vol. 20, no. 2, рр. 24-30, Mar.1982.
-
Stojanovic M., Freitag L., Johnson M. Channel-estimation-based adaptive equalization of underwater acoustic signals // Proc. IEEE/MTSOCEANS, Seattle, WA, USA, Sep. 1999, рр. 590-595.
-
Vlasenko A., Korn P. Estimation of data assimilation error: A shallow-water model study. J. Amer. Meteorol. Soc., vol. 142, no. 7, рр. 2502-2520, 2014.
-
Stojanovic M. OFDM for underwater acoustic communications: Adaptive synchronization and sparse channel estimation // Proc. IEEE Int. Conf. Acoust., Speech Signal Process., Las Vegas, NV, USA, Mar./Apr. 2008, рр. 5288-5291.
-
Zheng Y.R. Channel estimation and phase-correction for robust underwater acoustic communications // Proc. IEEE Military Commun.Conf. (MILCOM), Oct. 2007, рр. 1-6.
-
Li W., Preisig J.C. Estimation of rapidly time-varying sparse channels // IEEE J. Ocean. Eng., vol. 32, no. 4, рр. 927-939, Oct. 2007. -
Li B., Zhou S., Stojanovic M., Freitag L., Willett P. Multicarrier communication over underwater acoustic channels with no uniform Doppler shifts // IEEE J. Ocean. Eng., vol. 33, no. 2, рр. 198-209, Apr. 2008. EDN: YVTPJL -
Stojanovic M. Low complexity Ofdm detector for underwater acoustic channels // Proc. IEEE OCEANS, Sep. 2006, рр. 1-6. -
Badiey M., Song A., Rouseff D., Song H.C., Hodgkiss W.S., Porter M.B. High-frequency acoustic propagation in the presence of ocean variability in KauaiEx // Proc. IEEE OCEANS, Aberdeen, Scotland, Jun. 2007, рр. 1-5. -
Melodia T., Kulhandjian H., Kuo L.C., Demirors E. Advances in Underwater Acoustic Networking. In Mobile Ad Hoc Networking: Cutting Edge Directions, 2nd ed., Chapter 23, Basagni S., Conti M., Giordano S., Stojmenovic I., Eds., Wiley: New York, NY, USA, 2013, рр. 804-852. -
Demirors E., Sklivanitis G., Santagati G.E., Melodia T., Batalama S.N. High-Rate Software-Defined Underwater Acoustic Modem with Real-Time Adaptation Capabilities // IEEE Access 2018, no. 6, pp. 18602-18615. -
Centelles D., Soriano-Asensi A., Marti J.V., Marin R., Sanz P.J. Underwater Wireless Communications for Cooperative Robotics with UWSim-NET // Appl. Sci. 2019, no. 9. P. 3526. -
Santos R., Orozco J., Micheletto M., Ochoa S., Meseguer R., Millan P., Molina C. Real-Time Communication Support for Underwater Acoustic Sensor Networks // Sensors 2017, no. 17. P. 1629. -
Domingo M.C. Securing underwater wireless communication networks // IEEE Wireless Commun. 2011, no. 18, pp. 22-28. -
Авдошина А.И., Соколов А.Г. Анализ проблем современных методов передачи информации в морских информационных системах // Информационные технологии и системы: управление, экономика, транспорт, право. 2013. № 1(10). С. 3-14. EDN: RZTYIB -
Altgelt C.A. The world's largest 'radio' station, Tech. Rep. [Online]. Available: https://www.hep.wisc.edu/~prepost/ELF.pdf. Дата обращения: 26.06.2023 г. -
Al-Shamma'a A.I., Shaw A., Saman S. Propagation of electromagnetic waves at MHz frequencies through seawater // IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 52, no. 11, pp. 2843-2849, Nov. 2004. -
Frater M.R., Ryan M.J., Dunbar R.M. Electromagnetic communications within swarms of autonomous underwater vehicles // Proc. 1st ACM Underwater Netw., 2006, pp. 64-70. -
Lu F., Lee S., Mounzer J., Schurgers C. Low-cost medium-range optical underwater modem: Short paper // Proc. 4th ACMInt. Workshop Under Water Netw, 2009, Art. no. 11. -
Yi X., Li Z., Liu Z. Underwater optical communication performance for laser beam propagation through weak oceanic turbulence // Appl. Opt., vol. 54, no. 6, pp. 1273-1278, 2015. EDN: VFSTDX -
Tu B., Liu L., Liu Y., Jin Y., Tang J. Acquisition probability analysis of ultra-wide FOV acquisition scheme in optical links under impact of atmospheric turbulence // Appl. Opt., vol. 52, no. 14, pp. 3147-3155, 2013. -
Snow J.B. Underwater propagation of high-data-rate laser communications pulses // Proc. SPIE, vol. 1750, pp. 419-427, Dec. 1992. -
Bales J.W., Chryssostomidis C. High-bandwidth, low-power, short-range optical communication underwater // Proc. 9th Int. Symp. Unmanned, Untethered Submersible Technol., Durham, NH, USA, 1995, pp. 406-415. -
Chancey M.A. Short range underwater optical communication links, M.S. thesis, Dept. Elect. Eng., North Carolina State Univ., Raleigh, NC, USA, 2005. -
Simpson J.A., Cox W.C., Krier B., Cochenour B., Hughes B.L., Muth J.F. 5 Mbps optical wireless communication with error correction coding for underwater sensor nodes // Proc. IEEE OCEANS, Seattle, WA, USA, Sep. 2010, pp. 1-4. -
Cox W.C., Simpson J.A., Domizioli C.P., Muth J.F., Hughes B. An underwater optical communication system implementing reed-solomon channel coding // Proc. IEEE OCEANS, Sep. 2008, pp. 1-6. -
Hanson F., Radic S. High bandwidth underwater optical communication // Appl. Opt., vol. 47, no. 2, pp. 277-283, 2008. -
Павлова М.С. Исследование и разработка беспроводной связи с подводным аппаратом: специальность 05.12.13 "Системы, сети и устройства телекоммуникаций": диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Павлова Мария Сергеевна. Новосибирск, 2020. 142 с. -
Абрамова Е.С. Методы формирования беспроводных каналов связи воздушно-подводных систем лазерным излучением: специальность 05.12.13 "Системы, сети и устройства телекоммуникаций": диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Абрамова Евгения Сергеевна. Новосибирск, 2023. 294 с. EDN: RNIYXA -
Ali T., Low T.J., Faye I. Classification of routing algorithms in volatile environment of underwater wireless sensor networks // International Journal of Communication Networks and Information Security, August 2014, no. 6(2),. DOI: 10.17762/ijcnis.v6i2.670 EDN: CBXFBA -
Семерник И.В., Бендер О.В., Тарасенко А.А., Самонова К.В. Особенности распространения оптического излучения в морской среде для обеспечения подводной беспроводной оптической связи // Тенденции развития науки и образования. 2022. № 92-9. С. 110-116. DOI: 10.18411/trnio-12-2022-439 EDN: CSKBIO -
Johnsn L.J., Jasman F., Green R.J., Leeson M.S. Recent advances in underwater optical wireless communications // Underwater Technology, vol. 32, pp. 167-175, Nov. 2014. -
Al-Zhrani S., Bedaiwi N.M., El-Ramli I.F., Barasheed A.Z., Abduldaiem A., Al-Hadeethi Y., Umar A. Underwater optical communications: a brief overview and recent developments // Engineered Science, 2021, 16, pp. 146-186. EDN: VWSSAW -
Kaushal H., Kaddoum G. Underwater Optical Wireless Communication // IEEE Access, vol. 4, pp. 1518-1547, 2016,. DOI: 10.1109/ACCESS.2016.2552538 EDN: WSHHMD -
Павлов И.И. Оптические свойства воды и зависимость их от типа водной среды // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2023): Сборник научных статей. XII Международная научно-техническая и научно-методическая конференция. В 4 т., Санкт-Петербург, 28 февраля - 01 марта 2023. Том 1. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2023. С. 817-823. EDN: IUJDHY -
Schirripa Spagnolo G., Cozzella L., Leccese F. Underwater optical wireless communications: Overview, Sensors, vol. 20, no. 8, p. 2261, Apr. 2020. -
Saeed N., Celik A., Al-Naffouri T.Y., Alouini M.-S. Underwater optical wireless communications, networking, and localization: A survey, Ad Hoc Networks., 94 (2019), Article 101935. -
Gussen C.M.G., Diniz P.S.R., Campos M.L.R., Martins W.A., Costa F.M., Gois J.N. A survey of underwater wireless communication technologies / J. Commun. Info. Sys. 2016, 31, рр. 242-255. -
Doniec M., Rus D. Bidirectional optical communication with AquaOptical II / Proc. IEEE Int. Conf. Commun. Syst., Nov. 2010, pp. 390-394. EDN: ODKSNL -
Kulhandjian H. Inside out: Underwater communications / J. Ocean Technol., vol. 9, no. 2, pp. 104-105, 2014. -
Михайленко Т.В., Атаев Э.Ч., Сурова Е.А., Уклеев С.Ю., Яковлев С.В. Основные направления развития технологий оптической беспроводной связи / "Среднее профессиональное образование: векторы развития": III региональная научно-практическая конференция преподавателей и студентов, Ставрополь, 12 апреля 2019 года: сборник статей - Ставрополь, 2019. С. 22-27. -
Sharif B.S., Neasham J., Hinton O.R., Adams A.E. A computationally efficient doppler compensation system for underwater acoustic communications / IEEE J. Ocean. Eng., vol. 25, no. 1, рр. 52-61, Jan. 2000. -
Williams R.E., Battestin H.F. Coherent recombination of acoustic multipath signals propagated in the deep ocean / J. Acoust. Soc. Amer.,vol. 50, no. 6A, рр. 1433, 1971.
Выпуск
Другие статьи выпуска
В данной статье рассматривается использование двух основных типов глубоких нейронных сетей (DNN) - сверточных (CNN) и рекуррентных нейронных сетей (RNN), где проводится подробное сравнение каждой из них и того, как они могут быть оптимально использованы для синтеза многолучевой диаграммы направленности в фазированной антенной решетке (PAA) для мониторинга атмосферных радиозондовых средств. Показано, что DNN может одновременно использоваться в качестве вычислителя направлений прихода электромагнитных волн, например, от пилотируемого воздушного шара и нескольких беспилотных метеорологических зондов (UMP), перемещающихся в пространстве. При выборе между RNN и CNN выбор подходящей нейронной сети зависит от типа доступных данных и требуемых результатов. В то время как RNN используются в основном для классификации текста, CNN помогают идентифицировать и классифицировать изображения. Между ними много различий, но это не значит, что они взаимоисключающие. RNN и CNN CNN можно использовать вместе, чтобы воспользоваться их преимуществами.
Системы широковещательного телевидения изначально рассчитаны на восприятие изображения человеком в условиях передачи в ограниченном спектральном диапазоне, поэтому широковещательное телевидение соответствует параметрам зрительной системы человека и не превосходит их. В свою очередь, прикладные телевизионные системы, которые включают в себя, среди прочего, рентгенографию, болометрию и дистанционное зондирование Земли, предназначены для регистрации конкретных объектов. В то же время источниками регистрируемого излучения являются солнечный свет за пределами невизуального диапазона, рентгеновские лучи, инфракрасные лучи, дальность и условия распространения которых существенно отличаются от видимого солнечного света. Для точной регистрации этого излучения необходимы телевизионные системы с параметрами, существенно отличающимися от параметров зрительной системы человека. В этой статье рассматривается возможность обеспечения цветового контраста в прикладных телевизионных системах с широким динамическим диапазоном и предлагается метод оценки теплоты восприятия цветовых оттенков.
В статье приведен анализ роли полноценности архитектуры интеллектуальных транспортных систем (ИТС) в обеспечении их эффективности. Многие страны или группы стран имеют архитектуру ИТС с успешными результатами ее применения на практике. Показано, что архитектура ИТС постоянно обновляется и это является характерной тенденцией. Приведена характеристика некоторых подходов к созданию архитектуры ИТС, проведен анализ существующих методов создания интеграционных платформ ИТС. В статье предложены новые подходы к формированию интеграционной платформы в составе ИТС на основе принципа разделения управления идентификацией цифровых объектов и управления структурами данных цифровых объектов. Приведена схема организации потоков данных в разных контурах программных средств интеграционной платформы. Предлагается разделить контуры управления собственно данными транспортной системы и идентификационными данными, которые описывают участника ИТС (цифровой объект) с расширением возможностей в условиях функционирования кооперативных ИТС. Обеспечивается возможность организации связанных цепочек идентификации цифровых объектов ИТС, участия в формировании для рабочих процессов ИТС сетевых структур, описывающих поведение цифровых объектов в ходе процессов ИТС и поведение конечных пользователей в соответствии со свойствами сетевых структур.
В работе рассмотрена проблема ограничения пропускной способности диаграммообразующей схемы цифровой антенной решетки, обусловленная возможностями существующих линий связи с последовательной передачей данных от приемных каналов к спецвычислителю. Данная проблема ограничивает возможности реализации методов цифровой обработки сигналов в цифровых антенных решетках. Предметом исследования является возможность повышения пропускной способности диаграммоообразующей схемы цифровой антенной решетки за счет программного сжатия данных в тракте обработки. Цель работы состоит в создании научно-методического аппарата, который позволит повысить пропускную способность диаграммообразующей схемы за счет использования принципа субъективной избыточности применительно к задачам обработки радиолокационных данных. Результаты работы включают: обоснование и формулировку принципа субъективной избыточности радиолокационных данных и метод сжатия радиолокационных данных, а также результаты численных исследований, подтверждающие работоспособность предложенного научно-методического аппарата. Принцип субъективной избыточности опирается на независимость разделения процессов обработки сигналов в пространственной и временной областях при приеме одного эхо-сигнала, а в случае приема нескольких эхо-сигналов на принцип суперпозиции полей от различных источников в дальней зоне антенны. Метод сжатия радиолокационных данных основан на принципе субъективной избыточности радиолокационных данных и отличается от известных итерационной процедурой аппроксимации матрицы комплексных отсчетов в виде суперпозиции произведений одномерных косинусных спектров. Также показано, что применение метода сжатия радиолокационных данных позволяет в несколько раз увеличить пропускную способность линий передачи цифровой антенной решетки.
Измерительные системы технического зрения получили широкое распространение при решении промышленных задач. Подобные системы используются для работы в агрессивных условиях: при наличии осадков в виде дождя и снега, грязи, пыли, в широком температурном диапазоне. В таких условиях, несмотря на работоспособность аппаратуры, происходит потеря данных в измерительных системах. Потеря данных приводит к искажениям измерений и увеличению вероятности пропуска обнаружения объектов. Подобные ситуации представляют собой актуальную проблему для организаций, эксплуатирующих измерительные системы технического зрения. Для восстановления данных необходимо повторное проведение измерений, что связано с временными, трудовыми и финансовыми затратами. В ряде случаев потеря данных несет потенциальную угрозу для обеспечения безопасности жизни людей и техники. Различные измерительные системы технического зрения формируют различные виды телевизионных сигналов: одномерные сигналы, профили и изображения. Для восстановления данных был разработан метод итерационного совмещения различных видов телевизионных сигналов для систем технического зрения. Апробация метода показала повышение надежности и достоверности измерений.
Структура модели ISO/OSI не позволяет произвести выбор оптимального маршрута передачи пакетов на канальном уровне и предотвратить образование кольцевых маршрутов. Данные функции выполняет сетевой уровень. В общем случае задачу маршрутизации пакетов решает коммутатор исходя из алгоритма маршрутизации, который содержит в себе скрытый механизм “флудинга”. Пакет от коммутатора отправителя посылается во все порты, за исключением того порта, в который данный пакет поступил. При поступлении пакета коммутатор анализирует заголовок и если адрес в заголовке совпадает с адресом, которому принадлежит коммутатор то пакет принимается. Данная ситуация в совокупности с неравномерностью отправки сообщения создает повышенную нагрузку на коммутирующие устройства в случайные моменты времени и определяет проблему распределения потока входных данных в условиях пульсирующего трафика. Пульсирующий трафик можно рассматривать как нечеткость, лежащую в определенных границах. Для сглаживания трафика возможно применять кластеры коммутационных устройств, которые в свою очередь рассматриваются как исходящие устройства для следующего уровня кластеров. Таким образом, для распределения нагрузки возможно применить алгоритм распределения потоков, применяемый при решении транспортной задачи.
Издательство
- Издательство
- Издательский дом Медиа Паблишер
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111024, г. Москва, вн.тер.г. Муниципальный Округ Лефортово, ул Авиамоторная, д. 8, стр. 1
- Юр. адрес
- 111024, г. Москва, вн.тер.г. Муниципальный Округ Лефортово, ул Авиамоторная, д. 8, стр. 1
- ФИО
- Дымкова Светлана Сергеевна (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- ds@media-publisher.ru
- Контактный телефон
- +7 (926) 2188243