技術(shù)
導(dǎo)讀:物聯(lián)網(wǎng)(IoT)是由連網(wǎng)對(duì)象組成的網(wǎng)絡(luò),能夠收集和共享數(shù)據(jù)。
物聯(lián)網(wǎng)(IoT)是由連網(wǎng)對(duì)象組成的網(wǎng)絡(luò),能夠收集和共享數(shù)據(jù)。
在當(dāng)今數(shù)字驅(qū)動(dòng)環(huán)境中,物聯(lián)網(wǎng)幾乎連接了所有東西,包括家庭、辦公室和汽車,使用戶能夠遠(yuǎn)程操作各種物體和設(shè)備,以及許多眾所周知的安全威脅。物聯(lián)網(wǎng)對(duì)眾多行業(yè)的好處是顯而易見的,包括在確保安全和預(yù)測(cè)停機(jī)的同時(shí),實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的潛力。
但是,將物聯(lián)網(wǎng)部署到任何地方(例如在水下環(huán)境中)仍然存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展,人們很容易想到物聯(lián)網(wǎng)在水下的不同表現(xiàn)方式。而這就是水下物聯(lián)網(wǎng)的由來。
水下物聯(lián)網(wǎng)(IoUT)被描述為一個(gè)由智能的、相互連接的水下物體組成的全球網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)巨大的未探測(cè)水體進(jìn)行監(jiān)控。大海不僅廣闊,而且深邃,迄今為止人類也未能完全掌握海洋的秘密,并且在海洋深處還有很多人類未曾踏足的地方。信不信由你,我們目前對(duì)月球表面的了解比我們對(duì)海洋的了解還要多。大約71%的地球表面被海洋覆蓋,其中海洋溫度決定了我們氣候和風(fēng)的模式,并且也強(qiáng)烈影響著地球陸地上的其他生命。
我們還知道,無線電波在海水中會(huì)隨著時(shí)間推移而衰減,并且水聲通信很容易被竊聽,不隱秘。雖然物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)改變了我們看待網(wǎng)絡(luò)隱私的方式,并且開發(fā)人員正在采用統(tǒng)一編碼來確保我們的安全,但是當(dāng)我們進(jìn)入水下時(shí),我們能真正期待什么呢?
讓我們來看看。
激動(dòng)人心的發(fā)展
我們知道物聯(lián)網(wǎng)的未來是光明的。據(jù)預(yù)測(cè),到2021年,將有多達(dá)250億臺(tái)設(shè)備連網(wǎng),因此人們很容易想象自己的行業(yè)會(huì)受到什么影響。但是,水下物聯(lián)網(wǎng)才剛剛起步。許多科學(xué)家認(rèn)為,光可能是水下物聯(lián)網(wǎng)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
位于沙特阿拉伯圖瓦爾的阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)(KAUST)的研究人員建議研究同步光波信息和功率傳輸(SLIPT)配置來將能量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿码娮釉O(shè)備,從而使用水下光通信。
SLIPT系統(tǒng)被認(rèn)為是一個(gè)非??尚械倪x擇。例如,人類在對(duì)水下設(shè)備進(jìn)行檢查時(shí),SLIPT比手勢(shì)信號(hào)更不容易出錯(cuò),比基于超聲波語音的通信器更不容易出現(xiàn)聽覺混亂。值得注意的是,迄今為止,手勢(shì)仍然是潛水員之間常見的交流方式。
研究人員認(rèn)為,SLIPT可以幫助在難以接近的區(qū)域?yàn)樵O(shè)備充電,這些區(qū)域的持續(xù)充電是困難和昂貴的或不可能的,并且設(shè)想水面上的船舶或船只向水下機(jī)器人或海底物聯(lián)網(wǎng)傳感器發(fā)送光通信。
水面浮標(biāo)或無人機(jī)也可用于向海底注入電能,并同時(shí)接收數(shù)據(jù)。雖然SLIPT在投入使用前仍有許多開發(fā)工作需要完成,但研究人員看到了它的潛力。
在美國(guó),Sigfox美國(guó)公司透露,格洛斯特創(chuàng)新公司選擇了其物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),用簡(jiǎn)單的設(shè)備記錄海底數(shù)據(jù),這些設(shè)備有可能連接到30多萬個(gè)馬薩諸塞州的龍蝦誘捕器。通過這項(xiàng)被稱為“ LobsterNet”的計(jì)劃,美國(guó)Sigfox公司將提供低功耗廣域網(wǎng)連接,使這些設(shè)備能夠每天在海底傳輸海洋酸度、深度、溫度和其他數(shù)據(jù)。最初,格洛斯特創(chuàng)新公司將利用這些數(shù)據(jù)使?jié)O民能夠更有效地定位和跟蹤龍蝦誘捕器,并最終幫助藍(lán)色經(jīng)濟(jì)。
北約科學(xué)與技術(shù)組織(NATO STO)正在使用SPOT Trace技術(shù)部署物聯(lián)網(wǎng)解決方案,以進(jìn)一步了解世界各地的海洋。位于意大利拉斯佩齊亞的北約STO海事研究和實(shí)驗(yàn)中心(CMRE)的研究小組正在將浮潛設(shè)備嵌入自由漂浮的浮標(biāo)中,并將它們漂浮在地中海和北極水域,以監(jiān)測(cè)地表漂移行為。SPOT Trace跟蹤這些“漂移者”的移動(dòng),并通過Globalstar的低地球軌道(LEO)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸它們的位置數(shù)據(jù)。
位于紅海沿岸的KAUST多年來一直參與另一個(gè)技術(shù)探索領(lǐng)域,包括創(chuàng)建一些早期的、開創(chuàng)性的水下數(shù)據(jù)通信。2015年,它使用450納米激光(每秒4.8千兆)進(jìn)行了16-QAM-OFDM傳輸。正交頻分復(fù)用(OFDM)將單個(gè)數(shù)據(jù)流分成多個(gè)信道,以減少干擾。
有趣的是,對(duì)于數(shù)據(jù)中心來說,海洋正變得越來越重要。世界人口的很大一部分位于沿海地區(qū),而不是內(nèi)陸地區(qū),而且我們正在經(jīng)歷向邊緣計(jì)算的轉(zhuǎn)變,這種計(jì)算使資源更靠近數(shù)據(jù)源。此外,對(duì)服務(wù)器冷卻的需求也越來越大,這是海水可以提供的。作為為服務(wù)器供電的一種方法,即使是波浪能也意味著海洋和數(shù)據(jù)正在交織在一起。
2018年,微軟在蘇格蘭奧克尼群島海岸線附近的海平面以下117英尺處部署了看起來像潛水艇一樣的水下數(shù)據(jù)中心,以服務(wù)位于海岸沿線的用戶。此外,盡管許多人認(rèn)為我們的通信是通過衛(wèi)星進(jìn)行的,但幾乎所有的洲際通信實(shí)際上都是通過海底光纜在水下進(jìn)行的。這些花園軟管般大小的光纜幾乎可以容納所有國(guó)家公共互聯(lián)網(wǎng)流量。
但是,這些發(fā)展并不是全新協(xié)同的一部分。除了生態(tài)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)因素之外,海洋計(jì)算被廣泛探索的最有說服力和最重要的原因之一是,在公海,沒有應(yīng)付租金,也沒有管轄權(quán)。
氣候變化的影響
我們的網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)安全每天都受到各種不良影響的威脅,其中之一是氣候變化,不幸的是,我們對(duì)此無能為力。
最近的一項(xiàng)研究將海平面入侵預(yù)測(cè)疊加在美國(guó)重要的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施地圖上,揭示到2033年,氣候變化將使成千上萬公里的光纜以及成百上千的其他關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施被海洋淹沒。已經(jīng)部署的大部分基礎(chǔ)設(shè)施都在海岸附近,盡管其中一些基礎(chǔ)設(shè)施可能是防水的,但幾乎沒有設(shè)計(jì)為完全在水下作業(yè)。
在互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化開始的時(shí)候,組織就開始了他們自己的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署。每個(gè)組織都堅(jiān)持自己的政策和戰(zhàn)略,并根據(jù)當(dāng)前的需要進(jìn)行部署。不幸的是,這一過程發(fā)生在很久以前,而網(wǎng)絡(luò)抵御不可預(yù)見的洪水事件從未成為規(guī)劃的一部分。
邁阿密、西雅圖和紐約是美國(guó)最脆弱的城市,但考慮到互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)作方式,其后果不會(huì)僅僅集中在這些地區(qū),因?yàn)橥ㄟ^受影響地區(qū)傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)鏈路都可能受到影響。(來源物聯(lián)之家網(wǎng))再加上研究人員只觀察了美國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施,同樣的問題在世界各國(guó)都可能是一個(gè)挑戰(zhàn),因此,很明顯我們面臨著一個(gè)大問題。
一些網(wǎng)絡(luò)巨頭,例如AT&T和Verizon,已經(jīng)意識(shí)到了這個(gè)問題,并正在安裝能夠抵御海平面不斷上升的系統(tǒng)。但事實(shí)仍然是,大部分已安裝的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有考慮到氣候變化的后果。
總結(jié)
然而,水下物聯(lián)網(wǎng)的未來不僅僅只有陰霾,SUNRISE項(xiàng)目就證明了這一點(diǎn)。這個(gè)由歐盟資助的項(xiàng)目已經(jīng)建造并測(cè)試了水下機(jī)器人原型,這些機(jī)器人模仿海洋動(dòng)物交流。它們使用強(qiáng)度降低的聲音信號(hào)和不干擾動(dòng)物的波頻。
SUNRISE團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明,水下無人機(jī)能夠?qū)崟r(shí)傳輸數(shù)據(jù),并能夠傳達(dá)和確認(rèn)簡(jiǎn)單的指令。這種無人機(jī)使用“Janus”語言相互交流。獲準(zhǔn)在地中海試運(yùn)行的無人機(jī)原型已經(jīng)協(xié)助在葡萄牙波爾圖找到了一個(gè)失蹤的貨柜。
盡管水下物聯(lián)網(wǎng)剛剛起步,但它仍顯示出很大的潛力。它目前處于“研發(fā)過程”中,由國(guó)家資助的組織贊助。用不了多久,“事物”之間的連接和交流就會(huì)變得安全,并且軟件也會(huì)得以全面開發(fā)