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(chē)，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(jiàn)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。

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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(lái)。

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(lèi)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(lèi)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(wú)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(tīng)，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(kāi)發(fā)人員正在采用統(tǒng)一編碼來(lái)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(lái)看看。

激動(dòng)人心的發(fā)展

我們知道物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)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(lái)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)非常可行的選擇。例如，人類(lèi)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(yǔ)音的通信器更不容易出現(xiàn)聽(tīng)覺(jué)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(jiàn)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(wú)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(kāi)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(wàn)個(gè)馬薩諸塞州的龍蝦誘捕器。通過(guò)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(guò)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(lái)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(kāi)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(lái)說(shuō)，海洋正變得越來(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(shuō)服力和最重要的原因之一是，在公海，沒(méi)有應(yīng)付租金，也沒(méi)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(wú)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(wàn)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(méi)。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(méi)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(kāi)始的時(shí)候，組織就開(kāi)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(guò)程發(fā)生在很久以前，而網(wǎng)絡(luò)抵御不可預(yù)見(jiàn)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^(guò)受影響地區(qū)傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)鏈路都可能受到影響。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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(méi)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(lái)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(wú)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(wú)人機(jī)使用“Janus”語(yǔ)言相互交流。獲準(zhǔn)在地中海試運(yùn)行的無(wú)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(guò)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(kāi)發(fā)