Internet na Bałtyku? To rozwiązanie może sprawdzić się także w kosmosie

Zespół naukowców z Politechniki Gdańskiej pracuje nad projektem szerokopasmowej sieci teleinformatycznej na morzu. Samoorganizująca się sieć ma nie tylko umożliwić komunikację w każdym miejscu na morzu, ale także poprawić bezpieczeństwo żeglugi i rozwinąć usługi związane z nawigacją. Tym samym dostępem do Internetu pokryta zostanie ogromna „biała plama” w mapie zasięgu – Morze Bałtyckie.

Komunikacja bezprzewodowa na morzu ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa jednostek pływających. Warunki na morzu znacznie się pogorszyły w ciągu ostatnich lat, gdyż jednostki są coraz większe i coraz liczniej pojawiają się na wodzie, a przy tym korzystają z różnych systemów, bez możliwości integracji. Praca nawigatora jest coraz trudniejsza, procedury coraz bardziej skomplikowane, a poważnych wypadków przybywa. Możliwość wymiany danych w takim otoczeniu zapewnia sprawne działanie systemów nawigacji oraz korzystanie z precyzyjnych prognoz pogody.

Projekt nosi nazwę „Internet na Bałtyku – realizacja wielosystemowej, samoorganizującej się szerokopasmowej sieci teleinformatycznej na morzu dla zwiększenia bezpieczeństwa żeglugi poprzez rozwój usług e-nawigacji”. Jego głównym celem jest opracowanie mechanizmów samoorganizacji dla sieci bezprzewodowych, implementacja systemu i nowych aplikacji, a także weryfikacja jego działania w środowisku morskim. Szybka sieć telekomunikacyjna ma połączyć statki ze sobą, z centrami danych, a także z Internetem.

W nazwie projektu pada relatywnie nowe pojęcie: e-nawigacja. Oznacza ono nową wizję nawigacji, opartą na integracji funkcjonujących w żegludze systemów elektronicznych, a także zdefiniowanie zupełnie nowych usług. Do działania e-nawigacji niezbędna jest szerokopasmowa, bezprzewodowa łączność, a obecnie na morzu stosowane są łącza wąskopasmowe bądź drogie łącza satelitarne. Pierwszy raz pojęcie e-nawigacji pojawiło się w roku 2005 w planie rozwoju, przygotowanym przez Międzynarodową Organizację Morską.

Projekt zakłada podział całego obszaru działania systemu na strefy należące do jednego z trzech typów A, B i C:

• Strefa A obejmuje wody znajdujące się w zasięgu łączy z nabrzeża, w których to komunikacja odbywałaby się standardowo, za pomocą łącza radiowego.
• Strefa B jest rozszerzeniem strefy A i rozciąga jej zasięg w ramach samoorganizującej się sieci kratowej. Terminale klienckie, posiadające łączność ze stacjami bazowymi, mogą być węzłami sieci dostępowej i udostępniać to połączenie innym terminalom, będącym poza zasięgiem strefy A. Zastosowanie mechanizmu szerokopasmowej, samoorganizującej sieci kratowej pozwala rozszerzyć zasięg komunikacji poza strefę A.
• W strefie C, czyli tam gdzie statek nie ma dostępu do sieci, przewiduje się zastosowanie transmisji buforowanej. Paczki danych będą przekazywane mijanym jednostkom, które potencjalnie wcześniej znajdą się w zasięgu strefy A lub B. To nowatorskie rozwiązanie, które stawia nowe wyzwania identyfikacji problemów bezpieczeństwa oraz opracowaniu protokołów dostarczania danych.

Urządzenia nadawczo-odbiorcze będzie można instalować na większości statków, które podążają szlakami na Morzu Bałtyckim. System szerokopasmowej sieci kratowej będzie wykorzystywał wiadomości systemu Automatycznej Identyfikacji Statków (AIS). Informacje o położeniu i planowanej trasie pozwolą usprawnić wyznaczanie tras przesyłania wiadomości oraz planowanie przyszłej struktury sieci. Mechanizmy tworzenia, utrzymania topologii sieci i wyznaczania tras transmisji danych w założeniu będą działać autonomicznie. Będą ponadto pełnić rolę integrującą różne techniki bezprzewodowej transmisji danych. System został zaprojektowany tak aby mógł integrować się z także z systemami transmisji, które pojawią się w niedalekiej przyszłości – 5G czy IEEE 802.22 (WRAN).

Dzięki wprowadzeniu proponowanych zmian z wybranych usług internetowych (np. poczty „z załącznikami”, aktualizacji map i pogody) będą również mogli korzystać użytkownicy transportu morskiego, w tym pasażerowie statków i właściciele jachtów. Możliwość przekazywania danych z najbardziej oddalonych od brzegu miejsc (punkty pomiarowe, badawcze, ruchome punktu dostępowe) do węzłów Internetu umieszczonych na lądzie może przyspieszyć i ułatwić pozyskiwanie danych przy zmniejszonych kosztach. Wysłanie statku badawczego do miejsca zbierania i przechowywania danych pomiarowych nie będzie już zawsze konieczne.

Samoorganizująca się sieć telekomunikacyjna teoretycznie może sprawdzić się nie tylko na morzu, ale wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z ruchomymi obiektami i przestrzenią podzieloną na strefy „z zasięgiem” i „białe plamy”. Miłośnikom literatury fantastycznej powinien na myśl przyjść kosmos – w pobliżu zamieszkałych planet mamy strefę A, przy ich satelitach strefę B, zaś strefa C to obszary przecięte ścieżkami promów kosmicznych. To oczywiście wizja dość odległa, która przede wszystkim wymaga, byśmy w ogóle przemieszczali się w przestrzeni na masową skalę. Jeśli do tego dojdzie, będziemy już mieli gotowe rozwiązanie.

Projekt „Internet na Bałtyku” realizowany jest przez konsorcjum: WETI PG, Instytutu Łączności Państwowego Instytutu Badawczego, Instytutu Oceanologii Polskiej Akademii Nauk, a także Centrum Badawczo-Produkcyjnego DGT-LAB S.A. oraz NavSim sp. z o. o. Powstaje na Wydziale Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki PG pod kierownictwem prof. Józefa Woźniaka. Ze strony politechniki w skład zespołu projektowego wchodzą przede wszystkim pracownicy Katedry Teleinformatyki WETI. Przedsięwzięcie uzyskało najwyższą ocenę w swojej kategorii w III edycji Programu Badań Stosowanych, zorganizowanego w 2014 r. przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.