Hybrid Satellite-Terrestrial Communication Networks for the Maritime Internet of Things: Key Technologies, Opportunities, and Challenges

With the rapid development of marine activities, there has been an increasing number of maritime mobile terminals, as well as a growing demand for high-speed and ultra-reliable maritime communications to keep them connected. Traditionally, the maritime Internet of Things (IoT) is enabled by maritime satellites. However, satellites are seriously restricted by their high latency and relatively low data rate. As an alternative, shore & island-based base stations (BSs) can be built to extend the coverage of terrestrial networks using fourth-generation (4G), fifth-generation (5G), and beyond 5G services. Unmanned aerial vehicles can also be exploited to serve as aerial maritime BSs. Despite of all these approaches, there are still open issues for an efficient maritime communication network (MCN). For example, due to the complicated electromagnetic propagation environment, the limited geometrically available BS sites, and rigorous service demands from mission-critical applications, conventional communication and networking theories and methods should be tailored for maritime scenarios. Towards this end, we provide a survey on the demand for maritime communications, the state-of-the-art MCNs, and key technologies for enhancing transmission efficiency, extending network coverage, and provisioning maritime-specific services. Future challenges in developing an environment-aware, service-driven, and integrated satellite-air-ground MCN to be smart enough to utilize external auxiliary information, e.g., sea state and atmosphere conditions, are also discussed

5G-teknologia sisävesiliikenteessä

5G-teknologian yleistyminen mahdollistaa monien liikkumismuotojen kehittämisen älykkäämpiä vaihtoehtoja kohti. Kuitenkin sisävesiliikenteen käyttämät tietoliikenneverkot ovat jääneet vanhempien yhteyksien varaan. Sisävesiliikenteen kehitys vaatii uuden hyvän verkkoyhteyden, joka on luotettava ja sitä voidaan käyttää myös tulevaisuuden innovaatioissa, kuten alusten autonomisessa ohjauksessa. Verkon täytyy myös olla tietoturvallinen sisävesiliikenteelle. 5G on nopea, luotettava, pieni viiveinen ja suuri kapasiteettinen verkkoyhteys, joka saadaan tietoturvalliseksi, mikäli sitä kehitetään jatkuvasti. Satelliittien ja 5G:n avulla paikannustarkkuuskin saadaan erittäin tarkaksi. Tässä työssä tutkitaan 5G:n sovelluksia sisävesiliikenteessä ja sen haasteita ja mahdollisuuksia, jotka liittyvät sen kantamaan, tietoturvallisuuteen, kustannuksiin ja paikantamiseen. 5G:n kantama on ongelma, sillä 5G signaalit eivät kulje pitkiä matkoja korkean taajuutensa vuoksi. 5G:n asentaminen sisävesialueilla maksaa paljon, koska tukiasemia täytyy olla useampia kuin edellisillä mobiiliverkoilla, koska 5G:llä on lyhyempi kantama. Lopussa vertaillaan 5G:tä edellisen sukupolven mobiiliverkkoon ja esitellään kaksi 5G:n onnistunutta hyödyntämistä sisävesialueilla. 5G:n hyödyntämisesimerkit ovat proomun automatisoitu satamaan ohjaaminen ja vesistöjä siivoavien robottien hallinta Singaporessa. Tutkimisen tuloksena todetaan 5G:n sopivan hyvin sisävesialueille. Kuitenkin syrjäiset joet ja isot järvet muodostuvat ongelmaksi 5G:n pienelle kantamalle. Vaikeakulkuisille alueille tukiasemien rakentaminen on kallista. Ratkaisuksi tarvitaan uusi teknologinen kehitys 5G:n kantaman parantamiseksi. Vaihtoehtoisesti jotkut sisävesialueet voidaan jättää ilman 5G-verkkoa ja käyttää niissä muita teknologioita. 5G:n ongelmaksi muodostuu myös sähkönkulutuksesta aiheutuvat kustannukset, jotka kuitenkin voidaan ratkaista verkon tarkalla suunnittelulla