主动产生的海洋大数据是什么

无线传感器网络是由大量部署在一定区域内、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统［44，45］。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌人式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。

如图3-1所示，一般可以将传感器节点分解为传感器模块、处理器模块、无线通信模块、电源模块和增强功能模块五个组成部分，其中增强功能模块为可选配置。一般由这些传感器节点组成的传感器网络的网络拓扑结构如图3-2所示。

图3-1　传感器网络中传感器节点的系统组成

图3-2　无线传感器网络的网络拓扑示意

1）海洋监测传感器网络

海洋监测传感器网络是无线传感器网络在海洋中的延伸，是指部署在极其复杂可变的海洋环境中，结合无线通信技术、网络技术和信息处理技术，对海洋环境要素进行实时监测的传感器网络。

根据传感器节点部署的位置不同，将海洋监测传感器网络分为海面无线传感器网络和水下无线传感器网络两部分［46］。

海面无线传感器网络目前主要将无线传感器节点部署到海面，使用无线电波进行通信和组网，这种网络具有传输速度快、耗能低、传输可靠性高等特点。部署在水面的无线传感器网络节点还可以利用太阳能进行蓄能供电，利用GPS进行精确定位，直接与卫星进行通信。海面无线传感器网络可用来监测风向、波高、潮汐、水温、光照、水质污染等与海洋相关的信息。另外，它还负责与水下传感器网络的信息传输。尽管海面无线传感器网络节点与陆地使用同样的无线传感器节点，但部署在海面的网络其通信环境和具体应用与陆地无线传感器网络具有不同的特点，因此存在许多需要解决的问题。

水下无线传感器网络部分部署在水下［47］，由于无线电和光波在水下传播距离很短，目前水下无线传感器网络主要利用水声进行通信。水下无线传感器网络可以部署固定网络、随海流漂移网络和水下航行器自主移动网络等。尽管对水下点对点远距离通信很早就有研究，但目前的研究热点是低成本、低耗能、短通信距离的水下网络。为了降低能耗，水下节点的通信距离较短，但通过在指定海域部署数量众多的节点，依靠这些节点的自组织能力，相互识别、相互连接，可以建立起小型传感器网络。水下无线传感器网络可以通过节点协作，实时监测和采集网络分布区域内各种监测对象的信息，并对信息进行分布式处理，然后通过具有高性能的水下自主航行器或具有远距离传输能力的水下节点，甚至通过普通水下节点多跳传输将实时监测到的信息传送到海面无线传感器网络。海面无线传感器网络最后通过近岸基站或卫星将监测信息实时地传送到观测者手中。

由于水下无线传感器网络部分目前主要利用水声进行通信，而水下声波通信与陆地无线电波通信有许多不同的特点，许多适用于陆地无线传感器网络的协议不能直接应用于水下网络。

2）无线传感器网络国内外发展情况

海洋监测传感器网络最早的部署来自美国军方支持的项目，例如SeaWeb［48］研究项目，该项目在1998年开始实际的水下组网试验，是目前试验时间最长、规模最大的实用海洋水下传感器网络。该系统可以部署在水下几十米至数百米的深度。这些节点可以自组织形成网络，然后与部署在海面的无线浮标、舰船节点、空中移动节点组成一个实时监测网络。美国PLUSNet［47］也是美国海军支持的水下监测网络项目，与SeaWeb不同，PLUSNet更加注重移动节点在水下监测网络中的作用。

除在军方的应用项目外，海洋传感网应用到民用项目，如全球海洋监测ARGO计划。该计划是由美国海洋科学家于1998年发起的一个对全球海洋监测的大型网络，主要目的在于收集全球范围内的海水温度、盐度和海流等海洋信息，用于提高气候预报的精度，弥补卫星、雷达等大尺度监测手段的不足，对各种自然灾害如飓风、洪涝等提前预警。

ARGO系统由全世界几十个国家参与其中，目前已经在全球范围内部署了上千个卫星可跟踪浮标。目前用于ARGO系统的浮标主要有PALACE、APEX、SOLO、PROVOR、NEPTUNESC和NEPTUNELS等自持式剖面循环探测浮标。其中最为重要的是PALACE浮标，它的设计寿命为4～5年，最大测量深度为2000m，可以每隔10天发送一组剖面实时观测资料，每年可获得多达10万个剖面（0～2000m水深）的测量资料（温度、盐度和海流）。其他的海洋监测系统有美国的HABSOS和SOSUS监测系统、欧洲的ROSES系统、加拿大的NEPTUNE系统、日本的ARENA计划等。

国内利用传感器网络对海洋进行实时监测方面的项目，主要有中国海洋大学和香港科技大学合作研发的OceanSense项目［48］，该项目构建了国内第一个海面无线传感器网络，并在青岛近海海面进行了部署。该网络由21个传感器节点组成，节点部署的位置如图3-3所示。

图3-3　OceanSense海洋传感器网络在海面上的部署位置示意

每个节点由水上部分的TelosB节点和自行研制的水下节点组成，上下节点用RS-232相连。通过该传感器网络能实时采集近海表面的温度（图3-4）、光照和节点间的信号强度等信息，并可计算节点所在位置的海深和表面流速等。

图3-4　传感器网络监视区域的温度分布情况

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