Internet zwiększy bezpieczeństwo na morzu

Zespół naukowców pod kierownictwem prof. Józefa Woźniaka z Politechniki Gdańskiej pracuje nad projektem szerokopasmowej sieci teleinformatycznej na morzu.

„Internet na Bałtyku - realizacja wielosystemowej, samoorganizującej się szerokopasmowej sieci teleinformatycznej na morzu dla zwiększenia bezpieczeństwa żeglugi poprzez rozwój usług e-nawigacji” to pełna nazwa projektu realizowanego na Wydziale Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki PG. Przedsięwzięcie uzyskało najwyższą ocenę w swojej kategorii w III edycji Programu Badań Stosowanych, zorganizowanego w 2014 r. przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Celem projektu jest opracowanie i implementacja nowatorskiego systemu komunikacji oraz szeregu nowych aplikacji, wraz z weryfikacją ich działania w środowisku morskim.

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. Ze strony politechniki w skład zespołu projektowego wchodzą przede wszystkim pracownicy Katedry Teleinformatyki WETI.

 e-nawigacja – nowe pojęcie

Komunikacja bezprzewodowa na morzu ma kluczowe znaczenie ze względu na bezpieczeństwo jednostek pływających. Zapewnia ona m.in. sprawne działanie nawigacji oraz korzystanie z precyzyjnych prognoz pogodowych. W ostatnich latach warunki nawigacji na morzu uległy znacznemu pogorszeniu ze względu na coraz większe gabaryty statków, niezintegrowane ze sobą systemy elektroniczne, które nawigator musi obsługiwać, czy też wzrost liczby procedur, co spowodowało widoczny wzrost liczby poważnych wypadków i katastrof morskich. Międzynarodowa Organizacja Morska (IMO) wychodząc naprzeciw tej sytuacji stworzyła w 2005 r. dokument pt. „Rozwój strategii e-nawigacji”. Pojawiło się w nim nowe pojęcie - „e-nawigacja”, oznaczające nową strategiczną wizję nawigacji opartą na integracji funkcjonujących w żegludze systemów elektronicznych, a także zdefiniowanie zupełnie nowych usług. Wizja ta jest aktualnie głównym obszarem rozwoju i aktywności w dziedzinie żeglugi i nawigacji morskiej.

 Cel projektu

Kluczowym elementem dla rozwoju e-nawigacji jest odpowiednia bezprzewodowa łączność szerokopasmowa. Obecnie na morzu wykorzystywana jest w znacznej mierze transmisja wąskopasmowa, zaś wykorzystanie infrastruktury systemu satelitarnego jest bardzo kosztowne.

Głównym celem projektu jest opracowanie nowatorskich mechanizmów samoorganizacji sieci bezprzewodowych pozwalających na realizację infrastruktury umożliwiającej szybką transmisję danych pomiędzy statkami, statkami i centrami magazynowania oraz przetwarzania danych, a także statkami a publiczną siecią Internet. Projekt zakłada podział całego obszaru działania systemu na strefy należące do jednego z trzech typów A, B, C (patrz załączona ilustracja).

• Strefa Aobejmuje wody znajdujące się w bezpośredniej łączności z infrastrukturą nabrzeża, w których to komunikacja odbywałaby się w sposób standardowy za pomocą łącza radiowego.
• Strefa Bjest rozszerzeniem strefy A i rozciąga jej zasięg w ramach samoorganizującej się sieci kratowej. Terminale posiadające łączność ze stacjami bazowymi nabrzeża mogą udostępniać to połączenie innym terminalom, będącym poza zasięgiem strefy A. Zastosowanie mechanizmu szerokopasmowej, samoorganizującej sieci kratowej pozwala rozszerzyć zasięg komunikacji poza strefę A. Dzieje się tak poprzez wykorzystanie terminali klienckich jako węzłów sieci dostępowej. Terminale te umożliwiają przeniesienie transmisji do oddalonych punktów docelowych. System szerokopasmowej sieci kratowej będzie wykorzystywał wiadomości systemu Automatycznej Identyfikacji Statków (AIS). Informacje o aktualnym położeniu oraz planowanej trasie żeglugi pozwolą na usprawnienie procesu wyznaczania tras, przesyłania wiadomości oraz planowania przyszłej struktury sieci. Zastosowane mechanizmy tworzenia i utrzymania topologii sieci, a także wyznaczania tras transmisji danych będą zdolne do w pełni autonomicznego działania. Opracowane mechanizmy będą ponadto pełnić rolę integrującą różne techniki bezprzewodowej transmisji danych. Nawet jeżeli obecnie dostępne techniki transmisji bezprzewodowej nie pozwolą na uzyskanie transmisji na duże odległości, system został zaprojektowany tak aby mógł integrować się z technikami i systemami transmisji, które pojawią się w niedalekiej przyszłości – np. systemem 5G czy rozwiązaniami standardu IEEE 802.22 (WRAN).
• W strefie C, czyli tam gdzie statek nie ma dostępu do sieci, przewiduje się zastosowanie transmisji buforowanej. Umożliwia ona przekazanie paczek danych mijanym jednostkom, które potencjalnie wcześniej znajdą się w zasięgu strefy A lub B niż statek bez dostępu do sieci. Jest to nowatorskie rozwiązanie, które stawia nowe wyzwania identyfikacji problemów bezpieczeństwa oraz opracowaniu dedykowanych protokołów dostarczania danych.

 Instytucje, pasażerowie i właściciele jachtów już czekają

O dużym znaczeniu społecznym przedsięwzięcia świadczą listy referencyjne od instytucji zainteresowanych wynikami prac badawczych i deklarujących chęć uczestnictwa w realizowanych obecnie na rzecz projektu pomiarach. Deklaracje złożyły między innymi: Urząd Morski w Gdyni, Morska Służba Poszukiwania i Ratownictwa, Instytut Morski w Gdyni, Pomorski Okręgowy Związek Żeglarski, Akademia Morska.

Dzięki wprowadzeniu proponowanych innowacji, z wybranych usług internetowych (np. poczty z „załącznikami”, aktualizacji map 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 lub ułatwić pozyskiwanie takich danych przy radykalnie zmniejszonych kosztach. Przykładowo: wysłanie statku badawczego do miejsca zbierania i przechowywania danych pomiarowych nie będzie już zawsze konieczne.