地域規模のノード

全米科学財団(NSF)の海洋観測イニシアチブ(OOI) 地域規模ノード (RSN)コンポーネントは、グローバルインターネットに直接接続する電気光学 ケーブル接続の海底観測所です。これは、ケーブル接続された海底観測所としては世界最大であり、米国でも初めての観測所です。

ワシントン州とオレゴン州の沖合にあるファンデフカプレートの南部に位置し、プレートをまたぐ初の海洋観測所です。

RSN は、光ファイバー ケーブルで相互接続され、重要な場所にある 海洋センサーをサポートするプライマリ ノードと呼ばれる複数の高出力、高帯域幅の海中端末を活用します。

2014 年にネットワークが完成すると、RSN は最大 3,000 メートルの深さで900キロメートル以上の距離をカバーすることになります。OOI 地域規模ノードの実装は、ワシントン大学(UW) 海洋学部、UW 応用物理学研究所、および L-3 MariPro が主導しています。

100 台を超える海底および水柱の機器から得られるライブ RSN データがインターネット上でライブで利用可能になります。これにより、科学者と一般の人々の両方が今後 25 年間の海洋システムの長期的な変化を研究できるようになります。

RSN の建設は 2014 年に完了する予定です。この取り組みは、ROPOS (Remotely Operated Platform for Observation Sciences) のクルーによって大きく支援されています。全長 274 フィートの地球規模のR/V Thomas G. Thompsonに乗船した 83 日間の VISIONS '14 遠征が、観測所の最終的な実装を担当しています。

地域スケールノード (RSN) は、国立科学財団 (NSF) の海洋観測所イニシアチブ (OOI) の構成要素です。NSF の OOI は、ワシントン DCの海洋リーダーシップコンソーシアム (COL) の OOI プロジェクトオフィスによって管理および調整されています。ワシントン州シアトル にある UW は、COL の RSN 実施組織です。

RSN のビジョンは、海洋に関する科学的発見と理解の新しい時代を切り開くことです。

RSN は、プライマリとセカンダリの 2​​ つのインフラストラクチャで構成されています。プライマリ インフラストラクチャ ネットワークは、2012 年に L-3 Maripro によって設計、認定、製造、設置され、オレゴン州パシフィック シティにある海岸施設、 800 キロメートルの距離をカバーする 2 本の光ファイバー ケーブル ライン、および 7 つのプライマリ サイエンス ノードで構成されています。

RSN システムは、7 つの主要な科学ノードに 200キロワットの電力と240Gbit/sのTCP/IPインターネット データ通信を提供します。RSN は 25 年間の使用に耐えるように設計されており、将来の科学ニーズに対応できるよう大幅に拡張できます。

海底ケーブル観測所が登場する前は、海洋学者や世界の海洋を研究する他の研究者は、データ収集のために調査船や有人潜水艇に頼る傾向がありました。その後、遠隔操作型無人探査機(ROV) や宇宙ベースの研究衛星への移行が進みました。これらの方法の限界は、費用対効果が低いか、データ収集が短期間しかできないことでした。遠征による探査の重要性は認識されていましたが、解決策が必要でした。

1987 年、海洋システムのリアルタイム監視を実施するための長期的かつ費用対効果の高いソリューションとして、高出力、高帯域幅の海中ケーブル観測所を利用するという概念が生まれました。

1990 年代初頭、米国とカナダは北東太平洋にプレート規模の海底電気光学ケーブル海洋観測所を開発する協定を結びました。この地域には、地球の最小のテクトニック プレートであるファン デ フカ プレートがあります。ファン デ フカ プレートはサイズが小さく、海岸に近いため、海底火山地域の動的システムを観測する絶好の機会となります。

米国とカナダの協力関係は、ファンデフカプレートの上部 1/3 をカバーするカナダのケーブルアレイと、プレートの下部 2/3 をカバーする米国のシステムを構築する計画へと発展しました (引用)。このプレート規模の観測所は、NEPTUNE (Northeast Pacific Time Series Underwater Networked Experiments) と呼ばれ、25 年間にわたって継続的に観測を行う予定です。

2000 年代半ばまでに、NEPTUNE Canada は十分な資金を獲得し、ケーブル アレイは 2009 年までに完成し、オンラインになりました。これはOcean Networks Canada (ONC) の傘下ネットワークに統合されました。一方、NEPTUNE US は Regional Scale Nodes に名前が変更され、OOI のコンポーネントになりました。これは 2014 年に完成する予定です。NEPTUNE Canada と RSN は両方とも、ONC のデジタル インフラストラクチャとOOI サイバーインフラストラクチャを通じて統合され、インターネットに接続しているすべてのユーザーにリアルタイム アクセスを提供します。

RSN の科学的目標は重要です。世界中の海洋や海底で発生するさまざまな自然現象は、北東太平洋で見られます。全体として、RSN の使命は、研究者、学生、教育者、政策立案者、一般の人々に役立つ、海洋における人間のテレプレゼンスを提供することです。科学者は、主要な海流、活発な地震帯、新しい海底の形成、海洋植物や動物の豊かな環境など、地球規模のプロセスの現地調査を実施できるようになります。

RSN は、短期的および長期的な海洋に起因する脅威と機会の両方を予測するのに役立つようにも設計されています。特に、RSN はプレート境界に沿った地殻変動を監視できます。拡大中心に沿った主要地域に地震センサーを設置して、地震や津波の早期警報システムとして活用できると期待されています。

長期ケーブル観測所の存在により、生物群集の長期測定が可能になります。特に、ファンデフカプレートの分岐プレート境界は、海底熱水噴出孔生態系やその他の類似グループの存在をもたらしました。これらの深海生物群集は、極めて過酷な環境で繁栄しており、RSN が調査できる多くの未解決の科学的疑問を提起しています。

主要インフラ

RSN の主要インフラストラクチャは、2012 年に L-3 Maripro によって設置された 7 つの主要ノードで構成されています。これらは、配備されたセンサーのネットワークに電力と帯域幅を分配するのに役立つ端末ポイントです。

約 900 キロメートルのケーブル (バックボーン ケーブルと呼ばれる) が、主要なノードを接続するために使用されています。これらのケーブルは、オレゴン州パシフィック シティの海岸局に到達します。

2005 年、全米の 175 名を超える科学者が、国立科学財団からの支援要請に応えて、ファンデフカ プレートにケーブル観測所を開発しました。ノードは、ファンデフカ プレート全体の事前に選択された実験場所に配置されています。アキシャル海山、カスケーディア マージンのハイドレート海嶺、オレゴン州ニューポートの西の浅瀬のサイト(エンデュランス アレイ) にはすべて主要なノードが設置されています。主要なノードはすべて、環境に優しい地域にあります。

ノードは、バックボーン ケーブルからの 10kVdc電圧レベルを 375Vdc に変換し、二次インフラストラクチャに送ります。375V スイッチング システムとノード テレメトリ システムは、イギリスに拠点を置く Texcel Technology Plc によって設計および製造されました。ポートとテレメトリ保護システムを管理するソフトウェアも、ネットワーク管理システム (NMS) の下にある要素マネージャーとして Texcel によって提供されました。

プライマリ ノードには、将来の大規模な拡張 (> 100 キロメートル) の可能性を提供する多数の追加ポートがあります。

二次インフラ

変換された 375Vdc 電圧は、プライマリ ノードから低電力および中電力ノードと接続ボックスに送られます。ノードと接続ボックス (電源タップに類似) は、実験サイトの機器に直接電力と通信を提供します。これらの部品が連携して RSN セカンダリ インフラストラクチャを構成します。延長ケーブルは、プライマリ ノードをセカンダリ インフラストラクチャに接続して電力と通信を提供するために使用されます。

機器はウェットメイトコネクタを使用して接続されます。負荷要件に応じて、異なるタイプのケーブルが取り付けられます。これらのケーブルの帯域幅は、10 Gbit/s から 1 Gbit/s の範囲です。

RSN の建設を継続するための VISIONS '13 遠征中に、22,000 メートルを超える延長ケーブルが海底に設置されました。ケーブルはすべて正常にオンラインになりました。

2014 年に完成すると、100 台を超えるケーブル接続された海底および水柱計測機器が稼働します。これらの計測機器により、海洋における生物学的、化学的、地質学的、および地球物理学的プロセスの監視が可能になります。二次インフラストラクチャには、水柱プロファイラー用の 6 つの係留システムも含まれます。

ケーブルは、世界中の海域や海縁に頻繁に敷設されています。ケーブルの寿命は非常に長いです。基幹ケーブルは 2011 年の夏に設置されました。このプロジェクトのフェーズは、商用ケーブル敷設船 TE SubCom Dependable によって実施されました。

特別な環境要件も考慮されました。特にアキシャル海山などの火山地帯に配備されるケーブルは、十分に保護されています。

複雑な海洋システムを完全に理解するには、過酷な条件でも長期間耐えられる多種多様なセンサー アレイが必要です。RSN 全体に、一連のセンサー (100 個以上) が戦略的に選択され、配置されています。これらのセンサーは、アキシャル海山、ハイドレート海嶺、および水柱係留装置に配置されています。

RSN に接続される機器には以下のものがあります。

• 導電率 温度 深度（プロファイラーに表示）
• 溶存酸素、
• 3Dシングルポイント電流計
• 温度
• 蛍光光度計
• CDOM、
• クロロフィルa、
• 光学後方散乱

楽器は各地域ネットワーク支部の最終スポットです。

地域規模のノードは、OOI サイバーインフラストラクチャに接続されます。

OOI のサイバーインフラストラクチャ コンポーネントは、海洋インフラストラクチャを科学者やユーザーに結び付けます。OOI サイバーインフラストラクチャは、さまざまな OOI センサーからのデータをすべて管理および統合します。これは、共通の運用インフラストラクチャである統合観測ネットワーク (ION) を提供し、海洋コンポーネント (地球規模、地域規模、沿岸規模のアレイ) の運用を接続および調整します。また、リソース管理、観測ミッションのコマンドと制御、製品の作成、データの管理と配布 (強力なデータ起源を含む)、および一元的に利用できるコラボレーション ツールも提供します。

統合観測ネットワーク (ION) は、OOI 海洋コンポーネントの運用と海洋研究コミュニティの科学的および教育的追求を結び付け、調整します。サイバーインフラストラクチャは、カリフォルニア大学サンディエゴ校によって設計および構築されています。

RSN の建設は進行中です。2014 年 9 月 19 日現在、主要なインフラストラクチャと二次インフラストラクチャの大部分が正常に設置され、OOI RSN と UW APL の作業員が浅層プロファイラーの垂直係留を完成させるために作業していました。

ワシントン大学は、RSN の実施に学生の参加を歓迎しています。2014 年までに、学生が R/V Thomas G. Thompson に乗船してケーブル観測所の建設を見学する機会を得た遠征が 8 回ありました。これらの航海中、学生は船上のさまざまな技術と科学機器を利用してプロジェクトを開発します。

これらの遠征に参加した学生は、その経験を他の学生と共有します。

2014 年には、83 日間の VISIONS '14 探検中に、30 人を超える大学院生と学部生が研究者、エンジニア、教育者、乗組員とともに活動しました。

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• VISIONS '14: 地域規模のノードの構築を完了
• UW 応用物理学研究所 RSN ページ
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