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海洋通信网络环境由以下四部分组成：岸基（岛屿）、水面、空中和水下，如图1-1所示，统称为海洋空间。
全球海岸线约356000km，是能用来密集部署通信基础设施，如基站（BS）和接入点（AP），为海洋提供通信网络服务的主要场地。这些设施可以通过光纤连接起来，从而构建连接陆地互联网的强大的岸基网络（CLN），为近海水域的人类活动提供服务；它们也可以部署在海岸线附近的岛屿上，并通过无线电或海底电缆等与陆基互联网相连。当终端足够接近这些设施，或者承载工具上安装了BS/AP时，用户可方便地连接到岸基网络。
海岸和邻近岛屿是部署基础设施的稳定场所，在这里，通过电网、发电机或大型风能和太阳能发电站，可确保电力供应，并以此建立可靠、高速的通信连接。此外，新开发的陆基网络技术可用来不断提高岸基网络的能力 [8] 。但是相对于海洋，它们的通信距离还是太短，其覆盖范围也会受到地球表面曲度、高波浪引起的波阻塞以及海水对射频信号的吸收 [9] 等方面的影响。
图1-1 海洋通信网络环境组成 [1]
整个海洋表面积约为3.62×10 8 km 2 ，约有2000个岛屿。在水面上部署类似于陆地的通信设施来建立海洋通信网络是非常困难和昂贵的。然而，水面上有许多物体具有通信功能，并有足够的支撑电源，例如，大小和功能不同的各类船舶、用于气象和生态系统的海洋观测站、军事和科学研究所用的特殊浮台，以及各种生产平台（如海上石油平台）、航标和承载传感器的浮标等。以船舶为例，海洋中每天有大量配备自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）设备的船只在沿海、繁忙水道和港口等水域航行 [10] 。例如，在地中海，每年大约有22万艘船，每天大约有2000艘 [11] ；在伊斯坦布尔海峡，大约有30.9万艘移动船舶 [12] ；它们通常有较大的空间来装载通信设施和足够的通信能源。海洋中也有许多不需要安装AIS的小型船只，如渔船和游艇，它们的通信能力相对较弱，这主要是因为其承载能力较小、通信天线较短。
海洋工业，如能源工业（石油、天然气、风能等）和海洋牧场，对沿海国家的经济发展很重要。为此海上已经部署了许多大型漂浮平台，它们都配备了强大的通信设备和稳定的能源供应，甚至通过海底光纤和电缆与陆基系统相连。一些平台是针对海洋中特定的应用而设计的，如观察和监测平台，它们能够抵御风浪。这些平台装备了许多高速传感器（如摄像机），具有卫星通信功能和能源再生系统，如电子技术集团设计的锚定浮动平台 [13] 。但这些平台的建设和部署成本一般比较高。
海洋中还有许多航道浮标，其主要能源来自太阳能、潮汐能和风能。其较小的电源供应能力和较短的无线通信天线导致其只有短程通信能力。同样，许多水下浮标也被部署在海洋中，以装载用于海洋观测和科学研究的传感器，并具有一定的通信功能。典型的是Argo项目，它是一个由约3800个自由浮标组成的全球测量系统，用来测量海洋的温度和盐度。由于浮标的装载能力较小，其通信和能源供应方面不如船只和平台。
与海岸和岛屿相比，除了特设的大型平台，船只、浮动平台和浮标都是不太稳定的平台，但密集部署特设平台的成本非常高。另外，高咸度、湿度的海洋气候条件，各种形式的降水和频繁的极端气候可能影响这些基础设施的功能和高频通信的性能。
海洋上空有许多具有通信功能的物体，最典型的是通信卫星。根据轨道高度，它可分为地球静止轨道（GEO）、中地球轨道（MEO）（简称中轨）和低地球轨道（LEO）（简称低轨）卫星。地球静止轨道卫星在35786km的轨道上运行，轨道周期为24h，这使它看起来像是固定在天空中；MEO的高度为8000～12000km；LEO的高度为500～2000km [14] 。
3颗地球静止轨道卫星可以覆盖除极地以外的大部分地球表面，但地面站和卫星之间的往返传播时延约250ms，这还不包括排队时延及通信和网络的处理时间，它会影响网络性能。使用MEO和LEO卫星可以显著减少这种时延，但要达到同样覆盖范围则需要更多卫星；同时，它们都需要绕地球快速飞行，这将影响船只间的通信质量。卫星通信频率范围为L波段到Ka波段（例如1～29GHz），而高频信号的渗透能力差，通信质量容易受到水分和海洋中常见降水的影响 [14] 。另外，卫星系统的建设、部署和维护成本高，风险大，其性价比比陆地通信系统的性价比低。
在距地面17～22km的平流层可以部署一种专门为通信设计的准静止无人飞行器，称为高空平台（High-Altitude Platform，HAP） [15] 。与卫星相比，其主要优势包括容易快速部署、低成本、更短的传播时延及更强的通信能力，其覆盖范围取决于部署的高度和角度，例如，在28GHz频率和50MHz带宽时，10km高度的HAP可提供高达320Mbit/s的下行速率 [16] 。其主要难点是如何维持一个区域内的持续通信服务，因为平台需要推进力来抵御平流层中的温和风。这导致需要有大容量电池来存储白天收集的能量，以维持整个夜间的运行，而这会使HAP的负载增大，从而消耗更多的能源 [16] 。
在靠近水面的上方，有更灵活的有人驾驶或无人驾驶的飞行器。典型的载人飞行器，如直升机和民航机，直升机的飞行高度和速度分别为6km和300km/s；民航机的飞行高度和速度分别为10km和800～1000km/s。气球和无人机也可以在一定的高度飞行。这些空中飞行器可以提供机会性通信网络服务。
海洋是一个含约1.3×10 9 km 3 的巨大咸水体，最大深度为11034m，平均深度为3682m。目前主要适合于水下通信的无线介质是声波，只有它可以以kbit/s级别的速率长距离传输，但其传播速度只有1.5km/s [17] 。而水面上使用的无线电波在水中很快就衰减，因此为无线电网络开发的通信和网络技术无法适用于水下环境 [18] 。虽然蓝/绿色激光可以提供高速水下链路，但传输距离一般限制在百米以下，而且只有在清澈的水体环境才能传播。
目前已经有许多系统被部署在水下，如潜标、自治式潜水器（Automatic Underwater Vehicle，AUV）和水声无线传感器网络 [19] 等。它们一般使用电池，有一定的水声通信能力，往往会随海浪和水流漂移。一些节点也可能配备无线电通信设备，与水面或水上甚至岸基节点通信。在海底，电缆线和通信光纤被铺设用于建设稳定的网络，如有缆水下观测系统。它们具有很强大的通信和供电能力，能为其他水下节点充电和中继数据。然而，它们构成复杂、安装困难，因此大规模部署成本很高 [18] 。
与陆地通信网络相比，海洋通信网络用户在类型、数量、密度和分布方面具有不同的特征。目前在海洋中，大多数用户来自工业（如海运和海上生产）、海洋生态监测、海洋研究和国防等方面；同时，也有各种普通用户，如海员、渔民、游客和岛屿居民。他们大多数在移动船舶上，导致用户分布动态变化和密度不均匀。例如，一艘游轮平均可搭载3000名乘客 [20] ，导致大量用户出现在狭小的空间，并从一个水域移动到另一个水域。另外，海洋中大多数地区为无人区，用户数量比陆地少得多，但海洋面积约却是陆地的2.5倍，这导致海洋通信网络用户的密度相对较低。