Exploitability of Maritime Fleet-Based 5G Network Extension

قابلية استغلال توسعة شبكة 5G البحرية القائمة على الأساطيل: الجدوى الاقتصادية والأثر

👤 Riivo Pilvik, Tanel Jairus, Arvi Sadam, Kaidi Nõmmela, Kati Kõrbe Kaare, Johan Scholliers 📄 Electronics, 2025 · Vol. 14(11), 2210 🔗 10.3390/electronics14112210 ✓ CC BY 4.0

الملخص

تحلل هذه الورقة قابلية الاستغلال والجدوى الاقتصادية وأثر توسعات شبكات 5G القائمة على الأساطيل المنفذة في البيئات البحرية، مع التركيز على بحر البلطيق والبحر الأبيض المتوسط كدراسة حالة. ومن خلال تحليل التكلفة والفائدة والتحقق من نموذج الأعمال، نوضح كيف يمكن للاتصال متعدد القفزات بتقنية 5G أن يخفض تكاليف الاتصالات مع تحسين جودة الخدمة للمشغلين البحريين.

تشير نتائجنا إلى أن تنفيذ محطات ترحيل 5G على متن السفن يمكن أن يحقق تغطية بنسبة 80–90٪ في الممرات البحرية الرئيسية مع فترة استرداد لرأس المال تتراوح بين سنتين و3 سنوات. وتكشف الدراسة أن الجمع بين الترحيل من سفينة إلى سفينة ومحطات أساس عائمة استراتيجية يمكن أن يخفض تكاليف الاتصال بنسبة تصل إلى 40٪ مقارنة بالحلول التقليدية عبر الأقمار الصناعية، مع تمكين تدفقات إيرادات جديدة عبر الخدمات المتميزة.

نقدم إطارًا اقتصاديًا مفصلًا لتقييم التطبيقات المماثلة عبر مختلف الطرق البحرية، ونقترح توصيات سياساتية لتسهيل شبكات 5G البحرية العابرة للحدود، ونعرض حالات الاستخدام الرئيسية لخلق القيمة من توسعة الشبكة.

1. المقدمة

يعتمد التحول الرقمي للصناعة البحرية اعتمادًا متزايدًا على اتصال موثوق وعالي السرعة. ورغم أن تقنية 5G تعد بإحداث ثورة في الاتصالات البحرية، فإن تطبيقها في البيئات البحرية يطرح تحديات وفرصًا اقتصادية فريدة. فالحلول التقليدية عبر الأقمار الصناعية، رغم تغطيتها الواسعة، تنطوي غالبًا على تكاليف باهظة وزمن استجابة مرتفع يحد من فعاليتها للتطبيقات البحرية الحديثة.

تتيح التطورات التقنية الحديثة في الاتصال متعدد القفزات بتقنية 5G فرصة لإحداث ثورة في الاتصالات البحرية مع خفض محتمل في التكاليف التشغيلية. لكن الجدوى الاقتصادية لهذه التطبيقات، خاصة في السيناريوهات العابرة للحدود، ما تزال غير مدروسة بما يكفي. تعالج هذه الورقة هذه الفجوة عبر تحليل شامل للأثر الاقتصادي لتوسعات شبكات 5G القائمة على الأساطيل، باستخدام بحر البلطيق والبحر الأبيض المتوسط كدراسة حالة.

يستخدم المؤلفون نتائج التجارب الميدانية لتقديم تحليل موثوق للتكلفة والفائدة قائم على النتائج للتقنيات والخدمات المطورة. وتشمل المخرجات وصفًا موثقًا لفرص الأعمال الجديدة استنادًا إلى تقييمات نوعية وكمية لمنظومات 5G-ROUTES، عبر تقييم أصحاب المصلحة والتحقق، وتحليل حالات الاستخدام البحرية بالاستناد إلى بيانات حقيقية لحركة السفن. وللنمذجة الاقتصادية وتحليل القيمة، تُستخدم نمذجة البيانات المعتمدة على نظام التعريف الآلي (AIS) وبيانات اللوجستيات والسفر في شمال أوروبا (بحر الشمال والبلطيق) وجنوبها (المتوسط/بحر إيجه) وتغطي نحو 1.5 مليار نقطة بيانات، مع توسعة تغطية 5G للتطبيقات البحرية عبر التموضع الاستراتيجي لمحطات أساس عائمة.

2. الخلفية

اعتمدت حلول الاتصال البحري تقليديًا على مزيج من الشبكات الأرضية قرب السواحل والاتصالات عبر الأقمار الصناعية في عرض البحر، لكنها تواجه صعوبة في مواكبة متطلبات النطاق الترددي المتزايدة مع الحفاظ على كفاءة التكلفة [1–4]. وتشمل الحلول الأكثر شيوعًا اليوم: الصواري الأرضية العالية (ساحلية حتى 100 كم، أقل من 50 ms، عالية النطاق)، وأقمار LEO (عالمية، 20–40 ms، عالية النطاق)، والحلول الهجينة (عالمية، متفاوتة، عالية النطاق)، والأقمار الثابتة (عالمية، 500–700 ms، متوسطة النطاق) كما في الجدول 1. ويتيح دمج تقنيات متعددة اتصالًا سلسًا ومحسّنًا، مع الحاجة إلى أجهزة تدير التبديل بين الوصلات، مثل الشبكات المعرفة بالبرمجيات (SDN) [5] التي توزع الحركة وتوفر التكرار وتختار المسار الأكفأ حسب التكلفة والنطاق وزمن الاستجابة والموثوقية [6]، وهو ما طبقته جهات شحن مثل Stena Lines بدعم من Nowhere Networks [7].

للقطاع البحري خصائص فريدة — تعدد التخصصات، والمصالح العامة والدولية والحوكمة، ومحدودية الموارد البحرية، وضخامة الاستثمارات وطول فترات التنفيذ — تجعل آثار تطوره تتجاوز حدود القطاع، ويؤدي مفهوم التجمع البحري دورًا في تضخيم الأثر الاقتصادي الإقليمي. ويضم التجمع البحري [8]: الأنشطة التقليدية (الشحن والموانئ والصناعة البحرية)، والخدمات البحرية (اللوجستيات والنقل والتصنيف والمالية والتأمين)، والقطاعات الداعمة (الصيد والسياحة والتقنيات البحرية والقطاع العام). وقد درس Porelli وآخرون [9] تعزيز تنافسية الموانئ عبر تطبيقات 5G، ودرس Saeed وآخرون [11] العلاقة بين الاتصال البحري والتجارة والنمو، وLi وآخرون [12] أثر اتصال الموانئ على النمو الإقليمي، وBekteshi وآخرون [13] أثر الاتصال البحري على البيئة والتنمية، بينما يحقق مشروع 5G-ROUTES التحقق من أعمال منظوماته [14] ويسهم الاتصال البحري في الهدف 8 من أهداف التنمية المستدامة [15]، مع خفض التكاليف عبر إدارة الأساطيل وتحسين استهلاك الوقود [16، 17].

يتطلب نشر توسعات 5G البحرية إطارًا تنظيميًا واضحًا وتوحيدًا قياسيًا لضمان التشغيل البيني والموثوقية والاتصال السلس عبر الحدود، وأهم الجوانب: تخصيص الطيف وتنسيق الترددات عبر الحدود وفق اتفاقيات دولية تحت إرشادات ITU لمنع التداخل الضار، مع شروط تقنية للانبعاثات وكثافة القدرة وعمليات التنسيق. وتُضيف اعتبارات GDPR وإجراءات تراخيص الطيف البحري، التي تختلف بين الولايات القضائية، تعقيدًا إضافيًا، فضلًا عن الحاجة لأطر تنسيق التداخل البعيد الحرج للموثوقية التشغيلية وإدارة الطيف في السيناريوهات البحرية العابرة للحدود.

يمكن لاعتماد تقنيات الاتصال المتقدمة أن يعزز الكفاءة التشغيلية والسلامة والرصد البيئي في مجالات تشمل [18]: تحسين النقل واللوجستيات، وإدارة الأساطيل والبنية التحتية، ونقل الركاب وخدمات بيانات المستهلكين، وعمليات البحث والإنقاذ (SAR)، والرصد البيئي، وعمليات الموانئ وأمنها، والتشغيل عن بُعد للأساطيل البحرية، والصيد، والتوائم الرقمية للأساطيل والطرق واللوجستيات، والدفاع والأمن العسكري. ففي نقل الركاب، يُعيد الطلب على التجارب المتميزة تشكيل السوق مع نمو التعاون الافتراضي عالميًا من 11.56 مليار دولار في 2020 إلى 57.23 مليار دولار متوقعة في 2026، وتتيح العبّارات اجتماعات VR غامرة عبر الحدود رغم تحديات التسليم السلس لشبكات 5G ومتطلبات GDPR [18]. وفي اللوجستيات، يقود تنظيم eFTI للاتحاد الأوروبي (رقمنة معلومات الشحن إلزاميًا اعتبارًا من 2027) [19] الطلب على المنصات الرقمية للتتبع الآني، وتوفر السفن كمحطات أساس متحركة فرصًا لتوسعة التغطية [18]، إذ أظهرت الأبحاث أن الناقلات وسفن الشحن والسفن السياحية توفر تغطية وافرة [20–22].

يُحسّن نفاذ الجيل الخامس لسفن الصيد العمليات والسلامة عبر الملاحة الآنية وتحديثات الطقس والبيانات الأوقيانوغرافية، مما يقلل استهلاك الوقود، ويمكّن الإبلاغ الطارئ عن بُعد، والبث المرئي الآني للشفافية والتتبع في سلسلة الإمداد [23]. كما يتيح نشر أجهزة إنترنت الأشياء المتقدمة في مزارع الأسماك — حساسات تحت الماء وكاميرات تراقب الحرارة والملوحة والحموضة والأكسجين آنيًا — لاتخاذ قرارات سريعة تحسّن المحصول [23]، مع المركبات الذاتية والطائرات المسيّرة للفحص والإطعام، والنمذجة التنبؤية بالذكاء الاصطناعي للمخاطر البيئية كالتكاثر الطحلبي [23]، وتتعاظم الفرص مع 6G [24، 25]. أما الدفاع والأمن فيستفيد من إنترنت الأشياء القتالية (IoBT) والوعي الظرفي الآني [26] مع أمن البيانات والمعالجة [27، 28]، والمركبات الذاتية والطائرات المسيّرة للاستطلاع، وأدوات AR/VR للتدريب، وتقطيع الشبكة (network slicing) لقنوات آمنة مخصصة [27، 29، 30].

يُعد الاتصال البحري حاسمًا مع التزايد الهائل في الأنشطة المحيطية، والتحدي الرئيسي تغطية مساحات واسعة من المياه المفتوحة عبر وصلات سفينة-إلى-سفينة [31]. وقد حُددت فجوة في الأدبيات [32] بشأن نشر الشبكات المتنقلة الفعلية المزودة بمكوّن قمري وتقنية متعددة القفزات واختبارها — وهو هدف رئيسي لمشروع 5G-ROUTES — مع حملة قياس خلصت إلى أن الشبكات الأرضية لا تضمن تغطية كافية [33]. واقتُرحت الوصلة الخلفية المتكاملة للنفاذ (IAB) من 3GPP لخفض تكاليف نشر الألياف [34]، بعد أن اقتُرح الترحيل الثابت والمتحرك متعدد القفزات منذ 2004 [35] لخفض التكاليف وتعزيز السعة، ثم وُسّع المفهوم في الإصدارين 16 و17 [34–36] وعرضته Ericsson في 2020 [37]. وكخيار إضافي، ستتيح خلايا IAB المتنقلة (mIAB) بعد الإصدار 18 تحسين خدمة المستخدمين المتحركين وتجنب عواصف الإشارات من التسليم المتزامن [38]، باستخدام خلية ماكرو كمانحة لعقد الخلايا عبر وصلات خلفية لاسلكية توفر التكاليف [39]. وتُستخدم في التجارب المخططة أطياف دون 6 GHz بدل الموجات المليمترية لعيوبها في الاتصال السلس عبر الحدود [32]، مع استراتيجية توجيه مبسطة للاستخدام الأمثل للنطاق [39].

3. المنهجية

تعتمد الدراسة نهجًا شاملًا (الشكل 5) يدمج التحليل المكاني والتقييم الاقتصادي ومنهجيات التحقق من الأعمال لتقييم جدوى شبكات 5G البحرية عبر مناطق بحرية أوروبية مختلفة. واعتُمدت منهجية الشبكة السداسية بخلايا طول ضلعها 1 كم لنمذجة متطلبات التغطية، باعتبارها أفضل تقريب لانتشار الإشارة دون تداخل مع الحفاظ على السعة متعددة الاتجاهات، وبكفاءة حسابية [42]. وحُللت مسارات السفن باستخدام PostGIS 3.0 لدراسة الأنماط الزمكانية، بالاعتماد على مجموعتي بيانات: المضائق الدنماركية [43] وبحر إيجه [44] دون الحاجة لفك ترميز رسائل AIS الخام، وخُزنت البيانات المعالجة في قاعدة بيانات PostGIS بجدول PostgreSQL واحد يتضمن: معرفًا فريدًا، ورمز MMSI، والطابع الزمني UTC، والسرعة والاتجاه فوق الأرض، وفئة السفينة، والهندسة وفق EPSG:3857.

صُنفت السفن في فئات عريضة: الشحن (بما فيها المواد الخطرة)، والصيد (أنماط حركة مميزة)، والركاب (بما فيها السريعة)، والترفيه (للأنشطة غير التجارية)، والبحث والإنقاذ SAR (وظيفة متخصصة)، والخدمات (القاطرات والإرشاد والكراكات وإنفاذ القانون)، والناقلات (تصميم وشحنة محددان)، وأخرى للغامضة. وحُسبت المسارات من الطوابع الزمنية والإحداثيات كأجسام هندسية بإحداثي Z زمني للتحليل الزمكانية الفعال [18]، ورُبطت كل خلية سداسية بمسارات السفن (الشكل 6). وللعلاقات المكانية بين الأنواع، حُسب معامل ارتباط Pearson لكل زوج من الأنواع مكونًا مصفوفة ارتباط. ولتحسين التغطية، أُعيد استخدام نهج خوارزمي يضيف المحطات دفعاتٍ حتى التغطية الكاملة (الشكل 7) [18].

تُقاس تغطية السفن بالمحطات ضمن الشبكة السداسية وفق المعادلة (1): Coverageships(i,j) = ‎∑ Stotal(i,j)·Cov(i,j) / ∑ Stotal(i,j)‎ حيث Stotal إجمالي السفن في الخلية وCov مؤشر ثنائي للتغطية. وتُقاس تغطية المنطقة وفق المعادلة (2): Coveragearea(i,j) = ‎∑ Ah·Cov(i,j) / ∑ Ah‎ حيث Ah مساحة الخلية السداسية (نحو 2.6 كم²). أما التغطية المحتملة للخلية عند وضع محطة فيها فتُعطى بالمعادلة (3): PC(i,j) ≥ ‎∑ Stotal(a,b)·Cov(a,b)‎ للخلايا المجاورة القابلة للتغطية. ويمكن صياغة تخصيص المحطات كمسألة أمثلة: تقليل عدد المحطات مع ضمان تغطية كافية لحركة السفن، بمتغيرات قرار ثنائية لمواضع المحطات ومعلومات لكل خلية عن أنواع السفن والبعد عن اليابسة.

ولتقييم الجدوى الاقتصادية للتطبيقات مزدوجة الاستخدام، طُوّر إطار مقارن للتكلفة والفائدة يحلل إمكانات بنية 5G في دعم خدمات الطوارئ والسلامة البحرية، بدمج بيانات SAR من التحليل السداسي لتحديد أنماط النشر المثلى للطائرات المسيّرة وفق الاحتياجات التاريخية للاستجابة الطارئة. ووُضعت معايير تكاليف تشغيلية تقليدية للمروحيات (الاقتناء والصيانة والأفراد والتشغيل) وقُورنت بتكاليف بدائل الطائرات المسيّرة الممكّنة بـ 5G، مع تحليل استرداد رأس المال في المنطقتين بسيناريوهي التكلفة المخصصة والمشتركة، ومراعاة متطلبات التغطية الإقليمية والخصائص الجغرافية وأنماط الاستجابة الطارئة للمضائق الدنماركية وبحر إيجه، لتحديد كثافة البنية اللازمة لعمليات موثوقة بالطائرات المسيّرة.

4. النتائج

تُظهر أنماط الحركة البحرية في المضائق الدنماركية وبحر إيجه خصائص مميزة تؤثر بشدة في استراتيجيات تطبيق 5G: فبتحليل 382,543 خلية في المضائق الدنماركية و206,267 خلية في بحر إيجه (الشكل 8) تتركز حركة المضائق في سفن الشحن والناقلات بنحو 64٪ من الإجمالي، ما يعكس دور المنطقة كممر استراتيجي يربط البلطيق بالطرق العالمية، مع ارتباط قوي جدًا (r = 0.87) بين حركتي الشحن والناقلات يولّد ممرات متوقعة (الشكل 9) بدلالة إحصائية عالية (اختبارا Mann–Whitney U وKolmogorov–Smirnov بقيمة p أقل من 0.001). أما بحر إيجه فيختلف جذريًا: الشحن 58.1٪ والناقلات 22.3٪، مع نسب أقل للصيد (1.2٪ مقابل 7.2٪) والترفيه (5.6٪ مقابل 10.4٪)، لكن التغطية المكانية أوسع — الشحن في 99.0٪ من الخلايا مقابل 80.9٪، والناقلات في 97.3٪ مقابل 58.6٪ — بما يعكس جغرافيا الأرخبيل المعقدة والنمط المنتشر مقابل الطبيعة القنوية للمضائق. وتختلف الارتباطات أيضًا: ارتباط مميز (r = 0.59) بين السفن «الأخرى» والترفيهية في إيجه مقابل 0.21 في المضائق (سياحة الجزر)، مقابل ارتباطات أقوى لسفن الخدمات في المضائق (r = 0.58 مع الأخرى و0.45 مع الشحن) بما يوحي بعمليات دعم مدمجة على الممرات الرئيسية (الشكل 10).

يُظهر تحليل نشر المحطات فروقًا كبيرة في كفاءة التغطية: فتحقيق 50٪ من تغطية المنطقة في إيجه يتطلب 144 محطة فقط مقابل 474 في المضائق (خفض نحو 70٪)، ويستمر التفوق عند كل العتبات حتى 99٪ (606 مقابل 2714 — خفض 78٪) كما في الشكل 12. وفي تغطية السفن: 390 مقابل 456 محطة لعتبة 50٪، و1007 مقابل 1660 لعتبة 99٪، فجغرافيا الأرخبيل تسهّل التغطية رغم تعقيدها. أما استراتيجيات الأمثلة (الشكل 13): ففي المضائق يتفوق الأمثل المعتمد على السفن بوضوح (1135 مقابل 1419 محطة لتغطية 90٪ من السفن — خفض 20٪) بما يعكس الطبيعة القنوية، بينما في إيجه الفروق أقل حدة (888 محطة بالأمثل السفيني لتغطية 90٪ من السفن مقابل 562 بالأمثل المناطقي لتغطية 90٪ من المنطقة) لارتباط أقوى بين التغطية الجغرافية وتغطية السفن. وتكشف منحنيات العوائد المتناقصة (الشكل 14) عتبة حادة في المضائق عند نحو 1200 محطة (الـ 10٪ الأخيرة تتطلب 460 محطة إضافية — نحو 40٪ بنية إضافية)، مقابل نمط تدريجي في إيجه بنقطة انعطاف عند نحو 700 محطة. وتوصي التطبيقات: المضائق — نشر سفيني مُحسّن على الممرات يستهدف 80–90٪ (1102–1135 محطة) مع أقمار صناعية للزيادة الأخيرة؛ وإيجه — استهداف 90–95٪ (562–722 للمنطقة أو 888–941 للسفن) مستفيدًا من الجزر. ويبقى الأمثل السفيني أكفأ عمومًا، لكن بدرجات متفاوتة إقليميًا.

تعزز التطبيقات مزدوجة الاستخدام الجدوى الاقتصادية إلى حد كبير: فبتحليل بيانات SAR (15.1٪ من الخلايا في المضائق بارتباط معتدل بالركاب r = 0.18 والترفيه r = 0.33؛ و14.0٪ في إيجه بارتباطات أضعف r = 0.04 و0.05) يمكن نشر طائرات مسيّرة بحوسبة حافة كمضاعفات قوة أو بدائل للمروحيات. تكاليف المروحيات: 3000–8000 يورو لساعة الطيران، و800,000–1,200,000 يورو صيانة سنوية، و500,000–700,000 تدريب وجاهزية، و1,000,000–2,000,000 للمرافق [45]؛ بقيود: جاهزية 60–70٪ بسبب الطقس، واستجابة 45–60 دقيقة، وتشغيل متواصل 3–4 ساعات، وضعف في الرؤية السيئة. مقابل تكاليف الطائرات المسيّرة: 80,000–150,000 يورو للوحدة عالية التحمل، و15,000–25,000 صيانة سنوية، و5000–10,000 لحوسبة الحافة، و50,000–100,000 لمحطة التحكم؛ بمزايا: جاهزية تتجاوز 90٪، واستجابة دون 15 دقيقة، وقدرات سرب، وتشغيل متواصل بالتناوب، واستشعار معزز بالذكاء الاصطناعي؛ ومتطلبات شبكية: محطة لكل 20–25 كم²، و100 Mbps لكل طائرة نشطة، وحوسبة حافة، وتوافر 99.9٪. ويُظهر الجدولان 2 و3 التوفير: إجمالي سنوي 5.1 مليون يورو للمروحيات مقابل 1.85 مليون (فرق −3.25 مليون)، وتكلفة الساعة 8000 مقابل 500 يورو (16×)، والساعات السنوية 800–1000 مقابل 8000–10,000 (10×)، وزمن الاستجابة 45–60 مقابل 10–15 دقيقة (4×)، وتغطية 6× لكل وحدة تكلفة. وتتطلب البنية المثلى (الجدول 4): 942 محطة للمضائق (94.2 مليون يورو استثمارًا و18.8 مليون تشغيلًا سنويًا) و722 لإيجه (72.2 مليون و14.4 مليون)، لكن نموذج التكلفة المشتركة مع الاستخدامات التجارية يخفض التكاليف المنسوبة لـ SAR حتى 80٪، لتكون فترات الاسترداد: المضائق 7.5 سنوات دون مشاركة و1.9 سنة معها، وإيجه 5.6 سنوات دون مشاركة و0.8 سنة معها — مع تحسن كشف الحوادث 85٪ وخفض زمن الاستجابة 70٪ وزيادة القدرة الاستيعابية 300٪، وتطبيقات عابرة (رصد بيئي، إنفاذ مصايد، أمن حدود، بحث علمي) وتكامل مع الخدمات التجارية.

يتناول تحليل حالة الاستخدام الدفاعية الاتصالات البحرية قريبة المدى في ظروف خط البصر (LOS) باستخدام أنظمة 5G الخاصة عالية الأداء لتعزيز اتصالات سفينة-إلى-سفينة وسفينة-إلى-البرمائيات وسفينة-إلى-الشاطئ، كتعزيز منخفض الزمن وعالي السعة للاتصالات التكتيكية عبر الأقمار الصناعية (TACSAT) والراديو القتالي (CNR) والترحيل الفرعي، مع تغطية رصد البنية التحتية الحرجة تحت البحر (الأنابيب والكابلات) بحساسات عبر 5G. وتشمل القيمة المميزة: تغطية مستمرة عالية الجودة، وجودة خدمة محسّنة، وكشف التزييف والتشويش، وتكاليف تشغيلية أدنى، وسرعة النشر المحلي، والنفاذ الجماعي بمعدات رخيصة، وسهولة الاستبدال. وتتفوق شبكات 5G الخاصة على الأقمار الصناعية والوصلات المملوكة عسكريًا بالأمن (تشفير عسكري وبنية مخصصة تقلل الاعتراض)، وزمن الاستجابة شبه الآني لاتخاذ القرار، والنطاق العريض لنقل الفيديو عالي الدقة وIoBT والمركبات الذاتية وAR، وتقطيع الشبكة لأولوية المهام الحرجة، والفعالية التكلفوية والقابلية للتوسع طويل الأمد [26–30].

5. النقاش

تُظهر الدراسة الجدوى الاقتصادية لتوسعات 5G القائمة على الأساطيل بفترة استرداد 2–3 سنوات، وعواملها: تقليل الاعتماد على الاتصالات الفضائية المكلفة، وتدفقات إيرادات جديدة من الخدمات المتميزة، وتوفير تشغيلي عبر إدارة أفضل للأساطيل، وقابلية التوسع لطرق بحرية إضافية. وتتباين عروض القيمة: مشغلو السفن الكبيرة يخفضون التكاليف نحو 40٪ مع جودة محسّنة وإيرادات جديدة؛ ومشغلو الشبكات المتنقلة يوسّعون السوق ويحسّنون البنية خاصة عبر الحدود؛ ومشغلو السفن الصغيرة يحصلون على اتصال عالي السرعة بأسعار معقولة. وتتطلب الاستراتيجيات الإقليمية نهجًا مخصصًا: البلطيق/المضائق — أمثلة لطرق العبّارات المنتظمة وتنسيق عبر الحدود مستفيدة من حركة متوقعة؛ وإيجه — دمج بنية الجزر وإدارة تقلبات السعة الموسمية وتعقيدات الولايات المتعددة.

ثمة تحديات تنفيذية يجب معالجتها: متطلبات الاستثمار الرأسمالي الأولي، والامتثال التنظيمي عبر الحدود، واحتياجات التوحيد التقني، والتكامل مع الأنظمة القائمة. وعلى صعيد السياسات، توصي النتائج بتنظيمات منسّقة عبر الحدود لشبكات 5G البحرية، وحوافز استثمارية للمتبنين الأوائل، ومعايير تقنية لمعدات 5G البحرية، وأطر تعاون دولي. أما الآثار التنظيمية فتشمل تنسيق تخصيص الطيف واتفاقيات التجوال [46، 47] — إذ تستفيد تطبيقات شمال أوروبا من أطر تعاون راسخة بينما يتطلب المتوسط آليات جديدة — إضافة إلى تشريعات بحرية ولوجستية تدفع شفافية البيانات وتوحيدها وأمن تبادلها، ومنها EMSW بموجب اللائحة (EU) 2019/1239 [48] التي تبسّط الإبلاغ عبر واجهة رقمية موحدة، مع قيود شائعة تتعلق بتراخيص الترددات وتخصيص الطيف واتفاقيات التنسيق عبر الحدود ومواقع النشر وإدارة التداخل.

6. الاستنتاجات

تُظهر الدراسة الجدوى التقنية والاقتصادية لتطبيق شبكات 5G البحرية عبر محطات ترحيل على السفن عبر مناطق بحرية أوروبية مختلفة، إذ يكشف التحليل الشامل لـ 1.5 مليار نقطة بيانات AIS عبر بحر البلطيق والمتوسط فرصًا كبيرة لتحسين الاتصال مع فروق إقليمية تستلزم استراتيجيات مخصصة. فالمضائق الدنماركية، بحركة مركزة للشحن والناقلات (64٪) على ممرات محددة، تتيح نشرًا سفينيًا فعالًا على الممرات الرئيسية؛ بينما تتطلب جغرافيا أرخبيل إيجه المنتشرة (الشحن والناقلات في أكثر من 97٪ من الخلايا) استراتيجية تغطية أشمل تجمع الترحيل السفيني بالمنشآت الجزرية الثابتة، مع حاجة مستقبلية لاستكشاف الآثار الجغرافية والجوية خاصة في تطوير خوارزميات التوجيه.

يؤكد التقييم الاقتصادي الجدوى المالية بفترات استرداد 2–3 سنوات عند التوسع والإدارة السليمين: فمحطات ترحيل 5G السفينية تحقق 80–90٪ تغطية في الممرات الرئيسية مع خفض التكاليف حتى 40٪ مقارنة بالأقمار الصناعية، باستثمارات تتراوح بين 70,000–100,000 يورو لتركيب السفن الكبيرة و1000–1200 يورو للسفن الصغيرة، وتكاليف تشغيلية تستقر عند نحو 40,000 يورو سنويًا للسفينة. وتعزز التطبيقات مزدوجة الاستخدام الحالة الاقتصادية: فأنظمة الطائرات المسيّرة الممكّنة بـ 5G قد تخفض التكاليف السنوية من 5.1 مليون إلى 1.85 مليون يورو مع تحسين زمن الاستجابة 75٪ وزيادة ساعات التشغيل عشرة أضعاف — وإيجه أسرع استردادًا (0.8 سنة بالمشاركة التجارية) من المضائق (1.9 سنة).

يؤكد تحليل الأداء التقني مديات فعالة 10–20 كم بين السفن، مع تمديد التغطية متعددة القفزات نحو 10.4 كم من الشاطئ (وترقية تجريبية بنحو 9 كم دون تهيئات خاصة عند TRL 6–7)، وقيود حالية تشمل زيادة RTT بمقدار 10–13 ms لكل قفزة بسبب عبور الحركة لعدة RANs و5GCs، يُتوقع معالجتها بتطوير مزايا mIAB وPN-NPN وTN-NTN في إصدارات 3GPP المستقبلية. وتبقى تحديات الامتثال عبر الحدود والتوحيد والتكامل، مع توصيات سياساتية للتنظيمات المنسقة والحوافز والتعاون الدولي. وينبغي للبحوث المستقبلية تحسين خوارزميات تموضع المحطات للبيئات الديناميكية، وتطوير نماذج اقتصادية تراعي الموسمية، واستكشاف تطبيقات مزدوجة إضافية، ودمج الأقمار الصناعية مع 5G البحرية للتغطية الشاملة بعيدًا عن السواحل.

Abstract

This paper analyzes the exploitability, economic viability, and impact of fleet-based 5G network extensions implemented in maritime environments, focusing on the Baltic Sea and Mediterranean as a case study. Through cost–benefit analysis and business model validation, we demonstrate how multi-hop 5G connectivity can reduce communication costs while improving service quality for maritime operators.

Our findings indicate that implementing vessel-based 5G relay stations can achieve 80–90% coverage in key maritime corridors with a break-even period of 2–3 years. The study reveals that combining vessel-to-vessel relaying with strategic floating base stations can reduce connectivity costs by up to 40% compared to traditional satellite solutions, while enabling new revenue streams through premium services.

We provide a detailed economic framework for evaluating similar implementations across different maritime routes and suggest policy recommendations for facilitating cross-border 5G maritime networks, and introduce key use cases for network-extension value creation.

1. Introduction

The maritime industry's digital transformation is increasingly dependent on reliable, high-speed connectivity. While 5G technology promises to revolutionize maritime communications, its implementation in marine environments presents unique economic challenges and opportunities. Traditional satellite-based solutions, while providing wide coverage, often involve prohibitive costs and higher latency rates that limit their effectiveness for modern maritime applications.

Recent technological advances in multi-hop 5G connectivity present an opportunity to revolutionize maritime communications while potentially reducing operational costs. However, the economic viability of such implementations, particularly in cross-border scenarios, remains understudied. This research addresses this gap by providing a comprehensive analysis of the economic impact of fleet-based 5G network extensions, using the Baltic Sea and Mediterranean as a case study.

In this paper, the authors use results gained from field trials to credibly deliver a validated results-based cost/benefit analysis on the developed technologies and services. The outcome includes a consolidated and verified description of new business opportunities based on qualitative and quantitative assessments of 5G-ROUTES ecosystems, through stakeholder-based evaluation and validation, and maritime use case analysis based on real ship movement data. For data modeling and economic value analysis, we use AIS-based data modeling and logistics/travel data in Northern Europe (North and Baltic Sea) and Southern Europe (Mediterranean/Aegean Sea) covering around 1.5 billion data points, extending 5G coverage for maritime applications through strategically placed floating base stations.

2. Background

Maritime connectivity solutions have traditionally relied on a combination of terrestrial networks near coastlines and satellite communications for open-sea operations, but struggle to meet rising bandwidth demands cost-effectively [1–4]. Today's most common solutions (Table 1) are: onshore high masts (coastal up to 100 km, <50 ms, high bandwidth), LEO satellites (global, 20–40 ms, high), hybrid solutions (global, varying, high), and geostationary satellites (global, 500–700 ms, medium). Integrating multiple technologies enables seamless optimized connectivity, but requires devices managing link switching, e.g. Software-Defined Networking (SDN) [5], which distributes traffic, provides failover redundancy, and selects the most efficient path by cost, bandwidth, latency and reliability [6] — implemented in shipping by operators such as Stena Lines with Nowhere Networks [7].

The maritime sector has unique characteristics — interdisciplinarity, public and international interests and governance, limited sea resources, large investments and long implementation periods — making its development effects reach beyond sectoral boundaries, with the maritime cluster concept amplifying regional economic impact. The cluster comprises [8]: traditional activities (shipping, ports, shipbuilding/repair and marine equipment), maritime services (logistics, transport, classification, finance, insurance), and related sectors (fishing, tourism, offshore technology, public sector). Porelli et al. [9] studied boosting seaport competitiveness via 5G; Saeed et al. [11] explored maritime connectivity, trade and growth links; Li et al. [12] studied port connectivity and regional growth; Bekteshi et al. [13] analyzed shipping connectivity effects on environment and growth; the 5G-ROUTES project validates its ecosystems' business case [14] and maritime connectivity contributes to UN Sustainable Development Goal 8 [15], cutting costs through fleet management and fuel savings [16, 17].

Deploying maritime 5G extensions demands a clear regulatory framework and standardization for interoperability, reliability and seamless cross-border connectivity: spectrum allocation and cross-border frequency coordination under international ITU-guided agreements to prevent harmful interference, with emission limits, power-density parameters and coordination processes. GDPR compliance and jurisdiction-varying maritime spectrum licensing add complexity, alongside the need for critical remote-interference coordination frameworks for operational reliability and spectrum management in cross-border scenarios.

Advanced communication technologies can enhance operational efficiency, safety and environmental monitoring across [18]: transport and logistics optimization; fleet and infrastructure management; passenger transport and consumer data services; search and rescue (SAR); environmental monitoring; port operations and security; offshore fleet teleoperations; fishing; digital twins of fleets, routes and logistics; and defense and military security. In passenger transport, premium-experience demand is reshaping the market, with global virtual collaboration projected to grow from USD 11.56 billion in 2020 to USD 57.23 billion by 2026, with ferries enabling immersive cross-border VR meetings despite seamless-5G-handover and GDPR challenges [18]. In logistics, the EU's eFTI regulation (mandatory freight-data digitization from 2027) [19] drives demand for real-time tracking platforms, and vessels as moving base stations extend 5G coverage [18], with tankers, cargo ships and cruise liners providing ample coverage [20–22].

Fifth-generation access for fishing boats enhances operations and safety via real-time navigation, weather and oceanographic data, cutting fuel use and enabling remote emergency reporting and real-time video streaming for supply-chain transparency [23]. Advanced IoT across fish farms — underwater sensors and cameras monitoring temperature, salinity, pH and oxygen in real time — enables timely decisions improving fish health and yield [23], alongside autonomous vehicles and drones for inspection and feeding, and AI-driven predictive modeling of environmental risks such as algal blooms [23], with growing opportunities in 6G [24, 25]. Defense and security benefit from the Internet of Battlefield Things (IoBT) and real-time situational awareness [26] with data and processing security [27, 28], autonomous vehicles and drones for reconnaissance, AR/VR training tools, and network slicing for secure dedicated channels [27, 29, 30].

Maritime communication is crucial amid dramatically increasing oceanic activities, and the main challenge is covering large open-water areas via ship-to-ship connections [31]. Literature [32] identified a gap on deploying, testing and trialing actual mobile networks with satellite and multi-hop components at sea — a core 5G-ROUTES goal — including a measurement campaign concluding terrestrial networks cannot guarantee sufficient coverage [33]. 3GPP proposed Integrated Access and Backhaul (IAB) to cut fiber-deployment costs [34], after fixed and moving multi-hop relaying was proposed back in 2004 [35] for cost reduction and capacity enhancement, later expanded in Releases 16 and 17 [34–36] and presented by Ericsson in 2020 [37]. As a further option, mobile IAB (mIAB) cells expected after 3GPP Release 18 should enhance moving-UE service and avoid simultaneous-handover signaling storms [38], using a macro cell as donor to IAB nodes over wireless backhaul hops to save infrastructure costs [39]. The planned trials use sub-6 GHz spectrum rather than mmWave given its expected cross-border seamless-connectivity disadvantages [32], with a simplified routing strategy for optimal bandwidth usage [39].

3. Methodology

Our study employs a comprehensive approach (Figure 5) integrating spatial analysis, economic assessment and business-validation methodologies to evaluate 5G maritime network feasibility across European maritime regions. A hexagonal grid methodology with 1 km side lengths models coverage requirements — the best approximation of signal propagation without cell overlap while preserving omnidirectional capacity, with computational efficiency [42]. Ship-track analysis used PostGIS 3.0 for spatiotemporal patterns across two datasets: the Danish Straits [43] and the Aegean Sea [44], with provider-preprocessed data (no raw AIS decoding) stored in a PostGIS database as a single PostgreSQL table with: unique identifier, MMSI code, UTC timestamp, speed and course over ground, vessel category, and EPSG:3857 geometry.

Ships were classified into broad categories: Cargo (including hazardous materials), Fishing (distinct movement patterns), Passenger (including high-speed craft), Pleasure (non-commercial), SAR (specialized function), Service (tugs, pilots, dredging, law enforcement), Tankers (specific design/cargo), and Other. Trajectories were computed from timestamps and coordinates as geometric objects with Z-coordinate timestamps for efficient spatiotemporal analysis [18], each hexagonal cell spatially joined by ship tracks (Figure 6). For spatial relationships between types, Pearson correlation coefficients were computed per pair into a correlation matrix. For coverage optimization, an iterative batch-addition algorithm was reused until full coverage (Figure 7) [18].

Ship coverage by base stations in the hexagonal grid is quantified by Equation (1): Coverageships(i,j) = ∑ Stotal(i,j)·Cov(i,j) / ∑ Stotal(i,j), where Stotal is the total ships in the cell and Cov a binary coverage indicator. Area coverage follows Equation (2): Coveragearea(i,j) = ∑ Ah·Cov(i,j) / ∑ Ah, where Ah is the hexagonal cell area (approximately 2.6 km2). Cell potential coverage from placing a base station is given by Equation (3): PC(i,j) ≥ ∑ Stotal(a,b)·Cov(a,b) over potentially covered neighboring cells. Base-station allocation is formulated as an optimization: minimize station count while ensuring adequate traffic coverage, with binary placement decision variables and per-cell data on vessel types and distance to land.

To assess dual-use economic feasibility, a comparative cost–benefit framework analyzes 5G infrastructure supporting emergency services and maritime safety, incorporating SAR data from the hexagonal grid analysis to identify optimal drone deployment patterns from historical emergency-response needs. Operational cost benchmarks for traditional helicopter operations (acquisition, maintenance, personnel, operations) were contrasted with estimated 5G-enabled drone costs, with break-even analysis under dedicated and shared cost scenarios in both regions, factoring region-specific coverage requirements from the base-station optimization and the distinct geography and emergency-response patterns of the Danish Straits and Aegean Sea.

4. Results

Maritime traffic in the Danish Straits and Aegean Sea shows distinct characteristics shaping 5G strategies: analyzing 382,543 cells in the Danish Straits and 206,267 in the Aegean (Figure 8), the Straits concentrate cargo and tanker vessels at about 64% of traffic — a strategic lane linking the Baltic to global routes — with an exceptionally strong cargo–tanker correlation (r = 0.87) creating predictable corridors (Figure 9), statistically significant (Mann–Whitney U and Kolmogorov–Smirnov tests, p < 0.001). The Aegean differs markedly: cargo 58.1%, tankers 22.3%, lower fishing (1.2% vs 7.2%) and pleasure shares (5.6% vs 10.4%), but far wider spatial coverage — cargo in 99.0% of cells vs 80.9%, tankers in 97.3% vs 58.6% — reflecting complex archipelagic geography with diffuse patterns versus the channelized Straits. Correlation patterns differ too: a distinctive 'other'–pleasure correlation in the Aegean (r = 0.59 vs 0.21, island tourism), versus stronger service-vessel correlations in the Straits (r = 0.58 with 'other', r = 0.45 with cargo), indicating integrated lane support operations (Figure 10).

Base-station deployment analysis reveals major efficiency differences: 50% area coverage in the Aegean needs only 144 stations versus 474 in the Straits (nearly 70% fewer), persisting to 99% (606 vs 2714 — 78% fewer) as in Figure 12. For ship coverage: 390 vs 456 stations at 50%, and 1007 vs 1660 at 99%, so the archipelago actually facilitates coverage despite its complexity. Optimization strategies (Figure 13) differ: in the Straits, ship-based optimization clearly wins (1135 vs 1419 stations for 90% ship coverage — 20% fewer), reflecting channelized traffic, while in the Aegean differences are milder (888 ship-optimized for 90% ship coverage vs 562 area-optimized for 90% area coverage) given stronger geography–ship-coverage correlation. Diminishing-returns curves (Figure 14) show a sharp Straits threshold near 1200 stations (the final 10% needs 460 more stations — ~40% extra infrastructure), versus a gradual Aegean pattern inflecting near 700 stations. Implementation guidance: Straits — ship-optimized lane deployment targeting 80–90% (1102–1135 stations) with satellite for the final increment; Aegean — target 90–95% (562–722 area or 888–941 ship stations) leveraging island geography. Ship-based optimization generally wins, but its advantage varies regionally.

Dual-use applications substantially enhance economic feasibility: analyzing SAR data (15.1% of Straits cells with moderate passenger r = 0.18 and pleasure r = 0.33 correlations; 14.0% in the Aegean with weaker r = 0.04 and r = 0.05), 5G infrastructure enables edge-computing drones as force multipliers or helicopter alternatives. Helicopter costs: EUR 3000–8000 per flight hour, EUR 800,000–1,200,000 annual maintenance, EUR 500,000–700,000 crew training/readiness, EUR 1,000,000–2,000,000 base facilities [45]; limitations: 60–70% weather readiness, 45–60 min response, 3–4 h endurance, poor-visibility weakness. Drone costs: EUR 80,000–150,000 per high-endurance unit, EUR 15,000–25,000 annual maintenance, EUR 5000–10,000 edge computing, EUR 50,000–100,000 control stations; advantages: >90% readiness, <15 min response, swarm capability, continuous rotation operation, AI-driven sensing; network needs: one station per 20–25 km2, 100 Mbps per active drone, edge computing, 99.9% availability. Tables 2–3 show savings: EUR 5.1M vs 1.85M annual totals (−EUR 3.25M differential), EUR 8000 vs 500 hourly cost (16×), 800–1000 vs 8000–10,000 annual hours (10×), 45–60 vs 10–15 min response (4×), 6× coverage per unit cost. Optimal infrastructure (Table 4): 942 Straits stations (EUR 94.2M capex, 18.8M annual opex) and 722 Aegean (72.2M, 14.4M), but shared commercial-cost models cut attributable SAR costs by up to 80%, with break-even of 7.5 years unshared / 1.9 years shared in the Straits and 5.6 / 0.8 years in the Aegean — plus 85% better incident detection, 70% faster response, 300% simultaneous-incident capacity, cross-domain uses (environmental monitoring, fisheries enforcement, border security, research) and commercial-service integration.

The defense use-case analysis addresses close-proximity naval LOS communications using high-performance private 5G to augment ship–ship, ship–amphibious and ship–shore connectivity as low-latency, high-capacity augmentation to TACSAT, CNR and subnet-relay communications, plus subsea critical-infrastructure (pipes, cables) sensor monitoring over 5G. The distinctive value: seamless high-quality at-sea coverage, enhanced QoS, spoofing/jamming detection, lower operational costs, quick local setup, mass UE access with cheap terminals, and easy replacement. Private 5G beats satellite/proprietary military links on security (military-grade encryption, dedicated infrastructure), ultra-low latency for real-time decisions, high bandwidth for HD video/IoBT/autonomy/AR feeds, network slicing for mission-critical prioritization, and long-term cost-effectiveness and scalability [26–30].

5. Discussion

The study demonstrates the economic viability of fleet-based 5G extensions with 2–3-year break-even, driven by: reduced dependence on expensive satellite communications, new premium-service revenue streams, operational savings through improved fleet management, and scalability to additional routes. Value propositions differ by stakeholder: large vessel operators cut connectivity costs ~40% with better quality and new revenues; mobile operators gain market expansion and infrastructure optimization, especially cross-border; small vessel operators gain affordable high-speed connectivity with efficiency and safety benefits. Regional strategies must be tailored: Baltic/Danish Straits — optimization for regular ferry routes and cross-border coordination leveraging predictable movements; Aegean — island-infrastructure integration, seasonal capacity management, and multi-jurisdictional complexity.

Implementation challenges remain: initial capital investment, cross-border regulatory compliance, technical standardization needs, and legacy-system integration. Policy implications call for: harmonized cross-border maritime-5G regulation, early-adopter investment incentives, technical standards for maritime 5G equipment, and international cooperation frameworks. Regulatory implications span spectrum-allocation harmonization and roaming agreements [46, 47] — Northern Europe benefits from established cooperation frameworks while Mediterranean deployments need new mechanisms — plus evolving maritime/logistics regulations driving data transparency and secure exchange, including EMSW under Regulation (EU) 2019/1239 [48] with its unified digital reporting interface, against common limits on frequency licensing, spectrum allocation, cross-border coordination, deployment siting and interference management.

6. Conclusions

This study demonstrates the technical feasibility and economic viability of maritime 5G networks via vessel-based relay stations across European maritime regions: the comprehensive analysis of 1.5 billion AIS data points across the Baltic and Mediterranean reveals major connectivity-improvement opportunities with regional differences demanding tailored strategies. The Danish Straits, with concentrated cargo/tanker traffic (64%) on defined corridors, enable efficient ship-optimized lane deployment; the Aegean's dispersed archipelagic geography (cargo/tankers in over 97% of cells) needs a broader strategy combining vessel relays with fixed island installations, with future work on geographic/weather effects especially for routing algorithms.

The economic assessment confirms financial viability with 2–3-year break-even when properly scaled and managed: vessel-based 5G relays achieve 80–90% key-corridor coverage while cutting connectivity costs up to 40% versus satellite, with investments of EUR 70,000–100,000 per large-vessel installation and EUR 1000–1200 for smaller vessels, and operating costs stabilizing near EUR 40,000 per vessel annually. Dual-use applications strengthen the case: 5G-enabled drones could cut annual costs from EUR 5.1M to 1.85M while improving response times 75% and increasing operational hours tenfold — the Aegean breaking even faster (0.8 years with commercial sharing) than the Straits (1.9 years).

Technical performance confirms effective 10–20 km inter-vessel ranges, with multi-hop coverage extending ~10.4 km from shore (and ~9 km trial extension at TRL 6–7 without special configurations), while current limits — 10–13 ms extra RTT per hop from traversing multiple RANs/5GCs — should be resolved by future mIAB, PN-NPN and TN-NTN 3GPP features. Cross-border compliance, standardization and integration challenges persist, with policy recommendations for harmonized regulation, incentives and cooperation frameworks. Future research should optimize base-station placement for dynamic maritime environments, build seasonal economic models, explore further dual-use applications, and integrate satellite with maritime 5G for comprehensive beyond-coastal coverage.

References

  1. [1] A. K. Widiawan and R. Tafazolli, "High Altitude Platform Station (HAPS): A Review of New Infrastructure Development for Future Wireless Communications," Wirel. Pers. Commun., vol. 42, 387, 2006.
  2. [2] T. C. Tozer and D. Grace, "High-Altitude Platforms for Wireless Communications," Electron. Commun. Eng. J., vol. 13, pp. 127–137, 2001.
  3. [3] C. Sexton et al., "5G: Adaptable Networks Enabled by Versatile Radio Access Technologies," IEEE Commun. Surv. Tutor., vol. 19, pp. 688–720, 2017.
  4. [4] M. Höyhtyä and J. Martio, "Integrated Satellite–Terrestrial Connectivity for Autonomous Ships: Survey and Future Research Directions," Remote Sens., vol. 12, 2507, 2020.
  5. [5] Z. Zaidi et al., "Will SDN Be Part of 5G?" IEEE Commun. Surv. Tutor., vol. 20, pp. 3220–3258, 2018.
  6. [6] L. E. Li, Z. M. Mao and J. Rexford, "Toward Software-Defined Cellular Networks," in Proc. European Workshop on Software Defined Networking, Darmstadt, Germany, pp. 7–12, 2012.
  7. [7] R. O'Dwyer, "Stena Line to Implement Nowhere Networks' Radio-Based Connectivity System," Smart Maritime Network, 5 December 2022.
  8. [8] K. Nõmmela and K. Kõrbe Kaare, "Incorporated Maritime Policy Concept: Adopting ESRS Principles to Support Maritime Sector's Sustainable Growth," Sustainability, vol. 14, 13593, 2022.
  9. [9] A. Porelli et al., "Enhancing Port's Competitiveness Thanks to 5G Enabled Applications and Services," in Proc. IEEE COMPSAC, Madrid, Spain, pp. 1950–1955, 2021.
  10. [10] T. Notteboom, A. Pallis and J.-P. Rodrigue, Port Economics, Management and Policy, Routledge, 2022.
  11. [11] N. Saeed, K. Cullinane and S. Sødal, "Exploring the Relationships between Maritime Connectivity, International Trade and Domestic Production," Marit. Policy Manag., vol. 48, pp. 497–511, 2021.
  12. [12] W. Li, X. Bai, D. Yang and Y. Hou, "Maritime Connectivity, Transport Infrastructure Expansion and Economic Growth: A Global Perspective," Transp. Res. Part A, vol. 170, 103609, 2023.
  13. [13] X. Bekteshi et al., "The Impact of Shipping Connectivity on Environmental Quality, Financial Development, and Economic Growth in RCEP Countries," J. Risk Financ. Manag., vol. 17, 559, 2024.
  14. [14] 5G-ROUTES Project, "Public Deliverables." Available online: https://www.5G-routes.eu/dissemination-communication/public-deliverables/ (accessed on 5 March 2025).
  15. [15] S. Beltozar-Clemente et al., "Contributions of the 5G Network with Respect to Decent Work and Economic Growth (SDG 8): A Systematic Review," Sustainability, vol. 15, 15776, 2023.
  16. [16] M. Carrascosa and B. Bellalta, "Cloud-Gaming: Analysis of Google Stadia Traffic," Comput. Commun., vol. 188, pp. 99–116, 2022.
  17. [17] A. Kartakoullis et al., "VITAL-5G: A Novel 5G-Enabled Platform for Vertical Innovations in Transport and Logistics," Transp. Res. Procedia, vol. 72, pp. 4303–4310, 2023.
  18. [18] R. Pilvik et al., "Maritime Fleet-Based 5G Network Extension: A Model for Cross-Border Coastal Applications," in Proc. IEEE FNWF, Dubai, UAE, 2024.
  19. [19] Regulation (EU) 2020/1056 on electronic freight transport information (eFTI), EUR-Lex.
  20. [20] P. Peng et al., "Global Oil Traffic Network and Diffusion of Influence among Ports Using Real Time Data," Energy, vol. 172, pp. 333–342, 2019.
  21. [21] C. Ducruet, S. Cuyala and A. El Hosni, "Maritime Networks as Systems of Cities," J. Transp. Geogr., vol. 66, pp. 340–355, 2018.
  22. [22] D. Tsiotas, S. Niavis and L. Sdrolias, "Operational and Geographical Dynamics of Ports in the Topology of Cruise Networks: The Case of Mediterranean," J. Transp. Geogr., vol. 72, pp. 23–35, 2018.
  23. [23] S. Anand et al., "Internet over the Ocean: A Smart IoT-Enabled Digital Ecosystem for Empowering Coastal Fisher Communities," Technol. Soc., vol. 79, 102686, 2024.
  24. [24] S. Sharif, S. Zeadally and W. Ejaz, "Space-Aerial-Ground-Sea Integrated Networks: Resource Optimization and Challenges in 6G," J. Netw. Comput. Appl., vol. 215, 103647, 2023.
  25. [25] P. Consul et al., "Towards an Optimal 3-D Design and Deployment of 6G UAVs for Interference Mitigation under Terrestrial Networks," Ad Hoc Netw., vol. 164, 103612, 2024.
  26. [26] L. Bastos et al., "Potential of 5G Technologies for Military Application," in Proc. ICMCIS, The Hague, Netherlands, 2021.
  27. [27] J. Suomalainen et al., "Cybersecurity for Tactical 6G Networks: Threats, Architecture, and Intelligence," Future Gener. Comput. Syst., vol. 162, 107500, 2025.
  28. [28] N. Kumar and R. Ali, "Blockchain-Enabled Authentication Framework for Maritime Transportation System Empowered by 6G-IoT," Comput. Netw., vol. 244, 110353, 2024.
  29. [29] B. Akcali Gur, "Cybersecurity, European Digital Sovereignty and the 5G Rollout Crisis," Comput. Law Secur. Rev., vol. 46, 105736, 2022.
  30. [30] N. Bai, X. Hu and S. Wang, "A Survey on Unmanned Aerial Systems Cybersecurity," J. Syst. Archit., vol. 156, 103282, 2024.
  31. [31] F. S. Alqurashi et al., "Maritime Communications: A Survey on Enabling Technologies, Opportunities, and Challenges," IEEE Internet Things J., vol. 10, pp. 3525–3547, 2023.
  32. [32] A. Lindenbergs et al., "Seamless 5G Multi-Hop Connectivity Architecture and Trials for Maritime Applications," Sensors, vol. 23, 4203, 2023.
  33. [33] S. Horsmanheimo et al., "Maritime Multi-Hop Communication over 5G Networks: A Campus Area Testbed Implementation and Evaluation," in Proc. IEEE FNWF, Dubai, UAE, 2024.
  34. [34] Y. Zhang, M. A. Kishk and M.-S. Alouini, "A Survey on Integrated Access and Backhaul Networks," Front. Commun. Netw., vol. 2, 647284, 2021.
  35. [35] R. Pabst et al., "Relay-Based Deployment Concepts for Wireless and Mobile Broadband Radio," IEEE Commun. Mag., vol. 42, pp. 80–89, 2004.
  36. [36] C. Madapatha et al., "On Integrated Access and Backhaul Networks: Current Status and Potentials," IEEE Open J. Commun. Soc., vol. 1, pp. 1374–1389, 2020.
  37. [37] Ericsson Technology Review, "Introducing Integrated Access and Backhaul," 2020.
  38. [38] F. V. Monteiro et al., "Paving the Way Toward Mobile IAB: Problems, Solutions and Challenges," IEEE Open J. Commun. Soc., vol. 3, pp. 2347–2379, 2022.
  39. [39] S. Horsmanheimo et al., "Maritime Multi-Hop Communication over 5G Networks: An Indoor Testbed Implementation and Evaluation," in Proc. IEEE VTC2024-Fall, Washington, DC, USA, 2024.
  40. [40] A. Aijaz, "Private 5G: The Future of Industrial Wireless," IEEE Ind. Electron. Mag., vol. 14, pp. 136–145, 2020.
  41. [41] J. Prados-Garzon et al., "5G Non-Public Networks: Standardization, Architectures and Challenges," IEEE Access, vol. 9, pp. 153893–153908, 2021.
  42. [42] T. Jairus et al., "Coherent Enterprise Information Modeling for 5G Private Network Feasibility," Proc. Est. Acad. Sci., vol. 73, 100, 2024.
  43. [43] Danish Maritime Authority, "AIS Data." Available online: https://www.dma.dk/safety-at-sea/navigational-information/ais-data (accessed on 8 September 2024).
  44. [44] A. Tritsarolis, Y. Kontoulis and Y. Theodoridis, "The Piraeus AIS Dataset for Large-Scale Maritime Data Analytics," Data Brief, vol. 40, 107782, 2022.
  45. [45] EUROCONTROL, European Organisation for the Safety of Air Navigation.
  46. [46] J. M. Bauer and E. Bohlin, "Regulation and Innovation in 5G Markets," Telecommun. Policy, vol. 46, 102260, 2022.
  47. [47] E. Dahlman, S. Parkvall and J. Sköld, "Spectrum Regulation and Standardization From 3G to 5G," in 4G LTE-Advanced Pro and The Road to 5G, 3rd ed., Academic Press, 2016.
  48. [48] Regulation (EU) 2019/1239 establishing a European Maritime Single Window environment (EMSW), EUR-Lex.

Source: MDPI Electronics 2025, 14(11), 2210 · DOI: 10.3390/electronics14112210 · License: CC BY 4.0 · PDF