海底观测网络在实施长期、连续、实时、原位的海洋观测中具有不可替代的作用。我国自本世纪初进入这个领域,目前仍处于比较初级的阶段。本文中提出的分层模型将海底观测网络划分为仪器层、接入层、汇聚层、主干系统和岸上系统五个层次,并描述了各层次的功能及层次间的接口。根据观测网络规模的不同,又将其具体分为局域网、区域网和广域网三种类型,作为层次模型的三种典型实现。在分层模型的基础上进行修改和衍生,能够设计出满足各种观测需求的网络方案。课题中参考分层模型的功能和接口定义,并根据Z2ERO (ZJU-ZRS Experimental Research Observation)海底观测网络的实际组网需求,设计和研究了两种类型的观测器插座模块(Scientific Instrument Interface Module,SIIM),用以实现观测仪器到观测节点百米距离和千米距离的接入。两种SIIM与上层设备之间的连接分别使用48和375VDC的电源接口,电以太网和光以太网的通信接口。每个SIIM都可为观测仪器提供10个接入端口,并有丰富的接口类型和灵活的配置方式。SIIM控制系统监测内部环境参数和观测仪器端口参数,使用软硬件双重防护的方式进行过压和过流保护,保障接入观测仪器的安全。本课题中建立了SIIM的任务可靠性模型,并进行了可靠性分配,确定各组件的许用可靠性指标,为设备选型和设计提供依据和约束条件。在完成SIIM的设计后,分别使用元器件计数法和应力法对电路的可靠性进行预计。并利用元器件应力法确定系统薄弱环节,通过提高这部分元器件质量等级的方法,提高系统的可靠性指标。本课题在分析国内外观测网络建设经验的基础上,提出了一种海底观测网络的分层模型,并基于嵌入式PC技术,设计和研究了观测器插座模块,作为分层模型中接入层的一种具体实现。课题中应用可靠性分配和预计方法,保障了SIIM的可靠性,并通过腔体高压测试、电路校准测试、系统联调、水池试验、湖泊试验和海试六个测试步骤,证明了SIIM是一种性能优良的接入层设备。