具有灵活的基于光束的保护切换的自由空间光网络制造技术

一种系统包括具有多个网络节点(102-110)的网络，网络节点各配置用于自由空间光通信。各网络节点包括一个或多个孔径，经过其，通过光链路(112)来传送和接收光束。光链路包括：(i)业务链路(112a)，其在节点之间传输较高速率业务；以及(ii)获取/跟踪链路(112b)，其传输用来建立和保持其他节点的位置知识的较低速率信号。各网络节点还包括网络处理器，其配置成确定经过网络的一个或多个备用路径。各网络节点还包括光束控制单元(420)，其配置成把来自业务链路的光束重定向到获取/跟踪链路上，以创建备用业务链路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般针对光通信系统。更具体来说，本公开涉及具有灵活的基于光束的保护切换的自由空间光网络。
技术介绍
自由空间光(FSO)系统包括网络节点，网络节点使用光束在光学上相互通信。FSO系统能够提供比射频(RF)通信系统要高许多的数据速率。FSO系统还常常没有与RF系统关联的光谱使用限制。另外，FSO系统通常提供比RF系统更低概率的检测和更高的抗干扰性。但是，在大气中使用时，FSO系统易受到云、雾和其他障碍物的阻碍，以及FSO系统甚至在清澈大气中也能因湍流遭受深度衰弱。对这些问题的常规解决方案包括在光链路级、混合RF/光链路以及基于网络的保护方式的缓和技术。链路缓和技术通常涉及诸如自适应光学、前向纠错、交织和光学自动增益控制之类的特征。但是，即使通过这些缓和技术，FSO系统也常常难以提供可接受的性能，甚至在清澈空气中。混合RF/光链路在光通信出故障时回退到RF通信，但是RF链路具有比光链路明显小的范围和吞吐量，由此降低系统吞吐量。采用基于网络的方式来增进基于链路的缓和，基于网络的方式通常依靠大缓冲器、一旦恢复光链路时的重传以及使用机械光束控制的新光链路的建立。不幸的是，这些技术通常引入大的等待时间，并且具有到大网络的有限的可缩放性。另外，成本连同大小、重量和功率(SWaP)的考虑因素限制在网络节点能够使用的光终端的数量(并且因此限制光链路的数量)，特别是对于诸如飞机和地面交通工具之类的移动平台。这通常使在使用机械光束控制时保持备用路径是不切实际的。
技术实现思路
本公开提供一种具有灵活的基于光束的保护切换的自由空间光网络。尤其是，这种方式能够支持用于故障通信链路的基于网络的缓和技术，该基于网络的缓和技术克服上述问题之一、部分或全部。这种方式还可与诸如以上所述之类的基于链路的缓和技术结合使用。在第一实施例中，一种系统包括具有多个网络节点的网络，网络节点各配置用于自由空间光通信。各网络节点包括一个或多个孔径，经过孔径，光束在光链路上被传送和接收。光链路包括：(i)业务链路，其在节点之间传输较高速率业务；以及(ii)获取/跟踪链路，其传输用来建立和保持其他节点的位置知识的较低速率信号。各网络节点还包括网络处理器，其配置成确定经过网络的一个或多个备用路径。各网络节点还包括光束控制单元，其配置成把来自业务链路的光束重定向到获取/跟踪链路上，以创建备用业务链路。在第二实施例中，一种设备包括光通信终端，其配置成参与与网络节点的自由空间光通信。光通信终端包括一个或多个孔径，经过孔径，光束在光链路上来传送和接收，其中光链路包括：(i)业务链路，其传输较高速率业务；以及(ii)获取/跟踪链路，其传输用来建立和保持网络节点的位置知识的较低速率信号。该设备还包括网络处理器，其配置成确定经过网络的一个或多个备用路径。另外，该设备包括光束控制单元，其配置成把来自业务链路的光束重定向到获取/跟踪链路上，以创建备用业务链路。在第三实施例中，一种方法包括在第一网络节点与第二网络节点进行光学通信，并且通过在光业务链路上传送和接收第一光束与第二网络节点交换数据。该方法还包括通过在光获取/跟踪链路上传送和接收第二光束以光学方式在第一网络节点跟踪第三网络节点。该方法还包括确定经过网络的一个或多个备用路径。另外，该方法包括将第一光束从业务链路重定向到获取/跟踪链路上，以创建备用业务链路。从以下附图、描述和权利要求书，其他技术特征对于本领域的技术人员来说会容易明白。附图说明为了更全面地理解本公开及其特征，现在参照以下结合附图的描述，附图包括：图1示出按照本公开的示例自由空间光(FSO)通信网络；图2A示出按照本公开的FSO网络中的示例通信路径并且图2B示出按照本公开的关联射频/微波网络中的示例通信路径；图3示出按照本公开的FSO网络中的保护切换的示例；图4示出按照本公开、具有FSO和RF/微波能力的示例网络节点；图5A和图5B示出按照本公开的FSO光具座的示例；图6示出按照本公开的光学孔径的示例布置；图7示出按照本公开、用于计算要被用于FSO网络中的保护切换的备用路径的示例方法；以及图8示出按照本公开、用于FSO网络中的保护切换的示例方法。具体实施方式以下所述的图1至8以及用来说明本专利文档中本专利技术的原理的各个实施例只是作为说明，而绝不应被理解为限制本专利技术的范围。本领域的技术人员将会理解，本专利技术的原理可通过任何类型的适当布置的装置或系统来实现。图1示出按照本公开的示例自由空间光(FSO)通信网络100。如图1所示，网络100包括相互进行光学通信的各种节点。在这个示例中，节点包括卫星102-104、飞行器106、陆上交通工具108和海上交通工具110。各卫星102包括围绕地球的对地静止轨道中的任何适当结构。各卫星104包括近地轨道和中地球轨道中的任何适当结构。各飞行器106包括能够对一时间周期保持航空的任何适当结构，例如有人驾驶飞机或无从驾驶飞行器(UAV)。各陆上交通工具108包括能够在陆地行驶的任何适当结构，例如坦克、人员输送车或装甲车。各海上交通工具110包括能够在水上或水下行驶的任何适当结构，例如船舶或潜水艇。如图1所示，各种通信链路112存在于网络100的节点102-110之间。这些通信链路112包括光通信链路，允许节点102-110相互进行光学通信。这些通信链路112还可包括射频(RF)、微波或其他非光学电磁通信链路，从而允许节点102-110使用非光学电磁波相互通信。简言之，所有非光学电磁通信链路称作RF链路。通信链路112可支持以任何适当速率(一个或多个)的数据传输。按照本公开，节点102-110对相互的RF通信范围之内的节点支持空间灵活的FSP光束与RF网格网络配合使用。空间灵活性表示FSO光束能够快速地(例如在小于大约0.5秒或以下)从一个方向重新指向另一个方向，而无需清除连接两个方向的路径。除了光束从光学孔径来传送的行为之外，空间灵活性也适用于从其中光学孔径能够接收进入光束的方向。节点102-110中的光终端使用光学相控阵(OPA)或其他适当元件以电子方式控制其发射光束和接收光束方向。这允许节点102-110将其光通信指向和重新指向，以便沿不同方向光学地发送和接收数据。在与一个节点的通信恶化恶化或者中断<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：网络，包括各配置用于自由空间光通信的多个网络节点；其中各网络节点包括：一个或多个孔径，经过其，通过光链路来传送和接收光束，所述光链路包括(i)在节点之间传输较高速率业务的业务链路以及(ii)传输用来建立和保持其他节点的位置知识的较低速率信号的获取/跟踪链路；网络处理器，配置成确定经过所述网络的一个或多个备用路径；以及光束控制单元，配置成把来自所述业务链路的光束重定向到所述获取/跟踪链路上，以创建备用业务链路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 13/8413071.一种系统，包括：
网络，包括各配置用于自由空间光通信的多个网络节点；
其中各网络节点包括：
一个或多个孔径，经过其，通过光链路来传送和接收光束，所
述光链路包括(i)在节点之间传输较高速率业务的业务链路以及(ii)
传输用来建立和保持其他节点的位置知识的较低速率信号的获取/跟
踪链路；
网络处理器，配置成确定经过所述网络的一个或多个备用路
径；以及
光束控制单元，配置成把来自所述业务链路的光束重定向到所
述获取/跟踪链路上，以创建备用业务链路。
2.如权利要求1所述的系统，其中，各网络节点配置成通过所
述业务链路和所述获取/跟踪链路向/从不同远程网络节点来传送和接
收光束。
3.如权利要求1所述的系统，其中，各网络节点配置成通过较
大量获取/跟踪链路和较少量业务链路进行通信。
4.如权利要求1所述的系统，其中，各网络节点配置成响应触
发事件而重定向网络节点的业务链路和获取/跟踪链路的至少一个。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述触发事件包括所述网
络节点的业务链路的阻隔或中断。
6.如权利要求4所述的系统，其中，所述网络节点之一中的所
述触发事件包括那个网络节点中的所述网络处理器不能使用所述网
络中的现有业务链路和现有获取/跟踪链路来识别充分备用路径。
7.如权利要求1所述的系统，其中，各网络节点中的所述光束
控制单元配置成在大约50毫秒或更少之内把来自所述网络节点的业
务链路的所述光束重定向到所述网络节点的获取/跟踪链路。
8.如权利要求1所述的系统，其中，各网络节点中的所述网络
处理器配置成使用包括所述网络节点的多个节点之间的协作和信息
交换的分布式过程来确定所述网络节点的所述一个或多个备用路径。
9.如权利要求1所述的系统，其中，各网络节点中的所述网络
处理器配置成选择所述网络节点的业务链路和获取/跟踪链路的配
置。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述获取/跟踪链路配置成
携带网络节点之间的控制和状态信息。
11.如权利要求1所述的系统，其中，各网络节点的所述一个或
多个孔径包括通信孔径，所述网络节点的业务链路的所述光束经过通
信孔径。
12.如权利要求11所述的系统，其中，各网络节点的所述一个或
多个孔径还包括至少一个获取/跟踪孔径，所述网络节点的获取/跟踪
链路的所述光束经过获取/跟...

【专利技术属性】
技术研发人员：WJ米尼斯卡尔科，IW史密斯，
申请(专利权)人：雷神公司，
类型：发明
国别省市：美国;US