自由空间光网状网络制造技术

本发明专利技术公开了一种用于实现具有高连通性、动态的网状拓扑结构的自适应自由空间光网络的系统，其中，每个节点具有一个或多个光学终端，该一个或多个光学终端可以利用空时分复用，其实现了光波束的快速空间跳跃，以提供高的动态节点度，而不会引起高成本或大尺寸、大重量以及高功率需求。因此，网络循序遍历一系列的拓扑结构，在每一拓扑结构期间，所连接的节点进行通信。每个光学终端可以包括多个专用的捕获和跟踪孔径，它们可用于提高可以在节点之间切换业务链路并改变网络拓扑结构的速度，可以提供RF叠加网络作为控制平面，并且RF叠加网络可用于针对光网络提供节点的发现和自适应的路由规划。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
概括地说，本专利技术涉及自由空间光通信系统，更具体地说，涉及自由空间光网状(mesh)网络。
技术介绍
高度连接的射频和微波通信网络(通常被称为网状网络)是公知的。网状网络通过保持节点之间的高度的连通性来提供高的可用性。与RF通信相比，自由空间光(FSO)通信提供更高的数据速率、更低的检测概率、并更少地受干扰影响。此外，FSO通信并不受制于频谱使用限制。尽管在战术的情形中广泛使用了 RF网状网络，但FSO系统通常保持点到点链路(节点度< 2)的集合。由于任何单个受损的光链路可能将网络划分成断开的部分，因此这种低连通性的系统可能具有高延迟、低吞吐量和差的恢复能力。已经进行了尝试来实现具有较高节点度的FSO网络。一些系统在每个节点(节点度=N)处提供了多个(N)光学终端。然而，这种方法并不能在实践中进行调节，因为每次节点度的增加都需要另外的高速光通信终端并因此大幅增加成本以及尺寸、重量、和功率(SffaP)特性。将领会到，小型飞机或车辆可能支持最多两个光通信终端(节点度彡2)。其它系统可以通过除了光点到点链路以外还提供RF叠加网络来提高可用性，其中，RF网络可以提供备份和控制能力。然而，这些混合网络实际上并没有实现较高的光节点度，并因此在单个光业务链路受损时可能遭受降级的数据速率、较高的检测概率、以及较低的干扰抵抗力。因此，需要具有高节点度的FSO网络，并且该FSO网络在每个节点处需要最小数量的光通信终端。
技术实现思路
根据一个方面，本公开内容提供了一种包括三个或更多个节点的自由空间光网络。每个节点具有通信终端，所述通信终端具有提供光波束的空间跳跃能力的专门的光学孔径，以使用光链路连接到至少两个远程节点。这些节点中的至少两个节点在第一时间段期间以第一网络拓扑结构进行连接，并且这些节点中的至少两个节点在第二时间段期间以第二网络拓扑结构进行连接。在第一时间段期间，在这些节点之间建立第一数据路径，并且在第二时间段期间，在这些节点之间建立第二数据路径。因此，本公开内容使用在每个节点处的单个光学终端来提供具有高动态节点度的实际可行的自由空间光网状网络。根据另一个方面，一种用于在自由空间光网络中发送数据的方法包括:在第一时间段期间，将光学数据波束从第一节点指向第二节点；在第一时间段期间，从第一节点向第二节点发送数据；在第二时间段期间，将所述光学数据波束从第一节点指向第三节点，并且在第二时间段期间，从第一节点向第三节点发送数据。【附图说明】通过下面对附图的详细描述可以更充分理解本公开内容的前述特征以及本公开内容本身，其中:图1A是示出了在例示的自由空间光学(FSO)网状网络中的节点和业务链路的网络的图不;图1B是示出了在例示的FSO网络中的节点、业务链路、以及跟踪链路的网络的图示;图1C是示出了在例示的FSO网络中的RF叠加网络的网络的图示；图2是示出了例示的FSO网状网络中的光学终端的网络的图示；图3是示出了用于在图1A和图1B的网络中使用的例示的光学终端的框图；图4是示出了用于在图3的光学终端中使用的例示的光学平台的框图；图5A-图5C是共同示出了对例示的FSO网状网络中的业务链路和跟踪链路的重配置的图示；图6是例示了对图5A-图5C的FSO网状网络中的一个节点处的业务链路重配置的流程图。【具体实施方式】在描述本公开内容之前，解释一些介绍性的概念和术语。术语“节点度”在本文中用于指代在网络中的给定节点处终止的链路的数量。术语“网状网络”在本文中用于指代具有高节点度(通常大于2)的任何网络。术语“光学终端”指代能够发射和/或接收自由空间光波束的任何装置或设备。将领会到，本文中的光学终端还能够接收数据和/或跟踪远程光学终端。术语“跳”、“跳跃”、以及“波束跳跃”都通常指代将已发射的自由空间光波束从第一方向重指向第二方向和/或对光学终端进行重配置以接收这种波束的过程。术语“业务链路”指代能够以高数据速率携带用户数据的任何通信链路，并且其可以是单向的，或者更常见地是双向的。术语“跟踪链路”指代主要用于跟踪其它终端的位置达到在其它终端之间进行光通信所需要的精度的光链路。术语“空间捕获”指代确定另一个节点的方向的动作，当前并未使用可以对该另一个节点进行跟踪的足够的精度来对另一个节点进行跟踪。出于讨论目的，可以从位于特定平台上的终端与位于远处平台上的另一个终端(被称为远程终端)相互作用的角度来提及位于特定平台上的终端的特性。应当指出，该术语是相对的，并且两个终端将通常具有相同的能力。术语“光学孔径”指代终端中对光波束进入并离开终端进行控制的部分。本文将引用“RF叠加网络”，然而应当理解的是，这些叠加网络可以利用射频(RF)通信和/或微波通信。现在将参照附图详细描述本公开内容的实施例，其中，相似的附图标记标识类似的或相同的元素。参考图1A，示例性的自由空间光(FSO)网状网络100包括节点102、节点104、节点106、节点108和节点110、活动业务链路112、以及非活动业务链路140。在图1A中，节点102-节点110示出为飞机，然而将领会到，每个节点可以是能够支持如本文所描述的光通信终端的任何结构体。例如，每个节点可以是诸如卫星之类的在围绕地球的静止轨道中的结构体、诸如有人驾驶的飞机或无人驾驶的飞行器(UAV)之类的飞行器、诸如坦克、人员运输车、或者装甲车之类的陆基交通工具、或者诸如舰艇或潜艇之类的海基交通工具。节点102-节点110中的每个节点通常具有与网络100中的每个其它节点相同的光通信能力。因此，对任何节点的讨论通常将适用于每个其它节点。为了简化说明，本文将讨论节点102的能力和结构。节点102包括具有至少一个光通信孔径102b的至少一个光学终端102a。光通信终端102a可以支持IGbpsUOGbps或更高的高速率数据传输。如下面结合图1B所讨论的，在某些实施例中，光学终端102a还可以包括多个捕获和跟踪(acq/trk)孔径。光学终端102a能够发射和接收空间上捷变的FSO波束，空间捷变性表示可以将FSO波束从一个方向迅速重指向另一个方向而不需要扫过这两个方向之间的弧度。除了从光学孔径发射波束的动作以外，空间捷变性还适用于光学孔径可以接收入射波束的方向。在实施例中，光学终端102a可以使用光学相控阵列(OPA)来以电子方式使它们的发射波束和接收方向进行转向。如本领域中所公知的，OPA可以在机械转向的孔径所需要的一部分时间内以电子方式使发射波束重指向。电子转向允许节点102-节点110迅速重指向(“跳跃，，)它们的光通信，以便在不同方向上光学地发送和接收数据。这里重要的是，跳跃时间并不取决于如从光学终端观察到的在其上发起跳跃的远程终端与在其上终止跳跃的远程终端之间的角度。尽管该系统可以在任何波长上操作，但某个实施例在1550nm的标准光通信波长上操作。可以将在其它波长上的OPA切换时间的最新测量结果推测为在1550nm的?0.1ms的波束切换时间。在这些切换时间，波束可以使用如此少的重指向时间而以这种高速率进行跳跃，使得具有这些变化的顺序连接的系统非常近似于具有大量并行连接的系统。在某些实施例中，每个活动业务链路112表示由在相反方向上传播的共同对齐的一对光波束形成的双向通信链路。在这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种网络，包括：三个或更多个节点，每个节点具有用于提供光波束跳跃能力的多个光学数据终端，以便使用光链路连接到至少两个远程节点；所述节点中的至少两个节点在第一时间段期间以第一网络拓扑结构进行连接，并且所述节点中的至少两个节点在第二时间段期间以第二网络拓扑结构进行连接；其中，在所述第一时间段期间，在所连接的节点之间建立第一数据路径，并且在所述第二时间段期间，在所连接的节点之间建立第二数据路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·J·米尼斯卡尔科，
申请(专利权)人：雷声公司，
类型：发明
国别省市：美国;US