[发明专利]自由空间光网状网络

说明书

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。

技术领域

概括地说，本发明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。

背景技术

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(SWaP)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≤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。

发明内容

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示；

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；