CN105122683A - 自由空间光网状网络 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

自由空间光网状网络

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；

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1Gbps、10Gbps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。在这些实施例中，单个通信孔径(例如102b和104b)能够既发射光通信波束又接收光通信波束。因此，可以通过使光学孔径102b指向光学孔径104b的方向并通过使孔径104b指向孔径102b来在节点102与104之间形成双向的业务链路112a。因此，将节点102的发射波束的方向指向节点104的接收方向，并将节点104的发射波束指向节点102的接收方向，从而形成了双向的通信链路。在实施例中，能够精确转向的OPA可用于使光发射波束和接收方向共同对齐。

在其它实施例中，每个活动业务链路112表示由与一个远程接收方向对齐的一个发射波束形成的双向通信链路。在这些实施例中，每个光学终端(例如102a和104a)可具有用于发送数据和接收数据的单独的孔径。因此，例如，终端102a可以包括对齐到终端104a的发射孔径，并且终端104a可以包括对齐到终端102a的接收孔径，同时终端102a可以包括对齐到终端104a的单独的接收孔径，并且终端104a可以包括对齐到终端102a的发射孔径。或者，可以使终端102a的接收孔径和终端104a的发射孔径对齐到不同的光学终端，例如110a和106a。

在图1A中示出的示例性网络100中，各个节点102-110包括一个光通信终端(例如102b)，并因此在任何给定的时间可具有最多一个活动业务链路(例如112a)。将领会到，每个节点可以包括一个以上的光学终端，并且通常来说，由所提供的通信终端的数量来确定活动业务链路的数量。每节点多个终端使得每个节点能够同时连接到多个其它节点。这可以在所有时间都提供通过网络的完整路径，并消除或减少了数据缓冲的需要。如下面进一步讨论的，这还实现了光突发传输。

除了活动业务链路112以外，网络100包括多个“非活动”业务链路140，其表示两个节点建立活动业务链路的共同意向。下面将进一步讨论两个节点可以共同计划建立链路的技术。简单地说，每个非活动业务链路140可以在不久的将来变成活动链路，并且同样地，每个活动业务链路112可以在不久的将来变成非活动链路。例如，非活动业务链路140a表示节点102和节点106通过使它们各自的发射波束和接收方向重指向来在不久的将来建立活动的(即，实际的)业务链路的共同意向。同样地，非活动链路140b表示节点102和108建立业务链路的共同意向，并且非活动链路140c表示节点102和110建立业务链路的共同意向。在某些实施例中，光学终端102a、104a、106a、108a、110a利用能够迅速使发射波束和接收方向在上面所讨论的时间尺度上重指向的OPA。现在将领会到，节点102能够在至节点104的活动业务链路112a到至节点106、节点108、以及节点110中的任何一个节点的活动业务链路之间迅速切换。因此，出于下面进一步讨论的某些目的，在活动业务链路112与非活动业务链路140之间不存在实际差别，并且针对节点102-110中的每个节点的动态的节点度是其活动业务链路和非活动业务链路之和。

将领会到，FSO网状网络110需要每个节点102-110知道一个或多个相邻节点的位置，或者更具体来说，那些节点的其中之一的光通信孔径的(例如102b)的位置。在某些实施例中，节点的数量和相对位置通常是固定的，并且因此可以将每个节点的位置预先编程到每个其它节点的控制系统中。在其它实施例中，网络100是移动自组织网络(MANET)，因此需要空间协调，其中，每个节点能够动态地确定相邻节点的存在和位置。下面结合图2进一步讨论这个过程(在本文中被称为空间捕获)。

除了空间协调以外，需要在节点102-节点110之间进行时间协调，以允许通信节点之间的指向方向的同步。因此，需要空间协调和时间协调两者。在某些实施例中，使用空时分复用(STDM)来提供空间-时间协调。使用STDM，各个节点102-110在计划好的时间段(被称为“时隙”)期间使其发射波束和接收方向指向指定的相邻节点。因此，存在在其相邻节点之间进行通信的程序化的进程。该通信进程(包括进程的顺序、通信发生的时间、以及通信的持续时间(驻留(dwell)时间))被称为通信周期或跳跃序列。在典型的跳跃序列中，为每个相邻节点分配与在该相邻节点上通信波束的驻留时间(在其期间交换业务数据)相一致的时隙。在图5A-图5C以及图6中示出了例示的STDM跳跃序列。如上面所讨论的STDM用于对等网络中，并需要所有节点知道跳跃调度。可以在接入网络中使用相关技术(空时分多址(STDMA))，对于该接入网络，多个客户端节点通过聚合节点连接到网络。在第8,116,632号美国专利(其以引用方式并入本文)中进一步描述了STDMA。

在某些实施例中，可以预先计划跳跃序列，并将其预先编程到每个节点的网络处理器(图3中的308)中。在其中FSO网状网络100具有通常固定数量的节点和节点位置，并且很少有链路失败的情况下，可以使用预先计划的序列。

在实施例中，跳跃序列是自适应的，并且使用与用于某些RFMANET的那些方法和技术类似的方法和技术来实时地或接近实时地计算跳跃序列。在其中FSO网状网络100是移动网络、MANET、和/或链路失败是常见的情况下，可以使用自适应的跳跃序列。自适应的跳跃序列可以基于业务需求、节点状态、链路状态、和/或环境状况。可以经由RF叠加网络(图1C中的122)来传输业务负载以及节点状态和链路状态，并且每个节点的网络处理器308可以进行操作来保持网络的拓扑结构，并且参与对主用路由和备用路由的分布式计算并储存结果。例如，可以对业务链路的拓扑结构以及它们的驻留时间进行改变，以便适应业务模式中的变化或者节点位置或节点数量的变化。如果检测到链路或节点中断(outage)，则节点网络控制器可以为损伤部分附近的业务重新路由。如果剩余的未损伤的链路的容量并不足以携带所有的阻塞业务，则丢弃较低优先级的业务，或者使该较低优先级的业务排队等候稍后的传输。下面将结合图3进一步讨论网络处理器308的操作。任何给定的跳跃序列可以不包括至每个可能的节点的活动业务链路，并且可以包括某些节点之间的多个业务链路。

在一些实施例中，可以针对任意时间段来将网络100中的若干节点或所有节点同步到一起，以便为通过网络的突发业务提供长数据路径。因此，除了跳跃序列以外，FSO网状网络100还提供了突发模式传输。

如本领域中所公知的，通常通过网络的平均吞吐量/带宽、平均延迟、以及抖动来测量网络性能。将领会到，尽管在STDM系统中的这些测量结果之间常常存在权衡，并且特定应用可能更需要这些测量结果中的一项，但是获得高吞吐量以及低延迟和低抖动通常是期望的。例如，缓冲的视频流通常需要相对高的吞吐量和低抖动，但可以容忍相对高的延迟。

STDM的一个性能代价是：由于节点的发送/接收设施具有固定的数据速率并在所有的相邻节点之间共享，平均带宽、以及因此每个有效的业务链路的吞吐量随着相邻节点的数量增加而下降。这在多路访问网络(例如，电缆互联网访问和光纤入户)中是常见的情形，并可以通过具有资源调度的基于策略的服务质量(QoS)管理来解决。波分复用(WDM)也可以用于增加发送/接收设施的带宽，从而每个有效的业务链路的带宽具有成本和SWaP的适度增加。另一个性能代价是由节点与其它相邻节点通信所花费的时间而产生的延迟。对于需要10毫秒或更多的时间来在远程终端之间使波束重指向的波束控制孔径，这导致了带宽效率和延迟以及缓冲区大小之间的权衡。作为QoS的策略协商的部分，可以基于每个相邻节点来动态地调整这种权衡。然而，最新OPA的亚毫秒级的快速切换时间大幅消除了这个问题，使得能够使用短的驻留时间来获得高吞吐量和低延迟。

应当领会到，在多个相邻节点之间共享终端的聚合带宽。某些带宽低效率在跳跃(空分)操作中是固有的，因为其花费了一定的时间量来使波束停留在每个远程终端上并对波束进行改进。该时间取决于转向机制。机械转向的波束对于大于望远镜的视场角(通常≤2°)的跳跃来说将太慢。在一个实施例中，由于电子波束转向的速度和开环精度而使用了电子波束转向。对于使用目前一代向列液晶的典型加热的光学相控阵列(OPA)，根据液晶的类型和所使用的波长，用于使波束在任意角度之间重定向的时间大约是5-10ms。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跳跃在其上终止的远程终端之间的角度。其它类型的液晶比上面提到的转向时间快得多，并可以将该波束的重定向时间减少一个数量级以上。本领域普通技术人员将领会到如何针对具体应用来选择适当的液晶设备，包括对速度、转向效率、以及可靠性的考虑。

由跳跃序列来确定延迟，具体来说，在循环遍历所有相邻节点的过程中终端重新访问相同的相邻节点的终端所花费的时间。STDM可以利用缓冲和突发模式传输，并且因此可能不适合于需要非常低的延迟的业务。然而，可以借助于在每一端处(即，在入口节点和出口节点处)进行缓冲来处理单向流的业务(例如，视频)，以便将抖动减少到可接受的水平。

还应当领会，由于使波束跳跃所造成的死区时间(deadtime)而使得在带宽效率与延迟之间存在权衡。随着相邻节点的数量增加，可以通过保持波束重指向时间与驻留时间常数之间的比率并增加循环时间来保持吞吐效率，然而要理解的是，这增加了延迟。保持固定的延迟需要当增加用户时减小驻留时间，但是这降低了吞吐效率。将领会的是，这种影响的大小取决于转向孔径的重指向时间，新一代的快速OPA(其具有重指向时间≤10ms)使这种影响最小化，因为它们能够在非常短的驻留时间保持高的吞吐效率。

现在应当领会，本公开内容通过利用高速的空间上捷变的FSO波束以及在对方向进行指向的节点之间的空间-时间协调来提供了具有高动态节点度、高吞吐效率、以及低延迟的FSO网状网络100。该网络可以在保持可忽略的吞吐量损失和低延迟的同时实现跳跃和突发模式传输。该网络可以使用自适应路由和链路切换来适应于业务状况、节点数量和位置的改变，以克服链路损伤和节点损伤。此外，本公开内容可以将针对RF网状网络已经开发的技术和操作(例如光切换和路由协议)并入到FSO网络中，而同时保留具有高数据速率的高度定向的光波束的优点。

现在参考图1B，FSO网状网络100包括节点102-节点110。代表所有其它节点的节点102包括光学终端102a。光学终端102a包括光通信孔径102b和一个或多个光学捕获和跟踪(acq/trk)孔径102c。acq/trk孔径102c能够使用信标源来发射跟踪信标，并且还使用信标传感器来接收远程跟踪信标。在某些实施例中，acq/trk孔径102c可以使用OPA来进行转向，此外，相应的跟踪信标可以包括空间上捷变的波束。acq/trk孔径102可以不如通信孔径102b那么复杂，并因此可具有比相应的通信孔径更低的成本和更小的尺寸、更轻的重量、以及更低的功率(SWaP)特性。因此，尽管小型飞行器或地面交通工具能够支持最多两个光通信孔径，但除了通信孔径以外，这种交通工具能够支持一个或多个acq/trk孔径。以类似的方式，节点104包括具有光通信孔径104b和acq/trk孔径104c的光学终端104a，节点106包括具有光通信孔径106b和acq/trk孔径106c的光学终端106a，节点108包括具有光通信孔径108a和acq/trk孔径108c的光学终端108a，并且节点110包括具有光通信孔径110b和acq/trk孔径110c的光学终端110a。

在某些实施例中，提供了专用的acq/trk孔径102c，并且该专用的acq/trk孔径102c可由节点102使用来进行连续跟踪并为其它节点提供信标或其它信号，以便空间上捕获其它节点或对其它节点进行定位，并随后保持那些节点之间的跟踪链路114。由于业务链路波束的发散度如此小以致为了获得充足的信号强度而需要精确的指向信息，因此需要光学跟踪链路。即使当那些节点之间没有建立业务链路112时，也可以保持acq/trk链路。因为光学跟踪器可能需要信标或其它信号来进行跟踪(可以在通信波长进行跟踪)，在跟踪链路114两端的节点知道彼此，表示这两个节点可以将它们的信标指向彼此并同时保持精确的相对位置。尽管acq/trk孔径102c可以与通信孔径102b分隔开，但相应的跟踪波束和发射波束可以是共同对齐的。共同对齐是可行的，因为两种类型的孔径可以使用OPA来提供精确的、准确的电子转向。

在其它实施例中，使用通信孔径102b来执行跟踪，并且不需要专用的acq/trk孔径102c。在这些实施例中，可以通过使通信孔径的发射波束和接收方向在保持业务链路112所使用的节点与针对可能的业务链路114而跟踪的那些节点之间随时跳跃来更新跟踪数据。这可能涉及非常快的波束重指向，以便保持业务链路112上的高的信息吞吐量。其还可能涉及时间协调，以使得信标源和信标接收机在适当的时间瞄准彼此。然而，这种方法可能会降低吞吐效率，因为执行跟踪功能所花费的时间增加了通信的死区时间。

如所示出的，通过一系列(活动)业务链路112和跟踪链路114来连接节点102-110。如在图1A中，图1B中的业务链路112可以表示由共同对齐的光发射波束和接收方向形成的双向通信链路或单向通信链路。跟踪链路114可以表示一个跟踪信标和一个传感器、或者跟踪信标和传感器的双向对。在可以建立业务链路112之前，可以建立跟踪链路114来保持两个节点之间的精确的指向方向。因此，跟踪链路114表示可能潜在地被转变成通信链路的路径，并因此可以对应于图1A中的非活动业务链路140。

acq/trk孔径102c的一个目的是用于促进发送/接收重指向过程并因此进一步减小了性能代价相关联的波束跳跃。acq/trk孔径可以对已经存在于跳跃序列中的网络节点或者要包含的候选的网络节点进行跟踪。由于通过跟踪链路114连接的节点能够实时保持它们的相对位置(指向方向)以及它们之间的路径状态，因此它们的通信孔径朝向彼此的重指向和在它们之间建立活动业务链路可以非常快地发生。acq/trck孔径102的另一个目的是用于使得节点能够在不与现有网络节点进行的通信相干扰的情况下加入网络。acq/track孔径102c的另一个目的在于，由这些孔径保持的跟踪链路还提供了用于输入到路由计算过程的关于潜在通信链路的质量的信息。

现在参考图1C，图1A和图1B中的FSO网状网络100示出为具有RF叠加网络122。RF叠加网络122包括节点102-110和无线RF链路120。RF链路120可以包括射频、微波或者其它非光学的电磁通信链路(其允许节点102-110使用非光学的电磁波来彼此进行通信)。RF链路120可以支持任何适当的速率的数据传输。为简洁起见，所有的非光学的通信链路被称为RF链路。在具体的实施例中，节点102-110包括用于产生/接收多个波束或者用于使波束在多个节点之间跳跃的RF相控阵列天线。这提供了对RF终端硬件的有效使用以及大量同时的RF链路。在其它实施例中，可以使用机械转向的RF定向天线。在另外其它实施例中，可以使用全方向RF天线。在一个实施例中，RF叠加网络122采用相控阵列天线来产生和接收多个波束或者使单个波束在所有节点之间跳跃。这具有有效的频谱使用和减小的检测概率的优点。或者，可以使用全方向RF天线，尽管这缺乏以上优点并可能缺乏用于支持控制平面业务的容量。可以专门实现RF叠加网络122来支持FSO网络，或者RF叠加网络122可以是主要目的在于携带RF通信业务的现有网络。

RF链路120利用相同的节点102-110组成了并行网络或叠加网络。相对于光通信网络，叠加网络可用于以较低的数据速率来传输信息(例如控制平面数据)，以便当光通信链路失败时传输某些数据，或者传输打算只在RF网络上携带的数据。由于RF在大气中的较高可用性以及使用比用户业务高的保证来输送控制信息的需要，因此可以使用RF。尽管RF网络提供了在光网络附近的所有节点之间的逻辑连通性，但是如果该RF网络具有足够的容量来中继来自远处节点的信息，则不需要物理上完全连接。

如上面所讨论的，RF叠加网络122可用于在节点之间发送控制平面信息。该控制平面信息可以根据实现而包括很多种的信息。例如，控制平面信息可以包括用于空间上和时间上协调节点之间的瞬态的互易波束指向的信息、允许节点将它们的光学系统彼此指向的信息、以及信标信号或其它信号。该信息可用于针对业务链路规划通过网络的路由。因为潜在链路的光学状态、节点位置、以及业务模式可能连续变化，因此可以连续执行路由计算。如果光业务链路(图1B中的122)不可用，则RF叠加网络122还可以用于传输有限量的优先业务。RF叠加网络122还可以用于传输关于链路122被监控的性能信息，并用于在没有跟踪链路114的情况下提供关于节点的状态信息，以使得如果需要则可以迅速建立跟踪链路114。

在某些实施例中，RF叠加网络122包括能够发现节点和潜在链路的MANET。因此，将领会到，RF叠加网络122可以基于对节点的RF发现和基于业务的光连通性来为FSO网状网络100提供自组织能力。

现在参考图2，示出了光学终端200、202、和204，其中每一个光学终端可以与图1A中的光学终端102a、104a、106a、108a、以及110a中的任何一个相同或者相类似。为了简化说明，在图2中示出了三个节点/终端，然而将领会到，本文中所描述的系统和方法允许具有通常任意数量的节点的网络。终端200、202、204中的每个终端包括光通信孔径206、208、210中的相应的一个光通信孔径，这些光通信孔径发射和/或接收通信波束218-228。通信波束对218、220以及222、224(示出为虚线)形成了非活动业务链路，其可以对应于图1A中的链路114a-114d中的任何一个。类似地，通信波束对226、228形成了活动业务链路，其可以对应于图1A中的任何链路112a-112d。为了简化说明，本文可以将对向传播通信波束对互换地称为业务链路；尽管在一些实施例中，业务链路可以是单向的并由单个波束组成。每个终端200-204还包括相应的多个acq/trk孔径212a-212d、214a-214d、以及216-216d，该相应的多个acq/trk孔径提供跟踪波束(信标)230、232、234、236、238、以及240。跟踪信标对230、232、和234、236、以及238、240形成相应的跟踪链路。为了简化说明，本文可以将跟踪信标对互换地称为跟踪链路。

仍然参考图2，现在将描述光学终端200的操作和功能。将领会到，由于光学终端200-204具有类似的结构，因此本描述通常还适用于终端202和204。光学终端200使用对发射通信波束218、228以及接收方向220、226的精确的电子波束转向来借助STDM提供至相邻节点的光学终端208和210的双向网络连通性。使用单个光学通信孔径来连接多个远程节点降低了成本以及降低了使用光学终端200来提供相同数量的波束与使用每个光学终端具有单个波束的多个光学终端相比的SWaP特性。

如根据下文的描述将变得显而易见的，通过使用高速的、捷变的、精确的电子波束转向来提供空分复用，以便使通信波束218、228和接收方向220、226在远程终端202和204之间跳跃。通过为每个远程终端202和210分配与该远程终端上的发射波束218、228和接收方向220、226的驻留时间一致的时隙来提供时分复用。因此，空分复用和时分复用(即，STDM)的组合使得光学终端200能够操作，以使得使用多个远程终端202、204中的适当的一个远程终端，由于发射波束218、228和接收方向220、226在正确的时间指向该远程终端，因此双向通信是可能的。

因此，在任何给定的时间瞬间，终端200(例如，经由波束转向机制)使发射波束和接收方向定向到远程终端202、204的其中之一，并且该终端能够向该远程终端进行发射并从该远程终端进行接收。终端200驻留在远程终端202、204中特定的一个远程终端上的时间与分配给该终端的时隙一致，并可由波束跳跃序列来指定。终端200可以支持可变数量的相邻节点，多达由若干因素确定的最大值，这些因素包括通信孔径的数量、acq/trk孔径的数量、终端200的聚合带宽容量、以及网络的服务要求。如上面所提到的，在某些实施例中，针对每个相邻节点都具有一个acq/trk孔径，并具有在相邻节点之间共享的一个通信孔径。在其它实施例中，acq/trk孔径的数量可以少于或多于相邻节点的数量。将领会的是，通过使用STDM，终端200的最大的部件和最昂贵的部件可以在其所有的相邻终端之间共享。

在图2中示出的示例性网络中，单个光通信终端200通过使用单个通信孔径206来控制的发射波束218、228和接收方向220、226，与相邻终端200、204进行通信。光学终端200在期望的时间使发射波束218、228和接收方向220、226转向相邻终端202、204中的每个终端并持续期望的时间段。发射波束228和接收方向226代表例示的FSO网络在当前的时间瞬间的状态，其中发射波束218和接收方向220代表FSO网络在较早的时间瞬间或稍后的时间瞬间的状态。因此，如所示出的，当前在终端200与终端204之间建立了实际的业务链路，而在节点200与节点202之间建立了非活动业务链路。

为了实现快速跳跃而不需要空间上的重新捕获，相邻的节点终端202向acq/trk孔径212b提供了跟踪信标232，并且类似地，相邻的节点终端204向acq/trk孔径212d提供了跟踪信标238。在acq/trk孔径的数量与相邻节点的数量相等或大于相邻节点的数量的实施例中，远程终端202、204向跟踪孔径212a-212d中对应的一个跟踪孔径提供跟踪信标232、238中相应的一个跟踪信标。因此，每个跟踪孔径212a-212d连续地接收多个跟踪信标232、238中相应的一个跟踪信标。这使得每个终端能够使用相同的精度来跟踪相邻终端，而不管它们之间是否存在活动业务链路。此外，当终端之间需要业务链路时，可以立即(即，不存在针对重新捕获的延迟)将一对终端的发射波束和接收方向指向多个远程终端202、204中适当的一个远程终端。还可以对信标232、238进行调制，以便在远程终端202、204与终端200之间发送低带宽的控制和命令线(orderwire)信息。可以通过对跟踪信标进行低比特率编码来交换这种控制和命令线信息。

如所示出的，终端200包括用于对两个相邻节点终端202、204进行跟踪的四个acq/trk孔径212a、212b、212c以及212d。期望的是针对每个相邻节点终端具有至少一个专用的acq/trk孔径，以便通过避免需要重新捕获和及时地对实现动态带宽分配的控制信息进行传输而使带宽效率最大化。然而应当指出，可能并不是在每个应用中都需要连续控制和跟踪。因此，在一些实施例中，acq/trk孔径的数量可以小于相邻节点的数量。

在acq/trk孔径的数量小于远程终端的数量的一个实施例中，acq/trk孔径212是循环的，以使得每个远程终端并不是必须在所有时间都具有与该远程终端相关联的acq/trk跟踪孔径。在这种情形下，终端200将acq/trk孔径作为资源池进行管理，并在终端200使通信发射波束218、228和接收方向220、226指向远程终端之前便为每个远程终端分配acq/trk孔径。以这种方式，在跳跃序列中达到针对远程终端所分配的通信时隙之前便完成了空间重新捕获过程。因此，每个远程终端可以在跳跃序列中的不同时隙期间接收不同的跟踪信标。因为远程终端在跳跃循环期间将不具有用于在某些时间跟踪的信标，因此当为远程终端分配新的跟踪信标时，其还必须重新捕获终端200节点。应当领会，重新捕获时间取决于节点的相对运动的规律性以及期间没有信标和/或acq/trk孔径是可用的时间间隔的持续时间。然而，存在准确的目标轨迹预测算法来减少重新捕获时间。正因为所有终端必须知道针对业务链路的跳跃序列，因此当采用这种“刚好及时”的重新捕获技术时，必须存在由所有终端共享的重新捕获序列。

现在参考图3，示出了具有FSO能力和RF能力两者的例示的网络节点。具体而言，图3例示了混合的“光学加RF”的光学终端300，其可以位于图1A中的FSO网状网络100的任何节点102-110处。在示出的实施例中，终端300包括网络节点控制器302、RF系统或终端304、一个或多个光学系统或终端306、以及网络处理器308。在其它实施例中，节点可具有仅为光学的终端。

控制器302控制混合终端的整体操作。例如，控制器302可以管理RF终端304和光学终端306的操作以控制由终端300进行的数据发送或接收。控制器302负责以下的功能：诸如终端的启动和关闭、对终端和链路状态的监控和报告、配置终端、对业务链路和acq/trk链路进行重定向、以及当由网络处理器308指示时，执行所计算出的并储存在网络处理器308中的主用的和备用的路由规划。控制器302包括用于控制通信终端的任何适当的结构，例如处理系统，其包括至少一个微处理器、微控制器、数字信号处理器、场可编程门阵列、或者专用集成电路(ASIC)。

网络处理器308进行操作来保持网络的拓扑结构以及节点和链路的状态。网络处理器308还参与基于业务负载和链路状态对路由和跳跃序列进行分布式计算，并储存结果。对路由的计算可以代表使用在多个节点300之间的合作和信息交换来在这些节点之间执行的分布式过程。网络处理器308还决定在发生中断的情况下要实施的缓解过程，该缓解过程可以是本地的或者远程的。处理器308包括用于支持网络组织的任何适当的结构，例如处理系统，其包括至少一个微处理器、微控制器、数字信号处理器、场可编程门阵列、或者ASIC。

RF终端304可以使用RF通信来提供与其它节点的通信。RF终端304可以专门被设计为支持FSO网状网络的操作，或者其可以是RF通信网络中用于附带地为FSO网状网络提供支持的部分。在该示例中，RF终端304包括RF电子部件310、RF天线312、以及发现天线314。RF电子部件310执行用于针对无线发射产生信号或者用于处理无线接收到的信号的各种功能。例如，RF电子部件310可以包括滤波器、放大器、混频器、调制解调器、或者用于产生和接收RF信号的其它部件。还可以支持其它功能，例如用于抵抗多径衰落或者用于支持相控阵列天线的使用的信号合并。RF电子部件310还可以包括MANET和通用数据链(CDL)功能，该通用数据链功能支持与多个其它节点的数据交换。RF电子部件310包括有助于使用RF或其它无线的非光学的电磁信号来与其它节点进行通信的任何适当的结构。

RF天线312和发现天线314支持向其它节点发射RF信号并从其它节点接收RF信号。在一些实施例中，RF天线312用于与其它节点进行通信并交换数据(例如控制平面信息)，并且发现天线314用于对进入天线314的RF范围中的新的节点进行定位并识别这些新的节点，以便建立RF通信。RF天线312包括用于对去往向/来自其它节点的数据进行传输的任何适当的结构，例如相控阵列天线。发现天线314包括用于从新的节点接收信号的任何适当的结构，例如全方向辐射体结构。应当指出，使用诸如相控阵列天线之类的天线可以支持其它功能，例如用于在不同方向上同时发射多个RF波束的波束成形。

如所示出的，光学系统306包括光收发机316、光学平台318、电子通信波束转向组件32、以及电子跟踪和信标转向组件322。光收发机316通常进行操作来将电数据转换成光信号以用于传输并将接收到的光信号转换成电数据以用于处理。光收发机316包括用于将电数据转换为光信号并从光信号转换为电数据的任何适当的结构，例如光调制解调器。应当指出，尽管这里示出了集成的光收发机，但可以使用光发射机和单独的光接收机来实现光收发机316。

光学平台318执行各种功能来对发送到光收发机316以及从光收发机316发送的光波束进行处理。例如，光学平台318可以包括用于使光线准直并使光线定向到通信波束转向组件320和跟踪波束转向组件322两者的部件。光学平台318包括用于对发送到光收发机以及从光收发机发送的光波束进行改变的任何适当的结构。光学平台318还执行对于获取和跟踪所需要的功能。图4中示出了光学平台318的示例的实施例，下面描述了该示例的实施例。

电子通信波束转向组件320被配置为使出射的通信发射波束和入射的接收方向进行转向。因此，电子波束转向组件320可以改变发射波束的方向以及接收方向。发射波束的方向代表出射的波束被发射远离终端300的方向。接收方向代表在终端300处接收入射波束的方向。类似地，acq/trk波束转向组件322使跟踪信标瞄准到远程终端，并使接收方向指向为从该终端发送的信标收集光线。电子波束转向组件320和322包括用于对入射的光波束和出射的光波束进行定向和重定向的任何适当的结构，例如一个或多个光学相控阵列以及一个或多个衍射光栅。在第7,215,472号的美国专利、第7,428,100号的美国专利、以及公开号为第2012/0081621号的美国专利(它们以引用方式并入本文中)中提供了针对电子波束转向组件的可能的设计。可以使用提供迅速的、捷变的、以及精确的波束重指向的任何其它波束转向装置。

参考图4，示出了用于在图3中的光学终端300中使用的例示的FSO光学平台318。光学平台318光学地耦合到图3中的光接收机316中的一个或多个光发射机402以及一个或多个光接收机404。如果使用波分复用(WDM)来增加给定业务链路上的数据速率，则可以采用多个光发射机和光接收机。每个光发射机402通常进行操作来产生光信号用于出射传输，并且每个光接收机404通常进行操作来将入射的光信号转换成另一种形式(例如电信号)用于进一步处理。可以在光收发机316中使用另外的部件，例如在光收发机402与光学平台318之间的高功率光放大器，或者在光接收机404与光学平台318之间的光自动增益控制(OAGC)放大器或低噪声光放大器。

图4是适于在通过通信孔径发生的业务链路上提供光通信的光学平台318的示例，同时通过如上面所描述的单独的acq/trk孔径来对光学跟踪链路进行操作。在该实施例中，电子波束转向组件320仅用于光业务链路，并且电子波束转向组件322仅用于跟踪链路。取决于例如针对具体应用的成本和SWaP特性，电子波束转向组件320、322可以具有相同的或不同的设计。

光学平台318包括一个或多个发送光纤准直器406。准直器406将在光纤中传播的来自光发射机402的光线转换为自由空间中的准直光线波束。在一些实施例中，一个或多个差分转向元件408在适当的方向上将出射的准直波束定向到光双工器/复用器410。差分转向元件408的目的是用于补偿发送和接收的指向角度中的偏移。在其它实施例中，可以通过在接收机路径中放置差分转向元件408来执行相同的功能。差分转向元件408可以包括任何类型的精密的转向部件，例如精细转向镜或OPA。双工器/复用器410将发射波束和接收波束分离，并且如果使用WDM，则双工器/复用器将不同波长的信道分离(用于接收)并将不同波长的信道合并(用于发送)。双工器/复用器410使出射的波束定向到电子波束转向组件320、330。

在光双工器/复用器410处从电子转向组件320接收一个或多个入射波束。双工器/复用器410使入射波束定向到一个或多个接收光纤准直器412。准直器412使入射波束中的光线聚焦到将波束引导到光接收机404的光纤中。

每个准直器406、412包括用于使光线准直的任何适当的结构。差分转向元件408包括用于使光线在期望的方向上进行定向的任何适当的结构。双工器/复用器410包括用于基于诸如举例来说极化、波长、以及传播方向之类的属性来针对不同的光波束提供不同的光路径的任何适当的结构。在该示例中，将发射波束从转向元件408定向到转向组件320，而将接收波束从转向组件320定向到准直器412。在实施例中，双工器/复用器410包括WDM复用器/解复用器。

如在图4中示出的，光学平台318还可以包括acq/trk传感器414、信标源416、以及波束/传感器双工器418。可以使用电子波束转向组件322来使跟踪信标定向到其它节点。acq/trk传感器414用于基于从相邻节点接收到的跟踪信标来光学地定位该节点并建立与该节点的链路。这通常通过交互过程(即，空间捕获)来进行，该交互过程根据通过精确的闭环跟踪来对方向近似确定而进行转变。一旦建立了跟踪，其被保持为跟踪链路。可选地，可以使用转向组件320来建立并保持跟踪链路。可以由同一传感器414或者由独立的传感器414来执行空间捕获和跟踪的功能。这些传感器414的示例包括象限检测器、焦平面阵列、或者其它光学的位置或角度传感器。

信标源416产生用于提供朝着远处节点定向的信标的光波束，以使得远处节点能够捕获并跟踪本地节点。信标源416可以包括任何适当的光波束源(例如激光)，并且其可以产生调制信号以便通过链路向远处节点提供低数据速率信息。这种信息的示例可以包括本地节点的状态以及其用于传送另外的业务的能力。信标/传感器双工器418可用于以与光双工器/复用器410类似的方式来将出射的信标与入射的信标分离或者将出射的信标与入射的信标合并。在其它实施例中，并不需要信标/传感器双工器418，并且acq/trk传感器414和信标源416均都具有它们自己的电子波束转向组件322。

参考图5A-图5C，示出了对具有节点502、504、506、以及508的例示的FSO网状网络526中的业务链路和跟踪链路的重配置。每个节点502-508包括能够发送和接收适合于高速率数据传输的光通信波束的光学终端，例如图3中的终端400。此外，如所示出的，每个光学终端能够捕获并跟踪至少两个相邻节点。在图5A中，由节点502与504之间的业务链路510a以及节点506与508之间的业务链路510b形成第一拓扑结构500。在图5B中，由节点502与506之间的业务链路514a以及节点504与508之间的业务链路514b形成第二拓扑结构522。在图5C中，由节点502与508之间的业务链路518a与节点504与506之间的业务链路518b形成第三拓扑结构524。将领会到，由业务链路的相应配置(如所示出的)来定义网络拓扑结构500、522、以及524。

图5A-图5C可以共同代表节点502-508之间协调的跳跃序列。如在图5A、图5B、以及图5C中分别示出的，该协调的跳跃序列具有三个步骤。在每个步骤，将链路保持某种计划好的时间段(被称为时隙或驻留时间)。每个时隙可以是短的(例如几毫秒)，以将节点度从其静态值1增加到动态值3。或者，每个时隙可以是长的(例如几秒)，以允许通过网络的突发模式传输。与图5A-图5C相关联的驻留时间可以是相等的持续时间或者不同的持续时间。在延迟是重要的考虑因素的情况下，优选的是短的时隙。

图6是从节点502的角度，与图5A-图4C中示出的空间捕获(即，网络组织)和跳跃序列过程相对应的流程图。图5A-图5C中的示例网络中的每个节点将相对于其自己的角度来执行类似的过程，并且因此，图6中示出的节点数量是相对于代表节点502的。此外，图6中示出的相对捕获/跳跃序列必须在时间和空间上与网络中的一个或多个其它节点所执行的类似序列进行协调。应当领会，图6中示出的序列可以在硬件中实现，该硬件例如是电子波束转向组件320(图3)和/或计算机系统(例如网络节点控制器320(图3))。矩形元素(由元素602表示)(本文中表示“活动框”)代表硬件活动和计算机软件指令或指令组的组合。菱形元素(由元素610表示)(本文中表示“判定框”)代表计算机软件指令、或者指令组，其影响了由处理框代表的计算机软件指令的执行。

或者，活动框和判定框的与计算机系统相关的操作代表由诸如数字信号处理器电路、ASIC、或FPGA之类的功能等效电路执行的步骤。流程图并未描述任何具体的编程语言的语法。更确切地说，流程图例示了本领域普通技术人员制造电路或生成计算机软件来执行具体装置针对其预期的目的所需要的操作而需要的功能信息。应当指出，并未示出许多例行程序元素，例如循环和变量的初始化以及临时变量的使用。本领域普通技术人员将领会到，除非本文中另外表明，否则所描述的框的具体顺序只是例示性的，并且在不脱离本公开内容的精神的情况下可以变化。因此，除非另外声明，否则下面所描述的框是无顺序的，表示只要可能，可以以任何便利的顺序或期望的顺序(例如，以与所指示的顺序不同的顺序来与其它节点进行通信或者实时改变顺序)来执行这些步骤。根据图6，对本领域技术人员来说应当明显的是，需要另外的步骤来通过增加或减少节点而重配置网络，从而得到对跳跃序列的修改。

在600之前，由RF或某种其它机制来发现组成网络的具体节点，并且这些节点知道彼此。此外，已经建立了跳跃顺序和定时，并且它们是为所有参与节点已知的。在步骤600处，发起网络节点的连接。从节点502的角度，这需要空间捕获，遵循对节点504的精确跟踪(步骤602)、对节点506的精确跟踪(步骤604)、以及对节点508的精确跟踪(步骤606)。应当指出，步骤602-606可以以任何顺序来执行或者并行执行。一旦这些活动完成，节点502将其发射(Tx)波束和接收(Rx)方向指向节点504(步骤608)，在图6中例示出的示例中，节点504是节点502要与其进行通信的第一节点。一旦完成该步骤，节点502开始与节点504交换业务，同时保持对节点504、506、以及508的精确跟踪(步骤610)。如判定框612所指示的，持续该步骤直到用于通信的预设时隙已经结束，在这之后，节点502将其Tx波束和Rx方向重指向节点506(步骤614)。随后，节点502将与节点506交换业务，同时保持对节点504、506、以及508的精确跟踪(步骤616)。当用于交换业务的时隙已经结束(步骤618)时，节点502将其Tx波束和Rx方向重指向节点508(步骤620)。节点502随后与节点508交换业务，而同时跟踪节点504、506、以及508(步骤622)。当第三个时隙完成时(步骤624)，节点502通过将其Tx波束和Rx方向重指向节点504(步骤608)来重启序列。

在某些实施例中，如图6中示出的，可以重复跳跃序列。在其它实施例中，跳跃序列可以是自适应的并且响应于如上面进一步讨论的网络状况、业务需求、或其它因素而改变。应当领会，网络中其它节点中的每个节点执行互补的步骤序列。例如，当节点502将其Tx波束和Rx方向指向节点504(步骤608)时，节点504将同时将其Tx波束和Rx方向指向节点502。还应当指出，当需要图5A-图5C中的网络来传业务时，执行图6中的步骤(或者它们的排列)。当不再需要网络时，可以通过终止所有的光链路而使得节点彼此断开来分解网络。类似地，如果业务模式或节点位置上的改变需要对网络进行修改，则可以向网络增加节点或者从网络中减少节点，并且实现了新的跳跃序列。

现在应当领会到根据本公开内容的一种网络，所述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，并且在第二时间段期间，在所连接的节点之间建立第二数据路径。可以独立地包括以下特征中的一个或多个特征，或者以下特征中的一个或多个特征可以与其它特征进行组合，所述特征包括：其中，每个节点被分配了用于在所述第一时间段期间发送数据的时隙，并且每个节点被分配了用于在所述第二时间段期间发送数据的时隙；其中，每个节点被分配了用于在所述第一时间段期间接收数据的时隙，并且每个节点被分配了用于在所述第二时间段期间接收数据的时隙；其中，在所述第一时间段的结束与所述第二时间段的开始之间的时间为15毫秒或小于15毫秒；其中：每个节点被分配了用于在所述第一时间段期间发送数据的时隙；每个节点被分配了用于在所述第一时间段期间接收数据的时隙，并且所述用于发送数据的时隙与所述用于接收数据的时隙相一致；其中，所述时隙的持续时间能够针对每个网络拓扑结构而不同；其中，所述第一时间段的持续时间或所述第二时间段的持续时间基于从由以下各项组成的组中所选择的因素：实时的业务需求；环境状况；至少一个节点的状态；以及至少一个光链路的状态；其中，所述第一网络拓扑结构或所述第二网络拓扑结构基于从由以下各项组成的组中所选择的因素：实时业务的需求；环境状况；至少一个节点的状态；以及至少一个光链路的状态；其中，所述光学数据终端包括光学相控阵列；其中，每个节点还包括用于空间上跟踪多个远程节点的跟踪组件，并且每个节点发送用于被多个远程节点跟踪的跟踪信标；其中，所述跟踪组件包括光学相控阵列；其中，所述跟踪组件具有从由以下各项组成的组中所选择的属性：与所述光学数据终端相比，更小的尺寸；与所述光学数据终端相比，更轻的重量；与所述光学数据终端相比，更低的功率需求；以及与所述光学数据终端相比，更低的成本；其中，每个节点还包括捕获组件，所述捕获组件提供用于捕获多个远程节点的空间位置的能力；其中，所述捕获组件包括RF天线；其中，所述捕获组件包括光学相控阵列；其中，所述捕获组件还提供用于空间上跟踪多个远程节点的能力。

现在应当领会到根据本公开内容的一种用于在自由空间光网络中发送数据的方法，所述方法包括：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；在所述第一时间段期间，从所述第一节点向所述第二节点发送数据；在第二时间段期间，将所述光学数据波束从所述第一节点指向第三节点，并且在所述第二时间段期间，从所述第一节点向所述第三节点发送数据，其中，所述第三节点能够在所述第一时间段期间向第四节点发送数据，并且所述第二节点能够在所述第二时间段期间向第四节点发送数据。可以独立地包括以下特征中的一个或多个特征，或者以下特征中的一个或多个特征可以与另一个特征进行组合，所述特征包括：其中，所述第二节点在所述第一时间段期间向所述第一节点发送数据；其中，所述第一时间段的结束与所述第二时间段的开始之间的时间为15毫秒或小于15毫秒；其中，使用电子转向来对所述光学数据波束进行指向；其中：在所述第一时间段期间和所述第二时间段期间，将跟踪信标从所述第一节点指向所述第二节点和所述第三节点；在所述第一时间段期间和所述第二时间段期间，将跟踪信标从所述第二节点指向所述第一节点和所述第三节点；以及在所述第一时间段期间和所述第二时间段期间，将跟踪信标从所述第三节点指向所述第一节点和所述第二节点；其中：所述第一节点在所有时间段期间跟踪所述第二节点和所述第三节点；所述第二节点在所有时间段期间跟踪所述第一节点和所述第三节点；以及所述第三节点在所有时间段期间跟踪所述第一节点和所述第二节点；其中：在所述第一时间段的结束之前，将当所述第一节点在所述第一时间段期间与所述第二节点进行通信时在所述第一节点上发起的跟踪信标从所述第二节点重定向到所述第三节点，以使得所述第三节点能够在所述第二时间段的开始之前开始跟踪所述第一节点；在所述第一时间段的结束之前，对所述第三节点上的跟踪接收机进行重定向，以便从所述第一节点接收所述跟踪信标。

已经描述了用来例示各种概念、结构和技术(这些概念、结构和技术是本专利申请的主题)的某些实施例，现在对本领域技术人员来说将变得显而易见的是，可以使用包括这些概念、结构和技术的其它实施例。因此，其主张的是，本专利申请的范围不应当限于所描述的实施例，而是应当仅由权利要求书的精神和范围来限制。

Claims (23)

1.一种网络，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。

2.根据权利要求1所述的网络，其中，每个节点被分配了用于在所述第一时间段期间发送数据的时隙，并且每个节点被分配了用于在所述第二时间段期间发送数据的时隙。

3.根据权利要求1所述的网络，其中，每个节点被分配了用于在所述第一时间段期间接收数据的时隙，并且每个节点被分配了用于在所述第二时间段期间接收数据的时隙。

4.根据权利要求1所述的网络，其中，在所述第一时间段的结束与所述第二时间段的开始之间的时间为15毫秒或小于15毫秒。

5.根据权利要求1所述的网络，其中：

每个节点被分配了用于在所述第一时间段期间发送数据的时隙；

每个节点被分配了用于在所述第一时间段期间接收数据的时隙，并且

所述用于发送数据的时隙与所述用于接收数据的时隙相一致。

6.根据权利要求1所述的网络，其中，所述时隙的持续时间能够针对每个网络拓扑结构而不同。

7.根据权利要求1所述的网络，其中，所述第一时间段的持续时间或所述第二时间段的持续时间基于从由以下各项组成的组中所选择的因素：

实时的业务需求；

环境状况；

至少一个节点的状态；以及

至少一个光链路的状态。

8.根据权利要求1所述的网络，其中，所述第一网络拓扑结构或所述第二网络拓扑结构基于从由以下各项组成的组中所选择的因素：

实时的业务需求；

环境状况；

至少一个节点的状态；以及

至少一个光链路的状态。

9.根据权利要求1所述的网络，其中，所述光学数据终端包括光学相控阵列。

10.根据权利要求1所述的网络，其中，每个节点还包括用于空间上跟踪多个远程节点的跟踪组件，并且每个节点发送用于被多个远程节点跟踪的跟踪信标。

11.根据权利要求10所述的网络，其中，所述跟踪组件包括光学相控阵列。

12.根据权利要求10所述的网络，其中，所述跟踪组件具有从由以下各项组成的组中选择的属性：

与所述光学数据终端相比，更小的尺寸；

与所述光学数据终端相比，更轻的重量；

与所述光学数据终端相比，更低的功率需求；以及

与所述光学数据终端相比，更低的成本。

13.根据权利要求1所述的网络，其中，每个节点还包括捕获组件，所述捕获组件提供用于捕获多个远程节点的空间位置的能力。

14.根据权利要求13所述的网络，其中，所述捕获组件包括RF天线。

15.根据权利要求13所述的网络，其中，所述捕获组件包括光学相控阵列。

16.根据权利要求13所述的网络，其中，所述捕获组件还提供用于空间上跟踪多个远程节点的能力。

17.一种用于在自由空间光网络中发送数据的方法，所述方法包括：

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；

在所述第一时间段期间，从所述第一节点向所述第二节点发送数据；

在第二时间段期间，将所述光学数据波束从所述第一节点指向第三节点，并且

在所述第二时间段期间，从所述第一节点向所述第三节点发送数据，

其中，所述第三节点能够在所述第一时间段期间向第四节点发送数据，并且所述第二节点能够在所述第二时间段期间向第四节点发送数据。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二节点在所述第一时间段期间向所述第一节点发送数据。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一时间段的结束与所述第二时间段的开始之间的时间为15毫秒或小于15毫秒。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，使用电子转向来对所述光学数据波束进行指向。

21.根据权利要求17所述的方法，其中：

在所述第一时间段期间和所述第二时间段期间，将跟踪信标从所述第一节点指向所述第二节点和所述第三节点；

在所述第一时间段期间和所述第二时间段期间，将跟踪信标从所述第二节点指向所述第一节点和所述第三节点；以及

在所述第一时间段期间和所述第二时间段期间，将跟踪信标从所述第三节点指向所述第一节点和所述第二节点。

22.根据权利要求17所述的方法，其中：

所述第一节点在所有时间段期间跟踪所述第二节点和所述第三节点；

所述第二节点在所有时间段期间跟踪所述第一节点和所述第三节点；以及

所述第三节点在所有时间段期间跟踪所述第一节点和所述第二节点。

23.根据权利要求17所述的方法，其中：

在所述第一时间段的结束之前，将当所述第一节点在所述第一时间段期间与所述第二节点进行通信时在所述第一节点上发起的跟踪信标从所述第二节点重定向到所述第三节点，以使得所述第三节点能够在所述第二时间段的开始之前开始跟踪所述第一节点；

在所述第一时间段的结束之前，对所述第三节点上的跟踪接收机进行重定向，以便从所述第一节点接收所述跟踪信标；

在所述第一时间段的结束之前，将在所述第三节点上发起的跟踪信标重定向到所述第一节点，以使得所述第一节点能够在所述第二时间段的开始之前开始跟踪所述第三节点；

在所述第一时间段的结束之前，对所述第一节点上的跟踪接收机进行重定向，以便在所述第一节点仍在与所述第二节点进行通信时，从所述第三节点接收所述跟踪信标。