CN107071794A - Uav网络 - Google Patents

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Abstract

提供用于促进无人驾驶飞行工具(UAV)网络的实施例。根据本公开的所述UAV网络可包括多个UAV、地面处理站和/或任何其他组件。所述网络中的特定UAV可携带由光学图像传感器、处理装置、通信系统和/或任何其他组件组成的有效负载。所述网络中的个别UAV可包括能够吸收太阳能的光伏电池。提供用于将所述太阳能转换到电能以用于将电力提供到所述UAV机上的有效负载以及对所述UAV机上的电池充电的实施例。在某些实施例中，所述UAV可飞行高达65,000英尺且在范围上可覆盖多达500km。本公开的一个动机在于将由UAV进行的一些或全部信息处理“外包”到现有的基础设施，例如，地面处理站。

Description

UAV网络
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月31日递交的美国临时专利申请第62/274,112号的优先权，所述申请的公开内容在此针对所有目的全部被以引用的方式并入。
技术领域
本公开涉及通过无人驾驶飞行工具促进无线电通信，且更具体地说，涉及通过自续无人驾驶飞行工具促进无线电通信。
背景技术
高空长航时太阳能供电的飞行器概念已被提出一段时间了。此类飞行工具提供显著的潜在益处。举例来说，天气条件(例如，风力和湍流等级)在大约50,000到100,000英尺高度减弱了。在50,000英尺以上飞行的高空长航时飞行器可因此避开恶劣的天气条件。这允许延长的飞行时间。另外，此高度范围高于正常的航空管理局管制要求，且在此范围可观察到这个星球的大片区域，其中到地平面的距离超过500km。在此高度范围中飞行的高空长航时飞行器因此适合于航空勘测、灾难恢复情形中的监视和紧急通信，和/或任何其他应用。
通常被称为无人机(drone)且还有若干其它名称的无人驾驶飞行工具(UAV)为在机上没有人类驾驶员的飞行器。UAV的飞行可由机载计算机自主地控制，或通过地面上或另一飞行工具中的驾驶员的远程控制来控制。UAV已主要发现在军事和特殊操作应用中，而且也日益发现在民间应用(例如，警务、监视和消防)和非军事安全工作(例如，电力或管线的检查)中的用途。UAV擅长于搜集大量的视觉信息，且向人类操作员显示这些视觉信息。然而，解读由UAV搜集的信息可能花费大量时间和人力。在许多情况下，由UAV搜集的信息被人类操作员和分析员误译，这些操作员和分析员解读信息的时间有限。
多数传统UAV系统通常包括推进系统、导航和控制系统和有效载荷。这些中的每一个都需要电力来维持其功能性。多数市售UAV是电池供电的，在一次电池充电时具有有限的飞行时间。通常，多数传统UAV可连续地停留在空中不超过数小时。因此，需要针对传统UAV开发出有效的电源以确保在UAV机上的各种系统和有效负载的持续的功能性。
发明内容
提供用于促进无人驾驶飞行工具(UAV)网络的实施例。根据本公开的UAV网络可包括多个UAV、地面处理站和/或任何其他组件。网络中的特定UAV可携带由光学图像传感器、处理装置、通信系统和/或任何其他组件组成的有效负载。网络中的个别UAV可包括能够吸收太阳能的光伏电池。提供用于将太阳能转换到电能以将电力提供到UAV机上的有效负载以及对UAV机上的电池充电的实施例。在某些实施例中，UAV可飞行达到65,000英尺且在范围上可覆盖多达500km。本公开的一个动机在于将由UAV进行的一些或全部信息处理“外包”到现有的基础设施，例如，地面处理站。
根据本公开，可通过在UAV机上的通信硬件在网络中的两个UAV之间建立通信信道。在某些实施例中，可通过控制器建立通信信道。控制器可由地面处理站提供，或可由网络中的UAV提供。在某些实施方案中，控制器可被配置以管理网络要求，以管理网络中的UAV以及地面处理站间的连接。通过一个或多个控制器，可在网络中的任何两个UAV之间和/或任一UAV与处理站之间建立数据路径。
在某些实施例中，由网络中的个别UAV携带或安装于其上的通信硬件可包括自由空间光学(FSO)通信单元。FSO单元可包括光学收发器中的一个或多个。光学收发器可被配置以将光束发射到另一UAV的FSO单元，或发射到地面处理站的FSO单元。
提供用于促进无人驾驶飞行工具网络的方法，所述方法在被配置以执行编程的组件的一个或多个处理器实施，所述方法包括：
在第一无人驾驶飞行工具处，从控制器接收控制信号，所述控制信号包括指示第二无人驾驶飞行工具的位置的信号；
接收在所述第一无人驾驶飞行工具处产生的信息；
通过所述第一无人驾驶飞行工具的光学发射器将所述信息发送到所述第二无人驾驶飞行工具；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，通过所述第一无人驾驶飞行工具的光学接收器接收由第二无人驾驶飞行工具发射的光束；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，将所述光束转换成数字数据；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，基于所述数字数据，确定所述第一无人驾驶飞行工具是否为所述数字数据的目的地；以及
当确定所述第一无人驾驶飞行工具为所述数据的所述目的地时，处理所述数字数据。
在某些实施例中，所述方法进一步包括：
当确定所述第一无人驾驶飞行工具并非所述数字数据的所述目的地时：
确定所述数字数据的目的地；
获得具有第一表项的路由表，所述第一表项指示如何将数据从所述第一无人驾驶飞行工具发送到所述数字数据的所述目的地；以及
基于所述第一表项，发送所述数字数据。
在某些实施例中，从所述控制器接收的所述控制信号包括指示所述无人驾驶飞行工具网络的网络状态的信号。
在某些实施例中，所述方法进一步包括：
在所述第一无人驾驶飞行工具处，基于所述网络状态，更新路由表。
在某些实施例中，所述网络状态指示所述第二无人驾驶飞行工具不可用。
在某些实施例中，所述方法进一步包括：
在所述第一无人驾驶飞行工具处，将指示所述第一无人驾驶飞行工具不可用的状态信息发送到所述控制器。
在某些实施例中，所述光束为激光器或LED。
在某些实施例中，正被处理的所述数字数据并非导航命令。
在某些实施例中，所述方法进一步包括：在所述第一无人驾驶飞行工具处，将控制信号发送到所述控制器，所述控制信号指示所述第一无人驾驶飞行工具不可用。
在某些实施例中，所述控制器由地面处理站或另一无人驾驶飞行工具提供。
提供用于促进无人驾驶飞行工具网络的系统，所述系统包括一个或多个处理器，所述处理器由机器可读指令配置以执行以下操作：
在第一无人驾驶飞行工具处，从控制器接收控制信号，所述控制信号包括指示第二无人驾驶飞行工具的位置的信号；
接收在所述第一无人驾驶飞行工具处产生的信息；
通过所述第一无人驾驶飞行工具的光学发射器，将所述信息发送到所述第二无人驾驶飞行工具；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，通过所述第一无人驾驶飞行工具的光学接收器，接收由第二无人驾驶飞行工具发射的光束；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，将所述光束转换成数字数据；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，基于所述数字数据，确定所述第一无人驾驶飞行工具是否为所述数字数据的目的地；以及
当确定所述第一无人驾驶飞行工具为所述数据的所述目的地时，处理所述数字数据。
在某些实施例中，所述处理器被进一步配置以执行：
当确定所述第一无人驾驶飞行工具并非所述数字数据的所述目的地时：
确定所述数字数据的目的地；
获得具有第一表项的路由表，所述第一表项指示如何将数据从所述第一无人驾驶飞行工具发送到所述数字数据的所述目的地；以及
基于所述第一表项，发送所述数字数据。
在某些实施例中，从所述控制器接收的所述控制信号包括指示所述无人驾驶飞行工具网络的网络状态的信号。
在某些实施例中，所述处理器被进一步配置以执行：
在所述第一无人驾驶飞行工具处，基于所述网络状态，更新路由表。
在某些实施例中，所述网络状态指示所述第二无人驾驶飞行工具不可用。
在某些实施例中，所述系统进一步包括：
在所述第一无人驾驶飞行工具处，将指示所述第一无人驾驶飞行工具不可用的状态信息发送到所述控制器。
在某些实施例中，所述光束为激光器或LED。
在某些实施例中，正被处理的所述数字数据并非导航命令。
在某些实施例中，所述系统进一步包括：在所述第一无人驾驶飞行工具处，将指示所述第一无人驾驶飞行工具不可用的控制信号发送到所述控制器。
在某些实施例中，所述控制器由地面处理站或另一无人驾驶飞行工具提供。
基于以下附图和详细描述，本发明的其他目标和优势将为所属领域的技术人员显而易见。
附图说明
被包含以提供对本发明的进一步理解被并入且构成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例且与具体实施方式一起用以解释本发明的原理。不尝试以比对于本发明的基本理解和其可实践的各种方式可能是必要的更详细方式展示本发明的结构细节。
图1示出根据本公开的示例性UAV网络。
图2A示出在网络中的UAV之间建立的通信信道的第一实例。
图2B示出在网络中的UAV之间建立的通信信道的第二实例。
图2C示出在网络中的UAV之间建立的通信信道的第三实例。
图3A示出根据本公开的个别UAV的两个实例。
图3B示出由3A中展示的UAV利用的太阳能系统的实例。
图3C为通过在图1中展示的网络中的UAV机上的FSO单元发送信息的实例。
图4示出一框图，其展示可包括于图3C中展示的FSO单元中的FSO收发器的一个示例性架构。
图5示出根据本公开的用于促进UAV网络100的系统的实例。
图6示出根据本公开的用于促进UAV网络的控制器的实例。
图7示出根据本公开的用于促进UAV网络的一个示例性方法。
图8示出根据本公开的示例性实施例的简化计算机系统。
在附图中，类似的组件和/或特征可具有相同的数值附图标记。另外，同一类型的各种组件可通过用在类似组件和/或特征当中作出区别的字母放在附图标记后来区分。如果在说明书中只使用第一数值附图标记，那么描述可适用于具有相同第一数值附图标记的类似组件和/或特征中的任一个,与字母后缀无关。
具体实施方式
以下将参照构成本说明书的一部分的附图描述本公开的各种具体实施例。应理解，虽然在本公开中通过使用表达方向的术语(例如，“前”、“后”、“上部”、“下部”、“左”、“右”和类似物)来描述本公开的各种实例的结构零件和组件，但这些术语仅用于方便描述的目的，并且是基于在附图中显示的示例性方向的来确定的。由于可根据不同方向设定由本公开公开的实施例，因此表达方向的这些术语仅用于描述而非限制。在可能的条件下，在本公开中使用的相同或类似附图标记指示相同组件。
UAV非常适合于这类应用：其中有效负载由例如相机的光学图像传感器与适合于多种商业应用(例如，监视、视频会议、车辆定位和/或任何其他应用)的强大的轻型传感器组成。根据本公开的UAV可收集在UAV覆盖的区域中的任何物体的多光谱图像。在某些实施例中，UAV可飞行高达65,000英尺且在范围上可覆盖多达500km。然而，如上面提到的，此类应用将需要收集和处理大量信息。用于商业应用的此信息的机上处理将需要大的处理能力，这进而需要大量的有效负载和电力。本公开的一个动机在于将此信息的一些或全部的处理“外包”到现有的基础设施，例如，地面上的处理站。实施例提供通信技术以创建UAV网络，所述UAV网络包括多个UAV、地面处理站和/或任何其他组件。网络中的UAV可装备有通信硬件以使UAV能够彼此通信以及与地面处理站通信。网络可由一个或多个控制器动态地控制。在某些实施方案中，控制器可被配置以管理网络要求，以管理网络中的UAV以及地面处理站间的连接。通过一个或多个控制器，可在网络中的任何两个UAV之间和/或任一UAV与处理站之间建立数据路径。
图1示出根据本公开的示例性UAV网络100。如所展示的，UAV网络100可包括多个UAV，例如，UAV 102a-f。应理解，在某些实施例中，UAV网络100可包括数百、数千或甚至数万个UAV 102。网络100中的个别UAV 102(例如，UAV 102a)可在地面上方在50,000到65,000英尺高度之间飞行。然而，这并不意图为限制性的。在一些实例中，网络100中的一些或所有UAV 102可在地面上方数百或数千英尺处飞行。如所展示的，网络100中的个别UAV 102可通过由UAV 102携带或安装于UAV 102上的通信硬件相互通信。举例来说，在UAV 102机上的通信硬件可包括天线、高频无线电收发器、光学收发器和/或用于远程通信的任何其他通信组件。可在任何两个给定UAV 102(例如，UAV 102c与UAV 102d)之间建立通信信道。以此方式，可将网络100设置为点对点网络。
在任何两个给定UAV之间建立通信信道的一个方式为通过在两个给定UAV 102机上的通信硬件使其自主地建立通信信道。这示出于图2A中。在此实例中，UAV 102a、102b和102c为相邻的UAV，以使得它们覆盖地面上的相邻区域或网格。它们可被配置以一旦其在阈值距离内就相互通信。阈值距离可为在UAV 102a、102b和102c机上的收发器的最大通信范围。以此方式，UAV 102a、102b和102c可在无接入点的情况下向彼此发送数据。
在任何两个给定UAV 102之间建立通信信道的另一方式为使它们通过控制器建立通信信道。如本文中所使用的，可将控制器称作被配置以控制网络100内的通信的一件硬件和/或软件。这示出于图2B中。图2B中展示的控制器202可由地面处理中心(例如，地面处理中心110a、110b或110c)提供。举例来说，控制器202可由安装在地面处理中心110中的计算机服务器来实施。在某些实施例中，控制器202可由网络100中的UAV 102提供。举例来说，网络100中的给定UAV 102(例如，无人驾驶直升机或气球)可携带有效负载，所述有效负载包括被配置以实施控制器202的一个或多个处理器。在任一情况下，控制器202可被配置以基于由网络100支持的应用确定网络要求，和/或执行任何其他操作。如所展示的，如由控制器202建立的、在UAV 102a、102b和/或UAV 102c之间的通信信道可为UAV 102之间的直接数据路径。在实施方案中，可经由相应的控制链路204(例如，控制链路204a、204b或204c)将控制信号从控制器202发送到UAV 102a、102b和/或UAV 102c以使它们在彼此之间建立直接数据路径，非常像建立图2A中示出的直接路径。以此方式，UAV可不受彼此之间的距离限制而相互通信。
图2C示出用于配置网络100的另一实例。在此实例中，控制链路204a-c分别建立在处理站110与UAV 102a、102b和UAV 102c之间。如所展示的，此实例中的处理站110a包括控制器。类似地，控制链路204d和204e分别建立在处理中心110b与UAV 102d和102f之间。如所展示的，通信链路206可建立在处理站110a与110b之间。例如，以此方式，可通过处理站110a和110b在UAV 102a与UAV 102f之间建立通信信道。在某些实施例中，处理中心110a或110b中的控制器可将控制信号发送到UAV 102(例如，UAV 102b、102c和/或102d)，以请求那些UAV用作UAV 102a与UAV 102f之间的通信的路由器或中继点。
返回图1，网络100的一个要求为可用性。即，对于将建立于网络100上的任何合适的商业应用，网络100需要是非常可用的。如上所述，网络中的个别UAV 102为可充当客户端、中继点、控制器、接入点、路由器和/或任何其他网络功能性的节点。因而，给定UAV 102需要是可用的，以便网络100恰当地发挥功能。因此，网络100中的个别UAV 102的带宽占用时长是至关重要的。在某些实施例中，在必须送出另一UAV以取代给定的UAV前，根据本公开的网络100中的给定UAV 102可停留在空中达数天或甚至数周。这将不仅改善网络的可用性，而且降低运营网络的成本。
这使太阳能成为对用于网络100中的给定UAV 102的常规电池有吸引力的电源。如本文中所使用的，可将太阳能称作由光伏电池从太阳辐射收集的太阳功率。由光伏电池产生的能量的总量通常随地理位置(纬度、经度和高度)、一年中的时间、大气吸收和光伏电池的效率而改变。通常，天空越干净，那么光束辐射越大，且漫反射的相对比例越低。对于较高纬度，由于由大气进行的较少辐射散射，吸收较低。在某些实施例中，网络100中的UAV 102可在地面上方50,000到65,000英尺处飞行，且停留在空中长达数天、数周或甚至数年。很少的市售UAV满足这个标准。举例来说，Northrop Grumman RQ-4Global Hawk在高达65,000英尺的高度处飞行，且可保持在空中长达35小时(3天)。Airbus Zephyr为可满足这个标准的另一市售UAV。Zephyr为具有约70英尺的翼展的相对小型UAV。当前版本的Zephyr只能是太阳能供电的，且可在65,000英尺处在天上飞行长达大约两周。
图3A大体示出根据本公开的UAV 102的两个实例。在左侧，示出的是具有两个翼且能够携带重达几公里千克的有效负载的UAV 102。如所展示的，在左侧的UAV 102可包括能够吸收太阳辐射且产生电能的光伏电池302。在此实例中，光伏电池302被均匀地放置于翼的两侧上和在左侧的UAV 102的尾部上。光伏电池302可由任何合适的材料制成。举例来说，光伏电池302可由薄膜制成。由光伏电池302捕获的太阳能可被转换成电能以将电力提供到由UAV 102携带的有效负载和/或存储于UAV 102机上的一个或多个电池(例如，锂电池)中。应理解，这只是说明性的。在其他实例中的光伏电池302的放置可不限于两翼和/或尾部。举例来说，光伏电池302可放置于UAV 102的主体上。在右侧，展示UAV 102的另一实例——四轴飞行器。如所展示的，可将光伏电池302放置于四轴飞行器102的臂上。
由根据本公开的UAV 102利用的太阳系统可包括充电控制器。这示出于图3B中。如所展示的，图3A中展示的光伏电池302可连接到充电控制器306，充电控制器306可连接到电池308。电池可由UAV 102携带作为有效负载的一部分，且当太阳能不可用时(例如，在晚间)，可提供电力以维持功能。由光伏电池302提供的太阳能可转换成电能(例如，在白天期间)，并且将电力直接提供到有效负载中的各种组件。来自光伏电池302的从太阳能转换的电能可通过充电控制器306存储于电池308中。充电控制器306可被配置以控制对电池308的充电和确保电池308不过度充电。这可通过一旦电池308被完全充电将电力转移离开电池308来实现。在某些示例性实施方案中，充电控制器306可包含低电压断开连接功能，这可防止电池308因完全放电而损坏。
返回到图1。如所展示的，网络100中的个别UAV 102可被配置以与地面处理站110通信。这也示出于图2C中。如前面所提到的，网络中的UAV 102的一个重要准则为高度。然而，随着UAV 102高度增加，由UAV 102发送的信号变得较弱。在65,000英尺的高度处飞行的UAV 102可覆盖地面上高达100公里的区域，但信号损失可显著比对于陆基网络将发生的信号损失更高。无线电信号通常需要大量电力用于长距离发送。另一方面，有效负载可由停留在空中较长时间周期的UAV 102携带。如前面提到的，可使用太阳能对UAV 102供电。然而，由于太阳辐射可被吸收和转换成电的速率有限，这限制了可由UAV 102携带的有效负载的重量。
自由空间光学通信(FSO)为在自由空间中发射光以无线地发送数据用于无线通信的光通信技术。市售FSO系统使用接近大约850nm到1550nm的可见光谱的波长。在基础的点对点FSO系统中，可将两个FSO收发器放置于在两个FSO收发器之间具有不受阻的视线的发射路径的两侧上。可使用FSO收发器将多种光源用于数据的发射。举例来说，在FSO系统中可使用LED和激光器发射数据。
在FSO系统中使用的激光器提供极其高的带宽和容量，这相比陆基光纤网络毫不逊色，但这类激光器也消耗比微波系统低得多的功率。参看图3A，如所展示的，在左侧上的UAV 102包括放置于机身主体处的FSO单元304。FSO单元304可包括具有激光发射器和接收器的光学收发器以提供完全的双工双向能力。FSO单元304可使用高功率光源(例如，激光器)和透镜以通过大气将激光束发射到另一透镜，所述另一透镜接收以激光束体现的信息。接收透镜可经由光纤连接到高敏感度接收器。FSO单元304可实现在高达10Gbps的速度下的光学发射。
图3C示出通过在UAV 102机上且在处理站110a中的FSO单元304发送信息的实例。如所展示的，网络100中的UAV 102a和UAV 102b可各自分别携带FSO单元304a和304b。为了使FSO单元304a与304b通信，在UAV 102a与102b之间应存在一视线(LoS)。由FSO单元304a或304b发射的激光束的波长可在600nm到2000nm之间。为了使UAV 102a和102b维持清晰的LoS和“看见”彼此，可使用各种追踪技术。举例来说，在一个实施例中，可提供卫星以使得UAV102a或102b定期地向卫星报告其当前地理位置。在另一实例中，一旦要向彼此报告其当前位置，那么UAV 102a或102b可使用UAV 102机上的高频无线电收发器。在任一情况下，基于UAV 102a和102b两者的地理位置，可在FSO单元304a与FSO单元304b之间建立链路。
还如在图3C中展示的，地面处理站110a可包括被配置以与FSO单元304a和/或FSO单元304b通信的FSO单元304c。在某些实施例中，FSO单元304c可充当UAV 102a与UAV 102b之间的中间物。举例来说，UAV 102a和/或102b可被配置以将其地理位置传达给地面上的FSO单元304c。由于FSO单元304不移动，因此可将FSO 304c的地理位置预配置到UAV 102a或102b中的机载计算机内。通过地面处理站110，UAV 102a和102b可获取彼此的地理位置，且基于地理位置对准FSO单元304a和304b。在实施方案中，FSO单元304a或304b可具有一个以上光学收发器。举例来说，FSO单元304a或304b可具有与FSO单元304c中的FSO收发器对准的一个FSO收发器；和相互对准的另一FSO收发器。在某些实施例中，FSO单元304a或304b可具有与多个其他UAV 102(例如，UAV 102c、102d或102e)机上的其他光学收发器对准的多个FSO收发器。
一旦FSO单元304a和304b相互对准，那么可检测到光学数据。图4示出一框图，其展示可包括于FSO单元304中的FSO收发器400的一个示例性架构。如所展示的，可在光检测器-解调器402处接收光学数据，所述光检测器-解调器402可被配置以通过由计时和同步组件410提供的时钟的辅助将光学数据转换成数字数据(例如，二进制)。SoF组件404可被配置以从由光检测器和解调器402输出的数字数据流找到帧或分组的首部。以此方式，可使数字数据分组化或成帧。读取报头组件406可被配置以读取每个帧的报头和从报头确定各种信息，例如，分组的类型、分组的长度、用于分组的错误控制码和/或任何其他信息。如仍展示的那样，根据报头格式化的数据可接着被存储于缓冲器408中以供其他组件使用，且可在缓冲器408中添加新数据以通过激光器和调制器组件412发射。
图5示出根据本公开的用于促进UAV网络100的系统500的实例。如所展示的，系统500可包括一个或多个处理器502，所述处理器502被配置以实施编程的组件。在一些实施方案中，系统500可实施于由网络100中的UAV 102携带的有效负载内。在一些实施方案中，可通过位于地面处理中心110中的一个或多个服务器实施系统500。在任一情况下，如所展示的，由处理器502实施的编程的组件可包括接收组件504、处理组件506、路由组件508、网络更新组件510、广播组件512、发射组件514、状态组件516和/或任何其他组件。
接收组件504可被配置以检索从FSO单元304接收的信息。在某些实施方案中，接收组件504可检索被存储于图4中展示的缓冲器408中的信息。在某些实施例中，接收组件504可被配置以读取信息的目的地地址且确定其(UAV或处理站)是否为信息的目的地。在其确定其为信息的目的地的情况下，接收组件504将控制信号发送到处理组件506以进一步处理信息。在当其确定其并非信息的目的地的情况下，接收组件504将控制信号发送到路由组件508，以使得路由组件508可将信息路由到信息的目的地。
处理组件506可被配置以处理从FSO单元304接收的信息。由处理组件506进行的处理可包括将信息格式化成恰当的数据结构且使其可供依赖于处理组件506的应用使用。举例来说，传入的信息可以是经压缩的导航控制数据。在那个实例中，处理组件506可被配置以对导航控制数据执行解压缩，基于解压缩的数据或从解压缩的数据产生一个或多个导航控制命令，完成控制命令的执行，和/或任何其他操作。
路由组件508可被配置以将信息路由到另一UAV 102和/或处理站。路由组件508可从与处理器502相关联的存储装置检索路由表以执行路由。路由表可指定一个或多个其他UAV 102，可与这些UAV 102建立通信信道。举例来说，路由表可指定其目的地为特定UAV102或一组UAV 102的任何信息，且应将那信息转发到该特定UAV 102。在实施方案中，路由组件508可指示FSO单元304将信息发射到该特定UAV 102的FSO单元304。
网络更新组件510可被配置以更新网络100的配置，以使得路由表可被更新。举例来说，节点或特定UAV 102可不在空气路径中，且因此变得不可用。在那个情况下，与UAV102连接的地面处理站110可发送网络更新以通知UAV 102此改变。在接收到网络更新后，网络更新组件510可被配置以更新路由表以去除表达特定UAV 102可用于发射的表项。作为另一实例，可启动一节点或特定UAV 102以覆盖地面上的额外区域。在那个情况下，地面处理站可发送通知UAV 102此改变的网络更新。在接收到更新后，网络更新组件510可更新路由表以添加表达特定UAV 102可用的表项。
广播组件512可被配置以将UAV 102的地理位置和可用性播送至网络100中的其他UAV 102。由广播组件512发送的广播消息可由任一接收UAV 102使用，作为与UAV 102建立通信链路(例如，通过UAV 102机上的无线电收发器)的指令。发射组件514可被配置以通过FSO单元304、高频无线电收发器和/或UAV 102机上的任何其他通信硬件将信息发射到另一UAV。状态组件516可被配置以将UAV 102的状态发射到与UAV 102连接的地面处理站110。可由状态组件516发射的状态的实例可包括指示UAV 102的负荷的状态(例如，50％忙、使用80％处理功率等等)、指示UAV 102可用以接收任何信息(例如，由于FSO单元304的停电或故障)的状态、指示UAV 102自从启动开始的飞行时间的状态、指示UAV 102正飞行在的天气条件的状态和/或任何其他状态。
图6示出根据本公开的用于促进UAV网络100的控制器600的实例。如上所述，在某些实施例中，控制器600可提供于图1中展示的地面处理站110中，且在某些实施例中，控制器600可提供于网络100中的UAV 102中。举例来说，不受限制地，网络100中的UAV 102可为携带数百磅有效负载的气球。在那个实例中，控制器600可提供于气球中。在任一情况下，如所展示的，控制器600可包括被配置以实施编程的组件的一个或多个处理器602。编程的组件可包括UAV管理组件604、UAV通信组件606、网络要求组件608、网络状态组件610和/或任何其他组件。
UAV管理组件604可被配置以管理网络102中的UAV 102。由UAV管理组件604进行的对UAV 102的管理可包括维护当前在空中的UAV的清单。清单可包括指示空中的特定UAV102的启动时间的信息、UAV 102的最后已知地理位置、与特定UAV 102有关的一个或多个事件、由特定UAV 102覆盖的区域和/或与特定UAV 102有关的任何其他信息。在某些实施例中，由UAV管理组件604进行的对UAV 102的管理可包括保持追踪UAV 102间的连接，且在请求后的给定时间点提供网络100的拓扑的“图片”。
UAV通信组件606可被配置以与个别UAV 102通信。由UAV通信组件606进行的通信可通过与控制器600相关联的FOS单元304达成。UAV通信组件606可为控制器606中的其他组件以及其他应用提供通信功能。举例来说，UAV管理组件604可使用UAV通信组件604与个别UAV 102通信以获取其与网络102中的其他UAV 102的连接。在实施方案中，UAV通信组件606可被配置以执行与特定UAV 102的握手以与特定UAV 102建立通信信道，以对控制器600与UAV 102之间的通信执行错误控制，和/或以执行任何其他操作。
网络要求组件608可被配置以从网络100的管理员或从应用程序接收网络要求。举例来说，可通过图形用户接口使网络100的管理员能够连接两个UAV 102，以使得可在两个UAV之间建立通信链路。在那个实例中，网络要求组件608可接收连接要求，且经由UAV通信组件606将指令发送到UAV 102中的一个或两个以使它们相应地建立通信链路。作为另一实例，例如视频会议应用程序的应用程序可将请求发送到网络要求组件608以要求某一UAV102在接收视频数据流时作为另一UAV 102的下行链路。在那个实例中，网络要求组件608可验证此请求，且在验证后，将请求发送到某一UAV 102以使其相应地充当另一UAV 102的下行链路。
网络状态组件610可被配置以从个别UAV 102获得状态。可由网络状态组件610获得的状态的实例可包括指示UAV 102的负荷的状态(例如，50％忙、使用80％处理功率等等)、指示UAV 102可用以接收任何信息(例如，由于FSO单元304的停电或故障)的状态、指示UAV 102自从启动开始的飞行时间的状态、指示UAV 102正飞行在的天气条件的状态和/或任何其他状态。
图7示出根据本公开的用于促进UAV网络的一个示例性方法。以下提出的方法700的操作意图为说明性的。在一些实施例中，可用未描述的一个或多个额外操作和/或不用所论述的操作中的一个或多个来实现方法700。另外，图7中示出且以下描述的方法700的操作的次序并不意图为限制性的。
在一些实施例中，方法700可实施于一个或多个处理装置(例如，数字处理器、模拟处理器、被设计以处理信息的数字电路、被设计以处理信息的模拟电路、状态机和/或用于以电子方式处理信息的其他机构)中。所述一个或多个处理装置可包括响应于以电子方式存储于电子存储介质上的指令来执行方法700的一些或全部操作的一个或多个装置。所述一个或多个处理装置可包括通过硬件、固件和/或软件配置为被具体针对方法700的操作中的一个或多个的执行而设计的一个或多个装置。
在702，可在第一UAV处从控制器接收控制信号。在702处接收的控制信号可指示第二UAV的位置。在一些实施方案中，操作702可由与本文中描述和示出的网络更新组件510相同或实质上类似的网络更新组件执行。
在704，可接收在第一UAV处产生的信息。在一些实施方案中，操作704可由与本文中描述和示出的接收组件504相同或实质上类似的接收组件执行。
在706，在704接收的信息可通过第一UAV的光学发射器发射到第二UAV。在一些实施方案中，操作704可由与本文中描述和示出的发射组件514相同或实质上类似的发射组件执行。
在708，可通过第一UAV的光学发射器从第二UAV接收数据。在一些实施方案中，操作708可由与本文中描述和示出的接收组件504相同或实质上类似的接收组件执行。
在710，可确定第一UAV为在708接收的数据的目的地。在一些实施方案中，操作710可由与本文中描述和示出的接收组件504相同或实质上类似的接收组件执行。
在712，可处理在708接收的数据。在一些实施方案中，操作712可由与本文中描述和示出的处理组件506相同或实质上类似的处理组件执行。
图8示出根据本公开的示例性实施例的简化计算机系统。如图8中所示的计算机系统800可纳入到例如便携式电子装置、移动电话的装置或如本文中描述的其他装置内。图8提供可执行由各种实施例提供的方法的步骤中的一些或全部的计算机系统800的一个实施例的示意性示图。应注意，图8仅意图提供各种组件的总括说明，可适当地利用各种组件的任何一个或全部。因此，图8广泛地示出可以相对分散或相对较集中的方式实施个别系统元件的方式。
计算机系统800被图示为包括可适当地经由总线805电耦合或可以其他方式通信的硬件元件。硬件元件可包括：一个或多个处理器810，包括(不限于)一个或多个通用处理器和/或一个或多个专用处理器，例如，数字信号处理芯片、图形加速处理器和/或类似物；一个或多个输入装置815，其可包括(不限于)鼠标、键盘、相机和/或类似物；和一个或多个输出装置820，其可包括(不限于)显示装置、打印机和/或类似物。
计算机系统800可进一步包括一个或多个非暂时性存储装置825和/或与一个或多个非暂时性存储装置825通信，所述非暂时性存储装置825可包括(不限于)本地和/或网络可存取存储装置，和/或可包括(不限于)盘驱动器、驱动器阵列、光学存储装置、固态存储装置，例如，随机存取存储器(“RAM”)和/或只读存储器(“ROM”)，其可为可编程的、可快闪更新的和/或类似的。此类存储装置可被配置以实施任何适当的数据存储，包括(不限于)各种文件系统、数据库结构和/或类似物。
计算机系统800也可包括通信子系统830，其可包括(不限于)调制解调器、网卡(无线或有线的)、红外通信装置、无线通信装置和/或芯片集，例如，Bluetooth装置、802.11装置、WiFi装置、WiMax装置、蜂窝式通信设施等和/或类似物。通信子系统830可包括一个或多个输入和/或输出通信接口以准许与网络(例如以下描述的网络，这里仅是举出一个实例)、其他计算机系统、电视机和/或本文中描述的任何其他装置交换数据。取决于所要的功能性和/或其他实施因素，便携式电子装置或类似装置可经由通信子系统830传达图像和/或其他信息。在其他实施例中，便携式电子装置(例如，第一电子装置)可纳入到计算机系统800内，例如，作为输入装置815的电子装置。在一些实施例中，计算机系统800将进一步包括工作存储器835，其可包括RAM或ROM装置，如上所述。
计算机系统800也可包括软件元件，被图示为当前位于工作存储器835内，包括操作系统840、装置驱动器、可执行程序库和/或其他代码，例如，一个或多个应用程序845，其可包括由各种实施例提供的计算机程序，和/或可被设计以实施如本文中所描述的由其他实施例提供的方法，和/或配置如本文中所描述的由其他实施例提供的系统。仅通过实例，针对以上论述的方法(例如，针对图8所描述的方法)而描述的一个或多个程序可实施为可由计算机和/或计算机内的处理器执行的代码和/或指令；那么，在一个方面，此类代码和/或指令可用以配置和/或调整通用计算机或其他装置以执行根据描述的方法的一个或多个操作。
这些指令和/或代码的集合可存储于非暂时性计算机可读介质存储介质(例如，以上描述的存储装置825)上。在一些情况下，存储介质可纳入到计算机系统(例如，计算机系统800)内。在其他实施例中，存储介质可与计算机系统分开，例如，介质可移除介质，例如，压缩盘，和/或在安装包中提供，由此可使用存储介质用存储于其上的指令/代码编程、配置和/或调整通用计算机。这些指令可呈由计算机系统800执行的可执行代码的形式，和/或可呈源和/或可安装代码的形式，所述源和/或可安装代码在编译和/或安装于计算机系统800(例如，使用多种通常可用的编译器、安装程序、压缩/解压缩工具等的任何一个)上后，则呈可执行代码的形式。
对所属领域的技术人员将显而易见的是，可根据具体要求作出实质的变化。举例来说，也可使用定制的硬件，和/或可以硬件、软件(包括便携式软件，例如，小程序等)或硬件和软件两者来实施特定元件。另外，可使用到其他计算装置(例如，网络输入/输出装置)的连接。
如前面所提到的，在一方面，一些实施例可使用例如计算机系统800的计算机系统来执行根据所述技术的各种实施例的方法。根据一组实施例，此类方法的程序中的一些或全部由计算机系统800响应于处理器810执行工作存储器835中含有的一个或多个指令(其可纳入到操作系统840和/或例如应用程序845的其他代码内)的一个或多个序列而被执行。此类指令可从另一计算机可读介质(例如，存储装置825中的一个或多个)被读取到工作存储器835内。仅通过实例，对工作存储器835中含有的指令序列的执行可使处理器810执行本文中描述的方法的一个或多个程序。附加地或替代地，本文中描述的方法的一些部分可通过专门的硬件来执行。
如本文中使用的术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指参与提供使机器以具体方式操作的数据的任何介质。在使用计算机系统800实施的实施例中，各种计算机可读介质可被牵涉到将指令/代码提供到处理器810以供执行，和/或可使用各种计算机可读介质存储和/或携带此类指令/代码。在许多实施方案中，计算机可读介质为物理和/或有形存储介质。此介质可呈非易失性介质或易失性介质的形式。非易失性介质包括(例如)光盘和/或磁盘，例如，存储装置825。易失性介质包括(不限于)动态存储器，例如，工作存储器835。
物理和/或有形计算机可读介质的常见形式包括(例如)软盘、柔性盘、硬盘、磁带或任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒式磁带或计算机可从中读取指令和/或代码的任何其他介质。
各种形式的计算机可读介质可牵涉到将一个或多个指令的一个或多个序列携带到处理器810以供执行。仅通过实例，指令可一开始携带在远程计算机的磁盘和/或光盘上。远程计算机可将指令装载到其动态存储器内，且将指令作为信号在传输介质上发送，以由计算机系统800接收和/或执行。
通信子系统830和/或其组件通常将接收信号，且总线805接着可携带信号和/或由信号携带的数据、指令等到工作存储器835，处理器810从工作存储器835检索指令并执行该指令。在被处理器810执行之前或之后，由工作存储器835接收的指令可任选地存储于非暂时性存储装置825上。
以上论述的方法、系统和装置为实例。各种配置可适当地省略、取代或添加各种程序或组件。例如，在替代配置中，可以不同于所描述次序的次序执行所述方法，和/或可添加、省略和/或组合各种阶段。并且，在各种其他配置中，可组合针对某些配置描述的特征。可以类似方式组合所述配置的不同方面和要素。并且，技术会演变，且因此，许多要素是实例并且不对本公开或权利要求的范围构成限制。
在描述中给出具体细节以提供对包括实施方案的示例性配置的透彻理解。然而，没有这些具体细节也可以实践配置。例如，已在无不必要的细节的情况下展示公知的电路、过程、算法、结构和技术，以便避免使所述配置变得晦涩难懂。此描述只提供实例配置，且不对权利要求书的范围、适用性或配置构成限制。相反地，所述配置的先前描述将给所属领域的技术人员提供用于实施描述的技术的可能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可对要素的功能和布置作出各种改变。
并且，可将配置描述为一过程，该过程被描绘为示意性流程图或框图。虽然前述示意性流程图或框图中的每一个可将操作描述为依序过程，但许多操作可并行或同时地执行。此外，可重新安排操作的次序。过程可具有未包括于图中的额外步骤。此外，方法的实例可由硬件、软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言或其任何组合实施。当以软件、固件、中间件或微码实施时，执行必要任务的程序代码或代码段可存储于非暂时性计算机可读介质(例如存储介质)中。处理器可执行所描述的任务。
已描述了若干实例配置，在不脱离本公开的精神的情况下，可使用各种修正物、替代构造和等效物。举例来说，以上要素可为较大系统的组件，其中其他规则可优先于技术的应用或以其它方式修改技术的应用。并且，可在考虑以上要素之前、之中或之后进行许多步骤。因此，以上描述并不束缚权利要求书的范围。
如本文中和在所附权利要求书中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数形式，除非上下文另有明确的规定。因此，举例来说，对“一个用户”的引用包括多个此类用户，且对“所述处理器”的引用包括对所属领域的技术人员已知的一个或多个处理器和其等效物的引用，等等。
并且，词语“构成为”、“由……构成”、“包含”、“包容”、“包括”、“包含有”以及“具有”，当在本说明书中和在所附权利要求书中使用时，意图指定所陈述特征、整体、组件或步骤的存在，但其并不排除一个或多个其他特征、整体、组件、步骤、动作或群组的存在或附加。

Claims (22)

1.一种用于促进无人驾驶飞行工具网络的方法，所述方法在被配置以执行编程的组件的一个或多个处理器实施，所述方法包括：
在第一无人驾驶飞行工具处，从控制器接收控制信号，所述控制信号包括指示第二无人驾驶飞行工具的位置的信号；
接收在所述第一无人驾驶飞行工具处产生的信息；
通过所述第一无人驾驶飞行工具的光学发射器将所述信息发送到所述第二无人驾驶飞行工具；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，通过所述第一无人驾驶飞行工具的光学接收器接收由第二无人驾驶飞行工具发射的光束；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，将所述光束转换成数字数据；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，基于所述数字数据，确定所述第一无人驾驶飞行工具是否为所述数字数据的目的地；以及
当确定所述第一无人驾驶飞行工具为所述数据的所述目的地时，处理所述数字数据。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
当确定所述第一无人驾驶飞行工具并非所述数字数据的所述目的地时：
确定所述数字数据的目的地；
获得具有第一表项的路由表，所述第一表项指示如何将数据从所述第一无人驾驶飞行工具发送到所述数字数据的所述目的地；以及
基于所述第一表项，发送所述数字数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其中从所述控制器接收的所述控制信号包括指示所述无人驾驶飞行工具网络的网络状态的信号。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：
在所述第一无人驾驶飞行工具处，基于所述网络状态，更新路由表。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述网络状态指示所述第二无人驾驶飞行工具不可用。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述第一无人驾驶飞行工具处，将指示所述第一无人驾驶飞行工具不可用的状态信息发送到所述控制器。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述光束为激光器或LED。
8.根据权利要求1所述的方法，其中正被处理的所述数字数据并非导航命令。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述第一无人驾驶飞行工具处，将控制信号发送到所述控制器，所述控制信号指示所述第一无人驾驶飞行工具不可用。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制器由地面处理站或另一无人驾驶飞行工具提供。
11.一种用于促进无人驾驶飞行工具网络的系统，所述系统包括一个或多个处理器，所述处理器由机器可读指令配置以执行以下操作：
在第一无人驾驶飞行工具处，从控制器接收控制信号，所述控制信号包括指示第二无人驾驶飞行工具的位置的信号；
接收在所述第一无人驾驶飞行工具处产生的信息；
通过所述第一无人驾驶飞行工具的光学发射器，将所述信息发送到所述第二无人驾驶飞行工具；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，通过所述第一无人驾驶飞行工具的光学接收器，接收由第二无人驾驶飞行工具发射的光束；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，将所述光束转换成数字数据；
在所述第一无人驾驶飞行工具处，基于所述数字数据，确定所述第一无人驾驶飞行工具是否为所述数字数据的目的地；以及
当确定所述第一无人驾驶飞行工具为所述数据的所述目的地时，处理所述数字数据。
12.根据权利要求11所述的系统，所述处理器被进一步配置以执行：
当确定所述第一无人驾驶飞行工具并非所述数字数据的所述目的地时：
确定所述数字数据的目的地；
获得具有第一表项的路由表，所述第一表项指示如何将数据从所述第一无人驾驶飞行工具发送到所述数字数据的所述目的地；以及
基于所述第一表项，发送所述数字数据。
13.根据权利要求11所述的系统，其中从所述控制器接收的所述控制信号包括指示所述无人驾驶飞行工具网络的网络状态的信号。
14.根据权利要求13所述的系统，所述处理器被进一步配置以执行：
在所述第一无人驾驶飞行工具处，基于所述网络状态，更新路由表。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述网络状态指示所述第二无人驾驶飞行工具不可用。
16.根据权利要求11所述的系统，进一步包括：
在所述第一无人驾驶飞行工具处，将指示所述第一无人驾驶飞行工具不可用的状态信息发送到所述控制器。
17.根据权利要求11所述的系统，其中所述光束为激光器或LED。
18.根据权利要求11所述的系统，其中正被处理的所述数字数据并非导航命令。
19.根据权利要求11所述的系统，进一步包括：在所述第一无人驾驶飞行工具处，将指示所述第一无人驾驶飞行工具不可用的控制信号发送到所述控制器。
20.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器由地面处理站或另一无人驾驶飞行工具提供。
21.一种用于促进无人驾驶飞行工具网络的方法，包括权利要求1至10中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。
22.一种用于促进无人驾驶飞行工具网络的系统，包括权利要求11至20中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。
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