CN109075859A - 模块化、无线光学天线 - Google Patents

Abstract

用于光通信网络的模块化节点包括多个收发器模块中的一个或多个收发器模块，以及节点核心，所述节点核心包括多个电连接器以将多达所述多个收发器模块电联接到节点核心。至少一些所述收发器模块具有光学收发器，该光学收发器被配置为发射承载数据并且没有人工约束的光束，并且检测所发射的并且没有人工约束的光束。电联接到节点核心的多达所述多个收发器模块在空间上分离，以基于其数量和布置为光通信提供可配置的覆盖。并且，节点核心还包括交换电路，该交换电路被配置为连接一个或多个收发器模块以实现光通信网络中的重分布点或通信端点。

Description

模块化、无线光学天线

技术领域

本公开总体上涉及光通信，并且尤其涉及发散光束光通信。

背景技术

当今的光学无线通信系统虽然提供了高得多的带宽，但由于对于视线操作的需要、特别是在雾中在无线信道上的高大气衰减、激光器每瓦特的高成本以及缺乏不对准容差而需要增加高成本的指向和跟踪系统，其仅获得利基应用(niche application)。为了克服未对准问题，已经提出了全向光学无线天线(“全向天线”)，其在所有方向上发送和接收光学无线信号，包括在移动ad-hoc(点对点)网络(或MANET)中工作的全向天线。为了实现宽的发射器发散角和宽视场接收器的目的，大多数现有的全向天线通常被设想利用LED处于低功率水平。然而，这样的实现方式仅提供有限的范围，并且被建议使用具有限制吞吐量的有限调制速率的部件，并且因此具有有限的应用，例如室内局域网(LAN)或其他受限空间。

其他教导考虑了使用镜子的360度发射覆盖，但是没有解决检测器视场。其他教导提供具有IR发射器和接收器对的设备，但是在主从配置中将网络设想为是静态的。

因此，将期望具有一种系统和方法，其考虑并解决至少一些上述问题以及可能的其他问题。

发明内容

为了解决这些缺点中的一些，提供了用于光学无线通信的高功率、模块化、全向节点。在PCT专利申请公开No.WO 2015/106110及其相应的美国专利申请公开No.2016/0294472中提出的该类型的高功率、发散光束系统(均通过引用以其各自的整体并入本文)在这里显现为节点上的单个面板，一个节点上多个面板的合成形成多向节点。该节点被设计为模块化的(例如，根据应用处理不同规格的面板)，支持移动性，并且当存在其他节点时，用作网状网络或MANET。当节点在面板覆盖区域之间移动时，节点处理网络的动态重新配置。面板本身可具有各种功率水平、各种不同发射器源、各种发散和接收角以及各种调制速率和方案。在全向配置中，节点在模块的设计距离内覆盖节点周围的整个区域，导致无角容差问题，通过与网状网络的路径冗余结合的多个节点的廉价部署产生对于视线问题的较低成本的解决方案，通过高功率发射器和宽视场接收器解决衰减，并为移动通过网状网络覆盖区域的移动节点提供连续连接性。

示例实现方式提供具有全向能力的模块化无线通信节点，其具有一个或多个高功率、高度发散的激光束，其具有高调制率，与至少一个高接收角接收器耦合，当以各种形式配置时，支持高级网状网络功能。这将有助于解决现有技术的衰减、距离和速度限制。此外，示例实现方式提供了模块化设计，包括单个节点和多个模块(也称为面板)，这将有助于降低成本并实现更频繁和更廉价的节点部署，以解决自由空间光链路中经常遇到的视线限制。

因此，本公开包括但不限于以下示例实现方式：

一些示例实现方式提供用于光通信网络的模块化节点，所述模块化节点包括：多个收发器模块中的一个或多个收发器模块，所述一个或多个收发器模块中至少一些收发器模块具有光学收发器，所述光学收发器被配置为发射承载数据并且没有人工约束的光束，并检测所发射的并且没有人工约束的光束；和节点核心，包括多个电连接器，用于将多达所述多个收发器模块电联接到所述节点核心，电联接到所述节点核心的多达多个收发器模块在空间上分离，以基于其数量和布置为光通信提供可配置覆盖，其中，所述节点核心还包括交换电路，所述交换电路被配置为连接所述一个或多个收发器模块以实现光通信网络中的重分布点或通信端点。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，所述光学收发器被配置为发射光束，并且检测所发射的光束，所发射的光束的发散角大于0.1度，并且光子效率小于0.05％，所述光子效率将可检测光子的数量与所述光束的发射光子的数量相关。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，所述一个或多个收发器模块包括在标称角、数据率或距离方面具有不同规格的光学收发器。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，所述一个或多个收发器模块包括具有相应视场的收发器模块，所述相应视场至少部分重叠并且从而限定由所述收发器模块在被联接到所述节点核心时覆盖的区域，并且每个所述收发器模块通过时分或波分复用支持与其视场中的一个或多个其他模块化节点的一个或多个收发器模块的通信，并且其中，所述交换电路还被配置为在所述收发器模块之间动态选择，以为所述收发器模块中的两个或所有收发器模块覆盖的区域提供覆盖。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，联接到所述节点核心的所述一个或多个收发器模块中的至少一个跨越所述多个电连接器中的超过一个电连接器。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，联接到所述节点核心的所述一个或多个收发器模块中的至少一些还具有通过机械移动、光束转向或液体透镜而实现的主动跟踪。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，联接到所述节点核心的一个或多个收发器模块中的至少一些还具有处理器，所述处理器被配置为控制所述收发器模块或促进两个或更多个所述收发器模块之间通过所述节点核心的通信。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，所述处理器和逻辑还被配置为忽略、阻止或过滤打算用于联接到所述节点核心的相邻收发器模块的光束，或者基于所述相邻收发器模块的活动而修改其光学收发器的定向、功率水平或频率。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，所述一个或多个收发器模块包括：具有被配置为发射和检测承载数据的光束的光学收发器的收发器模块，以及具有被配置为发射和接收承载数据并在1兆赫(MHz)至10太赫兹(THz)的范围的频带内的电磁波的电磁波收发器的另一收发器模块。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，所述节点核心还具有处理器和逻辑，所述处理器和逻辑被配置为忽略、阻止或过滤来自联接到所述节点核心的一个或多个所述收发器模块的光束，或者修改联接到所述节点核心的一个或多个所述收发器模块的定向、功率水平或频率。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，所述节点核心还包括网络连接，以将所述模块化节点链接到与所述光通信网络不同的另一网络。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，所述交换电路被配置为连接所述一个或多个收发器模块包括被配置为可交换地连接所述一个或多个收发器模块以支持所述光通信网络的网状或移动ad-hoc网络拓扑，其包括所述模块化节点和所述模块化节点配置为与之通信的一个或多个其他模块化节点。

一些示例实现方式提供了在光通信网络中实现重分布点或通信端点的方法，该方法包括：将多达多个收发器模块的一个或多个电联接到节点核心，所述多个收发器模块中的至少一些收发器模块具有光学收发器，所述光学收发器被配置为发射承载数据并且没有人工约束的光束，并检测所发射的并且没有人工约束的光束，所述节点核心具有多个电连接器，用于电联接多达所述多个收发器模块，电联接到所述节点核心的多达所述多个收发器模块在空间上分离，以基于它们的数量和布置为光通信提供可配置的覆盖；以及通过所述节点核心的交换电路连接所述一个或多个收发器模块，以实现光通信网络中的重分布点或通信端点。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，所述光学收发器被配置为发射光束并且检测所发射的光束，所发射的光束的发散角大于0.1度，并且光子效率小于0.05％，所述光子效率将可检测光子的数量与所述光束的发射光子的数量相关。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，电联接所述一个或多个收发器模块包括电联接包括在标称角、数据率或距离方面具有不同规格的光学收发器的一个或多个收发器模块。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，电联接所述一个或多个收发器模块包括电联接具有相应视场的一个或多个收发器模块，所述相应视场至少部分重叠并且从而限定由所述收发器模块在被联接到所述节点核心时覆盖的区域，并且每个所述收发器模块通过时分或波分复用支持与其视场中的一个或多个其他模块化节点的一个或多个收发器模块的通信，并且其中，连接所述一个或多个收发器模块还包括在所述收发器模块之间动态选择，以为所述收发器模块中的两个或所有收发器模块覆盖的区域提供覆盖。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，电联接所述一个或多个收发器模块包括电联接以下一个或多个收发器模块：该一个或多个收发器模块中的至少一些还具有处理器，所述处理器被配置为控制所述收发器模块或促进两个或更多个所述收发器模块之间通过所述节点核心的通信。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，所述处理器和逻辑还被配置为忽略、阻止或过滤打算用于联接到所述节点核心的相邻收发器模块的光束，或者基于所述相邻收发器模块的活动而修改其光学收发器的定向、功率水平或频率。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，电联接所述一个或多个收发器模块包括电联接以下一个或多个收发器模块：该一个或多个收发器模块包括具有被配置为发射和检测承载数据的光束的光学收发器的收发器模块，以及具有被配置为发射和接收承载数据并在1兆赫(MHz)至10太赫兹(THz)的范围的频带内的电磁波的电磁波收发器的另一收发器模块。

在任何先前或任何后续示例实现方式或其任何组合的模块化节点的一些示例实现方式中，连接所述一个或多个收发器模块包括可交换地连接所述一个或多个收发器模块以支持所述光通信网络的网状或移动ad-hoc网络拓扑，其包括所述模块化节点和所述模块化节点配置为与之通信的一个或多个其他模块化节点。

通过阅读以下详细描述以及附图，本公开的这些和其他特征、方面和优点将变得显而易见，所述附图在下面简要描述。本公开包括本公开中阐述的两个、三个、四个或更多个特征或元件的任何组合，而不管这些特征或元件是否在本文的具体实现方式中明确地组合或以其他方式列举。本公开旨在从整体上阅读，使得本公开的任何可分离的特征或元件在其任何方面和实现方式中应被视为可组合的，除非本公开的上下文另有明确说明。

因此将理解，提供上述发明内容仅仅是为了总结一些示例实现方式的目的，以便提供对本公开的一些方面的基本理解。这样，应当理解，上述示例实现方式仅仅是一些实现方式的示例，并且不应该被解释为以任何方式缩小本公开的范围或精神。应当理解，除了这里总结的那些之外，本公开的范围包括许多可能的实现方式，其中一些将在下面进一步描述。此外，通过以下结合附图的详细描述，本文公开的实现方式的其他方面和优点将变得显而易见，附图通过示例的方式示出了所描述的实现方式的原理。

附图说明

已经以前面的一般术语描述了本公开，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：

图1和2示出了根据本公开的各种示例实现方式的各种配置中的多向节点；

图3示出了根据示例实现方式的模块化节点；

图4、5、6和7示出了根据示例实现方式的图3的模块化节点的配置，包括不同数量、布置和连接的收发器模块(也称为“面板”)；

图8示出了包括网状网络拓扑中的模块化节点的光通信网络；

图9、10和11将根据本公开的示例实现方式的网状网络与其他光学和射频网络进行比较；

图12示出了根据示例实现方式的图8的网状网络，其中模块化节点包括不同功率或数据率的面板；并且

图13是包括根据示例实现方式的方法中的各种操作的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考本公开的示例实现方式更全面地描述本公开。描述这些示例实现方式使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。实际上，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应该被解释为限于这里阐述的实现方式；而是，提供这些实现方式是为了将使本公开满足适用的法律要求。如说明书和所附权利要求中所使用的，例如，单数形式“一”、“一个”、“所述”等包括复数指示物，除非上下文另有明确说明。而且，例如，这里可以参考定量测度、值、关系等。除非另有说明，否则这些中的任何一个或多个(如果不是全部的话)可以是绝对的或近似的，以考虑可能发生的可接受变化，例如由于工程容差等引起的可接受变化。

如下文所述，本公开的示例实现方式涉及光通信，并且更具体地涉及发散光束光通信。主要在自由空间光(FSO)通信的背景下描述本公开的示例实现方式。然而，应该理解的是，示例实现方式可以同样适用于除了传统上与FSO通信关联的背景的背景中，即通过空气、外太空、真空等的通信。例如，示例实现方式可以同样适用于通过水或任何其他液体、溶液或悬浮液以及光束可以在没有光纤缆、波导或传输线的情况下通过其传播的任何其他物质或介质的通信。这些和其他类似的人工约束手段可以呈现折射率的对比，其导致其中的模式约束以承载或以其他方式引导光束。因此，示例实现方式可以更普遍地被认为适用于包括在没有人工约束(例如通过光纤缆、波导、传输线等)的情况下光束在发射器和接收器之间的传播的光通信。

如下面更详细地解释的，本公开的示例实现方式提供了高功率、模块化的光学无线通信节点，其具有多达多个收发器模块(通常称为“面板”)，以提供全向能力。在先前引用和并入的WO 2015/106110和US 2016/0294472公开中提出的那种类型的高功率、发散光束系统在这里显现为节点上的单个面板，其中一个节点上多个面板的合成形成多向节点。节点被设计为模块化的(例如，根据应用程序处理不同规格的面板)，支持移动性，并且当存在其他节点时，用作网状网络。当节点在面板覆盖区域之间移动时，节点将处理网络的动态重新配置。面板本身可以具有各种功率水平、各种不同的发射器源、各种发散和接收角以及各种调制速率和方案。当处于全向配置时，节点覆盖导致无角容差问题的区域，通过在网状网络中廉价部署多个节点和冗余导致对于视线问题的较低成本解决方案，并通过高功率和宽视场接收器解决衰减问题。

图1示出了全向配置中的多向节点100，该全向配置具有提供360度水平覆盖以及1到10度的垂直角范围的八个面板。然而，通过本领域技术人员容易知道的微小机械变化，节点可以被配置用于从一个面板到半球形或全球形的任何角范围。图2示出了全球形覆盖的替代实现方式，其中每个形状的面对应于单个面板。成本效率将决定面板的数量，并且因此决定每个面板的角覆盖区域(接收和发射)，从而决定节点。面板覆盖区域在一个维度上可以比另一个维度更大。

其他点对多点的解决方案需要提前知道给定点(或节点)将具有的连接数量。这样的解决方案还需要知道连接的方向，或者需要设备具有机械系统以为其提供宽范围的定向选项。示例实现方式提供了具有足够灵活性的节点，因此可以在大多数情况下使用它而无需修改节点本身。

用于解决这种空间灵活性的替代方法是创建内在是全向的节点。提供这样的覆盖静态地提高了成本，这要求设计经常共享部件(光学、光子或电子部件)以抵消增加。因此，在需要点对点或点对多点的情况下，这些系统因此成本过高，并且在全向配置中，不提供在不同空间区域之间改变收发器特性的灵活性。

节点和面板

图3示出了根据本公开的一个示例实现方式的模块化节点300。如图所示，该节点包括可以支持多个面板304的节点核心302。附接到核心的面板的数量可以根据所需的应用或所需面板的特定性能或尺寸而变化。该节点具有支持不同规格的面板的能力，面板中的两个也示为面板304a，304b。该节点还具有根据需要仅支持面板子组的能力。图4和5示出了具有不同数量的面板的节点核心。较少的面板可以解决密度较低区域中的成本效益，或者使节点仅能够实现中继。

还如图3所示，每个面板304具有覆盖区域306。面板可以设计成具有彼此不同或可以重叠的覆盖区域。在重叠的情况下，节点300或面板304电子设备将动态地选择哪个面板要保持与重叠区域中的节点或端点的通信。

每个面板304可以在其通信覆盖区域中具有一个或多个其他节点300的一个或多个面板。在覆盖区域中存在一个以上面板(即，一对多)的情况下，面板具有利用时分或波分复用来支持到该覆盖区域中的所有设备的活动链路的能力，不管这是通过电子方式还是机械方式来实现的。相反，如果链路的另一侧需要，与其他面板共享覆盖区域的面板(即，多对一)也将利用时分或波分复用。

节点和面板可以是固定的或移动的。

面板特征

面板304将必定具有一个或多个发射器设备和一个或多个光电检测器以及返回节点的连接方法。面板在覆盖角、数据率和距离方面的规格将决定面板部件和配置的平衡。根据距离，面板可能需要也可能不需要光学增益。

面板连接可以是本领域技术人员已知的各种方法，包括固态背板连接器、以太网的高速版本或甚至可能是引起低噪声的无线标准，例如低-e蓝牙(low-e Bluetooth)。

面板特征还可以包括主动跟踪，无论是通过收发器光学组装的机械移动、光束转向还是液体透镜方法。主动跟踪还可以通过定向光束支持时分复用实现方式。

无论是机械地还是用液体透镜，都可以调整面板功能覆盖区域距离，以缩窄但延长覆盖区域一些时间段。面板304还能够在节省电力可能为有利的情况下降低功率并因此减小覆盖区域。

面板304将具有附加特征以用节点核心302并且还用节点上的其他面板来实现最佳性能，包括(a)忽略、阻止或过滤打算用于同一节点上的相邻面板的信号的能力，(b)基于相邻面板的活动修改其收发器的定向、功率水平或频率。在某些实现方式中，在面板中具有处理器和逻辑以实现这一点将是有利的，在其他实现方式中，这将用传递到面板的指令而在节点核心中被解译。

在某些情况下，面板304上的处理器将是适宜的，以服务单个面板上的控制功能。在其他情况下，处理器将促进通过节点核心302在两个或更多个面板之间的通信。该面板/节点核心通信可用于减少节点300内的交换的时延。与相邻面板协力的面板可以利用信号强度的变化来允许节点核心预测何时可能发生变化。

在该配置和其他配置中，面板304能够通过节点核心302彼此通信或者与网络上的其他设备通信。在某些情况下，面板将了解整个网络的网络拓扑，包括节点上的面板配置。面板进行的通信可用于改变和/或优化网络拓扑。该通信还可用于报告关于链路的特性的状态或该面板的视场中的其他面板的数量和类型。可以将这些统计信息传送到监测和控制应用，其中应用被分配到每个节点，或者经由集中式或基于云的服务器来进行管理。

节点核心特征

节点核心302包含用于保持和连接面板304或面板连接器的机械接口，以及促进面板和其与其他节点的各种连接的通信的电子设备。机械接口可以是大于一的任何数量，并且可以仅用于面板连接器，使得面板物理地远离节点核心定位并且经由电缆而电连接。节点核心还支持经由标准网络连接(例如，GigE以太网、射频无线、毫米无线、光纤或其他)的连接。该连接可用于将节点链接到现有网络、到端点或到设计为支持多个其他端点连接的另一无线天线。

在一些示例中，面板304将全部机械连接到核心。在这样的情况下，核心机械连接器被配置为在使用所有机械连接器时确保全向覆盖。在其他示例中，例如在屋顶实施方式或核心定位约束潜在的视线路径的其他实现方式中，面板可以不机械地连接到核心而是分离地远离节点安装，被定位成实现每个面板的最佳视线。这在图6中示出。在其他示例中，将存在机械地和非机械地连接到单个节点的面板。这在图7中示出。

节点核心302还将支持面板304，其利用适当频带中的电磁波通信来支持射频(RF)通信，包括毫米波、无线LAN(例如，Wi-Fi)等、太赫兹(THz)通信或者在1兆赫(MHz)到10THz的范围内的其他通信。节点核心将具有标准互连，使得也可以使用非通信设备，例如支持传感器的面板或支持超材料(metamaterial)的面板。

节点核心302将具有还通过光纤、以太网和/或(一个或多个)其他连接连接到一个或多个物理网络的能力。这些类型的节点连接的频率将取决于给定网状网络设计所需的最佳布局和可靠性。

网状网络

当节点移动通过相同节点的各个面板覆盖区域或交换到不同节点的覆盖区域时，节点电子设备(面板304或核心302或某种组合)支持网络的动态重新配置。图8示出了连接在网状网络拓扑800中的节点300。网状网络拓扑产生冗余以及更高的整体网络吞吐量的益处。如果端点支持，或者经由例如Wi-Fi或其他标准的RF链路806，每个节点可以连接到端点802。动态重新配置可以在宽范围的时间尺度内发生。现有协议(例如IP)在秒到分钟的时间尺度上配置(和重新配置)网络。该网络可以使用在那些时间尺度上的那些或类似的协议。此外，该网络可以在从秒到微秒的时间尺度上配置和重新配置自身。最小时间尺度由分组大小和给定数据率来设置。高速动态重新配置使节点能够在从静态到1000公里/小时的时间尺度上移动和旋转。

具有光学无线面板304的模块化节点300将具有优于其他网状实现方式的特定优势。例如，空间上不同的覆盖区域的数量可以高于射频。带有具有发散角+/-0.5°的面板收发器的单个节点可以在地平线周围具有360个不同的覆盖区域。采用具有1Gbps吞吐量的单个收发器将仅在水平平面中产生360Gbps的节点吞吐量。在垂直方向上添加面板会增加不同覆盖区域的数量。再举一个例子，用具有+/-0.5°的发散角的收发器覆盖4π球面度将占用大约44000个面板。

网状网络800中的节点300可以是固定的、移动的或两者的组合。例如，用小外形尺寸实现的节点和具有中等额定功率和中等比特率的面板304适合于用于连接的客运车辆中，将车辆连接到其他模块化节点，无论是连接到更广的网状网络的另一车辆还是固定节点。在其他情况下，具有较高功率和较高比特率的移动节点将用于例如公共汽车或火车的公共交通工具中。

此外，如图9所示，现有技术的窄光束FSO节点系统仅允许节点之间的点对点通信。其他点和移动用户无法接收或发射通信。这被示为点“X”不在通信线上。示例实现方式的宽光束覆盖网状网络中的所有区域，使得所有点“X”都在通信光束上，如图10所示。因此，即使是移动用户也可以进行连续通信。而且，与图11所示的全向射频系统相比，本公开的示例实现方式实现了远高得多的带宽和频率重用。除了实现与整个网状区域中的任何用户的链接之外，示例实现方式还允许高覆盖冗余。如图10所示，每个用户“X”可以与六个节点中的每一个通信，从而增加链路可靠性和带宽。此外，每个面板上可以并入多个激光器和检测器，以使得每个面板和每个光束即使在多个设备故障时也能继续工作。因此可以使用成本较低可靠性较低的部件。

交换

节点300执行数据的交换以将其路由通过网状网络800。这些交换决定可以在面板304中或在节点核心302中进行。节点核心可以包括具有IP级交换的以太网交换机，IP级交换由交换机利用任何数量的网络拓扑和交换算法来确定。在某些情况下，可以由面板做出高速交换决定并将其传送到节点核心。或者，面板可以透明地将所有链路性能和控制状态数据传递到节点核心，在节点核心对给定节点做出所有交换决定。其他配置也是可能的。尽管在本说明书中已经使用了以太网和IP，但是本公开的示例实现方式与数据格式和路由协议无关。

在一些情况下，面板304可以预期节点300的交换变化以便减少时延。这将对网状节点是移动的实现方式(例如，用作移动车辆的通信设备)具有特定影响。

利用模块化设计的网状网络优化

图12示出了在网状600上的给定位置处可能需要或期望具有较高功率或较高数据率的面板304的配置。在这样的情况下，可以在节点内交换面板以适应需要较高数据率1002或较长距离的连接1004的公共路径节点。这样的灵活性在节点固定的情况下特别有用。

在需要移动性的情况下，如果其检测到衰落连接(通常由移动得更远的节点指示)，则可以将面板304设计成扩展面板的范围。在这种情况下，面板硬件可以动态交换到较低数据率的调制，从而增加了噪声容限，并且因此扩展了范围。

对面板的粗略转向

可以使节点300内的面板304具有粗略的转向能力。这种平移和倾斜的转向在多向但非全向的配置中提供了动态地交换哪些面板被用于连接端点或其他网状节点的能力。这种转向可以利用光学相控阵列、液体透镜或其他方法机械地或电子地实现。

图13是根据示例实现方式的包括在光通信网络中实现重分布点或通信端点的方法1300中的各种操作的流程图。如框1302所示，该方法包括将一个或多个多达多个收发器模块电联接到节点核心。多个收发器模块中的至少一些具有光学收发器，该光学收发器被配置为发射承载数据并且没有人工约束的光束，并且检测所发射的并且没有人工约束的光束。节点核心具有多个电连接器，用于与多个收发器模块电联接，电联接到节点核心的多达多个收发器模块在空间上分离，以基于它们的数量和布置为光通信提供可配置的覆盖。并且如方框1304所示，该方法包括通过交换节点核心的电路来连接一个或多个收发器模块以实现光通信网络中的重分布点或通信端点。

可以使用硬件和软件的任何组合来实现本公开的示例实现方式。如果被实现为计算机实现的装置，则可以使用用于执行上述一些或所有步骤和功能的装置来实现示例。

本公开的示例实现方式可以包括在制品(例如，一个或多个计算机程序产品)中，该制品例如具有计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质作为能够存储信息的非暂时性设备，可以与计算机可读传输介质(例如能够将信息从一个位置承载到另一个位置的电子瞬时信号)区分开。这里描述的计算机可读介质通常可以指计算机可读存储介质或计算机可读传输介质。计算机可读存储介质在其中体现有例如计算机可读程序代码装置，包括计算机可执行指令，用于提供和促进示例实现方式的机制。在这方面，计算机可读存储介质可以具有存储在其中的计算机可读程序代码部分，其响应于处理器(硬件处理器)的执行，使得装置执行本文描述的各种功能。该制品可以作为包括上述处理器的计算机系统的一部分而包括在内，或者单独提供。或者，在一些示例中，该制品可以包括在节点核心302或节点300的面板304的电子设备中。

本公开所属领域的技术人员将想到本文所阐述的本公开的许多修改和其他实现方式，其具有前述描述和相关附图中呈现的教导的益处。因此，应该理解，本公开不限于所公开的具体实现方式，并且修改和其他实现方式旨在包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管前面的描述和相关附图在元件和/或功能的某些示例组合的背景中描述了示例实现方式，但是应当理解，可以通过替代实现方式来提供元件和/或功能的不同组合而不脱离所附权利要求的范围。在这方面，例如，也可以预期不同于上面明确描述的元件和/或功能的元件和/或功能的不同组合，这可以在一些所附权利要求中阐述。尽管本文采用了特定术语，但它们仅以一般性和描述性意义的使用，而不是用于限制的目的。

Claims (20)

1.一种用于光通信网络的模块化节点，所述模块化节点包括：

多个收发器模块中的一个或多个收发器模块，所述一个或多个收发器模块中至少一些收发器模块具有光学收发器，所述光学收发器被配置为发射承载数据并且没有人工约束的光束，并检测发射的并且没有人工约束的光束；和

包括多个电连接器的节点核心，所述多个电连接器用于将多达多个收发器模块电联接到所述节点核心，电联接到所述节点核心的多达多个收发器模块在空间上分离，以基于其数量和布置为光通信提供可配置覆盖，

其中，所述节点核心还包括交换电路，所述交换电路被配置为连接所述一个或多个收发器模块以实现光通信网络中的重分布点或通信端点。

2.根据权利要求1所述的模块化节点，其中，所述光学收发器被配置为发射光束，并且检测发射的光束，所述发射的光束的发散角大于0.1度，并且光子效率小于0.05％，所述光子效率将可检测光子的数量与所述光束的发射光子的数量相关。

3.根据权利要求1所述的模块化节点，其中，所述一个或多个收发器模块包括在标称角、数据率或距离方面具有不同规格的光学收发器。

4.根据权利要求1所述的模块化节点，其中，所述一个或多个收发器模块包括具有相应视场的收发器模块，所述相应视场至少部分重叠并且从而限定由所述收发器模块在被联接到所述节点核心时覆盖的区域，并且每个所述收发器模块通过时分或波分复用支持与其视场中的一个或多个其他模块化节点的一个或多个收发器模块的通信，并且

其中，所述交换电路还被配置为在所述收发器模块之间动态选择，以为所述收发器模块中的两个或所有收发器模块覆盖的区域提供覆盖。

5.根据权利要求1所述的模块化节点，其中，联接到所述节点核心的所述一个或多个收发器模块中的至少一个跨越所述多个电连接器中的多于一个电连接器。

6.根据权利要求1所述的模块化节点，其中，联接到所述节点核心的所述一个或多个收发器模块中的至少一些还具有通过机械移动、光束转向或液体透镜而实现的主动跟踪。

7.根据权利要求1所述的模块化节点，其中，联接到所述节点核心的一个或多个收发器模块中的至少一些还具有处理器，所述处理器被配置为控制所述收发器模块或促进两个或更多个所述收发器模块之间通过所述节点核心的通信。

8.根据权利要求7所述的模块化节点，其中，所述处理器和逻辑还被配置为忽略、阻止或过滤用于联接到所述节点核心的相邻收发器模块的光束，或者基于所述相邻收发器模块的活动而修改其光学收发器的定向、功率水平或频率。

9.根据权利要求1所述的模块化节点，其中，所述一个或多个收发器模块包括：具有被配置为发射和检测承载数据的光束的光学收发器的收发器模块，以及具有被配置为发射和接收承载数据并在1兆赫(MHz)至10太赫兹(THz)的范围的频带内的电磁波的电磁波收发器的另一收发器模块。

10.根据权利要求1所述的模块化节点，其中，所述节点核心还具有处理器和逻辑，所述处理器和逻辑被配置为忽略、阻止或过滤来自联接到所述节点核心的所述收发器模块中的一个或多个的光束，或者修改联接到所述节点核心的所述收发器模块中的一个或多个的定向、功率水平或频率。

11.根据权利要求1所述的模块化节点，其中，所述节点核心还包括网络连接，以将所述模块化节点链接到与所述光通信网络不同的另一网络。

12.根据权利要求1所述的模块化节点，其中，所述交换电路被配置为连接所述一个或多个收发器模块包括被配置为可交换地连接所述一个或多个收发器模块以支持所述光通信网络的网状或移动ad-hoc网络拓扑，所述网状或移动ad-hoc网络拓扑包括所述模块化节点和所述模块化节点被配置为与之通信的一个或多个其他模块化节点。

13.一种在光通信网络中实现重分布点或通信端点的方法，该方法包括：

将多达多个收发器模块的一个或多个电联接到节点核心，

所述多个收发器模块中的至少一些收发器模块具有光学收发器，所述光学收发器被配置为发射承载数据并且没有人工约束的光束，并检测发射的并且没有人工约束的光束，

所述节点核心具有多个电连接器，所述多个电连接器用于电联接多达多个收发器模块，电联接到所述节点核心的多达多个收发器模块在空间上分离，以基于它们的数量和布置为光通信提供可配置的覆盖；以及

通过所述节点核心的交换电路连接所述一个或多个收发器模块，以实现光通信网络中的重分布点或通信端点。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述光学收发器被配置为发射光束并且检测发射的光束，所述发射的光束的发散角大于0.1度，并且光子效率小于0.05％，所述光子效率将可检测光子的数量与所述光束的发射光子的数量相关。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，电联接所述一个或多个收发器模块包括电联接包括在标称角、数据率或距离方面具有不同规格的光学收发器的一个或多个收发器模块。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，电联接所述一个或多个收发器模块包括电联接具有相应视场的一个或多个收发器模块，所述相应视场至少部分重叠并且从而限定由所述收发器模块在被联接到所述节点核心时覆盖的区域，并且所述收发器模块中的每个通过时分或波分复用支持与其视场中的一个或多个其他模块化节点的一个或多个收发器模块的通信，并且

其中，连接所述一个或多个收发器模块还包括在所述收发器模块之间动态选择，以为所述收发器模块中的两个或所有收发器模块覆盖的区域提供覆盖。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，电联接所述一个或多个收发器模块包括电联接以下一个或多个收发器模块：该一个或多个收发器模块中的至少一些还具有处理器，所述处理器被配置为控制所述收发器模块或促进两个或更多个所述收发器模块之间通过所述节点核心的通信。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述处理器和逻辑还被配置为忽略、阻止或过滤用于联接到所述节点核心的相邻收发器模块的光束，或者基于所述相邻收发器模块的活动而修改其光学收发器的定向、功率水平或频率。

19.根据权利要求13所述的方法，其中，电联接所述一个或多个收发器模块包括电联接以下一个或多个收发器模块：该一个或多个收发器模块包括具有被配置为发射和检测承载数据的光束的光学收发器的收发器模块，以及具有被配置为发射和接收承载数据并在1兆赫(MHz)至10太赫兹(THz)的范围的频带内的电磁波的电磁波收发器的另一收发器模块。

20.根据权利要求13所述的方法，其中，连接所述一个或多个收发器模块包括可交换地连接所述一个或多个收发器模块以支持所述光通信网络的网状或移动ad-hoc网络拓扑，所述网状或移动ad-hoc网络拓扑包括所述模块化节点和所述模块化节点被配置为与之通信的一个或多个其他模块化节点。