CN110870222A - 光无线通信系统和自适应光无线通信网络 - Google Patents

光无线通信系统和自适应光无线通信网络 Download PDF

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Abstract

提供一种通信系统，包括：多个网络组件，每个都包括至少一个第一通信接口，适于通过无线光通信(OWC)通信地耦接到多个网络组件中的任何其它一个网络组件和用户设备；至少一个网关组件，包括至少一个第二通信接口，适于通过无线光通信(OWC)通信地耦接到多个网络组件中的任何一个，至少一个第二通信接口还适于通信地耦接到至少一个外部通信网络；至少一个便携接入组件，可移动地连接到用户设备，并且包括至少一个第三通信接口，至少一个第三通信接口适于通过无线光通信(OWC)将用户设备通信地耦接到多个网络组件中的任何一个，并且通信系统适于利用多个网络组件和至少一个网关组件形成双工环形网络拓扑和双工网状网络拓扑中的任何一个。

Description

光无线通信系统和自适应光无线通信网络
技术领域
本发明总体涉及一种通信系统和网络，具体涉及无线通信系统和网络，并且更具体地涉及光无线通信系统和网络，诸如可见光通信(VLC)系统和光保真(Li-Fi)网络。
背景技术
现在无线通信(例如Wi-Fi)已经成为在移动用户和移动网络提供商之间传输数据的标准方式，例如，以接入因特网服务或与其他用户通信。近年来，在无线光通信(OWC)或可见光通信(VLC)方面已经取得了相当大的进步，该通信使用例如来自LED的光以与无线局域网(WLAN、Wi-Fi等)通信类似的方式来传输数据。
OWC的子集是所谓的Li-Fi，Li-Fi是高速无线通信技术，其中LED以非常高速率(即，人眼不可察觉)来形成脉冲以传输数据。Li-Fi能够用于电磁敏感区域(如，机场、医院)，而没有当前射频(RF)电磁辐射(EMR)的缺点。
尽管已知使用Li-Fi技术的通信网络，但是这些网络系统中没有一个允许在网络节点之间以及用户设备之间进行双工无线通信。因此，需要一种自适应光无线网络系统，其能够完全整合在任何公共交通设施中，例如飞机、火车和公共汽车等，以及形成建筑物基础设施的一部分。
因此，本发明的目的是提供一种改进的光无线通信系统，其适于提供全双工自适应光无线网络。
发明内容
本发明的各优选实施例试图克服现有技术的一个或更多个缺点。
根据本发明的第一实施例，提供了一种通信系统，包括：
多个网络组件，每个网络组件包括至少一个第一通信接口，该至少一个第一通信接口适于通过无线光通信(OWC)通信地耦接到多个网络组件中的任何其它一个网络组件和至少一个用户设备；
至少一个网关组件，包括至少一个第二通信接口，该至少一个第二通信接口适于通过无线光通信(OWC)通信地耦接到多个网络组件中的任何一个，至少一个第二通信接口还适于通信地耦接到至少一个外部通信网络；
至少一个便携接入组件，可操作地连接到用户设备并且包括至少一个第三通信接口，所述至少一个第三通信接口适于通过无线光通信(OWC)将用户设备通信地耦接到多个网络组件中的任何一个，以及
其中通信系统适于利用多个网络组件和至少一个网关组件形成双工环形网络拓扑和双工网状网络拓扑中的任何一个。
优选的，多个网络组件的至少一部分和至少一个网关组件可以适于形成通信系统的无线光通信(OWC)骨干网。优选地，第一通信接口、第二通信接口和第三通信接口中的任何一个可以适于提供可见光通信(VLC)和红外光通信。
优选的，第一通信接口可包括：
至少一个上行链路收发元件，适于从用户设备和/或多个网络组件中的任何其他一个网络组件接收数据，并将数据传输到多个网络组件中的任何其他一个网络组件和/或至少一个网关组件，以及
至少一个下行链路收发元件，适于从多个网络组件中的任何其它一个网络组件和/或所述至少一个网关组件接收数据，并将数据传输到用户设备和/或多个网络组件中的任何其它网络组件。
优选的，上行链路收发元件可以适于利用红外光通信。更优选的，下行链路收发元件可以适于利用可见光通信(VLC)。
优选的，多个网络组件中的任何一个还可以包括Li-Fi用户接入端口，其可操作地耦接到第一通信接口，并适于建立与至少一个便携接入组件的Li-Fi通信信道。优选地，Li-Fi用户接入端口为至少一个光源。更优选地，至少一个光源包括至少一个LED。
优选的，至少一个网关组件可以适于控制多个网络组件中的任何一个。
优选的，无线光通信(OWC)可以适于通过具有在可见光谱、红外光谱或紫外光谱中的任何一个的波长的电磁辐射(EMR)来提供光通信。
另外，至少多个网络组件的预定部分还可包括第四通信接口，其适于通过无线局域网(WLAN)通信和/或局域网(LAN)通信与多个网络组件的预定部分的任何其它一个网络组件的预定部分通信地耦接。
优选的，无线局域网(WLAN)适于通过具有射频频谱中的波长的电磁辐射(EMR)提供无线通信。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例而非限制性的方式来描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出了本发明的系统的整体系统架构的示意图；
图2示出了本发明的无线通信系统在网状网络拓扑中的示例的示意图；
图3示出了本发明的无线通信系统在环形网络拓扑中的另一示例的示意图；
图4示出了在包括光通信信道(Li-Fi，红外)以及物理通信信道(以太网电缆)的网状网络拓扑中的系统架构示意图；
图5示出了系统架构的示意图，其中可见光通信(VLC)链路网络组件通过以太网电缆连接到主网关组件；
图6示意性示出了可见光通信(VLC)主网关和相应的可见光通信(VLC)链路的内部框图；
图7示意性示出了可见光通信(VLC)链接MUX(多路复用器)逻辑框图；
图8示出了适用于网状网络拓扑的VLC链路网络组件的示意图，包括上行链路光信道接口和下行链路光信道接口；
图9示出了便携用户安全装置的示意图，包括适于连接到用户设备(例如USB)的第一接口和适于通过无线光通信(OWC)(例如，通过光保真技术(Li-Fi)的光下行链路、通过红外的光上行链路)通信的第二接口；
图10示出了用户安全装置和VLC链路网络组件的物理层的简化示意图；
图11示出了VLC链路网络组件在通过以太网电缆连接到主网关组件时(即，绕过光通信接口)的示意图；
图12示出了在本发明的示例网络系统的VLC链路网络组件、主网关组件和用户安全装置中使用的发射机的工作流程图；
图13示出了在本发明的示例网络系统的VLC链路网络组件、主网关组件和用户安全装置中使用的接收机的工作流程图；
图14示出了用于与VLC链路关联的安全装置的算法的详细(逻辑)工作流程图；
图15示出了用于VLC链路以关联多个设备(Li-Fi安全装置)的算法的详细(逻辑)工作流程图；
图16示出了当在飞机机舱内实施时利用网状网络拓扑的本发明的示例网络系统的简化示意图；
图17示出了当在火车内实施时本发明的示例网络系统的示意图；
图18示出了当在建筑基础设施内实施时本发明的示例网络系统的简化图示；
图19示出了本发明的示例网络系统的图示，(a)利用集成Wi-Fi进行外部接口网络通信(即，RF外部接口、Li-Fi内部用户接口)，以及(b)利用集成Wi-Fi进行外部接口通信以及内部接口通信(即，RF外部接口和内部用户接口)；以及
图20示出了便携用户安全装置的设计示例的图示，(a)为侧视图、(b)为俯视图和(c)移除盖的俯视图(即示出USB端口)。
具体实施方式
将关于在公共交通设施(例如，飞机和火车等)中实施的媒体网络(在飞行中娱乐)来描述本发明的具体实施例。然而，应当理解，本发明的通信系统同样适用于任何其它适合的基础设施。本发明的通信系统100使建立利用光来传送数据的无缝无线通信网络更容易。可见光通信(VLC)系统的独特网络系统部件允许构建不受射频拥塞或来自电磁波干扰的影响的数据传输介质。而且，可以利用各种不同类型的网络拓扑结构，使得配备有例如特定Li-Fi安全装置302的设备也可以以极高的速度接入网络并交换数据。此外，本发明的通信系统100提供了高度安全的数据交换。
本发明的通信系统100的硬件包括一个或更多个主网关组件102、多个VLC网络链路组件202、和一个或更多个便携用户接入安全装置302。用户接入安全装置302可以被专门配置用于由终端用户设备使用的预定通信标准。为了充分利用例如公共交通设施(例如，飞机机舱、火车车厢等)中的Li-Fi通信，主网关组件102优选地在至少一个VLC网络链路组件202的视距中，并且相应的多个VLC网络链路组件202中至少之一的Li-Fi用户接入端口204优选地在连接到用户设备400的便携用户接入安全装置302的视距中。然而，本领域技术人员应当理解，适当的结构表面反射可能足以在VLC网络链路组件202、用户接入端口204和主网关组件102之间传送数据，从而使视距可能不是必需的。
此外，当在建筑结构500内应用通信系统100时，例如创建建筑信息技术(IT)骨干网时，如果结构表面上的反射足以传输通信信号中的任何一个，则视距也可以不是必需的。因此，不需要部署穿过结构的物理线缆以将数据带到(一个或多个)Li-Fi网状收发机中的每一个，因此，促进复杂的工业场景的整合。
图1示出了本发明的总体系统架构，其中VLC主网关102充当VLC链路202和因特网/数据源之间的“桥”。这里，每个VLC链路202驱动与Li-Fi安全装置302通信的外部光源204，该Li-Fi安全装置与一个或更多个智能设备(计算机、智能电话等)连接。此外，每个VLC链路202被配置为处理适于在其它VLC链路之间中继数据的“智能算法”，以及通过外部光源204提供与Li-Fi安全装置302的通信。为了在多个VLC链路202之间中继数据，系统可以利用环形拓扑或网状拓扑的任何一个。如图2所示的示例性实施例，通信系统100的骨干网已经在网状网络架构(包括两个VLC主网关组件102和多个VLC链路组件202)中应用。与例如图3详细示出的环形网络拓扑(以较低的成本)相比，网状网络实施提供了改进的容错性(以较高的成本)。或者，通信系统100可以具有星形网络拓扑
当以环形结构实施时，主网关组件102被布置在每个目的地的末端。在那里，主网关组件102将通过例如以太网电缆或光纤电缆连接到因特网，以便提供适于维持恒定和快速的数据传输的带宽。但是，环形网络拓扑可能易受单点错误的影响，这可以通过沿着环形拓扑安装附加的主网关组件102来克服。
图4示出了在网状网络拓扑中的通信系统100的示意图，包括Li-Fi用户接入端口204。该通信系统100是具有分开的光上行链路信道和光下行链路信道的全双工系统。在下行链路信道利用可见光LED的同时，上行链路信道可以利用不可见的红外(IR)LED。这里，每个网络VLC链路组件202在网络的所有节点处都充当收发机。收发机电子器件可以以FPGA(现场可编程门阵列)板卡来实施，并且数据可以存储在媒体服务器中，例如Linux服务器600。
此外，至少一个主网关组件102可通过以太网电缆连接到媒体服务器600。主网关组件102然后将数据输送到网状网络中。然后，每个网络VLC链路组件202被连接到多个其它网络VLC链路组件202，以便形成网状网络拓扑。在该示例中，具有连接到两个主网关组件102的两个环路以及在网络VLC链路组件202之间的内部网状连接。如果网络VLC链路组件202中之一发生故障，主网关组件102将能够通过替代的VLC链路组件202经由不同路径来重新路由数据。
图5示出了所有网络VLC链路组件202都通过以太网电缆连接到媒体服务器600的结构，但是在用户接入安全装置302和Li-Fi用户接入端口204(即LED连接到网络链路组件202)之间存在光学Li-Fi信道。
图6示出了VLC主网关102和VLC链路202的详细内部框图。在系统100中实施的智能算法将提供对到达/来自服务器/因特网的数据的接入，以及与目的地设备的通信。例如，中间设备202负责多路复用对源端的上行链路接入请求，并且中继对任何后退设备的下行链路接入。图7的逻辑框图中示出了详细的中间设备多路复用(MUX)控制，其为中间“VLC链路1”(见图6)的多路复用器逻辑。“VLC链路1”202a用于在由中间“VLC链路1”202a上载的数据与由目的“VLC链路2”202b上载的数据之间切换，以便通过公共LED发射机向服务器传输。
特别地，从“VLC链路2”202b进入的上行链路数据和从中间“VLC链路1”202a进入的上行链路数据被连续地存储在两个单独的先进先出(FIFO)队列中，然后通过这些先进先出(FIFO)的多路复用(MUX)控制逻辑“读使能”被控制为在两个请求之间切换。
在图7所示的例子中，利用MUX控制来实施两个计数器以跟踪已经分别写入FIFO的“帧”的数量。利用状态机连续地监视两侧(FIFO)的帧号，该状态机在中间“VLC链路1”202a和“VLC链路2”202b之间连续不断地切换，直到一个完整帧被写入。一旦对于任何一侧(FIFO)检测到完整帧，则该FIFO的“读使能”被打开以读取该帧，其中另一侧的输入数据保持在连续缓冲中。对于每一传入的完整帧，计数器递增，且在一个读取操作结束时，第二FIFO的计数器被检查，以获取在第一FIFO的读取操作期间存储的帧的数目。接着，对第二FIFO的“读使能”被打开，以便读出在第一读取操作期间进入的帧数。现在，进入第一FIFO的数据被连续缓冲，并且计数器被递增以跟踪进入第一FIFO的帧。
该方法允许通过LED 204向服务器的上行链路传输时间在两个设备之间几乎相等地被划分。在下行链路期间，数据将被中继到另外的目的设备202(即，“VLC链路2”、“VLC链路3”等)。
图8、9、10和11示出了通信系统100的硬件部件的示例。特别地，图8示出了网络VLC链路组件202的示意图，当与Li-Fi技术一起使用时，该VLC链路组件可以连接到阅读灯204或任何其他合适的光源，以便创建用户接入点。这里，网络VLC链路组件202是中间设备网络节点，通过该中间设备网络节点创建通信网络。网络VLC链路组件202可以被主网关组件102控制，主网关组件102将管理例如到终端用户的数据通信路径。
图9示出了便携用户接入安全装置302的示意图。网络链路组件202和用户接入安全装置302都可以与发射机和接收机电路一起在FPGA(现场可编程门阵列)板卡上实施。如前所述，通过下行链路信道(VCL)接收的任何数据在通过用户设备400的USB端口馈送之前被解调和解码。来自数据源的数据从用户设备400的USB端口被馈送到FPGA板卡，在FPGA板卡中，根据上行链路信道通信(即IR信道)对数据进行编码和调制。
图10示出用户接入安全装置302和网络VLC链接组件202的物理层。这里，使用里德-索罗蒙编码器(160,128码)对输入帧进行块编码以进行纠错。随后通过8B/10B编码，其提供带宽有效的游程长度受限(RLL)编码。
可以使用以下两种类型的调制方案：
(i)开关键(OOK)：由于我们设计的系统是非相干的(IM/DD)，开/关键是驱动LED的最简单的方式。
(ii)可变脉冲位置调制(VPPM)：可变脉冲位置调制(PPM)由我们在可调光系统中实现。LED的亮度由每个VPPM脉冲的脉冲宽度控制。
图11示出了一种可替换的方案，其中网络VLC链路组件202使用以太网电缆连接到媒体服务器600。在下行链路上，被网络VLC链路组件202接收的以太网数据包直接被调制和编码，以便被直接发送到用户接入安全装置302。类似地，在上行链路上，从用户接入安全装置302接收的数据被解调，并使用以太网电缆被发送到媒体服务器600。
现在参考主网关组件102，其通常与无线(Wi-Fi)路由器非常相似，其中使用以太网输入或光纤输入来向路由器提供数据。然而，主要区别之一为在主网关组件102接收到数据之后，输入数据根据VPAN标准(即，可见光个人域网)被转换。此外，建立与网络VLC链路组件202的全双工光通信信道，其中下行链路信道利用可见光来提供，而上行链路信道利用不可见光(即近红外(IR)光谱)来提供。
图12和13分别示出了在网络VLC链路组件202、主网关组件102和用户接入安全装置302中提供的发射机和接收机的示例工作流程图。
为了与VLC链路202关联，Li-Fi安全装置302可处理图14所示的详细算法。
如先前所讨论的，Li-Fi安全装置302是可以连接到任何智能设备的设备，例如智能电话、电脑(PC)、笔记本电脑等，因此允许通过光源(VLC链路202)的数据通信。
在该特定示例中，每个VLC链路202驱动外部光源204，以便提供个人域网。VLC主网关102向每个VLC链路202提供唯一的VPANId(VLC个人域网标识符)，并且将VLC链路扩展地址(即默认地址)存储到数据库中。无论何时Li-Fi安全装置302被连接并通电，它都开始跟踪由VLC链路202发送的信标。具体地，每个VLC链路202以预定间隔发送信标帧，以便随后等待来自想要与VLC链路202关联的Li-Fi安全装置302的关联请求。
因此，当Li-Fi安全装置302接收到由VLC链路202发送的信标时，它请求与该特定VLC链路202相关联。当VLC链路202具有足够的资源时，它将确认关联请求，并且Li-Fi安全装置302将与该VLC链路202相关联。一旦Li-Fi安全装置302与VLC链路202相关联，则将仅在Li-Fi安全装置302、相关联的VLC链路202和服务器/因特网之间提供数据通信。
通常，每个Li-Fi安全装置302具有唯一的设备地址(例如64位)。一旦Li-Fi安全装置与VLC链路202相关联，Li-Fi安全装置302将接收由相关联的VLC链路202提供的短地址(例如，8位)。每当Li-Fi安全装置302从网络的一个光源204移动到另一个光源204(即，从一个VLC链路202移动到另一个VLC链路)时，短地址将被改变。VLC链路202保持跟踪，并使用其短地址向Li-Fi安全装置302发送信息。
图15详细示出了由VLC链路202运行的用于与Li-Fi安全装置302相关联的算法。
具体地，当VLC链路202获得VPANId(VLC个人域网络标识符)时，它向其自身分配新的短地址并开始发送信标。如果设备(例如Li-Fi安全装置302)想要关联，当足够靠近光源204时，该设备将跟踪该信标。一旦设备(例如，Li-Fi安全装置302)跟踪信标，它将从跟踪的信标中提取信息，并执行CSMA-CA(载波侦听多路访问-冲突避免)以向VLC链路202发送关联请求命令以用于关联。然后，该设备将等待确认(ACK)。对关联请求命令的确认并不意味着设备已经被关联。VLC链路202的更高层需要一些时间来确定在VPAN(VLC个人域网)上可用的当前资源是否足以允许另一关联。同时，VLC链路202将等待关联请求，并继续信标传输，直到VLC链路202接收到关联请求命令。一旦接收到，VLC链路202将发送确认，并且当设备(例如安全装置302)接收到确认时，它将等待“macWaitResponseTime(媒体访问控制等待响应时间)”，否则它执行“ackWait(确认等待)”(见下面)程序。在时间间隔“macWaitResponseTime”中，VLC链路202将检查其资源，生成具有“shortAddress field(短地址字段)”的关联响应命令(更新如表1所示)，并等待“Data Request Command(数据请求命令)”。
在完成“macWaitResponseTime”之后，设备(即安全装置302)将执行CSMA-CA，以发送“Data Request Command”来确保通信，然后它将等待确认。一旦VLC链路202接收到数据请求，它将发送确认并执行CSMA-CA，以便发送所生成的关联响应命令。否则，VLC链路202将向更高层发布通信状态失败。如果设备(即，Li-Fi安全装置302)接收到对“Data RequestCommand”的确认，它将进一步等待关联响应命令，当接收到关联响应命令时，设备(Li-Fi安全装置302)将发送确认并提取信息，检查关联状态字段，并且如果该字段为“真”，则它将向其更高层发布成功关联。如果关联状态字段为“假”，将通过跟踪信标来重复该过程。在另一种情况下，如果没有接收到确认，则它将执行“ackWait”过程(见下文)。
如果VLC链路202接收到对关联响应命令的确认，它将向更高层发布通信状态“成功”，否则它将执行“ackWait”过程。
“ackWait”过程：
当没有接收到确认时执行该过程：
(i)开始计数刚刚发送任意帧的“ACK duration(确认持续时间)”。
(ii)如果“ACK duration”小于或等于“macACKWaitDuration”，执行从CSMA-CA开始的过程以及重新传输帧，否则从头开始整个关联过程。
表：1
Figure BDA0002360668890000101
当使用时，嵌入通信系统100中的软件可以包含用于数字信号处理(DSP)的标准程序，即，在应用一个或更多个调制之后，负责将来自输入端口的数字信号转换成可以被LED(光源)发射的信号。在接收机端，嵌入软件确保了所发送信号的再生和信号处理。所遵循的标准类似于802.15.7(即VLC标准)中定义的标准，其表示在VLC标准中用于物理层的规则。使用该标准还使得任何应用开发者能够简单地重新使用现有的栈，并将其与本发明的通信系统100的栈集成，因此促进用于通信系统100的写应用。编码的另一模块涉及按照针对数据链路层的MAC子层(媒体访问控制)定义的帧技术的类似约定，将物理地址分配给硬件模块102、202、302中的任何一个。这负责单工信道和帧确认的错误检测和任何校正，以及双工信道的重传过程。
图16示出了当在飞机机舱中实施的通信系统100的示例实施例。在该特定示例中，系统100用于典型的飞行中的娱乐系统，该娱乐系统利用三个或四个阅读灯204来向坐在Li-Fi网络下方并且连接到Li-Fi网络的用户传输数据，该Li-Fi网络通过阅读灯203提供。每个用户可以通过Li-Fi用户接入安全装置302和阅读灯204(Li-Fi接口)将例如多达四个不同设备400(例如个人笔记本电脑、平板计算机、移动电话等)无缝地连接到网络。用户可能必须安装特定的软件应用程序，以便将数据流传输到用户设备400上。
图17示出了本发明的示例性实施例，设置在穿梭火车内，以允许使用外部P2P(端到端)网络(环形或网状拓扑)的与乘客的数据连接，该网络将数据中继到所有轨道线路。在穿梭火车中的乘客和外部世界之间的所有数据通信将使用Li-Fi技术通过VLC来提供。具体地，火车车厢结构的每个支柱可以配备有一个或更多个网络VLC链接组件202，其中火车的端点可以装配主网关组件102，由此形成外部P2P网络的骨干。为了在车厢和骨干基础设施之间进行通信，车厢可能需要专用的内部网络VLC链接组件202，其例如集成到每个车厢的顶部结构中。然后，这些VLC链路组件202可以接入外部P2P网络的光通信，并且然后与车厢内的设备共享其数据带宽(形成外部接口网络)。车厢内的一个或更多个智能设备可以具有连接到在车厢的天花板处提供的网络VLC链路组件202的Li-Fi端口的Li-Fi用户接入安全装置302，数据然后通过VLC链路组件202被发送。此外，所有通信信道可以被配置为提供全双工模式。
图18示出了信息技术(IT)建筑基础设施的典型设置的图示。
图19(a)和(b)示出了本发明的通信网络100的替换示例的进一步说明。这里，网络结构适于利用Li-Fi网状网络技术以及RF(Wi-Fi)技术，以便创建混合网络系统，该混合网络系统可以在已知的对无线网络通信具有挑战性的位置(例如，在地下地铁或隧道中)中提供改进的可靠性。
在图19(a)所示的设置中，外部P2P网络和内部通信网络通过Li-Fi通信建立，其中外部接口网络通过Wi-Fi通信提供。这里，外部P2P网络可具有安装在列车车厢结构的每个支柱处的Li-Fi和Wi-Fi模块。因此，骨干网仍将使用Li-Fi通信，但是外部接口网络由Wi-Fi提供，以在P2P网络和内部通信网络之间交换信息。应当理解，为了利用这种混合设置，车厢将必须装配附加的RF收发机。然而，Wi-Fi无线电波不需要穿透车厢壳，而是仅为车厢与环形的天花板之间的空间提供带宽。在车厢内，乘客的设备将再次利用他们的Li-Fi用户接入安全装置302以便与内部通信网络交换数据。
在图19(b)所示的设置中，外部P2P网络利用Li-Fi通信，其中外部接口网络和内部通信网络利用Wi-Fi系统实现。具体地，外部P2P网络使用Li-Fi通信沿火车进行通信，其中沿轨道的每个网络VLC链接组件202还包括Wi-Fi模块。
同样，车厢必须安装RF收发机，以便来自外部P2P网络的广播Wi-Fi带宽可被捕获并沿着内部通信网络传递以供乘客使用，并有效地创建外部接口网络。在这种特定情境下，终端用户不需要Li-Fi用户接入安全装置302，而是简单地启用用户设备的Wi-Fi接口。
图20示出了便携用户安全装置的设计示例，(a)为侧视图、(b)为俯视图和(c)为移除盖的俯视图(即示出USB端口)。
本领域技术人员将理解，上述实施例仅通过示例的方式而不是以任何限制的意义进行描述，并且在不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，各种变型和修改是可能的。

Claims (13)

1.一种通信系统，包括：
多个网络组件，每个所述网络组件都包括至少一个第一通信接口，所述至少一个第一通信接口适于通过无线光通信(OWC)通信地耦接到所述多个网络组件中的任何其它一个网络组件和至少一个用户设备；
至少一个网关组件，包括至少一个第二通信接口，所述至少一个第二通信接口适于通过无线光通信(OWC)通信地耦接到所述多个网络组件中的任何一个，所述至少一个第二通信接口还适于通信地耦接到至少一个外部通信网络；
至少一个便携接入组件，可操作地连接到用户设备并且包括至少一个第三通信接口，所述至少一个第三通信接口适于通过无线光通信(OWC)将所述用户设备通信地耦接到所述多个网络组件中的任何一个，以及
其特征在于，所述通信系统适于利用所述多个网络组件和所述至少一个网关组件形成双工环形网络拓扑和双工网状网络拓扑中的任何一个。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述多个网络组件的至少一部分和所述至少一个网关组件适于形成所述通信系统的无线光通信(OWC)骨干网。
3.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述第一通信接口、所述第二通信接口和所述第三通信接口中的任意一个适于提供可见光通信(VLC)和红外光通信。
4.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述第一通信接口包括：
至少一个上行链路收发元件，适于从用户设备和/或所述多个网络组件中的任何其他一个网络组件接收数据，并且将数据传输到所述多个网络组件中的任何其他一个网络组件和/或所述至少一个网关组件，以及
至少一个下行链路收发元件，适于从所述多个网络组件中的任何其它一个网络组件和/或所述至少一个网关组件接收数据，并且将数据传输到所述用户设备和/或所述多个网络组件中的任何其它一个网络组件。
5.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，所述上行链路收发元件适于利用红外光通信。
6.根据权利要求4或5中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述下行链路收发元件适于利用可见光通信(VLC)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述多个网络组件中的任何一个还包括Li-Fi用户接入端口，所述Li-Fi用户接入端口可操作地耦接到所述第一通信接口，并且适于建立与所述至少一个便携接入组件通信的Li-Fi通信信道。
8.根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，所述Li-Fi用户接入端口为至少一个光源。
9.根据权利要求8所述的通信系统，其特征在于，所述至少一个光源包括至少一个LED。
10.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述至少一个网关组件适于控制所述多个网络组件中的任一个。
11.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述无线光通信(OWC)适于通过具有可见光谱、红外光谱或紫外光谱中的任何一个的波长的电磁辐射(EMR)来提供光通信。
12.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，
其特征在于，所述多个网络组件的至少预定部分还包括第四通信接口，所述第四通信接口适于通过无线局域网(WLAN)通信和/或局域网(LAN)通信来与所述多个网络组件的预定部分中的任何其他一个网络组件的预定部分通信地耦接。
13.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述无线局域网(WLAN)适于通过具有射频频谱中的波长的电磁辐射(EMR)来提供无线通信。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114389703A (zh) * 2021-12-01 2022-04-22 武汉华中天经通视科技有限公司 一种激光通信以太网透明传输及多路切换装置

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2020226737A1 (en) 2019-02-21 2021-09-30 Dialight Corporation Lifi network and associated method
DE202019003653U1 (de) * 2019-09-04 2019-11-27 Markus Fischer System und Methode zur zielgerichteten, flexiblen Datenübertragung mittels optischer Datensignale
US20210385388A1 (en) * 2019-10-18 2021-12-09 The Aerospace Corporation Tracking system
US11038661B1 (en) * 2019-12-11 2021-06-15 Wipro Limited System and method for managing interference in Li-Fi communication networks
US11445369B2 (en) * 2020-02-25 2022-09-13 International Business Machines Corporation System and method for credential generation for wireless infrastructure and security
US11025338B1 (en) * 2020-03-05 2021-06-01 Wipro Limited Method and system for identifying and mitigating interference caused by rogue Li-Fi access point
US11398864B2 (en) * 2020-12-21 2022-07-26 Textron Innovations Inc. Light communication between aircraft
CN113346951A (zh) * 2021-06-01 2021-09-03 西南交通大学 一种真空管道高速飞行列车光无线融合方法和系统
WO2023072367A1 (en) * 2021-10-25 2023-05-04 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Free space optic network
DE102022201089A1 (de) * 2022-02-02 2023-08-03 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur drahtlosen Kommunikation mittels Lichtfeldkommunikation in und/oder an einem Fahrzeug
WO2023174758A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-21 Signify Holding B.V. Secure owc dongle

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1143289A (zh) * 1996-07-05 1997-02-19 清华大学 一种信息高速公路用户接入网实现方法及其系统
CN101790179A (zh) * 2010-02-12 2010-07-28 中国矿业大学(北京) 矿井移动通信系统
US20110164878A1 (en) * 2008-07-03 2011-07-07 Jianglei Ma Method and system for implementing a wireless network
US20120027409A1 (en) * 2010-07-28 2012-02-02 Dharma P. Agrawal Femtocell-based mesh network with optical interconnect for 4-g multimedia communications
EP2924892A1 (en) * 2014-03-25 2015-09-30 Osram Sylvania Inc. Techniques for selective use of light-sensing devices in light-based communication
CN105790835A (zh) * 2016-04-15 2016-07-20 华中科技大学 一种数据中心无线光通信系统
US20160218804A1 (en) * 2015-01-28 2016-07-28 Abl Ip Holding Llc Auto-discovery of neighbor relationships and lighting installation self-mapping via visual light communication

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002135410A (ja) * 2000-10-26 2002-05-10 Kddi Research & Development Laboratories Inc アクセスネットワークシステム
US20080304831A1 (en) * 2007-06-08 2008-12-11 Miller Ii Robert Raymond Mesh free-space optical system for wireless local area network backhaul
US8503886B1 (en) * 2008-01-03 2013-08-06 Nextel Communications Inc. Systems and methods for visual light communication
US7688680B1 (en) * 2008-01-23 2010-03-30 Nextel Communications Inc. Systems and methods for visual light communication in an underwater environment
US8200093B2 (en) * 2008-09-26 2012-06-12 The Boeing Company Multi-channel optical relays for enabling a networked communications system
US8767588B2 (en) * 2009-09-18 2014-07-01 Interdigital Patent Holdings, Inc. Method and apparatus for implementing a blanket wireless local area network control plane
US9094119B2 (en) * 2011-07-06 2015-07-28 Huei Meng Chang Communications network for retransmission of signals
CN203675114U (zh) * 2013-12-09 2014-06-25 赵生捷 基于可见光通信的桥接系统
WO2015161410A1 (zh) * 2014-04-21 2015-10-29 华为技术有限公司 一种无线通信方法，及装置
GB201600968D0 (en) * 2016-01-19 2016-03-02 Qatar Foundation For Education Science And Community Dev A visible light communication system
GB201603822D0 (en) * 2016-03-04 2016-04-20 Purelifi Ltd Li-drive
WO2018063438A1 (en) * 2016-09-29 2018-04-05 The Regents Of The University Of California Visible light communication system-on-a-chip
SG11201903864PA (en) * 2016-11-23 2019-05-30 Agency Science Tech & Res Light emitting diode communication device, method of forming and operating the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1143289A (zh) * 1996-07-05 1997-02-19 清华大学 一种信息高速公路用户接入网实现方法及其系统
US20110164878A1 (en) * 2008-07-03 2011-07-07 Jianglei Ma Method and system for implementing a wireless network
CN101790179A (zh) * 2010-02-12 2010-07-28 中国矿业大学(北京) 矿井移动通信系统
US20120027409A1 (en) * 2010-07-28 2012-02-02 Dharma P. Agrawal Femtocell-based mesh network with optical interconnect for 4-g multimedia communications
EP2924892A1 (en) * 2014-03-25 2015-09-30 Osram Sylvania Inc. Techniques for selective use of light-sensing devices in light-based communication
US20160218804A1 (en) * 2015-01-28 2016-07-28 Abl Ip Holding Llc Auto-discovery of neighbor relationships and lighting installation self-mapping via visual light communication
CN105790835A (zh) * 2016-04-15 2016-07-20 华中科技大学 一种数据中心无线光通信系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
关德权等: "无线光通信技术浅析", 《舰船电子工程》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114389703A (zh) * 2021-12-01 2022-04-22 武汉华中天经通视科技有限公司 一种激光通信以太网透明传输及多路切换装置
CN114389703B (zh) * 2021-12-01 2023-12-22 武汉华中天经通视科技有限公司 一种激光通信以太网透明传输及多路切换装置

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