CN1330198C - 具有特设网络备份的自由空间光终端及相关的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有特设网络备份的自由空间光终端及相关的方法。一种通信系统(10)，包括一对自由空间光(FSO)终端(30a、30b)。该FSO终端从第一运行模式转换到其中由特设网络(40)承载通信业务的第二运行模式。该转换是基于超过服务质量参数(QoS)进行的。所述第一运行模式是主要运行模式，和第二运行模式是备份运行模式。

Description

具有特设网络备份的 自由空间光终端及相关的方法
技术领域
本发明涉及通信系统领域，尤其是，涉及自由空间光通信系统和承载通信的相关方法。
背景技术
自由空间光(FSO)通信系统是无线点到点的通信系统，其经过激光束所指的视线使用激光发射和接收信号。由于光束是直线传播的，并且很窄，因此，FSO通信系统通常被认为是安全而可靠的。光束可以使用足够低的功率以减少对眼睛伤害的危险。例如，在美国专利No.5,229,593中公开了一种改变功率电平的FSO系统。
已经证明，FSO通信系统在校园环境中是非常有利的。例如，商业组织希望建造连接位于不同附近建筑物中的员工的局域网(LAN)。如果该组织打算依赖使用，例如光纤电缆来建造专用线路，那么在安装电缆的建造费用方面的花费是相当大的，并且在建立LAN直到建造完成时，不可避免也会有延迟。在校园位于市区位置的情况下，这种花费和延迟甚至可能更大，甚至在仅仅连接位于街道对面的建筑物中的员工的情况下也会需要广泛调整批准并高代价地中断当地活动。这种延迟和/或中断例如在与历史有关的区域或野生保护区域尤其严重。
FSO通信系统提供了一种有效并高效的可供选择的方法，这是因为通信链路可以简单地通过在建筑物内或周围(例如，在房顶或窗户上)或在将要连接的其它地方配置所需的低功率激光收发信机来建立。通常，FSO通信系统可以24小时之内完成配置，并典型地不需要政府的许可。FSO通信系统可以用非常高的速率来承载语音、视频、和数据信号或其组合。FSO通信系统还可以充当组织到因特网的单链路，以及在分散于整个校园的组织成员中提供流媒体、视频会议、和在线合作。
然而，FSO通信系统的一个重要缺点是，它可能受制于大气扰动的弱点。沉淀物、浓雾、低云覆盖、甚至烟雾都是可以阻止FSO通信系统视线信号发射和接收的各种大气扰动。迄今为止，FSO通信系统的各种提供商已经尝试过通过依靠射频(RF)/微波备份系统冗余来弥补这一缺点。
在各种FSO通信系统提供商中，例如，LightPointe，Inc.、fSONACommunication Corp.、Optical Access，Inc.、和Futera，Inc.、许多但不是大多数都选择了相似的RF备份系统用于FSO通信系统可能的中断。例如，LightPointe，Inc.建议用微波无线电备份提供网络冗余来补偿FSO通信系统。Futera，Inc.同样建议了一种组合了RF能力的自由空间光混合系统。
然而，在增加成本和复杂度方面，这些RF/微波冗余系统也引起它们自身的问题。购买和安装单独的备份系统抵消了由FSO通信系统提供的降低成本和易于安装的好处。而且，一旦安装了这种RF/微波冗余系统，直到在FSO通信系统中出现中断它们一直处于空闲。而且，既使冗余系统保持空闲，既便如此，还存在与按工作顺序维护系统相关的成本。从而，这些成本进一步抵消了传统基于FSO的通信系统的高效的优点。
发明内容
考虑到前述的背景，因此，本发明的一个目的是提供一种通过具有更高效率备份的FSO通信系统承载通信业务的系统和方法。
依据本发明的这些和其它目的、特征、和优点由具有一对带有特设(ad hoc)网络备份的自由空间光(FSO)通信终端的通信系统提供。具体来说，以间隔开的关系布置FSO通信终端以定义一个在终端之间专用的、点到点的FSO通信链路，在该链路上，通信业务可以以第一运行模式承载，并且当系统从第一运行模式转换到第二运行模式时，特设网络接着可以以第二运行模式承载通信业务。更具体来说，所述特设网络是一个包括多个间隔开的特设网络节点的移动特设网络，所述多个特设网络节点通过多个无线通信链路连接在一起。
每个FSO通信终端包括一个控制器，用于从第一种运行模式转换到其中由移动特设网络承载通信业务的第二运行模式。所述终端可以包括连接该终端到特设网络的特设网络节点。特设网络节点可以包括通信设备，例如RF或其它合适的收发信机，以进行无线(或有线)通信，并与其它特设网络节点进行双向通信从而实现转换。还包括经过所述通信设备路由通信的特设网络节点控制器。
所述FSO通信终端可以包括FSO收发信机，用于定义与相应远程FSO终端的专用、点到点FSO通信链路来以第一种运行模式承载两个终端之间的通信业务。所述FSO终端控制器还可以包括用来确定至少一个诸如误码率的QoS参数的服务质量(QoS)监视器。该控制器进一步可以包括与QoS监视器协同工作，基于QoS参数从第一运行模式转换到第二运行模式的业务转换器。典型地，第一运行模式是主要运行模式，并且第二运行模式定义为备份运行模式。因此，QoS监视器和业务转换器可以合作来基于QoS参数将系统从主要运行模式转换到备份运行模式。同样，系统可以基于QoS参数、或例如预定周期的通路从第二运行模式转换到第一运行模式。
所述移动特设网络还可以承载其它通信业务，而不管系统运行的模式。路由协议动态地在特设网络节点之间发现和建立新的路由。因此，本发明的系统不需要维护大量未使用的冗余系统。
本发明的另一个方面涉及承载通信业务的方法。该方法包括以间隔开的关系布置FSO通信终端对来定义在其上可以以第一运行模式承载通信业务的专用、点到点FSO通信链路。该方法还包括提供一个移动特设网络，该网络包括多个通过多个无线(或有线)通信链路进行通信的间隔开的特设网络节点。该方法进一步包括从第一运行模式转换到第二运行模式来通过移动特设网络承载通信业务。运行模式的转换是基于确定至少一个QoS参数。同样，需要传输非常少(例如1比特)信息到移动特设网络中的节点以指示运行模式的改变。
附图说明
图1是根据本发明的通信系统的透视示意图。
图2是图1所示通信系统的更详细示意框图。
图3是根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
此后，将参考附图更充分地描述本发明，其中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以用许多不同的形式来实施而不应该解释为限制于在此所阐明的实施例。相反，提供这些实施例是为了使得本公开彻底而完整，并充分涵盖对于本领域熟练技术人员来说的本发明的范围。始终使用相同的数字指代相同的元件。
开始参考图1和2，首先描述根据本发明的通信系统10。通信系统10包括一对自由空间光(FSO)通信终端30a、30b，以间隔开的关系放置以定义使用光束32以第一运行模式承载通信业务的专用、点到点FSO通信链路。系统10示例性地安装在包括多个附近建筑物15a-15e的校园环境中。车辆16和行人17也示于校园的设置中。在一些实施例中，本领域技术人员还应该理解到，系统10还包括卫星上的移动平台和/或航空平台，例如示例性示出的航空器50、卫星51和飞机52(可以是载人的也可以是不载人的)。
通信系统10还示例性地包括移动特设网络40，该网络包括通过多个无线通信链路42a-42i连接在一起的多个间隔开的特设网络节点40a-40i。本领域技术人员将理解到，可以使用多种类型的节点，例如计算机和/或个人通信器/通信设备(例如，个人数据助理(PDA)、膝上型计算机、蜂窝电话、等等)。
两个FSO终端30a、30b是相似或相同的。因此，为了清楚解释，将更详细描述示于左边的FSO终端30a。本领域技术人员将很容易理解到，示于右边的FSO终端30b具有相似的部件和功能。FSO通信终端30a包括控制器34，用于从第一运行模式转换到由移动特设网络40承载通信业务的第二运行模式。因此，终端30a还包括连接终端到特设网40的剩余部分的特设网络节点40a。应当注意，虽然终端30a和30b示例性地示出了分别位于建筑物15a和15b内，但是在其它实施例中这些终端可以处于其它地方，例如在上面提到的各种平台上。
正如更加详细示出的网络节点40b那样(图2)，每个特设网络节点40a-40i包括无线通信设备48，例如射频(RF)收发信机，用来无线并双向地与其它特设网络节点进行通信。每个特设网络节点40a-40i还包括通过无线通信设备48路由通信的特设网络节点控制器50。
FSO通信终端30a还包括FSO收发信机，该收发信机包括激光发射机44和激光接收机46。激光收发信机，例如，可以集中在1550nm波长运行，该波长对于FSO设备来说是普通的波长。而且，可以用集中在1550nm的一个波长复用其它波长来建立波分复用复合信号，例如包括那些从中心运行波长偏移的集中在100GHz、50GHz、25GHz、12.5GHz、6.25GHz等的波长。
FSO通信终端控制器34还示例性地包括用来确定专用、点到点FSO通信链路32的至少一个QoS参数的多个服务质量(QoS)监视器38。QoS监视器38说明性地被连接到激光接收机46的输出端。正如本领域技术人员很容易理解到的那样，由QoS监视器38确定的QoS参数的一个例子可以是接收误码率。正如示例性示出的那样，控制器34还包括业务转换器39，用来与QoS监视器38合作来基于监视器确定的QoS参数从第一运行模式转换到第二运行模式。
典型地，第一运行模式将是主要运行模式。因此，第二运行模式可以定义为备份运行模式。从而，如所述的那样，QoS监视器38和业务转换器39可以合作来基于QoS参数将系统10从主要运行模式转换到备份运行模式。
正如本领域技术人员很容易理解到的那样，当系统运行在第一或第二运行模式时，移动特设网40可以承载其它通信业务。特设网络可以由移动节点集合定义，这些节点动态并任意地位于相互关联的位置上，可以包括地面、空中和/或卫星上的位置。因此，在特设网络的每个节点之间的互连能够在连续的基础上进行改变。可以使用路由协议动态地发现和建立节点之间的新路由，以便通信业务可以通过有效路由来承载，其中，为了避免中断而有必要执行重新路由。这种移动特设网络的例子可以在Haas的美国专利No.6,304,556和Toh的美国专利No.5,987,011中找到，其整体公开在此引用作为参考。
由此得出结论，FSO系统10与传统的系统不同，例如，并不需要RF/微波专用、备用的备份终端。相反，当在FSO通信终端30a、30b对之间的路由被完全阻断或阻止以致业务不能如在处于备份运行模式的特设网络上那样有效地承载时，特设网络40就承载通信业务。作为在很大程度上是网络节点的任意集合，特设网络40提供了一种已经建立的通信网络。因此，不会存在与建立冗余或备份系统相关的大量成本。如果特设网络节点40a被安装在FSO终端壳35内，那么可以大大简化安装。再次得出结论，维护这样一个备份系统的成本是相当低的。
而且，由于特设网络40可以承载其它通信业务，而不考虑它承载的是否是由系统10产生的业务，以及不考虑系统是运行在第一运行模式还是运行在第二运行模式(例如，主要或备份模式)，从而，避免了维护基本上不用的冗余RF/微波备份系统的成本。
FSO通信终端30a、30b可以运行在大于大约1Mbps的数据速率上，并且，优选地，例如，在大约2到40Gbps的范围内。因此，FSO通信终端30a、30b可以运行比移动特设网络40更高的通信业务容量。换句话说，当处于第二或备份运行模式时，可以容许，例如降低比特率。
本发明的另一方面是关于参考图3的流程图78所描述的承载通信业务的方法。该方法，在块80开始之后，包括以间隔开的关系布置一对FSO通信终端30a、30b以定义在其上可以以第一运行模式承载通信业务的专用、点到点FSO通信链路(块82)。该方法还包括，在块84提供一个移动特设网络40，该网络包括多个间隔开的特设网络节点40a-40h和将特设网络节点连接在一起的多条无线通信链路42a-42h。
如示例性所示出的，在块86，系统可以第一运行模式运行，在间隔开的FSO通信终端30a、30b之间的链路上承载通信业务。在块88，QoS监视器38监视一个或多个QoS参数(例如，误码率)。如果由QoS监视器38确定的QoS参数没有超过预先选择的门限(块90)，就以第一模式进行通信。相反，如果由监视器确定的QoS参数超过预先选择的门限，就转换模式，以第二模式承载通信业务(块92)。在系统10运行在第二模式时，继续监视QoS参数(块94)以确定是否和何时再转换运行模式来以第一运行模式承载通信业务。直到转换为止，一直以第二运行模式承载通信业务。
虽然在流程图78中没有具体示出，但是，该方法还包括在特设网络40上承载其它通信业务。该方法也可以包括运行在比移动特设网更高通信业务容量的FSO通信终端。
在前面的描述和相关附图所呈现的教导的帮助下，本领域技术人员将会想到本发明的多种修改和其它实施例。因此，应当明白，本发明并不局限于所公开的具体实施例，其它修改和实施例应该包括在所附的权利要求书的范围内。

Claims (11)

1、一种通信系统，包括：
一对以间隔开的关系布置的自由空间光通信终端，以定义在其之间用于以第一运行模式承载通信业务的专用、点到点自由空间光通信链路；和
包括多个间隔开的特设网络节点和用来将所述特设网络节点连接在一起的多个无线通信链路的移动特设网络；
每个自由空间光通信终端包括用于从第一运行模式转换到其中由所述移动特设网络承载通信业务的第二运行模式的控制器。
2、根据权利要求1的通信系统，其中，所述控制器包括用于确定所述专用、点到点自由空间光通信链路的至少一个服务质量参数的服务质量监视器。
3、根据权利要求2的通信系统，其中，所述控制器还包括与所述服务质量监视器合作来基于所述至少一个服务质量参数从第一运行模式转换到第二运行模式的业务转换器。
4、根据权利要求3的通信系统，其中所述控制器基于所述至少一个服务质量参数从第二运行模式转换到第一运行模式。
5、根据权利要求1的通信系统，其中，所述自由空间光通信终端对运行在比所述移动特设网络更高的通信业务容量。
6、根据权利要求1的通信系统，其中，每个自由空间光通信终端还包括连接到所述控制器的激光发射机和激光接收机。
7、一种用于与远程自由空间光通信终端通信的自由空间光通信终端，该自由空间光通信终端包括：
用于定义与远程自由空间光终端的专用、点到点自由空间光通信链路以在其之间以第一运行模式承载通信业务的自由空间光收发信机；
包括多个间隔开的特设网络节点和用于将所述特设网络节点连接在一起的多个无线通信链路的特设网络的特设网络节点；和
用于从第一运行模式转换到其中由所述特设网络节点承载通信业务的第二运行模式的控制器。
8、根据权利要求7的自由空间光通信终端，其中，所述控制器包括用于确定所述专用、点到点自由空间光通信链路的至少一个服务质量参数的服务质量监视器。
9、根据权利要求7的自由空间光通信终端，其中所述控制器还包括与所述服务质量监视器合作来基于所述至少一个服务质量参数从第一运行模式转换到第二运行模式的业务转换器。
10、根据权利要求8的自由空间光通信终端，其中，所述控制器基于所述至少一个服务质量参数从第二运行模式转换到第一运行模式。
11、一种承载通信业务的方法，包括：
以间隔开的关系布置一对自由空间光通信终端以定义在其之间以第一运行模式承载通信业务的专用、点到点自由空间光通信链路；
提供包括多个间隔开的特设网络节点和用于将所述特设网络节点连接在一起的多个无线通信链路的移动特设网络；和
从第一运行模式转换到其中由所述移动特设网络承载通信业务的第二运行模式。
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