ES2934983T3 - Sistema y procedimiento de almacenamiento de datos en movimiento - Google Patents

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ES2934983T3 ES20184820T ES20184820T ES2934983T3 ES 2934983 T3 ES2934983 T3 ES 2934983T3 ES 20184820 T ES20184820 T ES 20184820T ES 20184820 T ES20184820 T ES 20184820T ES 2934983 T3 ES2934983 T3 ES 2934983T3
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Daniel M Damaghi
Ohad Harlev
Ariel Litvin
Alan Eli Willner
Naftaly Barak
Paul Francis McManamon
Asher McGuffin
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Abstract

Se describe un sistema de almacenamiento de datos que incluye un bucle de recirculación que almacena datos en movimiento. Los datos pueden ser transportados por una señal a través del bucle que incluye uno o más satélites u otros buques que devuelven, por ejemplo, por reflexión o regeneración, las señales a través del bucle. El bucle también puede incluir una guía de ondas, por ejemplo, una fibra óptica o una cavidad óptica. La multiplexación de señales se puede utilizar para aumentar los datos contenidos. La señal puede amplificarse en cada viaje de ida y vuelta y, a veces, puede regenerarse una parte de la señal. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento de almacenamiento de datos en movimiento
Referencia cruzada a la solicitud relacionada
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional Estados Unidos n° 62/311.814, presentada el 22 de marzo de 2016 y a la Solicitud de Patente de Utilidad de Estados Unidos n° 15/465.356, presentada el 21 de marzo de 2017.
Campo de la divulgación
La presente divulgación se refiere al campo de la tecnología de almacenamiento de información y, en particular, a un sistema en el que la información puede almacenarse como radiación electromagnética en movimiento, por ejemplo, como láseres u otros haces ópticos que transportan datos y se transmiten o reflejan entre estructuras o dentro de estructuras, cavidades y/o con/utilizando diferentes medios de transmisión, incluyendo el vacío, cristales, medios no lineales, el espacio libre, guías de ondas ópticas o fibras ópticas.
Antecedentes de la divulgación
En un sistema de comunicación electromagnética, la distancia máxima de transmisión de la señal, como un haz de luz, viene dictada por la pérdida experimentada por la señal en el espacio libre o en la fibra óptica u otra guía de ondas, la propagación de la señal que transporta los datos debido a diversos efectos dispersivos y no lineales, y la adición de ruido procedente de fuentes que incluyen, entre otras, las perturbaciones del sistema, los eventos de dispersión aleatoria y la emisión espontánea de luz. En consecuencia, cuando se transmite una señal a grandes distancias, la señal suele tener que regenerarse a varios intervalos de distancia. La regeneración completa de la señal de datos se considera normalmente un proceso "3R" que incluye el reajuste de los datos, la remodelación y la reamplificación (o amplificación).
La comunicación de datos por láser en el espacio es bien conocida. Por ejemplo, el satélite Artemis de la Agencia Espacial Europea ha proporcionado un enlace óptico de transmisión de datos con el satélite de observación de la Tierra del CNES, SPOT 4. El alcance de las comunicaciones ópticas en el espacio es fiable a varios miles de kilómetros. También puede lograrse la comunicación por láser u óptica a distancias de órdenes de magnitud superiores. El proyecto de Carga útil Óptica para Lasercomm Science (OPALS) de la NASA también ha demostrado con éxito altas tasas de transferencia de datos mediante comunicación óptica entre estaciones terrestres y la Estación Espacial Internacional. Otro ejemplo, en enero de 2013, la NASA transmitió láseres que representaban una imagen de la Mona Lisa a un orbitador de reconocimiento lunar a unos 390.000 kilómetros de distancia.
Los centros de datos convencionales tienen una variedad de inconvenientes, incluyendo que pueden ser caros de mantener, pueden requerir varios tipos de medios, y están sujetos a ser pirateados y accedidos físicamente o remotamente sin autorización, de tal manera que los datos pueden ser copiados, destruidos o cambiados de otra manera sin autorización de acceso o atacados. Además, los cortes de energía, los desastres naturales y las calamidades, como incendios, inundaciones, terremotos y guerras, pueden afectar a los centros de datos terrestres convencionales. También los datos que han sido borrados de uno de estos centros de datos pueden ser recuperados por una persona con los conocimientos adecuados. Estos centros de datos también tienen la desventaja de tener importantes gastos generales como el alquiler, los gastos de refrigeración, los gastos de electricidad y la seguridad física. Convencionalmente, las unidades de almacenamiento de datos pueden construirse a partir de múltiples bastidores, donde cada bastidor (de datos) se compone de múltiples discos duros (que pueden estar basados en diversas tecnologías) y ordenadores, como rúteres, conmutadores, cortafuegos y otros dispositivos. Esta configuración tiene numerosas limitaciones y desafíos, incluyendo, pero no limitándose a, los altos gastos de funcionamiento, como se ha señalado anteriormente, así como los requisitos para las ubicaciones físicas bastante grandes, el alto consumo de energía eléctrica, el mantenimiento significativo, así como las altas necesidades de refrigeración.
La orientación y el apuntamiento de un haz electromagnético en un contexto láser pueden realizarse utilizando un cardán, o una matriz de fase óptica, así como otros enfoques bien conocidos utilizados para apuntar con una precisión angular fina. Cada uno de los transmisores de señales puede ser dirigido selectivamente para la comunicación óptica con los objetivos, como las superficies reflectantes. Se puede utilizar un sistema de referencia inercial junto con una configuración de elevación ajustable para rastrear los satélites vecinos de la constelación. Los espejos de dirección del haz pueden utilizarse para compensar las fluctuaciones del satélite anfitrión y las pequeñas diferencias orbitales. Se proporcionan más ejemplos de la discusión en el Estudio de la Academia Nacional de Ciencias "Laser Radar: Progreso y Oportunidades en la Detección Electro-Óptica Activa" 2014, presidido por el Dr. Paul McManamon. Se mencionan a continuación los documentos: EE.UU. 5,602,838 a Kartalopoulos, EE.UU. 6.002.916 a Lynch, EE.UU.
6,043,918 a Bozzay et al., EE.UU. 7,103,280 a Ionov et al., EE.UU. 8.913.894 a Coleman et al., EE.UU. 2010/0269143 a Rabowsky, EE.UU. 2010/0279604 a Wood, EE.UU. 4.856.862 a Passmore et al., EE.UU. 4.815.804 a Desurvire et al., EE.UU. 4,653,042 a d'Auria et al., EE.UU. 5,862,286 a Imanishi et al., Pidishety, "Investigation of scalability of allfiber fused mode selective coupler for generating multiple OAM states", en Proceedings of International Conference on Fiber Optics and Photonics, 2016, U.S 4,136,929 a Suzaki, McDonald y otros, "Spatial Solitary-Wave Optical Memory", Journal of the Optical Society of America B (Optical Physics), vol. 7, n° 7, pp. 1328-1335, 1990, Leo y otros, "Temporal cavity solitons in one-dimensional Kerr media as bits in an all-optical buffer", Nature Photonics, vol. 4, pp. 471-476, 2010, EE.UU. 7,199,343 a Modley, EE.UU. 5.740.117 a Bona et al., Boyd et al., "Applications of Slow Light in Telecommunications", Optics & Photonics News, vol. 17, no. 4, pp. 18-23, 2006, G.B. 1998/000821 a Poustie et al., EE.UU. 4,479,701 a Newton et al., EE.UU. 4,877,952 a Halemane et al., EE.UU. 4.469.397 a Shaw et al., EE.UU.
2007/0081785 a Hays, EE.UU. 4.738.503 a Desurvire et al., EE.UU. 6.917.739 a Chen, EE.UU. 6.172.926 a Drayer, EE.UU. 5.533.154 a Smith, EE.UU. 5,566,261 a Hall et al., EE.UU. 6,647,163 a Song, EE.UU. 5.058.060 a Su, EE.UU. 2003/0007230 a Kanko et al., EE.UU. 2002/0196488 a Myers, EE.UU. 4.166.212 a J. Judenstein, EE.UU.
4.473.270 a Shaw, EE.UU. 8,582,972 a Small et al, EE.UU. 2009/0202191 a Ramachandran, EE.UU. 7.177.510 a Ramachandran, EE.UU. 7.110.651 a Golwich et al., EE.UU. 4,974,931 a Poole, y EE.UU. 7,103,239 a Kish, Jr. et al. El documento patente EP 0 080 841 A2 desvela una memoria de recirculación de fibra óptica que utiliza acopladores dobles para formar un dispositivo de memoria de recirculación sin empalmes a partir de una longitud de fibra óptica monomodo que forma un bucle que actúa como línea de retardo y una segunda longitud de fibra óptica monomodo que proporciona un extremo de entrada y un extremo de salida para el dispositivo.
Sumario
La invención viene dada por el objeto de las reivindicaciones independientes.
Se describen un sistema y un procedimiento de almacenamiento de datos. Las siguientes realizaciones se describen por considerarse útiles para resaltar aspectos específicos de la invención, pero no forman parte de la invención, tal como se reivindica. Incluyen un sistema de gestión de datos configurado para gestionar datos digitales en el sistema de almacenamiento de datos; un transmisor terrestre configurado para transmitir una señal de radiofrecuencia que lleva los datos digitales a un satélite de comunicación; el satélite de comunicación configurado para convertir la señal de radiofrecuencia en una señal y transmitir la señal a un primer satélite láser; el primer satélite láser que comprende un generador de señales láser configurado para generar una señal láser que lleva los datos digitales, y el generador de señales láser configurado para transmitir los datos digitales a un segundo satélite láser; el segundo satélite láser configurado para devolver al primer satélite láser los datos digitales transmitidos desde el primer satélite; y el primer satélite láser configurado para devolver al segundo satélite láser los datos digitales transmitidos desde el segundo satélite láser, de forma que los datos digitales puedan transmitirse en un bucle de recirculación de almacenamiento en movimiento, en el que al menos uno de los satélites láser primero y segundo puede estar configurado para recuperar un bloque de datos de los datos digitales identificados por el sistema de gestión de datos. Un bucle de recirculación, según un aspecto de la divulgación, puede incluir un bucle de señal en el que la señal se mantiene hasta que el sistema se apaga o se desmonta o hasta que la señal se borra.
En dicho sistema, el sistema de gestión de datos puede identificar el bloque de datos como respuesta a una solicitud del bloque de datos recibido, siendo el bloque de datos menos que la totalidad de los datos digitales.
De acuerdo con otro aspecto de la divulgación útil para resaltar aspectos específicos de la invención, se da a conocer un sistema de almacenamiento de datos que incluye un bucle de recirculación configurado para almacenar datos en movimiento y que comprende un primer recipiente y un segundo recipiente situado a distancia del primer recipiente; el primer recipiente comprende al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un generador de señales y un transmisor de señales configurado para transmitir los datos al segundo recipiente; el segundo recipiente está configurado para devolver al primer recipiente los datos transmitidos desde el primer recipiente; y el primer recipiente está configurado para devolver al segundo recipiente los datos transmitidos desde el segundo recipiente. Una señal puede ser devuelta reflejando toda o parte de ella, o puede ser devuelta regenerando la señal y transmitiéndola.
Un sistema de gestión de datos de dicho sistema de almacenamiento de datos puede estar configurado para gestionar los datos en el sistema de almacenamiento de datos, en el que al menos uno del primer recipiente y el segundo recipiente puede estar configurado para recuperar un bloque de datos de los datos identificados por el sistema de gestión de datos como respuesta a una solicitud de recuperación de datos para el bloque de datos recibida desde fuera del sistema de almacenamiento de datos, siendo el bloque de datos menos que una totalidad de los datos.
En un sistema de este tipo, para cada ciclo de rotación de la señal a través del bucle de recirculación, la señal se puede mantener en movimiento.
En dicho sistema, al menos uno del primer recipiente y el segundo recipiente puede ser un satélite.
En dicho sistema, al menos uno del primer recipiente y el segundo recipiente puede ser un satélite en órbita geosincrónica alrededor de la tierra. En dicho sistema, al menos uno del primer recipiente y el segundo recipiente puede ser un barco, una aeronave, como un avión, un globo aerostático o un dron, un submarino o una estructura marina fija, por ejemplo, una plataforma petrolífera.
En dicho sistema, el bucle de recirculación puede comprender un tercer recipiente, y el segundo recipiente puede estar configurado para devolver los datos al primer recipiente a través del tercer recipiente, al transmitir los datos al tercer recipiente.
En dicho sistema, el bucle de recirculación puede estar configurado para recircular los datos entre los recipientes que se repiten en secuencia consecutiva.
En dicho sistema, al menos uno del primer y segundo recipientes puede comprender una superficie reflectante posicionada y configurada para devolver la señal.
En dicho sistema, el segundo recipiente puede comprender un cubo de esquina posicionado y configurado para devolver la señal. Un enlace de señalización de estación terrestre a dicho enlace de recirculación puede utilizar señalización electromagnética, como señales de RF u ópticas, o de otro tipo.
En dicho sistema, el al menos uno del generador de señales y el transmisor de señales puede generar una señal de radiación electromagnética que lleve los datos y se transmita al segundo recipiente.
En dicho sistema, el al menos uno del generador de señales y el transmisor de señales puede generar una señal de haz óptico, por ejemplo, una señal láser, que lleva los datos y se transmite al segundo recipiente.
En dicho sistema, el al menos uno del generador de señales y el transmisor de señales puede estar configurado para generar una señal electromagnética multiplexada que comprenda un primer conjunto de señales multiplexadas, comprendiendo cada señal del primer conjunto de señales electromagnéticas multiplexadas un segundo conjunto de señales electromagnéticas multiplexadas generadas mediante el uso de un esquema de multiplexación diferente del primer conjunto de señales multiplexadas.
En un sistema de este tipo, el primer recipiente comprende un rastreador de activos del sistema que puede estar configurado para mantener información de posición con respecto al segundo recipiente.
En dicho sistema, el sistema puede comprender además un comprobador de errores configurado para llevar a cabo una comprobación de redundancia cíclica para garantizar la integridad de los datos.
Dicho sistema también puede incluir un controlador configurado para recibir, en un primer momento, una primera solicitud desde fuera del sistema de almacenamiento de datos para llevar a cabo una primera operación, la primera operación que comprende una de las operaciones de lectura, una operación de escritura y una operación de eliminación para un primer bloque de datos de los datos, y para recibir, en un segundo momento después de la primera vez, una segunda solicitud desde fuera del sistema de almacenamiento de datos para llevar a cabo una segunda operación, la segunda operación que comprende una de las operaciones de lectura, la operación de escritura y la operación de eliminación para un segundo bloque de datos de los datos, donde el sistema realiza la primera operación después de llevar a cabo la segunda operación.
En dicho sistema, cuando la primera operación es la operación de lectura, la segunda operación puede ser la operación de lectura; cuando la primera operación es la operación de escritura, la segunda operación puede ser la operación de escritura, y cuando la primera operación es la operación de borrado, la segunda operación puede ser la operación de borrado.
En dicho sistema, el al menos uno del generador de señales y el transmisor de señales puede estar configurado para generar una señal multiplexada por división de código como la señal, la señal multiplexada por división de código que comprende un primer conjunto de señales multiplexadas de forma que una primera señal multiplexada del primer conjunto lleva datos distintos de una segunda señal multiplexada del primer conjunto.
En dicho sistema, el al menos uno del generador de señales y el transmisor de señales puede estar configurado para generar una señal multiplexada por división del momento angular de la órbita como la señal, la señal multiplexada por división del momento angular de la órbita que comprende un primer conjunto de señales multiplexadas de forma que una primera señal multiplexada del primer conjunto lleva datos distintos de una segunda señal multiplexada del primer conjunto.
En dicho sistema, al menos uno del generador de señales y el transmisor de señales puede estar configurado para generar una señal multiplexada por división de espacio como la señal, la señal multiplexada por división de espacio que comprende un primer conjunto de señales multiplexadas de forma que una primera señal multiplexada del primer conjunto lleva datos distintos de una segunda señal multiplexada del primer conjunto.
En dicho sistema, el al menos uno del generador de señales y el transmisor de señales puede estar configurado para generar una señal multiplexada por división de polarización como la señal, la señal multiplexada por división de polarización que comprende un primer conjunto de señales multiplexadas de forma que una primera señal multiplexada del primer conjunto lleva datos distintos de una segunda señal multiplexada del primer conjunto.
En dicho sistema, el al menos uno del generador de señales y el transmisor de señales puede estar configurado para generar una señal multiplexada por división de frecuencias como la señal, la señal multiplexada por división de frecuencias que comprende un primer conjunto de señales multiplexadas de forma que una primera señal multiplexada del primer conjunto lleva datos distintos de una segunda señal multiplexada del primer conjunto.
Dicho sistema también puede incluir un sistema de gestión de datos configurado para asociar un bloque de datos transportado por una porción de la señal con al menos una de las propiedades físicas y una ubicación de la porción de la señal; y un controlador configurado para generar una señal de control que controle una operación en el bloque de datos, la señal de control se puede generar en base a una señal de reloj con referencia a la al menos una de las propiedades físicas y la ubicación de la porción de la señal.
Dicho sistema también puede incluir un sistema de gestión de datos configurado para gestionar datos en el sistema de almacenamiento de datos y configurado para recibir una solicitud desde fuera del sistema de almacenamiento de datos para al menos uno de borrar, escribir y actualizar un bloque de datos en los datos, en el que el bucle de recirculación comprende un borrador configurado para borrar, en base a la información recibida del sistema de gestión de datos, una primera porción de la señal, la primera porción que lleva el bloque de datos, siendo el bloque de datos menos que una totalidad de los datos.
De acuerdo con otro aspecto de la divulgación útil para resaltar aspectos específicos de la invención, se desvela un sistema de almacenamiento de datos que incluye un bucle de recirculación configurado para mantener una señal láser que lleva los datos digitales en movimiento y que incluye una guía de onda óptica, un acoplador de guía de onda óptica y un regenerador; un generador de señales configurado para generar una señal láser que transporta los datos digitales y para transmitir la señal láser a una guía de onda óptica de entrada/salida; el acoplador de la guía de onda óptica que acopla la señal láser entre la guía de onda óptica de entrada/salida y la guía de onda óptica; y el regenerador acoplado a la guía de onda óptica y configurado para amplificar y/o regenerar la señal láser a través de la guía de onda óptica.
Dicho sistema puede incluir también un sistema de gestión de datos configurado para gestionar los datos digitales en el sistema de almacenamiento de datos, en el que el bucle de recirculación puede comprender un borrador configurado para borrar, de acuerdo con la temporización basada en la información proporcionada por el sistema de gestión de datos, una porción de la señal láser que lleva un bloque de datos de los datos digitales, siendo la porción de la señal láser menor que la totalidad de la señal láser.
En un sistema de este tipo, el generador de señales puede estar configurado para generar una señal multiplexada como la señal láser, la señal multiplexada que comprende un primer conjunto de señales láser multiplexadas, de forma que una primera señal láser multiplexada del primer conjunto lleva datos distintos de una segunda señal láser multiplexada del primer conjunto, cada señal láser del primer conjunto de señales multiplexadas que comprende un segundo conjunto de señales láser multiplexadas generadas mediante el uso de un esquema de multiplexación diferente del esquema de multiplexación utilizado para generar el primer conjunto de señales multiplexadas.
En dicho sistema, cada señal láser del segundo conjunto de señales láser multiplexadas puede comprender un tercer conjunto de señales láser multiplexadas generadas mediante el uso de un esquema de multiplexación diferente del esquema de multiplexación utilizado para generar el primer conjunto de señales multiplexadas y del esquema de multiplexación utilizado para generar el segundo conjunto de señales multiplexadas.
De acuerdo con otro aspecto de la invención útil para resaltar aspectos específicos de la invención, pero que no forma parte de la invención como se reivindica el sistema de almacenamiento de datos desvelado que incluye un bucle de recirculación configurado para mantener una señal que transporta datos en movimiento y que incluye una guía de ondas y un acoplador de guía de ondas; el acoplador de guía de ondas configurado para acoplar una señal que transporta los datos a la guía de ondas; y un acondicionador de señales configurado para acondicionar la señal transportada a través de la guía de ondas por medio de al menos uno de los procesos de amplificación y regeneración de la señal.
En dicho sistema, la guía de ondas puede comprender fibra óptica.
Dicho sistema puede incluir un generador de señales configurado para transmitir la señal al acoplador de guía de ondas, en el que la señal generada por el generador de señales puede ser una señal electromagnética.
Dicho sistema puede incluir un generador de señales configurado para transmitir la señal al acoplador de guía de ondas, en el que la señal generada por el generador de señales puede ser una señal láser.
En dicho sistema, el bucle de recirculación puede comprender además el acondicionador de señales, y la guía de ondas puede comprender un primer segmento posicionado para transportar la señal entre el acoplador de la guía de ondas y el acondicionador de señales y un segundo segmento conectado al acondicionador de señales, estando el primer segmento libre de conexión física directa con el segundo segmento.
En dicho sistema, el bucle de recirculación puede comprender el acondicionador de señales, y el acondicionador de señales puede comprender un amplificador de señales configurado para amplificar al menos una porción de la señal cada vez que la señal pasa por el acondicionador de señales.
Dicho sistema puede incluir un sistema de gestión de datos configurado para gestionar los datos en el sistema de almacenamiento de datos y configurado para recibir una solicitud desde fuera del sistema de almacenamiento de datos para al menos uno de borrar, escribir y actualizar un bloque de datos en los datos, en el que el bucle de recirculación puede comprender un borrador configurado para borrar, en base a la información recibida del sistema de gestión de datos, una primera porción de la señal, la primera porción que lleva el bloque de datos, siendo el bloque de datos menos que una totalidad de los datos.
En dicho sistema, el sistema de gestión de datos puede estar configurado para generar información de temporización de acuerdo con la solicitud, y la información recibida por el borrador del sistema de gestión de datos en la información de temporización.
Dicho sistema puede incluir un generador de señales configurado para transmitir la señal al acoplador de guía de ondas, en el que la señal que lleva los datos generados por el generador de señales puede ser una señal multiplexada por un multiplexor de dirección de propagación configurado para transmitir una primera porción de la señal a través del bucle de recirculación en una primera dirección y para transmitir una segunda porción de la señal a través del bucle de recirculación en una segunda dirección diferente de la primera.
El sistema reivindicado se refiere a un sistema de almacenamiento de datos en movimiento que comprende un bucle de recirculación que comprende una cavidad óptica configurada para mantener una señal óptica que transporta datos en movimiento, y el bucle de recirculación que incluye un acoplador de señal, un primer retornador de señal, un acondicionador de señal configurado para acondicionar la señal amplificando la señal. El acoplador de señal está configurado para acoplar al menos una parte de la señal en la cavidad óptica transmitiendo la señal al primer retornador de señal y el primer retornador de señal está posicionado y configurado para devolver la señal al acoplador de señal. El acoplador de señales está configurado para regenerar, en una primera temporización, sólo una primera porción de la señal, siendo la primera porción de la señal inferior a la totalidad de la señal, y para regenerar, en una segunda temporización después de la primera, sólo una segunda porción de la señal, siendo la segunda porción de la señal inferior a la totalidad de la señal.
En un sistema de este tipo, el sistema puede regenerar la señal de forma asíncrona, de forma que la segunda porción es una porción de la señal regenerada más recientemente.
En dicho sistema, el sistema puede regenerar sólo la primera porción de la señal en una tercera temporización, y puede regenerar sólo la segunda porción de la señal en una cuarta temporización, siendo un intervalo entre la primera y la tercera temporización mayor que un intervalo entre la segunda y la cuarta temporización.
En dicho sistema, el sistema puede regenerar sólo la primera porción de la señal intercalada con la regeneración de sólo la segunda porción de la señal.
Dicho sistema también puede incluir un controlador configurado para recibir, en un primer momento, una primera solicitud desde fuera del sistema de almacenamiento de datos para llevar a cabo una primera operación, la primera operación que comprende una de las operaciones de lectura, una operación de escritura y una operación de eliminación para un primer bloque de datos de los datos, y para recibir, en un segundo momento después de la primera vez, una segunda solicitud desde fuera del sistema de almacenamiento de datos para llevar a cabo una segunda operación, la segunda operación que comprende una de las operaciones de lectura, la operación de escritura y la operación de eliminación para un segundo bloque de datos de los datos, donde el sistema realiza la primera operación después de llevar a cabo la segunda operación.
En dicho sistema, cuando la primera operación es la operación de lectura, la segunda operación puede ser la operación de lectura; cuando la primera operación es la operación de escritura, la segunda operación puede ser la operación de escritura, y cuando la primera operación es la operación de borrado, la segunda operación puede ser la operación de borrado.
Dicho sistema también puede incluir un determinador de integridad de datos configurado para determinar la integridad de datos sólo de la primera porción cuando el regenerador de señales regenera la primera porción, y para determinar la integridad de datos sólo de la segunda porción cuando el regenerador de señales regenera la segunda porción.
En dicho sistema, el sistema puede comprender además un comprobador de redundancia cíclica de errores configurado para llevar a cabo una comprobación de redundancia cíclica para garantizar la integridad de los datos.
En dicho sistema, el bucle de recirculación puede comprender además un filtro de señal configurado para imponer una pérdida de señal en la señal en función, de manera no lineal, de la intensidad de la señal.
En dicho sistema, el bucle de recirculación puede comprender además un filtro de señales configurado para filtrar una porción de la señal con intensidad de señal inferior a un primer valor.
En dicho sistema, el bucle de recirculación puede comprender además un filtro de señales configurado para proporcionar pérdida de señal a una primera porción de la señal, teniendo la primera porción de la señal una intensidad de señal mayor que una segunda porción de la señal, en la que la pérdida de señal proporcionada puede ser función matemática de una intensidad variable en el tiempo de la primera porción de la señal.
En dicho sistema, el bucle de recirculación puede comprender además un filtro de señales configurado para proporcionar pérdida de señal a una primera porción de la señal y a una segunda porción de la señal, teniendo la primera porción una intensidad de señal mayor que la segunda porción, en la que la pérdida de señal proporcionada a la primera porción puede ser mayor que una ganancia de ida y vuelta, y la pérdida de señal proporcionada a la segunda porción puede ser menor que la ganancia de ida y vuelta.
En dicho sistema, el bucle de recirculación puede comprender además un filtro de señales que comprende un material con un primer índice de refracción, el filtro de señales puede estar configurado para proporcionar una pérdida de señal a una primera porción de la señal con una intensidad de señal por debajo de un primer valor, y para cambiar el índice de refracción del material de forma que proporcione una pérdida de señal a una segunda porción de la señal con una segunda intensidad superior al primer valor.
En dicho sistema, el acoplador de guía de ondas puede comprender un primer acoplador y un segundo acoplador, el primer acoplador configurado para acoplar sólo una primera porción de la señal, y el segundo acoplador configurado para acoplar sólo una segunda porción de la señal distinta de la primera porción, en la que la primera y la segunda porciones se multiplexan en la señal como parte de un primer esquema de multiplexación.
En dicho sistema, el primer acoplador puede comprender un tercer acoplador y un cuarto acoplador, el tercer acoplador configurado para acoplar sólo una tercera porción de la señal distinta de la segunda porción, y el cuarto acoplador configurado para acoplar sólo una cuarta porción de la señal distinta de la segunda porción y distinta de la tercera porción, en la que la primera porción puede comprender las porciones tercera y cuarta, y las porciones tercera y cuarta se multiplexan en la señal como parte de un segundo esquema de multiplexación diferente del primer esquema de multiplexación.
En dicho sistema, el acoplador de la guía de ondas puede comprender un acoplador de entrada de la señal configurado para transmitir la señal a la guía de ondas, y un acoplador de salida de la señal configurado para eliminar la señal de la guía de ondas, en el que el acoplador de entrada de la señal puede estar posicionado en el bucle de recirculación remoto del acoplador de salida de la señal.
En dicho sistema, la guía de ondas puede ser una fibra óptica nanoestructurada.
Dicho sistema puede incluir también un generador de señales configurado para transmitir la señal al acoplador de guía de ondas, en el que el generador de señales puede estar configurado para generar una señal electromagnética multiplexada como la señal, la señal electromagnética multiplexada que comprende un primer conjunto de señales electromagnéticas multiplexadas de forma que una primera señal multiplexada del primer conjunto transporta datos distintos de una segunda señal multiplexada del primer conjunto, en la que cada señal del primer conjunto de señales electromagnéticas multiplexadas puede comprender un segundo conjunto de señales electromagnéticas multiplexadas generadas mediante el uso de un esquema de multiplexación diferente del esquema de multiplexación utilizado para generar el primer conjunto de señales electromagnéticas multiplexadas.
En dicho sistema, cada señal láser del segundo conjunto de señales electromagnéticas multiplexadas puede comprender un tercer conjunto de señales electromagnéticas multiplexadas generadas mediante el uso de un esquema de multiplexación diferente del esquema de multiplexación utilizado para generar el primer conjunto de señales electromagnéticas multiplexadas y del esquema de multiplexación utilizado para generar el segundo conjunto de señales electromagnéticas multiplexadas.
Dicho sistema también puede incluir un generador de señales configurado para transmitir la señal al acoplador de guía de ondas, en el que el generador de señales puede estar configurado para generar una señal multiplexada por división de código como la señal, la señal multiplexada por división de código que comprende un primer conjunto de señales multiplexadas de forma que una primera señal multiplexada del primer conjunto lleva datos distintos de una segunda señal multiplexada del primer conjunto.
Dicho sistema puede incluir también un generador de señales configurado para transmitir la señal al acoplador de guía de ondas, en el que el generador de señales puede estar configurado para generar una señal multiplexada por división del momento angular de la órbita como la señal, la señal multiplexada por división del momento angular de la órbita que comprende un primer conjunto de señales multiplexadas de forma que una primera señal multiplexada del primer conjunto lleva datos distintos de una segunda señal multiplexada del primer conjunto.
Dicho sistema también puede incluir un generador de señales configurado para transmitir la señal al acoplador de guía de ondas, en el que el generador de señales puede estar configurado para generar una señal multiplexada por división de espacio como la señal, la señal multiplexada por división de espacio que comprende un primer conjunto de señales multiplexadas de forma que una primera señal multiplexada del primer conjunto lleva datos distintos de una segunda señal multiplexada del primer conjunto.
Dicho sistema también puede incluir un generador de señales configurado para transmitir la señal al acoplador de guía de ondas, en el que el generador de señales puede estar configurado para generar una señal multiplexada por división de polarización como la señal, la señal multiplexada por división de polarización que comprende un primer conjunto de señales multiplexadas de forma que una primera señal multiplexada del primer conjunto lleva datos distintos de una segunda señal multiplexada del primer conjunto.
Dicho sistema puede incluir también un generador de señales configurado para transmitir la señal al acoplador de guía de ondas, en el que el generador de señales puede estar configurado para generar una señal multiplexada por división de frecuencias como la señal, la señal multiplexada por división de frecuencias que comprende un primer conjunto de señales multiplexadas de forma que una primera señal multiplexada del primer conjunto lleva datos distintos de una segunda señal multiplexada del primer conjunto.
Dicho sistema también puede incluir un sistema de gestión de datos configurado para asociar un bloque de datos transportado por una porción de la señal con al menos una de las propiedades físicas y una ubicación de la porción de la señal; y un controlador configurado para generar una señal de control que controle una operación en el bloque de datos, la señal de control generada en base a una señal de reloj con referencia a la al menos una de las propiedades físicas y la ubicación de la porción de la señal.
Dicho sistema también puede incluir un sistema de gestión de datos configurado para gestionar datos en el sistema de almacenamiento de datos y configurado para recibir una solicitud desde fuera del sistema de almacenamiento de datos para al menos uno de borrar, escribir y actualizar un bloque de datos en los datos, en el que el bucle de recirculación comprende un borrador configurado para borrar, en base a la información recibida del sistema de gestión de datos, una primera porción de la señal, la primera porción que lleva el bloque de datos, siendo el bloque de datos menos que una totalidad de los datos.
En dicho sistema, el acondicionador de señales puede estar configurado para proporcionar una primera ganancia de señal a una primera porción de la señal, en la que la primera ganancia de señal puede proporcionarse de acuerdo con la información relativa a la intensidad de la señal obtenida para un ciclo de rotación anterior de la señal a través del bucle de recirculación.
En dicho sistema, el acondicionador de señales puede estar configurado para proporcionar filtrado de la señal proporcionando amplificación de la señal a una primera porción de la señal, en la que la amplificación de la señal puede ser proporcionada a la primera porción cuando la primera porción cumple una condición de coincidencia de fase.
En dicho sistema, el acondicionador de señales puede estar configurado para proporcionar un haz de bombeo y un haz de ralentí, el haz de bombeo y el haz de ralentí configurados para proporcionar el filtrado.
Dicho sistema puede incluir también una cavidad óptica que comprende un bucle de recirculación configurado para mantener una señal óptica que transporta datos en movimiento, y el bucle de recirculación que incluye un acoplador de señales, un primer módulo de retorno de señales, y un acondicionador de señales configurado para acondicionar la señal mediante al menos uno de los procesos de amplificación y regeneración de la señal; el acoplador de señales configurado para acoplar al menos una parte de la señal en la cavidad óptica transmitiendo la señal al primer módulo de retorno de señales; el primer módulo de retorno de señales posicionado y configurado para devolver la señal al acoplador de señales; y el acoplador de señales configurado para devolver la señal recibida del primer módulo de retorno de señales al primer módulo de retorno de señales.
En dicho sistema, el acoplador de señales puede comprender un acoplador de entrada de señal configurado para transmitir la señal a la cavidad óptica, y un acoplador de salida de señal configurado para eliminar la señal de la cavidad óptica, en el que el acoplador de entrada de señal puede estar posicionado en la cavidad óptica a distancia del acoplador de salida de señal.
En dicho sistema, el bucle comprende un segundo módulo de retorno de señales, y el primer módulo de retorno de señales puede estar configurado para devolver la señal al acoplador de señales transmitiendo la señal al segundo módulo de retorno de señales.
En dicho sistema, la cavidad óptica puede comprender una superficie reflectante continua que comprende el primer módulo de retorno de señales y el segundo módulo de retorno de señales.
En dicho sistema, el primer módulo de retorno de señales puede devolver la señal reflejando la señal en una superficie reflectante.
La invención también se refiere a un procedimiento de almacenamiento de datos, desvelado en la reivindicación independiente 6 y que utiliza un bucle de recirculación configurado para mantener una señal que lleva datos en movimiento y que incluye un introductor de señales y un módulo de retorno de señales.
Otras características y ventajas de la presente invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción de la invención, que se refiere a los dibujos adjuntos y que son útiles para resaltar aspectos específicos de la invención.
Breve descripción de los dibujos
Las figuras 3 a 31 A-F comprenden realizaciones que son útiles para la comprensión de la invención pero que no forman parte de la invención tal como se reivindica. La Fig. 1 ilustra los principales componentes de un sistema de almacenamiento de información por satélite, según un ejemplo de la presente divulgación.
La Fig. 2A ilustra los componentes de una estación terrestre que se comunica con el usuario y con el sistema de almacenamiento de información por satélite, de acuerdo con un ejemplo de la presente divulgación.
La Fig. 2B ilustra un sistema en el que el usuario se comunica en primer lugar con un satélite, en el que la estación terrestre se puede utilizar o no para albergar todo o parte del DMS y otros componentes, de acuerdo con un ejemplo de la presente divulgación.
Las Figs. 3-8 ilustran ejemplos adicionales de posicionamiento de los satélites, según un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 9 es una ilustración de un ejemplo de cubo de esquina para recibir y devolver una señal.
Las Figs. 10 y 11 ilustran ejemplos de un satélite de señales electromagnéticas que transmite una señal electromagnética a una estructura de reflexión, ilustrada en la Fig. 10 como un cubo de esquina, y el satélite recibe la señal reflejada de vuelta, según un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 12 ilustra un ejemplo de sistema de comunicación entre un primer dispositivo de comunicación de señales electromagnéticas que transmite una señal electromagnética a través de una guía de ondas a un segundo dispositivo de comunicación electromagnética, y el segundo dispositivo de comunicación electromagnética que transmite la señal de vuelta al primer dispositivo de comunicación electromagnética, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 13 es una ilustración de un ejemplo de configuración terrestre o subterránea en la que un primer dispositivo de señales electromagnéticas de comunicación transmite la señal electromagnética de comunicación a una superficie reflectora, que puede ser un cubo de esquina u otro tipo de reflector, que luego se refleja de vuelta al dispositivo de comunicación de señales electromagnéticas, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 14 es una ilustración de un ejemplo de una implementación basada en el aire de un aspecto de la invención, en la que las aeronaves u otras recipientes o vehículos o estructuras aerotransportadas tienen dispositivos de comunicación de señales electromagnéticas que reflejan, o regeneran y retransmiten, la señal electromagnética entre sí, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 15 es una ilustración de un ejemplo de una implementación basada en el aire en la que una o más estructuras o una aeronave o vehículo aéreo o recipiente aerotransportado incluye un primer dispositivo de comunicación de señales electromagnéticas que transmite la señal electromagnética a un segundo dispositivo de comunicación electromagnética montado en o a una segunda aeronave, ilustrada a efectos ilustrativos como un avión, que puede entonces reflejarse de vuelta al primer dispositivo de comunicación de señales electromagnéticas, o tiene una estructura como un cubo de esquina u otro tipo de superficie reflectante que la refleja de vuelta la señal electromagnética al primer dispositivo de comunicación de señales electromagnéticas, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 16 es una ilustración de un ejemplo de otra implementación basada en el aire similar a la realización de la Fig. 14, pero los dispositivos de comunicación de señales electromagnéticas y/o las estructuras reflectantes están montados en recipientes aerotransportados sin motores a reacción ni hélices, mostradas, a modo de ejemplo, como globos de aire caliente, globos de helio o dirigibles, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 17 es una ilustración de un ejemplo de implementación en el mar de aspectos de la invención en la que un primer dispositivo de comunicación de señales electromagnéticas está montado en un recipiente o vehículo basado en el mar, mostrado a modo de ejemplo ilustrativo como un submarino, transmitiendo la señal electromagnética a un segundo dispositivo de comunicación de señales electromagnéticas, que puede estar acoplado o alojado en una embarcación, mostrada a modo de ejemplo ilustrativo como un barco y un submarino, que entonces puede reflejar de nuevo la señal electromagnética al primer dispositivo de comunicación de señales electromagnéticas o puede regenerar la señal y retransmitir la señal electromagnética al primer dispositivo de comunicación electromagnética, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 18 es una ilustración de una vista general de un sistema de comunicación entre los receptores de señales A y B mediante el uso de la comunicación láser, con los receptores formando un bucle de señales con un reflector, de acuerdo con un aspecto de la divulgación.
La Fig. 19 es una ilustración de una vista general de un sistema de comunicación entre los receptores de señales A y B mediante el uso de la comunicación láser, con los receptores formando un bucle de señales, de acuerdo con un aspecto de la divulgación.
La Fig. 20 es una ilustración esquemática de un ejemplo de una señal que se mueve a través de un bucle, tal como por ejemplo a través de una guía de ondas.
La Fig. 21 es una ilustración esquemática de un ejemplo de sistema de control electrónico para permitir la gestión de los datos que recirculan en un sistema de almacenamiento en movimiento basado en un bucle que utiliza una guía de ondas, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 22 es una ilustración esquemática de un ejemplo de bucle para el almacenamiento de datos en movimiento mediante el uso de un carrete de fibra óptica, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 23 es una ilustración esquemática de un ejemplo de sistema para modular una señal, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 24A ilustra una bobina de fibra óptica utilizada como guía de ondas con hardware de transmisión y recepción de conexión, que puede estar colocado en la misma instalación, contenedor o a distancia;
La Fig. 24B ilustra una bobina de fibra óptica utilizada como guía de ondas con hardware de transmisión y recepción de conexión, que puede estar colocado en la misma instalación, contenedor o a distancia, y otra configuración de este tipo, que puede estar colocada en la misma instalación que la primera configuración o puede estar colocada a distancia de la primera configuración;
La Fig. 24C ilustra una bobina de fibra óptica utilizada como guía de ondas con un primer y un segundo extremo conectados al mismo sistema electrónico para almacenar información;
La Fig. 25 es una ilustración esquemática de un ejemplo de sistema de almacenamiento en movimiento que utiliza la multiplexación/demultiplexación de la señal dentro del bucle de recirculación, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 26 es una ilustración esquemática de un ejemplo de acondicionamiento de amplificación de la señal, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 27 es una ilustración esquemática de un ejemplo de sistema de almacenamiento en movimiento que utiliza un sistema de multiplexación por división de espacio en un bucle de guía de ondas ópticas, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 28 es una ilustración esquemática de un ejemplo de sistema de almacenamiento en movimiento que utiliza la multiplexación por división de dirección de propagación (DDM) para el bucle de guía de ondas, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 29 es una ilustración esquemática de un ejemplo de un sistema comparativo (no cubierto por las reivindicaciones independientes) que utiliza multiplexación por división de longitud de onda, y/o multiplexación por división de espacio, y multiplexación por división de dirección en una implementación de espacio libre de un bucle de recirculación, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
La Fig. 30 es una ilustración esquemática de un ejemplo de filtro no lineal pasivo para un bucle que proporciona estabilidad para controlar la ganancia de la señal y la reducción del ruido, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
Las Fig. 31A-F ilustran un ejemplo de cómo el filtro no lineal ilustrado en la Fig. 31 puede proporcionar estabilidad de ganancia y reducción de ruido para el bucle de recirculación de señales, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
Las Figs. 32A-C ilustran ejemplos comparativos (no cubiertos por las reivindicaciones independientes) de bucles de recirculación, cada bucle de recirculación formado por una cavidad óptica, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
Los dibujos 3 a 31-A-F ilustran ejemplos de aspectos de la divulgación que no forman parte de la invención tal como se reivindica, pero que son útiles para la comprensión de la invención tal como se reivindica, Otras características y ventajas de la divulgación se harán evidentes a partir de la siguiente descripción de la invención, y/o de la combinación de una o más de las figuras y de la descripción textual del presente documento, que se refiere a los dibujos adjuntos.
Descripción detallada de las realizaciones
Se dan a conocer un procedimiento y un sistema, que son útiles para resaltar aspectos específicos de la invención, para almacenar información o cualquier tipo de datos como radiación electromagnética o como uno o más tipos de señales en movimiento. Un bucle de recirculación mantiene la señal que lleva los datos en movimiento. El bucle de recirculación puede estar formado por satélites u otros recipientes que reflejen o retransmitan de otro modo los datos a través de una guía de ondas, tales como uno o más trozos de fibra óptica. El bucle de recirculación también incluye un acoplador que inyecta la señal en el bucle de recirculación y elimina la señal del mismo, un acondicionador de señales, como un amplificador, que amplifica la señal que recircula en el bucle y puede filtrar la señal. Se utiliza una cavidad óptica para mantener la señal en un bucle de recirculación. Los nodos que reflejan o devuelven la señal pueden repetirse en un orden consecutivo o el orden de los nodos puede variar de ida y vuelta. La implementación de la guía de ondas reivindicada y la implementación de la cavidad óptica comparada pueden proporcionarse como un centro de datos terrestre o de otro tipo o como un dispositivo independiente y la señal puede ser un láser.
En un ejemplo, un láser basado en un satélite, un láser basado en tierra o bajo el agua o un haz óptico, o cualquier otra radiación electromagnética puede utilizarse para transmitir y almacenar datos. La radiación electromagnética o el haz electromagnético, tal y como se utiliza en el presente documento, puede incluir cualquier tipo de señal electromagnética, incluido un haz o señal láser, un haz o señal máser, un haz o señal óptica, o cualquier tipo de señal cableada o inalámbrica, incluidas las ondas acústicas, las ondas de radio, la radiación IR, la radiación UV, la transmisión en banda de microondas, o cualquier combinación de más de una de las anteriores. Aunque en el presente documento se hace referencia a veces simplemente a un haz o señal láser, también se pretende incluir otros tipos de señales ópticas y otros tipos de transmisiones de radiación electromagnética, incluidas las ondas de radio, las microondas, los infrarrojos, los rayos ultravioleta y las combinaciones de anchos de banda de la radiación electromagnética, ya sean guiadas, conformadas, en fase o ninguna de las anteriores. Un satélite, tal y como se utiliza en el presente documento, puede incluir un satélite u objetos coorbitales, artificiales o naturales, incluyendo, pero sin limitarse a, objetos en LEO (órbita terrestre baja), MEO (órbita terrestre media, normalmente entendida como por encima de LEO, aproximadamente 2.000 km, y por debajo de GEO, aproximadamente 35.700 km - 35.800 km), GEO (órbita geoestacionaria o geosincrónica) o en órbitas más lejanas o en cualquier otra órbita o posición, incluyendo pero no limitándose a orbitar la Luna, así como otros objetos celestes, incluyendo pero no limitándose a reflectores, espejos, cubos de esquina, receptores y/o transmisores electromagnéticos (RF, láser óptico, etc.) receptores y/o transmisores en la Luna, en los puntos de Lagrange, en las estaciones espaciales y/o en cualquier otra posición en la Tierra, el espacio o en/sobre/bajo el agua. Además, el término satélite, tal como se utiliza en el presente documento, puede referirse a estructuras, como superficies reflectantes, incluyendo, por ejemplo, cubos de esquina, desplegados solos como satélites o sobre, cerca de, o en asociación con estructuras de satélite más convencionales. Una señal, tal como se utiliza aquí, puede significar un haz, como un láser o una señal óptica o una serie de ráfagas de señales transmitidas en sucesión. Aunque a veces se hace referencia en este documento como "información" o "datos", se entenderá que lo que se transmite como parte de la señal o el haz puede incluir cualquier tipo de datos, incluidos los datos que no son de carga, las instrucciones, los datos de cabecera y pie de página, los datos de encriptación, los datos de control y otros datos. En algunas realizaciones, los datos pueden almacenarse en movimiento como radiación electromagnética dentro de una unidad de "disco duro" o dispositivo de almacenamiento específico, dispositivo montado en un bastidor de datos, sistema informático de caja, cable de fibra óptica, espacio libre o cualquier otra forma o sustancia capaz de transferir señales electromagnéticas. Según un aspecto de la divulgación, el bucle puede recircular la señal sin demodularla y almacenarla como señales eléctricas. Por ejemplo, la señal puede mantenerse en movimiento continuo aunque con reflexiones y/o amplificaciones y/o filtrado. Según otro aspecto de la divulgación, el bucle de recirculación puede incluir un búfer de datos electrónico temporal a través del cual se hace pasar una parte o la totalidad de la señal en cada ciclo de rotación o paso por el bucle.
Como se ilustra en la Fig. 1, la estación terrestre 20a transmite, por ejemplo, a través de una transmisión de radiofrecuencia, comandos para almacenar información en, actualizar y recuperar información de un sistema de almacenamiento basado en satélites. La estación terrestre 20a puede comunicarse con el satélite de comunicaciones 30a, como se muestra en la Fig. 1, a modo de ejemplo ilustrativo. En otra realización, el usuario final puede comunicarse directamente con los satélites del sistema de almacenamiento de datos utilizando VSAT (terminal de muy pequeña apertura) o cualquier otra tecnología o cualquier otra forma de comunicación electromagnética. El usuario final puede utilizar el satélite o cualquier otra forma de comunicación para comunicarse con la estación terrestre 20a, 20b o directamente con los satélites 30, 40. Un sistema de gestión de datos, que puede incluir o no capacidades de compresión y/o encriptación y que puede estar en la estación terrestre 20a, 20b o en los satélites 30, 40 y/o en cualquier otra ubicación o parte de cualquier otro componente. La comunicación puede ser una comunicación por RF o cualquier tipo de comunicación electromagnética o cualquier combinación de múltiples tipos de comunicación electromagnética. El satélite de comunicaciones de la estación terrestre 30a puede entonces retransmitir esta información a un grupo o constelación de satélites 40a que implementan la señalización para almacenar la información. Sin embargo, según algunas realizaciones, la estación terrestre 20a en alguna implementación se comunica directamente con el grupo de satélites de señales electromagnéticas 40a.
El grupo de satélites de señales electromagnéticas 40a pasa entre sí haces ópticos u otras señales electromagnéticas que llevan datos para codificar o almacenar los datos. Aunque se ilustra como un grupo de cuatro, el grupo de satélites de señales electromagnéticas 40a puede incluir dos o más satélites, o un satélite y un satélite reflector (el reflector colocado en un satélite o en otro lugar), o múltiples reflectores. Según algunas realizaciones, se puede utilizar uno (o varios satélites) y un reflector situado en la Luna, la Tierra o cualquier otro lugar, o se puede utilizar como reflector una Luna, la Tierra u otro cuerpo celeste, o la atmósfera, la superficie u otra porción del mismo. Los satélites 30, 40 pueden estar posicionados en LEO, MEO, GEO, puntos de Lagrange o en otras órbitas o posiciones. Los satélites 40 pueden tener superficies reflectantes que reflejan la señal de vuelta al satélite transmisor, que a su vez la transmite de vuelta al mismo satélite, o puede transmitirla a un tercer satélite o a un cuarto satélite, y así sucesivamente, creando un bucle de datos recirculante de vuelta al primer satélite. Además, un primer satélite del grupo de satélites 40a puede transmitir la señal a un segundo satélite del grupo, que tiene una o más antenas u otros receptores para recibir la señal y luego regenera la señal y la transmite de nuevo al primer satélite o a otro satélite del grupo, en lugar de reflejarla. Se puede pensar que la señal está en movimiento continuo o en movimiento aunque pueda ser reflejada por una superficie reflectante, como un cubo de esquina, o propagada a través de una guía de ondas como reflectancia, como se describe a continuación. Una señal puede ser devuelta reflejando la señal y/o por alguna otra forma de dar la vuelta a la señal, como transmitir o retransmitir, o por una combinación de amplificación y reflexión.
El satélite 40 puede apuntar el haz a un cubo de esquina, a un reflector o a un receptor/transmisor de comunicaciones electromagnéticas (que podría estar en otro satélite, en la Tierra o en la Luna o en cualquier otra posición), que puede ser un dispositivo simple y relativamente barato desplegado en el espacio. De este modo, se puede proporcionar el satélite 40, que transmite datos a uno o más satélites receptores o cubos de esquina u otros reflectores. Un reflector, como se utiliza en el presente documento, incluye no sólo los dispositivos que reflejan la radiación en el sentido físico técnico, tal .como un espejo, un reflector de Bragg o una superficie reflectante similar, sino también los sistemas o dispositivos que realizan una función sustancialmente similar de inversión o dirección de la propagación de un haz, incluidos, entre otros, los sistemas de dos o más espejos o superficies reflectantes, los sistemas de una o más lentes, las guías de ondas y las fibras que dirigen la propagación, y los espejos de conjugación de fase que absorben la radiación mientras crean simultáneamente una nueva radiación con propiedades y características idénticas o casi idénticas que se propagan en la dirección inversa. Un cubo de esquina puede tener superficies reflectantes colocadas y dimensionadas de tal manera que la luz que incide en el cubo de esquina puede reflejarse hacia la fuente. Puede decirse que cualquier dispositivo o sistema reflectante de este tipo "refleja" la radiación en cuestión sin perder la generalidad anterior. Por ejemplo, un satélite puede transmitir diferentes señales a muchos satélites receptores o cubos de esquina para lograr una gran capacidad de datos (almacenamiento) estableciendo múltiples bucles o una red de malla de transmisión. El satélite 40 y el dispositivo (u otro reflector) del otro extremo que forma un segundo nodo pueden estar situados a decenas de miles de kilómetros de distancia. Por ejemplo, se puede utilizar una distancia del orden de 10.000 km o 80.000 km o cualquier otra distancia.
Un satélite 40 en el otro extremo del satélite transmisor puede recibir los datos y luego transmitirlos de vuelta al satélite de origen. Esto se puede llevar a cabo de muchas maneras diferentes, como sería conocido por un experto en la técnica. Un ejemplo es detectar la luz, convertirla en electricidad y retransmitirla de nuevo al satélite de origen mediante circuitos electrónicos y otro conjunto de láseres u otras fuentes ópticas. Otro enfoque puede consistir en recuperar las señales ópticas mediante aperturas y convertidores de modo espacial, amplificar las señales de datos mediante un amplificador óptico para compensar las pérdidas de transmisión y, a continuación, volver a convertir las señales de datos en diferentes modos espaciales para su retransmisión al satélite de origen. Se puede considerar que se trata de un retransmisor óptico, por ejemplo, utilizando una estación de amplificación 1R, como se comenta a continuación.
Alternativamente, el nodo receptor que refleja el haz del satélite transmisor puede ser, o puede utilizar, un cubo de esquina (u otro reflector) posicionado solo o cerca del satélite receptor. Así, mientras que a veces se describe aquí y se ilustra en los dibujos como un satélite que recibe el haz, el nodo receptor puede ser una superficie reflectante u otro dispositivo reflectante, como, por ejemplo, un cubo de esquina. Dichos dispositivos reflectantes también pueden incluir transceptores que comunican una posición y/u orientación del dispositivo reflectante a un satélite de control, una estación terrestre u otro nodo, y reciben de ellos instrucciones para su funcionamiento, incluyendo instrucciones para mover la posición, cambiar la orientación, iniciar el funcionamiento, y similares.
La sección transversal de un cubo de esquina puede tener un tamaño tal que la luz que incide en el cubo de esquina se refleja hacia la fuente. En la Fig. 9 se muestra una representación de un cubo de esquina. La luz incide en el cubo de la esquina, rebota varias veces y luego vuelve hacia el lugar exacto del que se originó la luz. La luz devuelta puede ser una función delta en ángulo. La anchura de un haz limitado por el límite de difracción se especifica en la ecuación (4) proporcionada a continuación. La dispersión lambertiana de una superficie plana se refleja en un patrón coseno.
Un cubo de esquina puede ser un diedro, que tiene dos planos que se encuentran y concentra la luz en una sola dimensión. Alternativamente, un cubo de esquina puede ser un triángulo, concentrando la luz en dos dimensiones. Un cubo de esquina que es un triedro tendría una sección transversal
Figure imgf000012_0001
0 )
en la que a es el diámetro del cubo de esquina, y A es la longitud de onda de la luz, asumiendo que el cubo de esquina comprende un espejo perfecto con una reflectividad de 1 que es una aproximación razonable de un cubo de esquina típico. Esto se compara con un área reflejada con una reflectividad de superficie que podría ser del 3-20% del área iluminada, o incluso más. La sección transversal de una superficie plana se suele especificar como:
<J = p A (2)
en la que p es la reflectividad de la superficie y A es el área iluminada. La ganancia equivalente de la antena puede estimarse tomando la relación entre la sección transversal de la ecuación (1) y la sección transversal de la ecuación (2). Los cubos de esquina pueden hacerse utilizando, por ejemplo, superficies muy reflectantes, de modo que la reflectividad de la superficie, p, puede aproximarse a 1 para un cubo de esquina.
Tras el retorno de la señal desde el cubo de esquina u otra superficie reflectante, el satélite de origen puede regenerar el haz hacia el mismo cubo de esquina o hacia un cubo de esquina diferente. Cada satélite puede tener varios generadores de señales electromagnéticas, o potencialmente, cientos de generadores de señales electromagnéticas, cada uno de los cuales genera un haz de datos. La generación de un haz de datos puede incluir la generación de una onda portadora electromagnética, la modulación de la señal, la amplificación de la señal, la multiplexación de la señal, la transmisión de la señal o una combinación de las anteriores.
La señal transmitida a la estación terrestre 20 a,b y desde la estación terrestre 20 a,b a los satélites puede ser encriptada para garantizar la seguridad de los datos. Se pueden utilizar varias técnicas de cifrado, como por ejemplo el Estándar de Cifrado Avanzado (AES, a veces conocido como Rijndael), o una función de hash como el algoritmo de resumen de mensajes MD5 o el más reciente SHA-2 (Algoritmo de Hash Seguro 2). Se contemplan varios enfoques para la gestión de los datos, incluyendo Apache Hadoop para el almacenamiento distribuido y el procesamiento distribuido. Como se ilustra en la Fig. 2, la Estación Terrena 20 puede comunicarse con nodos terrestres remotos, por ejemplo, utilizando varios protocolos de comunicación como TCP/IP y utilizando cualquier red o medio de comunicación como el sistema telefónico, incluyendo una red celular, o utilizando cualquier sistema o protocolo de comunicación inalámbrica o por cable.
A fin de mantener los mismos datos durante un largo periodo, puede ser necesaria la reamplificación de la señal que transporta los datos para reamplificar según sea necesario en cada extremo de un bucle de comunicaciones. Sin embargo, con el tiempo, el ruido se irá acumulando. Una señal recibida puede ser amplificada, mientras se desvía una pequeña porción de la señal amplificada para utilizarla en la determinación de si se han producido errores.
Si se desea, se puede utilizar un enfoque de detección y corrección de errores para reemplazar los datos corruptos, por ejemplo, por medio de un código de corrección de errores que puede ser comprobado periódicamente, para mantener los datos no corruptos durante largos períodos de tiempo. Las figuras 18 y 19 muestran un concepto básico.
La luz puede ser transmitida desde un láser, digamos el láser A, a un receptor, B. Si se emplea la modulación/muiltplexación OAM, podemos necesitar demodular la luz antes de la amplificación. Una vez que la luz se amplifica, una parte de la señal puede dividirse y examinarse en busca de errores. Se pueden utilizar esquemas estándar de detección y corrección de errores. Los datos corruptos pueden entonces ser reemplazados en este ciclo de rotación, o en un ciclo de rotación posterior.
Cada vez que se recibe una actualización de los datos existentes, se puede transmitir una instrucción a un satélite, y el satélite (o los satélites) pueden utilizar el receptor de señales para buscar el archivo de datos pertinente en el haz de señales electromagnéticas, por ejemplo, por medio de la supervisión de los datos que se reciben automáticamente para la regeneración periódica de 3R o en algún otro punto, o por algún otro medio. Así, a cada pieza de información se le puede asignar un número de archivo, u otro designador, que puede utilizarse como encabezado o pie de página, por ejemplo, antes de la inserción en el flujo de datos de la señal electromagnética. El flujo de datos de la señal electromagnética en el momento de la conversión a la señal eléctrica para la regeneración se controla para el número de archivo apropiado o algún otro designador o conjunto de información que en conjunto proporciona una designación para cada bloque de datos. También se pueden añadir nuevos datos al flujo de datos en el momento de la regeneración de la señal electromagnética. Así, la estación terrestre 20 a,b puede asignar un número de archivo o algún otro designador a una serie de registros de datos asociados a un cliente o usuario del sistema de almacenamiento. Al recibir una solicitud de cambio o actualización de la información recibida del usuario, la estación terrestre 20 a,b puede ordenar que los registros de datos asociados a ese número de archivo se reescriban para reflejar el cambio o la actualización. Por ejemplo, la estación terrestre 20 a,b puede ordenar al grupo de satélites de comunicaciones que transmita todos los registros de datos asociados al número de archivo, que pueden ser todos los registros de datos del usuario solicitante, a la estación terrestre 20 a,b, la estación terrestre 20 a,b puede realizar el cambio o la actualización de los registros de datos del archivo y, a continuación, transmitir el archivo modificado o actualizado al grupo de satélites de comunicaciones. En la alternativa, uno o más satélites maestros del grupo de satélites de señales de comunicaciones pueden recibir la solicitud de cambio o actualización, junto con el número de archivo, y realizar el cambio o la actualización de los registros de datos asociados con el número de archivo.
Se pueden utilizar varios tipos de generadores de señales electromagnéticas y varios tipos de radiación electromagnética para transportar datos. Un mismo satélite puede tener más de un tipo de generador de señales electromagnéticas y se utilizan muchos tipos de modulación para codificar a una alta velocidad de datos. Por ejemplo, un generador de señales electromagnéticas de diodo que utiliza un semiconductor puede utilizarse como parte de un generador láser.
La electricidad para alimentar los generadores de señales electromagnéticas y otros componentes del sistema, así como los satélites 30, 40, se puede obtener de paneles solares colocados en el satélite o cerca de él. Sin embargo, otras fuentes de energía, incluyendo la energía nuclear, la energía de combustible o química, la energía de la batería, la carga basada en condensadores, otras fuentes de energía solar, y similares, o una combinación de las anteriores, pueden ser utilizadas además o en lugar de la energía solar.
Cada haz transmitido puede incluir un número de canales diferentes que utilizan diferentes colores o longitudes de onda de la señal electromagnética, que pueden distinguirse por múltiples procedimientos, incluyendo la rejilla óptica. Esto se conoce como multiplexación por división de longitud de onda ("WDM"), o multiplexación por división de frecuencia. Por ejemplo, en algunos casos, se pueden definir hasta 160, o más, canales de longitud de onda diferentes. Para otros tipos de radiación electromagnética, se puede utilizar la multiplexación por división de frecuencia análoga, por ejemplo, para una onda portadora de radio.
Además, o como alternativa, se pueden crear diferentes canales de datos por medio del uso de señales electromagnéticas de diferentes polarizaciones, es decir, "rotando" la luz a diferentes orientaciones. Otros esquemas de multiplexación de canales incluyen la multiplexación por división de espacio, de la cual un subconjunto es la multiplexación de múltiples haces cada uno en un modo espacial ortogonal, o casi ortogonal. Un ejemplo de ello es el momento angular orbital. Tenga en cuenta que los modos espaciales y las polarizaciones pueden combinarse para aumentar la cantidad total de datos que se transmiten. Como se ha mencionado anteriormente, procedimientos como la multiplexación espacial (por ejemplo, el momento angular orbital), la polarización y la longitud de onda, así como la codificación de alto orden, como QPSK o QAM, pueden ampliar la cantidad de datos transmitidos, ampliando así el almacenamiento disponible cuando se almacenan datos en la transmisión.
Como se muestra en las Figuras 1, 3-8, también se puede proporcionar una estación terrestre redundante 20b, y un satélite de comunicaciones de estación terrestre redundante 30b y un grupo redundante de satélites de señales electromagnéticas 40b. El sistema redundante puede proporcionar una copia de seguridad de todos los datos en caso de fallo catastrófico. En consecuencia, el sistema redundante puede almacenar información o datos idénticos o casi idénticos a los del grupo de satélites de comunicaciones 30a. Alternativamente, la estación terrestre 20b, el satélite de comunicación de la estación terrestre 30b y el segundo grupo de satélites de señales electromagnéticas 40b pueden almacenar información diferente a la almacenada por el grupo de satélites de señales electromagnéticas 40a. Alternativamente, o además, la redundancia del "almacenamiento" de datos puede lograrse haciendo que el mismo satélite o grupo de satélites transmita el mismo haz a más de un nodo receptor y/o en más de un momento (similar a la multidifusión). Es decir, cada satélite puede transmitir una primera señal electromagnética que incorpore la información a un primer objetivo, como un segundo satélite o una estructura o superficie reflectante, y una segunda señal electromagnética que incorpore la misma información a un segundo objetivo, como un segundo satélite o una estructura o superficie reflectante, para proporcionar redundancia y recuperación de desastres para la información.
La abertura para la generación de la señal electromagnética se podría ajustar según sea necesario, dependiendo de la distancia entre el satélite transmisor y el reflector al que se transmite el haz, la longitud de onda del haz y otros factores.
El tamaño del punto donde se encuentra el terminal de recepción puede calcularse como se indica a continuación.
La siguiente discusión explicará aspectos de la divulgación en el contexto de los láseres, sin embargo otros tipos de señales electromagnéticas pueden ser utilizados también. Un haz láser será emitido desde un terminal o nodo y viajará hasta un segundo terminal o nodo. Existen varias convenciones para caracterizar la anchura del haz. Se puede utilizar la siguiente ecuación para el ángulo de divergencia, O:
Figure imgf000014_0001
en la que A es la longitud de onda y D es el diámetro de la abertura de transmisión. Para esta formulación aproximada del límite de difracción, O puede ser la anchura total a la mitad de la anchura máxima del haz. La comunicación por láser puede permitir una comunicación de largo alcance debido a la estrechez del haz. Por ejemplo, si se compara un haz de frecuencias de 10 GHz con un haz de frecuencias de 200 THz (1,5 micras de longitud de onda), la anchura del haz será 20.000 veces mayor para el haz de RF. La variable d puede definirse como el diámetro del punto del haz a una distancia determinada, R. En ese caso:
Figure imgf000014_0002
La energía de un fotón dado viene dada por:
Ep=hv (5)
en la que h es la constante de Plank y v es la frecuencia. La energía recibida por un terminal comunicación por láser viene dada por:
Figure imgf000014_0003
en la que Ar es el área de la(s) apertura(s) de recepción, y Aillum es el área que se ilumina. Una apertura de transmisión del mismo diámetro que la apertura de recepción permitiría obtener las ecuaciones anteriores:
F , D '
N
he IR1 (7)
en la que N es el número de fotones recibidos. Podemos elegir un número, dependiendo de la sensibilidad del detector en particular. Podemos invertir esta ecuación y obtener:
Figure imgf000014_0004
Volviendo a la cuestión de la cantidad de potencia requerida que un láser pondría, asumiendo la transmisión de B bits por segundo, lo que puede llamarse tasa de datos. Cada bit requerirá cantidad de energía Et. La potencia del láser es, por tanto, el producto de Ety B. Podemos definir
Figure imgf000015_0001
((>)
Esto daría como resultado
Figure imgf000015_0002
Mediante el uso de esta Ecuación 8 para el diámetro de la apertura del láser para transmitir y recibir, se pueden elegir otros valores para determinar diámetros más o menos óptimos. Suponiendo un sistema monostático, o al menos los mismos diámetros de apertura para la transmisión y la recepción, llegamos a unos valores, proporcionados a modo de ejemplo, para la Tabla 1. La tabla 1 es sólo un ejemplo para un conjunto de supuestos básicos, el tamaño de la apertura y la propagación del haz diferirán en función de múltiples parámetros, incluyendo, pero no limitándose, a las longitudes de onda utilizadas, los tamaños del haz y de la apertura, los modos utilizados y las distancias transmitidas.
Tabla 1: Diámetro de apertura de Comunicación por láser
Figure imgf000015_0003
A modo de ejemplo adicional, se puede utilizar una distancia de 10.000 km o alguna otra distancia, tales como <10.000 km, 10.000-80.000 km, o >80.000 km.
A fin de este conjunto de supuestos, se puede utilizar una abertura con un diámetro de aproximadamente 10 cm o con un diámetro en el intervalo de los valores mencionados anteriormente. Sin embargo, también se contemplan aberturas con diámetros menores y mayores. Un láser del orden de 10 vatios de potencia media puede ser utilizado para la transmisión en el contexto de algunos de los valores proporcionados anteriormente, sin embargo, estos valores se proporcionan simplemente a modo de ilustración para mostrar órdenes de magnitud para un ejemplo particular. Se trata de un espacio comercial amplio, por lo que son posibles otros supuestos. Se pueden utilizar aperturas de mayor y menor diámetro y láseres de mayor y menor potencia, así como diferentes distancias. Cada haz o transmisión puede ser tan largo como la distancia entre el satélite transmisor y el nodo receptor, o puede ser más corto o más largo que la distancia.
El usuario puede desear almacenar o recuperar datos accediendo a la estación terrestre 20a,b. Por ejemplo, el usuario puede utilizar una conexión a Internet u otros medios para acceder a la estación terrestre 20a, b o acceder directamente a los satélites que se comunicarán con los sistemas de gestión de datos que podrían estar en la estación terrestre en o en los satélites o en cualquier otra ubicación o parte de cualquier otro componente. La estación terrestre 20a,b, puede tener una serie de componentes para enrutar la comunicación a un grupo apropiado de usuarios u organizaciones, proporcionar seguridad que proteja contra ataques y pirateos, un búfer que almacene temporalmente la información del usuario que se está cargando o descargando y el Sistema de Gestión de Datos.
La estación terrestre 20 a,b se comunica con los satélites mediante el uso de un transceptor de señales electromagnéticas, por ejemplo mediante el uso de señalización de RF. Al acceder a la estación terrestre, el DMS o el sistema de seguridad solicitarían al usuario sus credenciales, incluyendo su identificación y contraseña, o similares, o se verificarían de otro modo. El DMS (sistema de gestión de datos) puede etiquetar los datos y su propietario o el usuario transmisor para futuras necesidades de acceso, para recuperar información del "almacenamiento" en el satélite, para fines de facturación, por razones de seguridad y similares. A continuación, mediante el satélite de comunicación de la estación terrestre, los datos se trasladan a los satélites de señales electromagnéticas para su almacenamiento "en movimiento" entre los satélites. Como se ha discutido, según un aspecto de la presente divulgación, el satélite de comunicación de la estación terrestre puede omitirse, de manera que la estación terrestre 20 a,b puede comunicarse directamente con uno o más satélites de señales electromagnéticas. A petición del usuario, se accede a la información previamente almacenada mediante la estación terrestre. Los sistemas de gestión de datos o todos y cada uno de los demás componentes de la estación terrestre podrían estar en la estación terrestre en o sobre los satélites o en cualquier otra ubicación o parte de cualquier otro componente.
De este modo, de acuerdo con un aspecto de la divulgación, los datos pueden ser "almacenados" manteniéndose en continuo movimiento, transmitidos y reflejados, siendo a veces necesaria también la amplificación de la señal. De acuerdo con un aspecto de la divulgación, la regeneración de la señal de una porción seleccionada de la señal en cada ciclo de rotación o en cada paso de un nodo sólo puede ser necesaria debido a los requisitos del haz electromagnético que transporta los datos. Cuando la distancia entre los satélites u otros nodos transmisores es igual, la capacidad del haz puede expresarse como:
Figure imgf000016_0001
BC = Capacidad del haz (en bits),
BBR = Beam Bit Rate (bps-bits por segundo)
N = número de saltos entre los satélites (o nodos) en la trayectoria del haz
D= distancia entre los satélites (o nodos) en la trayectoria del haz
C = la velocidad de la luz (km/s)
Si la distancia entre los satélites o nodos no es igual, entonces:
Figure imgf000016_0002
en la que el ID se refiere a la suma de todas las distancias en la trayectoria del haz.
Por ejemplo, en una realización en la que un satélite transmite el haz a un nodo reflector, tal como un cubo de esquina, que lo refleja de vuelta al satélite, que entonces tiene que recibir y regenerar el haz, ID sería sólo el doble de la distancia entre el satélite y el cubo de esquina, más cualquier distancia recorrida dentro del cubo de esquina (que puede ser insignificante para los propósitos de la ecuación mencionada anteriormente).
Por ejemplo, se puede utilizar una red de datos pública. Se puede proporcionar un subsistema de autenticación y aprobación para la verificación y la seguridad. Los datos solicitados se obtienen o recuperan del grupo de satélites a través del satélite de comunicaciones de la estación terrestre 30 a,b a la estación terrestre 20 a,b y se transmiten de nuevo a la instalación DMS y al cliente a través de una red pública de datos. También puede utilizarse una red de área local (LAN) o similar para acceder a la estación terrestre 20a,b.
Aunque a veces se describe en el presente documento con referencia a una realización basada en un satélite, dicho sistema de almacenamiento de señales electromagnéticas también puede desplegarse en el mar, bajo el agua, en el aire, en tierra, bajo tierra, mediante el uso de, por ejemplo, redes de fibra óptica existentes, nuevas redes de fibra óptica, bastidores de datos, iluminación de fibras oscuras, terrestres o en el espacio exterior, y en estructuras que utilicen una combinación de las anteriores. Por ejemplo, navios basados en el mar, recipientes u otras plataformas móviles o estructuras estacionarias, pueden transmitir dicha señalización electromagnética de ida y vuelta, como se ilustra, por ejemplo, en la Fig. 17. Como otro ejemplo, los vehículos terrestres o las estructuras fijas, la(s) red(es) de fibra, las fibras oscuras, el sistema de señales electromagnéticas aéreas de la red pueden transmitir las señales electromagnéticas. Ejemplos de implementaciones en base a aviones se muestran en las Figs. 14-16. En las Figs. se ilustran otras configuraciones de comunicaciones que utilizan recipientes aerotransportados, como aviones, dirigibles, globos aerostáticos, torres de comunicación, drones o una combinación de los anteriores, que también pueden ser transmisores, receptores y reflectores de las señales electromagnéticas. 14-16. También se puede utilizar una combinación de recipientes, vehículos y estructuras anteriores.
La Fig. 29 es un ejemplo comparativo de un sistema de almacenamiento 99d que utiliza un bucle de espacio libre que usa multiplexación por división de onda (WDM), multiplexación por división de espacio (SDM), multiplexación por división de polarización (PDM) y multiplexación por división de dirección (DDM). Un primer recipiente, como un satélite 65, se sitúa en el rango de comunicación con un segundo recipiente 66. Un haz óptico 67, o algún otro tipo de radiación electromagnética, puede propagarse a través del espacio libre que contiene L * n * 4 canales, teniendo cada canal una combinación única de modo espacial, polarización, dirección de propagación y longitud de onda. Aunque se habla de propagación en el espacio libre, la señal electromagnética puede pasar total o parcialmente a través de una atmósfera, como la atmósfera terrestre o la de otro planeta, o a través del vacío, o a través del espacio y/o de otros medios, como el agua. La señal 67 se devuelve entonces desde el segundo recipiente 66 al primer recipiente 65. También pueden incluirse otros componentes del sistema que se han descrito en las realizaciones anteriores, como la fuente de luz 1-i para producir luz de longitud de onda Ai para un rango de longitudes de onda, el divisor de haz 69i, que divide cada una de las n fuentes de señal en L*4 canales separados (para cada combinación de modo espacial, polarización y dirección). Por ejemplo, se puede utilizar un divisor de fibra óptica o varios acopladores de fibra fundida. Puede proporcionarse un modulador 113-i, por ejemplo el ilustrado en la Fig. 23, y un controlador de radiofrecuencia 72-i puede servir de interfaz entre el sistema de control 8 y los componentes del modulador 113-i mediante conexiones eléctricas 10. El selector de entrada 73-i puede recircular los datos en el canal o insertar nuevos datos en el canal utilizando, por ejemplo, un interruptor óptico o algún otro elemento similar, y puede servir así como un borrador 103.
El selector de entrada 73-i puede ser implementado como un interruptor electro-óptico conducido por la lógica de control puede ser utilizado, sin embargo la conmutación totalmente óptica puede ser posible en lugar de toda o alguna de tales conmutaciones. El selector de entrada 73-i trabaja en conjunto con el divisor 87-i para servir como un acoplador de entrada/salida, similar al acoplador 101 de la Fig. 21. El colimador 74-i colima la luz que emana de la fibra óptica 90, lo que puede implementarse utilizando una lente asférica en una etapa de traslación. El convertidor 75-i convierte la luz entre los modos espaciales. De este modo, cada uno de los haces L que salen de cada una de las n fuentes de luz puede recibir un modo espacial diferente o un modo espacial y una combinación de polarización. Para ello, se pueden utilizar dos polarizadores lineales y un modulador de luz espacial (SLM), que añaden una fase que varía espacialmente para encubrir el haz de luz en un modo espacial diferente.
Los multiplexores 116 pueden proporcionar multiplexación en espacio libre para coaligar los ejes de propagación de cada uno de los 4Ln haces espaciales, teniendo cada haz una combinación única de longitud de onda, orden espacial, dirección de propagación y polarización. Esto puede implantarse, por ejemplo, mediante divisores de haz polarizantes
log2 (L x n x 4) y, a continuación, x n x 4 ) placas de media onda y espejos de dirección log2 (L *■ n *■ 4)2. Además, un separador de entrada/salida 77 puede ser un divisor de haz o un dispositivo de implementación de menor pérdida. Los aisladores ópticos 78 separan el canal de entrada y el de salida en cada dirección de propagación, y se puede proporcionar un telescopio galileano 79 para controlar el tamaño del haz expandiéndolo y colimando el haz y/o reenfocándolo. La dirección del haz 80 puede ser proporcionada para apuntar el haz hacia el segundo recipiente, y en particular, hacia el dispositivo o superficie reflectante 81 en el segundo recipiente. Esto puede lograrse, por ejemplo, por medio de dos espejos de dirección, que pueden optimizarse por medio de elementos piezoeléctricos mediante el uso del sistema de control 8, o puede proporcionarse un cubo de esquina. El reflector 81 puede devolver el haz óptico al primer recipiente 65. Se puede utilizar un cubo de esquina triédrica, pero en su lugar se puede utilizar un espejo parabólico y/o por un puntero que apunte el haz hacia el primer recipiente 65.
El demultiplexor de espacio libre 118A puede ser posicionado para demultiplexar cada haz en n haces, cada haz de una longitud de onda distinta. Para ello, se puede utilizar una rejilla de luz o algún otro tipo de dispositivo similar. Otro demultiplexor de espacio libre 118B puede ser posicionado para demultiplexar cada uno de estos 2*n en 2*L con 1/2L
veces la potencia original. Esto puede implementarse como divisores de haz polarizante log22L, V 2 L placas de media onda log2, y espejos de dirección log2 2L2. El convertidor 84-i puede colocarse para convertir un modo espacial elegido selectivamente y una combinación de polarización en el modo espacial fundamental (es decir, un haz gaussiano). Esto puede implementarse utilizando una placa de media onda y un SLM, cuyo patrón espacial incluye tanto la variación azimutal exactamente opuesta al modo a demodular como una lente Fresnel para condensar la potencia del modo espacial correcto. Los modos espaciales, además del modo en el que la variación azimutal es exactamente opuesta al patrón en este SLM, pueden ser difíciles de enfocar con fuerza por la lente Fresnel debido a la interferencia destructiva en sus centros.
El acoplador 85-i puede proporcionarse para acoplar un haz de espacio libre a la fibra óptica 90. Esto puede lograrse utilizando una lente asférica en una etapa de traslación. De este modo, la fibra puede utilizarse como filtro espacial acoplando eficazmente el modo espacial para este canal, cuyo patrón acimutal es exactamente opuesto al patrón del convertidor de modo espacial 84-i. El regenerador 1R 102-i se ilustra, a modo de ejemplo en la Fig. 26, sin embargo, en esta implementación de espacio libre puede utilizarse cualquier amplificador o combinación de amplificadores que sea compatible con las longitudes de onda, el modo espacial, la dirección y la multiplexación de polarización utilizados. El divisor 87-i divide la onda guiada en señales sustancialmente idénticas. La salida de este divisor 87-i puede ser transmitida al receptor o sistema de demodulación 88-i, como un fotodiodo o receptor óptico coherente, y al selector de entrada 73-i para recircular la señal. Se pueden utilizar fotodiodos u otros dispositivos similares para cada longitud de onda seleccionada adecuadamente. El sistema de control 8 proporciona el control de los elementos del sistema puede ser implementado, por ejemplo, como lógica digital, software, una FPGA, o una combinación de los anteriores. También se puede utilizar cualquier otra implementación adecuada del sistema de control 8.
De acuerdo con otro aspecto comparativo de la presente divulgación, un demultiplexor, SLM, acopladores de señales, amplificadores de fibra y el multiplexor pueden ser proporcionados en el recipiente 2 para llevar a cabo una amplificación de dos etapas. En otra realización, se puede proporcionar un sistema digital completo con lógica de control, receptores y transmisores en el recipiente 2 para realizar una regeneración 3R completa en ambos recipientes.
Otras variaciones pueden incluir el despliegue de más de dos recipientes y/o el paso de la señal entre tres o más recipientes, y cuatro o cualquier número de recipientes pueden formar el bucle de recirculación; el uso de procedimientos de apuntamiento en lugar de un solo cubo de esquina o superficie reflectante; y/o el uso de diferentes telescopios para la recepción de la transmisión, incluyendo el uso de uno o ambos SLM como lentes de longitud focal variable además de otras funciones. Aunque se describa como el primer recipiente y el segundo recipiente, y aunque se describa a veces con referencia a satélites, aviones, globos aerostáticos, drones, barcos, estructuras marítimas estacionarias, como plataformas petrolíferas y boyas y similares, el segundo recipiente puede ser de hecho un objeto natural, como un planeta o una luna o una atmósfera de un planeta o un medio natural en él, o puede ser una superficie de una estructura existente hecha por el hombre, como un satélite existente o similar. Además, aunque se describen como dos recipientes, un recipiente puede ser un nodo en un centro de datos terrestre o similar y el espacio libre, o mediante el uso de una guía de ondas como se reivindica puede ser proporcionado en un centro de datos, tal como en o en o en conjunción con un sistema montado en rack que comprende computadoras y otros componentes eléctricos.
En otra realización de la invención, el almacenamiento puede ser en un estante. En este caso, los equipos de transmisión y recepción se colocan en un rack, o en cualquier otra máquina, medio y/o estructura adecuada, y una fibra óptica, o cualquier otro medio de transmisión adecuado se conectará a dichos equipos de transmisión y recepción, por ejemplo una guía de onda óptica. Pueden incluirse amplificadores, un sistema de gestión de datos, un sistema de codificación y/o un sistema de compresión. En una realización preferida, se puede proporcionar un bucle de fibra óptica con los extremos opuestos de la fibra óptica conectados entre sí, por ejemplo, a través de un acoplador óptico. En este caso, un láser, un máser u otra señal óptica que lleve datos puede ser transmitida al bucle de recirculación y, a partir de ahí, hacer ciclos de rotación a través del bucle de manera que los datos se almacenen mientras están en movimiento en forma de un haz láser, un haz máser u otra señal óptica dentro del bucle.
La Fig. 20 ilustra un ejemplo de un concepto básico de una señal, tal como un láser, un máser, un haz óptico u otra señal óptica (incluyendo señales UV e IR), codificada con datos por medio de modulación, y que viaja a través de un bucle óptico 100. El acoplador 101 acopla al menos una parte de la señal en el bucle de recirculación 100, que puede estar formado por una guía de ondas, como una fibra óptica, en la configuración en bucle comentada anteriormente. La señal puede ser recirculada indefinidamente en el bucle incorporando al mismo el equipo necesario para equilibrar la amplificación y la pérdida de la señal contenida en él, y la regeneración ocasional para compensar otros errores, o la dispersión, inherentes a la fibra óptica o a cualquier otro medio de transmisión óptica. Una parte de la señal se acopla fuera del bucle mediante el acoplador 101 en cada ciclo de rotación. El acoplador 101 que proporciona la señal para el bucle óptico 100 puede incluir una serie de componentes. Por ejemplo, un acoplador de entrada que proporciona la señal para el bucle óptico 100 puede ser un componente diferente al acoplador de salida que recibe la señal del bucle óptico 100, y dichos componentes pueden estar integrados, o pueden estar posicionados de forma adyacente o remota, y pueden estar posicionados en diferentes partes del bucle óptico 100. La señal puede circular en el sentido contrario a las agujas del reloj (como se ilustra), o en el sentido de las agujas del reloj, o en ambas direcciones como se discutirá más adelante.
Como se ilustra en 24B, un carrete de fibra óptica puede ser utilizado como una guía de onda que conecta el hardware de transmisión y recepción, de forma que el hardware de transmisión y recepción puede posicionarse en la misma instalación o de forma remota. Una segunda configuración basada en fibra óptica puede colocarse en la misma instalación que la primera configuración para proporcionar seguridad redundante y copia de seguridad de los datos almacenados en la primera configuración. La segunda configuración basada en fibra óptica puede almacenar datos adicionales a la primera configuración, o puede estar vinculada con la primera configuración para formar un bucle de recirculación de señales. La segunda configuración basada en la fibra óptica puede situarse a distancia de la primera configuración o como parte de la misma instalación. Una o ambas configuraciones pueden ser proporcionadas en un bastidor de ordenador o pueden ser proporcionadas por sí solas. Además, una o ambas configuraciones pueden incorporarse como partes integrales de una unidad que almacena datos.
La Fig. 21 ilustra una realización ejemplar de un sistema de control electrónico para permitir la gestión de los datos que recirculan en un sistema 99 de almacenamiento en movimiento basado en un bucle continuo para almacenar datos en un láser recirculante, máser u otra señal óptica de acuerdo con una realización de la presente divulgación. La lógica de control 104 puede recibir varias solicitudes para actualizar los datos almacenados en el sistema 99, como instrucciones para escribir, leer y borrar datos.
Un acoplador de señales 101 puede tener entradas A y B y salidas C y D. La entrada B recibe la señal óptica y los datos del bucle de recirculación 100 mientras que la entrada A recibe los datos de la parte restante del sistema 99. Del mismo modo, la salida C del acoplador de señales 101 puede conectarse para insertar la señal óptica y los datos en el bucle continuo 100, mientras que la salida D puede proporcionarse al multiplexor 118, que separa las señales en una serie de canales separados 119 que se envían al componente de adquisición de datos 120 para recuperar los datos del bucle 100. Una parte de la señal óptica, que puede ser una radiación electromagnética que incluya una señal láser, o similar, se acoplará desde la entrada A del acoplador de señales 101 a la salida D del acoplador de señales 101, de modo que la señal y los datos puedan inyectarse en el bucle 100. Del mismo modo, una parte de la señal que entra en la entrada B puede continuar hacia la salida D, recirculando dentro del bucle, mientras que la parte restante de la señal que circula, puede salir a través de la salida C del acoplador de señales 101 como se ha descrito anteriormente. La relación de acoplamiento de este acoplador puede elegirse para garantizar que la señal de salida tenga la fuerza suficiente para permitir la detección y que la señal de recirculación siga circulando por el bucle sin una degradación que provoque la pérdida de datos.
El reamplificador de señales 102 (estación de regeneración 1R) puede controlar la intensidad máxima de la señal a medida que ésta recircula a través del bucle de recirculación 100. La señal se mantiene dentro de un nivel de potencia aceptable mediante la ganancia, elegida para equilibrar las pérdidas de ida y vuelta, por el reamplificador de señales 102. Es posible que se requiera más de un reamplificador de señales de este tipo para lograr la estabilidad de la ganancia, evitar interacciones no lineales no deseadas o prevenir daños en los componentes resultantes de las altas intensidades inmediatamente después del reamplificador. Si la señal se compone de un número de diferentes longitudes de onda de luz, modos de fibra u otros haces separables, entonces se pueden proporcionar amplificadores de señales 102 separados para cada longitud de onda, rango de longitud de onda, modo o haz en combinación con un sistema de demultiplexación y multiplexación para guiar cada haz, longitud de onda, rango de longitud de onda o modo al amplificador apropiado.
También se ilustra en la Fig. 21 un modulador de pérdida 103 que destruye una porción de la señal que pasa a través para borrar la porción de la señal correspondiente a un bloque de datos particular. De acuerdo con un aspecto de la divulgación, pero que no es parte de la presente invención como se reivindica, una porción o pulso específico de la señal correspondiente al bloque de memoria particular y los datos transportados en él pueden ser borrados por medio de la modulación de la pérdida del bucle de recirculación por el uso de un modulador de pérdida ("borrador") 103, de forma que la señal que pasa a través del bucle 100 en un momento dado, según lo dictado por el generador de retardo 107, puede ser borrada. De este modo, una parte de la señal, y los datos transportados en ella, pueden ser eliminados sin necesidad de purgar la señal en su totalidad. En el caso de una señal multiplexada, se puede utilizar una memoria intermedia, como la memoria intermedia 3R 126, para restaurar los canales de señal que fueron borrados, junto con el canal de señal objetivo que se pretendía borrar, en el momento en que pasaron por el borrador 103. Es decir, basándose en los datos proporcionados por la memoria intermedia 3R 126, todos los datos borrados en el momento proporcionado por el generador de retardo 107 pueden ser restaurados, excepto el canal de señal que lleva el bloque de datos que se va a borrar. Alternativamente, el borrador puede comprender un demultiplexor, moduladores de pérdidas múltiples, y un multiplexor configurado de tal manera que un haz de señales puede ser borrado sin borrar todos los otros haces que comparten una ranura de tiempo con ese haz, evitando así la necesidad de reescribir usando el búfer 3R. Aunque el modulador de pérdidas 103 se proporciona para borrar datos, se puede utilizar cualquier otro elemento de borrado adecuado según se desee.
La lógica de control 104 puede recibir instrucciones desde el exterior del sistema 99, como escribir, actualizar, leer y/o borrar, así como una señal de reloj, tal como una señal de un reloj de ordenador, por ejemplo, incorporado por ejemplo tal como un chip, o de otro tipo de reloj, tal como un reloj atómico. La lógica de control 104 puede entonces buscar, utilizando la tabla de direcciones 106, un momento del pulso en la señal de recirculación deseada, o una porción de la señal de recirculación, correspondiente al bloque de datos a ser borrado, leído o escrito. En particular, la lógica de control 104 puede indicar al generador de retardo 107 que genere una señal de temporización, como pulsos retardados, al borrador 103, o a través de la conexión eléctrica 127 para controlar la salida de un bloque de datos deseado. La conexión eléctrica 145 envía los datos de destino al exterior del sistema en respuesta a la solicitud. Así, una función de la lógica de control 104 puede ser controlar la electrónica para mantener una tabla 106, como una tabla de direcciones o nombres. La información almacenada en el mismo puede ser entregada al generador de retardo 107 para que produzca señales adecuadamente temporizadas para llevar a cabo operaciones como la "escritura", es decir, para poner datos en el bucle de recirculación 100, por ejemplo, en la siguiente ranura disponible o en una dirección específica, dependiendo de la solicitud recibida. Según un aspecto de la divulgación, la instrucción de escritura puede implicar la lectura de todos los bloques de datos que comparten una ranura de tiempo con la dirección de destino en la memoria intermedia 3R 126, borrando todos los bloques de memoria que comparten la misma ranura de tiempo en el bucle 100, y escribiendo los bits de entrada en la ranura recién vacía. A continuación, utilizando la memoria intermedia 3R 126, el bloque de datos puede ser reescrito porque los canales del bloque de datos habían sido borrados durante el proceso de escritura, aunque una implementación alternativa del borrador puede evitar este último paso como se ha descrito anteriormente.
Este proceso de temporización por medio de direccionamiento se basa en la capacidad del generador de retardo para seguir la circulación del pulso a través del bucle de forma muy precisa, con el fin de calcular cuándo deben enviarse pulsos retardados o procedimientos de temporización equivalentes a varios dispositivos. Esto puede lograrse mediante el cálculo de los muertos. Otro enfoque de seguimiento es el uso de un filtro de Kalman, que combina el cálculo muerto basado en la caracterización del sistema con la comprobación periódica de la posición de los datos en el sistema. Esta comprobación, o resincronización, puede llevarse a cabo mediante un bloque de resincronización específico almacenado en el sistema, o bien mediante el sondeo periódico de los bloques de datos almacenados. Otra operación de este tipo es la de "lectura", que puede, por ejemplo, implicar la lectura de un bloque de datos especificado que corresponde a una dirección recuperada de la tabla de direcciones 106 según la temporización de una parte de la señal. Además, toda la información almacenada en el bucle 100 puede borrarse permanentemente apagando la estación de regeneración 1R 102 o modulando la pérdida del bucle, por ejemplo mediante el borrador 103, en respuesta a una instrucción de purga ilustrada en la Fig. 21 como recibida a través de la conexión eléctrica 129.
La tabla de direcciones 106 también puede almacenar información para asociar el direccionamiento de los bloques de datos con los valores físicos de los pulsos que pasan por el bucle de recirculación 100. La señal puede estar multiplexada y, por tanto, la lógica de control 104 puede tener que tener en cuenta más de un canal de información que pase por el bucle en un momento dado. Por ejemplo, la tabla de direcciones 106 puede estar configurada como una memoria de acceso aleatorio u otro tipo de memoria. El generador de retardo 107 puede ser una porción de la lógica de control 104, pero puede ser un componente separado que genere señales de control retardadas a los componentes que interactúan con el bucle 100 para retrasar adecuadamente la señal de control para acceder al pulso correcto o a la porción de la señal que pasa por el bucle 100. Alternativamente, este componente podría omitirse utilizando un esquema de sincronización de bits que se alinee con el reloj proporcionado. En este procedimiento, todas las operaciones pueden realizarse utilizando ciclos de reloj normales en lugar de generar retrasos.
Un retardo fijo 109 en la instrucción de escritura retardada puede ser calculado de forma que tenga en cuenta la diferencia en el retardo de propagación a través de la ruta del bucle hacia y a través del modulador de señales 113.
El modulador de señales 113 puede recibir como entrada una serie de pulsos eléctricos retardados a través de la conexión eléctrica 111 desde el generador de retardo 107 y produce una señal, por ejemplo, modulando un haz óptico proporcionado desde una fuente no mostrada en la figura 21 que lleva una señal que codifica datos en su modulación 115 retardada con la misma temporización que los pulsos de la señal de entrada 111. Para una señal multiplexada, el modulador de señales 113 puede comprender una serie de dispositivos similares, cada uno de ellos configurado para codificar datos en un canal diferente, o puede ser uno o más dispositivos que se pueden configurar independientemente para controlar qué canal de señal produce en función de la señal de control 114.
La memoria intermedia de entrada 110 puede leer y almacenar los bits de entrada (nuevos datos que se añadirán al bucle 100) mientras se espera a que sean codificados y luego introducidos en el bucle 100. Cuando es activado por un pulso 108 del generador de retardo 107, el búfer de entrada 110 puede enviar una señal a través de la conexión eléctrica 111 que contiene los bits a codificar al modulador 113 a través del demultiplexor de entrada 112, con el retardo apropiado. La memoria intermedia de entrada 110 puede ser una memoria electrónica convencional, como la RAM. Dicha señal eléctrica contiene los bits que deben ser transportados desde el búfer de entrada 110 al modulador de señales 113 a través del demultiplexor de entrada 112, retrasados por una cantidad de tiempo apropiada para alinearse con el bloque de datos previsto en el bucle 100.
El demultiplexor de entrada 112 puede ser provisto para controlar en qué canal (es decir, longitud de onda, modo espacial, dirección, etc.) la señal de ENTRADA retardada 111 es escrita por el modulador de señales 113, basado en la señal de control 114 de la lógica de control 104. El demultiplexor de entrada 112 puede estar incorporado en el modulador de señales 113 en algunas realizaciones o puede estar completamente ausente, en cuyo caso el generador de retardo 107 genera diferentes señales de pulso retardado 108 para diferentes canales de entrada (es decir, para diferentes longitudes de onda, modos espaciales, direcciones, etc.).
El multiplexor de entrada 116 acopla la señal 115 de uno o más canales diferentes (es decir, longitudes de onda, modos espaciales, direcciones, etc.) en un haz 117 que viaja al acoplador de señales 101. En el ejemplo ilustrado en la Fig. 21 sólo se puede multiplexar una señal a la vez, pero según un aspecto de la presente divulgación, se pueden multiplexar muchas señales de entrada de forma simultánea y/o asíncrona al acoplador de señales 101. El acoplador de señales 101 inyecta entonces en el bucle 100 una porción de la señal que lleva la información codificada en su modulación. Según un aspecto de la divulgación, se pueden inyectar en el bucle 100 al mismo tiempo múltiples canales independientes que transportan señales de diferentes formas, incluyendo, pero sin limitarse a, diferentes longitudes de onda, modos espaciales, direcciones, etc., para aumentar la cantidad de datos que se pueden almacenar en el bucle 100.
El demultiplexor de salida 118 recibe la señal de salida C del acoplador de señales 101, y divide cada canal, separado por diferentes atributos físicos incluyendo pero no limitado a la longitud de onda, modo espacial y dirección, en señales separadas.
La adquisición de datos (DAQ) 120 puede recibir la señal a través de la fibra 119 desde el demultiplexor de salida 118 y puede demodular la información codificada en la modulación de la luz en información digital codificada en señales eléctricas. El DAQ 120 puede incluir un fotodetector físico, como un fotodiodo, y un convertidor analógico-digital (ADC) de muestreo cuya temporización puede estar determinada por una serie de pulsos retardados 121 generados por el generador de retardo 107. Mediante el DAQ 120 se pueden leer uno o más bloques específicos de la memoria del bucle 100 en un formato de información digital. Se puede utilizar cualquier dispositivo o elemento adecuado para demodular los datos según se desee.
El DAQ 120 puede proporcionarse como una serie de sistemas DAQ diferentes para decodificar cada canal de las señales demultiplexadas 119, en cuyo caso la señal de pulso retardado 121 recibida del generador de retardo 107 puede recibirse a través de un número correspondiente de líneas de datos diferentes, o puede ser un sistema de señales que combine un sistema DAQ de señales con un demultiplexor de salida configurable 118 controlado por una señal de control de la lógica de control 104 o del generador de retardo 107. En particular, los impulsos eléctricos retardados recibidos a través de la conexión eléctrica 121 desencadenan la lectura de datos en un bloque de memoria particular. Estos pulsos corresponden a los puntos en el tiempo cuando el DAQ 120 debe muestrear la señal para capturar los datos deseados. Dependiendo de la implementación del DAQ 120, el electrodo 121 puede ser un bus que se conecta a cada uno de los d Aq o una sola línea (por ejemplo, si la selección de canales está siendo realizada por el demultiplexor de salida 119).
De este modo, la línea 122 alimenta datos, codificados en señales eléctricas digitales a la lógica y/o al software que realiza una comprobación de redundancia cíclica (CRC), o un código de corrección de errores equivalente o un procedimiento de corrección de errores hacia adelante, 123, que comprueba la integridad de los datos recibidos para corregir errores.
La gestión de la regeneración asíncrona puede proporcionarse de forma que la regeneración completa (3R) de la señal no se realice al mismo tiempo para toda la señal. En cambio, según la gestión de la regeneración asíncrona, el proceso puede escalonarse utilizando el generador de retardo 107 de la lógica de control 104 ilustrada en la Fig. 21. Esto puede ser necesario, como se ha comentado, porque la regeneración 3R puede tardar más que el tiempo que tarda la señal completa en pasar por la fibra óptica.
Por ejemplo, un algoritmo para la regeneración asíncrona puede utilizar un hilo de programación de señales que programe las operaciones de regeneración basándose en la disponibilidad de los subcomponentes necesarios y un hilo de operación separado que señale al generador de retardo 107 cuando las tareas de regeneración programadas deban realizarse. El hilo de programación puede programar la regeneración del bloque de datos que se ha regenerado menos recientemente en la siguiente oportunidad disponible, y luego proceder a programar la regeneración del siguiente bloque de datos regenerado menos recientemente, y así sucesivamente. Si todos los componentes están disponibles, por ejemplo, porque actualmente no está programada ninguna operación de regeneración, escritura o borrado, la siguiente oportunidad de este tipo podría ser realizar el paso de recepción la próxima vez que el bloque de datos en cuestión pase por el acoplador 101, seguido de borrar el bloque de datos la próxima vez que ese bloque de datos pase por el borrador 103 y luego retransmitir los datos almacenados en la memoria intermedia 3R 126 para que lleguen cuando pase la siguiente franja horaria recién vacía. Este paso final puede dividirse en múltiples pasos alineados para cada pase, por ejemplo, porque el modulador de señales 113 comprende menos moduladores que el número de canales multiplexados almacenados por el sistema, o porque el modulador que escribe en un canal particular ya está programado para otra operación. Por lo tanto, el planificador programaría estos pasos con el hilo de operación que señalaría al generador de retrasos 107 de forma adecuada.
El siguiente bloque de datos que el hilo de programación programa para la regeneración ("bloque de datos menos reciente") puede ser programado para ser realizado antes de la regeneración del bloque de datos anterior programado, simultáneamente con la regeneración del bloque de datos anterior, o con los pasos de las regeneraciones de ambos bloques de datos realizados intercalados en lugar de seguir estrictamente la regeneración exitosa del bloque de datos anterior. Así, la gestión de la regeneración puede realizarse de forma asíncrona. También se contemplan otros algoritmos para programar las regeneraciones. Se puede obtener un uso más denso de los distintos recursos dando prioridad a las operaciones que pueden realizarse de forma más inmediata en lugar de programar las operaciones en el orden de programación secuencial antes mencionado. Un ejemplo de este algoritmo podría utilizar un algoritmo de ajuste no lineal, por ejemplo el procedimiento Levenberg-Marquart, para maximizar el uso de recursos y minimizar el tiempo necesario para regenerar todos los bloques de datos. Del mismo modo, se podrían utilizar otras estructuras de hilos, incluyendo la programación paralela, y la programación y operaciones combinadas de un solo hilo. Un algoritmo para escribir datos en el sistema puede seleccionar de manera similar bloques de datos en los que escribir los nuevos datos sobre la base de optimizar el uso de recursos o sobre la base de minimizar el tiempo de regeneración.
El CRC 123 puede llevar a cabo una comprobación de redundancia cíclica para asegurar la integridad de los datos sólo para el bloque de datos en el que se está realizando 3R o que se está leyendo. Así, el sistema dispone de tiempo suficiente para realizar la comprobación de integridad, así como para generar la parte de la señal correspondiente al bloque de datos. El CRC puede realizar esto cada vez que se realiza 3R en el bloque de datos. Aunque se habla de conexiones o líneas eléctricas, se entenderá que la línea 122 y otras líneas pueden proporcionarse como buses o pueden comunicarse a través de radiofrecuencia u otra radiación electromagnética de frecuencia, señales ópticas o similares.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación, que no es parte de la invención como se reivindica, cada bloque de datos puede ser etiquetado con una "cabecera" u otras formas de etiquetado que identifiquen el bloque y la cabecera puede ser codificada con el bloque de datos como parte de la ruta de la señal a través del bucle de recirculación 100. En esta realización, la tabla de direcciones 106 mantiene preferentemente una asociación entre la etiqueta, como un número de identificación escrito en la cabecera del bloque de datos y un usuario para una comunicación electrónica asociada al usuario. De este modo, el bloque de datos con la cabecera correcta se leería fuera del bucle de recirculación 100 y se proporcionaría a la salida para su posterior procesamiento. Alternativamente, el bloque de datos podría ser almacenado temporalmente en un búfer de salida 47, por ejemplo para coordinar la salida con el reloj proporcionado. Dicha gestión de datos, incluyendo una tabla de direcciones 106, puede proporcionarse fuera del sistema y la lógica de control 104 puede recibir sólo la información de la cabecera, de modo que la lógica de control 104 puede devolver el bloque de datos correspondiente a la cabecera solicitada. Para aclarar, "cabecera" puede significar cualquier otra forma de etiquetado.
El conmutador 125 puede controlar, basándose en una señal de control recibida a través de la conexión eléctrica 126, si los datos 124 se emiten a través de la clavija de salida 145, 146 hacia el exterior del sistema de almacenamiento de datos 99, por ejemplo, en respuesta a una solicitud de datos recibida de un usuario, o se alimentan a la memoria intermedia 3R 126 a través de la conexión 128 para la regeneración 3R, basándose en la señal de control 126. En lugar de emitir los datos directamente, los datos pueden almacenarse en una memoria intermedia de salida 47 hasta que se soliciten.
El búfer 3R 126 puede mantener los datos mientras espera los pulsos retardados 127 del generador de retardo 107 para cronometrar adecuadamente el proceso de regeneración 3R (es decir, "Reamplificación, Retemporización y Remodelación"). En esta realización, la regeneración 3R puede llevarse a cabo recibiendo la señal, borrándola y retransmitiéndola como una nueva señal. Sin embargo, se contemplan procedimientos alternativos de 3R, como la regeneración totalmente óptica. Para cada familia de bloques de datos que comparten una franja horaria (canales de señal que comparten una franja horaria), toda la familia puede introducirse en la memoria intermedia 3R 126. A continuación, la señal correspondiente a ese intervalo de tiempo puede borrarse mediante la línea de impulso retardado de borrado 128. Los impulsos retardados enviados a través de la conexión eléctrica 127 pueden desencadenar la retransmisión en los momentos adecuados. La memoria intermedia 3R 126 también puede servir para un propósito similar durante el proceso de ESCRITURA, manteniendo los datos que deben ser regenerados como resultado del borrado de la ranura de tiempo para despejar una ranura para la escritura si se utiliza tal implementación de borrado. En este caso, es posible que no sea necesario transmitir un pulso de retardo de borrado a través de 128, sino que la lectura de la memoria intermedia 3R 126 sigue a la transmisión completa de los bits de entrada. Otra variación incluye el uso de un esquema de direccionamiento en la memoria intermedia 3R 126 de tal manera que los datos en la memoria intermedia 3R 126 pueden salir en cualquier orden seleccionado, permitiendo una implementación asíncrona más rápida de la reescritura de múltiples bloques de datos a la vez.
Como se ha discutido, los impulsos retardados pueden ser transmitidos a través de la conexión eléctrica 127 desde el generador de retardo 107 para desencadenar la transmisión de datos en el búfer 3R 126, generados de la misma manera que los impulsos retardados transmitidos a través de la línea 108 para desencadenar la escritura desde el búfer de entrada 110. Éstas pueden ir precedidas de un impulso retardado en la línea de impulso retardado de borrado 108b para borrar la ranura de tiempo apropiada, excepto en el caso de terminar una operación de ESCRITURA, en cuyo caso la ranura de tiempo ya está borrada y se generarán impulsos para retransmitir los datos inmediatamente después de completar la transmisión de los bits de entrada deseados.
Los impulsos retardados, como se ha discutido, también pueden ser transmitidos desde el generador de retardo 107 a través de la conexión eléctrica 108b para desencadenar el borrado de franjas de tiempo deseadas mediante el uso del borrador 103, ya sea como parte de la regeneración 3R, o una operación de BORRADO para borrar los datos de forma segura y permanente. Los datos pueden ser borrados después de que ya no estén en uso, o eventualmente interferirán con otras señales debido al ensanchamiento inducido por la dispersión, aunque esto puede lograrse más fácilmente simplemente no realizando la regeneración 3R en ella la próxima vez que su ranura de tiempo esté siendo regenerada.
La línea de datos PURGA 129 puede controlar la potencia del proceso de regeneración 1R a través de un inversor. Si esta línea se pone a "1", la regeneración 1R se apagará, de manera que la amplificación de la señal en el bucle se detendrá y los datos transportados en él se destruirán de forma rápida, segura e irreversible.
La Fig. 22 es un ejemplo de un bucle de recirculación continua para el almacenamiento de datos, por ejemplo como el bucle 100 de la Figura 21, en el que se utiliza una bobina de fibra óptica 13 como guía de ondas. Una señal óptica no modulada puede ser proporcionada al modulador de señales 113 por la fuente de luz 1, que puede ser un láser de fibra. Alternativamente, la fuente de luz 1 puede ser modulada directamente, sustituyendo el modulador de señales 113. Por ejemplo, si la fuente de luz es un láser de cavidad de semiconductor, la señal puede ser modulada mediante la modulación de la corriente de bombeo.
La estación de regeneración 1R 102 puede ser un amplificador de láser de fibra o puede ser sustituido por un sistema de ganancia distribuida a lo largo de la longitud de la fibra óptica 12. Por ejemplo, se puede utilizar la amplificación Raman distribuida o la amplificación paramétrica óptica. La bobina de fibra óptica 13 puede ser una guía de ondas de fibra óptica de nanoestructura. Las "fibras ópticas nanoestructuradas" pueden tener un perfil de índice radial diseñado para que los modos queden confinados en un área relativamente pequeña, al tiempo que se utiliza un radio exterior relativamente grande para que la fibra no tenga un solo modo. Como fibras ópticas nanoestructuradas se contemplan familias de tecnologías que incluyen, por ejemplo, una "fibra en anillo" que tiene una primera región, una segunda región y una tercera región, donde la primera región es un cilindro, la segunda región es un cilindro con radio mayor que el radio de la primera región y que encierra la primera región, y la tercera región es un cilindro con radio mayor que el de la segunda región y que encierra tanto la primera como la segunda región, de manera que la segunda región tiene un índice de refracción óptico mayor que la primera y la segunda región. La primera región puede ser de aire o de fibra. Una "fibra de vórtice" tiene una primera región, una segunda región, una tercera región y una cuarta región, donde la primera región es un cilindro, la segunda región es un cilindro con radio mayor que el de la primera región y que encierra la primera región, la tercera región es un cilindro con radio mayor que el de la segunda región y que encierra tanto la primera como la segunda región, y la cuarta región es un cilindro con un radio mayor que el de la primera región y el de la segunda región y que encierra las regiones primera, segunda y tercera, y donde la primera región y la tercera región tienen un índice de refracción óptica mayor que las regiones segunda y cuarta. Una "fibra multinúcleo" (también llamada fibra supermodo o fibra de linterna fotónica) tiene al menos dos regiones de núcleo disjuntas y una región de revestimiento en la que las regiones de núcleo son todas cilíndricas y la región de revestimiento es un cilindro con radio mayor que el radio de cualquiera de las regiones de núcleo y la región de revestimiento encierra todas las regiones de núcleo y en la que cada una de las regiones de núcleo tiene un índice de refracción óptico mayor que la región de revestimiento. "Cable óptico" que tiene una primera región que es un cilindro con índice de refracción superior al del aire (donde el aire actúa como revestimiento). Y la "fibra de cristal fotónico", que está formada por un gran número de cilindros abiertos u otras formas abiertas, como polígonos o estrellas, a menudo de radios variables, rellenos de aire o de vidrio de bajo índice de refracción, a menudo con la región central rellena de vidrio de alto índice. La fibra óptica 12 o la bobina de fibra óptica 13, por ejemplo, puede ser Corning SMF 28 o algún equivalente de la misma, sin embargo, también se puede utilizar fibra PM, por ejemplo, para aumentar la relación de extinción del modulador. El sistema de control 8 puede ser similar al sistema ilustrado en la figura 21. El borrador 103 y/o el modulador de señales 113 pueden incluir modulador(es) de intensidad Mach-Zehnder (MZ) 14 y controlador(es) de polarización 5, como se ilustra en la Fig. 23, con o sin amplificador, controlado por el sistema de control 8 a través de la conexión eléctrica 10. El sistema de control 8 puede incluir la lógica de control 104, la tabla de direcciones 106, el generador de retrasos 107 y otros componentes similares.
La Fig. 23 ilustra un ejemplo de modulación de señal, por ejemplo como el modulador 113 y/o el borrador 103 de señales. En primer lugar, la polarización (es decir, el modo de la guía de ondas o de la fibra) de la señal óptica entrante puede ser controlada por un controlador de polarización 5. En la realización preferida, esto se logra mediante un controlador de polarización de fibra en línea. Este elemento puede no ser necesario si la fibra o guía de ondas 9 es una fibra PM. Del mismo modo, el controlador de polarización 5 puede ser innecesario si el sistema se modifica para la multiplexación por división de espacio (SDM) o si se utiliza un modulador 14 que no depende de la polarización.
El modulador de intensidad óptica 14 puede ser un modulador de intensidad Mach-Zehnder (MZ) que recibe un voltaje de control electrónico del controlador de RF 24 a través de la conexión eléctrica 22 que es impulsado por una señal del sistema de control 8 a través de la conexión 20, que puede ser un elemento de la conexión eléctrica 10 en la figura 22. Éste podría ser sustituido por otro modulador electro-óptico (EOM), un modulador acústico-óptico (AOM) u otro modulador, como un modulador de electro-absorción (EAM). Para otros esquemas de codificación, por ejemplo, (PSK), se puede utilizar un modulador de fase en su lugar.
Un amplificador óptico puede proporcionar ganancia para controlar la potencia de la señal. Los aisladores ópticos 15 y 17 pueden utilizarse para evitar las retrorreflexiones que pueden causar la inestabilidad del amplificador. Un segundo modulador óptico 18, con el controlador de RF 25 asociado y la conexión eléctrica 21 puede proporcionar una mayor relación de extinción en la señal modulada que un modulador solo, por ejemplo para proporcionar una mejor diferenciación de "unos" y "ceros".
La Fig. 25 ilustra un ejemplo de bucle continuo de recirculación para el almacenamiento de datos en movimiento mediante el uso de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) para el sistema 99a e ilustrando un esquema en el que los canales individuales pueden ser borrados sin borrar los canales en la misma ranura de tiempo. El demultiplexor por división de longitud de onda 31 demultiplexa la señal que pasa desde la fibra óptica 12 (u otra guía de onda). La señal incluye n longitudes de onda distintas, An que representan n canales de fibra distintos, cada uno de los cuales transporta sólo una longitud de onda, Ai. Esto puede realizarse mediante una rejilla de guía de ondas (AWG) o mediante n acopladores de fibra fundida diferentes que son específicos de la longitud de onda y están conectados en cascada a lo largo de la fibra óptica 12. Aunque en la Fig. 25 se muestra de forma esquemática que está posicionado como parte del bucle de recirculación 100, se entenderá que el circuito WDM 98a puede estar posicionado fuera del bucle de recirculación de forma que la señal multiplexada del circuito WDM 98a puede ser inyectada en el bucle de recirculación 100 por uno o más acopladores de señales.
El multiplexor por división de longitud de onda 32 combina o multiplexa n canales de fibra distintos, cada canal para una longitud de onda, Ai, en una fibra o guía de onda. Así, la señal multiplexada puede almacenar información en n longitudes de onda distintas An. Esto puede implementarse, por ejemplo, como n-diferentes acopladores de fibra fundida 101-1, 101-2, ... 101 -n, que son específicos de la longitud de onda y están conectados en cascada a lo largo de la fibra óptica 12, o como un dispositivo integrado similar a un AWG, o una técnica equivalente.
La Fig. 25 ilustra los elementos que describen los n canales de longitud de onda indexados como número de elementonúmero de canal. Así, el elemento 33 del cuarto canal se denominaría 33-4. 102-i es una estación de regeneración 1R para la señal de longitud de onda Ai en el canal i. Algunos detalles de esto son visibles en la Fig. 26. Según el ejemplo proporcionado en la Fig. 25, se puede proporcionar una ecualización entre longitudes de onda en la que cada canal se normaliza a una potencia predeterminada, independientemente de la potencia proporcionada a otros canales. Esta ganancia normalizada por el canal puede ser activa o pasiva. Un sistema de control de señales puede proporcionar una ecualización activa de todos los canales mediante otras conexiones eléctricas.
El modulador de pérdida de ida y vuelta 103-i puede ser una implementación multiplexada del borrador 103 ilustrado en la Fig. 21 y puede ser implementado siguiendo la figura 23. El modulador de pérdida de ida y vuelta 103-i borra los datos de longitud de onda Ai en el canal i de la señal.
El acoplador de señales 101-i puede ser un componente del acoplador de señales 101 ilustrado en la Fig. 21 y puede inyectar la señal que lleva la porción de datos de longitud de onda Ai en el canal i y fuera del canal i mediante el uso de dos entradas a y b en las salidas c y d. Esto puede lograrse mediante el uso de acopladores de fibra fundida que utilizan el acoplamiento evanescente de ondas guiadas, por ejemplo, con una longitud de onda de acoplamiento de Ai. La fuente de luz 1-i puede proporcionar una señal óptica modulada o no modulada a la longitud de onda Ai.
La modulación de la señal de cada canal puede realizarse por medio de un modulador de longitud de onda Ai, cuyos detalles se muestran en la Figura 23. El DAQ 120-i demodula la señal del canal i en señales eléctricas, por ejemplo, utilizando un fotodiodo. Como alternativa, se podría utilizar otro medio de demodulación.
La figura 26 es una ilustración esquemática detallada de un ejemplo de unidad de regeneración 1R, por ejemplo 102 en las figuras 21 o 22 o 102-i en la figura 25. Un amplificador óptico 46, por ejemplo un amplificador de fibra dopada, amplifica la señal en el canal correspondiente. La ganancia de este amplificador debe seleccionarse para compensar completamente las pérdidas de ida y vuelta y puede ser necesario proporcionarla en múltiples etapas separadas. Se pueden utilizar aislantes ópticos para evitar las reflexiones de fondo que pueden provocar la inestabilidad del amplificador.
Puede utilizarse un filtro de intensidad no lineal 48, o un medio equivalente activo y/o pasivo de control y/o estabilidad. El filtro de intensidad no lineal 48 proporciona una mayor pérdida para las señales de muy baja o muy alta intensidad. Esto proporciona un control activo y/o pasivo de la intensidad de la señal para estabilizar el proceso de regeneración 1R para un mantenimiento uniforme, controlado e indefinido de la intensidad máxima de las señales en el bucle de fibra, como se ilustra en las figuras 30 y 31. Alternativamente, un ejemplo de implementación activa del filtro 48 puede incluir un acoplador de fibra fundida 99%/1%, un medidor de potencia conectado al canal 1% de dicho acoplador, y un atenuador óptico variable, como un EAM, accionado por un sistema de control. Por ejemplo, un controlador discreto proporcional-integral-derivativo (PID) que toma como entrada la potencia presente y pasada de un bloque de datos dado puede utilizarse para controlar la ganancia del amplificador 46, por ejemplo modulando la corriente de bombeo del amplificador 46, o la pérdida, por ejemplo utilizando un modulador de electroabsorción (EAM).
La figura 27 es una ilustración esquemática de un ejemplo de sistema de almacenamiento que utiliza SDM (o Multiplexación por División de Modo, MDM) 99b. Una bobina de fibra óptica multimodo (MMF) 52 propaga señales en diferentes modos espaciales, como los modos de transporte de momento angular orbital (OAM), de manera que permite distinguir eficazmente entre los canales con una diafonía suficientemente baja para que el sistema sea práctico. Esto puede llevarse a cabo mediante una fibra nanoestructurada a medida, diseñada para minimizar el acoplamiento de modo distribuido y de perturbación entre los diferentes modos (es decir, los canales). Por ejemplo, la fibra óptica multimodo 53 y la bobina de fibra óptica multimodo 52 pueden ser fibra de vórtice, fibra multinúcleo (incluyendo fibra supermodo y linternas fotónicas), hilo óptico, fibra de cristal fotónico, y/o cualquier otra forma de fibra o guía de ondas con las propiedades deseadas. Las técnicas digitales de entrada y salida múltiple (MIMO) pueden utilizarse para demultiplexar digitalmente los modos espaciales que se han mezclado por acoplamiento durante la propagación. Este enfoque podría implicar la conversión a una señal digital en cada ciclo de rotación. Alternativamente, el acoplador selectivo de modo 54-i puede estar diseñado para ser insensible a la longitud de onda y/o puede utilizar otro procedimiento de acoplamiento distinto de los acopladores de fibra fundida. El controlador de polarización 5-i antes de cada acoplador 54-i puede o no ser necesario dependiendo del diseño del acoplador 54-i y de la fibra multimodo 53. Por ejemplo, si la fibra multimodo permite distinguir los modos al evitar la mezcla intermodal durante la propagación, el controlador de polarización 5-i no sería necesario. Sin embargo, si la fibra multimodo permite distinguir los modos mediante una técnica MIMO, el controlador de polarización 5-i puede ser necesario y, de hecho, el propio controlador de polarización 5-i puede utilizarse como medio para distinguir los modos en algunas fibras multimodo en lugar de la fibra nanoestructurada y las técnicas MIMO. Del mismo modo, algunos diseños del acoplador 54-i pueden requerir un controlador de polarización insertado en la fibra monomodo 9 antes de la entrada del acoplador a. Si la fibra óptica multimodo 53 o la bobina de fibra óptica multimodo 52 son fibras mantenedoras de polarización o nanoestructuradas diseñadas para evitar el acoplamiento de modos, entonces deben ser del mismo tipo de fibra.
El acoplador de fibra fundida 54-i incluye dos entradas (a y b) y dos salidas (c y d) para acoplar un modo espacial específico guiado por la MMF 53 a una frecuencia específica en una fibra óptica monomodo (SMF) 9 como la SMF28 que viene (u otro tipo de guía de ondas) con alguna relación de acoplamiento razonable. El modulador de intensidad óptica 103 puede utilizarse para borrar señales o porciones de señales. Se puede utilizar un interferómetro Mach-Zehnder. El control de este componente se realiza a través del sistema de control 8 y la conexión eléctrica 10.
El reamplificador 102 puede ser sustancialmente similar al reamplificador utilizado en otras realizaciones, como se ilustra en la Figura 26. Deben elegirse componentes diferentes, por ejemplo, la fibra multimodo 12 que coincide con la bobina de fibra 53 en lugar de la fibra monomodo. Se ha demostrado que los amplificadores de fibra 46 basados en esta misma MMF nanoestructurada 53 dopada con un medio de ganancia, por ejemplo el erbio, pueden utilizarse para proporcionar ganancia a todos los modos simultáneamente con una baja ganancia de modo diferencial (DMG). Sin embargo, podrían utilizarse otros amplificadores, incluidos, entre otros, los EDFA de SMF en combinación con multiplexores y demultiplexores. El filtro no lineal 48 (o los medios activos o pasivos equivalentes de ecualización de control) puede ser asimismo sustancialmente similar, pero puede requerir diferentes elecciones de componentes y/o puede necesitar proporcionar además pérdida de modo diferencial (DML) a través de medios activos o pasivos para compensar la d Mg en el amplificador 46.
La Fig. 28 ilustra un ejemplo de sistema de almacenamiento 99c basado en multiplexación por división de dirección de propagación (DDM), de acuerdo con un aspecto de la divulgación, pero no incluído en el ámbito de la invención. Se puede proporcionar una mayor capacidad para el almacenamiento en el sistema de movimiento 99c, aprovechando la falta de un principio y un final distintos del bucle continuo de recirculación.
En particular, la señal a inyectar puede dividirse en una primera parte que se propaga en el sentido de las agujas del reloj y una segunda parte de la señal que se propaga en sentido contrario. De este modo, los componentes se duplican en dos canales contrapuestos con los índices correspondientes, es decir, el canal 1 en el sentido de las agujas del reloj y el canal 2 en el sentido contrario. El DDM puede proporcionarse además de uno o más esquemas de multiplexación adicionales.
Como se ilustra en la Fig. 28, un primer acoplador 61 inyecta la señal que se propaga en el sentido de las agujas del reloj en el bucle de guía de ondas 12 a través de la conexión a del primer acoplador 61 y elimina la señal que se propaga en sentido contrario a las agujas del reloj a través de la conexión b del acoplador 61. Puede ser preferible un acoplador de fibra fundida que utilice el acoplamiento evanescente de las ondas guiadas. Del mismo modo, un segundo acoplador 62 inyecta la señal que se propaga en sentido contrario a las agujas del reloj en el bucle de guía de ondas 12 a través del conector a del segundo acoplador y elimina la señal que se propaga en sentido de las agujas del reloj del bucle de guía de ondas 12. Los acopladores 61 y 62 trabajan en conjunto para multiplexar simultáneamente las señales DDM y para servir colectivamente como el acoplador de señal solitario 101 de la Figura 21.
Además, los acopladores 63, que tienen una entrada C, una salida B y una conexión bidireccional A, pueden proporcionarse para separar los componentes de entrada y salida. Se pueden proporcionar aisladores ópticos 64 para evitar la diafonía de los canales de señal.
A fin de construir una realización, las técnicas de WDM, SDM y DDM ilustradas en las Figuras 25, 27 y 28 pueden combinarse en un sistema que utilice los tres esquemas, así como otros posibles, simultáneamente. Para ello, el acoplador de señales 101-i en cada canal de longitud de onda ilustrado en la Fig. 25 puede sustituirse, según un aspecto de la divulgación, por una matriz de acopladores de fibra fundida, como se ilustra, por ejemplo, en la Fig. 27, incluyendo la sustitución de cada componente 1-i a 11-i por una matriz de dichos componentes para cada modo. Además, se pueden añadir esquemas de multiplexación adicionales mediante el uso de la técnica de multiplexación por división de dirección (DDM) junto con otros procedimientos de modulación para permitir un almacenamiento adicional al proporcionar múltiples bits en cada señal. Por ejemplo, la modulación en cuadratura (QAM) o la modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK). En una realización en espacio libre, puede ser necesaria una combinación de multiplexación por polarización y SDM para lograr una capacidad equivalente a la multiplexación por modo de fibra SDM, ya que los modos espaciales en espacio libre carecen de polarización inherente como la que tienen los modos de guía de ondas, como los modos de fibra óptica.
La Fig. 30 ilustra un ejemplo de un filtro no lineal que proporciona estabilidad de forma pasiva para controlar la ganancia de ida y vuelta de la señal en el bucle y reducir el ruido que de otro modo podría acumularse en el bucle. La reducción del ruido puede lograrse mediante un absorbente saturable 140. El etalón 141 de baja finura hecho de un material con un alto efecto Kerr óptico (por ejemplo, SbSI, Zn, Se o GaAs) puede utilizarse para proporcionar estabilización de la ganancia. El etalón puede ajustarse de forma que a bajas intensidades tenga una transmisividad del 100%, es decir, que la longitud de onda o el conjunto de longitudes de onda sean longitudes de onda resonantes del material. Sin embargo, a medida que aumenta la intensidad del pulso, el índice de refracción del material puede cambiar, modificando así la transmisividad del etalón. La potencia reflejada puede entonces ser absorbida por el aislador óptico 14.
Las Figs. 31A-F ilustra un ejemplo de cómo un filtro no lineal, ilustrado a modo de ejemplo en la Fig. 30, proporciona estabilidad para el control de la ganancia de ida y vuelta y cómo puede ser sintonizado. En la Fig. 31A, se ilustra la ganancia de señal para un amplificador láser típico. La Fig. 31B ilustra los diversos elementos pasivos del sistema, incluyendo el acoplador o acopladores de señales, las facetas del extremo y los moduladores que proporcionan una pérdida lineal. La Fig. 31C ilustra que un absorbedor saturable proporciona pérdidas de la misma manera que el amplificador de señales proporciona ganancia, sin embargo, por razones prácticas como se discute más adelante, el absorbedor saturable puede ser elegido con una pérdida más alta que la ganancia del amplificador de señales y con un punto de saturación mucho más bajo.
La Fig. 31D ilustra un etalón no lineal que proporciona reflectividad de acuerdo con la fórmula R= i+.Tsin2(2irfe¡/) en la que ^ es la finura del etalón, k es el número de onda de la luz, / es la longitud de la cavidad del etalón, e / es la intensidad de la señal.
La Fig. 31E ilustra que sin el filtro, todo el ruido es amplificado y la estabilidad puede ser alcanzada sólo en la región de saturación del amplificador. Un intento de controlar la ganancia a un nivel más bajo sintonizando Ya-lb = 0 puede ser intrínsecamente inestable porque incluso si es ligeramente positivo puede llevar a la región de saturación del amplificador, y si es incluso ligeramente negativo, el impulso de la señal puede morir a cero.
La Fig. 31F ilustra el control de estabilidad y la reducción de ruido con un filtro no lineal añadido. Con el filtro añadido, en primer lugar, el ruido de bajo nivel que es inferior a la saturación del absorbedor saturable, Ic, sufre pérdidas de ida y vuelta. En segundo lugar, se puede alcanzar un punto estable en la intensidad antes de la región de saturación del amplificador, y esto se puede ajustar mediante el ajuste de este filtro. Por lo tanto, el filtro puede ajustarse de la siguiente manera:
El corte de ruido puede ser ajustado para eliminar el ruido más eficientemente aumentando la pérdida de absorción saturable, que debe exceder Ya - lb. Sin embargo, puede ser ajustado hacia abajo para reducir las pérdidas sistemáticas de ida y vuelta que pueden limitar el rendimiento del sistema, o puede ser ajustado hacia arriba si el ruido se está generando más rápido de lo que se está extinguiendo.
El punto de estabilidad puede afinarse ajustando la finura del etalón o la constante de Kerr del mismo.
Si se utilizan múltiples longitudes de onda igualmente espaciadas, la longitud del etalón puede ajustarse de forma que cada longitud de onda sea una longitud de onda resonante del etalón.
De este modo, se puede conseguir una amplificación estable e insensible a la longitud de onda (en longitudes de onda discretas específicas) de forma sintonizable muy por debajo de la región de saturación del amplificador láser, o al mismo tiempo, se puede reducir el ruido de la señal.
Se puede llevar a cabo un filtrado similar para la codificación por desplazamiento de fase, o esquemas de codificación sensibles a la fase similares, tal como QAM, mediante el uso de filtros sensibles a la fase o amplificación sensible a la fase. De acuerdo con una realización, la amplificación paramétrica óptica (OPA) con una bomba y un inductor de fase ajustada puede utilizarse para proporcionar amplificación selectivamente a las señales que cumplen la condición de ajuste de fase establecida por la señal y el inductor, mientras que proporciona pérdida a las señales que se desplazan n
de la condición de ajuste de fase por más de 2 radianes. En esta configuración, una bomba puede servir para múltiples señales, aunque los efectos de las diferencias intermodales en el índice de refracción efectivo pueden ser considerados para asegurar que cada señal tiene un ocioso adecuadamente adaptado a la fase. Además, para las señales de diferentes longitudes de onda, hay que prever un idler en la longitud de onda y la fase correctas para cada señal, que puede corresponder a la relación habitual &>s <¿i = 2&p. Del mismo modo, se pueden utilizar esquemas con múltiples bombas para proporcionar diferentes condiciones de coincidencia de longitud de onda y/o fase. Alternativamente, se pueden utilizar dos bombas de diferente longitud de onda con la relación Wpi+ Wp2= 2&s. En tal caso, puede no ser necesario un rodillo loco porque, en efecto, cada señal sirve como su propio rodillo loco. Para mantener constante la relación de coincidencia de fase entre la bomba y la polea loca, es posible que haya que reformular y/o sustituir periódicamente la bomba y la polea loca. Esto puede lograrse, por ejemplo, eliminándolos del bucle en cada ciclo de rotación mediante un filtro de longitud de onda que bloquee el o los rodillos y la bomba, pero no la señal, de modo que la bomba y el rodillo puedan ser suministrados constantemente, por ejemplo, por una fuente láser de onda constante (CW). Por lo tanto, este tipo de rodillo proporcionaría una amplificación a las señales de cualquier fase en lugar de proporcionar una amplificación selectiva de fase como se desea. Del mismo modo, el rodillo loco podría tener suficiente potencia para evitar el agotamiento (tras considerar la ganancia que experimenta por la amplificación de la señal). Otros elementos sensibles a la fase o selectivos a la fase pueden proporcionar la misma funcionalidad o una similar, como un amplificador de fibra bloqueado por inyección.
En la realización de la presente invención, el bucle de recirculación comprende una cavidad óptica que almacena los datos. La figura 32A ilustra un ejemplo en el que esta cavidad puede estar formada por dos o más pares de receptorestransmisores "Reflector A" y "Reflector B" que pueden actuar cada uno como un reflector para mantener los datos almacenados en los haces de luz 156 entre ellos. Utilizando componentes similares a los sistemas descritos anteriormente, las fuentes de luz 1A y 1B pueden generar una señal óptica, que luego puede ser modulada por los moduladores de señales 113A y 113B y transmitida al receptor de señales 120B o 120a , que puede demodular la señal y convertirla en datos eléctricos. Los sistemas de control 8A y 8B pueden controlar selectivamente la recepción y retransmisión de los datos, por lo que puede no ser necesario el borrador 103. Del mismo modo, la señal puede ser totalmente regenerada cada vez que se recibe y se retransmite, por lo que puede no ser necesario el acondicionador de señales 102. El acoplamiento de los datos en forma de señal eléctrica y/o la realización de operaciones de datos, como la lectura, la escritura o el borrado, pueden realizarse en uno o ambos reflectores utilizando procedimientos similares a los descritos anteriormente. Asimismo, la corrección de errores puede aplicarse en ambos reflectores, en uno de ellos o de forma intermitente. La multiplexación puede añadirse utilizando una matriz de receptores y transmisores o añadiendo elementos adicionales de multiplexación y demultiplexación, como se ilustra en la figura 29.
De forma alternativa, el giro de la señal puede realizarse por medio de espejos, como se ilustra en la Figura 32B. En esta realización, el haz de señal 156 puede viajar en ambas direcciones y en otra realización puede viajar en múltiples direcciones o en una dirección. el haz de señal 156 puede ser almacenado en una cavidad reflectante utilizando dos espejos 152 para mantener el haz en la cavidad. Los espejos 152 pueden estar diseñados para mantener el haz en la cavidad de manera estable, muchos de cuyos procedimientos son bien conocidos. De forma similar a la realización en fibra, dentro de la cavidad puede proporcionarse un borrador 103 para borrar las señales y un acondicionador de señales 102 que comprende un medio de ganancia 153 y un filtro no lineal 48. El filtro no lineal 48 puede ser activo o pasivo, como se ha descrito anteriormente, y puede proporcionar estabilidad de ida y vuelta de la ganancia y la pérdida y/o la reducción de ruido.
La señal de entrada 158 puede acoplarse al sistema y la señal de salida 159 puede acoplarse fuera del sistema mediante el uso de, por ejemplo, un divisor de haz 160, que puede llevar a cabo la misma función que el acoplador 101 de las figuras 21, 22, 25 y 27. Alternativamente, uno o más de los espejos 152 pueden ser parcialmente transmisivos para que una fracción apropiada de la señal 156 almacenada en la cavidad se acople a través de dicho espejo parcialmente transmisivo en cada ciclo de rotación. La generación y la detección de la señal pueden realizarse de manera similar a la figura 22, utilizando una fuente láser 1 y un modulador de señales 113 para escribir datos en el sistema y un demodulador de señales 120 para demodular la señal de salida 159. Puede haber un aislador óptico 64 para evitar que los haces reflejados entren en el generador de señales 1.
Se contemplan muchos otros diseños y tamaños de cavidades. Por ejemplo, una cavidad puede incluir muchos espejos planos y/o lentes con un espejo parabólico en cada extremo, que puede proporcionar estabilidad de dirección al haz. En otro ejemplo, la cavidad puede estar formada por una o más superficies reflectantes no planas que reflejan el haz de señales 156 varias veces en cada ciclo de rotación. Un ejemplo se ilustra en la figura 32C, donde la cavidad puede ser una superficie reflectante curva elipsoidal 162. En esta realización, el acoplador de entrada/salida puede ser una porción parcialmente transmisiva 161 de la superficie reflectante 162 que permite un haz de entrada 163 en la cavidad y acopla una fracción apropiada de la potencia en la cavidad hacia fuera en cada ciclo de rotación como el haz de salida 164, similar al acoplador 101 de la figura 21. El haz de entrada 163 y el haz de salida 164 pueden generarse y recibirse utilizando el mismo procedimiento descrito anteriormente. Para proporcionar el borrado y el acondicionamiento de la señal, se pueden insertar elementos dentro de la cavidad en la trayectoria del haz de señales, por ejemplo, un borrador 103 y un medio de ganancia 153. Se puede proporcionar un filtro no lineal 48 o elementos de multiplexación, como se ha descrito anteriormente.
El presente sistema, procedimiento y dispositivos, pueden ser implementados mediante el uso de componentes implementados como hardware, software, firmware o una combinación de los anteriores, y pueden ser implementados en uno o más sistemas informáticos u otros sistemas de procesamiento, de forma que puede no ser necesaria la operación humana. Un ordenador o sistemas informáticos que implementan los componentes de la estación terrestre 20 a,b, y que implementan los controladores de los satélites, de los transceptores en la estación terrestre 20 a,b, y en los satélites, de los generadores y regeneradores de señales electromagnéticas, y similares, pueden incluir o ser proporcionados como uno o más procesadores en una o más unidades para realizar el procedimiento según la presente divulgación. Se puede acceder a uno o varios o a todos estos ordenadores o procesadores a través de Internet o de otras redes y/o medios de comunicación. Dos o más de estas unidades, o componentes de estas unidades, pueden ejecutarse en, o ser realizadas por, procesos que se ejecutan en un solo dispositivo o en una serie de tales dispositivos, por ejemplo como uno o más dispositivos montados en rack. La interfaz de comunicación con la estación terrestre 20 a,b aquí descrita puede incluir una comunicación de interfaz por cable o inalámbrica, y puede comunicarse a través de un hilo, cable, fibra óptica, una línea telefónica, un enlace celular, una conexión por satélite un enlace de radiofrecuencia, como WI-FI, u otros canales y redes de comunicación de este tipo, incluyendo la comunicación inalámbrica o por cable, o a través de una combinación de los anteriores.
Aunque la presente invención se ha descrito en relación con realizaciones particulares de la misma, muchas otras variaciones y modificaciones y otros usos resultarán evidentes para los expertos en la técnica. Además, los componentes u otras estructuras o sistemas, características o pasos, descritos con respecto a una implementación, por ejemplo, una implementación de espacio libre de satélite o recipiente, una implementación de espacio libre de bastidor, o una implementación de guía de ondas, también pueden desplegarse o utilizarse con respecto a otra implementación. Los componentes señalados como parte de la misma estructura pueden estar empaquetados como componentes o estructuras separadas, y los componentes descritos como empaquetados por separado pueden estar integrados o suministrados juntos. Además, los componentes pueden estar alejados de las estructuras con las que están lógicamente asociados o con las que se comunican directamente.
El alcance de la solicitud está limitado por el ámbito reivindicado.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de almacenamiento de datos en movimiento que comprende:
un bucle de recirculación que comprende una cavidad óptica (152, 162) configurada para mantener una señal óptica portadora de datos en movimiento, y el bucle de recirculación que incluye un acoplador de señal (160, 161), un primer retornador de señal (152, 162), y un acondicionador de señal (102, 153, 48) configurado para acondicionar la señal amplificando la señal;
el acoplador de señal (160, 161) configurado para acoplar al menos una porción de la señal en la cavidad óptica (152, 162) transmitiendo la señal al primer retornador de señal (152, 162);
el primer retornador de señal (152, 162) colocado y configurado para devolver la señal al acoplador de señal (160, 161);
el acoplador de señal (160, 161) configurado para devolver la señal recibida del primer retornador de señal (152, 162) al primer retornador de señal (152, 162); y
un regenerador de señales (102, 102-i) configurado para regenerar, en un primer momento, sólo una primera porción de la señal, siendo la primera porción de la señal inferior a la totalidad de la señal, y
regenerar, en un segundo momento después del primer momento, sólo una segunda porción de la señal, siendo la segunda porción de la señal menor que la totalidad de la señal.
2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el sistema regenera la señal de forma asíncrona, de forma que antes de la primera temporización, la segunda porción se regeneró menos recientemente que la primera porción.
3. El sistema de la reivindicación 1, en el que el acoplador de señales (160, 161) puede comprender un acoplador de entrada de señal configurado para transmitir la señal a la cavidad óptica (152, 162), y un acoplador de salida de señal configurado para eliminar la señal de la cavidad óptica (152,162),
en el que el acoplador de entrada de señal puede estar posicionado en la cavidad óptica (152, 162) a distancia del acoplador de salida de señal.
4. El sistema de la reivindicación 1, en el que el bucle comprende un segundo módulo de retorno de señales (162, 152), y el primer módulo de retorno de señales (152, 162) puede estar configurado para devolver la señal al acoplador de señales (160, 161) transmitiendo la señal al segundo módulo de retorno de señales (162, 152).
5. El sistema de la reivindicación 1, en el que el primer retornador de señal (152, 162) devuelve la señal reflejando la señal en una superficie reflectante (152, 162).
6. Un procedimiento de almacenamiento de datos que utiliza un bucle de recirculación (100) que comprende una cavidad óptica y está configurado para mantener una señal que transporta datos en movimiento y que incluye un introductor de señal (160, 161; 101, 101-i, 54-i, 61, 62) y un retornador de señal (152, 162; 9, 12, 13, 52, 53), comprendiendo el procedimiento; introducir, por el introductor de señal (160, 161; 101, 101-i, 54-i, 61, 62), la señal que transporta los datos en el bucle de recirculación (100); devolver, por el retornador de señales (152, 162; 9, 12, 13, 52, 53), la señal al introductor de señales (160, 161; 101, 101-i, 54-i, 61,62); y devolver, por el introductor de señales (160, 161; 101, 101-i, 54-i, 61, 62), la señal recibida del retornador de señal (152, 162; 9, 12, 13, 52, 53) al retornador de señal (152, 162; 9, 12, 13, 52, 53), donde el procedimiento comprende además: regenerar, por medio de un regenerador de señal (102, 102-i, 153, 48), en una primera temporización, sólo una primera porción de la señal, siendo la primera porción de la señal inferior a una totalidad de la señal, y regenerar, por medio del regenerador de señal (102, 102-i, 153, 48), en una segunda temporización posterior a la primera, sólo una segunda porción de la señal, siendo la segunda porción de la señal inferior a una totalidad de la señal.
7 El procedimiento de almacenamiento de datos de la reivindicación 6, en el que el sistema (99, 99a, 99b, 99c) regenera la señal de forma asíncrona, de forma que antes de la primera temporización, la segunda porción se regeneró menos recientemente que la primera porción.
8 El procedimiento de almacenamiento de datos de la reivindicación 6, que se implementa en el sistema de la reivindicación 1.
9 El procedimiento de almacenamiento de datos de la reivindicación 7, que se implementa en el sistema de la reivindicación 2.
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