JP2021515506A - 自由空間光通信、無線周波数通信、並びにインテリジェントフレームおよびパケット交換を採用するハイブリッドワイヤレスリンク - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、その主題の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年2月22日に出願された「Hybrid Wireless Link Employing Free-Space Optical Communication, E-Band Radio Frequency Communication, and Intelligent Packet Switching」と題する特許仮出願第62/634,126号および2018年8月17日に出願された「Traffic Steering for Hybrid Communication Links」と題する特許仮出願第62/719,561号の優先権を主張する。
ワイヤレス通信
ワイヤレスデータ送信は、電気導体または光ファイバによって接続されない2つのポイント間で情報を転送するための証明された技法である。現代の通信ネットワークが、光ファイバケーブル、同軸ケーブル、および他のワイヤード伝送媒体を広く利用するが、ワイヤレス通信リンクは多くのネットワークの重要な部分であり続ける。
2003年に、FCCは、地上波RFワイヤレス使用のために71GHzと86GHzとの間のミリメートル波(mm波)周波数の2つの帯域、71〜76GHzと81〜86GHzとを認可した。集合的に、これらの帯域はEバンドと呼ばれる。Eバンドは、世界中の多くの他の国によって地上波RFワイヤレス通信のために利用可能にされており、今後数年でより多くの国によって利用可能にされることになる。Eバンドにおいて利用可能な総スペクトルの合計10GHzを用いて、利用可能なスペクトルの一部分のみが利用される場合でも、全二重のより高いデータレートがEバンドワイヤレスリンクによって可能になる。しかしながら、この周波数範囲中の電波は、雨の影響を受けやすい。雨滴は、Eバンド電波を吸収し、それを散乱する。したがって、リンクのエンドポイント間で雨が降っているとき、Eバンドワイヤレスリンクのパフォーマンスは著しく劣化され得る。
自由空間光通信(FSO:Free Space Optics)とも呼ばれる自由空間光通信は、RFワイヤレス通信の代替である。無線周波数波を介してデータを送信するのではなく、FSO通信は、送信機においてレーザの出力を変調し、受信機において被変調信号を検出することによって光を介してデータを送信する。FSO通信は、光ファイバ通信と同様である。光ケーブルを通して変調された光を送るのではなく、信号は、空気、すなわち自由空間を通して送られる。
OSIモデルは、国際標準化機構(ISO)および国際電信電話諮問委員会(CCITT)によって1983年に導入されたネットワークモデルである。概念モデルは、機能を実装するために使用される技術を顧慮せずに通信システムの通信機能を規格化し、モデルに従って構築された通信デバイス間の相互運用を可能にする。
セルフォンおよびコンピュータなどのデバイス、並びにNetflixのようなオーバージエアストリーミングアプリケーションなどのデータハングリーなアプリケーションの数、ネットワークが動作するデータレートの急激な増加は、ネットワークエッジからネットワーク コアを通して、またデータセンターおよび他のデータソースへ/から増加している。従来のマイクロ波通信リンクは、増加したデータレート需要をサポートすることができず、FSO通信リンクは、1〜2kmよりも長い距離にわたって確実には動作することができない。
Claims (34)
- ハイブリッドワイヤレスリンクをリモートノードに提供するローカルノードであって、
自由空間光リンクを介して前記リモートノードにデータを送信するように構成される自由空間光(FSO)端末と、
自由空間RFリンクを介して前記リモートノードにデータを送信するように構成される無線周波数(RF)端末であって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間RFリンクは共に、前記ローカルノードと前記リモートノードとの間に前記ハイブリッドワイヤレスリンクを形成する、無線周波数(RF)端末と、
前記FSO端末および前記RF端末に結合されたスイッチ/コントローラであって、前記スイッチ/コントローラは、データを受信し、前記自由空間光リンクを介しておよび/または前記自由空間RFリンクを介して前記データのデータフレームを送信すべきかをデータリンクレイヤにおいて決定し、決定は前記データフレームのコンテンツに基づき、前記決定に基づいて前記FSO端末におよび/または前記RF端末に前記データフレームを誘導するように構成される、スイッチ/コントローラと
を備えたローカルノード。 - 前記スイッチ/コントローラは、ハイブリッドワイヤレスリンクのためのデータリンクプロトコルを実装する、請求項1のローカルノード。
- 前記データリンクプロトコルは、プロプライエタリプロトコルである、請求項2のローカルノード。
- 前記スイッチ/コントローラは、入口ポート、出口ポート、MACソースアドレス、MAC宛先アドレス、EtherType、アウター802.1QタグVLAN ID、アウター802.1QタグPCP、アウター802.1QタグDEI、インナー802.1QタグVLAN ID、インナー802.1QタグPCP、インナー802.1QタグDEI、IPv4ソースアドレス、IPv4宛先アドレス、IPv4 DSCP、IPv4 ECN、IPv4プロトコルフィールド、IPv6ソースアドレス、IPv6宛先アドレス、IPv6トラフィッククラス、IPv6ネクストヘッダ、IPv6フローラベル、IPv6 SRH、アウターMPLSタグラベル、アウターMPLSタグEXP(QoS若しくはECN)、1つ若しくは複数のインナーMPLSタグラベル、または1つ若しくは複数のインナーMPLSタグEXP(QoSまたはECN)のうちの少なくとも1つに基づいて前記自由空間光リンクを介しておよび/または前記自由空間RFリンクを介してデータフレームを送信すべきかを前記データリンクレイヤにおいて決定する、請求項1のローカルノード。
- 前記スイッチ/コントローラは、前記ハイブリッドワイヤレスリンクの条件に基づいて前記自由空間光リンクを介しておよび/または前記自由空間RFリンクを介してデータフレームを送信すべきかを前記データリンクレイヤにおいて決定し、前記ハイブリッドワイヤレスリンクの条件は、瞬時若しくは時間平均スループット、フレーム損失比、レイテンシ、ジッタ、リンク利用率、予想若しくは計算されたリンク利用可能性、リンク状態(リンクアップまたはダウン)、リンクロケーション、時刻、時期に基づく予測されたリンクパフォーマンス、または測定、報告、若しくは推定された大気条件のうちの少なくとも1つを含む、請求項1のローカルノード。
- 前記スイッチ/コントローラは、前記自由空間光リンクにおよび前記自由空間RFリンクに個々のデータフレームを交互に誘導するように構成される、請求項1のローカルノード。
- 前記スイッチ/コントローラは、
前記データフレームを受信し、前記データフレームに対してデータリンクレイヤ機能を実行するように構成されるスイッチング構成要素と、
前記スイッチング構成要素から前記データフレームを受信し、前記FSO端末におよび/または前記RF端末に前記データフレームを誘導するように構成されるデータリンクプロトコル構成要素と
を備える、請求項1のローカルノード。 - 前記スイッチング構成要素によって実行される前記データリンクレイヤ機能のいずれも、ハイブリッドワイヤレスリンクに特有でない、請求項7のローカルノード。
- 前記スイッチング構成要素は、トラフィックフローを識別すること、トラフィックフローのトラフィックポリシング、トラフィックフローをデータリンクプロトコル構成要素に切り替えること、およびトラフィックシェーピングのうちの少なくとも1つを実行する、請求項8のローカルノード。
- 前記スイッチング構成要素は、前記データフレームのコンテンツに基づいて前記データフレームのためのサービスのクラスを決定し、前記自由空間光リンクを介しておよび/または前記自由空間RFリンクを介して前記データフレームを送信すべきかは、サービスの前記クラスに基づく、請求項7のローカルノード。
- 前記スイッチング構成要素は、前記データフレームのコンテンツに基づいて前記データフレームのためのサービスの品質を決定し、前記自由空間光リンクを介しておよび/または前記自由空間RFリンクを介して前記データフレームを送信すべきかはサービスの前記品質に基づく、請求項7のローカルノード。
- 前記スイッチング構成要素は、前記データフレームのコンテンツに基づいて前記データフレームのためのトラフィック処理を決定し、前記自由空間光リンクを介しておよび/または前記自由空間RFリンクを介して前記データフレームを送信すべきかは前記トラフィック処理に基づく、請求項7のローカルノード。
- 前記データリンクプロトコル構成要素は、ハイブリッドワイヤレスリンクに特有である前記データリンクレイヤ機能の全てを実行する、請求項7のローカルノード。
- 前記スイッチ/コントローラは、ハイブリッドワイヤレスリンクのためのデータリンクプロトコルを実装し、前記データリンクプロトコル構成要素は、前記データリンクプロトコルの全体を実装する、請求項7のローカルノード。
- 前記データリンクプロトコルは、前記データフレームに割り当てられた複数のトラフィック処理を実装し、前記データリンクプロトコル構成要素は、前記データフレームに割り当てられた前記トラフィック処理に基づいて前記FSO端末におよび/または前記RF端末に前記データフレームを誘導する、請求項14のローカルノード。
- 前記トラフィック処理は、VLANタグ、ポート番号、およびトラフィックタイプのうちの少なくとも1つに基づいてデータフレームに割り当てられる、請求項15のローカルノード。
- 前記スイッチング構成要素は、それらのコンテンツに基づいて前記データフレームのためのタグを生成し、前記データリンクプロトコル構成要素は、前記FSO端末および/または前記RF端末に前記タグをマッピングするルックアップテーブルに基づいて前記FSO端末におよび/または前記RF端末に前記データフレームを誘導する、請求項7のローカルノード。
- 前記データリンクプロトコル構成要素は、失われたデータの場合のデータフレームの再送信を管理する、請求項7のローカルノード。
- 前記ハイブリッドワイヤレスリンクは双方向である、請求項1のローカルノード。
- 前記ローカルノードおよび前記リモートノードは、追加の他のノードをもつネットワークの部分である、請求項19のローカルノード。
- 前記FSO端末および前記RF端末は、お互いの10フィート内にコロケートされる、請求項1のローカルノード。
- 前記自由空間光リンクは、少なくとも10Gbpsの公称データレートを有する、請求項1のローカルノード。
- 前記ローカルノードおよび前記リモートノードは、少なくとも4km離れて位置する、請求項1のローカルノード。
- 前記自由空間光リンクは、赤外波長範囲中で動作し、前記自由空間RFリンクは、Eバンド中で動作する、請求項1のローカルノード。
- ハイブリッドワイヤレスリンクをリモートノードに提供するローカルノードであって、
自由空間光リンクを介してリモートノードにデータを送信するように構成される自由空間光(FSO)端末と、
自由空間RFリンクを介して前記リモートノードにデータを送信するように構成される無線周波数(RF)端末であって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間RFリンクは共に、前記ローカルノードと前記リモートノードとの間に前記ハイブリッドワイヤレスリンクを形成する、無線周波数(RF)端末と
を備える物理レイヤと、
前記データのデータフレームが前記自由空間光リンクを介しておよび/または前記自由空間RFリンクを介して前記リモートノードに送信されるのかを決定するデータリンクレイヤと
を備えたローカルノード。 - 請求項2乃至24のいずれか一項に記載の限定事項をさらに備える、請求項25のローカルノード。
- ハイブリッドワイヤレスリンクをリモートノードに提供するローカルノードであって、 自由空間光リンクを介してリモートノードにデータを送信するように構成される自由空間光(FSO)端末と、
自由空間RFリンクを介して前記リモートノードにデータを送信するように構成される無線周波数(RF)であって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間RFリンクは共に、前記ローカルノードと前記リモートノードとの間にハイブリッドワイヤレスリンクを形成する、無線周波数(RF)端末と、
前記FSO端末および前記RF端末に結合されるコントローラであって、前記コントローラは、データを受信し、前記自由空間光リンクを介しておよび/または前記自由空間RFリンクを介して前記データのデータフレームおよび/またはネットワークパケットを送信すべきであるかをデータリンクレイヤおよび/またはネットワークレイヤにおいて決定し、決定は前記データフレームおよび/または前記ネットワークパケットのコンテンツに基づき、前記決定に基づいて前記FSO端末におよび/または前記RF端末に前記データフレームおよび/または前記ネットワークパケットを誘導するように構成される、コントローラと
を備えたローカルノード。 - 請求項2乃至24のいずれか一項に記載の限定事項をさらに備える、請求項27のローカルノード。
- ハイブリッドワイヤレスリンクをリモートノードに提供する方法であって、
前記ハイブリッドワイヤレスリンクを介して前記リモートノードに送信されるデータを受信することと、
自由空間光リンクを介しておよび/または自由空間無線周波数(RF)リンクを介して前記データのデータフレームを送信すべきかをデータリンクレイヤにおいて決定することであって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間RFリンクは共に、前記リモートノードへの前記ハイブリッドワイヤレスリンクを形成し、前記決定することは、前記データフレームのコンテンツに基づく、ことと、
前記決定に基づいて前記自由空間光リンクおよび/または前記自由空間RFリンクに前記データフレームを誘導することと
を備える方法。 - 請求項2乃至24のいずれか一項に記載の限定事項をさらに備える、請求項29の方法。
- 双方向ハイブリッドワイヤレスリンクをリモートトランシーバに提供するローカルトランシーバであって、
双方向自由空間光リンクを介して前記リモートトランシーバにデータを送信し、および前記リモートトランシーバからデータを受信するように構成される自由空間光(FSO)端末と、
双方向自由空間無線周波数(RF)リンクを介して前記リモートトランシーバにデータを送信し、および前記リモートトランシーバからデータを受信するように構成されるRF端末であって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間RFリンクは共に、前記ローカルトランシーバと前記リモートトランシーバとの間に前記双方向ハイブリッドワイヤレスリンクを形成する、RF端末と、
前記FSO端末および前記RF端末に結合されたスイッチ/コントローラであって、前記スイッチ/コントローラは、前記リモートトランシーバに送信されるデータを受信し、前記自由空間光リンクを介しておよび/または前記自由空間RFリンクを介して前記データのデータフレームを送信すべきかをデータリンクレイヤにおいて決定し、決定は前記データフレームのコンテンツに基づき、前記決定に基づいて前記FSO端末におよび/または前記RF端末に前記データフレームを誘導するように構成される、スイッチ/コントローラと
を備えたローカルトランシーバ。 - 請求項2乃至24のいずれか一項に記載の限定事項をさらに備える、請求項31のローカルトランシーバ。
- 双方向ハイブリッドワイヤレスリンクを介して通信を行う2つのノードを備えるワイヤレス通信システムであって、各ノードは、
双方向自由空間光リンクを介して他のノードにデータを送信し、および前記他のノードからデータを受信するように構成される自由空間光(FSO)端末と、
双方向自由空間無線周波数(RF)リンクを介して前記他のノードにデータを送信し、および前記他のノードからデータを受信するように構成されるRF端末であって、前記自由空間光リンクおよび前記自由空間RFリンクは共に、ノード間に前記双方向ハイブリッドワイヤレスリンクを形成する、RF端末と、
前記FSO端末および前記RF端末に結合されたスイッチ/コントローラであって、前記スイッチ/コントローラは、データを受信し、前記自由空間光リンクを介しておよび/または前記自由空間RFリンクを介して前記データのデータフレームを送信すべきかをデータリンクレイヤにおいて決定し、決定は前記データフレームのコンテンツに基づき、前記決定に基づいて前記FSO端末におよび/または前記RF端末に前記データフレームを誘導するように構成される、スイッチ/コントローラと
を備えたワイヤレス通信システム。 - 各ノードが請求項2乃至24のいずれか一項に記載の限定事項をさらに備える、請求項33のワイヤレス通信システム。
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