JP4718173B2

JP4718173B2 - アドホックネットワークのバックアップを備えたフリースペース・オプティカル端末及び関連方法

Info

Publication number: JP4718173B2
Application number: JP2004514370A
Authority: JP
Inventors: ピーザイトファス，マイケル
Original assignee: Harris Corp
Current assignee: Harris Corp
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2023-06-16
Also published as: WO2003107699A1; CN1663304A; EP1514439A4; KR20050010926A; JP2005529570A; US20030231584A1; EP1514439A1; AU2003245502A1; CN1330198C; NO20044957L; KR100717115B1; US6842439B2

Description

本発明は、通信システムの分野に関するものであり、特にフリースペース・オプティカル通信システム及び通信を運ぶ関連方法に関するものである。

フリースペース・オプティカル(FSO:free space optical)通信システムは、見通し線の有向レーザービームを介して通信信号を送受信するためにレーザを使用する無線ポイント・ツー・ポイント通信システムである。ビームが有向であり狭いため、FSO通信システムは、一般的に安全で信頼ができると考えられている。視覚障害のリスクを軽減するために、ビームは十分に低出力にされ得る。出力レベルを切り替えるFSOシステムは、例えば米国特許第5,229,593号に開示されている。

FSO通信システムは、キャンパス環境で特に有利であることが示されている。例えば、ビジネス組織は、異なる近隣のビルにいる従業員をリンクするローカルエリアネットワーク(LAN)を構築しようとすることがある。組織が例えば光ファイバケーブルを使用して、プライベート専用線を設置することに依存することになると、ケーブルの設置の構築コストの観点からかなりの支出を負うと共に、構築が完了するまでのLANを確立する必然的な遅延を受ける。キャンパスが都会の環境内にある場合には、コストと遅延は更に大きくなる傾向にある。都会の環境内では、他方から通りを越えた位置にあるビルの従業員をリンクすることですら、広範囲の規制の承認とローカル活動に対する費用のかかる中断を必要とし得る。このような遅延及び／又は中断は、例えば歴史上の地区又は保護された野生領域では特に深刻になることがある。

FSO通信システムは、ビル内若しくはビルの周囲(例えば屋根又は窓)、又はリンクされる他のサイトに所要の低出力のレーザトランシーバを単に配置することにより通信リンクが確立され得るため、効率的且つ有効な代替案を提供する。しばしば、FSO通信システムは24時間程度以内で配置され得る。また、政府の許可も一般的に不要である。FSO通信システムは、非常に高速に音声、映像、及びデータ信号、又はそれらの組み合わせを運ぶことができる。FSO通信システムはまた、キャンパス中に分散された組織メンバ間で媒体をストリーミングし、テレビ会議を行い、オンライン・コラボレーションを行うことを提供すると共に、インターネットへの組織の単一のリンクとしての役割を果たすことができる。

しかし、FSO通信システムの１つの有意な欠点は、大気による干渉に対する脆弱性があることである。降雨、濃霧、低雲量、及びスモッグですら、FSOシステムの見通し線の信号の送受信を妨げ得る多様な大気による干渉になる。現在まで、FSO通信システムの多様なプロバイダは、冗長用の無線周波数(RF)/マイクロ波バックアップシステムに依存することにより、この欠点を補う試みをしてきた。

LightPointe, Inc.や、FSONA Communications Corpや、Optical Access, inc.や、Furtera, Inc.のような多様なFSO通信システムプロバイダのうちで、ほとんどではなくとも多くは、FSO通信システムに対する起こり得る中断のための類似のRFバックアップシステムを選択している。例えばLightPointe, Inc.は、ネットワークの冗長性を提供するために、マイクロ波無線バックアップでFSO通信システムを補完することを推奨している。Furtera, Inc.も同様に、フリースペース・オプティック(free space optics)とRF機能を結合するハイブリッドシステムを推奨している。

しかし、これらのRF/マイクロ波冗長システムは、増加するコストと複雑性の観点から、問題を提示する。異なるバックアップシステムの購入と設置は、FSO通信システムにより提供される減少したコストと容易な導入を相殺する。更に、そのようなRF/マイクロ波冗長システムが設置されると、FSO通信システムに中断が生じない限り、未使用のままになる。更に、冗長システムが未使用のままになると、それにもかかわらず正常運転時にシステムを維持することに関するコストが生じる。従って、これらのコストは、従来のFSOベースの通信システムの効率的な利点を更に相殺する。

前述の背景を鑑みることにより、更に効率的なバックアップを有するFSO通信システムを介して通信を運ぶシステム及び方法を提供することが、本発明の目的である。

本発明による前記及び他の目的、特徴及び利点は、アドホックネットワークのバックアップを備えた一対のフリースペース・オプティカル(FSO:free space optical)通信端末を有する通信システムにより提供される。具体的には、FSO通信端末は、間隔を介して配置され、端末間の専用のポイント・ツー・ポイントFSO通信リンクを定める。そのFSO通信リンク上で通信トラヒックが第１の動作モードで運ばれることがあり、システムが第１から第２の動作モードに切り替わると、アドホックネットワークが第２の動作モードで通信トラヒックを運ぶ。具体的には、アドホックネットワークは、複数の無線通信リンクにより相互に結合された複数の間隔を介するアドホックネットワークノードを有する移動体アドホックネットワークである。

各FSO通信端末は、第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えるコントローラを有してもよく、通信トラヒックが移動体アドホックネットワークにより運ばれる。端末は、その端末をアドホックネットワークにリンクするアドホックネットワークノードを有してもよい。アドホックネットワークノードは、他のアドホックネットワークノードと無線(又は有線)で双方向に通信して切り替えを実施するRF又は他の適切なトランシーバのような通信装置を有してもよい。アドホックネットワークノードはまた、通信装置を介して通信をルーティングするアドホックネットワークノード・コントローラを有してもよい。

FSO通信端末は、第１の動作モードで２つの端末間で通信トラヒックを運ぶために、対応するリモートFSO端末と専用のポイント・ツー・ポイントFSO通信リンクを定めるFSOトランシーバを有してもよい。FSO通信端末コントローラはまた、ビット誤り率のような少なくとも１つのサービス品質(QoS)パラメータを決定するサービス品質(QoS)モニタを有してもよい。コントローラは、QoSモニタと協調し、QoSパラメータに基づいて第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えるトラヒック切り替え器を更に有してもよい。一般的に、第１の動作モードはプライマリ動作モードであり、第２の動作モードはバックアップ動作モードを定める。従って、QoSモニタとトラヒック切り替え器は、QoSパラメータに基づいてプライマリ動作モードからバックアップ動作モードにシステムを切り替えるために協調してもよい。同様に、前記システムは、例えばQoSパラメータ又は所定の期間の経過に基づいて第２の動作モードから第１の動作モードに切り替えられてもよい。

移動体アドホックネットワークはまた、システムが動作しているモードに関わらず、他の通信トラヒックも同様に運ぶことができる。ルーティングプロトコルは、動的にアドホックネットワークノード間の新たなルートを発見して確立する。従って、本発明のシステムは、主に未使用の冗長システムを維持する必要がない。

本発明のその他の態様は、通信トラヒックを運ぶ方法に関するものである。前記方法は、間隔を介した一対のFSO通信端末を配置することを有し、そのFSO通信端末は専用のポイント・ツー・ポイントFSO通信リンクを定め、そのFSO通信リンク上で通信トラヒックが第１の動作モードで運ばれることがある。前記方法はまた、移動体アドホックネットワークを提供することを有してもよく、前記ネットワークは、複数の無線(又は有線)通信リンクを介して通信する複数の間隔を介したアドホックネットワークノードを有する。前記方法は、移動体アドホックネットワークを介して通信トラヒックを運ぶために、第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えることを更に有してもよい。動作モードの切り替えは、少なくとも１つのQoSパラメータを決定することに基づいてもよい。従って、動作モードの変更を示すために、非常に小さい(例えば１ビット)の情報が、移動体アドホックネットワークのノードに通信される必要がある。

次に、本発明の好ましい実施例が図示された添付図面を参照して、本発明が十分に説明される。しかし、本発明は多数の異なる形式に具体化されてもよく、本発明はここに示される実施例に限定して解釈されるべきではない。これらの実施例は、この開示が十分且つ完全であり、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるために提供されたものである。同様の数字は全体に渡って同様の要素を参照する。

まず、図１と図２を参照すると、本発明による通信システム10が最初に説明される。通信システム10は、第１の動作モードで通信トラヒックを運ぶ光ビーム32を使用して専用のポイント・ツー・ポイントFSO通信リンクを定めるために、間隔を介して配置された一対のフリースペース・オプティカル(FSO:free space optical)通信端末30a、30bを有する。システム10は、複数の近隣のビル15a-15eを有するキャンパス環境に例示的に設置されている。乗物16と歩行者17もまた、キャンパス設定に図示されている。いくつかの実施例では、システム10はまた、例示的に図示されているように、気球50や衛星51や飛行機52(友人又は無人でもよい)のような宇宙及び／又は空気プラットフォームである移動体プラットフォームを有してもよいことが、当業者にわかる。

通信システム10はまた、複数の無線通信リンク42a-42iにより相互に接続された複数の間隔を介するアドホックネットワークノード40a-40iを有する移動体アドホックネットワーク40を有する。コンピュータ及び／又はパーソナル発信機/通信装置(例えば個人情報端末(PDA)、ラップトップコンピュータ、携帯電話等)のような複数の種類のノードが使用されてもよいことが、当業者にわかる。

双方のFSO端末30a、30bは、類似又は同一である。従って、説明の明瞭性のため、左に図示されたFSO端末30aが詳細に説明される。右に図示されたFSO端末30bが類似の構成要素と機能を有することを、当業者は容易に認識するであろう。FSO通信端末30aは、第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えるコントローラ34を有し、通信トラヒックが移動体アドホックネットワーク40により運ばれる。従って、端末30aはまた、残りのアドホックネットワーク40と端末をリンクするアドホックネットワークノード40aを有する。留意すべき点は、端末30aと30bがそれぞれビル15aと15bに配置されて例示的に図示されているが、他の実施例ではこれらの端末は、例えば前述の多様なプラットフォームのような如何なる場所に配置されてもよい点である。

ネットワークノード40bについて更に詳細に示すように(図２)、各アドホックネットワークノード40a-40iは、他のアドホックネットワークノードと無線で双方向に通信する無線周波数(RF)トランシーバのような無線通信装置48を有する。各アドホックネットワークノード40a-40iはまた、無線通信装置48を介して通信をルーティングするアドホックネットワークノード・コントローラ50を有する。

FSO通信端末30aはまた、FSOトランシーバを有し、そのトランシーバはレーザ送信機44とレーザ受信機46とを有する。レーザトランシーバは、例えば1550nmの波長を中心にして動作することができる。この波長はFSO装置に共通の波長である。更に、他の波長が1550nmを中心にした波長と多重化され、例えば中心の動作波長からオフセットした100GHz、50GHz、25GHz、12.5GHz、6.25GHzを中心にしたものを含む波長分割多重合成信号を作ってもよい。

FSO通信端末コントローラ34はまた、専用のポイント・ツー・ポイントFSO通信リンク32用の少なくとも１つのQoSパラメータを決定するサービス品質(QoS)モニタ38を例示的に有する。QoSモニタ38は、レーザ受信機の出力に例示的に接続されている。当業者に容易にわかるように、QoSモニタ38により決定されることがあるQoSパラメータの一例は、受信ビット誤り率である。例示的に図示されているように、コントローラ34はまた、QoSモニタ38と協調して、QoSモニタで決定されたパラメータに基づいて第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えるトラヒック切り替え器39を有する。

第１の動作モードがプライマリ動作モードであることが一般的である。従って、第２の動作モードはバックアップ動作モードを規定してもよい。従って、前述のように、QoSモニタ38とトラヒック切り替え器39は、QoSパラメータに基づいてプライマリ動作モードからバックアップ動作モードにシステム10を切り替えるために協調してもよい。

当業者に容易にわかるように、システムが第１又は第２の動作モードで動作している時に、移動体アドホックネットワーク40は、他の通信トラヒックを運ぶことができる。アドホックネットワークは、地上、空中及び／又は宇宙の場所を含んでもよい相互に関連して動的且つ任意に配置された移動体ノードの集合によって定められ得る。従って、アドホックネットワークの各ノード間の相互接続は、絶え間なく変更することができる。動的にノード間の新たなルートを発見して確立するために、ルーティングプロトコルが利用可能であり、それにより中断を回避するために必要に応じて再ルーティングが実行されながら、通信トラヒックが効率的なルートを介して運ばれてもよい。そのような移動体アドホックネットワークの例は、Haasによる米国特許第6,304,556号とTohによる米国特許第5,987,001号に見出され得る。これらの全ての開示が参照として取り込まれる。

従って、従来のものとは異なり、FSOシステム10は例えばRF/マイクロ波の専用のスタンバイ・バックアップ端末を必要としない。その代わりに、一対のFSO通信端末30a、30bの間のルートが完全に遮られた時、又はトラヒックがバックアップ動作モードのアドホックネットワーク上で運ばれるより効率的に運ばれ得ない程度に妨げられた時に、アドホックネットワーク40は通信トラヒックを運ぶ。アドホックネットワーク40は、主にネットワークノードの任意の集合であり、既に確立した通信ネットワークを提供する。従って、冗長システム又はバックアップシステムを確立することに関する有意なコストが生じにくい。アドホックネットワークノード40aがFSO端末筐体内に設置されると、設置は非常に簡単になり得る。従って、そのようなバックアップシステムを維持するコストが非常に少なくなり得る。

更に、アドホックネットワーク40は、システム10で生成されたトラヒックを運んでいるか否かに関わらず、またシステムが第１又は第２の動作モード(例えばプライマリモード又はバックアップモード)で動作しているか否かに関わらず、他の通信トラヒックを運ぶことができるため、主に未使用の冗長のRF/マイクロ波バックアップシステムを維持するコストが回避される。

FSO通信端末30a、30bは、約1Mbpsより大きいデータレートで動作することができ、好ましくは、例えば約2から40Gbpsの範囲で動作することができる。従って、FSO通信端末30a、30bは、移動体アドホックネットワーク40より大きい通信トラヒック容量で動作してもよい。換言すると、例えば第２の動作モード又はバックアップ動作モードの時に減少したビットレートが許容される。

本発明のその他の態様は、図３のフローチャート78を参照して説明される通信トラヒックを運ぶ方法に関するものである。前記方法は、ブロック80で開始した後に、専用のポイント・ツー・ポイントFSO通信リンクを定めるために、間隔を介して一対のFSO通信端末30a、30bを配置することを有し、そのFSO通信リンク上で、通信トラヒックが第１の動作モードで運ばれてもよい(ブロック82)。前記方法はまた、ブロック84で移動体アドホックネットワーク40を提供することを有し、そのネットワークは、複数の間隔を介したアドホックネットワークノード40a-40hと、アドホックノードを相互に接続する複数の無線通信リンク42a-42hとを有する。

例示的に図示されているように、間隔を介したFSO通信端末30a、30bの間のリンク上で通信トラヒックが運ばれる場合、前記システムは、ブロック86で第１の動作モードで動作してもよい。QoSモニタ38は、ブロック88で１つ以上のQoSパラメータ(例えばビット誤り率)を監視する。QoSモニタ38により定められたQoSパラメータが事前に選択された閾値を超えない場合(ブロック90)、通信は第１のモードで実行される。逆に、モニタにより定められたQoSパラメータが超える場合には、モードが切り替えられ、通信トラヒックが第２のモードで運ばれる(ブロック92)。システム10が第２のモードで動作する場合、第１の動作モードで通信トラヒックを運ぶために動作モードが再度切り替えられるべきか否か、及びいつ切り替えられるべきかを判断するために、QoSパラメータが監視され続ける(ブロック94)。その時まで通信トラヒックは第２の動作モードで運ばれる。

フローチャート78に具体的に図示されていないが、前記方法はアドホックネットワーク40で他の通信トラヒックを運ぶことをさらに有してもよい。前記方法はまた、移動体アドホックネットワークより大きい通信トラヒック容量で動作するFSO通信端末を有してもよい。

本発明の多数の変更と他の実施例が、前述の説明と関連図面に提示された教示の利益を有する当業者に想像される。従って、当然のことながら、本発明は開示された特定の実施例に限定されず、他の変更形態や実施例も特許請求の範囲内に含まれることを意図する。

本発明による通信システムの概略透視図である。図１に示された通信システムの更に詳細な概略ブロック図である。本発明による方法のフローチャートである。

Claims

第１の動作モードで通信トラヒックを運ぶ通信端末間の専用のポイント・ツー・ポイントのFSO通信リンクを定めるために、間隔を介して配置された一対のフリースペース・オプティカル(FSO:free space optical)通信端末と、
複数の間隔を介したアドホックネットワークノードと、前記アドホックネットワークノードを相互に接続する複数の無線通信リンクとを有する移動体アドホックネットワークと
を有する通信システムであって、
各FSO通信端末が第１の動作モードから前記通信トラヒックが前記移動体アドホックネットワークで運ばれる第２の動作モードに切り替えるコントローラを有し、
前記コントローラが、
前記専用のポイント・ツー・ポイントのFSO通信リンクの少なくとも１つのサービス品質(QoS)パラメータを定めるサービス品質(QoS)モニタと、
前記QoSモニタと協調し、前記少なくとも１つのQoSパラメータに基づいて前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに切り替えるトラヒック切り替え器と
を有する通信システム。
請求項１に記載の通信システムであって、
前記コントローラが、前記少なくとも１つのQoSパラメータに基づいて前記第２の動作モードから前記第１の動作モードに切り替える通信システム。
請求項１に記載の通信システムであって、
前記一対のFSO通信端末が、前記移動体アドホックネットワークより大きい通信トラヒック容量で動作する通信システム。
請求項１に記載の通信システムであって、
各FSO通信端末が、前記コントローラに接続されたレーザ送信機とレーザ受信機とを更に有する通信システム。
リモートフリースペース・オプティカル(FSO:free space optical)通信端末と通信するFSO通信端末であって、
第１の動作モードで通信端末間の通信トラヒックを運ぶための、前記リモートFSO端末と専用のポイント・ツー・ポイントFSO通信リンクを定めるFSOトランシーバと、
複数の間隔を介したアドホックネットワークノードと、前記アドホックネットワークノードを相互に接続する複数の無線通信リンクとを有するアドホックネットワーク用のアドホックネットワークノードと、
前記第１の動作モードから前記通信トラヒックが前記アドホックネットワークノードにより運ばれる第２の動作モードに切り替えるコントローラと
を有し、
前記コントローラが、
前記専用のポイント・ツー・ポイントのFSO通信リンクの少なくとも１つのサービス品質(QoS)パラメータを定めるサービス品質(QoS)モニタと、
前記QoSモニタと協調し、前記少なくとも１つのQoSパラメータに基づいて前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに切り替えるトラヒック切り替え器と
を有するFSO通信端末。
請求項５に記載のFSO通信端末であって、
前記コントローラが、前記少なくとも１つのQoSパラメータに基づいて前記第２の動作モードから前記第１の動作モードに切り替えるFSO通信端末。
通信トラヒックを運ぶ方法であって、
第１の動作モードで前記通信トラヒックを運ぶ通信端末間の専用のポイント・ツー・ポイント・フリースペース・オプティカル(FSO:free space optical)通信リンクを定めるために、間隔を介した一対のFSO通信端末を配置し、
複数の間隔を介したアドホックネットワークノードと、前記アドホックネットワークノードを相互に接続する複数の無線通信リンクとを有する移動体アドホックネットワークを提供し、
少なくとも、サービス品質(QoS)モニタを使用して前記専用のポイント・ツー・ポイントのFSO通信リンクの少なくとも１つのサービス品質(QoS)パラメータを定め、前記QoSモニタと協調し、前記少なくとも１つのQoSパラメータに基づいて前記第１の動作モードから前記通信トラヒックが前記移動体アドホックネットワークにより運ばれる第２の動作モードに切り替えることにより、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに切り替えることを有する方法。