KR20150132350A - 급속 빔-기반 보호 스위칭을 갖는 자유-공간 광 네트워크 - Google Patents

급속 빔-기반 보호 스위칭을 갖는 자유-공간 광 네트워크 Download PDF

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Abstract

시스템은 자유-공간 광 통신을 위하여 각각 구성된 복수의 네트워크 노드들(102-110)을 포함하는 네트워크를 포함한다. 각각의 네트워크 노드는 하나 이상의 어퍼쳐들을 포함하고, 그것을 통해 광 빔들은 광 링크들(112)을 통해 전송되고 수신된다. 광 링크들은 (i) 노드들 사이에 고속 트래픽을 전송하는 트래픽 링크(112a) 및 (ii) 다른 노드들의 위치 지식을 설립하고 유지하도록 사용되는 저속 신호들을 전송하는 취득/트래킹 링크(112b)를 포함한다. 각각의 네트워크 노드는 네트워크를 통해 하나 이상의 백업 경로를 결정하도록 구성된 네트워크 프로세서를 또한 포함한다. 각각의 네트워크 노드는 백업 트래픽 링크를 생성하기 위하여 트래픽 링크로부터 취득/트래킹 링크상에 광 빔을 재지향시키도록 구성된 빔 스티어링 유닛(420)을 더 포함한다.

Description

급속 빔-기반 보호 스위칭을 갖는 자유-공간 광 네트워크{FREE-SPACE OPTICAL NETWORK WITH AGILE BEAM-BASED PROTECTION SWITCHING}
본 발명은 일반적으로 광 통신 시스템들에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 급속 빔-기반 보호 스위칭을 갖는 자유-공간 광 네트워크에 관한 것이다.
자유-공간 광(Free-space optical; FSO) 시스템들은 광의 빔들을 이용하여 광학적으로 서로 통신하는 네트워크 노드들을 포함한다. FSO 시스템들은 무선 주파수(radio frequency; RF) 통신 시스템들보다 훨씬 더 높은 데이터 속도를 제공할 수 있다. FSO 시스템들은 또한 종종 RF 시스템들과 연관된 스펙트럼 사용 제한들로부터 자유롭다. 또한, FSO 시스템들은 통상적으로 RF 시스템들보다 높은 잼 저항(jam resistance) 및 낮은 검출(detection) 확률을 제공한다. 그러나, 대기에서 사용될 경우, FSO 시스템들은 구름, 안개, 및 다른 장애물들에 의한 방해에 민감하고, FSO 시스템들은 난기류 때문에 맑은 대기에서조차 딥 페이드(deep fades)를 겪을 수 있다.
이 문제들에 대한 관습적인 해결책들은 광 링크 레벨, 하이브리드 RF/광 링크들, 및 네트워크-기반 보호 접근들에서 완화 기술들(mitigation techniques)을 포함한다. 링크 완화 기술들은 일반적으로 적응 광학(adaptive optics), 포워드 오류 정정(forward error correction), 인터리빙(interleaving), 및 광 자동 이득 제어(optical automatic gain control)와 같은 특징들을 수반한다(involve). 그러나, 이 완화 기술들을 갖고서도, FSO 시스템들은 심지어 맑은 공기에서도 만족스러운 성능을 제공하는 것에 종종 어려움을 갖는다. 하이브리드 RF/광 링크들은 광 통신이 실패할 경우 RF 통신에 의지하지만, RF 링크들은 광 링크들 보다 상당히 적은 범위(range) 및 스루풋(throughput)을 갖고, 그로써 시스템 스루풋을 감소시킨다. 링크-기반 완화는 일반적으로 큰 버퍼들, 광 링크들이 복구될 때의 재송신들, 및 기계적 빔 스티어링(mechanical beam steering)을 이용하는 새로운 광 링크들의 설립에 의존하는 네트워크-기반 접근들로 증가되었다. 불행하게도, 이 기술들은 일반적으로 큰 레이턴시들을 도입하고, 큰 네트워크에 대한 제한된 확장성(scalability)을 갖는다. 또한, 크기, 무게, 및 전력(size, weight, and power; SWaP)와 더불어 비용 고려들은 네트워크 노드에서, 특히 항공기 및 지상 차량들과 같은 이동 플랫폼들에 대하여 사용될 수 있는 광 단말들의 수( 및 따라서 광 링크들의 수)를 제한한다. 이는 일반적으로 기계적 빔 스티어링을 사용할 경우 백업 경로들을 유지하는 것을 비실용적이게 한다.
본 발명은 급속(agile) 빔-기반 보호 스위칭을 갖는 자유-공간 광 네트워크를 제공한다. 특히, 이 접근은 위에 언급된 하나, 일부, 또는 전부의 문제들을 극복하는, 실패한 통신 링크를 위한 네트워크-기반 완화 기술을 지원할 수 있다. 또한, 이 접근은 위에서 설명한 것들과 같은 링크-기반 완화 기술들과 함께 이용될 수 있다.
제1 실시예에서, 시스템은 자유-공간 광 통신을 위하여 각각 구성된 복수의 네트워크 노드들을 갖는 네트워크를 포함한다. 각각의 네트워크 노드는 하나 이상의 어퍼쳐들을 포함하고, 그를 통해, 광 빔들이 광 링크들을 통해 전송되고 수신된다. 광 링크들은 (i) 노드들 사이에 고속 트래픽을 전송하는 트래픽 링크 및 (ii) 다른 노드들의 위치 지식을 설립하고 유지하도록 사용되는 저속 신호들을 전송하는 취득/트래킹 링크를 포함한다. 각각의 네트워크 노드는 네트워크를 통해 하나 이상의 백업 경로를 결정하도록 구성된 네트워크 프로세서를 또한 포함한다. 각각의 네트워크 노드는 백업 트래픽 링크를 생성하기 위하여 트래픽 링크로부터 취득/트래킹 링크상에 광 빔을 재지향시키 구성된 빔 스티어링 유닛을 더 포함한다.
제2 실시예에서, 장치는 네트워크 노드들과의 자유-공간 광 통신에 참여하도록(engage) 구성된 광 통신 단말을 포함한다. 광 통신 단말은 하나 이상의 어퍼쳐들을 포함하고, 그를 통해, 광 빔들이 광 링크들을 통해 전송되고 수신되며, 광 링크들은 (i) 고속 트래픽을 전송하는 트래픽 링크 및 (ii) 네트워크 노드들의 위치 지식을 설립하고 유지하도록 사용되는 저속 신호들을 전송하는 취득/트래킹 링크를 포함한다. 장치는 네트워크를 통해 하나 이상의 백업 경로를 결정하도록 구성된 네트워크 프로세서를 또한 포함한다. 또한, 장치는 백업 트래픽 링크를 생성하기 위하여 트래픽 링크로부터 취득/트래킹 링크상에 광 빔을 재지향시키도록 구성된 빔 스티어링 유닛을 포함한다.
제3 실시예에서, 방법은 제1 네트워크 노드에서 제2 네트워크 노드와 광학적으로 통신하고, 광 트래픽 링크를 통해 제1 광 빔들을 전송하고 수신함으로써 제2 네트워크와 데이터를 교환하는 단계를 포함한다. 방법은 광 취득/트래킹 링크를 통해 제2 광 빔들을 전송하고 수신함으로써 제1 네트워크 노드에서 제3 네트워크 노드를 광학적으로 트래킹하는 단계를 또한 포함한다. 방법은 네트워크를 통해 하나 이상의 백업 경로들을 결정하는 단계를 더 포함한다. 또한, 방법은 백업 트래픽 링크를 생성하기 위하여 트래픽 링크로부터 취득/트래킹 링크상으로 제1 광 빔들을 재지향시키는 단계를 포함한다.
다른 기술적인 특징들이 이하의 도면들, 설명들 및 청구항들로부터 본 기술분야에 숙련된 자에게 손쉽게 명백할 수 있다.
본 발명 및 그 특징들의 더 완전한 이해를 위하여, 이제 이하의 설명에 첨부 도면들과 함께 참조가 이루어질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시의 자유-공간 광(FSO) 통신 네트워크를 도시한다.
도 2a는 FSO 네트워크에서의 예시의 통신 경로들을 도시하고, 도 2b는 본 발명에 따른 연관된 무선 주파수/마이크로파 네트워크에서의 예시의 통신 경로를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 FSO 네트워크에서의 보호 스위칭의 예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 FSO 및 RF/마이크로파 수용력들(capabilities)을 가진 예시의 네트워크 노드를 도시한다.
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 FSO 광학대(optical bench)의 예들을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 광 어퍼쳐들(apertures)의 예시의 배치를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 FSO 네트워크에서의 보호 스위칭을 위하여 사용되는 백업 경로들을 계산하기 위한 예시의 방법을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 FSO 네트워크의 보호 스위칭을 위한 예시의 방법을 도시한다.
아래에 설명된 도 1 내지 8 및 본 특허 문서에서 본 발명의 원리들을 설명하기 위하여 사용된 여러 가지의 실시예들은 오직 예시일 뿐이고, 어떠한 방식으로든 발명의 범위를 한정하는 것으로 생각되어서는 안 된다. 본 기술분야의 숙련된 자들은 본 발명의 원리들이 적절히 준비된 임의의 타입의 디바이스 또는 시스템에서 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시의 자유-공간 광(FSO) 통신 네트워크(100)를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 네트워크(100)는 서로 광학적으로 통신하는 여러 가지의 노드들을 포함한다. 이 예시에서, 노드들은 위성들(102-104), 항공 운송수단들(aerial vehicles)(106), 지상-기반 운송수단들(land-based vehicles)(108), 및 해양-기반 운송수단들(sea-based vehicles)(110)을 포함한다. 각각의 위성(102)은 지구 주위의 정지 궤도에서 임의의 적절한 구조를 포함한다. 각각의 위성(104)은 저지구 및 중지구 궤도(low-earth and medium-earth orbit)에서 임의의 적절한 구조를 포함한다. 각각의 항공 운송수단(106)은 유인 항공기(manned aircraft) 또는 무인 항공 운송수단(unmanned aerial vehicle; UAV)과 같은 소정 기간(period of time) 동안 비행 상태를 유지할 수 있는 임의의 적절한 구조를 포함한다. 각각의 지상-기반 운송수단(108)은 탱크, 병력수송차(personnel carrier), 또는 장갑차량(armored vehicle)과 같은 지상을 이동할 수 있는 임의의 적절한 구조를 포함한다. 각각의 해양-기반 운송수단(110)은 선박 또는 잠수함과 같이 해상 또는 해저를 이동할 수 있는 임의의 적절한 구조를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 여러 가지의 통신 링크들(112)이 네트워크(100)의 노드들(102-110) 사이에 존재한다. 이 통신 링크들(112)은 노드들(102-110)이 서로 광학적으로 통신할 수 있게 하는 광 통신 링크들을 포함한다. 이 통신 링크들(112)은 노드들(102-110)이 비-광학적 전자기파들을 이용하여 서로 통신할 수 있게 하는 무선 주파수(RF), 마이크로파, 또는 다른 비-광학적 전자기 통신 링크들을 또한 포함할 수 있다. 간결함을 위하여, 모든 비-광학적 전자기 통신 링크들은 RF 링크들로 언급된다. 통신 링크들(112)은 임의의 적절한 속도(들)에서 데이터 전송을 지원할 수 있다.
본 발명에 따라, 노드들(102-110)은 서로의 RF 통신 범위 내의 노드들을 위한 RF 메쉬(mesh) 네트워크와 결합된 공간적으로-급속인(spatially-agile) FSO 빔들의 사용을 지원한다. 공간적인 급속(Spatial agility)은 FSO 빔이 두 방향으로 연결하는 경로를 없애지(sweeping out) 않고 한 방향에서 다른 방향으로 (약 0.5초 이하 내와 같이) 빠르게 재포인팅(repointed) 될 수 있음을 의미한다. 빔의 광 어퍼쳐들로부터 전송되는 행동에 더하여, 공간적인 급속은 광 어퍼쳐가 인커밍 빔을 수신할 수 있는 방향에도 적용된다. 노드들(102-110) 내의 광 단말들(optical terminals)은 그들의 전송 빔 및 수신 빔 방향들을 전자적으로 제어하기 위하여 광 위상 배열들(optical phased arrays; OPAs) 또는 다른 적절한 구성요소들을 사용한다. 이는 노드들(102-110)이 상이한 방향들에서 광학적으로 데이터를 전송하고 수신하기 위하여 그들의 광 통신들을 포인팅하고(point) 재포인팅할(repoint) 수 있게 한다. 한 노드와의 통신이 저하되거나(degrades) 방해받는(interrupted) 경우, 전송 빔 및 수신 빔 방향들은 다른 노드와의 통신을 가능하게 하기 위하여 {1초의 몇 분의 1 동안에와 같이(in a fraction of a second)} 빠르게 변할 수 있다. 이는 노드들(102-110)이 저하되거나 방해받는 통신 링크들(112) 주변으로 트래픽을 매우 빠르게 재라우팅(reroute)할 수 있게 하여, 통신 데드 타임 및 데이터 손실을 상당히 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 트래픽은 약 10ms 또는 심지어 그 미만 내에 단일한 결함있는(faulty) 통신 링크 주변으로 재라우팅될 수 있는데, 그것은 광 빔들의 위치를 바꾸기 위하여 기계적 스티어링을 사용하는 관습적인 시스템들보다 훨씬 빠르다. 이는 FSO 네트워크(100)에 "보호 스위칭"을 제공한다. 보호 스위칭은 노드가 제1 통신 경로에서의 결함과 같은 소정의 조건에 응답하여 제1 통신 경로부터 제2 통신 경로로 스위칭하는 네트워크 기능을 의미한다.
도 1이 FSO 통신 네트워크(100)의 일례를 도시하지만, 다양한 변형들이 도 1에 행해질 수 있다. 예를 들어, 네트워크(100)는 도 1에 도시된 모든 노드들(102-110)의 타입들을 포함할 필요가 없다. 보호 스위칭을 지원하기 위하여 급속 빔 스티어링을 사용하는 광 통신은 임의의 적절한 타입(들)의 노드들과 함께 사용될 수 있다. 특정 예로써, 광 통신은 단지 항공 운송수단들 사이에서만 또는 단지 공중 및 지상-기반 또는 해양-기반 운송수단들 사이에서 발생할 수 있다. 임의의 단일한 노드 타입 또는 복수의 노드 타입의 조합이 이 기능을 이용할 수 있다.
도 2a는 FSO 네트워크 내의 예시의 통신 경로를 도시하고, 도 2b는 본 발명에 따른 연관된 RF/마이크로파 네트워크 내의 예시의 통신 경로들을 도시한다. 특히, 도 2a 및 2b는 복수의 항공 운송수단들(106)을 포함하는 네트워크 내의 예시의 통신 경로들을 도시한다. 물론, 도 2a 및 2b에 도시된 네트워크는 도 1에 도시된 바와 같이 다른 또는 추가적인 타입(들)의 노드들을 포함할 수 있다.
도 2a는 복수의 항공기(노드들 106) 사이의 광 트래픽 링크들(112a) 및 광 트래킹(tracking) 링크들(112b)에 의해 형성된 광 통신 네트워크의 예를 도시한다. 노드들 사이의 광 통신 속도는 1Gbps, 10Gbps에 이르거나 또는 심지어 더 높을 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이 노드들(106) 사이의 RF 통신 링크들(112c)은 동일한 노드들(106)을 활용하는 병렬 또는 오버레이 네트워크를 구성한다. 오버레이 네트워크는 (제어 평면 데이터와 같은) 광 통신 네트워크와 관련된 정보를 낮은 데이터 속도에서 전송하거나, 광 통신 링크 실패의 경우 소정의 데이터를 전송하거나, RF 네트워크 상에서만 반송되도록 의도된 데이터를 전송하기 위하여 사용될 수 있다. RF 네트워크는 FSO 네트워크를 지원하도록 구체적으로 의도된 시스템, 또는 별도의 시스템으로 RF 통신을 제공하도록 원래 의도된 네트워크일 수 있다.
특정 실시예들에서, 노드(102-110)를 포함하는 트래픽 링크(112a) 상의 일차적(primary) 광 데이터 통신은 그 노드의 통신 어퍼쳐(aperture)를 이용하여 발생하는 한편, 가능한 대안의 광 통신 링크들은 그 노드 내의 작고 비용이 적은 취득/트래킹 어퍼쳐들을 이용하여 식별되고 유지된다. 이 취득/트래킹 어퍼쳐들은 이웃 노드들과 함께 광 트래킹 링크들(112b)을 유지한다. 취득/트래킹 어퍼쳐들은 통신 어퍼쳐에 의해 사용되는 일차적 광 링크가 저하되거나 방해받는 경우 사용될 수 있는 잠재적인 백업 광 링크들의 식별을 지원한다. 일차적 광 링크의 저하 또는 방해가 발생하는 경우, 통신 어퍼처를 취득/트래킹 어퍼쳐들을 이용하여 트래킹되고 있는 대안의 노드에 재지향시켜서(redirect), 백업 광 링크가 빠르게 설립되도록 하기 위해, 전자 빔 스티어링이 이용된다. 취득/트래킹 어퍼쳐들은 통신 어퍼쳐보다 덜 복잡할 수 있고, 따라서 취득/트래킹 어퍼쳐들은 통신 어퍼쳐보다 낮은 비용 및 크기, 무게, 및 전력(SWaP) 특성들을 가질 수 있다. 취득/트래킹 어퍼쳐들은 루트 계산 알고리즘에의 입력을 위한 잠재적인 통신 링크들의 품질에 대한 정보를 또한 제공할 수 있다. 그러나, 아래에 설명되는 바와 같이, 단일한 통신 어퍼쳐는 일차적 광 링크를 통한 데이터의 통신뿐 아니라 잠재적인 백업 광 링크들의 식별도 지원하도록 사용될 수 있다.
도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 노드들(106) 사이에 복수의 타입의 광 링크들(112)이 있다. 도 2a에서, 광 링크들은 트래픽 링크들(112a) 및 트래킹 링크들(112b)을 포함한다. 트래픽 링크(112a)가 설립될 수 있기 전에, 트래킹 링크(112b)가 두 노드들 사이에서 정확한 포인팅 방향들을 유지하기 위하여 존재할 수 있다. 노드들(106) 및 링크들(112a-112b)의 모음(collection)은 FSO 네트워크를 형성하는데, 그것은 더 큰 통신 시스템의 서브네트워크이다. 이 FSO 네트워크에서, 광 위상 배열(OPA) 스티어링은 빠른, 급속 빔 재포인팅을 위하여 사용될 수 있다. 트래픽 링크들(112a)은 광 연결들 상에서 고속(high-rate) 데이터를 전송하고 노드들 사이에 데이터를 교환하기 위한 광 경로들을 나타낸다. 트래킹 링크들(112b)은 기존 통신 링크가 저하되거나 손실될 경우 통신 링크들로 잠재적으로 변환될 수 있는 경로들을 나타낸다. 몇몇 실시예에서, FSO 네트워크 내의 각각의 노드는 적어도 하나의 광 단말을 포함한다. 특정 실시예들에서 각각의 광 단말은 임의의 순간에 하나의 트래픽 링크(112a) 및 복수의 트래킹 링크들(112b)을 지원할 수 있다. 아래 설명되는 바와 같이, 링크들(112b)을 이용하여 현재 트래킹되고 있지 않은 노드들에의 백업 통신 링크들을 설립하는 것이 또한 가능하다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 여러 가지의 RF 링크들(112c)이 FSO 네트워크의 일부인 동일한 노드들(106) 사이에 또한 존재할 수 있다. 링크들(112c)은 노드들 사이의 RF, 마이크로파, 또는 다른 무선 통신을 나타낸다. 링크들(112c) 및 노드들(106)은 동일한 더 큰 통신 시스템의 RF 서브네트워크를 형성한다. 특정 실시예들에서, RF 위상 배열들은 서로의 범위 내의 모든 노드들에 대한 메쉬 네트워크를 형성하게끔 복수의 노드들 사이의 빔들을 호핑하기(hop) 위한 급속 스티어링을 위하여 또는 어퍼쳐 당(per) 복수의 빔을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. RF 서브네트워크는 기존의 트래픽 링크들(112a)의 상태, 트래킹 링크들(112b)에 의해 모니터링되는 바와 같은 잠재적인 백업 링크들의 예상되는 성능, 및 임의의 링크들(112b)을 통해 광학적으로 트래킹되고 있지 않은 RF 범위 내의 노드들을 위한 장소 및 상태 정보와 같은 광 링크 상태 정보를 반송하기 위하여 제어 평면으로 사용될 수 있다. RF 서브네트워크는 서로 접촉(contact)을 유지하도록 광 연결 없이 노드들에 의해 또한 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, RF 서브네트워크는 구체적으로 FSO 네트워크를 지원하도록 구현될 수 있다. 다른 실시예들에서, RF 서브네트워크는 기존의 RF 네트워크, 또는 일차적 목적이 RF 통신 트래픽을 반송하는 것인 다른 네트워크일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 FSO 네트워크 내의 보호 스위칭의 예를 도시한다. 도 2a 및 2b에 도시된 네트워크에서, 각각의 노드는 적어도 하나의 일차적 경로{트래픽 링크(112a)} 및 적어도 하나의 모니터링되고 있는 잠재적인 백업 경로{트래킹 링크들(112b)}를 포함한다. 결함이 트래픽 링크(112a)에서 감지되는 경우, 노드의 통신 어퍼쳐는 트래킹 링크(112b)에 의해 모니터링되고 있는 경로 상에(over) 새로운 트래픽 링크(112a)를 설립하기 위하여 전기적 스티어링을 이용하여 재구성될 수 있다. 트래킹 링크(112b)에 의해 연결된 노드들이 그들의 상대적인 위치(포인팅 방향) 및 그들 사이의 경로의 조건을 실시간으로 유지할 수 있기 때문에, 서로에 대한 그들의 통신 어퍼쳐들의 재포인팅 및 그들 사이의 활성 트래픽 링크의 설립은 매우 빠르게 발생할 수 있다.
이것의 예는 두 개의 장애물(302-304)이 여러 노드들 사이의 두 개의 활성 트래픽 링크들(112a)을 간섭하거나 중단시키는 도 3에 도시된다. 결과적으로, 영향받은 노드들은 그들의 트래킹 링크들(112b)에 의해 모니터링되고 있는 하나 이상의 대안의 경로들을 사용하여 새로운 트래픽 링크들을 설립한다. 이 예에서, 두 트래픽 링크들(112a)의 장애에 의해 야기된 신호 두절(outage)은 단일한 새로운 트래픽 링크(112a')를 설립함으로써 수리될 수 있고, 링형 네트워크였던 것을 선형 네트워크로 효과적으로 변환한다. 그러나, 반드시 그렇게 되는 것은 아니고, 복수의 장애가 복수의 백업 링크들을 설립하기 위하여 빔들의 더 복잡한 재지향들(redirections)을 종종 요구할 수 있다. 일반적으로, 임의의 적절한 수의 백업 트래픽 링크들(112a')이 FSO 네트워크 내의 노드들 사이의 통신을 유지하기 위하여 트래킹 링크들(112b)에 의해 모니터링되고 있는 경로들을 따라 설립될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전용 취득/트래킹 어퍼쳐들이 다른 노드들을 공간적으로 취득하거나 위치 결정하고 그 노드들 사이의 트래킹 링크들(112b)을 그 후에 유지하는 목적으로 비콘들(beacons) 또는 다른 신호들을 연속적으로 트래킹하고 다른 노드들에 제공하도록 노드들에서 사용될 수 있다. 이는 심지어 그 노드들 사이에 트래픽 링크(112a)가 설립되지 않은 경우에도 발생할 수 있다. 광 트래커(tracker)가 비콘 또는 (통신 파장에서일 수 있는) 트래킹하기 위한 다른 신호를 필요로 할 수 있기 때문에, 트래킹 링크(112b)의 양 끝의 노드들은 서로 인지하고 있고, 이는 두 노드들이 서로 그들의 비콘들을 포인팅할 수 있고 동시에 정확한 상대적인 위치를 유지할 수 있음을 의미한다.
다른 실시예들에서, 트래킹 기능은 통신 어퍼쳐를 사용하고, 전용 취득/트래킹 어퍼쳐들이 필요하지 않다. 이 실시예들에서, 트래킹 데이터는 트래픽 링크(112a)가 유지되고 있는 노드와 잠재적인 백업 광 링크들(112b)을 위해 트래킹되는 노드들 사이의 통신 어퍼쳐의 전송 및 수신 방향들을 잠깐 동안(momentarily) 호핑함으로써(hopping) 업데이트될 수 있다. 이는 트래픽 링크(112a) 상의 높은 정보 스루풋을 유지하기 위하여 매우 빠른 빔 재포인팅을 포함할 수 있다. 그것은 비콘 소스 및 비콘 수신기가 서로 적절한 시간에 조준되도록(aimed) 시간적인 조화(coordination) 또한 포함할 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, RF 서브네트워크는 노드들 사이의 제어 평면 정보를 전송하도록 사용될 수 있다. 제어 평면 정보는 구현에 따른 넓은 범위의 여러 가지의 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 평면 정보는 노드들 사이의 일시적인(transient) 상호간의(reciprocal) 빔 포인팅을 공간적으로 및 시간적으로 조정하기(coordinating) 위한 정보, 즉 노드들이 그들의 광 시스템들을 서로 재포인팅하고 비콘 신호들 또는 다른 신호들을 교환할 수 있게 하는 정보를 포함할 수 있다. 이 정보는 네트워크를 통해 활성 광 경로들에 대한 백업 루트들을 미리 계획하기 위하여 사용될 수 있다. 잠재적인 링크들의 광 상태가 연속적으로 변하기 때문에, 보호 경로 계산들은 연속적으로 수행될 수 있다. RF 서브네트워크는 광 트래픽 링크들(112a)이 사용 가능하지 않을 경우 제한된 양의 우선순위(priority) 트래픽을 전송하기 위하여 또한 사용될 수 있다. RF 서브네트워크는 필요한 경우 트래킹 링크들(112b)이 빠르게 설립될 수 있도록, 모니터링되고 있는 링크들(112a-112b)에 대한 성능 정보를 전송하고 트래킹 링크들(112b) 없는 노드들에 대한 상태 정보를 제공하기 위하여 더 사용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 노드들은 복수의 빔들을 생성하고/수신하거나 복수의 노드들 중에서 단일한 빔을 호핑하기 위하여 RF 위상 배열 안테나들을 포함한다. 이는 RF 단말 하드웨어 및 더 큰 수의 동시의 RF 링크들의 효율적인 사용을 가능하게 한다. 다른 실시예들에서, 기계적으로-스티어링되는 RF 지향성 안테나들이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 무지향성(omni-directional) RF 안테나들이 사용될 수 있다.
특정 실시예들에서, 노드는 트래픽 링크(112a) 내의 드롭아웃(dropout)을 처리하기 위하여 아래와 같이 동작할 수 있다:
(1) 노드들은 링크들(112a-112b) 상의 그것들의 기존의 광 연결들을 통해 그리고 그것들의 RF 링크들(112c)을 통해 그것들의 트래픽 링크들(112a) 상의 사용 및 여분의 수용력에 대한 정보를 교환한다. 차단된(blocked) 링크들을 위한 트래픽을 재라우팅하기 위한 계획들의 제1 세트는 기존의 트래픽 링크들(112a) 상의 여분의 수용력만을 이용하는 경우에 대하여 계산될 수 있다. 차단된 트래픽을 위하여 종단간(end-to-end) 경로가 발견되므로, 이는 네트워크 동작이다. 이를 지원하기 위하여, 노드들은 (IP 라우팅 프로토콜들의 동작과 비슷한 방법으로와 같은) 임의의 신호 두절(outage) 이전에 정보를 교환하고 백업 경로들에 수렴할 수 있다.
(2) 기존의 트래픽 링크들(112a) 상의 여분의 수용력을 이용하여 하나 이상의 일차적 링크들(112a)의 잠재적인 실패를 위하여 적절한 백업 경로들이 발견되지 않을 경우, 백업 트래픽 경로들을 위한 계획들의 제2 세트는 트래픽 링크(112a) 없는 노드들을 연결하는 기존의 트래킹 링크들(112b)로부터의 정보에 기반하여 계산된다. 이 제어 평면 정보는 광 연결들 상에서 직접 또는 RF 서브네트워크에 의해 제공될 수 있다.
(3) 적절한 백업 경로들이 기존의 트래킹 링크들(112b)을 갖는 경로들 상에서 발견되지 않는 경우, 오직 RF 링크들(112c)을 사용하여 연결된 노드들을 포함하여 계획들의 제3 세트가 계산된다. 계획들의 이 제3 세트는 위 단계 (2)에서 논의된 계획들의 제2 세트에 상응하는 네트워크 전반의(network-wide) 백업 계획이 설립될 때까지 그들의 트래킹 링크들(112b)을 다른 노드들에 재지향시키기 위해 하나 이상의 노드들을 필요로 할 수 있다. 트래킹 링크들(112b)에 의해 연결되지 않은 노드들의 위치 및 상태는 RF 서브네트워크에 의해 제공될 수 있는데, 그것은 그 순간에 광 연결들을 갖지 않거나 제한된 광 연결을 갖는 노드들을 포함한다.
(4) (0.1초 미만과 같은) 짧은 드롭아웃들은 보호 스위칭 목적으로 무시될 수 있다. 링크-레벨 완화는 이 타입의 드롭아웃의 일부 또는 전부를 보상할 수 있다. 최종 사용자들은 데이터의 손실을 무시하거나 손실 데이터를 재전송할 수 있다.
(5) (0.1초에서 1초와 같은) 중간 기간의 드롭아웃들의 경우, 트래픽은 위 단계 (1)에서 계획된 대로 기존의 트래픽 링크들(112a) 상의 여분의 수용력을 이용하여 재라우팅될 수 있다. 여분의 수용력이 충분하지 않지만 백업 경로가 존재하는 경우, 더 낮은 우선순위 트래픽이 버려질(discarded) 수 있고 더 높은 우선순위 트래픽은 이용 가능한 여분의 수용력을 활용할 수 있다. 동일한 링크들에 대해 백업 경로들이 존재하지 않을 경우, 프로세스는 단계 (6)으로 이동할 수 있다.
(6) (1초와 같은) 설정된 기간을 초과하는 긴 드롭아웃 또는 기존의 백업 경로들이 없는 중간의 드롭아웃의 경우, 트래픽 링크들은 위 단계 (2) 또는 단계 (3)에서 결정된 바와 같이 새로운 경로에 재지향될 수 있다. 단계 (3)의 계획들이 심각한 상황들에서 필요할 수 있지만, 백업 경로들의 연속적인 재연산은 단계 (3)으로부터의 계획들의 제3 세트보다 단계 (2)로부터의 계획들의 제2 세트의 사용을 허용하게 될 것이다. 이상적으로, 기존의 트래킹 링크들(112b) 상의 백업 트래픽 경로들의 사용 및 트래픽 링크들(112a)의 스위칭은 데이터의 최소한의 손실과 함께 빠르게 발생할 수 있다.
도 2a 및 2b가 FSO 네트워크 내의 통신 경로들의 예들을 도시하지만, 다양한 변형들이 도 2a 및 2b에 행해질 수 있다. 예를 들어, FSO 네트워크는 임의의 수 및 타입(들)의 노드들을 임의의 적절한 구성으로 포함할 수 있다. 또한, 노드들 사이의 링크들(112a-112c)은 달라질 수 있고 환경 조건들, 물리적 장애물들, 트래픽 조건들, 및 노드 위치들과 같은, 다양한 요소들에 따라 끊임없이 변할 수 있다. 도 3은 FSO 네트워크 내의 보호 스위칭의 일례를 도시하지만, 다양한 변형들이 도 3에 행해질 수 있다. 다시, FSO 네트워크는 임의의 수 및 타입(들)의 노드들을 임의의 적절한 구성으로 포함할 수 있다. 또한, 링크 신호두절은 임의의 위치(들)에서 및 네트워크 내의 임의의 조합 내에서 발생할 수 있고, 도시된 트래픽 링크들의 상이한 재구성들을 필요하게 한다. 게다가, 트래픽 링크(112a)에 대해서든 또는 트래킹 링크(112b)에 대해서든, 선택적인 경로의 차단은 트래픽 링크들(112a) 내의 임의의 변화들뿐만 아니라 하나 이상의 트래킹 링크들(112b)의 재구성을 트리거링할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 FSO 및 RF/마이크로파 수용력들 모두를 가진 예시의 네트워크 노드를 도시한다. 특히, 도 4는 FSO 네트워크의 네트워크 노드에 위치할 수 있는 예시의 하이브리드 "광 플러스 RF(optical plus RF)" 광 단말(400)을 도시한다. 본원의 단말(400)은 도 1의 FSO 네트워크(100) 내의 노드들(102-110) 중 임의의 것에서 이용될 수 있다. 단말(400)은 임의의 다른 적절한 노드 또는 임의의 다른 적절한 시스템에서 또한 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 단말(400)은 네트워크 노드 제어기(402), RF 시스템 또는 단말(404), 하나 이상의 광 시스템들 또는 단말들(406), 및 네트워크 프로세서(408)를 포함한다. 제어기(402)는 노드에 위치하는 단말들(404-406)의 동작들을 포함하여 노드의 전체의 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어기(402)는 단말(400)에 의한 데이터의 전송 또는 수신을 제어하기 위하여 RF 단말(404) 및 광 단말(406)을 제어할 수 있다. 제어기(402)는 단말들의 시작(startup) 및 종료(shutdown), 단말 및 링크 상태의 모니터링 및 보고, 단말들의 구성, 및 네트워크 프로세서(408)에 의해 지시되는 경우 네트워크 프로세서(408)에서 계산되고 저장된 일차적 및 백업 라우팅 계획들의 실행과 같은 기능들을 담당한다. 제어기(402)는 적어도 하나의 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 디지털 신호 프로세서, 필드 프로그램가능 게이트 어레이(field programmable gate array), 또는 응용 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit)를 포함하는 프로세싱 시스템과 같은, 통신 단말을 제어하기 위한 임의의 적절한 구조를 포함한다.
네트워크 프로세서(408)는 네트워크의 토폴로지, 및 노드들 및 링크들의 상태를 유지하도록 동작한다. 네트워크 프로세서(408)는 백업 루트들의 분배된 계산에 또한 참여하고 결과를 저장한다. 백업 루트들의 계산은 노드들 간의 정보 교환 및 협력(collaboration)을 이용하여 복수의 노드들(400) 사이에 수행되는 분배된 프로세스를 나타낼 수 있다. 네트워크 프로세서(408)는 (로컬 또는 원격일 수 있는) 신호 두절의 경우 구현될 완화 절차를 또한 결정한다. 또한, 네트워크 프로세서(408)는 노드에 위치할 수 있는 하나 이상의 광 단말들(406)과 RF 단말(404) 사이의 트래픽을 분배한다. 프로세서(408)는 적어도 하나의 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 디지털 신호 프로세서, 필드 프로그램가능 게이트 어레이, 또는 응용 주문형 집적 회로를 포함하는 프로세싱 시스템과 같은, 네트워크 조직을 지원하기 위한 임의의 적절한 구조를 포함한다.
RF 단말(404)은 링크들(112c) 상에서 RF 통신들을 이용하여 다른 노드들과의 통신을 제공한다. RF 단말(404)은 FSO 네트워크의 동작을 지원하도록 구체적으로 설계될 수 있거나, 그것은 FSO 네트워크에의 지원을 부수적으로 제공하도록 사용되는 RF 통신 네트워크의 일부일 수도 있다. 이 예에서, RF 단말(404)은 RF 전자장치(410), RF 안테나(412), 및 탐색 안테나(discovery antenna)(414)를 포함한다. RF 전자장치(410)는 무선 전송을 위한 신호들을 생성하기 위한 또는 무선으로 수신된 신호들을 처리하기 위한 여러 가지의 기능들을 수행한다. 구체적인 예로서, RF 전자장치(410)는 필터들, 증폭기들, 믹서들, 모뎀들, 또는 RF 신호들을 생성하고 수신하도록 사용되는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 위상 배열 안테나들의 사용의 지원 또는 다중경로 페이딩(multipath fading)의 방지를 위한 신호 결합과 같은 다른 기능들이 또한 지원될 수 있다. RF 전자장치(410)는 모바일 애드 혹 네트워크(mobile ad hoc network; MANET) 및 공통 데이터 링크(Common Data Link; CDL) 기능을 더 포함할 수 있는데, 그것은 복수의 다른 노드들과의 데이터의 교환을 지원한다. RF 전자장치(410)는 RF 또는 다른 무선 전자기 신호들을 이용하여 다른 노드들과의 통신을 용이하게 하는 임의의 적절한 구조를 포함한다.
RF 안테나(412) 및 탐색 안테나(414)는 다른 노드들로부터 및 다른 노드들로의 RF 신호들의 전송 및 수신을 지원한다. 몇몇 실시예에서, RF 안테나(412)는 다른 노드들과 통신하고 제어 평면 정보와 같은 데이터를 교환하도록 사용되고, 탐색안테나(414)는 RF 통신을 설립하는 목적으로 안테나(414)의 RF 범위 내로 오는 새로운 노드들을 위치 결정하고 식별하도록 사용된다. RF 안테나(412)는 위상 배열 안테나와 같은, 다른 노드들로부터 및 다른 노드들로의 데이터 통신을 위한 임의의 적절한 구조를 포함한다. 탐색 안테나(414)는 무지향성 라디에이터(radiator) 구조와 같은, 새로운 노드들로부터의 신호들을 수신하기 위한 임의의 적절한 구조를 포함한다. 위상 배열 안테나들과 같은 안테나들의 사용은 복수의 RF 빔들을 상이한 방향들로 동시에 전송하기 위한 빔 포밍과 같은 기타 기능들을 지원할 수 있음을 주의한다.
광 단말(406)은 링크들(112a-112b) 상의 광 통신을 이용하여 다른 노드들과의 통신을 제공한다. 이 예에서, 광 시스템(406)은 광 송수신기(416), 광학대(optical bench)(418), 및 전자 빔 스티어링 어셈블리(electronic beam steering assembly)(420)를 포함한다. 광 송수신기(416)는 데이터를 전송을 위한 광 신호들로 변환하고, 수신된 광 신호들을 추가의 프로세싱을 위한 데이터로 변환하도록 일반적으로 동작한다. 광 송수신기(416)는 광 모뎀과 같은, 데이터를 광 신호로 및 광 신호를 데이터로 변환하기 위한 임의의 적절한 구조를 포함한다. 통합된 광 송수신기가 본원에 도시되지만, 광 송수신기(416)는 광 전송기 및 분리된 광 수신기를 이용하여 구현될 수 있음에 주의한다.
광학대(418)는 광 송수신기(416)로부터 및 광 송수신기에 전송된 광 빔들을 처리하기 위한 여러 가지 기능들을 수행한다. 예를 들어, 광 벤치(418)는 광을 평행하게(collimating) 하고 전자 빔 스티어링 어셈블리(420)에 광을 향하게 하기 위한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 광 벤치(418)는 취득/트래킹 링크들(112b)과 관련된 트래킹 기능들을 수행하기 위한 컴포넌트들을 또한 포함할 수 있다. 광 벤치(418)는 광 송수신기로부터 및 광 송수신기에 전송된 광 빔들을 변경하기(altering) 위한 임의의 적절한 구조를 포함한다. 광 벤치(418)의 예시의 실시예들은 도 5a 및 도 5b에 도시되는데, 그것은 아래에 설명된다.
전자 빔 스티어링 어셈블리(420)는 아웃고잉(outgoing) 전송 빔 및 인커밍(incoming) 수신 빔을 스티어링하도록 구성된다. 그러므로 전자 빔 스티어링 어셈블리(420)는 전송 빔 방향 및 수신 빔 방향을 변경할 수 있다. 전송 빔 방향은 아웃고잉 빔이 단말(400)로부터 전송되어 나가는 방향을 나타낸다. 수신 빔 방향은 인커밍 빔이 단말(400)에서 수신되는 방향을 나타낸다. 전자 빔 스티어링 어셈블리(420)는 하나 이상의 광 위상 배열들 및 하나 이상의 회절 격자들(diffraction gratings)과 같은 인커밍 및 아웃고잉 광 빔들을 지향 및 재지향시키기 위한 임의의 적절한 구조를 포함한다. 전자 빔 스티어링 어셈블리를 위한 가능한 설계는 (본원에 참조로서 포함되는) 미국 특허 제7,215,472호; 미국 특허 제7,428,100호; 및 미국 특허 공개공보 제2012/0081621호에 제공된다. 빠르고 급속의 빔 재포인팅을 제공하는 임의의 다른 빔 스티어링 장치가 사용될 수 있다.
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 FSO 광 벤치(418)의 예시들을 도시한다. 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 광 벤치(418)는 광 송수신기(416) 내의 하나 이상의 광 전송기들(502) 및 하나 이상의 광 수신기들(504)에 광학적으로 결합된다. 주어진 트래픽 링크상에 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing; WDM)가 사용될 경우, 복수의 광 전송기들 및 수신기들이 사용될 수 있다. 각각의 광 전송기(502)는 아웃고잉 통신을 위한 광신호들을 생성하기 위하여 일반적으로 동작하고, 각각의 광 수신기(504)는 추가의 프로세싱을 위하여 인커밍 광신호들을 (전기 신호들과 같은) 다른 형식으로 변환하도록 일반적으로 동작한다. 광 전송기(502)와 광 벤치(418) 사이의 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(erbium doped fiber amplifier; EDFA), 또는 광 수신기(504) 및 광 벤치(418) 사이의 저-잡음 광 증폭기 또는 광 자동 이득 제어(Optical Automatic Gain Control; OAGC) 증폭기와 같은 추가적인 컴포넌트들이 광 송수신기(416)에서 사용될 수 있다.
도 5a는 통신 어퍼쳐를 통하여 발생하는 트래픽 링크(112a) 상의 광 통신을 제공하도록 적응된 광 벤치(418)의 예인데, 광 트래킹 링크들(112b)은 위에 설명된 바와 같이 분리된 취득/트래킹 어퍼쳐들을 통해 동작된다. 이 실시예에서, 전자 빔 스티어링 어셈블리(420A)는 광 트래픽 링크들(112a)을 위하여만 사용되고, 전자 빔 스티어링 어셈블리(420B)는 트래킹 링크들(112b)을 위하여만 사용된다. 전자 빔 스티어링 어셈블리들(420A-420B)은 예를 들어, 특정 응용에 대한 비용 및 성능 요구조건들에 의존하여 동일하거나 상이한 설계일 수 있다.
도 5a에서, 광 벤치(418)는 하나 이상의 전송 섬유 시준기들(transmit fiber collimators)(506)을 포함한다. 시준기(506)는 광섬유에서 전파되는 광 전송기(502)로부터의 광을 자유 공간(free space)에서의 광의 시준된 빔(collimated beam)으로 변환한다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 차동(differential) 스티어링 컴포넌트들(508)은 아웃고잉 시준 빔들을 적절한 방향(들)에서 광 다이플렉서(diplexer)/멀티플렉서(multiplexer)(510)로 지향시킨다. 차동 스티어링 구성요소들(508)의 목적은 전송 및 수신을 위한 포인팅 각도들에서 오프셋을 보상하는 것이다. 다른 실시예들에서, 동일한 기능은 차동 스티어링 구성요소들(508)을 수신기 경로에 위치시킴으로써 수행될 수 있다. 차동 스티어링 구성요소들(508)은 미세 스티어링 미러들(fine steering mirrors) 또는 OPA들과 같은 임의의 타입의 정밀(precision) 스티어링 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 다이플렉서/멀티플렉서(510)는 전송 및 수신 빔을 분리시키고, WDM이 사용되는 경우, 상이한 파장 채널들을 (수신을 위하여) 분리시키고 (전송을 위하여) 결합시킨다. 다이플렉서/멀티플렉서(510)는 아웃고잉 빔(들)을 전자 빔 스티어링 어셈블리(420A)에 지향시킨다.
하나 이상의 인커밍 빔들은 광 다이플렉서/멀티플렉서(510)에서 전자 스티어링 어셈블리(420A)로부터 수신된다. 다이플렉서/멀티플렉서(510)는 인커밍 빔(들)을 하나 이상의 수신 섬유 시준기들(512)에 지향시킨다. 시준기들(512)은 인커밍 빔(들) 내의 광을 광섬유들로 집중시키는데, 그것은 빔(들)을 광 수신기(들)(504)로 이끈다(conduct).
각각의 시준기(506, 512)는 광을 시준하기 위한 임의의 적절한 구조를 포함한다. 차동 스티어링 구성요소들(508)은 광을 원하는 방향에 지향시키기 위한 임의의 적절한 구조(들)를 포함한다. 다이플렉서/멀티플렉서(510)는 예를 들어, 편파(polarization), 파장, 및 전파 방향과 같은 특성들에 기초하여 광의 상이한 빔들에 대하여 상이한 광 경로들을 제공하기 위한 임의의 적절한 구조를 포함한다. 이 예에서, 전송 빔들은 스티어링 구성요소(508)로부터 스티어링 어셈블리(420A)에 지향되는 한편, 수신 빔들은 스티어링 어셈블리(420A)로부터 시준기들(512)에 지향된다. 특정 실시예들에서, 다이플렉서/멀티플렉서(510)는 WDM 멀티플렉서/디멀티플렉서(demultiplexer)를 포함한다.
도 5a에 도시된 실시예에서, 광 벤치(418)는 취득/트래킹 센서(514), 트래킹 비콘 소스(516), 및 비콘/센서 다이플렉서(518)를 또한 포함한다. 비콘들은 전자 빔 스티어링 어셈블리(420B)를 이용하여 다른 노드들에 지향될 수 있다. 취득/트래킹 센서(514)는 다른 네트워크 노드와의 링크(112b)를 그 노드로부터 수신되고 있는 빔에 기초하여 광학적으로 위치결정하고 설립하도록 사용된다. 이는 대략의 방향의 결정으로부터 정밀한 폐-루프(closed-loop) 트래킹을 통해 트랜지션하는, 공간적인 취득이라 불리는 상호간의 프로세스를 통해서 일반적으로 진행한다. 트래킹이 설립되면, 그것은 트래킹 링크(112b)로서 유지된다. 선택적으로, 트래픽 링크(112a)가 스티어링 어셈블리(420A)를 이용하여 동일한 노드에 추가될 수 있다. 공간적인 취득 및 트래킹 기능들은 동일한 센서(514)에 의해서 또는 별도의 센서들(514)에 의해 수행될 수 있다. 그러한 센서들(514)의 예들은 쿼드런트 검출기들(quadrant detectors), 초점면 배열 검출기(focal plane arrays), 또는 다른 광 위치 또는 각도 센서들을 포함한다.
트래킹 비콘 소스(516)는 먼(distant) 노드가 로컬 노드를 취득하고 트래킹하는 것을 가능하게 하기 위하여 그러한 먼 노드에 보내지는 광 빔을 제공하기 위하여 비콘을 생성한다. 비콘 소스(516)는 레이저와 같은 임의의 적절한 비콘 소스를 포함할 수 있고, 그것은 링크(112b) 상의 낮은-데이터-속도(low-data-rate) 정보를 먼 노드에 제공하기 위하여 변조된(modulated) 신호를 생성할 수 있다. 그런 정보의 예는 로컬 노드의 상태, 및 추가적인 트래픽을 수반할 수 있는 그것의 수용력을 포함할 수 있다. 비콘/센서 다이플렉서(518)는 광 다이플렉서/멀티플렉서(510)의 그것과 비슷한 방법으로 인커밍 비콘으로부터/인커밍 비콘와 함께 아웃고잉 비콘을 분리시키고/결합하도록 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 비콘/센서 다이플렉서(518)는 필요하지 않고, 취득/트래킹 센서(514) 및 트래킹 비콘(516) 각각은 그들 고유의 전자 빔 스티어링 어셈블리(420B)를 갖는다.
도 5b에 도시된 실시예에서, 광 트래픽 링크(112a) 및 트래킹 링크들(112b) 모두는 동일한 전자 빔 스티어링 어셈블리(420)를 공유한다. 위에 언급된 바와 같이, 이 실시예들에서, 복수의 노드들과의 트래킹 링크들(112b)을 유지하는 것은 트래픽 링크(112a)에 관련된 노드와 트래킹 링크(들)(112b)가 유지되어야 하는 노드(들) 사이의 통신 어퍼쳐의 전송/수신 방향들을 급속하게 변화시키기 위하여 전자 빔 스티어링 어셈블리(420)를 사용하는 것을 포함한다. 이것이 통신과 트래킹 기능들 사이의 스티어링 어셈블리(420)의 시간-공유(time-sharing)를 포함하지만, 그것은 사용되는 어셈블리의 수를 감소시킨다. 전자 빔 스티어링 어셈블리(420)는 링크(들)(112a)를 위한 충분한 트래픽 반송 수용력을 여전히 유지하면서, 링크들(112b)을 위한 정확한 트래킹 정보를 유지하기에 충분히 빠르게 먼 노드들 사이를 호핑할 수 있다.
도 5b의 실시예들에서, 트래픽 링크들(112a)을 위한 어셈블리들 및 기능들은 도 5a에서와 거의 동일하다. 한 차이점은 빔 스플리터(splitter)/결합기(combiner)(520)의 도입인데, 그것은 취득/트래킹 센서(514) 및 트래킹 비콘(516)을 스티어링 어셈블리(420)에 의해 제어되는 단일한 어퍼쳐에 결합하는 역할을 한다. 빔 스플리터/결합기(520)는 {트래픽 링크(112a) 또는 트래킹 링크(112b)로부터의} 인커밍 빔들의 작은 일부를 분리해내고 그것을 취득/트래킹 센서(514)에 지향시키는데, 그것은 도 5a에서와 동일한 방식으로 수행한다. 빔 스플리터/결합기(520)는 트래킹 비콘 소스(516)의 출력을 또한 취하고, 그것을 먼 노드들에의 전송을 위한 빔 경로에 삽입한다. 트래킹 비콘 소스(516)는 도 5a의 실시예와 비슷한 방식으로 수행하고, 데이터를 제공하도록 변조될 수 있다.
(도 5a 또는 5b의) 다른 실시예들에서, 비콘 소스(516)는 트래픽 링크(112a)와 연관된 노드로부터 생략될 수 있다. 이는 전송된 트래픽 빔이 이 목적을 만족시킬 수 있기 때문이다.
또 다른 실시예는 도 5b의 빔 스플리터/결합기(520)가 도 5a의 실시예에 추가되는 도 5a 및 5b의 조합을 포함한다. 이 구성에서, 전자 빔 스티어링 어셈블리들(420B)은 노드들을 취득하고 트래픽 링크(112a)를 통해 통신되고 있지 않은 노드들과의 트래킹 링크들(112b)을 지원하기 위해서만 사용된다. 단말(400)은 그것이 통신하고 있는 노드를 트래킹하기 위해 (빔 스플리터/결합기를 통한) 트래픽 링크(112a)의 수신 빔을 사용하고, 그것의 전송 트래픽 빔은 비콘의 역할을 한다. 이 실시예에서, 트래킹 비콘 소스(516)와 빔 스플리터/결합기(520) 사이의 연결은 필요하지 않은데, 그것은 한 취득/트래킹 어퍼쳐가 추가의 트래킹 링크(112b)를 지원하도록 풀어준다(frees up).
도 6은 단말(400)과 연관된 어퍼쳐들의 예시의 배치(600)를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 배치(600)는 통신 어퍼쳐(602) 및 복수의 취득/트래킹 어퍼쳐들(604)을 포함한다. 어퍼쳐(602)는 트래픽 링크(112a)를 위한 데이터를 포함하는 빔들이 전송되고 수신되는 어퍼쳐를 나타낸다. 어퍼쳐들(604)은 취득/트래킹 링크들(112b)을 위한 비콘들 및 다른 신호들을 포함하는 빔들이 전송되고 수신되는 어퍼쳐들을 나타낸다.
본원에 도시된 바와 같이, 통신 어퍼쳐(602)는 취득/트래킹 어퍼쳐들(604)보다 크다. 이는 트래킹 링크들(112b)이 협대역(narrow-band) 전자들을 사용하기 때문에 더 작은 어퍼쳐들 및 비콘 전송 전력들을 가질 수 있는 반면, 높은-데이터-속도 트래픽 링크들(112a)이 더 큰 어퍼쳐들과 더 높은 전송 전력들의 조합을 요구하기 때문에 일반적인 상황이다. 어퍼쳐들(602-604)의 최적 크기들은 특정 응용들에 의존하여 달라질 수 있다. 어퍼쳐(604)의 일반적인 크기들은 1cm 내지 5cm의 범위일 수 있는 한편, 각각의 어퍼쳐(602)에 대한 일반적인 크기들은 2cm 내지 30cm의 범위일 수 있다. (참조로 포함되는) 미국 특허 공개공보 제2012/0081621호는 도 6의 어퍼쳐들이 단단히(tightly) 패킹될(packed) 수 있게 하는 전자 빔 스티어링 어셈블리를 위한 매우 컴팩트한 설계를 제공한다.
도 4 내지 6이 FSO 네트워크 내의 노드의 예시의 세부 사항들을 도시하지만, 다양한 변형들이 도 4 내지 6에 행해질 수 있다. 예를 들어, 도 4 내지 6에 도시된 기능 분할들은 설명만을 위한 것이다. 각각의 도면의 다양한 컴포넌트들은 재배열되거나, 결합되거나, 추가로 세분화되거나, 생략될 수 있고, 추가적인 컴포넌트들이 특정 필요에 따라 추가될 수 있다. 구체적인 예로서, 전자 빔 스티어링 어셈블리(420)가 빔 확장 수용력들을 포함할 수 있거나 광 벤치(418)의 일부일 수 있다.
도 4 내지 7이 FSO 네트워크의 노드의 예시의 세부사항들을 도시하지만, 다양한 변형들이 도 4 내지 7에 행해질 수 있다. 예를 들어, 도 4 내지 7에 도시된 기능 분할들은 설명만을 위한 것이다. 각각의 도면의 다양한 컴포넌트들은 재배열되거나, 결합되거나, 추가로 세분화되거나, 생략될 수 있고, 추가적인 컴포넌트들이 특정 필요에 따라 추가될 수 있다. 구체적인 예로서, 빔 스티어링 어셈블리(422)가 빔 확장 텔레스코프(420)의 일부 및/또는 광 벤치(418)의 일부를 형성하고 그에 포함될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따라 FSO 네트워크 내의 보호 스위칭을 위해 사용되는 백업 경로들을 계산하기 위한 예시의 방법(700)을 도시한다. 네트워크 연결성을 더 효과적으로 유지하고 데이터 손실을 감소시키거나 최소화하는 것을 돕기 위하여, 방법(700)은 네트워크 토폴로지, 트래픽 패턴들 및 링크 조건들 내의 변화들을 수용하도록 연속적으로 반복될 수 있다. 방법(700)의 적어도 1회의 반복은 보호 스위칭이 수행될 수 있기 전에 완료될 수 있다.
백업 경로들의 제1 세트는 단계(702)에서 식별된다. 이는 예를 들어, 노드 내의 네트워크 프로세서(408)가 설립된 트래픽 링크들(112a)의 상태를 이용하여 여분의 수용력을 식별하는 것을 포함할 수 있다. 기존의 트래픽 링크들(112a) 상의 여분의 수용력의 사용은 실패한 트래픽 링크 주변으로 트래픽을 재라우팅하기 위한 가장 빠른 매커니즘을 나타낼 수 있다. 이 단계가 적절한 재라우팅 경로들을 단계(704)에서 성공적으로 식별한다고 가정하면, 프로세스는 다른 반복을 위해 루프할(loop) 수 있다. 여기에서의 성공은 식별된 백업 경로들이 일차적 링크들과 동일한 위험을 공유하지 않는 백업 링크들 및 트래픽 수용력에 관하여 시스템을 완전히 보호하기에 적절한지 결정하는 것과 같은, 임의의 적절한 방법으로 측정될 수 있다.
그렇지 않은 경우, 백업 경로들의 제2 세트가 단계(706)에서 식별된다. 이는 예를 들어, 노드 내의 네트워크 프로세서(408)가 트래킹 링크들(112b)을 갖지만 트래픽 링크들(112a)을 갖지 않는 노드들 사이의 연결들을 이용하는 것을 포함할 수 있다. 트래픽 링크(112a)를 트래킹 링크(112)에 재지향시키는 것은 서비스를 복구하기 위한 제2의 가장 빠른 매커니즘을 나타낼 수 있다. 이것이 적절한 재라우팅 경로들을 단계(708)에서 성공적으로 식별한다고 가정하면, 프로세스는 다른 반복을 위하여 루프할 수 있다.
그렇지 않은 경우, 백업 경로들의 제3 세트가 단계(710)에서 식별된다. 이는, 예를 들어 노드 내의 네트워크 프로세서(408)가 백업 경로들을 식별하기 위하여 RF 링크들(112c)을 이용하는 것을 포함할 수 있다. 그 자신에 의한 이 백업 계획이 빠른 보호 스위칭을 낳지 않을 수 있기 때문에, 그것은 백업 경로들이 트래킹 링크들(112b)에 의해 유지되도록 트래픽 링크들(112a)과 연관되지 않는 트래킹 링크들이 재지향되는 단계(712)가 후속한다. 그 다음에 프로세스는 다른 반복을 위하여 루프될 수 있다.
비록 도 7이 FSO 네트워크 내의 보호 스위칭을 위해 사용되는 백업 경로들을 계산하기 위한 방법(700)의 한 예시를 도시하지만, 다양한 변형들이 도 7에 행해질 수 있다. 예를 들어, 일련의 단계들로서 도시되었지만, 도 7 내의 여러 단계들이 겹쳐지거나, 병렬로 발생하거나, 상이한 순서로 발생하거나, 한 프로세스 사이클 내에 여러 번 발생할 수 있다. 또한, 여러 단계들은 특정 필요들 및 응용들에 따라 생략되거나 추가될 수 있다. 구체적인 예로서, 백업 경로들 및 최적의 네트워크 토폴로지를 위하여 어떤 이웃 노드들이 트래픽 링크들(112a) 및 트래킹 링크들(112b)을 통해 링크되는지 선택하기 위하여 임의의 적절한 기술 또는 알고리즘이 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 FSO 네트워크 내의 보호 스위칭을 위한 예시의 방법(800)을 도시한다. 그러나, 보호 스위칭을 위한 다른 매커니즘들이 또한 FSO 시스템에 사용될 수 있음을 주의한다. 방법(800)은 링크 차단 또는 노드 실패의 경우에 종단간 네트워크 연결성을 복구하기 위하여 트래픽 링크들(112a) 및 트래킹 링크들(112b)의 리포지셔닝(repositioning)을 포함할 수 있는 트래픽의 재라우팅을 지원한다. 증가된 또는 최대의 효율을 위하여, 특히 속도에 관하여, 방법(700)의 적어도 1회의 반복은 방법(800)이 수행되기 전에 완료되거나 적어도 부분적으로 완료될 수 있다. 방법(800)이 도 2a 및 2a의 예시의 네트워크를 이용하여 쉽게 시각화될(visualized) 수 있지만, 그것은 날씨-관련 링크 차단 및 노드 고장과 같은, 임의의 애(impairment)에 의한 트래픽 방해에 따라 일반적으로 모든 네트워크들에 적용된다.
방법(800)은 단계(802)에서 정상 상태(steady state)에서의 네트워크의 토폴로지와 함께 시작한다. 여기에서, 광 트래픽 링크들(112a), 광 트래킹 링크들(112b), 및 RF 링크들(112c)이 네트워크의 노드들 사이에 설립되고 동작한다. 그 다음에 방법(800)의 진행이 임의의 트래픽 중단들의 기간에 의해 결정된다.
상대적으로 빈번하게 발생할 수 있는 (0.1초 미만과 같은) 짧은 드롭아웃들은 단계(804)에서 (포워드 오류 정정, 인터리빙, 적응 광학, 및 광 자동 이득 제어와 같은) 링크-기반 완화 기술들의 사용을 통해 처리된다. 단계(804)는 (그것이 할 수 있더라도) 네트워크-기반 완화를 필요로 하지 않을 수도 있다.
신호두절이 (0.1초와 같은) 제1 한계점(threshold)을 초과하는 경우, 방법(800)은 차단된 링크들 또는 장애 노드들과 같은 장애들 주변으로 트래픽을 재라우팅하기 위해 광 트래픽 링크들 상의 여분의 수용력이 사용되는 단계(806)로 진행한다. 이용가능한 수용력이 차단된 트래픽의 전부를 반송하기에 적절하지 않은 경우, 낮은 우선순위 트래픽은 버려지거나 나중의 전송을 위하여 대기할 수 있다.
신호두절이 (1초와 같은) 제2 한계점을 초과하는 경우, 시스템은 백업 트래픽 경로들을 설립하기 위하여 광 트래픽 링크들이 이전에 설립된 트래킹 링크들 상으로 다시 보내지도록 야기하는 단계(808)로 진행한다. 전자 빔 스티어링을 이용하여, 새로운 트래픽 링크들(112a)이 (50밀리초 미만과 같이) 빠르게 설립될 수 있다. 단계(808)는 방법(700)에서 단계(706)의 성공적인 완료를 가정하는데, 즉 단계(808)는 방법(800) 동안 계산된 백업 경로들의 제2 세트를 사용한다. 이것이 그 경우가 아니라면, 방법(800)은 백업 경로들의 제2 또는 제3 세트의 생성을 기다리는 단계(810)로 진행하고, 그 지점에서 그것은 광 트래픽 링크들이 이전에 설립된 트래킹 링크들 상으로 재지향되게 하기 위하여 백업 경로들을 사용한다.
방법(800)의 완료 후, 네트워크는 다시 정상 상태이다. 방법(800)을 트리거링한 장애가 종료하거나 노드들의 위치가 충분히 변경된 경우, 네트워크는 그 자신을 방법(700)의 경로 계산 및 방법(800)의 절차들에 기초하여 더 편리한(favorable) 토폴로지로 사전에(proactively) 재구성할 수 있다. 도 8은 예시의 한계점들(0.1초 및 1초)을 제공하지만, 최적 값들은, 예를 들어, 네트워크의 구현의 특징들에 기초하여 설정될 수 있다.
도 8이 FSO 네트워크 내의 보호 스위칭을 위한 방법(800)의 일례를 도시하지만, 여러 가지 변형들이 도 8에 행해질 수 있다. 예를 들어, 일련의 단계들로서 도시되지만, 도 8 내의 여러 가지의 단계는 겹쳐지거나, 병렬로 발생하거나, 상이한 순서로 발생하거나, 여러 번 발생할 수 있다. 또한, 여러 단계들은 특정 필요들 및 응용들에 따라 생략되거나 추가될 수 있다. 구체적인 예로서, 도 8은 시스템이 광 링크 완화를 우선 이용하고, 그 다음에 기존의 트래픽 링크들 상에서 재라우팅하고, 그 다음에 새로운 트래픽 링크들을 형성함으로써 결함을 극복하려고 시도하는 접근법을 도시한다. 이 접근은 기존의 트래픽 링크들 상의 재루트를 우선 시도하거나 트래킹 링크가 설립되는 것을 기다리지 않고 광 링크 완화가 실패한 후 새로운 트래픽 링크가 설립되는 때와 같은 경우에서는 요구되지 않는다.
몇몇 실시예에서, 위에 설명된 여러 가지의 기능들은 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드로부터 형성되고 컴퓨터 판독가능 매체에서 구현되는 컴퓨터 프로그램에 의해 구현되거나 지원될 수 있다. 구절 "컴퓨터 판독가능 프로그램 코드"는 소스 코드, 목적 코드, 및 실행 코드를 포함하는 임의의 타입의 컴퓨터 코드를 포함한다. 구절 "컴퓨터 판독가능 매체"는 ROM(read only memory), RAM(random access memory), 하드디스크 드라이브, CD(compact disc), DVD(digital video disc) 또는 임의의 다른 타입의 메모리와 같은, 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 타입의 매체를 포함한다. "비-일시적" 컴퓨터 판독가능 매체는 일시적인 전기 또는 다른 신호들을 전송하는 유선, 무선, 광학의, 또는 다른 통신 링크들을 배제한다. 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 데이터가 영구히 저장될 수 있는 매체, 및 재기록형 광디스크(rewritable optical disc) 또는 삭제 가능한 메모리 디바이스와 같은, 데이터가 저장되고 나중에 덮어씌워 질 수 있는 매체를 포함한다.
이 특허 명세서 전체에 걸쳐 사용된 특정 단어들 및 문구들의 정의를 제시하는 것이 유리할 수 있다. 용어 "포함하다(include)" 및 "포함하다(comprise)"뿐만 아니라 그들의 파생어들은 한정 없는 포함을 의미한다. 용어 "또는"은 포함적이고, '및/또는'을 의미한다. 용어 "관련된(associated with)"뿐만 아니라 그의 파생어들은 포함하거나, 그 안에 포함되거나, 상호연결되거나, 함유하거나, 그 안에 함유되거나, 연결하거나 함께 연결되거나, 결합되거나 함께 결합하거나, 서로 통신가능하거나, 서로 협조하거나, 인터리브(interleave)하거나, 나란히 놓이거나, 근접하거나, 그에 묶이거나 그와 함께 묶이거나, 가지거나, 그러한 성질을 가지거나, 그와 관계를 가지거나 그에 관계를 가지는 등을 의미할 수 있다. 구절 "적어도 하나의"는 항목들의 열거와 함께 사용되는 경우, 열거된 항목들의 하나 이상의 상이한 조합들이 사용될 수 있고 리스트에서 오직 하나의 항목이 필요할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, "A, B, 및 C 중 적어도 하나"는 이하의 조합들: A, B, C, A 및 B, A 및 C, B 및 C, 그리고 A 및 B 및 C 중 임의의 것을 포함한다.
본 발명이 소정의 실시예들 및 일반적으로 관련된 방법들을 설명하였으나, 이러한 실시예들 및 방법들의 수정 및 치환이 기술분야에 숙련된 자들에게 명백할 것이다. 그에 따라, 예시적 실시예들의 위의 설명은 본 발명을 정의하거나 제한하지 않는다. 다른 변경들, 대체들, 및 수정들이 이하의 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서도 가능하다.

Claims (22)

  1. 자유-공간 광 통신을 위해 각각 구성된 복수의 네트워크 노드들을 포함하는 네트워크를 포함하고,
    각각의 네트워크 노드는
    하나 이상의 어퍼쳐들(apertures) - 상기 어퍼쳐들을 통해, 광 빔들(optical beams)이 광 링크들을 통해서 전송되고 수신되며, 상기 광 링크들은 (i) 노드들 사이에 고속(higher-rate) 트래픽을 전송하는 트래픽 링크, 및 (ii) 다른 노드들의 위치 지식(knowledge)을 설립하고 유지하도록 사용되는 저속(lower-rate) 신호들을 전송하는 취득(acquisition)/트래킹(tracking) 링크를 포함함 -;
    상기 네트워크를 통해서 하나 이상의 백업 경로들을 결정하도록 구성된 네트워크 프로세서; 및
    백업 트래픽 링크를 생성하기 위하여 광 빔을 상기 트래픽 링크로부터 상기 취득/트래킹 링크로 재지향시키도록(redirect) 구성된 빔 스티어링 유닛(beam steering unit)
    을 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 네트워크 노드는 상기 트래픽 링크 및 상기 취득/트래킹 링크를 통해서 광 빔들을 상이한 원격 네트워크 노드들에 전송하고 상이한 원격 네트워크 노드들로부터 수신하도록 구성된, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 네트워크 노드는 더 큰 수의 취득/트래킹 링크들 및 더 작은 수의 트래픽 링크들을 통해 통신하도록 구성된, 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    각각의 네트워크 노드는 트리거링 이벤트에 응답하여 상기 네트워크 노드의 트래픽 링크 및 취득/트래킹 링크 중 적어도 하나를 재지향시키도록 구성된, 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 트리거링 이벤트는 상기 네트워크 노드의 트래픽 링크의 차단(blockage) 또는 방해(interruption)를 포함하는, 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 네트워크 노드들 중 하나의 상기 트리거링 이벤트는 그 네트워크 노드 내의 상기 네트워크 프로세서가 상기 네트워크 내의 기존의 트래픽 링크들 및 기존의 취득/트래킹 링크들을 이용하여 적절한 백업 경로들을 식별할 수 없는 것을 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    각각의 네트워크 노드 내의 상기 빔 스티어링 유닛은 약 50밀리초 이하 내에 상기 광 빔을 상기 네트워크 노드의 트래픽 링크로부터 상기 네트워크 노드의 취득/트래킹 링크상에 재지향시키도록 구성되는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    각각의 네트워크 노드 내의 상기 네트워크 프로세서는 상기 네트워크 노드들 중 복수의 노드들 사이의 정보 교환 및 협력(collaboration)을 포함하는 분배 프로세스(distributed process)를 이용하여 상기 네트워크 노드를 위한 상기 하나 이상의 백업 경로들을 결정하도록 구성된, 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    각각의 네트워크 노드 내의 상기 네트워크 프로세서는 상기 네트워크 노드를 위한 트래픽 링크들 및 취득/트래킹 링크들의 구성을 선택하도록 구성된, 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 취득/트래킹 링크들은 네트워크 노드들 사이의 제어 및 상태 정보를 반송하도록 구성된, 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    각각의 네트워크 노드의 상기 하나 이상의 어퍼쳐들은 상기 네트워크 노드의 트래픽 링크를 위한 상기 광 빔이 통과하는 통신 어퍼쳐를 포함하는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    각각의 네트워크 노드의 상기 하나 이상의 어퍼쳐들은 상기 네트워크 노드의 취득/트래킹 링크를 위한 상기 광 빔이 통과하는 적어도 하나의 취득/트래킹 어퍼쳐를 더 포함하는, 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    각각의 네트워크 노드의 상기 하나 이상의 어퍼쳐들은 상기 네트워크 노드의 트래픽 링크 및 상기 네트워크 노드의 취득/트래킹 링크를 위한 상기 광 빔들이 통과하는 통신 어퍼쳐를 포함하는, 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    각각의 네트워크 노드는 다른 네트워크 노드들과 통신하기 위하여 비-광학적 전자기파들을 사용하도록 구성된 전자기 통신 시스템
    을 더 포함하고,
    각각의 네트워크 노드의 상기 전자기 통신 시스템은 상기 광 링크들과 연관된 정보 및 다른 네트워크 노드들과의 위치 및 상태 정보를 전송하고 수신하도록 구성된, 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    각각의 네트워크 노드 내의 상기 전자기 통신 시스템은 상기 네트워크 노드와 광 통신하지 않는 다른 네트워크 노드들과 통신하도록 구성된, 시스템.
  16. 네트워크 노드들과의 자유-공간 광 통신에 참여하도록(engage) 구성된 광 통신 단말 - 상기 광 통신 단말은 하나 이상의 어퍼쳐들을 포함하고, 상기 어퍼쳐들을 통해, 광 빔들이 광 링크들을 통해 전송되고 수신되며, 상기 광 링크들은 (i) 고속(higher-rate) 트래픽을 전송하는 트래픽 링크 및 (ii) 상기 네트워크 노드들의 위치 지식(knowledge)을 설립하고 유지하도록 사용되는 저속(lower-rate) 신호들을 전송하는 취득(acquisition)/트래킹(tracking) 링크를 포함함 -;
    네트워크를 통해서 하나 이상의 백업 경로들을 결정하도록 구성된 네트워크 프로세서; 및
    백업 트래픽 링크를 생성하기 위하여 광 빔을 상기 트래픽 링크로부터 상기 취득/트래킹 링크로 재지향시키도록 구성된 빔 스티어링 유닛(beam steering unit)
    포함하는, 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 장치는 트리거링 이벤트에 응답하여 상기 트래픽 링크 및 상기 취득/트래킹 링크 중 적어도 하나를 재지향시키도록 구성된, 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 빔 스티어링 유닛은 약 50밀리초 이하 내에 상기 광 빔을 상기 트래픽 링크로부터 상기 취득/트래킹 링크상에 재지향시키도록 구성된, 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 어퍼쳐들은 상기 트래픽 링크를 위한 상기 광 빔이 통과하는 통신 어퍼쳐를 포함하는, 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 어퍼쳐들은 상기 취득/트래킹 링크를 위한 상기 광 빔들이 통과하는 적어도 하나의 취득/트래킹 어퍼쳐를 포함하는, 장치.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 네트워크 노드들과 통신하기 위하여 비-광학적 전자기파들을 사용하도록 구성된 전자기 통신 시스템
    을 더 포함하고,
    상기 전자기 통신 시스템은 상기 장치와 광 통신하지 않는 네트워크 노드들과 통신하도록 구성된, 장치.
  22. 제1 네트워크 노드에서 제2 네트워크 노드와 광학적으로 통신하고, 광 트래픽 링크를 통해 제1 광 빔들을 전송하고 수신함으로써 상기 제2 네트워크 노드와 데이터를 교환하는 단계;
    광 취득/트래킹 링크를 통해 제2 광 빔들을 전송하고 수신함으로써 상기 제1 네트워크 노드에서 제3 네트워크 노드를 광학적으로 트래킹하는 단계;
    네트워크를 통해 하나 이상의 백업 경로들을 결정하는 단계; 및
    백업 트래픽 링크를 생성하기 위하여 상기 트래픽 링크로부터 상기 취득/트래킹 링크상으로 상기 제1 광 빔들을 재지향시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
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