(57)【要約】  光検出ネットワークは、一般に、光送信局、ネットワーク検出ノード、および光送信局およびネットワーク検出ノードを接続する光伝送経路を含む。ネットワーク検出ノードは、周囲環境内の状態を検出または感知し、光データ信号を使用して検出または感知された状態を表すデータを光送信局に送り返す。一実施例では、光送信局およびネットワーク検出ノードは、リング・トポロジを形成することができ、検出ノードから送信局への双方向通信が可能である。一アプリケーションでは、検出ネットワークは、潜在的脅威を示すと思われる状態を検出するために海岸線にそって使用することができる。
2007526667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出ネットワークであって、
関連する光伝送機器を備える、少なくとも１つの光送信局と、
少なくとも１つの状態の検出するように構成された少なくとも１つの検出器を備え、前記検出された状態を表す検出器データを含む光データ信号を送信するように構成された、少なくとも１つのネットワーク検出ノードと、
前記ネットワーク検出ノードと前記光送信局との間に接続され、前記光データ信号を前記光送信局に伝送する光伝送経路とを備える光検出ネットワーク。
【請求項２】
前記光伝送機器は、ＷＤＭ伝送機器を含む請求項１に記載の検出ネットワーク。
【請求項３】
前記光伝送機器は、前記光伝送経路を介して前記ネットワーク検出ノードに接続される海底終端ＷＤＭ伝送機器を含む請求項１に記載の検出ネットワーク。
【請求項４】
前記ネットワーク検出ノードは、水域内に配置されるように構成されている湿式ノードである請求項１に記載の検出ネットワーク。
【請求項５】
前記湿式ノードは、海底に配置されるように構成される請求項４に記載の検出ネットワーク。
【請求項６】
前記湿式ノードは、少なくとも一部は水面よりも上に配置されるように構成される請求項４に記載の検出ネットワーク。
【請求項７】
前記光伝送経路は、少なくとも１つの海底光ファイバ・ケーブルを含む請求項４に記載の検出ネットワーク。
【請求項８】
前記光送信局は、海岸ケーブル局である請求項１に記載の検出ネットワーク。
【請求項９】
さらに、前記光送信局のうちの第１の送信局と第２の送信局との間の送信局光伝送経路を含む請求項１に記載の検出ネットワーク。
【請求項１０】
ネットワークは、複数の前記光送信局を含み、前記光伝送経路は、リング・トポロジで前記少なくとも１つのネットワーク検出ノードおよび前記光送信局を接続する請求項１に記載の検出ネットワーク。
【請求項１１】
前記リング・トポロジは、前記少なくとも１つのネットワーク検出ノード、前記送信局、および前記光伝送経路を含む単一リングを含む請求項１０に記載の検出ネットワーク。
【請求項１２】
前記ネットワークは、複数の前記ネットワーク検出ノードおよび複数の前記光伝送経路を含み、前記リング・トポロジは、少なくとも２つのリング・セクションが前記ネットワーク検出ノードおよび前記光送信局を含む積層リング構成を含む請求項１０に記載の検出ネットワーク。
【請求項１３】
前記ネットワークは、複数の前記ネットワーク検出ノードを備え、前記リング・トポロジは、前記ネットワーク検出ノードおよび前記光送信局を含む一連のリングを備える請求項１０に記載の検出ネットワーク。
【請求項１４】
前記ネットワーク検出ノードは、前記光伝送経路による双方向通信用に構成される請求項１に記載の検出ネットワーク。
【請求項１５】
前記ネットワークは複数の前記ネットワーク検出ノードを備え、前記ネットワーク検出ノードのそれぞれは異なる固定波長で前記光データ信号のうちの関連する信号を伝達するように構成される請求項１に記載の検出ネットワーク。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのネットワーク検出ノードは、関連する固定波長で前記光データ信号を伝達するように構成される請求項１に記載の検出ネットワーク。
【請求項１７】
前記ネットワーク検出ノードは、
前記固定波長を追加し、前記固定波長を削除するように構成された分岐ユニットと、
前記分岐ユニットに結合された、前記少なくとも１つの検出器を備える、検出ユニットとを備える請求項１６に記載の検出ネットワーク。
【請求項１８】
前記ネットワーク検出ノードは、前記固定波長の追加および削除を行う光追加／削除マルチプレクサを備える請求項１６に記載の検出ネットワーク。
【請求項１９】
前記ネットワーク検出ノードは、同期データ伝送規格を使用して前記光データ信号を送信するように構成される請求項１に記載の検出ネットワーク。
【請求項２０】
前記同期データ伝送規格は、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨおよびＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）からなるグループから選択された規格である請求項１に記載のネットワーク。
【請求項２１】
前記光伝送経路は、少なくとも１つの光増幅器を含む請求項１に記載の検出ネットワーク。
【請求項２２】
検出ネットワーク内のネットワーク検出ノードであって、
少なくとも１つの状態を検出し、前記ネットワーク検出ノードに割り当てられた固定波長で光データ信号を供給するように構成された検出ユニットであって、前記光データ信号は前記検出された状態を表すデータを含む、検出ユニットと、
前記検出ユニットに結合され、前記検出ネットワーク内の光伝送経路を介して複数の波長を持つ光データ信号を受信するように構成され、前記ネットワーク検出ノードに対し前記固定波長の追加、削除を行うように構成される分岐ユニットとを備えるネットワーク検出ノード。
【請求項２３】
前記検出ユニットは、同期データ伝送規格を使用して前記光データ信号を送信するように構成される請求項２２に記載のネットワーク検出ノード。
【請求項２４】
前記検出ユニットは、少なくとも１つの検出器および前記少なくとも１つの検出器と前記分岐ユニットとの間の光インターフェイスを備える請求項２２に記載のネットワーク検出ノード。
【請求項２５】
前記検出ユニットは、一連の検出器を備える請求項２２に記載のネットワーク検出ノード。
【請求項２６】
前記検出ユニットは、検出器データをバッファリングするため前記検出器に結合されたバッファを備える請求項２５に記載のネットワーク検出ノード。
【請求項２７】
前記検出ユニットは、少なくとも１つの検出器および前記検出された状態を表すデータを多重化し、前記多重化されたデータを含む少なくとも１つの同期データ伝送信号を発生するための少なくとも１つのデータ書式設定デバイスを備える請求項２２に記載のネットワーク検出ノード。
【請求項２８】
前記検出ユニットは、前記同期データ伝送信号を前記固定波長で前記光データ信号に変換する少なくとも１つのコンバータを備える請求項２７に記載のネットワーク検出ノード。
【請求項２９】
前記検出ユニットは、追加および削除される前記固定波長に対応する光データ信号を送受信するように構成される請求項２２に記載のネットワーク検出ノード。
【請求項３０】
前記分岐ユニットは、前記固定波長の追加および削除を行う光追加／削除マルチプレクサを備える請求項２２に記載のネットワーク検出ノード。
【請求項３１】
前記分岐ユニットは、前記光追加削除マルチプレクサを通過する前記光信号を増幅する光増幅器を備える請求項２９に記載のネットワーク検出ノード。
【請求項３２】
ネットワーク検出ユニットであって、
海底環境内の状態を検出し、検出器データを生成する一連の検出器と、
前記検出器データをバッファリングするため前記検出器に結合された少なくとも１つの検出器バッファと、
前記検出器データを多重化し、同期データ伝送信号を発生するため前記バッファに結合された少なくとも１つのデータ書式設定デバイスと、
前記同期データ伝送信号を光データ信号に変換するため前記データ書式設定デバイスに結合された少なくとも１つのコンバータとを備えるネットワーク検出ユニット。
【請求項３３】
前記データ書式設定デバイスは、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨおよびＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）からなるグループから選択された規格に従って前記同期データ伝送信号を書式設定するように構成される請求項３２に記載のネットワーク検出ユニット。
【請求項３４】
前記ネットワーク検出ユニットは、光データ信号を送受信するように構成される請求項３２に記載のネットワーク検出ユニット。
【請求項３５】
前記データ書式設定デバイスは、マルチプレクサ／デマルチプレクサを備える請求項３４に記載のネットワーク検出ユニット。
【請求項３６】
前記コンバータは、前記ネットワーク検出ユニットにより受信された光データ信号を電気信号に変換する光電気コンバータおよび前記データ書式設定デバイスから受信された前記同期データ伝送信号を前記光データ信号に変換する電気光コンバータを含む請求項３５に記載のネットワーク検出ユニット。
【請求項３７】
前記ネットワーク検出ユニットは、少なくとも２つのバッファ、少なくとも２つのデータ書式設定デバイス、および少なくとも２つの前記光データ信号を伝達するための少なくとも２つのコンバータを備える請求項３２に記載のネットワーク検出ユニット。
【請求項３８】
海岸線領域に隣接する水中の状態を検出する方法であって、
前記状態を検出するよう構成された少なくとも１つの検出器を備える前記状態を表す検出器データを含む光データ信号を供給するように構成されている少なくとも１つのネットワーク検出ノードを含む、検出ネットワークを少なくとも一部は前記水中で実現することと、
前記光データ信号を監視することとを含む方法。
【請求項３９】
前記少なくとも１つのネットワーク検出ノードは、前記海底に配置された少なくとも１つの隠在検出ノードを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記少なくとも１つのネットワーク検出ノードは、前記水面よりも上に配置された少なくとも１つの顕在検出ノードを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記ネットワークは、さらに、複数の前記ネットワーク検出ノード間の光伝送経路を実現する光ファイバ・ケーブルを備える請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記ネットワークは、さらに、陸上に配置された少なくとも２つの光送信局を備える請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記ネットワークは、前記少なくとも１つのネットワーク検出ノードおよびリング・トポロジで接続されている前記光送信局を備える請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記方法は、さらに、前記光データ信号について固定波長を割り当てることを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
前記少なくとも１つのネットワーク検出ノードは、
前記固定波長を追加し、前記固定波長を削除するように構成された分岐ユニットと、
前記分岐ユニットに結合された、前記少なくとも１つの検出器を備える、検出ユニットとを備える請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記少なくとも１つのネットワーク検出ノードは、同期データ伝送規格を使用して、前記光データ信号を供給する請求項３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２００３年６月１６日に出願した同時係属米国仮特許出願第６０／４７８，９４６号の利益を主張するものである。
本発明は、光ネットワークに関するものであり、より具体的には、光信号を使用し海底環境を通じて、状態を検出し、検出された状態を表すデータを伝達することができる光検出ネットワークに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テロリズムは、かつてないほどの大きな懸念となっている。テロリスト破壊的攻撃とテロリストの脅威の増大の結果、米国および他の諸国は、国境防御強化に取り組んできた。攻撃の可能性は決して排除できるものではないが、テロリズムおよびテロリストの攻撃に対する脆弱性を低くするための多大な努力はなされてきた。米国では、特に、国土安全保障省が、国境、空港、海岸線、および重要な基幹施設の安全確保に取り組んでいる。
【０００３】
テロリズムと闘う１つの手段が技術である。テロリストの活動を監視し、攻撃を防御するために、きわめて高度な監視技術が用いられてきた。防御を実現するために利用できる監視技術があるにもかかわらず、防御するのが困難と思われる、また脆弱性が残る領域として、港湾、海港、およびその他の沿岸地域などの海岸線領域がある。既存のシステム（例えば、ソナーおよびレーダー・システム）は、水域の下または上の特定の活動を検出、感知する機能を備えている場合があるが、そのようなシステムにはいくつかの制限がある。海岸線領域は広大であるため（例えば、大洋にそった海岸線）、確実に監視することは困難であろう。また、海底環境には、センサまたは検出器により生成されるデータを伝達することに関する他にない難題がある。例えば、水は、データを送信、伝送するために水中で使用される可能性のある電子機器またはその他の機器を損傷する場合がある。高圧と低温もまた、このような機器およびデータの伝送に影響を及ぼすことがある。
【特許文献１】同時係属米国仮特許出願第６０／４７８，９４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、広範な領域にそって検出情報を検出し、送信することができる検出ネットワークが必要である。例えば、港湾または海岸線などの海岸線領域にそって防御を行うため、海底環境において使用することができる検出ネットワークも必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、光検出ネットワークは、それぞれ光送信器を備える少なくとも１つの光送信局、およびそれぞれ少なくとも１つの状態を検出するように構成された少なくとも１つの検出器を備える少なくとも１つのネットワーク検出ノードを備える。ネットワーク検出ノードは、それぞれ、検出された状態を表す検出器データを含む光データ信号を送信するように構成される。１つまたは複数の光伝送経路は、リングまたはその他のトポロジなどの複数のまたは多様な伝送経路を実現するトポロジ内の複数の送信局およびネットワーク検出ノードを接続することができる。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、ネットワーク検出ノードは、少なくとも１つの状態を検出し、ネットワーク検出ノードに割り当てられた固定波長の、検出された状態を表す光データ信号を送信するように構成された検出ユニットを備える。検出ユニットに結合された分岐ユニットは、検出ネットワーク内の光伝送経路上の複数の波長を持つ光データ信号を受信するように構成され、ネットワーク検出ノードに対応する固定波長の追加、削除を行うように構成される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、ネットワーク検出ユニットは、海底環境内の状態を検出し、検出器データを生成するための一連の検出器および検出器データをバッファリングするためそれぞれの検出器に結合されている検出器バッファを備える。データ書式設定デバイスは、検出器データを多重化し、同期データ伝送信号を発生するためそれぞれのバッファに結合される。コンバータは、同期データ伝送信号を光データ信号に変換するためのそれぞれのデータ書式設定デバイスに結合される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、海岸線付近の水中の状態を検出する方法は、少なくとも一部は水中にある検出ネットワークを実現し、検出ネットワークは状態を検出するように構成された少なくとも１つの検出器を備える少なくとも１つのネットワーク検出ノードを含み、ネットワーク検出ノードは状態を表す検出器データを含む光データ信号を供給するように構成されこと、および光データ信号を監視することを含む。
これらおよび他の特徴および利点は、以下の図面と併せて以下の詳細な説明を読むとよく理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明による光検出ネットワーク１０の一実施例のブロック図である。例示されている実施例は、一般に、光伝送経路１８により１つまたは複数のネットワーク検出ノード１４に結合された光送信局１２を備える。送信経路は、複数の検出ノードを光送信局１２に接続するための複数のセグメント１８ａ、１８ｂ、１８ｃを備えることができる。
【００１０】
光送信局１２は、伝送経路１８上で高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）信号などの光信号をネットワーク検出ノード１４に送信する。ネットワーク検出ノード１４は、それぞれ、周囲環境内の状態および／または物体を検出または感知するための１つまたは複数の検出器を備え、光信号を使用して検出または感知された状態／物体を表すデータを光送信局１２に送り返す。光送信局１２は、検出された状態についてデータを監視するか、またはデータを監視できるようにデータを他のネットワークまたはシステムに送信することができる。
【００１１】
光伝送経路１８は、論理またはコラプスト・リング・トポロジを確立するためにネットワーク・ノード１４を単一の送信局１２に相互接続することができる。ネットワーク内の複数のまたは多様な伝送経路を確立するために他のネットワーク構成／トポロジまたはその組み合わせを実現することもできる。例えば、ネットワーク１０は、光伝送経路１６を通じて送信局１２に結合された１つまたは複数の追加送信局、例えば、送信局１２ａを含むことができる。送信局１２ａは、リング・トポロジを確立するために伝送経路セグメント１８ｄを介してネットワーク検出ノード１４に結合することができる。リング・トポロジでは、ネットワーク検出ノード１４のそれぞれが、光送信局１２、１２ａの両方へのそれぞれの方向で光データ信号を送受信することができる。ネットワーク検出ノードのこのトポロジおよび双方向通信機能を使用することで、冗長な複数のレイヤにより、伝送経路の切断またはノードの喪失などのダメージがネットワークに発生した場合に機能を保持することができるロバストなネットワークを構築することができる。
【００１２】
ネットワーク検出ノード１４はそれぞれ、音響感知、波動、化学薬品臭覚感知、放射性物質感知、ビデオ感知、光感知、気象感知、および地質構造運動感知などの感知または検出機能を実行する。これらの実施例では、検出ネットワーク１０は、潜在的脅威を示す状態を検出する、例えば、港湾、海港、沿岸水域、またはその他の海岸線領域にそって脅威を与える船舶または活動を検出するために水域内で使用される。しかし、検出方法および応用の例は、本発明を限定するものであるとはみなされない。検出ネットワーク１０は、地下環境などの他の環境で使用することができる。検出ネットワーク１０は、さらに、他の目的、例えば、環境を監視したり、水域にそっての交通を監視するために使用することができる。
【００１３】
水域内で使用される場合、検出ネットワーク１０は、海底環境を通して検出器データを送信することができる。光送信局１２、１２ａは、検出ネットワーク１０の乾式部分を形成するために陸上に配置されている沿岸局とすることができ、またネットワーク検出ノード１４は、検出ネットワーク１０の湿式部分を形成するために海底または水面上に配置された湿式ノードとすることができる。従来の陸上光ケーブルおよび機器（乾式プラントと呼ばれることが多い）を使用して、光送信局１２、１２ａ（または沿岸局）間の光通信を実現することができる。従来の海底光ファイバ・ケーブルおよび機器（湿式プラントと呼ばれることが多い）を使用して、ネットワーク検出ノード１４（または湿式ノード）間の光通信を実現できる。実施例では湿式部分のネットワーク検出ノード１４を示しているが、ネットワーク検出ノードは、乾式部分にも実現できる。また、送信局１２、１２ａは、湿式部分に配置することもできる。
【００１４】
図２を参照すると、検出ネットワーク１０ａの他の実施形態が詳細に示されている。例示されている実施例では、リング・トポロジは、隠在１４ａおよび顕在１４ｂネットワーク検出ノードおよび光伝送経路１８、１８−１により形成される少なくとも２つのリング・セクション２０ａ、２０ｂを持つ積層リング構成を含む。リング・セクション２０ａ、２０ｂのそれぞれは、送信局１２、１２ａと異なる距離のところに配置することができる。一実施例では、光送信局１２と１２ａとの間の検出ネットワーク１０ａの長さは、約２００から２５０マイルに達する場合があり、またリング・セクション２０ａ、２０ｂは、それぞれ、送信局１２および１２ａから約５０マイルおよび１００マイルのところに配置される場合がある。２つのリング・セクション２０ａ、２０ｂが示されているが、積層リング構成は、任意の数のリング・セクションを含むことができる。
【００１５】
リング・セクション２０ａ、２０ｂはそれぞれ、１つまたは複数の検出ノード１４ａ、１４ｂ内の１つまたは複数の検出器から送信局１２、１２ａに検出器データを伝達する。光送信局１２、１２ａは、その後、データを互いに送信しあい、および／または他のネットワーク・ノード、例えば、国家防衛ネットワーク内のノードに送信することができる。
【００１６】
ネットワーク検出ノード１４ａ、１４ｂは、それぞれ、光送信局１２、１２ａのそれぞれに論理的に接続することができる。ネットワーク検出ノード１４と送信局１２、１２ａとの間の論理接続を実現するために、それぞれのリング・セクション２０ａ、２０ｂでは、ファイバ・ペアを反対方向に送信するペア内のファイバとともに伝送経路１８として使用することができる。送信局１２、１２ａはそれぞれ、複数の波長λ１〜λｎを持つ光信号（例えば、ＤＷＤＭ信号）を伝送経路１８、１８−１、例えば、ファイバ・ペア内のファイバのうちの１つで反対方向に送信する。ネットワーク検出ノード１４ａ、１４ｂのそれぞれの中のそれぞれの検出器には、伝送経路１８、１８−１上でそのノードから検出器データを伝達するため固定波長を割り当てることができる。ネットワーク検出ノード１４ａ、１４ｂのそれぞれで、そのノードに割り当てられた固定波長は削除され、それぞれの方向で再挿入されるか、または追加され、検出器データをそのノードから伝達する。これにより、ネットワーク・ノード１４ａ、１４ｂのそれぞれと光送信局１２、１２ａとの間の双方向通信が実現される。
【００１７】
Ｎペア光ファイバ・ケーブル２８は、リング・セクション２０ａ、２０ｂを送信局１２、１２ａに結合するために使用することができる。それぞれのリング・セクション２０ａ、２０ｂが完全ファイバ・ペアを割り当てられている場合、Ｎペア・ケーブル２８は、検出ネットワーク１０ａ毎にＮ個のリング・セクションをサポートすることができる。必要な波長の数は、検出ノード１４ａ、１４ｂの総数によって異なる。一実施例では、約３０個の検出ノード１４ａ、１４ｂのそれぞれで１つの検出器を含む検出ネットワークを使用することにより、粗いチャネル間隔（例えば、約１００ＧＨｚ）で追加／削除機能を簡単に実装することができる。この光帯域幅により、例えば、フォローアップ検出技術を開発および必要に応じて配備できるように、追加ノードを加えることができる。
【００１８】
隠在する検出ノード１４ａは、隠在検出または感知機能を実行するように構成することができる。海岸線検出ネットワークでは、例えば、隠在検出ノード１４ａを水中に沈めて検出を回避するようにできる。顕在検出ノード１４ｂは、水面、例えば、プラットフォーム、海面ブイ、または水面下ブイにまたはその近くに配置され、分岐ユニット２３に届くケーブル２１を通じて伝送経路、例えば１８、１８−１に結合された１つまたは複数の顕在検出器２４を備えることができる。検出ノード１４ａ、１４ｂは、システム要件または検出される状態によって決定される場所に配置することができる。
【００１９】
ファイバ・ペアを含む海底光ファイバ・ケーブルを使用することで、海底環境内の隠在検出ノード１４ａと顕在検出ノード１４ｂとの間の伝送経路１８、１８−１を実現することができる。これらの光ファイバ・ケーブルは、隠在検出ノード１４ａの海底環境の底にそって配備するか、または顕在検出ノード１４ｂへの水面にまで延長することができる。海底で使用するように設計されている場合、ネットワーク検出ノード１４ａ、１４ｂ（つまり、湿式ノード）は、リピータ・ハウジング内に配置することができるか、または係留ケーブルでリピータ・ハウジングに連結することができる。
【００２０】
検出ネットワーク１０ａにより伝送される光信号は、長距離送信できるように増幅することができる。増幅は、選択されたノードおよび／または別々の増幅器位置の、ノード１４ａ、１４ｂのそれぞれで行うことができる。別々の増幅器位置で必要に応じて増幅することにより、柔軟性を確保し、ノード設計を簡素化することができる。ただし、増幅が別の機能である場合、それぞれのノードで受信された電力はかなり異なることがあり、チャネル電力等化はさらに複雑なものになる可能性がある。一般に、望む増幅位置は、ネットワーク・ノード１４ａ、１４ｂの間の間隔に依存する。ノード１４ａ、１４ｂが密集して並んでいれば、それぞれのノード１４ａ、１４ｂでの増幅は不要である場合がある。ノード間隔が一定で、リピータ間隔の順に並んでいれば（例えば、従来の海底光ファイバ伝送システム）、各ノード１４ａ、１４ｂで増幅を行うことができる。
【００２１】
図２に示されている実施例では、検出ネットワーク１０ａは、別の増幅器位置にある光増幅器２６を含む。必要な増幅器２６の個数は、送信局１２、１２ａの間にもたらすべき利得の大きさによって決まる。例えば、４０個のノード１４ａ、１４ｂがあり、送信局１２、１２ａの間の長さが約１０００ｋｍである検出ネットワークでは、総ファイバ損失は、約２００ｄＢであり、総ノード損失は、約８０ｄＢである。約２０ｄＢの利得が送信局１２、１２ａにもたらすことができる場合、約２６０ｄＢの利得が増幅器２６によってもたらされるであろう。例えば、ネットワーク１０ａは、それぞれ２０ｄＢの利得を持つ１３個の増幅器を含むことができる。チャネル電力を各ノードで十分高く維持してノード側で増幅することなくチャネルを落とせるようにするために、追加増幅器が必要になる場合がある。好適な光増幅器２６は、限定はしないが、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、ラマン増幅器、およびハイブリッド・ラマン／ＥＤＦＡなどの希土類添加ファイバ増幅器を含む。各ノード１４ａ、１４ｂに波長を挿入すると、チャネル電力等化が煩雑になる可能性がある。このような場合、例えば、電力の増減を指令する送信局１２、１２ａからの通信により、チャネル起動電力を調整することができる。
【００２２】
保護ネットワーク１０、１０ａで使用される海底光通信ケーブルおよび機器は、Ｔｙｃｏ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＵＳ）Ｉｎｃ．から市販され、Ｔｙｃｏ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋで使用されているタイプなどの知られている海底光ファイバ伝送技術を使用して実装することができる。光送信局１２、１２ａは、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）伝送機器３０、波長交換グルーミング機器３２、ネットワーク管理機器（ＮＭＥ）３４、および送電機器（ＰＦＥ）３４などの光伝送機器を含む。海底環境に使用される場合、光送信局１２、１２ａは、海底終端ＤＷＤＭ伝送機器３０を含む海底ケーブル地上局として機能することができる。光ファイバ・ケーブル２８は、終端ＤＷＤＭ機器３０への個々の接続３８を持つ局１２、１２ａで終端される。
【００２３】
送信局１２、１２ａの間の伝送経路１６は、データ伝送に好適な構成、例えば、光または電気経路、テレメトリー経路などで実現することができる。例示されている実施例では、伝送経路１６は、光増幅器４４を含む陸上または海底光ファイバ伝送経路４２として構成される。送信局１２、１２ａは、光ファイバ・ケーブル４２に接続されたＤＷＤＭ機器３９を備えることができる。送信局１２、１２ａ内の伝送機器および光ファイバ・ケーブル４２および機器は、Ｔｙｃｏ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＵＳ）Ｉｎｃ．から市販されているケーブルおよび機器などの知られている光ファイバ伝送技術を使用して実装することができる。
【００２４】
海底環境で使用される検出ネットワーク１０、１０ａでは、送信局１２、１２ａの間の機器は、海底基幹施設４０を形成する。他の実施形態によれば、図３に示されているように、海底基幹施設４０〜４０ｂおよび送信局１２〜１２ｃを複製することにより、さらに広範な防御ネットワーク１０ｂを形成することができる。例えば、上述のリング・トポロジ（つまり、単一リングまたは積層リング構成）を数回複製して、拡張防御機能を実現できる。拡張防御ネットワーク１０ｂは、必要ならば、海岸線全体にそって構築することができる。最初に、海底基幹施設４０のいくつかのセグメントを、最も脆弱な領域にそって構築し、その後セグメントを独立に追加してゆくことができる。米国の海岸線にそって完成された検出ネットワークは、少なくとも約１００マイルの海岸線の範囲内を通過するすべての遠洋航行船を観察または監視できる可能性がある。
【００２５】
検出器に関連付けられた波長を追加および削除するために、それぞれのネットワーク・ノード１４は、例えば、図４に示されているような分岐ユニット５０を備えることができる。説明を簡単にするため、例示されている分岐ユニット５０は、ネットワーク・ノード１４内の単一の検出器に関連付けられた単一の波長のλｊを追加／削除するものとして示されている。しかし、それぞれの波長がノード内の別の検出器に関連付けられている場合にノードに複数の波長をまたはある帯域の波長を追加／削除するように分岐ユニットを構成することができることは理解されるであろう。
【００２６】
分岐ユニット５０の実施例は、基本３ポート湿式インターフェイスを備える。分岐ユニット５０は、波長λ１・・・λｎのすべてを伝送するファイバ５４ａ、５４ｂのペアを含む、光ファイバ・ケーブル５２に第１および第２のポートで結合される。分岐ユニット５０の第３のポートは、追加／削除される固定波長λｊを伝送するファイバ５８ａ、５８ｂを含むケーブル５６に結合される。固定波長λｊは、光ファイバ５４ａ、５４ｂ上で各方向に伝送される光信号に対し追加、削除を行うことができる。特に、ファイバ５８ａは、ケーブル５２内の一方のファイバ５４ａに対し追加、削除される固定波長λｊを伝送し、ファイバ５８ｂは、ケーブル５２内の他方のファイバ５４ｂに対し追加、削除される固定波長λｊを伝送する。
【００２７】
追加／削除機能は、光追加／削除マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）６２ａ、６２ｂを使用して実装することができる。さまざまなＯＡＤＭ構成が、市販されており、当業者には知られている。ＯＡＤＭは、約１ｄＢの追加、削除、およびスルーの損失を持ち込む可能性がある。分岐ユニット５０は、ＯＡＤＭ  ６２の後に光信号を増幅するために、ＥＤＦＡなどの、光増幅器６３を備えることができる。電力導線６０により分岐ユニット５０を通じてＤＣ電力を供給することができる。ＤＣ電力制御デバイス５９、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータは、電力導線６０に結合され、これにより、例えば後述の検出ユニット８０内のノードで使用するために１つまたは複数の導線６１上に安定したＤＣ電圧を確立することができる。
【００２８】
一実施形態では、分岐ユニット５０は、単一ファイバ・ブラッグ格子６６を含む、図５に示されているような、ＯＡＤＭ  ６４を備えることができる。格子６６の前後にあるサーキュレータ６８ａ、６８ｂは、削除チャネルを抽出し、追加チャネルを挿入する。このＯＡＤＭ  ６４を使用すると、通過、追加、および削除損失は約１．５ｄＢとすることができる。他の実施形態では、分岐ユニット５０は、間に絶縁体７４を配置した２つのファイバ・ブラッグ格子７２ａ、７２ｂを含む、図６に示されているような、ＯＡＤＭ  ７０を備えることができる。このアプローチは、別々の格子７２ａ、７２ｂが追加および削除に使用されることを除き、図５に示されているのと類似している。コチャネル・クロストークは、このアプローチで排除することができるが、損失およびコストは高くなる可能性がある。例えば、追加および削除損失は、約１．５ｄＢのままでも、通過損失は約２ｄＢとなる可能性がある。また、絶縁体７４を使用すると、システム内の障害特定に使用することができる高損失ループバック（ＨＬＬＢ）信号を使用できなくなる場合がある。さまざまなＨＬＬＢ構成が、当業者には知られている。ＨＬＬＢを光検出ネットワーク内で使用する場合、関連する追加コンポーネントおよび接続がそれぞれのノード１４で必要になることがある。
【００２９】
それぞれのネットワーク・ノード１４は、さらに、例えば、図７に示されているように、検出ユニット８０を備えることができる。検出ユニット８０の実施例は、一連のセンサまたは検出器８２および検出器８２と光通信機器（つまり、分岐ユニット５０）との間の光インターフェイス８４を備える。検出器８２は、周囲環境内の状態を感知または検出し、検出器信号または検出された状態を表すデータを生成する。センサまたは検出器８２は、音響感知、波動、化学薬品臭覚感知、放射性物質感知、ビデオ、光感知、気象、および地質構造運動などの感知機能を提供する従来のデバイスまたはメカニズムを備えることができる。専用およびカスタマイズされた検出デバイスを含む、他の検出技術も使用することができ、本発明の範囲内にある。
【００３０】
実施例では、光インターフェイス８４は、それぞれの方向に追加／削除される固定波長λｊでデータを送受信する（つまり、図４に示されているケーブル５２内のそれぞれのファイバ５４ａ、５４ｂについて）。データは、例えば、北米で使用されているＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＳＯＮＥＴ）規格またはそれに対応するヨーロッパ版のＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ（ＳＤＨ）規格、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）規格などを含むさまざまなデータ伝送規格のいずれかに従って送受信することができる。専用規格も開発することができ、このインターフェイスで実装することができる。
【００３１】
例示されている実施例では、同期データ伝送は、検出器Ｉ／Ｏバッファ８６ａ、８６ｂ、データ書式設定デバイス８８ａ、８８ｂ（例えば、マルチプレクサ）、電気／光（Ｅ／Ｏ）コンバータ９０ａ、９０ｂ、および光／電気（Ｏ／Ｅ）コンバータ９２ａ、９２ｂを使用して提供される。これらのコンポーネント８６ａ、８８ａ、９０ａの一方のグループは、一方の方向に対する通信を処理し（図４に示されているケーブル５２内のファイバ５４ａ上で）、コンポーネント８６ｂ、８８ｂ、９０ｂの他方のグループは、他方の方向に対する通信を処理する（つまり、図４に示されているケーブル５２内のファイバ５４ｂ上で）。電力は、電力導線９６を介して分岐ユニット５０から検出ユニットコンポーネントに供給することができる。
【００３２】
検出器Ｉ／Ｏバッファ８６ａ、８６ｂは、検出器８２との間の入出力をバッファリングする。データ書式設定デバイス８８ａ、８８ｂは、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨなどの同期データ伝送規格に基づいて検出器データの多重化および逆多重化を実行することができる。ここでもまた、他のデータ伝送規格を使用することが可能である。Ｅ／Ｏコンバータ９０ａ、９０ｂは、データ書式設定デバイス８８から多重化された送信信号をその波長λｊの出力光データ信号に変換する。Ｏ／Ｅコンバータ９２ａ、９２ｂは、削除波長λｊの着信光信号を、データ書式設定デバイス８８により逆多重化された同期伝送信号に変換する。その波長λｊの着信および送信データ信号は、上述のように、ＯＡＤＭを使用して、またはインターフェイス８４内に配置されている関連付けられたフィルタ９４ａ、９４ｂにより、伝送経路１８から追加／削除されるようにできる。
【００３３】
そのため、光インターフェイス８４の実施例は、さまざまな種類の検出デバイスを検出ネットワークに組み込めるようにする「標準」またはユニバーサル・インターフェイスを実現することができる。柔軟な設計により、隠在または顕在検出デバイスの詳細を使用しなくても基幹設備を迅速に配備することができる。もちろん、インターフェイス８４に関連するデータ転送速度は、システム要件およびセンサ構成に基づいて確定することができる。ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ規格を使用する一実施例では、検出器データを、例えば、１５５．５２Ｍｂ／ｓのＳＴＭ−１（ＳＴＳ−３）レベル信号にデジタル化することができ、その後、データ書式設定デバイス８８ａ、８８ｂにより、２．８４４ＧＢ／ｓのＳＴＭ−１６（ＳＴＳ−４８）レベル信号に多重化することができる。
【００３４】
したがって、上述の光検出ネットワークは、広範な領域にそって検出情報を検出し送信することができ、また海底環境でも使用することが可能である。光検出ネットワークの実施例は、さらに、ネットワークに障害が生じた場合でも機能を維持するように冗長でロバストになるように設計されている。光検出ネットワークの実施例は、さらに、迅速な配備、さまざまな種類の検出技術との併用、およびセグメント化方式での拡張可能性に対応できる柔軟な設計を実現している。
【００３５】
本発明の原理は、本明細書の中で説明されたが、当業者であれば、この説明は一例としてのみ行われており、本発明の範囲に関する限定としては行われていないことを理解するであろう。他の実施形態も、図に示されている実施例および本明細書で説明されている実施例に加えて、本発明の範囲内にあると考えられる。当業者による修正および置換は、本発明の範囲内にあるものとみなされ、特許請求の範囲以外では限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態による光検出ネットワークの機能ブロック図である。
【図２】本発明の他の実施形態による積層リング構成の光検出ネットワークの機能ブロック図である。
【図３】本発明の他の実施形態によるカスケード配列されたセグメントを持つより広域にわたる光検出ネットワークの機能ブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態によるネットワーク検出ノードで使用される分岐ユニットの概略図である。
【図５】分岐ユニット内で使用することができる光追加／削除マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）の一実施形態の概略図である。
【図６】分岐ユニット内で使用することができるＯＡＤＭの他の実施形態の概略図である。
【図７】本発明の一実施形態によるネットワーク検出ノードで使用できる検出ユニットの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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