本公开内容一般地涉及水下通信，并且具体地涉及用于水下通信和能量采集的带隙调制。
背景技术：
尽管覆盖了地球表面的70％，但是对海底环境知之甚少。其几乎不可透过的通信介质和巨大的压力使得获取海底信息成为艰巨的挑战。
海底光学通信系统将很快用于提供关于海底环境的广泛信息。从飞机上掉落的数以千计的小型自供电的光学节点(optical node)可以铺满海底使得海底环境充满可获得的信息。
对于巨大的海底网络的最大挑战是每个光学节点的受限的电池电力。远程地为这些节点供电是可能的，但是电力输送是受限的。核心问题是在数据传输期间这些节点所需要的高电力。例如，典型的节点在监听状态(或轮询状态)仅消耗低至10-4mW，但是在传输期间消耗介于1和100mW之间。
因此，将令人期望的是具有考虑了至少一些以上讨论的问题以及可能的其他问题的系统、设备和方法。
技术实现要素：
本公开内容的实例实施一般地涉及利用用于水下通信和/或用于能量采集的带隙调制的信息收集系统、终端节点和相关方法。根据一个实例，提供包括网关节点和终端节点的系统，该网关节点包括配置为产生用于通过流体传播的光束的致动器，和配置为检测光束的反射的传感器；该终端节点布置在流体内并且包括能量源和邻近反射层的光伏层，该终端节点包括控制单元，该控制单元配置为响应于与光束的相互作用在两种模式之间可切换地控制光伏层，以传送与反射的光束相关联的数据流至网关节点的传感器，该两种模式包括：传输模式(透射模式，transmission mode)，其中入射在光伏层上的光束传输通过其至邻近的反射层并且被邻近的反射层反射至网关节点的传感器，和再充电模式，其中光伏层配置为从光束捕获光子能量并且引导捕获的光子能量用于被能量源存储，而不反射光束，终端节点的至少一部分可由能量源存储的光子能量供电。
根据另一个实例，终端节点包括能量源，其配置为存储光子能量并且从由此存储的光子能量为终端节点的至少一部分供电；反射层，其配置为反射通过流体传播的光束；邻近反射层的光伏层；和控制单元，其与光伏层电通信以响应于与光束的相互作用在两种模式之间可切换地控制光伏层，以传送与反射的光束相关联的数据流至网关节点的传感器，该两种模式包括：传输模式，其中入射在光伏层上的光束传输通过其至邻近的反射层并且被邻近的反射层反射至网关节点的传感器，和再充电模式，其中光伏层配置为从光束捕获光子能量并且引导捕获的光子能量用于被能量源存储，而不反射光束。
根据进一步的实例，方法包括接收通过流体传播的光束，光束被入射在布置在流体内的终端节点的光伏层上；并且响应于与光束的相互作用在两种模式之间可切换地控制光伏层，以传送与反射的光束相关联的数据流至网关节点的传感器，该两种模式包括：传输模式，其中入射在光伏层上的光束传输通过其至反射层从而用于反射，并且其中反射的光束被引导返回通过光伏层到网关节点的传感器，和再充电模式，其中光伏层配置为从光束捕获光子能量并且引导捕获的光子能量用于由能量源存储，而不反射光束，并且其中终端节点的至少一部分可由能量源存储的光子能量供电。
本文讨论的特征、功能和优势可以在各种实例实施中独立地实现或者可以在又其他的实例实施中组合，参考以下描述和附图可见其进一步的细节。
附图说明
已经以一般术语如此描述了本公开内容的实例实施，现在将参考附图，其不必须按比例绘制，并且其中：
图1和2图解了根据本公开内容的实例实施的系统；
图3A图解了根据本公开内容的实例实施的界面结构的合适的布置和其与开关处于第一位置的合适的控制单元和EHC的连接；
图3B图解了开关处于第二位置的图3A的布置；
图4A-4D图解了根据本公开内容的实例实施的合适的潜水式终端节点；和
图5图解了提供根据本公开内容的实例实施的方法中的多个步骤的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述本公开内容的一些实施，其中显示了本公开内容的一些但不是所有的变化。实际上，本公开内容的变化可以以许多不同的形式体现并且不应当被解释为限于本文阐述的实例；相反，提供这些使得本公开内容将是彻底的和完整的，并且将本公开内容的范围充分地传送给本领域技术人员。
参考水下通信和/或能量采集，诸如在海洋、河流或溪流的环境中，描述实例。然而，应当理解，实例同样地适用于在其他流体中的通信和能量采集。进一步地，例如，在本文中参考了组件、参数、性质、变量等的值或组件、参数、性质、变量等之间的关系。这些和其他类似的值或关系是绝对的或近似的以说明可能发生的变化，诸如由于工程容限等造成的那些。相同的参考编号自始至终指代相同的要素。
图1图解了根据本公开内容的一个实例的系统100。在一些方面，例如，系统包括一个或多个终端节点102，诸如传感器，其可布置在水体104诸如海洋、河流或溪流的表面之下。在一些方面，终端节点形成水下局域网(UW-LAN)，其经由一个或多个网关节点106可连接至包括有线或无线网络、其他UW-LAN等的其他网络。这些网关节点106包括，例如，许多不同类型的水运工具、浮标等的任一种，其可布置在水体104的表面上或仅部分在水体104的表面之下，或者能够在水体104的表面和水体104的表面之下之间移动。合适的水运工具的实例包括船只、舰船、气垫船、水下交通工具(例如，潜艇)等等。此外，在一些方面，存在多于一个的网关节点106，诸如转播数据至水体104的表面的一连串的无人水下交通工具(UUV)。
合适的网关节点106的其他实例包括布置在水体104的表面上方，或者在地面上方或在地面上的那些。这种网关节点106的实例是航空器、卫星等，其耦合至一个或多个网络或另外地为一个或多个网络的部分，诸如因特网(Internet)、公共交换电话网络(PSTN)和/或其他服务器和服务项目。
图2更具体地图解了系统200，该系统200包括网关节点202和终端节点204，其在一些实例中对应于图1的系统100的网关节点106和终端节点102。如所显示的，网关节点202包括配置为产生用于传播通过流体诸如水的光束的致动器206，和配置为检测光束的反射的传感器208。在一些实例中，单独的换能器提供致动器206和传感器208的功能，或者在其他实例中，组合换能器提供致动器206和传感器208二者的功能。
根据实例实施，光束是指具有恒定或接近恒定波长的光束。例如，在一方面，光束由低功率激光器产生，其发出包括大约470和大约540纳米之间的波长的光束并且以10和大约250兆比特每秒(Mbps)之间的速率传输调制的数据。在一些实例中，连续的光束也是指这样的光束，其中在一个或多个实例中网关节点202(例如，连续地、周期性地)改变光束频率以便解释(account for)由可移动的网关节点202和固定的终端节点204之间的速度差异导致的多普勒效应。
在一些方面，终端节点204包括具有光伏层212的界面结构210，该光伏层212在一些实例中由晶体硅、碲化镉薄膜材料等形成。在一些方面，光伏层212是商业上可获得的太阳能电池，而在其它方面，光伏层212是优化的光电二极管，其具有最小化的阻抗和由反向偏压匹配阻抗引起的最小化的反向漏电流。在其他方面，光伏层212包括电荷耦合器件(CCD)相机，其能够检测用于在网关节点202和终端节点204之间高速通信的光束。
终端节点204配置为响应于与光束的相互作用在两种模式之间可切换地控制光伏层212，以传送与反射的光束相关联的数据流至网关节点202的传感器。在一些方面，光伏层212被可切换地控制至传输模式，其中入射在光伏层212上的光束传输通过其至邻近的反射层226并且被邻近的反射层226反射至网关节点202的传感器208。在其他方面，光伏层212被可切换地控制至再充电模式，其中光伏层212配置为从光束捕获光子能量并且引导捕获的光子能量用于被能量源224存储，而不反射光束，其中终端节点204的至少一部分可由能量源224存储的光子能量供电。
在一些方面，在传输模式期间在反射的光束内传送的数据流是包括一系列比特的比特流。例如，来自终端节点204的光束的反射表示比特流的二进制“1”，并且如果不为空值(null)，光束的标称(nominal)反射(即，吸收)表示比特流的二进制“0”。在其他实例中，来自终端节点204的光束的反射表示二进制“0”，并且如果不为空值，光束的标称反射(即，吸收)表示二进制“1”。在其他方面，通过调制每秒比特M/T传送数据流，其中M是比特数并且T是根据脉冲位置调制(PPM)的秒数。例如，在该实例中，通过调制每秒两个比特传送数据流。
在一些方面，终端节点204包括控制单元214，其配置为在两种模式之间可切换地控制光伏层212。控制单元214又包括开关216和处理器218。在一些方面，开关216与光伏层212的相对的表面电通信(例如，电连接)，并且可切换地控制以电断开或电连接表面。在一些方面，电断开或电连接表面包括横跨光伏层212的表面施加电压偏压。以这种方式，处理器218配置为控制开关216以施加电压，或者以移除电压，从而控制光伏层212以可切换地反射(电压偏压)或吸收(无电压偏压)入射光束。
在一些实例中，开关216是单刀单掷(SPST)电或机电开关、单刀双掷(SPDT)电或机电开关等。处理器218通常是能够处理信息的任何计算机硬件，并且在一些实例中，处理器218包括合适的非暂时性存储器或另外地配置为与合适的非暂时性存储器通信。在一些实例中，处理器218能够处理信息诸如，例如，数据、计算机可读的程序代码、指令等(通常“计算机程序”，例如，软件、固件等)，和/或其他合适的电子信息。更具体地，例如，处理器218配置为执行计算机程序，该程序被存储在处理器上或另外地存储在(相同的或另一个设备的)非暂时性存储器中。
在一些方面，根据具体实施，处理器218是多个处理器、多处理器核心或一些其他类型的处理器。进一步地，使用多个异构处理器系统实施处理器218，其中主处理器与一个或多个辅助处理器一起存在于单个芯片上。作为另一个说明性实例，处理器218是包含多个相同类型的处理器的对称的多处理器系统。在又另一个实例中，处理器218被体现为或另外地包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。因而，虽然处理器218能够执行计算机程序以进行一个或多个功能，但是各种实例的处理器能够进行一个或多个功能而不需要借助于计算机程序。
在一些实例中，终端节点204进一步包括传感器220，其与控制单元214通信，且配置为测量围绕终端节点204的环境的性质，并且提供与该性质相关联的感测数据。在一些方面，传感器220配置为将感测的数据引导至控制单元214或光伏层212，其中通过调制反射的光束来控制光伏层212以运载感测数据。在这些实例中，根据数据流通过光伏层212调制反射的光束以将感测数据运载至传感器220。合适的传感器的实例包括能够测量水的一个或多个参数的传感器，其中这类参数包括盐度、电导率、浊度、酸度、氧气、温度、压力、深度等。合适的传感器的其他实例包括声传感器、电磁传感器、电传感器、磁传感器、中微子检测器等，以及能够测量沉积物、污染、用于地震检测的海底振动等的传感器。
在一些实例中，终端节点204进一步包括换能器222或单独的致动器和传感器，其与控制单元214通信且配置为产生用于传播通过流体的光束，并且检测类似光束。以这种方式，终端节点204配置为与其他终端节点(例如，终端节点102，图1)通信。例如，终端节点204产生用数据流调制的光束用于向其他终端节点播送，所述其他终端节点检测光束并从而检测由调制的光束传送的数据流。在一个实例中，换能器222围绕终端节点204的外周边延伸，诸如以围绕圆柱形终端节点的外周边的环形的形式，其促进光束朝向其他终端节点的径向向外的投射。
在一些方面，终端节点204包括能量采集电路(EHC)224，其配置为当光伏层被控制为吸收或捕获入射光束时从与光伏层212相互作用的光束捕获并存储光子能量的至少一部分。在这些实例中，终端节点204的至少一部分可由EHC 224存储的光子能量供电，诸如控制单元214的至少一部分。在一些方面，EHC 224一般地包括能量累积器，诸如可再充电电池或超级电容器，并且包括电路，其配置为进行AC至DC转换和/或电压转变，并且在一些实例中，考虑到光伏层212的性质诸如它的电阻抗、电容、振动频率等，该电路被优化。在一些方面，电容器能够桥接光束和EHC 224之间的传送时间，使得光子能量被暂时存储在电容器中并且用于对EHC 224的可再充电电池‘涓流充电’。
在一些方面，具有其光伏层212的界面结构210以多种方式中的任一种配置为并连接至控制单元214和EHC 224。在一些实例中，界面结构210或至少其光伏层212具有角形反射器(或后向反射器)形状因子(form factor)以促进入射光束在其中光束起源的相同方向中的反射。在其他实例中，界面结构210是包括光伏层212和一个或多个其他层的多层结构。图3A和3B中显示了界面结构的合适的布置和其与合适的控制单元和EHC的连接的实例。
返回图1，实例实施的系统100对于许多不同情况下的使用是有益的。在合适情况的一个实例中，多个传感器(终端节点102)可布置在海底(水体104)以形成战略性感测线、圆周、环等。这些传感器配置为记录其环境中的性质或数据(感测的输入)，诸如通过的水下交通工具的声音。水运工具或UUV(网关节点106)周期性地通过传感器上方，传输具有大约532nm波长的连续光束至海底并且因而至传感器。在一些方面，水运工具具有海底上传感器位置的一般知识和/或使用航位推算以确定其位置。在一些实例中，传感器能够传输小信标(beacon)以促进通过的水运工具对传感器的定位。
在一些方面，光束入射或变为入射在传感器上，并且响应于与光束的相互作用，传感器在两种模式之间可切换地控制它们的光伏层以传送与反射的光束相关联的数据流至网关节点的传感器。在这些实例中，两种模式包括传输模式，其中入射在光伏层上的光束被反射，或者再充电模式，其中入射在光伏层上的光束不被反射，并且光束的光子能量被捕获并引导至EHC。在这些实例的一些中，反射的光束在水运工具处可被检测到，或者被存储在EHC的可再充电电池用于至少部分地为传感器供电。
在合适情况的另一个实例中，由水运工具产生的光束具有大约10nm和大约400nm之间的波长(即，紫外光谱)并且被入射在传感器上以便扰乱传感器的外表面上有机物质的形成。以这种方式，例如，由水运工具产生并发出的光束在至少两种不同的波长之间可控制地调谐。
在其他示例性实施中，获取数据的传感器(终端节点102)将通知通信至其他传感器，诸如通过将各自传感器的唯一标识符播送至邻近的传感器。例如，传感器配置为在可检测的事件(例如，通过的UUV)时与其他传感器通信。在另一个实例中，传感器配置为在一个时间段内收集数据并且然后与其他传感器(例如，流体温度检测)通信。无论如何，接收通知的传感器重复该播送至它们相邻的传感器，等等，并且将该通知连同任何它们自己的记录数据一起通信上至水运工具(网关节点106)。以这种方式，水运工具被通知已经获取数据的特定传感器，并且水运工具因而被控制以直接传到那些传感器，或者更频繁地在那些传感器上方通过。
在进一步示例性实施中，网关节点106配置为与一个或多个终端节点102通信。例如，在各种实例中，网关节点产生调制光束以从而传送数据流至终端节点，而不是产生连续光束。例如，网关节点包括低功率激光器，其配置为传输通过正交相移键控(QPSK)调制的光束以传送数据流。终端节点的光伏层212然后被控制以检测来自网关节点106的光束并且处理从传送的数据流接收的任何指令。例如，这种指令包括基于某些触发事件终端节点104应当检测什么，应当将哪些数据通信至其他网关节点等。类似地，在一些实例中，终端节点的光伏层被控制以更一般地用作光学传感器来检测并测量其环境中的光束，诸如如以上所指示的来自通过的水下交通工具的那些光束。在其他实例中，终端节点包括配置为检测调制光束的另一个传感器(例如，换能器222)。终端节点(例如，处理器218)然后适当地解调该调制的光束以从网关节点提取数据流。
在描述实例布置之前，提供光伏层212反射或吸收入射光束的操作的基本原理的简要解释。传播通过流体诸如水的光束到达流体和光束入射在其上的光伏层212的表面的界面。
在一些方面，入射在光伏层212上的光束传输通过其至邻近的反射层226并且被邻近的反射层226反射。这种光束的反射取决于相对于光伏层212的p-n结的带隙的光束的光子能量。显著地，随着光束的波长改变光伏层212的p-n结的带隙相应地改变。例如，大约532纳米的光束的波长对应于无偏压状态中大约2.27eV的光伏层212的p-n结的带隙。然而，在其他实例中，大约475nm(例如，清澈的海洋)、500nm(例如，污染的海洋)、532nm(例如，在海岸上)等的光束的波长，每个对应于无偏压状态中2.27eV以外的值的光伏层212的p-n结的带隙。
如本文所引用，“p-n结”在光伏层212的n-型表面和p-型表面之间的界面和周围环境(immediate surroundings)处形成。根据电压是否横跨p-n结施加，p-n结或者被偏压或者无偏压。在无偏压状态中，带隙是基于外部电子或“导”带和底部或“价”带之间的光子能量差的“内置”带隙。相反地，在偏压或反向偏压状态中，在横跨p-n结施加电压的情况下带隙增加。在反向偏压的状态中，p-n结包括具有在外部电子或导带和底部或价带之间的更高光子能量差的带隙。
在一些方面，光伏层212的p-n结的带隙通过选择性地横跨其施加电压而被偏压。更具体地，在偏压状态中——在大约0.1伏特和大约0.25伏特之间的电压被横跨光伏层212的p-n结施加的情况下，带隙包括大约2.37eV。相反地，在无偏压状态中——在没有横跨光伏层212的p-n结施加电压的情况下，带隙包括大约2.27eV。
在这方面，基于p-n结的带隙状态，以及光束的光子能量，光束被反射或被吸收。所以，光束的光子能量通过下式确定：
其中h是普朗克常数，c是真空中的光速，并且λ是光子波长。在一些方面，光子波长是大约532纳米，使得光束的光子能量(E)是大约2.32电子伏特(eV)。以这种方式，在反向偏压状态中，光束的光子能量小于p-n结的带隙，使得入射在光伏层212上的光束传输通过其并且被邻近的界面结构210的反射层226反射，即，2.37eV>2.32eV。相反地，在无偏压状态中，光束的光子能量大于p-n结的带隙，使得入射在光伏层212上的光束的光子能量被捕获并引导至EHC 224用于存储，即，2.27eV<2.32eV。
在一些实例中，界面结构210限定了多个主反射界面。这些界面包括流体和光束入射在其上的光伏层212的表面的界面。另外的主反射界面由光伏层212的相对的表面和邻近光伏层212布置的反射层226之间的界面限定，使得入射在流体和光伏层的表面的界面上的光束传输通过其至反射层226并且在光伏层的表面和反射层的界面处被反射层226反射，其中光伏层212处于传输模式(即，其中开关216处于第一位置)。以这种方式，一些量的入射光束从界面结构210反射，其导致反射彼此建设性地或破坏性地干扰。
现在参考图3A、3B中图解的实例布置，图3A图解了布置300，其包括界面结构302、包括处于第一位置的开关306和在一些实例中还包括其他组件(例如，处理器、传感器(一个或多个)、换能器)的控制单元304、和EHC 308。在一些实例中，这些组件对应于图2的界面结构210、控制单元214、开关216和EHC 224的各自组件。在该实例中，界面结构302包括光伏层302a(例如，光伏层212)，并且进一步包括反射层302b(例如，反射层226)。
如所显示的，例如，开关306是与光伏层302a的p-n结电通信的SPDT开关。响应于光伏层302与光束310的相互作用，开关可被控制单元304在两个位置之间——在第一位置(图3A)和第二位置(图3B)之间——控制以电施加横跨光伏层302a的p-n结的电压。在第一位置中，并且如图3A中所图解的，开关306配置为横跨光伏层302a的p-n结施加反向偏压电压(例如，0.1V-0.25V)。
图3A的布置300限定了反射层302b，当开关306处于第一位置时其能够反射在光伏层302a上入射的光束310。更具体地，在开关306的第一位置处，横跨光伏层302a的p-n结施加的电压反向偏压p-n结的带隙，使得入射光束310的光子能量小于偏压的带隙。因此，入射光束310被传输通过光伏层302a并且被入射在反射层302b上用于反射回网关节点(例如202，图2)。
显著地，开关306的第一位置对应于光伏层302a的传输模式，使得入射在光伏层302a上的光束310传输通过其至邻近的反射层302b并且被邻近的反射层302b反射至网关节点的传感器(例如传感器208，图2)。
现在参考图3B，在开关306的第二位置中，没有横跨p-n结施加电压，使得p-n结的带隙无偏压并且入射光束310的光子能量大于偏压的带隙。因此，入射光束310的光子能量被光伏层302a捕获并且被引导至EHC 308从而用于能量存储，而不反射光束。以这种方式，开关306的第二位置对应于再充电模式，其中终端节点102、204的至少一部分可在开关306处在第二位置的情况下被供电。进一步地，在第一和第二位置之间控制开关306传送与反射的光束310相关联的数据流至网关节点的传感器，包括关于通过终端节点的传感器确定的围绕布置300的环境性质的数据。在一些方面，数字数据流采取幅移键控(ASK)诸如开关键控(OOK)或PPM的形式。
图4A-4D图解终端节点——诸如以上参考图2和3A、3B描述的终端节点——的示例性实施方式，该终端节点可浸没在流体(例如，水)中并且以合适的方位(即，直立位置)下沉。
例如，在如图4A中所显示的一个实例中，终端节点400A包括具有圆锥形的基座结构402A，其具有透明的外表面，该透明的外表面能够接收通过其并且在光伏层和/或邻近的反射层上的入射光。为了促进终端节点的下沉并且然后维持终端节点400A处于直立位置，气泡形式的定位机构404A被布置在基座结构402A内并且当终端节点400A在流体内下沉时朝向基座结构402A的顶部上升。
在另一个实例中，在图4B中显示的方面中，终端节点400B包括具有圆柱形或圆盘状形状的基座结构402B。为了促进终端节点的下沉并且然后维持终端节点400B处于直立位置，提供可溶解的圆锥体形式的定位机构404B。在一些方面，定位机构404B的圆锥体包括在浸没在流体中持续延长的时间段后可溶解的有机材料。当定位机构404B开始溶解时，基座结构402B配置为围绕例如海底安置自身以便维持终端节点400B处于直立位置。
在进一步的实例中，在图4C中显示的方面中，终端节点400C包括具有圆柱形或圆盘状形状的基座结构402C。为了促进终端节点以直立位置下沉，有机海绵材料形式的定位机构404C经由可溶解的线406C附接至基座结构402C。更具体地，定位机构404C用作一种降落伞以当终端节点400C被浸没并且在流体内下沉时维持基座结构402C处于直立位置。类似于图4B中的终端节点，海绵状的材料404C和线406C包括在浸没在流体中持续延长的时间段之后可溶解的有机材料。
在仍进一步的实例中，在图4D中显示的方面中，终端节点400D包括具有圆柱形或圆盘状形状的基座结构402D。为了促进终端节点以直立位置下沉，提供导管螺旋桨、离心泵、方向舵等形式的定位机构404D。更具体地，定位机构404D用作一种流体驱替机构以引导终端节点400D朝向例如海洋的底部。
在一些方面，图4A-4D中的终端节点每个包括布置在终端节点的外表面上方的涂层，该涂层配置为防止有机物质(例如，藻类)在终端节点的外表面上生长。例如，具有抗菌/杀藻性质的涂层诸如铜涂层、环氧基铜涂层、氨基甲酸乙酯基铜涂层、松脂基铜涂层等，可用于防止有机物质的生长。另外地，当网关节点通过浸没的终端节点上方并且UV光入射在终端节点上时，具有UV光源的网关节点用于停止有机物质的生长。可选地，终端节点可以具有其自身的UV源以从其去除藻类。
现在参考图5，其图解了图示根据实例实施的方法500中多种步骤的流程图。如方框502中所显示的，方法包括接收传播通过流体的光束，该光束入射在布置在流体中的终端节点的光伏层上。
如方框504中所显示的，方法包括响应于与光束的相互作用在两种模式之间可切换地控制光伏层，以传送与反射的光束相关联的数据流至网关节点的传感器，该两种模式包括：传输模式，其中入射在光伏层上的光束传输通过其至反射层从而用于反射，并且其中反射的光束被引导返回通过光伏层到网关节点的传感器，和再充电模式，其中光伏层配置为从光束捕获光子能量并且引导捕获的光子能量用于被能量源存储，而不反射光束，并且其中终端节点的至少一部分可由被能量源存储的光子能量供电。
进一步地，本公开内容包括根据以下条款的实施方式：
1.一种信息收集系统，其包括网关节点，该网关节点包括配置为产生用于传播通过流体的光束的致动器，和配置为检测光束的反射的传感器；和终端节点，其布置在流体内并且包括能量源和邻近反射层的光伏层，该终端节点包括控制单元，该控制单元配置为响应于与光束的相互作用在两种模式之间可切换地控制光伏层，以传送与反射的光束相关联的数据流至网关节点的传感器，该两种模式包括传输模式，其中入射在光伏层上的光束传输通过其至邻近的反射层并且被邻近的反射层反射至网关节点的传感器，和再充电模式，其中光伏层配置为从光束捕获光子能量并且引导捕获的光子能量用于被能量源存储，而不反射光束，终端节点的至少一部分可由被能量源存储的光子能量供电。
2.条款1的系统，其中光伏层包括具有大约2.27电子伏特的带隙的p-n结，并且其中光束包括大约532纳米的波长。
3.条款2的系统，其中控制单元包括与光伏层的p-n结和能量源电通信的开关，该开关响应于光伏层与光束的相互作用在第一位置和第二位置之间是可控制的，该第一位置对应于光伏层的传输模式，其中横跨光伏层的p-n结施加电压，使得光束的光子能量小于带隙，并且其中入射在光伏层上的光束传输通过其至邻近的反射层并且被邻近的反射层反射，该第二位置对应于再充电模式，其中横跨光伏层的p-n结没有施加电压，使得光束的光子能量大于带隙，并且其中光伏层配置为从光束捕获光子能量并且引导捕获的光子能量用于被能量源存储。
4.条款3的系统，其中施加至光伏层的电压是在大约0.1伏特和大约0.25伏特之间，p-n结的带隙是大约2.37电子伏特。
5.条款1-4任一项的系统，其中终端节点包括配置为确定围绕终端节点的环境的性质和提供与该性质相关联的感测数据的传感器，数据流配置为与光伏层协作以运载用于调制光束的感测数据。
6.条款5的系统，其中终端节点的传感器响应于终端节点与光束的相互作用被触发以与布置在流体内的至少一个其他终端节点的传感器通信。
7.条款1-6任一项的系统，其中终端节点包括布置在终端节点的外表面上方的涂层，该涂层配置为防止有机物质在终端节点的外表面上生长。
8.一种终端节点，其包括能量源，其配置为存储光子能量并且从而由所存储的光子能量为终端节点的至少一部分供电；反射层，其配置为反射传播通过流体的光束；邻近反射层的光伏层；和控制单元，其与光伏层电通信以响应于与光束的相互作用在两种模式之间可切换地控制光伏层，以传送与反射的光束相关联的数据流至网关节点的传感器，该两种模式包括传输模式，其中入射在光伏层上的光束传输通过其至邻近的反射层并且被邻近的反射层反射至网关节点的传感器，和再充电模式，其中光伏层配置为从光束捕获光子能量并且引导捕获的光子能量用于被能量源存储，而不反射光束。
9.条款8的终端节点，其中光伏层包括具有大约2.27电子伏特的带隙的p-n结，并且其中光束包括大约532纳米的波长。
10.条款9的终端节点，其中控制单元包括与光伏层的p-n结和能量源电通信的开关，该开关响应于光伏层与光束的相互作用在第一位置和第二位置之间是可控制的，该第一位置对应于光伏层的传输模式，其中横跨光伏层的p-n结施加电压，使得光束的光子能量小于带隙，并且其中入射在光伏层上的光束传输通过其至邻近的反射层并且被邻近的反射层反射，该第二位置对应于再充电模式，其中横跨光伏层的p-n结没有施加电压，使得光束的光子能量大于带隙，并且其中光伏层配置为从光束捕获光子能量并且引导捕获的光子能量用于被能量源存储。
11.条款10的终端节点，其中施加至光伏层的电压是在大约0.1伏特和大约0.25伏特之间，p-n结的带隙是2.37电子伏特。
12.条款8-11任一项的终端节点，其中终端节点包括配置为确定围绕终端节点的环境的性质并且提供与该性质相关联的感测数据的传感器，数据流配置为与光伏层协作以运载用于调制光束的感测数据。
13.条款8-12任一项的终端节点，其中终端节点包括布置在终端节点的外表面上方的涂层，该涂层配置为防止有机物质在终端节点的外表面上生长。
14.条款8-13任一项的终端节点，其中终端节点包括基座结构和与该基座结构相关联的定位机构，该定位机构配置为在其环境附近定位终端节点。
15.一种方法，其包括接收传播通过流体的光束，该光束入射在布置在流体内的终端节点的光伏层上；并且响应于与光束的相互作用在两种模式之间可切换地控制光伏层，以传送与反射的光束相关联的数据流至网关节点的传感器，该两种模式包括传输模式，其中入射在光伏层上的光束传输通过其至反射层从而用于反射，并且其中反射的光束引导返回通过光伏层到网关节点的传感器，和再充电模式，其中光伏层配置为从光束捕获光子能量并且引导捕获的光子能量用于被能量源存储，并且其中终端节点的至少一部分可由被能量源存储的光子能量供电，而不反射光束。
16.条款15的方法，其中可切换地控制光伏层包括响应于其与包括大约532纳米的波长的光束的相互作用可切换地控制包括具有大约2.27电子伏特的带隙的p-n结的光伏层。
17.条款16的方法，其包括响应于光伏层与光束的相互作用在第一位置和第二位置之间控制与光伏层的p-n结和能量源电通信的控制单元的开关，该第一位置对应于光伏层的传输模式，其中横跨光伏层的p-n结施加电压，使得光束的光子能量小于带隙，并且其中入射在光伏层上的光束传输通过其至邻近的反射层并且被邻近的反射层反射，该第二位置对应于再充电模式，其中横跨光伏层的p-n结没有施加电压，使得光束的光子能量大于带隙，并且其中光伏层配置为从光束捕获光子能量并且引导捕获的光子能量用于被能量源存储。
18.条款17的方法，包括横跨p-n结施加大约0.1伏特和大约0.25伏特之间的电压，p-n结的带隙是2.37电子伏特。
19.条款15-18任一项的方法，包括使用终端节点的传感器确定围绕终端节点的环境的性质，并且提供与该性质相关联的感测数据至数据流，其中数据流与光伏层协作以运载用于调制光束的感测数据。
20.条款19的方法，包括响应于终端节点与光束的相互作用触发该终端节点的传感器与布置在流体内的至少一个其他终端节点的传感器的通信。
21.条款15-20任一项的方法，其中响应于与光束的相互作用在两种模式之间可切换地控制光伏层以传送与反射的光束相关联的数据流至网关节点的传感器包括通过调制每秒两个比特传送数据流。
受益于前述描述和相关附图中呈现的教导，本公开内容所属领域的技术人员将想到本文阐述的公开内容的许多改变和其他实施。因此，应当理解，本公开内容不限于所公开的具体实施并且改变和其他实施旨在被包括在所附的权利要求的范围内。此外，虽然前述描述和相关的附图在元件和/或功能的某些实例组合的上下文中描述了实例实施，应当领会的是，通过替代实施可以提供元件和/或功能的不同组合，而不脱离所附的权利要求的范围。在这一方面，例如，除了以上明确描述的那些之外，也可以预期元件和/或功能的不同组合，如可能在一些所附的权利要求书中所阐述的。虽然本文中采用了具体术语，但是它们仅用于一般性的和描述性的意义，而不是出于限制性的目的。