CN109983714B - 基于空间的电子数据传输网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空间的电子数据传输网络系统。该基于空间的电子数据传输网络系统连接到多个外部源并在网络内安全地传输信息，使得信息能够在外部卫星和地面站之间迅速地传达。基于空间的电子数据传输网络系统是模块化地可扩展的，并且通过简单地添加一颗或多颗能够与外部卫星通信或以某通信频率通信的额外的卫星，可以将额外的外部卫星和各通信频率并入到网络中。

Description

基于空间的电子数据传输网络系统

相关申请的交叉引用

本专利申请要求享有2016年4月28日提交的发明名称为“用于交叉捆绑和本地网络消除拥塞的中间卫星网络”的美国临时申请No.62/328,627的优先权，其全部内容通过引用并入本文。另外，将2015年2月3日提交的发明名称为“SkyCloud自主电子数据存储和信息传递网络系统”的美国临时申请No.62/111,600、2016年2月3日提交的发明名称为“基于空间的电子数据存储和传输网络系统”的国际申请PCT/US16/16467和2016年8月2日提交的发明名称为“基于空间的电子数据存储和传输网络系统”的美国非临时申请No.15/225,826的全部内容都通过引用并入本文。

技术领域

本文一般性地涉及与轨道卫星的通信和轨道卫星之间的通信。本文更具体地涉及互连通信卫星的基于空间的电子数据传输网络系统。

背景技术

现代通信严重依赖轨道卫星，不同类型的通信依赖不同类型的轨道卫星。当卫星的动能平衡于其势能时，卫星可以实现稳定的轨道。这种平衡发生在当卫星的速度平衡于重力向心力时，从而创建出稳定的圆形或椭圆形轨道。卫星离地球越近，用于平衡向心力所需的速度就越高。对地静止轨道（GEO）是相对于旋转中的地球表面上的点似乎保持固定位置的轨道。所有绕地球轨道运行的对地静止卫星都在距地心约42,164公里（或26199英里）处，这需要每小时11,068公里（6,878英里）的轨道速度。

不同的卫星轨道都有优点和缺点，所有者必须针对每颗卫星的预期活动选择最佳的轨道。地球同步轨道保持与地球自转相同的大约24小时轨道周期。对地静止轨道是地球同步轨道的一个子集，其似乎在天空中保持明显的固定位置。由于对地静止轨道卫星明显的固定位置，它们能够与地面站保持长时间的连接；然而，当任何请求从地球表面行进36,000公里到达地球同步卫星、再行进36,000公里回到地面站时，相距地球的距离会引入滞后时间。即使以每秒299,792,458米的光速，从地球同步卫星接收响应的最小延迟时间（忽略电子设备内的延迟）大约为四分之一秒（大约240毫秒）的数量级，如果你的请求必须从使用者发送到GEO卫星再到地面站，然后再返回到GEO卫星并返回给使用者，则延迟时间会加倍。此外，发射地球同步轨道卫星会比发射低轨道卫星要昂贵得多，因为抵抗数万公里的地球引力的力量来运输数百公斤或数千公斤需要额外的能量。对地静止轨道的半径促使卫星在范艾伦辐射带以内行进，这显露出了对地静止卫星和其他地球同步卫星；简要地说，范艾伦辐射带实际上保护低轨道卫星免于太阳和背景辐射。

简要地说，低地球轨道（LEO）卫星似乎在快速围绕地球运行，有时每天绕地球运行多次。例如，在地球上空800公里处的卫星必须以高于每小时26,000公里的速度行进，以维持轨道。当低地球轨道卫星穿越天空时，地面站在固定窗口期间与该卫星通信，但由于卫星与地面站之间的距离仅为800毫秒，地面站可以用短暂的2-3毫秒延迟迅速地发送问询并接收响应。LEO卫星也可以比GEO卫星显著地更加有成本效益地被送入轨道，因此扩展LEO卫星网络环200相对容易。

由于连接窗口、价格和延迟的不同，不同的卫星轨道用于不同的通信目的。半秒通信延迟使对地静止卫星在电话通话或通用性互联网接入方面成为无效节点，但一旦建立初始连接，同样的延迟对于例如卫星电视、卫星广播、甚至大型下载或点播流媒体服务（例如，Twitch^®、Youtube^®或Netflix^®）等广播服务而言并不明显。延迟通常归因于普遍接受的“加载时间”，并且使用者不会区分卫星通信延迟和本地缓冲。简要地说，对于一些需要长时间的、稳定的连接周期的系统（如广播）而言，LEO卫星可能不如GEO卫星。

另外，卫星在单个轨道（例如，LEO或GEO）内或在多个不同的轨道之间（例如，LEO到不同高度的LEO、LEO到不同轨道平面的LEO，或LEO到GEO）都可以彼此通信。确实，LEO卫星在它们通过GEO卫星覆盖区域时频繁地与GEO卫星进行通信。

不同的卫星承载不同类型的通信阵列，包括但不限于红外线、射频、光学激光等。单颗卫星可包括具有能在多个不同频率范围内通信的能力的多种不同通信阵列。常见的卫星通信范围包括但不限于L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段、K波段、Ka波段、V波段和W波段，所有这些都在微波频率通信范围内。

在一些情况下，可能期望将信息从第一卫星传输到第二卫星。传统上，第一卫星会将信息传输到地面站，信息会通过遍布世界各地的基于地面式通信系统（例如，电缆、天线、塔等）被发送到能够将该信息传输到第二卫星的第二地面站。即使第一卫星和第二卫星彼此相对靠近，第一卫星和第二卫星之间的通信也需要中间地面站。

在其他情况下，世界一侧的卫星可能需要将信息传输到该卫星范围外的地球表面上的远处位置。历史上，第一卫星会与第一卫星覆盖区域内的地面站进行通信，并且该通信会通过基于地面式通信系统被传输给预定的接收方。

将基于地面式通信和地面站结合到卫星通信中会引入延迟和潜在的低效率。每种媒介都受到不同的局限、限制和延迟的影响，因此将两种通信媒介相结合使信息受到两组缺点的影响。

因为卫星通常受限于初始发射时可用的和所包括的硬件，所以卫星一旦进入轨道就没有太多更新的机会。地面站可以向卫星上传一些软件更新包或导航/后勤命令，但是对于硬件更新而言，更新现有卫星以增加功能性或通信力通常是不可行的，尤其地球同步卫星更是如此，因为它们距离太远。

因此，发明人已经认识到需要这样一种改进的卫星网络环200，其通过将能够在其他卫星和地面站之间桥接的互连（或“交叉捆绑”）卫星连接成网络，来为新卫星和现有卫星增加功能。

发明内容

本发明公开了一种独特设计的模块化的、基于空间的通信网络（“卫星网络环”）的各个方面。卫星网络环被配置为使得卫星网络环内的多颗环形组合卫星通过高速通信阵列进行通信连接，并且这些环形组合卫星可以连接到其他卫星或地面站以促进卫星之间、地面站之间、或地面站和卫星之间的通信。在一个方面，卫星云网络包括多颗互通数据存储卫星，每颗互通数据存储卫星被配置为存储数据，并且每颗互通数据存储卫星能够通过通信网络（例如，激光通信或射频通信）向另一数据存储卫星发送数据或从另一数据存储卫星检索数据。

通过多颗不同配置和规格的互连卫星，卫星网络环是模块化的和可扩展的。可以发射一颗或多颗能够通信连接的环形组合卫星，来取代发射额外的对地静止卫星或升级现有卫星（当它以每小时超过10,000公里的速度行进通过空间真空时）。新引入的环形组合卫星与卫星网络环中的其他环形组合卫星通信，以便在全球范围内迅速地传输信息，而无需通过地面站或基于地面式通信媒介。

卫星网络环内的每颗环形组合卫星可以以不同的波段与一些仅能与地面站进行外部通信的环形组合卫星、一些仅能与对地静止卫星进行外部通信的环形组合卫星、一些用于提供数据存储功能的环形组合卫星、以及甚至只能用于桥接其他环形组合卫星之间的连接的其他环形组合卫星进行通信。因为这些环形组合卫星中的每一颗都在环内通信，所以信息可以在包括了地面站和卫星网络环外的卫星在内的任何两点之间迅速地进行传输。

在一个实施例中，卫星网络环由在地球表面上方约800公里的单平面低地球轨道中的6颗或更多颗环形组合卫星组成。每颗卫星都与紧接在前的卫星和紧接在后的卫星进行通信。每颗卫星都能够将从其一侧卫星接收的信息重新传输到相反方向的下一颗卫星，从而形成完整的通信环。

在一些实施例中，卫星网络环包括额外的卫星，使得每颗卫星能够与紧接在前的或紧随其后的环形组合卫星之外的卫星进行通信。在环形组合卫星其中之一中的处理器或地面上的处理器可以计算最优化路径，以将信息从源头传输到目的地，最优化路径可以包括最小化重传和跳过环形组合卫星。例如，最优化路径可以绕过多颗环形组合卫星。在一些情况下，最优化路径可以涉及由于带宽限制而在全球范围内以“长途”来发送信息。

在其他实施例中，全球环形网络包括分配在多个轨道平面中的多颗环形组合卫星。环形组合卫星可以在不同的轨道平面之间通信以优化传输路径。

另外，每颗卫星可以以不同的波段进行通信或用于不同的目的。一些环形组合卫星可能只能与地面站进行外部通信，一些环形组合卫星可能只能与对地静止卫星进行外部通信，一些环形组合卫星可能提供数据存储功能，还有其他环形组合卫星可能仅用于桥接其他环形组合卫星之间的连接以提供额外的连接或带宽。因为这些环形组合卫星中的每一颗都在环内通信，所以信息可以在包括地面站和卫星网络环外的卫星在内的任何两点之间迅速地进行传输。

附图说明

图1是根据本公开实施例的示例性卫星网络环的示意图。

图2是根据本公开实施例的示例性卫星网络环的第二示意图，其中示出了外部卫星、环形组合卫星和地面站之间的一些潜在通信路径。

图3是根据本公开实施例的示例性卫星网络环的示意图，其中示出了优化的通信路径。

图4是根据本公开实施例的示例性卫星网络环内的多颗环形组合卫星的示意图，其中示出了关于单颗外部卫星的通信管理。

图5是适于与本发明的一个或多个实施例一起使用的计算机系统的框图。

图6是根据本公开实施例的示例性卫星网络环内的多颗环形组合卫星的示意图，其中示出了外部卫星和地面站之间的交叉捆绑通信。

具体实施方式

下面参考附图，对特征、方面和优点进行描述，这些描述旨在阐明而不是限制本发明。在附图中，相同的附图标记一致表示类似实施例中的相应特征。图1至图5示出了卫星网络环的实施例的各个方面。然而，应该理解的是，其中呈现的各个方面和教导不限于任何特定的移动设备或实施情形。

图1至图3示出了基于空间的电子数据传输网络系统（“卫星网络环”或“SkyCloud”）200的实施例。

图1示出了卫星网络环200的实施例，其描述了占据低地球轨道中的单个轨道平面的多颗环形组合卫星201、202、203、204、205、206。外部卫星101、102被示为地球同步通信卫星。地球表面上的地面站301、302被描述为分别定位于外部卫星101、102的覆盖区域中。箭头描述了将信息从地面站301沿着路径A传输到外部卫星101，再沿着路径B传输到环形组合卫星201，再沿着路径C传输到环形组合卫星202，再沿着路径D传输到环形组合卫星203，再沿着路径E传输到环形组合卫星204，再沿着路径F传输到外部卫星102，再沿着路径G传输到地面站302。在该实施例中，至少环形组合卫星201和204能够与外部地球同步卫星进行通信，而环形组合卫星202和203用作环形组合卫星201和环形组合卫星204之间的桥接。取代了通过地球上的电缆发送通信，完全通过基于空间的通信，将通信从地球的一侧行向地球的另一侧传送。

在本实施例中，低地球轨道在地球表面上方约800公里处。在该半径处，完成从环形组合卫星201到202到203到204到205到206并返回201的环线的信息行进了大约45,000公里。在光速下，整个环线引入大约150毫秒的延迟，但是优化的路径很少需要大于一半环线或大约75毫秒的延迟。虽然该图示出了由单个轨道平面中的6颗环形组合卫星201、202、203、204、205、206组成的卫星网络环200，但是应该理解的是，卫星网络环200可以包括更多或更少的卫星，并且那些环形组合卫星可以占据多个轨道平面。额外的环形组合卫星可以提供额外的带宽、紧急后备、备用通信路径、数据存储，和/或备用的外部连接点和/或数据存储。

虽然图1示出了从地面站301到外部卫星101再到环形组合卫星201的通信，但在一些情况下，可以使得或优选地使得通信能够直接从地面站301到环形组合卫星201并从环形组合卫星204到地面站302。当前的通信路径A-B-C-D-E-F-G包括大约165,000公里（或大约550毫秒的距离延迟）的距离，其中的大约140,000公里花费在行进往/来于外部卫星101、102。如果通信可以从地面站301行进到环形组合卫星201，沿着路径C到达路径D再到达路径E，然后从环形组合卫星204到达地面站302，那么该通信路径可以被减少到大约25,000公里（或大约85毫秒的距离延迟）。

图2示出了包括额外的地面站303、304和额外的外部卫星103、104的卫星网络环200的备选实施例。图2也用箭头示出了各个最短通信链路。在本配置中，地面站302、303和304位于地球白天的一侧，而地面站301位于地球夜晚的一侧。当外部卫星103覆盖区域中的使用者通过卫星提供商发送请求时，该使用者的请求由地面站303执行，地面站303将响应发送到外部卫星103，然后发送给使用者。卫星互联网接入和卫星点播服务要求地面站303将内容发送到外部卫星103，以便内容被播到外部卫星103覆盖区域中的使用者。在大多数现代网络中，通信接入点具有比上行带宽更大的下行带宽。在高通信量时段（例如，当前图中的白天业务时间）期间，从地面站302、303、304到每颗相应外部卫星102、103、104的本地请求的上行响应会超过每个地面站的最大上行带宽，或可能会出现基于通信量拥塞的延迟。卫星网络环200通过将非延迟敏感通信量通过卫星网络环200分流到非峰值地面站301，使得提供商能够在峰值通信量期间消除本地上行资源的拥塞。

为了减少地面站302、303、304的上行拥塞，卫星网络环200使提供商能够通过提出非延迟敏感请求（例如，电子邮件递送、流媒体、广播媒体和大型下载）来分流一些上行通信量，从非峰值地面站301到外部卫星101并继续通过卫星网络环200，然后再通过正确的外部卫星102、103、104进行分发。即使这些非延迟敏感请求行进很长的距离并因此会遭受增加的延迟，一旦链路建立并且缓冲完成，受影响的使用者不会觉察到延迟；但是，总网络通信量和本地延迟敏感请求将受益于减少的本地上行通信量。虽然在本示例中峰值通信量和非峰值通信量是以白天和夜晚的形式表示，但峰值通信量和非峰值通信量可以与时间无关，或者甚至可以基于相关通信量而通过网络控制来动态地进行调整和切换以提高使用者满意度。这种网络消除拥塞还使得卫星服务提供商能够从世界其他地区的低成本提供商处获取内容或者承载本来不可获得的本地内容。

图3示出了地面站301和地面站302之间的最优化通信路径。地面站301沿路径V传输至外部卫星101，外部卫星101沿路径W再传输至环形组合卫星201，在此处通信被并入卫星网络环200中。网络管理系统（未示出）并非是将内容发送到下一颗接连的环形组合卫星202，而是计算最优化的通信路径，并沿路径X直接传输至环形组合卫星204，从而缩短距离和延迟。然后，环形组合卫星204沿路径Y传输至外部卫星102，外部卫星102通过沿路径Z向地面站302传输通信来完成通信。虽然本图仅历经2颗环形组合卫星，但是在其他情况下，该通信路径可能包含许多通信路径。在卫星网络环中的一颗或多颗卫星209、210、211不可用的情况下（例如，由于损坏、干扰、本地调控、安全风险、或本地通信量），网络管理系统可以沿替代路线来引导通信路径。在一些情况下，替代路径通过直接从环形组合卫星208传输至环形组合卫星212来绕过不可用的环形组合卫星。在其他情况下，替代路径将并入来自其他轨道平面的环形组合卫星（未示出）。在另外的其他情况下，替代路径将不管不可用的卫星209、210、211，而以相反方向绕网络行进（例如，完成从环形组合卫星208到205到202到212的路径）以完成传输。路径优化使系统能够利用任何可允许的路径来完成传输，并提高卫星网络环200的耐用性、可靠性和速度。在另一个实施例中，如果天气或硬件故障不允许从卫星网络环200直接传输到特定的地面站301，则网络管理系统（未示出）优化替代路径，从而通过替代地面站进行连接，并通过基于地面式通信系统完成连接。

图4示出了相对于单颗外部卫星101多颗环形组合卫星201、202如何一起运转。在本图中，外部卫星101是位于地面站301上方的地球同步通信卫星；但是，外部卫星101可以是任何其他不是环形组合卫星的卫星，例如研究卫星、定位卫星、月球、空间站、航天飞机、非轨道卫星，或任何低地球轨道（LEO）卫星、中地球轨道（MEO）卫星、地球同步轨道（GEO）卫星、高地球轨道（HEO）卫星或椭圆轨道卫星。在图4中，外部卫星101包括三个点波束110、111、112，并且环形组合卫星201和202各自在外部卫星101的点波束之一内。

在一个实施例中，当环形组合卫星位于点波束110、111、112内时，环形组合卫星能够只接收来自外部卫星101的通信。因为环形组合卫星201、202都处于恒定通信下，它们可以利用与外部卫星101的多个同时通信链路。网络管理系统（未示出）可以同时将多颗环形组合卫星201、202连接到一颗或多颗外部卫星101、102（未示出），以实现增加的带宽和传输速率。卫星网络环200是模块化的，因此将额外的环形组合卫星201、202等添加到卫星网络环200中增加了系统的总带宽并增加了路径优化的选项。在一个实施例中，卫星网络环始终在两个连接点之间保持两个或更多个同时通信连接。

除了集合通信之外，卫星网络环200内的恒定连接使得第一环形组合卫星201能够将与外部卫星101的通信无缝地交接到另一颗环形组合卫星202，以保持卫星网络环200与外部卫星101的连接而不中断。在一个实施例中，第一环形组合卫星201当要接管与外部卫星101的通信时，可以与第二环形组合卫星202进行通信。在另一实施例中，第一环形组合卫星201当期望第二环形组合卫星202到达外部卫星101的点波束之一112以内时，可以与外部卫星101进行通信。在另一个实施例中，当第一环形组合卫星201从第一点波束110穿越到第二点波束111时，再穿越到第三光波束112时，依此类推，它可以延续其与外部卫星101的链路。在另一实施例中，领头环形组合卫星201可以将对于特定点波束112或外部卫星101的优化指令传达到末尾环形组合卫星202。在又一实施例中，第一颗环形组合卫星201可以将其认证握手交接到第二环形组合卫星202，以最小化与外部卫星101的连接建立时间。两颗环形组合卫星201、202之间的公开的优化中的每一种都可以应用于三颗或更多颗环形组合卫星。

图5是适用于本公开的一个或多个实施例的计算系统500的框图。例如，可以采用计算系统500的一个或多个部分来执行图2的环形组合卫星201、202等范围内的功能。处理器501耦接到存储器502、数据存储器503、遥测跟踪和控制（TT＆C）系统504、电力系统505、通信适配器508、传感器510和输入/输出接口511。电力系统505包括一个或多个电池506，并且可以包括能够给电池506充电的电源507。通信适配器508连接到一个或多个通信阵列509。

一个或多个处理器501连接到持久性503存储器和/或非持久性502存储器，并控制电力系统505、通信适配器508和通信阵列509、以及数据存储元件（也是502）的运行。多颗环形组合卫星201、202可以集中处理能力以共同管理复杂过程的计算。处理器501或数据存储元件503可以包括加密和/或重删指令，以保护数据和优化存储。处理器501还可以包括授权系统，用于检查接入点凭证并在提供对数据存储元件503的访问之前确保接入点已被授权发送或检索数据。

数据存储元件503由电力系统505供电，并且可包括磁性硬盘驱动器、闪存、3DNAND存储器、3D Xpoint、服务器级存储器、DDR、全息存储器、其他高速缓冲存储器电路或芯片，和/或DNA存储器。一些环形组合卫星201可以是存储卫星，其主要目的是提供远程云存储。数据存储元件503可以进行特别配置、蔽护和安装，以抑制发射期间的力和振动、在空间真空中的温度和压力极端、和/或在行星磁场外部的辐射暴露。可以对磁性硬盘驱动器加压和密封，以便能够在真空中运行。在一些方面，数据存储元件503可以在强辐射期间暂停写入存储元件或完全断电以最小化损坏。在禁用或暂停记录期间接收的任何指令或数据可以被退回到始发存储卫星或者引导到另一颗环形组合卫星203。如果指令或数据是从通信卫星或中继卫星101接收到的，则该指令或数据将被引导到备选环形组合卫星进行记录。数据存储元件503还可以进入低功率或空闲模式。低功率或空闲模式可有益于在低通信量时段期间节省功率消耗、减少热量、或禁用数据存储元件中的一些元件。数据存储元件503可以进行屏蔽以最小化辐射干扰。数据存储元件503可以包括翻转或重写任何损毁坏的比特的能力。数据存储元件503可以是模块化的、可更换的、或可扩展的。数据存储元件503可以将数据冗余地存储在存储卫星内部和存储卫星之间的多个位置上，以安全地备份数据。在一些情况下，在通信阵列509处接收的来自另一颗环形组合卫星203的指令可以绕过处理器501并直接去到数据存储元件503以被记录（或者去到不同的通信阵列509’以被再传输）。

电源507可以包括电耦接到一个或多个电池的太阳能电池板、热收集、原子聚变、原子裂变、化学衰变、或自由电子收集系统中的任何一种。在一个实施例中，电源507是太阳能电池板，其可以收集太阳能以便为环形组合卫星201供电并给电池506充电。当卫星被行星或其他物体遮住太阳光线时，电池提供备用电力。在一个方面，存储卫星包括能够打开和关闭太阳能电池板或者引导太阳能电池板朝向或远离光源以增加或减少吸收的能量的机器人技术和电子指令。在进入地球阴影之前或刚离开地球阴影之后，增加能量吸收可以是有益的。另外，当电池接近满电或者卫星需要减少热能时，降低能量吸收可以是有益的。电源507可包括太阳能电池板507’（未示出）以吸收太阳能或一些其他独立电源。在一些实施例中，卫星包括机器人技术和编程以优化太阳能吸收，包括打开和关闭太阳能阵列和引导吸收板朝向或远离太阳或另一光源。卫星的电池506存储在太阳能电池板507’处收集的能量，从而使得卫星能够在地球或另一物体阻挡太阳光线期间继续运行。在一些实施例中，当电池充电到预定阈值以上时，卫星能够关闭太阳能电池板507’或者设置太阳能电池板507’与太阳相距一定的角度，以最小化过量热量。

通信阵列509可以包括能够与卫星网络环200中的其他环形组合卫星202、203通信的无线通信系统（例如，激光通信链路、微波中继、或射频传输）。环形组合卫星201可以通过光学激光通信链路和/或通过由经授权的联合国管理机构国际电信联盟（ITU）批准使用的任何获准的无线电频率（例如，L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段、K波段、Ka波段、V波段和W波段，或任何其他国际电信联盟认可的频率）与终端使用者进行通信。在一个方面，每颗环形组合卫星201的通信阵列与紧邻前方的领头卫星和紧接在后面的末尾卫星的通信阵列进行恒定通信。卫星网络环200可以创建连续网络，从而允许任何环形组合卫星201向网络中的任何其他卫星发送数据和指令或从中检索数据和指令。在另一方面，每颗卫星还能够与前面的两颗或更多颗卫星以及后面的两颗或更多颗卫星进行通信，以提高网络可靠性和性能。环形组合卫星201还可以与备选轨道平面或轨道半径中的其他卫星进行通信。在一个方面，通信阵列509可以额外地通过一颗或多颗通信卫星进行发送和检索数据和指令，并且该一颗或多颗通信卫星则通过接入点进行发送和检索数据和指令。如前所述，在一些实施例中，优选地，通信阵列509可以直接与地面站301、302进行发送和检索数据和指令。

在一些实施例中，环形组合卫星201包括位置确定系统（未示出）、接近检测（未示出）、碰撞检测（未示出）、温度检测（未示出）、辐射检测（未示出）、用于导航定位的卫星遥测跟踪和控制（TT＆C）传输设备504、输入/输出接口511、和引导或推进系统（未示出），使得环形组合卫星201可以自行校正轨道衰减或调整卫星间隔，以便在卫星网络环200中优化地增加或减少其他环形组合卫星202。

在一个实施例中，卫星云网络包括在低地球轨道（在地球表面上方160公里到2000公里之间）行进的多颗存储卫星。尽管在许多实施例中讨论了轨道卫星，但是在不脱离本发明的情况下，可以将依赖于诸如气球、飞艇、飞船、飞机、船只、固定数据中心或任何其组合的亚轨道元件的类似网络并入到网络中，这对于本领域普通技术人员来说应该是显而易见的。每颗存储卫星与其前面的卫星和后面的卫星进行通信，从而创建连接环中每颗卫星的连续环路或环。如果一颗卫星停止工作，则所有剩下的存储卫星通过沿相反方向发送数据保持网络通信。额外的或冗余的卫星还可以增加网络系统的灵活性和生存性。

图6示出了卫星网络环200的备选实施例，其示出了每颗环形组合卫星201、202、203、204、205、206、207可以以不同的波段通信或用于不同的目的。在本实施例中，每颗环形组合卫星201、202、203、204、205、206、207能够接收不同的微波通信波段（例如，L波段、S波段、C波段、X-波段、Ku波段、K波段、Ka波段和V波段），因此卫星网络环200能够交叉捆绑通信卫星而不向位于地球表面的地面终端或地面站301、302、303、304、305传输信号或从其传输信号。对地静止通信卫星101以Ku波段、X波段和C波段进行广播。对地静止通信卫星102以Ka波段和S波段进行广播。

因为卫星网络环200内的环形组合卫星201、202、203、204、205、206、207是都是通信链接的，所以来自对地静止通信卫星101的由环形组合卫星202拦截的Ku波段信号或由环形组合卫星204拦截的C波段信号可以通过卫星网络环发送，并以与信号被接收的频率不同的频率波段发送穿过卫星网络环，并传输到对地静止通信卫星102。并非是要包含一群每颗卫星都包含能通过所有或许多频率波段进行通信的阵列的交叉捆绑卫星，而是卫星网络环要通过单波段中继卫星来实现不同微波频段通信的卫星之间的交叉捆绑。

在本实施例中，X波段卫星203可以从对地静止通信卫星101接收X波段通信，通过光学激光器将该信号发送到Ka波段卫星205（或直接或通过中间的环形组合C波段卫星204）。Ka波段卫星205可以将信号传输到对地静止通信卫星102，而对地静止通信卫星102又将信号再传输到Ka波段终端305。通过卫星网络环200，多颗相对低价的单频（或有限频率）波段中继卫星可以交叉捆绑着现有卫星系统而不依赖中间地面站，这可以显著地减少地面站的上行拥塞。

因为这些环形组合卫星中的每一颗都在环内通信，所以信息可以在任意两点之间迅速进行传输，并且由于每颗单独的卫星都可以简单地构建，因此该系统能够低价地和模块化地进行扩展，以便使得能够与任何现有或新的卫星系统进行通信。该卫星网络环200使得提供商能够通过将非延迟敏感通信量通过卫星网络环200分流到非峰值地面站301，来在峰值通信量期间消除本地上行资源的拥塞。

另外，在至少一个实施例中，所描述的系统能够将调制信号从一个频率（例如，RF、光学、微波等）转换到另一个频率，而无需对信号进行解调或再调制，从而能够使得系统可以迅速地转换和传输信号，而不会有以任何方式处理信号而导致的额外的延迟。

尽管在某些优选实施例、实现方式和示例的上下文中公开了各个方面和实现方式，但是本领域技术人员将理解，本发明可以超出具体公开的实施例并扩展到其他替代实施例，和/或可以使用发明性方面和显而易见性修改及其等同项。另外，虽然已经注意到这些方面的许多变型，但是基于本公开内容，在本发明范围内的其他修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。还应当理解，本公开的范围包括本文公开的实施例的特定特征和方面的各种组合或子组合，这样各种特征、实现方式和操作以及所公开主题的方面可以相互结合或相互替代。因此，旨在使得本文公开的发明范围不应受上述具体公开的实施例或实施方式的限制，而应仅通过合理阅读权利要求来确定。

类似地，本公开方法不应被解释为反映了要求保护多于该权利要求中明确记载的特征的意图。而是，以下权利要求所反映的是，发明性方面在于使用比任何前述公开的单个实施例的所有特征要少的特征的组合。因此，遵循具体实施方式的权利要求书在此明确地并入该具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例。

Claims (19)

1.一种基于空间的电子数据传输网络系统，包括多个通信链接的低地球轨道卫星，所述多个通信链接的低地球轨道卫星占据着形成了围绕地球的至少一个连续通信环路的一个或多个轨道平面，

其中，由第一通信链接的低地球轨道卫星从第一对地静止卫星接收的第一内容被传输到第二通信链接的低地球轨道卫星，其中所述第二通信链接的低地球轨道卫星将所述第一内容传输到第二对地静止通信卫星以将其传输到地面站；

其中，所述第一对地静止通信卫星和所述第一通信链接的低地球轨道卫星之间的通信链路的频率与所述第二通信链接的低地球轨道卫星和所述第二对地静止通信卫星之间的通信链路的频率处于不同的波段内。

2.根据权利要求1所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，与所述第二对地静止通信卫星直接通信的第二地面站在高上行通信量负载时工作，并且所述多个通信链接的低地球轨道卫星对来自与所述第一对地静止通信卫星直接通信的第一地面站的上行通信量进行重定向，所述第一地面站经历比所述第二地面站更低的上行通信量负载。

3.根据权利要求1所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第一对地静止通信卫星和所述第一通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在Ku波段内。

4.根据权利要求3所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在K波段内。

5.根据权利要求3所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在Ka波段内。

6.根据权利要求3所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在述C波段内。

7.根据权利要求1所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第一对地静止通信卫星和所述第一通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在K波段内。

8.根据权利要求7所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在Ku波段内。

9.根据权利要求7所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在Ka波段内。

10.根据权利要求7所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在C波段内。

11.根据权利要求1所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第一对地静止通信卫星和所述第一通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在Ka波段内。

12.根据权利要求11所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在Ku波段内。

13.根据权利要求11所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在K波段内。

14.根据权利要求11所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在C波段内。

15.根据权利要求1所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第一对地静止通信卫星和所述第一通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在C波段内。

16.根据权利要求15所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在Ku波段内。

17.根据权利要求15所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在K波段内。

18.根据权利要求15所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述第二对地静止通信卫星和所述第二通信链接的低地球轨道卫星之间的所述通信链路的频率落在Ka波段内。

19.根据权利要求1所述的基于空间的电子数据传输网络系统，其中，所述基于空间的电子数据传输网络系统是模块化可扩展的。

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