CN114785406A - 使用低延时/低数据带宽和高延时/高数据带宽通道的通信方法和系统 - Google Patents

使用低延时/低数据带宽和高延时/高数据带宽通道的通信方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供了使用低延时/低数据带宽和高延时/高数据带宽通道的通信方法和系统，一种通信系统使用多个通信链路，优选地是使用不同通信介质的链路。多个通信链路可以包括高延时/高带宽链路，其使用被配置为承载大量数据但是具有高延时的光纤线缆。通信链路还可以包括低延时/低带宽链路，其使用无线电波的天波传播来实现并且被配置为在地区表面的相当一部分上以低的延时承载少量数据。两个通信链路可以一起用于协调多种活动如购买和销售金融工具。

Description

使用低延时/低数据带宽和高延时/高数据带宽通道的通信方 法和系统
本申请是申请号为“201580067743.3”，申请日为“2015年12月8日”，题目为“使用低延时/低数据带宽和高延时/高数据带宽通道的通信方法和系统”的中国专利申请的分案申请。
背景技术
最近的技术改进已经显著地改进了跨大距离通信的能力。广阔的光纤和卫星网络现在允许世界的遥远部分彼此通信。但是，通过跨越这些大的距离如跨越大西洋和太平洋，光纤线缆可能发生大约60微妙或者更多的回程延时或者时滞。卫星通信可能经历甚至更大的时滞。在许多情况中，该高延时不可克服，因为其是通信介质和设备固有的。例如，与经过自由空间传播相同距离的无线电波相比，光可能慢30-40％穿过光纤。光纤网络典型地需要多个中继器，其进一步增加延时。虽然通常在多个情况中没有问题，但是该高延时可能在对时间敏感的活动尤其是需要复杂逻辑和/或取决于快速变化的条件的对时间敏感的活动的执行中导致不可接收的延时。例如，举几个实例而言，在分布式计算机系统的操作和/或同步、具有地理上大的传感器阵列的科学实验以及远距离医学/诊断活动中，这些延时问题可能例如对活动的整个逐渐造成问题。在一个具体的实例中，在世界市场中下单购买和销售证券或其他金融工具典型地依赖于使用光纤线路、同轴线缆或者微波通信链路在系统上承载数据和指令的通信链路。在订单执行中例如由光纤线路上的高延时导致的任意延迟可能导致严重的金融损失。
发明内容
开发了一种独特的通信系统和方法来解决上述延时问题以及其他问题。在通信系统中，命令数据被发射以在接收到触发数据之前(或同时)在接收站被接收。命令数据包括一个或多个指示、指令、算法和/或用于控制机器如计算机和/或机械设备以采取一个或多个动作的规则。例如，一种形式的命令数据包括用于以特定价格水平、范围和/或基于其他条件来购买和/或销售特定期权或股票的程序。命令数据典型地(但是并非在所有情况中)大于触发数据的大小，因而命令数据需要比触发数据更长时间通过具有相同数据带宽的通信链路发射。触发数据包括用于识别要执行的命令数据中的一个或多个命令的信息。例如，触发数据可以识别用于识别在特定价格(或多个价格)购买特定股票(或多个股票的命令数据中的一个或多个特定期权。在一个实例中，命令数据通过具有高带宽和高延时的通信链路如通过光纤线缆来发射，以及触发数据通过具有低带宽和低延时的通信链路如经过通过从电离层折射和/或散射无线电波的天波传播来发射。然后，能够在接收站比通过由光纤线缆所提供的高带宽和高延时通信链路发射更快速地接收大小相对小的触发数据。该通信系统和方法显著地降低了在远程距离在大距离上执行复杂的对时间敏感的动作如金融交易的时间。在一个形式中，该技术用于远程执行跨无线电地平线的动作如用于越洋通信。该技术可适用于单向型通信或者甚至双向型通信。
在一个实例中，该独特的通信系统和方法使用多个通信链路。在一个形式中，通信链路使用不同的通信介质。该系统例如可以用于在可以是市场事件、新闻报道、预定日期和时间等等的触发事件之前，通过高延时/高带宽链路发射预编程命令或规则的大集合。该规则或编程动作的集合可以作为软件更新来发送到可执行程序，或者作为用于现场可编程门阵列(FPGA)的固件升级。当触发事件发生时，可以仅通过低延时/低带宽链路，或者通过两个链路发送触发数据，导致按计划执行预编程命令。
在该系统的一个实例中，低延时/低带宽通信链路使用无线电波应和高延时/高带宽通信链路来发射数据，高延时/高带宽通信链路可以是在光纤线缆上操作的分组切换网络。该组合可以包括在高和低延时链路之间具有广泛变化的差异的各种组合。低延时链路可以使用高频(HF)无线电波来通过北美和欧洲之间的传播路径发射。无线电波可以例如利用20到25ms或更小(40到50ms回程)的单向延时来发射。延时更高的链路可以通过不同的传播路径承载数据，或者经过两个大陆之间的不同介质，其可以例如具有大约30ms或更大的单向延时或者60ms或更大的双向延时。
系统还可以恒定地监视和基于太阳和大气条件使用不同HF频带来维持远程位置之间的最高可用信号强度。该监视可以包括访问第三方数据、分析由实验获得的结果、和/或使用软件建模。这些条件可能在可以使用天波传播来基于长距离中继HF发射的低延时链路中尤其重要。该天波传播可以被地面或者有可能在天空中的中继器站放大。
在另一个方面中，通过在分离的通信链路上发送动作和/或触发消息的连续的流以迷惑恶意第三方以及挫败拦截和解密未来发射的企图，可以增强系统的整体安全性。这些消息可能非常短，或者与可能持续进行或者在预定调度上仅进行短的时间段的各种其他发射混合。在相关方面中，通过在一个或多个频率上通过天波传播发送短的消息或者通过在相同时间在多个频率上发送一个消息的小部分，可以增强安全性。各种附加技术也可用于增强安全性如加密、双向哈希等等，这可能导致两个链路中的附加延时。
为了辅助理解该通信系统和方法的独特的特征，将参考股票、债券、期货或其他金融工具的交易的执行来描述该通信系统和方法，但是应该认识到该系统和方法可以用于关注延时的大量其他领域，如用于分布式计算、科学分析、远距离医疗、军事操作等等。
本发明的其他形式、目标、特征、方面、效益、优点和实施方式将从本文提供的详细说明和附图变得显而易见。
附图说明
图1是用于通过分离的通信链路发射数据的系统的示意图，其中一个通信链路使用天波传播；
图2是进一步示出了图1的天波传播的示意图；
图3是示出了在图1的天波传播中的基于地面的中继器的使用的示意图；
图4是示出了在图1的天波传播中的空气传播中继器的使用的研究者示意图；
图5是示出了包括图1中所示的电离层的大气附加层的示意图；
图6是示出了图5中所示的大气的各种电离层的示意图；
图7是示出了图1-图6中整体所示的天波传播的附加细节的示意图；
图8是示出了图1的通信节点的附加细节的示意图；
图9是示出了图8中的RF通信接口的附加细节的示意图；
图10-图13是示出了多个通信链路如图1-图9中所示的那些通信链路的协作使用的定时图；
图14是整体示出了由图1-图13的系统采取的动作的流程图；以及
图15-图18是示出了图14中所示的动作的附加细节的流程图。
具体实施方式
为了促进理解本发明的原理，现在将参考附图中所示的实施例，并且将使用特定语言来描述实施例。然而要理解不是意图通过其限制本发明的范围。在所述实施例中的任意替换和进一步修改以及如本文所述的本发明的原理的任意进一步应用应理解为将是本发明所涉及的领域中的熟练技术人员通常想到的。详细显示了本发明的一个实施例，但是对相关技术领域的熟练技术人员显而易见的是为了清楚起见可以不显示与本发明无关的一些特征。
图1在100示出了被配置为经由低延时低带宽通信链路104来传递数据和经由高延时高带宽通信链路108分离数据的系统的一个实例。通信链路104和108提供第一通信节点112与第二通信节点116之间的分离的连接。低延时连接104可以被配置为使用经由天波传播来穿过自由空间的电磁波124发射数据。电磁波124可以由第一通信节点112中的发射器生成，沿发射线路136传递到天线128。波124可以被遇到大气120的电离部分的天线128辐射。该辐射的电磁能量然后可以被大气120的电离部分折射，导致波124朝向地球重定向。波124可以被通过发射线路140耦接到第二通信节点116的接收天线132接收。如图1中所示，发射通信节点可以使用天波传播来沿跨越地球表面的远距离发射电磁能量而无需一个或多个发射线路承载电磁能量。
也可以使用高延时通信链路108在通信节点112和116之间发射数据。如图1中所示，可以使用经过地球传递(其可以包括经过或在海洋或其他水体之下传递)的发射线路144来实现高延时通信链路108。如图1中所示，高延时通信链路可以包括中继器152。图1示出了沿发射线路144的四个中继器152，但是可以使用任意适当数量的中继器152。发射线路144还可以完全不具有中继器。虽然图1示出了通信链路104从第一通信节点112向第二通信节点116发射信息，但是，所发射的数据可以沿通信链路104、108在两个方向中传递。
图1中所示的配置进一步示出在图2中，在图2中，第一通信节点112和第二通信节点116在地理上彼此远离分离地球表面(156)的实质性的距离。地球表面的该部分可以包括一个或多个大陆、海洋、山脉或者其他地理区域。例如，在图1-7中跨越的距离可以覆盖单个大陆、多个大陆、海洋等等。在一个实例中，节点112在美国伊利诺伊周芝加哥，以及节点116在英国英格兰伦敦。在其他实例中，节点112在纽约州纽约市以及节点116在加利福尼亚周洛杉矶，两个城市都在北美。设想了可以提供满意的延时和带宽的距离、通信节点和通信链路的任意合适的组合。
图2示出了天波传播允许电磁能量穿越长距离。使用天波传播，低延时通信链路104发射电磁波124到大气120的被充分电离以将电磁波124朝向地球折射的一部分中。这些波然后被地球表面反射并且返回到上大气120的电离部分，在那里波可以被再次朝向地球折射。因此，电磁能量可以重复地”跳跃”，允许低延时低带宽信号124覆盖实质上比由非天波传播所覆盖的距离更大的距离。
图1中所示的系统的另一个实例出现在图3中，在图3中可以使用中继器302和306来增强参考图1和图2所讨论的天波传播。在该实例中，第一中继器302可以接收从天线128发射的低延时通信信号。该信号可以被电离区域120折射并且返回到地球，在那里它们可以被中继器302接收到并且经由天波传播重传。折射信号可以被中继器306接收到并且使用天波传播经由天线132重传到第二通信节点116。虽然在图3中示出了两个中继站，但是地面中继站302的任意合适的数量、配置或定位被考虑。增加中继器302、306的数量可以提供在更宽广的大气团阵列中基于更大的距离发射低延时信号的机会，然而，用于接收和重传信号的中继器电路的物理限制可能增加低延迟通信链路104的额外延迟。
图4示出了图1中示出的系统的另一个实例，在图4中沿第一通信链路的一个或多个中继器是机载的如在飞机、飞艇、气球或被配置为维持中继器在大气之上的其他设备410中。在该实例中，从第一通信节点112经由天线128发射的信号可以被机载中继器414接收为视距通信402或者被本文其他地方所述的天波传播接收。信号可以被机载中继器414接收并且重传为视距通信406或者沿低延时链路104被天波传播到第二通信节点116。
在图5-7中示出了关于天波传播的附加细节。在图5中示出了所公开的系统与上层大气的各层之间的关系。为了无线电发射的目的，上层大气的层可以如图所示分割为连续的更高层如对流层504、同温层508和电离层。
电离层被如此命名是因为其包括高浓度的电离颗粒。在离地球最远的电离层中的这些颗粒的密度非常低并且在更靠近地球的电离层区域中变得逐渐更高。电离层的上部区域被来自太阳的强大的电磁辐射赋能，其包括高能紫外线辐射。这些太阳辐射导致空气电离化为自由电子、阳离子和阴离子。即使在上部电离层中的空气分子的密度低，来自空间的辐射颗粒也具有这么高的能量以至于它们导致出现的相对少的空气分子的广泛电离化。随着空气变得更稠密电离化强度减弱地向下延伸经过电离层，因此最高程度的电离化发生在电离层的上层极限，而最低程度发生在电离层的下部。
图6中进一步示出了电离层512的上部和下部极限之间的电离化的这些差异。图6中示出了电离层，其具有三个层，从最低水平到最高水平分别指示为D层608、E层612和F层604。F层604可以进一步分割成两个层，指示为616处的F1(较高层)和620处的F2(较低层)。层616和620在电离层中的出现和缺失以及它们在地球上面的高度可以随着太阳的位置变化。在正午，从太阳624传递进入电离层的辐射最大，到日落逐渐减小，并且在夜晚最小。当辐射移除时，许多离子重新组合，导致D层608和E层612消失，并且进一步导致F1层616和F2层620在夜间重组成单个F层604。由于太阳的位置关于地球上给定点而变化，电离层512的层608、612、616和620的确切的特征可能极其难以预测，但是可以凭经验确定。
无线电波使用天波传播到达远程位置的能力取决于多个因素如层608-620(当它们出现时)中的离子密度、发射的电磁能量的频率和发射角度。例如，如果无线电波的频率逐渐增加，则将到达这样一种点即在该点处波不会被作为电离层512的最低电离层的D层608折射。波可以继续经过D层608并且进入E层612，在E层612其频率仍然太大而不能折射传递经过该层的信号。波124可以在被朝向地面弯曲之前继续到F2层620并且也可能进入F1层616。在一些情况中，该频率可能高于这样一种临界频率即该临界频率使得不能发生任意折射从而导致电磁能量辐射出地球大气(708)。
因此，在特定频率上，垂直地发射的电磁能量继续到空间中并且不被电离层512折射。然而，如果传播角度704低于垂直角，低于临界频率的一些波可能被折射。降低传播角度704还允许由天线128发射的电磁波124在跳跃区域720中朝向地球表面折射，使其能够跨越跳跃距离724并且到达远程天线132。因此，在特定跳跃距离724上的成功的天波传播的机会进一步取决于发射角度和频率，并且因此最大可用频率随电离层的条件、希望的跳跃距离724、传播角度720而变化。图7还示出了非天波传播如地波信号和/视距信号716不可能跨越跳跃距离724。
图8示出了类似于通信节点112和116的通信节点800的附加方面的一个实例。通信节点800可以包括用于控制通信节点800的多种方面的处理器804。处理器可以耦接到用于存储规则或命令数据820的存储器816。还可以包括用于接收用户输入以及提供输出(I/O)到用户(824)的设备。这些设备可以包括键盘或键区、鼠标、显示器如平板监视器等等、打印机、绘图机或3D打印机、相机、或麦克风。可以包括用于用户I/O的任意合适设备。节点800还可以包括响应于处理器804并且耦接到通信网络836的网络接口832。安全模块828也可以被包括并且可用于降低或消除随着数据在通信节点800之间传递被第三方拦截、堵塞或改变数据的机会。在一个实例中，通信节点800实现为用于执行软件以控制节点800的各种方面的交互的计算机。
网络接口836可以被配置为发送和接收数据如命令数据820或可以从触发系统840传递的触发数据。通信网络836可以耦接到网络如英特网并且被配置为无需使用天波传播来发送和接收数据。例如，通信网络836可以在光纤或者类似于以前的图中所示的传输线路144一样沿地面前进的其他传输线路上来发射和接收数据。
节点800可以包括响应于处理器804并且耦接到射频812的第二网络接口808。第二网络接口808可用于传递数据如命令数据820或从触发系统840传递的触发数据。网络接口808可以耦接到天线如天线128，其可以包括多个天线或天线元件。射频通信接口808可以被配置为使用经由天线128发射和/或接收的电磁波来发送和接收数据如触发数据。如上文所讨论的，天线128可以被配置为经由天波传播来发送和接收电磁波。
节点800可以包括图9中所示的附加的方面。射频通信接口812可以包括被配置为使用天线128来发射电磁能量的发射器904。接收器908也可以可选择地包括并且被配置为从天线128接收电磁波。发射器904和接收器908还可以耦接到调制解调器912，其被配置为调制通过接口812接收到的信号以将来自数字流的信息或数据编码为被发射器904传输。调制解调器912也可以被配置为解调通过接收器908从天线128接收到的信号以将发射信号解码成可被处理器904使用或者可以存储在存储器816中的数字数据流。
图10到图13示出了所公开的系统在操作中的实例，示出了各种网络可以如何单独使用或共同使用来发射与各种事件相对应的命令数据和触发数据。图10至图13示出了使用标记为”A”和”B”的两个分离的通信链路。这些链路可以如所示一前一后地或者独立地使用任意合适的通信链路。例如，通信链路A可以是类似于通信链路104的低延时链路，以及通信链路B可以是类似于通信链路108的高延时链路。在另一个实例中，通信链路A和B可以是低延时通信链路。在另一个实例中，通信链路A和B可以是高延时通信链路。在另一个实例中，数据带宽的任意组合可用于链路A和B。例如链路A可以是具有高或低数据带宽的低延时链路，以及链路B可以是具有高或低数据带宽的高延时链路。
更具体地，在一个实例中，链路A是承载触发信号的低延时/低数据带宽通信链路并且如本文所讨论使用经由天波传播而传播的HF无线电波来实现。在该实例中，链路B是承载命令数据的高延时/高数据带宽通信链路并且如本文所讨论使用光纤线缆、同轴线缆或者其他传输线路来实现。
图10示出该系统的操作，示出了随着时间推移来传递与事件1020、1024和1028相对应的数据的链路A和B。在图10中，链路B被示出为比低延时链路A具有较高数据带宽和较高延时。高延时链路B用于在对应的连续的事件之前的时间周期上传递命令数据。在事件1020之前，可以通过高延时链路B用相对短的时间量来传递命令数据1016，以由于链路B的较高的数据带宽而传递大量数据。在大约发生事件1020的时间，可以通过低延时链路A发射触发信号1012。触发信号1012可以包括用于识别要被处理器如处理器804执行的一个或多个命令的标识符。
在与后续事件1024相对应的数据1017可以在事件1024之前通过高延时链路B传递的情况下，该过程可以重复多次。然后可以响应于事件1024导致在接收通信节点的处理器中执行多种指令和规则，使用天波传播通过低延时链路A发送触发信号1013。事件1028可以导致系统发送触发1024，其可以提前选择与数据1018一起发送的命令。因此，图10示出了数据1016、1017和1018从一个通信节点到远程通信节点通过高延时链路B的连续的传递。随着事件1020、1024和1028随时间而发生，可以使用低延时链路A来触发触发信号1012、1013、1014，以快速传递这样一种信息即该信息被配置为触发远程接收通信节点以作用于在对应的事件发生之前发送的命令或数据1016、1017和1018的其他方面。
还设想了链路A和B的其他配置和使用。在另一个实例中，链路A是承载命令数据和触发数据的低延时/低带宽通信链路并且如本文所讨论的使用经由天波传播而传播的HF无线电波来实现。在该实例中，链路B是承载命令数据和触发数据的高延时/高带宽通信链路并且如本文所讨论的使用光纤线缆、同轴线缆或其他传输线路来实现。
在图11中示出了所公开的系统的该实例的操作。在图11中，使用低延时链路A和高延时链路B发射数据1116、1117、1118。还如图所示响应于事件1120、1124和1128，通过链路A和链路B发射触发信号1112、1113和1114。在该配置中，低延时链路A和高延时链路B分别提供冗余，从而如果触发数据或命令数据无法发射或接收，则数据(如链路A上的信号1112或者链路B上的数据1118或触发信号1114)仍然可以通过另一个通信链路传递到远程通信节点。信号1112或1114可能由于任何数量个原因而不能接收或发送，如设备故障、大气条件改变、光纤线缆的切断或损坏、天线或天线阵列损坏等等。
如图11中所示，在低延时链路A比高延时链路B具有更低数据带宽的情况下，链路A可能需要附加时间来传递数据1116、1117、1118。在其他实例中，这些情况可以反转，其中高延时链路B采用比低延时链路A更长时间来传递数据，或者链路A和B可以采用大约相同的时间量。图11示出了例如数据1116可以通过低延时/低带宽链路A比高延时/高带宽链路B用更长时间来发射。
图12示出了传递与通过高延时/高带宽链路B所传递的命令数据和触发数据相对应的命令数据和触发数据的低延时/低带宽链路A的另一个实例。在该实例中，在事件1220之前通过链路B传递数据1216。响应于事件1220，通过链路A传递触发信号1212以激活或执行命令、规则比较或与数据1216相对应的其他指令。在该实例中，高延时链路B传递数据1216作为编码数据传输1240的稳定流的一部分。编码数据1240可以包括哈希的、加密的或者否则混乱的数据传输以遮蔽数据1216，降低或消除未授权访问的机会。该数据编码可以使用任意合适的技术如公用或专用密钥加密、单或双向哈希等等。在该实例中，编码数据流1240通过高延时链路B继续传递并且包括数据1216、1217和1218连同触发信号1212、1213和1214。图12还示出了系统可以被配置为在不将触发信号包括在编码数据1240的情况下发射触发信号(1212、1213)并且可以可选择地与稍后的触发数据1214的集合一起开始通过低延时链路A发送编码流1240。通过发送可以包括或不包括命令数据和触发数据的连续数据流，可以在事件1220、1224和1228之前完全降低或消除对于传输1240中编码的命令的未授权访问。
通过低延时链路A发送的传输也可以被编码以降低或消除未授权访问的机会，并且可以或不可以与编码数据1240一前一后发送。如图12中所示，触发信号1212可以不作为连续编码数据流的一部分来发送，而在另一个实例中，类似地触发信号1214可以作为编码数据1240的一部分来发送。利用低延时链路A，类似的编码技术可以用于数据，如公用或专用密钥加密、单或双向哈希或用于模糊触发数据1214的其他合适的方式。通过将触发信号作为连续编码数据流的一部分来发送，可以降低或消除未授权访问，因为触发信号可能对时间敏感，导致其昂贵到在其被使用或者其有用性到期之前不能确定触发信号的内容。
图13示出了所公开的系统的操作的另一个实例，其中，触发信号1312、1313、1314可以对应于停止发送载波信号或数据流1350的低延时链路A。通信节点可以被被配置为接收载波1350并且当载波1350停止以在发送触发信号之前被发送时可以被触发以接收触发信号1312、1313、1314。载波信号1350可以包括由天波传播或由任意其他合适的方式发送的连续的数字或模拟信号。该信号可以包括在单个频率上的连续的模拟信号、随着时间连续变化的信号或者其他合适的信号。载波信号1350还可以包括数字数据传输，包括例如包含保持相同或者随着时间以可预测形式改变的信息的数据报的重复的序列。
载波信号例如在1315处的遗失或改变可以指示对接收通信节点的触发信号，或者将要发送触发信号。该实例可以特征在于这样一种通信节点即该通信节点被配置为基于“信号低”条件上的数据1316、1317、1318来触发响应，如当载波1359刚好在触发信号1312、1313或1314的传输之前在1315处停止发射时。高延时链路B可以类似地配置。载波1350的使用可以与图10-13中所示的任意其他方法或其任意组合一起使用，以响应上文讨论的任意事件。
在本文(如图10-13中)公开的任意实例中，通过在分离的通信链路上发送动作和/或触发消息的连续流以迷惑恶意第三方和挫败拦截和解密未来传输的试图，可以增强系统的总体安全性。可以同时在多个链路上、通过分离的发射器和接收器以不同的传播路径，或者用其任意组合，发送相同的消息。这些消息可能非常短，或者与其他传输混合，并且可以连续地发送，或者在预定调度上仅以短的时间周期发送。在相关方面中，通过在一个或多个频率上基于天波传播发送短消息或者通过在相同时间在多个频率上发送消息的小部分，可以增强安全性。可以应用各种附加的技术来增强安全性，如加密、双向哈希等等，这可能引起两个链路中的附加的延时。
从图10-13中不应理解为在两个链路上传递相同或类似大小的数据所需要的时间有任何关联。虽然图10-13示出了高延时/高带宽链路B传递数据所需要的时间长度与低延时/低带宽链路A之间的关系，但是图10至图13是说明性而不是限制性的。链路A可能比链路B花更多或更少时间来发送相同大小的数据，并且反之亦然。
在图10至图13中所示的任意通信链路中，天波传播可用于发射数据。例如，链路A和B可以是使用如本文所讨论的天波传播的低延时链路。在该实例中，低延时链路A和B可以被配置为用于高或低数据带宽。在另一个实例中，链路A和B可以是使用除了天波传播之外的传播技术如经过仅举几个非选择性实例而言的光纤线缆、铜线等等传递的电磁波的高延时链路。高延时链路A和B可以被配置为用于高和低数据带宽。
图14中在1400处示出的是可被系统(例如图1中所示的系统)用于实现上文讨论的特征的动作的总体流程。最初可以在1404处通过被被配置为发射命令数据的发射通信节点如节点112或节点800发送命令或命令数据。系统可以等等触发事件(1408)以及当触发事件发生时在1412处发送触发数据。接收通信节点(例如像节点116或800)然后可以因此执行包括在命令数据中的命令(1416)。
图15中示出的是关于在发送命令数据(1404)中可以采取的动作的附加细节。在1504处，可以接收或创建命令数据。该数据可以从发射第三方接收或者被系统本身处理以生成一个或多个命令。命令数据的一个实例是要被金融交换执行的一个或多个交易的集合。命令可以包括基于各种规则和前提自动购买和/或销售金融工具的订单。这些规则和前提可以包括如果市场处于特定价格、如果一个或多个技术指示符发信号表示购买或销售、或者如果从私有或政府实体接收到的特定市场数据包含与预定水平(例如“新房开始”、“国内生产总值”、政府债券的利率等等)相对应的特定值，则购买或销售。
如本文其他地方所讨论的，可以可选择地应用安全协议于命令数据(1508)。该安全协议可以包括使用公用或专用密钥加密技术来加密命令数据、应用编码算法如双向哈希等等。用于保全命令数据的任意合适的技术可用于使得数据对于第三方不可读或不可用。
命令数据可以从发射通信节点发射(1512)到接收通信节点。可以使用用于通信命令数据的任意合适的技术如将命令数据作为一系列任意合适大小的信号、分组或数据报。命令数据或/和触发数据的传输可以在低延时低带宽通信链路如通信链路104上或者在高延时高带宽通信链路如通信链路108上发生。命令数据还可以由多个通信链路如通信链路104和108顺序地或者大约同时地发射。发射的命令数据可以由接收通信节点使用本文讨论的任意通信链路来接收。系统可选择地检查接收到的数据的完整性并且如果数据的一部分未接收到或者在传送中被破坏则可以可选择地与发射通信节点协调来自动重发数据。
当在接收通信节点处接收到命令数据时，命令可以准备待执行(1520)。该准备可以包括更新或替换存储在计算机上的存储器中的软件，以便其当触发事件发生时被处理器或其他电路执行。在另一个实例中，用于1520处的执行的准备命令可以包括编程现场可编程门阵列(FPGA)以自动执行该命令。该过程可以通过合适的方式发生如通过在使用FPGA或类似的重编程电路的计算机上执行固件更新。当命令准备被执行时，系统然后可以等待触发事件发生(1524)。
当等待触发事件发生时系统可以执行各种其他活动，图16在1408处示出了其实例。如果没有发生触发事件(1602)，则通信节点可以在通信链路的任意末端或者两个末端采取各种动作。当等待触发事件发生时可以继续采取这些动作。
在1604，系统可以确定最大可用频率。可以采取该动作来维持通信链路如经由天波传播来通信的链路104。可以通过使用处理器如处理器804控制发射器904通过电磁频谱中的一个宽的频率范围发送信号来自动确定该最大可用频率。处理器还可以控制接收器908侦听来自其他发射通信节点的响应。处理器然后可以分析发送的信号以及接收到的响应，以确定可用于实现与各种远程通信节点的通信的最大可用频率。
在另一个实例中，可以通过由第三方如政府实体提供的传播数据，预测或确定最大可用频率。该第三方可以连续监视宽的频率和距离范围上的天波传播，提供该传播数据作为计算电磁频谱中的频率范围上的跳跃距离的辅助。可以使用距离、大气条件以及影响传播的任意其他因素的软件建模来确定最大可用频率。
在1608，系统可以确定最大可用频率。可以如上所述凭经验或者通过接收和处理已更新的第三方传播数据来确定最大可用频率。最大和最小可用频率然后可以存储(1612)在处理器可访问的存储器中。
当系统等待事件时(1602)，通信节点可以发射可以包括或不包括任意有用数据的信号的稳定流。该信号或数据准备在1616处传输，并且如上所述，该传输可以包括或不包括有意义的命令数据或触发数据。这些通信节点可以例如以规律的时间间隔或者按照数据的具体顺序发送传输。这样，通信节点可以维持通信链路，从而快速变得知道通信链路何时被危及。
在通信链路使用天波传播(如通信链路104)的情况中，系统可以使用处理器或其他逻辑电路选择传输频率(1620)。选择传输频率可以包括在1604和1608处确定的最小和最大可用频率之间选择频率。这可以根据被配置为基于发送和接收时间来重复地选择不同频率的“跳频”系统来完成。选择传输频率还可以包括从预定集合或频率范围如在扩频“信号跳跃”配置中选择频率。可以根据任何合适的技术如通过在不同频率上使用了多个发射器或接收器的多输入/多输出(MIMO)来确定频率。在确定传输频率之后可以发射(1624)数据。
当系统等待事件发生时(1602)可以并行地继续图16中所示的动作。当触发事件发生时，可以发送(1412)触发数据。图17中在1412处示出了当发送触发数据时系统可以采取的动作的附加细节。可以准备(1704)触发数据，其可以包括从第三方数据源提取或接收触发数据以及将其配置为通过通信链路如通信链路104或108传输。安全协议可以应用于触发数据(1708)以降低或消除第三方个体在未授权的情况下获得数据的机会。如本文其他地方所讨论的，可以应用任意合适的安全协议。
然后可以选择(1712)传输频率。实例包括在以前确定的最大和最小可用频率之间选择频率或者通过从预定频率集合如在“信号跳跃”配置中选择频率。在另一个实例中，系统可以在相同的时间基于多个频率来发射。系统然后可以在1716处沿如本文其他地方所讨论的一个或多个通信链路发射触发数据。
图18示出了当接收触发数据时系统可以采取的动作的附加细节。如1416处所示，接收通信节点可以在1804接收触发数据。在1808，安全协议可以应用来解扰，解密、解码或者否则去除当发送触发数据时应用的任意安全措施。处理器然后可以基于在触发数据中发送的标识符来处理触发数据以识别要执行的命令(1812)。触发数据还可以包括用于识别要执行的多个命令的多个标识符。系统然后可以执行在触发数据中识别的命令(1816)。
定义和替换物的词汇表
在权利要求和说明书中使用的语言只有普通和普通的含义，除非下面明确定义。这些定义中的词语只有它们平凡而平常的含义。这种简单和普通的含义包括来自最近出版的韦伯斯特和兰登书屋字典的所有一致的字典定义。在说明书和要求中，下列定义适用于下列术语或其共同变化(例如，单数/复数形式，过去/现在时态等)：
“天线”或“天线系统”一般指电气设备，或一系列设备，在任何适当的配置，将电力转换成电磁辐射。这种辐射可以是在沿电磁频谱的任何频率被垂直的，水平的，或圆形极化的。圆形极化发射的天线可以有右旋或左旋极化。
在无线电波的情况下，天线可以在频率范围在电磁频谱从极低频(ELF)到极高频(EHF)上发射。设计用于发射无线电波的天线或天线系统可以包括金属导体(元件)的布置，(通常通过传输线)电连接到接收器或发射器。通过发射器强迫电子穿过天线的振荡电流，可以在天线元件周围产生振荡磁场，而电子的电荷也沿元件产生振荡电场。这些随时间变化的场作为横向移动的电磁场波远离天线辐射到空间。相反，在接收过程中，传入的电磁波的振荡电场和磁场在天线元件的电子上施加力，使它们来回移动，在天线中产生振荡电流。然后，这些电流可以被接收器检测到和处理，以获取数字或模拟信号或数据。
天线可以被设计成在所有水平方向(全向天线)上，或优先地在特定方向(定向或高增益天线)发射和接收无线电波。在后一种情况下，天线还可以包括额外的元件或表面，这些元件或表面可以具有或者可以不具有到发射器或接收器的任何物理电连接。例如，寄生元件，抛物反射镜或喇叭以及其它这种非带电元件用于将无线电波定向成束或其他所需的辐射图案。因此，天线可以被被配置为通过放置这些不同的表面或元件显示增加或减少的方向性或“增益”。高增益天线可以被配置为将辐射电磁能量的很大一部分定向到可以为垂直水平或其任意组合的给定方向上。
天线也可以被配置为在相对于地球的垂直角度(即“起飞角”)的特定范围内辐射电磁能量，以便将电磁能量聚焦到大气层的上层，例如电离层。通过将电磁能量以特定的角度指向上层大气，特定的跳跃距离可以在特定的时间内通过特定频率的电磁能量传输来实现。
天线的其他实例包括发射器和传感器，其将电能转换成在电磁频谱的可见光或不可见光部分的电磁能量脉冲。实例包括发光二极管，激光器等，其被配置为产生频率范围沿从远红外到极端紫外线的电磁光谱的电磁能量。
“命令”或者“命令数据”通常指一个或多个指令、指令、算法或规则，其控制机器单独或组合地采取一个或多个动作。命令可以以任何适当的方式存储、传输、传输或处理。例如，命令可以存储在存储器中，或者基于通信网络如电磁辐射在任何合适的频率通过任何合适的介质传递。
“计算机”一般指被配置成从任意数量的输入值或变量计算结果的任何计算设备。计算机可包括处理器，用于进行计算以处理输入或输出。计算机可包括用于存储由处理器处理的值或用于存储先前处理的结果的存储器。
计算机也可以被被配置为接受来自用于接收或发送值的输入和输出设备的广泛阵列的输入和输出。这些设备包括其他计算机，键盘，鼠标，视觉显示器，打印机，工业设备，系统或各种类型和大小的机器。例如，计算机可以根据要求控制网络接口来执行各种网络通信。网络接口可能是计算机的一部分，或其特征在于与计算机分离和远离。
计算机可能是单一的物理计算设备，如台式电脑，笔记本电脑，或可以包括类型相同的多个设备如作为网络集群的一个装置来操作的一组服务器，或作为一个计算机来操作并且通过通信网络链接在一起的不同的计算设备的异构组合。连接到计算机的通信网络也可以连接到更宽的网络，如互联网。因此，计算机可以包括一个或多个物理处理器或其他计算设备或电路，并且还可以包括任何合适的存储器类型。
计算机也可以是具有未知或波动数量的物理处理器和存储器或存储器设备的虚拟计算平台。因此，计算机可以物理地位于一个地理位置或物理上散布在几个广泛分散的位置，其中多个处理器通过通信网络连接在一起作为一台计算机操作。
计算机或计算设备中的“计算机”和“处理器”的概念也包含任何用于进行作为所公开系统的一部分的计算或比较的处理器或计算设备。与发生在计算机中的阈值比较、规则比较、计算等等相关的处理操作例如可能发生在单独的服务器、具有单独的处理器的相同的服务器、或一个具有如上所述未知数量物理处理器的的虚拟计算环境上。
计算机可以可选地连接到一个或多个视觉显示器和/或可以包括集成的视觉显示器。同样，显示器可能是相同类型，或不同视觉设备的异构组合。计算机还可以包括一个或多个操作员输入设备，如键盘、鼠标、触摸屏、激光或红外线指向装置，或陀螺指向装置，仅举几个有代表性的实例。此外，除了显示器之外，还可以包括一个或多个其它输出设备，如打印机、绘图仪、工业制造机、3D打印机等。因此，各种显示器、输入和输出设备配置是可能的。
多个计算机或计算设备可以被配置为通过有线或无线通信链路彼此通信或与其它设备通信以形成通信网络。网络通信可以在通过其他更大的计算机网络如互联网传递之前传递通过作为网络设备的各种计算机，如交换机，路由器，防火墙或其他网络设备或接口。通信也可以基于这样一种通信网络来传输如在通过传输线或自由空间的电磁波上承载的无线数据传输。这种通信包括使用WiFi或其他无线局域网(WLAN)或蜂窝发射器/接收器传输数据。这样的信号符合任何数量无线或移动通信技术标准如802.11a/b/g/n，3G，4G等。
“通信链路”通常指两个或多个通信实体之间的连接，并且可能包括或不包括通信实体之间的通信信道。通信实体之间的通信可以通过任何适当的方法发生。例如，连接可以作为实际物理链路、电气链路、电磁链路、逻辑链路或任何其他适当的链路促进通信来实现。
在实际物理链路的情况下，通信可能发生在通信链路中的多个组件中，其中通信链路图示为通过相互作用的一个元件的物理运动来响应彼此。在电气链路的情况下，通信链路可以由电连接的多个电导体组成以形成通信链路。
在电磁链路的情况下，元件的连接可以通过在任意合适的频率上发送或接收电磁能量来实现，从而允许通信作为电磁波传递。这些电磁波可能会或可能不传递经过物理介质如光纤或经过自由空间或其任何组合。电磁波可以在包括电磁频谱中的任何频率的任何合适频率上传递。
在逻辑链路的情况下，通信链路可以是发送方和接收方之间的概念链路，如接收站中的传输站。逻辑链路可以包括物理、电气、电磁或其他通信链路的任何组合。
“通信节点”通常指通信链路上的物理或逻辑连接点、再分配点或端点。物理网络节点通常被涉及无论是物理上、逻辑上或电磁上连接或连接到通信链路的有源电子设备。物理节点能够通过通信链路发送、接收或转发信息。通信节点可以包括或不包括计算机、处理器、发射器、接收器、中继器和/或传输线或它们的任何组合。
“临界角”一般是指关于延伸到地球中心的垂直线的最高角度，在这角度上，一个特定频率的电磁波可以使用天波传播返回到地球。
“临界频率”一般是指在给定的电离层条件下利用天波传播垂直传输时会返回到地球的最高频率。
“数据带宽”通常指通信系统中的逻辑或物理通信路径的最大流量。数据带宽是可以以每秒的传输数据单元表示的传输速率。在数字通信网中，传输数据单元是比特，并且因此数字通信网络的最大流量通常表示为“比特每秒”或“比特/秒”。推而广之，术语“千比特/秒”“兆比特/秒”或”吉比特/秒”也可以用来表示一个给定的数字通信网络的数据带宽。数据网络可以根据他们的数据带宽的性能特点，根据具体的指标，如”峰值速率”级，”平均比特率”、“最大持续比特率”、“信息量”，或“物理层有用比特率”来评估。例如，带宽测试测量计算机网络的最大流量。这种用法的理由是根据哈特利定律，一个物理通信链路的最大数据速率与以赫兹为单位的频率带宽成正比。
数据带宽也可以特征在于特定通信网络的最大传输速率。例如：
“低数据带宽”一般指的通信网络的最大数据传输速率小于或约等于每秒1000000个数据单元。例如，在一个数字通信网络中，数据单元是一比特。因此低数据带宽数字通信网络是一个最大传输率是小于或约等于每秒1000000比特(1兆比特/秒)的网。
“高数据带宽”一般指的通信网络的最大数据传输速率大于约每秒1000000个数据单元。例如，一个具有高数据带宽的数字通信网络是一个具有最大传输速率是大于约每秒1000000比特(1兆比特/秒)的数字通信网络。
“电磁辐射”一般是指由电磁波辐射的能量。电磁辐射从其他类型的能量产生并且当被破坏时被转换成其他类型。电磁辐射随着以光速(在真空中)远离其源移动，承载该能量。电磁辐射还承载动量和角动量。这些特性可以给予这样一种物质即电磁辐射随着远离其源向外移动而与该物质交互。
电磁辐射随着从一个介质传递到另一个而变化速度。当从一个介质过渡到下一个时，新介质的物理特性会导致部分或全部的辐射能量被反射，而剩余的能量传递到新介质中。这发生在电磁辐射随着其行进而遇到的介质之间的每一个连接处。
光子是电磁相互作用的量子，是各种电磁辐射的基本组成部分。光的量子性质在高频下变得更为明显，因为电磁辐射的行为更像粒子，并且随着频率的增加，它更不像波。
“电磁频谱”通常指电磁辐射的所有可能频率范围。按照频率和能量的增加和波长的减小的顺序，电磁频谱一般分为以下几类：：
“极低频”(ELF)通常指约3至约30赫兹，波长从约100000至10000公里长的频带。
“超低频”(SLF)通常指一般介于30赫兹到300赫兹，波长约10000到约1000公里长的频带。
“音频”或“音频带”一般指人类的耳朵可听到的电磁能量。成年男性说话一般在约85和约180赫兹之间的范围内，而成年女性说话一般在约165至约255赫兹的范围内。
“甚低频”(VLF)一般指从约3千赫到约30千赫、相应的波长范围从约10到约100公里长的频带。
“低频”(LF)一般指定频率范围在约30千赫至约300千赫、波长范围从约1至约10公里的频带。
“中频”(MF)一般指定从约300千赫至约3兆赫、波长为约1000至长约100米的频带。
“高频”(HF)通常指从约3MHz到约30MHz、波长为约100米至约10米长的频带。
“甚高频”(VHF)通常指从约30赫兹至约300MHz、波长从约10米到约1米的频带。
“超高频”(UHF)通常指从约300MHz 3GHz、波长范围从约1米至约10厘米的频带。
“超高频”(SHF)一般指从3GHz至约30GHz、波长范围从约10厘米至约1厘米的频带。
“极高频”(EHF)一般指从约30GHz至约300GHz，波长范围从约1厘米至约1毫米的频带。
“远红外”(FIR)一般是指从约300GHz到约20THz，波长从约1毫米到约15微米的频带。
“长波红外”(LWIR)一般表示从约20THz到约37THz，波长从约15微米到约8微米的频带。
“中红外”(MIR)通常指从约37THz到约100THz，波长从约8微米到约3微米的频带。
“短波红外”(SWIR)一般是指从约100THz到约214THz，波长从约3微米到约1.4微米的频带。
“近红外(NIR)一般是指从约214THz到约400THz、波长约1.4微米到约750纳米的频带。
“可见光”通常指约400THz至约750THz，波长从约750纳米到约400纳米的频带。
“近紫外线”(NUV)一般是指从约750THz到1PHz，波长从约400纳米到约300纳米的频带。
“中紫外线”(MUV)通常指从约1PHz到约1.5PHz，波长从约300纳米到约200纳米的频带。
“远紫外线”(FUV)通常指从约1.5PHz到约2.48PHz，波长从约200纳米到约122纳米的频带。
“极远紫外线(EUV)”一般表示从约2.48PHz到约30PHz、波长从约121纳米到约10纳米的频带。
“软X射线”(SX)通常指从约30PHz到约3EHz，波长从约10纳米到约100皮米的频带。
“硬X射线”(HX)通常指从约3EHz到约30EHz，波长从约100皮米到约10皮米的频带。
“伽马射线”一般表示约30EHz以上，波长小于约10皮米的频带。
“电磁波”一般指具有独立的电和磁成分的波。电磁波的电和磁成分在相位上震荡并且总是由90度角分开。电磁波可以从一个源辐射出，以创建能够传递经过介质或真空的电磁辐射。电磁波包括在电磁波谱中任意频率振荡的波，包括但不限于无线电波、可见光和不可见光、X射线和伽玛射线
“频率带宽”或“频带”通常指由上下频率定义的连续频率范围。因此，频率带宽通常表示为赫兹(循环每秒)，表示频带的上频率和下频率之间的差异，并且可能包括或不包括上、下频率自身。“频带”因此可以由用于给定区域并且利用整体同意的条款指定的给定频率带宽来定义。例如，在美国的“20米频带”被分配的频率范围从14MHz到14.35MHz，从而定义了一个频率带宽为0.35MHz或350千赫。在另一个实例中，国际电信联盟(ITU)已指定频率范围从300MHz至3GHz作为“UHF频带”。
“光纤通信”一般指通过光纤发送电磁能量脉冲，将数据从一个地方传送到另一个地方的方法。所发射的能量可以形成可被调制以承载数据的电磁载波。使用光缆电缆传输数据的光纤通信线路可以被配置成具有高的数据带宽。例如，光纤通信线路可能有高达15T比特每秒的高数据带宽，约25T比特每秒，约100T比特每秒，约1P比特每秒以上。光电中继器可以沿光纤通信线路使用，将来自一段光纤电缆的电磁能量转换成电信号。中继器可以在比接收信号强度更高的信号强度上沿光纤线缆的另一段发射电信号作为电磁能量。
“金融工具”一般指任何种类的可交易资产。一般的实例包括但不限于现金，在一个实体的所有权利益的证据，或接收或交付现金或其他金融工具的合同权利。具体的实例包括债券、票据(如商业票据和国库券)、股票、贷款、存款、存单、债券期货、债券期货或期权，短期利率期货、股票期权、股指期货、外汇期货、利率互换、利率上限与下限、利率期权、远期利率协议、股票期权、外汇期权、外汇掉期、货币掉期交易，或任何形式的衍生物。
“地面”更多地用于电/电磁意义上，一般指地球表面，包括陆地和水体，如海洋、湖泊和河流。
“地波传播”一般是指一个或多个电磁波通过地面和大气的边界沿地面移动的传输方法。电磁波通过与地球的半导电表面相互作用而传播。从本质上讲，波依附于地表以遵循地球的曲率。电磁波通常但并非总是由低频电波形成的地面或表面波的形式。
“标识符”通常指识别(即标记其身份)唯一的事物或唯一一类事物的名称，其中“对象”或类可能是概念、物理对象(或其类)，或物理实体(或其类)。缩写“ID”通常指身份、标识(识别过程)或标识符(也就是标识的实例)。标识符可能包括或不包括单词、数字、字母、符号、形状、颜色、声音或这些的组合。
单词、数字、字母或符号可以跟随编码系统(其中字母、数字、单词或符号代表概念或较长的标识符)，或者它们可以是简单地任意的。当标识符遵循编码系统时，它通常被称为代码或ID码。不遵循任何编码方案的标识符通常被认为是任意的ID，因为它们被任意地赋值而不在任何其他上下文中指定超过识别某些东西。
“电离层”一般指地球大气中含有高浓度的离子和自由电子并且能够反射无线电波的层。电离层包括热层以及中间层和外逸层的部分。电离层在地球表面上从约25延伸到约600英里(约40至1000公里)。电离层包括许多层，它们在高度、密度和厚度上发生了很大的变化，这取决于包括太阳活动在内的许多因素，如太阳黑子。电离层的不同层被识别如下。
电离层的“D层”是最内层，范围从地球表面上空约25英里(40公里)到约55英里(90公里)。该层具有折射低频率信号的能力，但它允许高频率的无线电信号经过一些衰减传递通过。D层通常，但不是在所有的情况下，由于其离子的快速重组，在日落后迅速消失。
电离层的“E层”是中间层，其范围从地球表面上空约55英里(90公里)到约90英里(145公里)。E层通常具有比D层折射更高频率信号的能力。根据条件，E层通常可以折射高达20兆赫的频率。在E层的离子复合率是有点快，这样日落后，在午夜前它几乎完全消失。E层可以进一步包括所谓的“ES”层或“零星E层”，其由小的薄的强电离云形成。零星的E层虽然很少但是可以反射甚至频率高达225兆赫的无线电波。零星E层最经常形成在夏季，并且它跳跃约1020英里(1640公里)的距离。利用零星E层，单跳传播可以约560英里(900公里)，至高达到1600英里(2500公里)，并且双跳传播可以超过2200英里(3500公里)。
电离层的”F层”是从地球表面的大约90(145公里)到310英里(或更高)以上的顶层。在F层的电离通常是相当高的，并且白天变化很大，最高的电离通常发生在中午左右。在白天，F层分离成两层，Fi层和F2层。F2层是最外层，并且因此，位于高于Fi层。由于这些海拔的大气稀薄，离子重组缓慢发生，F层仍不断电离，无论白天或晚上，大多数(但不是全部)无线电波的天波传播发生在F层，从而助于高频(HF)或远距离短波通信。例如，F层能折射频率高达30MHz的高频率长距离传输。
“延时”通常指系统中因与果之间的时间间隔。延时在物理上是这样一种速度受限的结果即任何物理相互作用可以利用该速度遍及整个系统传播。延时物理上是速度受限的结果即任何物理相互作用可以利用该速度传播。结果可以通过系统传播的速度总是低于或等于光的速度。因此，在原因和结果之间包括一些距离的每一个物理系统都会遇到某种延时。例如，在通信链路或通信网络中，延时通常指的是数据从一点传送到另一点的最小时间。相对于通信网络的延时也可以被表征为它从网络的一个点移动到另一个点需要的能量的时间。对于遵循特定的传播路径的电磁能量的传播所造成的延时，延时可以归类如下：
“低延时”通常指小于或约等于这样一种传播时间的时间段，即该传播时间比光在真空中穿过给定传播路径所需的时间长10％。以公式表示，低延时定义如下：
Figure BDA0003619735950000231
其中：
d＝距离(英里)
c＝真空中的光速度(186000英里/秒)
k＝1.1的标量常数
例如，光可以用大约0.1344秒在真空中传播25000英里。因此在这25000英里的传播路径上承载数据的“低延时”的通信链路将能够通过链路在约0.14784秒或更少时间内传递至少部分数据。
“高延时”一般指比在真空中穿过给定传播路径所需的时间大10％的时间段。作为公式表示，高延时定义如下：
Figure BDA0003619735950000232
其中：
d＝距离(英里)
c＝真空中的光速度(186000英里/秒)
k＝1.1的标量常数
例如，光可以在真空中用大约0.04301秒传播8000英里。因此，在该传输路径上携带数据的“高延时”的通信链路将能够在大约0.04731秒或更多的时间内通过该链路传递至少部分数据。
网络的“高”和“低”延时可能与数据带宽无关。一些“高”延时网络可能有高于“低”延时网络的较高的传输速率，但这可能并不总是如此。一些“低”延时网络可能具有超过“高”延时网络带宽的数据带宽。
“最大可用频率(MUF)”一般指的是利用天波传播回到地球的最高频率。
“存储器”一般指被配置为存储数据或信息的任何存储系统或设备。每个存储器可以包括一个或多个类型的固态电子存储器、磁存储器或光存储器，仅举几个实例。通过非限制性的实例，每个存储器可能包括固态电子随机存取存储器(RAM)、顺序访问的存储器(SAM)(如先入先出(FIFO)型或后入先出(LIFO)型)、可编程只读存储器(PROM)，电可编程只读存储器(EPROM)，或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)；光盘存储器(如DVD或CD ROM)；磁性编码的硬盘，软盘，磁带，或磁带介质；或任何组合的这些存储器类型。此外，每个存储器可能是易失性的，非易失性，或易失性和非易失性型的混合组合。
“非天波传播”一般指的是所有形式的传输，有线和/或无线，其中的信息不通过从电离层反射电磁波来发射。
“最佳工作频率”通常指通过天波传播提供最一致的通信路径的频率。它可以随时间基于大量因素如电离层条件和一天时间而变化。利用电离层F2层的传输，工作频率一般在MUF的85％周围，以及对于E层，最佳工作频率一般会在接近MUF。
“光纤”一般指一种具有细长导管的电磁波导，该导管包括基本透明介质，当电磁波穿过导管的长轴时，电磁能量通过该介质传播。随着电磁辐射穿过导管，通过电磁辐射的总内部反射，电磁辐射可以保持在导管内。总内部反射通常使用包括基本透明芯的光纤来实现，该芯被折射率比该芯低的第二基本透明的包层材料包围。
光纤通常由不导电但基本透明的介电材料构成。这种材料可能包括或可能不包括挤压玻璃如二氧化硅，氟化物玻璃，磷酸盐玻璃，硫系玻璃或高分子材料如各种类型的塑料或其它合适的材料的任何组合，并且可以被配置有任何合适的横截面形状、长度或尺寸。可以成功地穿过光纤的电磁能量的实例包括电磁波在近红外，中红外和可见光部分的电磁频谱，但是可以使用任何合适的频率的电磁能量。
“极化”一般是指的电磁辐射能量波相对于地球的表面的电场的方向(“E平面”)并且是由辐射天线的物理结构和方向的确定。极化可以与天线的方向性独立地考虑。因此，一个简单的直线天线可以在垂直安装时有一个极化，基本上水平安装时有不同的极化。作为一个横向波，无线电波的磁场与电场的角度是直角的，但按照惯例，可以理解天线的“极化”是指电场的方向。
反射通常影响极化。对于无线电波来说，一个重要的反射器是电离层，它可以改变波的极化。因此，对于通过电离层反射接收到信号(天波)，不能期望一致的极化。对于视距通信或地波传播，水平或垂直极化传输一般在接收站保持相同的极化状态。匹配接收天线与发射器的极化可能在地面波或视距传播显得尤其重要，但可能在天波传播不那么重要。
当(从接收位置看)天线电流的方向可以定义时，天线的线性极化通常是沿着天线电流的方向。例如，垂直鞭状天线或垂直定向的Wi-Fi天线将在垂直极化中发射和接收。具有水平元件的天线，如大多数屋顶电视天线，一般都是水平极化的(因为广播电视通常采用水平极化)。即使当天线系统具有垂直方向，例如水平偶极天线阵列时，极化也在水平方向上与电流相对应。
极化是随着时间投影到与无线电波的运动方向垂直的虚拟平面上的E平面定向的总和。在最一般的情况下，极化是椭圆的，这意味着无线电波的极化随时间而变化。两个特殊情况是我们已经讨论过的线性极化(椭圆崩溃成一条线)，和圆形极化(其中椭圆的两个轴相等)。在线性极化中无线电波的电场沿一个方向来回振荡；这可以受到天线的安装影响，但通常期望的方向是水平或垂直极化。在圆形极化中，无线电波的电场(和磁场)在无线电频率圆周地围绕着传播轴旋转。
“处理器”通常指一个或多个电子组件，其被配置为作为一个单元，其被配置或编程为处理输入以产生输出。或者，当多组件形式时，处理器可以有彼此远程放置的一个或多个组件。每个处理器的一个或多个组件可以是定义数字电路、模拟电路或两者的电子组。在一个实例中，每个处理器是一个传统的集成电路微处理器设置，如一个或一个以上的美国加州95052圣克拉拉使命学院大道2200号英特尔公司提供的奔腾i3、i5或i7处理器。
处理器的另一个实例是专用集成电路(ASIC)。ASIC是一种集成电路(IC)，用于执行特定的一系列逻辑运算，控制计算机执行特定的任务或功能。ASIC是专用计算机的处理器的一个实例，而不是用于通用用途的处理器。一个专用集成电路一般是不可编程为执行其他功能并且在制造时可被编程。
在另一个实例中，处理器可能是“现场可编程”型。这样的处理器在被制造之后可以“现场”被编程多次以执行各种专用或一般功能。现场可编程处理器可包括处理器中的集成电路中的现场可编程门阵列(FPGA)。FPGA可以被编程来执行一系列特定的指令，这些指令可以保留在FPGA中的非易失性存储单元中。FPGA可以由客户或设计者使用硬件描述语言(HDL)配置。可以使用另一台计算机重新编程FPGA以重新配置FPGA来实现一组新的命令或操作指令。这样的操作可以以任何适当的方式执行，例如通过固件升级到处理器电路。
正如计算机的概念并不局限在一个位置的一个物理设备，“处理器”的概念并不局限于单一的物理逻辑电路或电路包而是包括一个或多个这样的电路或电路包，其可能包含在或跨在许多的物理位置的多个计算机。在一个虚拟计算环境中，未知数量的物理处理器可能正在活动地处理数据，未知的数目可能会随着时间的推移自动改变。
“处理器”的概念包括这样一种设备，其被配置或编程为进行阈值比较、规则比较、计算或执行逻辑运算以应用规则于用于产生逻辑结果(如“真”或“假”)的数据。处理活动可能发生在分离的服务器上的单个处理器上，在具有分离的处理器的单个的服务器中的多个处理器上，或在分离的计算设备中彼此物理上远离的多个处理器上。
“无线电”一般指频率范围从3kHz到300GHz的电磁辐射。
“无线电地平线”一般指天线直接射线与地面相切的点轨迹。无线电地平线可以近似以下方程：
Figure BDA0003619735950000271
其中：
d＝无线电地平线(英里)
ht＝发射天线高度(英尺)
hr＝接收天线高度(英尺)。
“远离”通常指两种事物之间的任何物理的、逻辑的或其他的分离。分离的可能比较大，如数千或数百万英里或公里，或小如纳米或百万分之一英寸。两个事物彼此“远离”也可以逻辑或物理耦合或连接在一起。
“接收”一般指接受被传递、通信、传送、中继、分发或转发的东西。该概念可能包括或不包括监听或等待从发送实体到达的行为。例如，一个传输可以被接收而不知道是谁或是什么传输的。同样，传输可以发送而知道或不知道谁或什么正在接收它。“接收”可能包括但不限于在电磁频谱中任何合适频率捕获或获得电磁能量的行为。可以通过感应电磁辐射发生接收。感应电磁辐射可以包括探测通过或从介质如电线或光纤移动的能量波。接收包括接收数字信号，其可以定义不同类型的模拟或二进制数据如信号、数据报、分组等。
“接收站”一般指接收设备或具有被配置为接收电磁能量的多个设备的位置设施。接收站可以被配置为从特定发送实体或从任何发送实体接收，不管发送实体是否在接收传输之前可被识别。
“跳跃距离”一般是指从发射器到波从天波传播可以返回到地球的最小距离。换言之，跳跃距离是天波传播临界角的最小距离。
“跳跃区”或“安静区”一般指的是来自地面波传播的地面波完全消散的位置与使用天波传播返回的第一天空波的位置之间的区域。在跳跃区，没有接收到给定传输的信号。
“卫星通信”、“卫星传播”一般是指发射一个或多个电磁信号到卫星，其从而反射和/或转发信号到另一个卫星或站。
“大小”通常指某物的范围；事物的整体尺寸或大小；某物有多大。对于物理对象，大小可以用来描述诸如大或更大、高或更高、低或更低、小或更小等相关术语。物理对象的大小也可以用固定的单位，如特定的宽度、长度、高度、距离、体积等，在任何合适的单位来给定。
对于数据传输，大小可以用来表示一个相对或固定数量的数据作为一个逻辑或物理单位被操纵，寻址、发送、接收或处理。大小可与数据收集、数据集合、数据文件或其他逻辑单元中的数据量一起使用。例如，一个数据集或数据文件可以特征在于“大小”为35MB，或通信链路可以特征在于数据带宽的“大小”为每秒1000比特。
“天波传播”一般指一种传输方法，其中从天线辐射的一个或多个电磁波从电离层反射到地面。天波传播进一步包括对流层散射传输。在一种形式中，可以使用一种跳跃方法，其中从电离层折射的波反射由地面返回到电离层。跳过可以不止一次发生。
“空间波传播”或有时称为“直接波传播”或“视距传播”一般是指在彼此可见的天线之间发射一个或多个电磁波的传输方法。传输可以通过直接和/或地面反射的空间波发生。一般来说，天线高度和地球曲率是空间传播的发射距离的限制因素。由于衍射效应，实际的无线电地平线的直接视距是大于可见或几何的视距，也就是说，无线电地平线是大于几何视距约4/5。
“扩频”一般指一种传输方法，该方法包括在多个频率上发送一部分发射信号。通过在不同频率上发送一部分信号，可以同时发生多个频率的传输。在这个实例中，为了重组发送信号，接收器必须同时倾听所有频率。传输也可以通过“跳频”信号扩频到多个频率上。一种信号跳跃方案包括在第一频率上传输信号一段时间，在第二时间段切换到在第二频率发射信号，然后切第三时间段切换到在第三频率发射信号等等。接收器和发射器必须同步，以便一起切换频率。这个“跳”频过程可以实现为可能会随着时间的推移而改变(例如每小时、每24小时等等)的跳频模式。
“平流层”一般是指地球大气层从对流层延伸到地表上的约25到35英里的一层。
“传递速率”通常指某事物从一个物理位置或逻辑位置移动到另一个物理位置或逻辑位置的速率。在通信链路或通信网络的情况下，传递速率可以通过链路或网络上的数据传输速率来表征。这样的传递速率可以用“比特每秒”来表示，并且可以受用于执行传递数据的给定网络或通信链路的最大数据带宽的限制。
“传输线”一般是指一种专门的物理结构或一系列结构，用于将电磁能量从一个位置传送到另一个位置，而不通过自由空间辐射电磁能量。传输线操作以将电磁能量从一个位置保留和转移到另一个位置，同时最大限度地减少由于电磁能量穿过传输线中的结构而产生的延时和功率损耗。
可用于通信无线电波的传输线的实例包括双引线、同轴电缆、微带线、带状线、双绞线、星四，来赫线，各种类型的波导，或者一个简单的单线线路。其他类型的传输线，如光纤，可用于携带更高频率的电磁辐射，如可见光或不可见光。
“传输路径”或“传播路径”通常指通过空间或通过介质的电磁能量所采取的路径。这可以包括通过传输线的传输。在这种情况下，传输路径被定义为、遵循、包含于、穿过或通常包括传输线。传输线或传输路径不需要通过传输线来定义。传播或传输路径可以定义的电磁能量通过自由空间或通过大气如天波、地波、线的网站，或其他形式的传播。在这种情况下，传输路径可以被描述为电磁能量传递随着从发射器移动到接收器的任何路径，包括任何跳跃、反弹、散射或其他变化的方向发射的能量。
“传输站”一般指发射装置或是具有被配置为传送电磁能量的多个设备的地点或设施。传输站可以被配置成发送到特定的接收实体，到被配置为接收传输的任何实体，或其任意组合。
“发射”通常指使某物被传递、通信、传送、中继、分发或转发。该概念可能包括或不包括从传送实体向接收实体传送某物的行为。例如，传输可以被接收而不知道是谁或是什么传输的。同样，传送可以发送而知道或不知道谁或什么正在接收它。“发射”可能包括但不限于在电磁频谱中的任何合适的频率发送或广播电磁能量的行为。传输可以包括数字信号，其可以定义不同类型的二进制数据，如数据报、分组等。传输也可以包括模拟信号。
“触发数据”通常指一种数据，其包含用于识别一个或多个要执行的命令的触发信息。触发数据和命令数据可以一起出现在一个单一的传输或可以沿一个或多个通信链路单独发送。
“对流层”一般指地球大气层的最低部分。对流层在中纬度延伸到地球表面大约11英里，在热带地区可达12英里，而两极在冬季则约为4.3英里。
“对流层散射传输”一般指的是天波传播的一种形式，其中一个或多个电磁波如无线电波都是针对对流层的。虽然不确定其原因，少量的能量波散射到接收天线。由于严重衰落的问题，通常使用分集接收技术(例如，空间/频率和/或角度分集)。
“波导”一般是指一条传输线，用于引导波如发生在沿电磁频谱的任何频率的电磁波。实例包括被配置为传输沿电磁频谱范围从非常低的频率到非常高的频率波的低频电磁辐射的导电或绝缘材料的任意配置。其他具体的实例包括用于引导高频光的光导纤维或用于携带高频无线电波特别是微波的中空导电金属管。
应当指出，在说明书和/或权利要求中所使用的单数形式“一”、“一个”、“该”等，除非另有明确说明，否则应包括复数形式。例如，如果说明书和/或权利要求涉及“一设备”或”该设备”，它包括一个或多个这样的设备。
应该指出的是，定向术语，如“上”、“下”、“顶”，“底”、“前”、“后”、“横向”、“纵向”、“径向”、“周围”等，用在这里完全是为了帮助读者理解说明实施例，这并不意味着这些方向上以任何方式将所描述、示出/或要求的特征限于具体的方向和/或定向。
虽然在附图和前文的描述中详细描述了本发明，但是其被理解为是说明性而不是限制性的，要理解仅仅显示和描述了优选的实施例，并且希望保护落入由所附权利要求所限定的本发明的精神范围内的全部改变、等效物和修改。说明书中引用的全部公开、专利和专利申请通过参考飞方式并入本文，就像每个单独的公开、专利和专利申请被具体地并且单独地指示为通过参考的方式整体并入并且阐述在本文中一样。

Claims (27)

1.一种方法，包括：
配置发射站的天线针对可用频率范围以实现天波传播的跳跃距离的起飞角发射电磁波，所述跳跃距离大于所述天线的无线电地平线，
其中，所述发射站包括可操作地连接到所述天线的调制解调器和可操作地连接到传输线的网络接口；
经由包括所述传输线的第一通信链路从所述发射站发射命令数据，其中所述命令数据定义一个或多个命令，其中所述发射命令数据包括经由所述网络接口将所述命令数据发射到所述传输线；
利用所述发射站的调制解调器调制触发数据；
经由形成第二通信链路的天波传播，从所述发射站的天线发射由所述调制解调器调制的触发数据，其中所述触发数据包括标识所述一个或多个命令中的至少一个命令的标识符；
其中，发射触发数据包括从所述天线以实现跳跃距离的所述起飞角、经由所述天波传播、在所述可用频率范围内发射电磁波，所述跳跃距离大于所述天线的无线电地平线；
其中，所述第二通信链路具有由下列式子定义的低延迟(latencylow)
Figure FDA0003619735940000011
其中
d＝传播路径距离，
c＝光速，以及
k＝1.1的标量常数；并且
其中，所述第一通信链路比所述第二通信链路具有更大的延迟。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一通信链路比所述第二通信链路具有更大的数据带宽。
3.一种方法，包括：
配置发射站的天线针对可用频率范围以实现天波传播的跳跃距离的起飞角发射电磁波，所述跳跃距离大于所述天线的无线电地平线(d)，其中所述发射站的天线具有高度(ht)；
其中，所述发射站包括可操作地连接到所述天线的调制解调器；
经由第一通信链路从所述发射站发射命令数据，其中所述命令数据定义一个或多个命令；
利用所述发射站的调制解调器调制触发数据；
经由形成第二通信链路的天波传播，从所述发射站的天线发射由所述调制解调器解调的触发数据，其中所述触发数据包括标识所述一个或多个命令中的至少一个命令的标识符；
其中，所述第二通信链路使用所述可用频率范围内的电磁波发射所述触发数据，所述电磁波是以实现跳跃距离的起飞角从所述发射站处的天线经由天波传播发射的，所述跳跃距离大于所述发射站处的天线的无线电地平线(d)；并且
其中，所述无线电地平线是通过下列式子近似的
Figure FDA0003619735940000021
其中
d＝无线电地平线；
ht＝发射站处的天线的高度；以及
hr＝接收天线高度。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
为通过所述第二通信链路的天波传播确定最大可用频率；并且
其中，所述发射触发数据包括通过所述第二通信链路以小于或等于所述最大可用频率的频率发射触发数据。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
为通过所述第二通信链路的天波传播确定最小可用频率；并且
其中，所述发射触发数据包括通过所述第二通信链路以大于或等于所述最小可用频率的频率发射触发数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发射触发数据包括低于临界角发射所述电磁波。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在远离所述发射站的接收站处接收命令数据；以及
在所述接收站处接收触发数据。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
在所述第一通信链路和所述第二通信链路两者上发射所述命令数据。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述接收命令数据包括在经由所述第二通信链路接收命令数据之前，经由所述第一通信链路接收命令数据。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述接收命令数据包括在经由所述第一通信链路接收命令数据之前，经由所述第二通信链路接收命令数据。
11.根据权利要求7所述的方法，还包括：
在所述第一通信链路和所述第二通信链路两者上发射所述触发数据。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述接收触发数据包括在经由所述第二通信链路接收触发数据之前，经由所述第一通信链路接收触发数据。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述接收触发数据包括在经由所述第一通信链路接收触发数据之前，经由所述第二通信链路接收触发数据。
14.根据权利要求7所述的方法，还包括：
响应于接收到所述触发数据，执行在所述触发数据中标识的所述一个或多个命令中的至少一个命令，所述至少一个命令是使用所述接收站处的处理器执行的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述执行发生在所述接收站处完全接收到所述命令数据和所述触发数据两者之时或之后。
16.一种方法，包括：
配置接收站的天线接收电磁波，所述电磁波是针对可用频率范围以实现天波传播的跳跃距离的起飞角发射的，所述跳跃距离大于所述接收站的天线的无线电地平线；
其中，所述接收站包括可操作地耦合到所述天线的调制解调器；
在所述接收站处经由第一通信链路接收命令数据，其中所述命令数据定义一个或多个命令；
在所述接收站的天线处经由形成第二通信链路的天波传播接收触发数据，其中所述触发数据包括标识所述一个或多个命令中的至少一个命令的标识符；
其中，使用经由天波传播接收到的电磁波，将所述触发数据通过所述第二通信链路传递到所述接收站；
其中，在接收所述触发数据期间接收到的电磁波多次跳过电离层；
利用所述接收站的调制解调器解调所述触发数据；
其中，在不使用天波传播的情况下，将所述命令数据通过所述第一通信链路传递到所述接收站；
其中，所述第一通信链路具有通过下列式子限定的高延迟(latencyhigh)
Figure FDA0003619735940000041
其中
d＝传播路径距离，
c＝光速，以及
k＝1.1的标量常数；并且
其中，所述第二通信链路比所述第一通信链路具有更低的延迟。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一通信链路比所述第二通信链路具有更大的数据带宽。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
响应于接收到所述触发数据，执行在所述触发数据中标识的一个或多个命令中的至少一个，所述至少一个命令是使用所述接收站处的处理器执行的。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述命令数据是通过具有第一大小的第一数据集合定义的，并且所述触发数据是通过具有第二大小的第二数据集合定义的，所述第一大小大于或等于所述第二大小。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个命令包括用于购买、销售、或者购买和销售一个或多个金融工具的指令。
21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一通信链路包括光纤。
22.根据权利要求1所述的方法，还包括：
经由一个或多个中继器重传所述电磁波。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二通信链路使用多个频率发射所述触发数据。
24.根据权利要求23所述的方法，其中：
所述第二通信链路在第一时间段在第一频率上进行传输，并且在所述第一时间段在第二频率上进行传输；以及
所述第一频率和所述第二频率是不同的频率。
25.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天波传播包括从电离层折射所述电磁波。
26.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述发射站和所述接收站之间存在至少一个跳跃区。
27.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一通信链路和所述第二通信链路是分离的通信链路。
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