DE112015004482T5

DE112015004482T5 - Satellitenkonstellation

Info

Publication number: DE112015004482T5
Application number: DE112015004482.5T
Authority: DE
Inventors: Mark Krebs
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2017-07-06
Also published as: CN106464343A; CN110545137A; CN106464343B; CN110545137B; WO2016053389A1; US20170005719A1; US20160094288A1; US9647749B2; US9973267B2

Abstract

Ein Kommunikationssystem (100) beinhaltet eine Konstellation von Kommunikationsvorrichtungen (200), die die Erde (30) umkreisen. Jede Kommunikationsvorrichtung weist eine entsprechende Umlaufbahn oder Flugbahn (204) mit einem Neigungswinkel von weniger als 90 Grad und mehr als null Grad in Bezug auf den Äquator der Erde auf. Die Konstellation beinhaltet eine erste Gruppe (202, 202a) von Kommunikationsvorrichtungen, die in einer ersten Höhe über der Erde und mit einem ersten Neigungswinkel kreisen. Die Konstellation beinhaltet ferner eine zweite Gruppe (202, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen, die in einer zweiten Höhe über der Erde, die geringer als die erste Höhe ist, und mit einem zweiten Neigungswinkel, der sich von dem ersten Neigungswinkel unterscheidet, kreisen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft eine Satellitenkonstellation, die Satelliten aufweist, die Erde umkreisen.
HINTERGRUND
Ein Kommunikationsnetzwerk ist ein großes verteiltes System zum Empfangen von Informationen (Signalen) und Übertragen der Informationen an ein Ziel. In den letzten Jahrzehnten ist der Bedarf für Kommunikationszugang sehr stark gestiegen. Obgleich herkömmliche Kabel- und Glasfaserfestnetzleitungen, Mobilfunknetze und geostationäre Satellitensysteme durchgängig zugenommen haben, um der steigenden Nachfrage nachzukommen, reicht die existierende Kommunikationsinfrastruktur dennoch nicht aus, um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden. Zudem sind einige Gebiete der Erde nicht mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden und können daher nicht Teil der weltweiten Gemeinde sein, bei der alles mit dem Internet verbunden ist.
Satelliten können Kommunikationsdienste in Gebieten bereitstellen, wo verdrahtete Kabel nicht hinreichen. Satelliten können geostationär oder nichtgeostationär sein. Geostationäre Satelliten bleiben, von einem spezifischen Standort auf der Erde aus betrachtet, in demselben Bereich des Himmels, da die Satelliten den Äquator in einem Umlaufszeitraum von genau einem Tag umkreisen. Nichtgeostationäre Satelliten arbeiten normalerweise in einer niedrigen oder mittleren Erdumlaufbahn und bleiben in Bezug auf einen festen Punkt auf der Erde nicht stationär. Die Umlaufbahn eines Satelliten kann zum Teil durch die Ebene beschrieben werden, die das Zentrum der Erde schneidet und die Umlaufbahn enthält. Jeder Satellit kann mit Intersatellitenverbindungen (oder, allgemeiner, Intervorrichtungsverbindungen) genannten Kommunikationsvorrichtungen ausgerüstet sein, um mit anderen Satelliten in der gleichen Ebene oder in anderen Ebenen zu kommunizieren. Die Kommunikationsvorrichtungen erlauben dem Satelliten, mit anderen Satelliten zu kommunizieren. Überdies erhöhen die Kommunikationsvorrichtungen deutlich die Kosten für Bau, Start und Betrieb von jedem Satelliten und erhöhen das Gewicht des Satelliten. Sie erschweren auch erheblich die Gestaltung und Entwicklung der Satellitenkommunikationssysteme und dazugehöriger Antennen und Mechanismen, die es jedem Satelliten ermöglichen, andere Satelliten, deren relative Position sich verändert, zu erfassen und zu verfolgen. Jede Antenne weist einen mechanischen oder elektronischen Lenkmechanismus auf, der Gewicht, Kosten, Vibrationen und Komplexität verstärkt und das Ausfallrisiko erhöht.
KURZDARSTELLUNG
Ein Aspekt der Offenbarung stellt ein Kommunikationssystem bereit, das eine Konstellation von Kommunikationsvorrichtungen (z. B. Satelliten), die die Erde umkreisen, beinhaltet. Jede Kommunikationsvorrichtung weist eine entsprechende Umlaufbahn oder Flugbahn mit einem Neigungswinkel von weniger als 90 Grad und mehr als null Grad in Bezug auf den Äquator der Erde auf. Die Konstellation beinhaltet ferner eine erste Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen, die in einer ersten Höhe über der Erde und mit einem ersten Neigungswinkel kreisen, und eine zweite Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen, die in einer zweiten Höhe über der Erde, die geringer als die erste Höhe ist, und mit einem zweiten Neigungswinkel, der sich von dem ersten Neigungswinkel unterscheidet, kreisen.
Implementierungen der Offenbarung können eine oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale beinhalten. Gruppen von Kommunikationsvorrichtungen können überlappende Abdeckung von Teilen der Erde bereitstellen.
In einigen Beispielen umkreist eine Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen die Erde bei einem Neigungswinkel, der etwa 60 Grad entspricht. Zusätzlich oder alternativ können die Kommunikationsvorrichtungen innerhalb einer Umlaufbahn oder Flugbahn in gleichen Entfernungen voneinander getrennt sein. Das System kann ferner eine Ausgangsbodenstation in Verbindung mit einer Kommunikationsvorrichtung aus mindestens einer Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen und eine Zielbodenstation in Verbindung mit einer Kommunikationsvorrichtung aus mindestens einer Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen beinhalten.
Eine aktuelle Kommunikationsvorrichtung, die im Besitz einer Kommunikation ist, kann in Verbindung mit einer Vorwärtskommunikationsvorrichtung und einer Rückwärtskommunikationsvorrichtung stehen. Die Vorwärtskommunikationsvorrichtung und die Rückwärtskommunikationsvorrichtung können innerhalb derselben Umlaufbahn oder Flugbahn sein wie die aktuelle Kommunikationsvorrichtung.
Das Kommunikationssystem kann ferner eine Datenverarbeitungsvorrichtung beinhalten, die in Verbindung mit der Ausgangsbodenstation, der Konstellation von Kommunikationsvorrichtungen und der Zielbodenstation ist. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen Routing-Pfad für eine Kommunikation von einer Quelle, die in Verbindung mit der Ausgangsbodenstation ist, zu einem Ziel, das in Verbindung mit der Zielbodenstation ist, ermitteln. Zusätzlich oder alternativ kann die Datenverarbeitungsvorrichtung den Routing-Pfad basierend auf mindestens einem von einem Border-Gateway-Protokoll, einem Interior-Gateway-Protokoll, einem Maximalfluss-Algorithmus oder einem Kürzesten-Pfad-Algorithmus ermitteln. In einigen Implementierungen bestimmt die Datenverarbeitungsvorrichtung den Routing-Pfad basierend auf einer Bewertungsfunktion von einer oder mehreren von einer Distanz zwischen der Quelle und dem Ziel, einer Kapazität einer Intrasatellitenverbindung zwischen zwei Vorrichtungen, einem Betriebszustand einer Kommunikationsvorrichtung und einer Signalstärke einer Kommunikationsvorrichtung. Der Betriebszustand der Kommunikationsvorrichtung kann einen aktiven Zustand oder einen inaktiven Zustand der Kommunikationsvorrichtung im Ganzen oder einer oder mehrerer einzelner Komponenten der Kommunikationsvorrichtung beinhalten.
Die erste Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen und die zweite Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen können angeordnet sein, um eine Abdeckung der Erde zu einem gegebenen Zeitpunkt von mindestens 75% bereitzustellen. Darüber hinaus können ein oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen eine rechteckige oder hexagonale Abdeckungszone der Erde aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung stellt ein Kommunikationsverfahren bereit. Das Verfahren beinhaltet das Ermitteln, an einer Datenverarbeitungsvorrichtung, eines Routing-Pfads für eine Kommunikation von einer Ausgangsbodenstation zu einer Zielbodenstation über eine Konstellation von Kommunikationsvorrichtungen, die die Erde umkreisen. Jede Kommunikationsvorrichtung weist eine entsprechende Umlaufbahn oder Flugbahn mit einem Neigungswinkel von weniger als 90 Grad und mehr als null Grad in Bezug auf den Äquator der Erde auf. Die Konstellation beinhaltet eine erste Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen, die in einer ersten Höhe über der Erde und mit einem ersten Neigungswinkel kreisen, und eine zweite Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen, die in einer zweiten Höhe, die geringer als die erste Höhe ist, und mit einem zweiten Neigungswinkel, der sich von dem ersten Neigungswinkel unterscheidet, kreisen. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Anweisen, unter Verwendung der Datenverarbeitungsvorrichtung, der Ausgangsbodenstation, die Kommunikation über eine oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen der Konstellation von Kommunikationsvorrichtungen, die miteinander in Verbindung sind, an die Zielbodenstation zu senden.
In einigen Implementierungen beinhaltet das Verfahren ein Anweisen der Ausgangsbodenstation, die Kommunikation an eine erste Kommunikationsvorrichtung in der ersten Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen zu senden. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Anweisen der ersten Kommunikationsvorrichtung in der ersten Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen, die Kommunikation an eine zweite Kommunikationsvorrichtung in der ersten Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen oder an eine dritte Kommunikationsvorrichtung in der zweiten Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen zu senden.
Die erste Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen und die zweite Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen können angeordnet sein, um eine Abdeckung der Erde zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt von mindestens 75% bereitzustellen. Darüber hinaus können eine oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen eine rechteckige oder hexagonale Abdeckungszone der Erde aufweisen.
Die Details einer oder mehrerer Implementierungen der Offenbarung sind in den zugehörigen Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden anhand der Beschreibung und der Zeichnungen sowie anhand der Patentansprüche ersichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften weltumspannenden Kommunikationssystems mit Satelliten.
1B ist eine schematische Ansicht beispielhafter Umlaufbahnen oder Flugbahnen der Satelliten aus 1A.
2A ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften ersten Gruppe von Satelliten des weltumspannenden Kommunikationssystems.
2B ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften zweiten Gruppe von Satelliten des weltumspannenden Kommunikationssystems.
2C ist eine schematische Ansicht der beispielhaften ersten und zweiten Gruppe von Satelliten des weltumspannenden Kommunikationssystems aus 2A und 2B.
3A ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Bahn zwischen Satelliten unterschiedlicher Gruppen, wobei sich jede Gruppe in einer unterschiedlichen Höhe befindet.
3B ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Erdabdeckung zwischen Satelliten unterschiedlicher Gruppen, wobei sich jede Gruppe in einer unterschiedlichen Höhe befindet.
4 ist eine perspektivische Ansicht von Satelliten, die in dem beispielhaften weltumspannenden Satelliten-Kommunikationssystem verwendet werden.
5 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Bahn zwischen Satelliten zum Senden einer Kommunikation zwischen einem ersten Benutzer und einem zweiten Benutzer in einem weltumspannenden Kommunikationssystem.
6 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Computergeräts zum Implementieren der Bahn einer Kommunikation zwischen einem ersten und zweiten Benutzer.
7 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Anordnung von Operationen zur Kommunikation zwischen zwei Benutzern.
Gleiche Bezugszeichen in den unterschiedlichen Zeichnungen geben gleiche Elemente an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1A–1B beinhaltet ein weltumspannendes Kommunikationssystem 100, in einigen Implementierungen, Satelliten 200, Gateways 300 (einschließlich Ausgangsbodenstationen 310, Zielbodenstationen 320 und wahlweise Verbindungsgateways 330) und eine Systemdaten-Verarbeitungsvorrichtung 110. In einigen Beispielen sind die Ausgangsbodenstationen 310 und/oder die Zielbodenstationen 320 Benutzerendgeräte oder Gateways 300, die mit einem oder mehreren Benutzerendgeräten verbunden sind. Ein Satellit 200 kann die Erde 30 in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) oder mittleren Erdumlaufbahn (MEO) oder hohen Erdumlaufbahn (HEO), einschließlich einer geosynchronen Erdumlaufbahn (GEO), umkreisen. Der Satellit 200 beinhaltet eine Antenne 207, die eine Kommunikation 20 von einer Ausgangsbodenstation 310 empfängt und das Kommunikationssignal an eine Zielbodenstation 320 umleitet. Der Satellit 200 beinhaltet außerdem eine Datenverarbeitungsvorrichtung 210, die die empfangene Kommunikation 20 verarbeitet und einen Weg der Kommunikation 20 bestimmt, um an der Zielbodenstation 320 anzukommen. Zusätzlich beinhaltet das weltumspannende Kommunikationssystem 100 mehrere Bodenstationen 300, wie etwa eine Ausgangsbodenstation 310, eine Zielbodenstation 320 und optional ein Verbindungsgateway 330. Die Ausgangsbodenstation 310 ist über eine Kabel-, eine Glasfaser- oder eine drahtlose Funkfrequenzverbindung 12a in Verbindung mit einem ersten Benutzer 10a, und die Zielbodenstation 320 ist über eine Kabel-, eine Glasfaser- oder eine drahtlose Funkfrequenzverbindung 12b in Verbindung mit dem zweiten Benutzer 10b. In einigen Beispielen ist die Kommunikation 20 zwischen der Ausgangsbodenstation 310 und dem ersten Benutzer 10a oder die Kommunikation 20 zwischen der Zielbodenstation 320 und dem zweiten Benutzer 10b eine drahtlose (entweder Funkfrequenz- oder optische Freiraum-) Kommunikation 20.
Ein Satellit 200 ist ein in einer Umlaufbahn um die Erde 30 platziertes Objekt und kann verschiedenen Zwecken dienen, wie etwa militärische oder zivile Beobachtungssatelliten, Kommunikationssatelliten, Navigationssatelliten, Wettersatelliten und Forschungssatelliten. Die Umlaufbahn des Satelliten 200 variiert zum Teil abhängig von dem Zweck, für den der Satellit 200 verwendet wird. Satellitenumlaufbahnen 204 können basierend auf ihrer Höhe über der Oberfläche der Erde 30 als niedrige Erdumlaufbahn (LEO), mittlere Erdumlaufbahn (MEO) und hohe Erdumlaufbahn (HEO) klassifiziert werden. LEO ist eine geozentrische Umlaufbahn (d. h. die Erde 30 umkreisend), die in der Höhe von 0 bis 1.240 Meilen reicht. MEO ist ebenfalls eine geozentrische Umlaufbahn, die in der Höhe von 1.200 Meilen bis 22.236 Meilen reicht. HEO ist ebenfalls eine geozentrische Umlaufbahn und weist eine Höhe über 22.236 Meilen auf. Eine geosynchrone Erdumlaufbahn (GEO) ist ein Spezialfall von HEO. Eine geostationäre Erdumlaufbahn (GSO, obwohl gelegentlich auch GEO genannt) ist ein Spezialfall der geosynchronen Erdumlaufbahn.
Aufgrund der Größe der Erde 30 wird eine große Anzahl von Satelliten 200 verwendet, um eine Signalabdeckung für die bevölkerte Welt bereitzustellen. Satelliten 200 können eine Umlaufbahn oder Flugbahn 204 mit einem Neigungswinkel von etwa 90 Grad in Bezug auf den Äquator der Erde 30 aufweisen, doch bei einem Neigungswinkel von 90 Grad stellen die Satelliten 200 Abdeckung für nichtbevölkerte Gebiete wie den Nord- und Südpol bereit. Es ist erstrebenswert, ein Kommunikationssystem bereitzustellen, dass die Satellitensignalabdeckung der bevölkerten Welt erhöht, Satellitenkollisionen zwischen Satelliten 200, während diese die Erde 30 umkreisen, reduziert, die Anzahl von Satelliten 200 in dem weltumspannenden Kommunikationssystem 100 reduziert und überlappende Abdeckung bereitstellt, um die Satellitenabdeckung von einem Teil der Erde 30 beizubehalten, wenn einer der Satelliten 200, der denselben Bereich abdeckt, eine Fehlfunktion aufweist.
Mehrere Satelliten 200, die gemeinsam arbeiten, bilden eine Satellitenkonstellation. Die Satelliten 200 innerhalb der Satellitenkonstellation können koordiniert werden, um zusammenzuarbeiten und sich bei der Bodenabdeckung zu überlappen, um einen Kommunikationsausfall, wenn ein Satellit 200 Probleme (z. B. mechanische, elektrische oder Kommunikationsprobleme) aufweist, zu verhindern. Die gängigen Konstellationsarten sind die polare Konstellation und die Walker-Konstellation, die beide dazu dienen, eine maximale Erdabdeckung bereitzustellen und dabei eine minimale Anzahl von Satelliten 200b zu verwenden. Die polare Konstellation beinhaltet Satelliten 200, die in einer polaren Konstellation angeordnet sind, die die gesamte Erde 30 abdeckt und die Pole (z. B. den Süd- und Nordpol) umkreist, wohingegen die Walker-Konstellation Satelliten 200 beinhaltet, die Bereiche unterhalb bestimmter Breitengraden abdecken, wobei eine größere Anzahl von Satelliten 200 bereitgestellt ist, die gleichzeitig in Sicht eines Benutzers 10 auf dem Boden sind (was zu einer höheren Verfügbarkeit und weniger unterbrochenen Verbindungen führt).
Wie in 1A und 1B gezeigt, kann ein erster Benutzer 10a mit dem zweiten Benutzer 10b oder einem dritten Benutzer 10c kommunizieren. Da sich jeder Benutzer 10 an einem anderen Standort befindet, getrennt durch einen Ozean oder große Entfernungen, wird eine Kommunikation 20 von dem ersten Benutzer 10a durch das weltumspannende Kommunikationssystem 100 übertragen, um sein finales Ziel, d. h. den zweiten oder dritten Benutzer 10b, 10c, zu erreichen. Daher ist es erstrebenswert, ein weltumspannendes Kommunikationssystem 100 zu haben, das dazu in der Lage ist, Kommunikationssignaltraffic über große Entfernungen hinweg zu routen, wobei ein Benutzerstandort an einem Standort ist, der weit von einer Ausgangs- oder Zielbodenstation 310, 320 entfernt ist (z. B. ein Ozean). Aufgrund der Verwendung der Satelliten 200, ist es außerdem erstrebenswert, im Vergleich zu glasfaser- oder kabelbasierten Kommunikationen, verringerte Latenz des Systems 100 und verbesserte Sicherheit bereitzustellen. Darüber hinaus ist es erstrebenswert, ein kostengünstiges System zu haben. Wie später erörtert, ist ein weltumspannendes Kommunikationssystem 100, das in der Lage ist, schnell verbunden zu sein und Konnektivität von Satelliten 200 mit weniger und einfacheren Intersatellitenverbindungen je Satellit 200 bereitzustellen, ebenfalls erstrebenswert. Schließlich ist es erstrebenswert, über ein globales Kommunikationssystem 100 zu verfügen, dass in der Lage ist, die Anzahl von Satelliten 200 des globalen Kommunikationssystems 100 zu reduzieren und gleichzeitig überlappende Abdeckung der bevölkerten Gebiete bereitzustellen (um einen beliebigen Satelliten 200, der Probleme aufweist, auszugleichen).
Unter Bezugnahme auf 2A–3B sind die Satelliten 200 des weltumspannenden Kommunikationssystems 100 in eine oder mehrere Gruppen 202 unterteilt, wobei jede Gruppe 202 einen oder mehrere Satelliten 200 beinhaltet. In einigen Beispielen beinhaltet jede Gruppe 202 eine oder mehrere Umlaufhahnen oder Flugbahnen 204, wobei jede Umlaufbahn oder Flugbahn 204 mehrere Satelliten 200 beinhaltet, die voneinander beabstandet sind. Die Satelliten 200 innerhalb einer Umlaufbahn 204 können voneinander durch einen gleichen Abstand D1, D2 getrennt sein. In einigen Beispielen beinhaltet das weltumspannende Kommunikationssystem 100 eine erste Gruppe 202a von Satelliten 200 und eine zweite Gruppe 202b von Satelliten 200. Die erste Gruppe 202a von Satelliten 200 umkreist die Erde 30 in einer ersten Höhe A₁; während die zweite Gruppe 202b von Satelliten 200 die Erde 30 in einer zweiten Höhe A₂ umkreist. Die erste Höhe A₁ ist größer als die zweite Höhe A₂. In einigen Beispielen, bei denen das weltumspannende Kommunikationssystem 100 drei oder mehr Gruppen 202 von Satelliten 200 beinhaltet, weist eine dritte Gruppe eine dritte Höhe auf, die kleiner als die zweite Höhe ist, eine vierte Gruppe weist eine vierte Höhe auf, die kleiner als die dritte Höhe ist, und so weiter. Die Satelliten 200 können die Erde 30 in einer erdnahen Umlaufbahn, d. h. unter 2.000 km (z. B. 1.300 km), umkreisen.
Starten der ersten Gruppe 202a von Satelliten 200a in einer größeren ersten Höhe A₁ ermöglicht es, dass das weltumspannende Kommunikationssystem 100 weniger Satelliten 200 in der ersten Höhe A₁ aufweist, da der Abdeckungsbereich, den der Satellit 200 abdeckt, umso größer ist, je höher ein Satellit 200 ist. Im Anschluss an die erste Gruppe 202a von Satelliten 200a, die in der ersten Höhe A₁ gestartet wurden, wird die zweite Gruppe 202b von Satelliten 200b gestartet und beinhaltet eine größere Anzahl von Satelliten 200b, die eine größere Systembandbreite bereitstellen und eine größere Anzahl von Benutzern unterstützen, die das weltumspannende Kommunikationssystem 100 verwenden. Unter Bezugnahme auf 3B ist der Abdeckungsbereich C₁ eines ersten Satelliten 200aa aus der ersten Gruppe 202a von Satelliten 200a größer als der Abdeckungsbereich C₂ eines zweiten Satelliten 200bc aus einer zweiten Gruppe 202b von Satelliten 200b. Der erste Abdeckungsbereich C₁ ist aufgrund der größeren Höhe des ersten Satelliten 200aa größer als der zweite Abdeckungsbereich C₂.
In einigen Beispielen unterscheidet sich ein Neigungswinkel der ersten Gruppe 202a von Satelliten 200a von einem Neigungswinkel der zweiten Gruppe 202b von Satelliten 200b. Die zweite Gruppe 202b von Satelliten 200b stellt für die von der ersten Gruppe von Satelliten 200 bereitgestellte Abdeckung eine überlappende Abdeckung bereit. Die Umlaufbahnen 204 innerhalb einer Gruppe 202 von Satelliten 200 können eine gleiche Anzahl von Satelliten 200 oder eine ungleiche Anzahl von Satelliten 200 aufweisen. In einigen Beispielen hält der Neigungswinkel (z. B. 60°-Winkel) Satellit 200 davon ab, beliebige Neigungsmanöver zur Vergrößerung seines Abdeckungsbereichs durchzuführen.
Die überlappende Abdeckung, die von den Satelliten 200a der ersten Gruppe 202a und den Satelliten 200b der zweiten Gruppe 202b bewirkt wird, wie in 3B gezeigt (z. B. gezeigt durch einen ersten Satelliten 200aa der ersten Gruppe 202a und zwei andere Satelliten 200ba, 200bb der zweiten Gruppe 202b), erlaubt es den Satelliten 200, Energie über die Konstellation hinweg zu teilen, wodurch der für jeden Satelliten 200 erforderliche Batteriestrom reduziert werden kann. Darüber hinaus kann Beibehalten eines konstanten Neigungswinkels die Notwendigkeit für einen Intersatelliten-Kardanring umgehen. Ein Kardanring ist eine gelenkige Halterung, die eine Drehung eines Objekts um eine einzelne Achse ermöglicht und normalerweise dazu verwendet wird, ein Objekt in Bezug auf ein anderes aufrecht zu halten, wenn sich das Objekt neigt und dreht.
Leistungsflussdichte (PFD) ist ein Maß der Leistung, die über eine Sphäre hinweg gleichmäßig verteilt wird und einen Radius einer Antenne 207 (eines Satelliten 200) pro Flächeneinheit dieser Sphäre aufweist. Die PFD ist abhängig von einer übertragenen Gesamtleistung des Signals. Daher, aufgrund einer überlappenden Abdeckung der Erde 30, ist die PFD je Satellit 200 aufgrund der Leistungsteilung zwischen den Satelliten 200 vermindert.
In einigen Implementierungen beinhaltet das System 100 für eine kurze Dauer Abdeckungslücken, wie etwa flüchtige Abdeckungslücken, die die Quality of Service (QOS) der Signale reduzieren können, reduziert jedoch ebenso die Gesamtanzahl von Satelliten 200, die die bevölkerte Erde 30 abdecken.
Der Schielwinkel ist der Winkel, in dem die Übertragung des Satelliten 200 von der Normale der Ebene der Antenne 207 des Satelliten 200 versetzt ist. In einigen Beispielen beträgt der Schielwinkel der Satelliten 200 45 Grad oder weniger, z. B. 37 Grad.
Die Systemdaten-Verarbeitungsvorrichtung 110 kann eine beliebige von der Datenverarbeitungsvorrichtungen 210 der Satelliten 200, der Datenverarbeitungsvorrichtung 110 eines beliebigen der Gateways 300, eine andere Datenverarbeitungsvorrichtung, die in Verbindung mit den Satelliten 200 und Gateways steht, oder eine Kombination davon sein.
Die erste Gruppe 202a von Satelliten 200a und die zweite Gruppe 202b von Satelliten 200b kann angeordnet sein, um eine Abdeckung der Erde zu einem beliebigen Zeitpunkt von mindestens 75% bereitzustellen. Darüber hinaus können ein oder mehrere Satelliten 200 eine rechteckige oder hexagonale Abdeckungszone der Erde aufweisen. Die hexagonale Abdeckungszone kann die geringste Anzahl von Satelliten 200 ermöglichen. 29 Satelliten 200 in 29 Ebenen/Umlaufbahnen 204 ergeben zum Beispiel insgesamt 841 Satelliten 200 für einen 45 Grad Schielwinkel bei einer Höhe von 925 Kilometern. Eine größere Höhe reduziert Schielwinkel und Satellitenanzahl. Bei einer Höhe von 1300 Kilometern, zum Beispiel, kann das Kommunikationssystem 100 32 × 32 (32 Satelliten 200 in 32 Ebenen/Umlaufbahnen 204) beinhalten, was insgesamt 1024 Satelliten 200 für einen 35 Grad Schielwinkel ergibt. In einigen Beispielen setzt das Kommunikationssystem 100 rechteckige Abdeckungsmuster ein und kann 29 × 42 (29 Satelliten 200 in 42 Ebenen/Umlaufbahnen 204) beinhalten, was insgesamt 1218 Satelliten 200 für einen 45 Grad Schielwinkel ergibt. Diese Anordnung ist unempfindlich gegen wahren Anomaliephasenabgleich, indem sie zur Einfügung von zusätzlichen Satelliten 200 flexibel ist und eine Steuerung von Verbindungsfehlschlägen ermöglicht.
Die flächendeckende Doppelabdeckung der Erde, die durch die Satelliten 200a der ersten Gruppe 202a und die Satelliten 200b der zweiten Gruppe 202b bewirkt wird, ermöglicht Unterbrechungen der Energieteilung von Satelliten 200 (individuelle Raumfahrzeugausfälle) in der gesamten Konstellation von Satelliten 200 und mehrere LOS-Möglichkeiten für jede Boden-Weltall-Verbindung, wodurch die Fähigkeit bereitgestellt wird, Konflikte durch „Fernhalte”-Sichtlinien (z. B. geosynchrone Satelliten) zu lösen. Die doppelte Abdeckung von Satelliten 200 ermöglicht außerdem eine maximale Ausnutzung der Zonen der individuellen Raumfahrzeuge mit verbesserter (mehr) Abdeckung über bevölkerten Gebieten, Synchronität über die Konstellation hinweg, vorhersehbare und sichere Verbindungsfehlschlag-Distanzen an den Kreuzungen der Umlaufbahnen und eine geringe Raumfahrzeuganzahl ohne Rückgriff auf polare Inklinationen, die unnötige Abdeckung nicht bevölkerter arktischer Gebiete bereitstellen.
Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet ein Satellit 200 einen Satellitenkörper 206, der eine Datenverarbeitungsvorrichtung 210 aufweist. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 210 führt Algorithmen aus, um zu ermitteln, wohin sich der Satellit 200 bewegt. Der Satellit 200 beinhaltet außerdem eine Antenne 207 zum Empfangen und Übertragen einer Kommunikation 20. Der Satellit 200 beinhaltet Solarkollektoren 208, die auf dem Satellitenkörper 206 befestigt sind. Die Solarkollektoren 208 liefern dem Satelliten 200 Energie. In einigen Beispielen beinhaltet der Satellit 200 wiederaufladbare Batterien, die verwendet werden, wenn Sonnenlicht die Solarkollektoren 208 nicht erreicht und auflädt.
Kommunikationssicherheit kann ein wesentliches Anliegen beim Aufbau eines Kommunikationsnetzwerks sein, dass verschiedenen Benutzern 10 ermöglicht, über lange Distanzen und besonders Kontinente hinweg zu kommunizieren. Ein Kommunikationssignal, das über ein Kabel übertragen wird, kann abgefangen werden und die mitgeteilten Informationen können abgerufen werden. In einigen Beispielen können Glasfaserkabel zur Überwachung von Kommunikationen unter Verwendung besonderer Abhörausrüstung abgehört werden. Eine Überwachung einer Glasfaser ermöglicht ein Abrufen aller Sprach- und Datenkommunikationen, die über das Glasfaserkabel übertragen werden, wobei diese in den meisten Fällen nicht erkannt werden können. Die Faser kann auch vorsätzlich oder unbeabsichtigt gekappt oder beschädigt werden und Kommunikationen unterbrechen. Um Datenüberwachung oder -unterbrechung zu minimieren, beschränkt oder, in einigen Fällen, eliminiert das weltumspannende Kommunikationssystem 100 die Verwendung von Glasfasern, wodurch ein sicherer Signaltransport bereitgestellt wird. Die Verwendung von Glasfaserkabeln ist zum Beispiel auf relativ kurze Distanzen von den Ausgangs- und Zielbodenstationen 310, 320 zu dem Benutzer 10 beschränkt. Das weltumspannende Netzwerk 100 stellt eine überlappende Abdeckung von Teilen der Erde 30 bereit, um Situationen zu vermeiden, in denen ein Satellit 200, der einen ersten Bereich abdeckt, Probleme erfährt, die den Satelliten 200 davon abhalten, eine Kommunikation zu empfangen oder an einen Benutzer 10, der sich in dem ersten Bereich befindet, zu übertragen (wie mit Bezug auf 3B gezeigt und beschrieben). Daher ist ein anderer Satellit 200, der denselben Bereich abdeckt, in der Lage, die Kommunikation 20 an den Benutzer 10 zu übertragen, ohne die Kommunikation 20 so routen zu müssen, dass sie über Kabel übertragen wird, wenn verfügbar.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1–3B ist es, beim Aufbau eines weltumspannenden Kommunikationssystems 100 aus mehreren Satelliten 200, manchmal erstrebenswert, Traffic über lange Distanzen durch Verbinden eines Satelliten 200 mit einem anderen durch das System 100 zu routen. Es können beispielsweise zwei Satelliten 200 über Intersatellitenverbindungen kommunizieren. Eine solche Intersatellitenverbindung (ISL) ist nützlich, um Kommunikationsdienste für Bereiche bereitzustellen, die weit von Ausgangs- und Zielbodenstationen 310, 320 entfernt sind, und kann außerdem die Latenz reduzieren und die Sicherheit verbessern (Glasfaserkabel 12 können abgehört werden und Daten, die durch das Kabel gehen, können abgerufen werden). Diese Art von Intersatellitenkommunikation unterscheidet sich von dem „Bent-Pipe”-Modell, bei dem der gesamte Signaltraffic von einem Bodenstationsgateway 310, 320 zu einem Satelliten 200b und dann direkt runter zu einem Benutzer 10 auf der Erde 30 oder umgekehrt läuft. Das „Bent-Pipe”-Modell beinhaltet keinerlei Intervorrichtungskommunikationen; stattdessen fungiert der Satellit 200b als ein Repeater. In einigen Beispielen für „Bent-Pipe”-Modelle wird das von dem Satelliten 200b empfangene Signal verstärkt, bevor es weitergegeben wird; eine Signalverarbeitung findet jedoch nicht statt. In anderen Beispielen für das „Bent-Pipe”-Modell kann ein Teil oder das gesamte Signal verarbeitet und decodiert werden, um ein oder mehrere eines Routings an unterschiedliche Strahlen, Fehlerkorrektur oder Quality-of-Service-Steuerung zu ermöglichen; eine Intersatellitenkommunikation findet jedoch nicht statt.
In einigen Implementierungen behalten Satelliten 200 innerhalb derselben Ebene 204 relativ zu ihren benachbarten Intra-Ebenen-Satelliten 200 die gleiche Position bei. Die Position eines Satelliten 200 relativ zu Nachbarn in einer angrenzenden Ebene 204 (innerhalb derselben Gruppe 202 oder einer anderen Gruppe) variiert mit der Zeit. Unter erneuter Bezugnahme auf 1B beinhaltet die großräumige Satellitenkonstellation 100 zum Beispiel eine erste Gruppe 202a von Satelliten 200a, die in einer oder mehreren Umlaufbahnen 204a positioniert sind, und eine zweite Gruppe 202b von Satelliten 200b, die in einer oder mehreren Umlaufbahnen 204b positioniert sind. Eine Satellitendistanz D₁ zwischen einem ersten Satelliten 200aa mit einer ersten Umlaufbahn 204aa und einem zweiten Satelliten 200ab mit derselben Umlaufbahn 204aa ist dieselbe wie die Distanz D₁ zwischen dem zweiten Satelliten 200ab mit der ersten Umlaufbahn 204aa und einem dritten Satelliten 200ac mit der ersten Umlaufbahn 204aa. Das Gleiche gilt für die Distanzen zwischen den Satelliten 200b mit einer beliebigen Umlaufbahn (z. B. eine zweite Distanz D₂ zwischen Satelliten 200b mit einer Umlaufbahn 204b innerhalb der zweiten Gruppe 204b von Satelliten 200b). Somit behalten Satelliten 200 innerhalb derselben Ebene 204 (die annähernd einem bestimmten Breitengrad, zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt, entspricht) eine annähernd konstante Position in Bezug auf ihre Intra-Ebenen-Nachbarn (d. h. ein Vorwärts- und ein Rückwärtssatellit 200) bei, doch ihre Position in Bezug auf Nachbarn in einer angrenzenden Ebene variiert mit der Zeit.
Eine Intersatellitenverbindung (ISL) eliminiert oder reduziert die Anzahl von Sprüngen von Satellit 200 zu Gateway, was die Latenz reduziert und die Netzwerkleistungsvermögen insgesamt erhöht. Intersatellitenverbindungen ermöglichen, dass Kommunikationstraffic von einem Satelliten 200, der einen bestimmten Bereich abdeckt, nahtlos an einen anderen Satelliten 200, der denselben Bereich abdeckt, übergeben wird, wobei ein erster Satellit 200 den ersten Bereich verlässt und ein zweiter Satellit 200 in den ersten Bereich eintritt.
In einigen Implementierungen beinhaltet eine Satellitenkonstellation Satelliten 200, die genug Intersatellitenverbindungen aufweisen, um eine vollständige Verbindung der Konstellation zu bewirken, wobei jeder Satellit 200 mit Kommunikationsausrüstung und zusätzlichen Antennen 207 ausgestattet ist, um den Standort anderer Satelliten 200 in derselben Ebene 202 oder in anderen, angrenzenden Ebenen 202 zu verfolgen, um mit den anderen Satelliten 200b zu kommunizieren.
In einigen Beispielen ist eine zusätzliche Antenne 207 eines aktuellen Satelliten 200 dazu fähig, beliebige andere Satelliten 200 innerhalb des Blickfelds des aktuellen Satelliten 200 zu verfolgen. Somit verfolgt die zusätzliche Antenne 207 andere Satelliten 200 in einer anderen Umlaufbahn und/oder Gruppe von Satelliten 200. Dadurch erhöhen sich die Kosten der Satelliten 200, da zusätzliche Hardware (z. B. die zusätzlichen Antennen) hinzugefügt wird, und die Berechnungen der Satelliten 200 zum Verfolgen von Satelliten 200 in anderen Ebenen 202, deren Position sich ständig verändert.
In anderen Beispielen, und um die Einfachheit und niedrigen Kosten für Entwurf, Bau und Start des Systems 100 beizubehalten, beinhaltet das System 100 einen Satelliten 200, der nur einen ersten Satelliten 200 vor oder vorwärts von ihm und einen anderen Satelliten 200 hinter oder rückwärts von ihm verfolgt und Verbindungsgateways 330 verwendet, um eine Kommunikation 20 von einer Ebene 204 mit einer anderen zu verbinden. In diesem Fall, und um ein vollständig verbundenen System 100 zu erhalten, beinhaltet das System 100 Verbindungsgateways 330, die eine Kommunikation 20 von einem Satelliten 200 empfangen und die Kommunikation 20 an einen anderen Satelliten 200 in einer anderen Ebene 204 senden.
Wie in 3A und 3B gezeigt, kann ein Verbindungsgateway 330 zwei Satelliten 200 verbinden, die sich jeweils in einer anderen Gruppe 202a, 202b befinden. Der Verbindungsgateway 330 empfängt die Kommunikation 20 von der ersten Gruppe 202a von Satelliten 200 und sendet die Kommunikation 20 an die zweite Gruppe 202b von Satelliten 200. Darüber hinaus kann der Verbindungsgateway 330 eine Kommunikation 20 von einem Satelliten 200 innerhalb einer Gruppe 202a, 202b empfangen und die Kommunikation 20 an einen anderen Satelliten 200 innerhalb derselben Gruppe 202a, 202b senden.
In einigen Beispielen empfangt ein erster Satellit 200a, der eine Ebene 204a der ersten Gruppe 202a umkreist, eine Kommunikation 20 von einer Ausgangsbodenstation 310 und sendet die Kommunikation 20 an einen zweiten Satelliten 200b, der eine Ebene 204b der zweiten Gruppe 202b umkreist, und der die Kommunikation seinerseits an eine Zielbodenstation 320 sendet. Dieser Aufbau stellt eine vollständig verbundene Satellitenkonstellation zu einem niedrigeren Preis und mit weniger Komplexität als die aktuellen Satelliten 200, die komplexe Algorithmen aufweisen, um mehrere andere Satelliten 200 zu verfolgen, bereit, was bedeutet, dass ein Signal von einem Satelliten 200 an einen beliebigen anderen Satelliten 200 innerhalb der Konstellation gesendet werden kann. Innerhalb einer Ebene 204 beispielsweise kann sich jeder Satellit 200 mit einem Vorwärtssatelliten 200, der sich vor dem aktuellen Satelliten 200 befindet, und einen Rückwärtssatelliten 200, der sich hinter dem aktuellen Satelliten 200 befindet, verbinden. Dies reduziert die Anzahl von Verbindungen von jedem Satelliten 200 zu anderen Satelliten 200, wodurch die Kosten für zusätzliche Ausrüstung, die zum Verfolgen von mehr als einem Satelliten 200 benötigt wird, reduziert werden.
Wie gezeigt, weist jede Ebene 204, in einigen Implementierungen, in Bezug auf den Äquator 40 der Erde eine Inklination von mehr als 0 und weniger als oder gleich 60 Grad auf, um die Abdeckung der bevölkerten Erde 30 zu steigern. Zusätzlich können alle Umlaufbahnen 204 innerhalb einer Gruppe 202 eine gleiche Inklination aufweisen. Wenn zum Beispiel eine erste Umlaufbahn 204aa aus einer ersten Gruppe 202a eine erste Inklination von 60 Grad in Bezug auf den Äquator 40 aufweist, so weist eine beliebige andere Umlaufbahn 204a innerhalb derselben Gruppe 202a eine Inklination von 60 Grad in Bezug auf den Äquator 40 der Erde 30 auf. Daher vermindert die geringere Inklination der Umlaufbahnen 204 (im Gegensatz zu polaren Umlaufbahnen) die Anzahl von Satelliten 200 um etwa die Hälfte (z. B. verglichen mit einer polaren Konstellation), da die Konstellation nur die bewohnten Bereiche der Erde abdeckt und unnütze Abdeckung der nichtbevölkerten Gebiete, wie dem Nord- und Südpol) verhindert. Darüber hinaus ist, aufgrund der Abnahme der Anzahl von Satelliten 200, was eine Kostensparmaßnahme ist, eine zusätzliche Kostensparmaßnahme eine Reduzierung der Kosten des Starts der Satelliten 200.
Eine Bodenstation 300 wird normalerweise als ein Verbindungsstück zwischen Satelliten 200 und dem Internet oder zwischen Satelliten 200 und Benutzerendgeräten verwendet (z. B. die Ausgangsbodenstationen 310 und/oder die Zielbodenstationen 320). Jedoch nutzt das System 100 Gateways 300 als Verbindungsgateways 330 zum Vermitteln einer Kommunikation 20 von einem Satelliten 200 zu einem anderen Satelliten 200, wobei sich jeder Satellit in einer anderen Gruppe 202 oder Ebene 204 befindet. Jedes Gateway 330 empfängt eine Kommunikation 20 von einem kreisenden Satelliten 200, verarbeitet die Kommunikation 20 und schaltet die Kommunikation 20 auf einen anderen Satelliten 200 in einer anderen Gruppe 202 oder Ebene 204 um. Daher stellt die Kombination der Satelliten 200 und der Verbindungsgateways 330 ein vollständig verbundenes System 100 bereit, wenn die Verbindungsgateways 330 zum Ausgleichen der Lücke verwendet werden, wodurch die Anzahl von Antennen jedes Satelliten 200, die andere Satellitenvorrichtungen verfolgen, die innerhalb einer anderen Gruppe 202 oder Ebene 204 des aktuellen Satelliten 200 sind, verringert wird.
5 liefert ein Beispiel für Kommunikationswege 22 von einem ersten Benutzer 10a zu einem zweiten Benutzer 10b. In einigen Beispielen möchte ein erster Benutzer 10a in Brasilien mit einem zweiten Benutzer 10b in den USA kommunizieren. Der erste Benutzer 10a sendet eine Kommunikation 20 an den zweiten Benutzer 10b. Das weltumspannende Kommunikationssystem 100 empfängt die Kommunikation 20 an einer Ausgangsbodenstation 310 und bestimmt (unter Verwendung des Systemdatenprozessors 110) einen Weg 22, der zu der Zielbodenstation 320 führt. In einigen Beispielen empfängt die Ausgangsbodenstation 310 die Kommunikation 20 von dem ersten Benutzer 10a über eine Kabel- oder Glasfaserverbindung 12. In anderen Beispielen empfängt die Ausgangsbodenstation 310 die Kommunikation 20 über eine drahtlose Funkfrequenzkommunikation. Gleichermaßen kann die Zielbodenstation 320 die Kommunikation 20 an den zweiten Benutzer 10b über eine Kabel- oder Glasfaserverbindung 12 oder über eine drahtlose Funkfrequenzkommunikation senden. Andere Beispiele sind ebenfalls möglich, wie etwa optische Freiraumkommunikationen oder Kombinationen aus optischen Freiraum, drahtgebundenen, drahtlosen, Funkfrequenz- und Glasfaserkommunikationen zwischen Benutzern 10 und Gateways 300 (z. B. Ausgangs- und Zielbodenstationen 310, 320). Darüber hinaus kann sich ein Benutzer 10 in einem Haus, einem Wohngebäude, einem Geschäftsgebäude, einem Datenzentrum, einem Rechenzentrum oder bei einem Service-Provider befinden. In einigen Beispielen stellt die Ausgangsbodenstation 310 und/oder die Zielbodenstation 320 eine Verbindung mit einem oder mehreren Benutzern 10 her. Darüber hinaus kann ein Benutzer 10 eine Ausgangsbodenstation 310 oder eine Zielbodenstation 320 sein.
Wenn das System 100 die Kommunikation 20 empfängt, bestimmt die Systemdaten-Verarbeitungsvorrichtung 110, 210 den Routing-Pfad 22 der Kommunikation 20 basierend auf einem oder mehreren Kriterien. In einigen Implementierungen berücksichtigt die Systemdaten-Verarbeitungsvorrichtung 110, 210 Border-Gateway-Protokoll (das Routing-Algorithmen beinhaltet), Interior-Gateway-Protokoll, Maximalfluss-Problem und/oder Kürzester-Pfad-Problem, ist aber nicht darauf beschränkt.
Das Border-Gateway-Protokoll (BGP) ist ein External-Gateway-Protokoll, das verwendet wird, um Routing- und Erreichbarkeitsinformationen zwischen autonomen Systemen im Internet auszutauschen. Das Protokoll ist entweder als ein Pfadvektorprotokoll oder ein Distanzvektor-Routing-Protokoll. Das Pfad-Routing-Protokoll ist ein Computer-Routing-Protokoll zum Aufrechterhalten der Pfadinformationen (einer Kommunikation 20), die dynamisch aktualisiert werden. Das Pfad-Routing-Protokoll unterscheidet sich von dem Distanzvektor-Routing-Protokoll dadurch, dass jeder Eintrag in dessen Routing-Tabelle ein Zielnetzwerk (z. B. eine Zielbodenstation 320 oder einen Endnutzer 10b), den nächsten Router (z. B. den nächsten Satelliten 200) und den Pfad 22 zum Erreichen der Zielbodenstation 320 beinhaltet. Das Distanzvektor-Routing-Protokoll erfordert, dass ein Router (z. B. Satellit 200 oder Verbindungsgateway 330) seine Nachbarn (z. B. HA-Satellit-CD 200 oder Verbindungsgateway 330) periodisch über Topologieveränderungen informiert. Wenn das System 100 das Distanzvektor-Routing-Protokoll verwendet, betrachtet das System 100 die Richtung, in der jede Kommunikation 20 weitergeleitet werden soll, und den Abstand von deren Ziel (aktuelle Position). Die Systemdaten-Verarbeitungsvorrichtung 110 berechnet die Richtung und die Entfernung zu einem beliebigen anderen Satelliten 200 in dem System 100. Die Richtung ist das Maß für die Kosten zum Erreichen des nächsten Ziels; die kürzeste Distanz zwischen zwei Knoten (z. B. Satelliten 200, Gateways 300) ist daher die Mindestdistanz. Die Routing-Tabelle des Distanzvektorprotokolls einer aktuellen Vorrichtung (z. B. Satellit 200 oder Gateway 300) wird periodisch aktualisiert und kann an benachbarte Vorrichtungen gesendet werden. Das BGP nimmt das Interior-Gateway-Protokoll (IGP) nicht in Anspruch.
Interior-Gateway-Protokoll (IGP) kann zum Austauschen von Routing-Informationen zwischen Gateways (z. B. Satelliten 200 oder Verbindungsgateways 330) innerhalb eines autonomen Systems (z. B. das System 100) verwendet werden. Diese Routing-Informationen können dann verwendet werden, um Protokolle auf Netzwerkebene wie das Internetprotokoll (IP) zu routen. Im Gegensatz dazu werden Exterior-Gateway-Protokolle verwendet, um Routing-Informationen zwischen autonomen Systemen auszutauschen, und stützen sich auf IGPs, um Leitungen innerhalb eines autonomen Systems zu ermitteln. Das IGP kann in zwei Kategorien unterteilt werden: Distanzvektor-Routing-Protokolle und Link-State-Routing-Protokolle. Spezifische Beispiele für IGPs beinhalten Open Shortest Path First (OSPF), Routing-Information-Protokoll (RIP) und Intermediate System to Intermediate System (IS-IS).
Das Maximalfluss-Problem und der dazugehörige Algorithmus beinhaltet Auffinden eines möglichen Stroms von einer einzelnen Quelle zu einem einzelnen Ziel über ein Netzwerk, der maximal ist, wobei die Quelle und das Ziel durch andere Vorrichtungen (z. B. Satelliten 200, Gateways 300) getrennt sind. Das Maximalfluss-Problem betrachtet die Kapazitätsobergrenze zwischen den Satelliten 200 oder Gateways 300, um den Maximalfluss zu ermitteln. Das Kürzester-Pfad-Problem beinhaltet Finden eines kürzesten Pfads 22 zwischen den Satelliten oder Gateways 300, wobei der kürzeste Pfad 22 die geringsten Kosten beinhaltet. Der kürzeste Pfad kann bezüglich der physischen Distanz oder bezüglich einer anderen Menge oder zusammengesetzter Punktzahl oder Gewicht definiert werden, deren Minimierung erstrebenswert ist. Es können auch andere Algorithmen verwendet werden, um den Weg 22 einer Kommunikation 20 zu ermitteln.
Die Algorithmen, die verwendet werden, um den Weg 22 einer Kommunikation 20 zu ermitteln, können eine Bewertungsfunktion zur Zuordnung einer Punktzahl oder eines Stellenwerts für jede Verbindung (Kommunikation zwischen den Satelliten 200 oder zwischen den Satelliten 200 und den Gateways 300) beinhalten. Diese Punktzahlen werden in den verwendeten Algorithmen berücksichtigt. Der Algorithmus kann beispielsweise versuchen, die kumulative Gewichtung des Wegs 22 (d. h. die Summe der Gewichtungen aller Verbindungen, die den Weg 22 bilden) zu minimieren. In einigen Implementierungen berücksichtigt der Systemdatenprozessor 110 die physische Distanz (und eng damit verbundene Latenz) zwischen dem Satelliten 200 oder Gateway 300 der aktuellen Verbindungsbelastung verglichen mit der Kapazität der Verbindung zwischen dem Satelliten 200 oder Gateway 300, den Zustand des Satelliten 200 oder Gateways 300 oder dessen Betriebszustand (aktiv oder inaktiv), wobei aktiv angibt, dass die Vorrichtung betriebsbereit ist und gesund ist, und inaktiv angibt, dass die Vorrichtung nicht betriebsbereit ist); die Batterie des Satelliten 200 oder Gateways 300 (z. B. wie lang wird die Vorrichtung über Energie verfügen); und die Signalstärke an dem Benutzerendgerät (für eine Benutzerendgerät-zu-Satellit-Verbindung).
Unter Bezugnahme erneut auf 5 kann die Systemdaten-Verarbeitungsvorrichtung 110, 210 mehrere Wege 22 der Kommunikation 20 wie gezeigt ermitteln, aber einen der Wege 22 basierend auf unterschiedlichen Faktoren auswählen. Zum Beispiel empfängt die Ausgangsbodenstation 310 die Kommunikation 20 und sendet sie an den nächsten Satelliten 200aa in einer ersten Gruppe 202a, der sie wiederum an ein Verbindungsgateway 330a sendet. In anderen Beispielen sendet die Ausgangsbodenstation 310 die Kommunikation 20 an einen weiteren Satelliten 200ba innerhalb der zweiten Gruppe 202b von Satelliten 200b. Jeder Satellit 200, der eine Kommunikation 20 empfängt, sendet die Kommunikation 20 (basierend auf den erörterten Kriterien) an einen anderen Satelliten 200 oder Verbindungsgateway 330, bis die Kommunikation ihr endgültiges Ziel, den Endbenutzer 10b, erreicht. Wie beschrieben überquert die Kommunikation 20 Ebenen 204 unter Verwendung des Verbindungs-Gateways 330.
6 ist eine schematische Ansicht eines exemplarischen Computergeräts 600, das verwendet werden kann, um die in diesem Dokument beschriebenen Systeme und Verfahren zu implementieren. Das Computergerät 600 soll verschiedene Formen digitaler Computer darstellen, wie Laptops, Desktops, Workstations, Personal Digital Assistants, Server, Blade-Server, Großrechner und sonstige geeignete Computer. Die hier gezeigten Komponenten, ihre Verbindungen und Beziehungen und ihre Funktionen sollen nur exemplarisch sein und sollen Implementierungen der in diesem Dokument beschriebenen und/oder beanspruchten Erfindungen nicht einschränken.
Computergerät 600 beinhaltet einen Prozessor 610, Speicher 620, eine Speichervorrichtung 630, eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle/-steuerung 640, die sich mit Speicher 620 und Hochgeschwindigkeits-Erweiterungsports 650 verbindet, und eine Niedergeschwindigkeitsschnittstelle 660, die sich mit dem Niedergeschwindigkeitsbus 670 und einer Speichervorrichtung 630 verbindet. Jede der Komponenten 610, 620, 630, 640, 650 und 660 sind unter Verwendung verschiedener Busse miteinander verbunden und können auf einem gängigen Motherboard oder gegebenenfalls in anderer Weise montiert sein. Der Prozessor 610 kann Anweisungen zur Ausführung innerhalb des Computergeräts 600 verarbeiten, einschließlich Anweisungen, die in dem Speicher 620 oder auf der Speichervorrichtung 630 gespeichert sind, um grafische Informationen für eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) auf einer externen Eingabe-/Ausgabevorrichtung, wie Anzeige 680, die mit Hochgeschwindigkeitsschnittstelle 640 verbunden ist, anzuzeigen. In anderen Implementierungen können, gegebenenfalls, mehrere Prozessoren und/oder mehrere Busse zusammen mit mehreren Speichern und Speichertypen verwendet werden. Außerdem können mehrere Computergeräte 600 verbunden sein, wobei jedes Gerät Teile der erforderlichen Operationen bereitstellt (z. B. als eine Serverbank, eine Gruppe von Blade-Servern oder ein Multiprozessor-System).
Der Speicher 620 speichert Informationen nichtflüchtig innerhalb des Computergeräts 600. Der Speicher 620 kann ein computerlesbares Medium, flüchtige Speichereinheit(en) oder nichtflüchtige Speichereinheit(en) sein. Der nichtflüchtige Speicher 620 kann aus physischen Vorrichtungen bestehen, die zur Speicherung von Programmen (z. B. Folgen von Anweisungen) oder Daten (z. B. Programmstatus-Informationen) auf temporärer oder permanenter Basis zur Nutzung durch das Computergerät 600 verwendet werden. Beispiele für nichtflüchtigen Speichers beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, Flash-Speicher und Nur-Lese-Speicher (ROM)/programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM)/löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM)/elektronisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM) (z. B. typischerweise verwendet für Firmware wie etwa Bootanwendungen). Beispiele für flüchtigen Speicher beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, Direktzugriffsspeicher (RAM), dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAN), statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM), Phasenwechselspeicher (PCM) sowie Platten oder Bänder.
Die Speichervorrichtung 630 ist in der Lage, Massenspeicher für die Computergeräte 600 bereitzustellen. In einigen Implementierungen ist die Speichervorrichtung 630 ein computerlesbares Medium. In verschiedenen unterschiedlichen Implementierungen kann die Speichervorrichtung 630 ein Diskettenlaufwerk, ein Festplattenlaufwerk, ein optisches Laufwerk oder ein Bandlaufwerk, ein Flash-Speicher oder eine andere ähnliche Festkörper-Speichervorrichtung oder eine Anordnung von Vorrichtungen, einschließlich Vorrichtungen in einem Speichernetzwerk oder anderen Konfigurationen sein. In zusätzlichen Implementierungen ist ein Computerprogrammprodukt greifbar in einem Informationsträger ausgeführt. Das Computerprogrammprodukt enthält Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, ein oder mehrere Verfahren wie die vorstehend beschriebenen durchführen. Der Informationsträger ist ein computer- oder maschinenlesbares Medium wie der Speicher 620, die Speichervorrichtung 630 oder Speicher auf Prozessor 610.
Die Hochgeschwindigkeitssteuerung 640 verwaltet bandbreitenintensive Operationen für das Computergerät 600, während die Niedergeschwindigkeitssteuerung 660 weniger bandbreitenintensive Operationen verwaltet. Eine solche Zuordnung von Aufgaben ist nur exemplarisch. In einigen Implementierungen ist die Hochgeschwindigkeitssteuerung 640 mit dem Speicher 620, der Anzeige 680 (z. B. über einen Grafikprozessor oder -beschleuniger) und mit den Hochgeschwindigkeits-Erweiterungsports 650, die verschiedene Erweiterungskarten (nicht gezeigt) akzeptieren können, verbunden. In einigen Implementierungen ist die Niedergeschwindigkeitssteuerung 660 mit Speichervorrichtung 630 und Niedergeschwindigkeits-Erweiterungsport 670 verbunden. Der Niedergeschwindigkeits-Erweiterungsport 670, der verschiedene Kommunikationsports beinhalten kann (z. B. USB, Bluetooth, Ethernet, drahtloses Ethernet), kann mit einem oder mehreren Eingabe-/Ausgabegeräten, wie einer Tastatur, einem Zeigegerät, einem Scanner oder einem Netzwerkgerät wie einem Switch oder Router, z. B. über einen Netzwerkadapter verbunden sein.
Das Computergerät 600 kann in einer Reihe unterschiedlicher Formen implementiert sein, wie in 6 gezeigt. Es kann beispielsweise als ein Standardserver 600a oder mehrmals in einer Gruppe solcher Server 600a, als ein Laptop-Computer 600b oder als Teil eines Rack-Serversystems 600c implementiert sein.
7 veranschaulicht ein Kommunikationsverfahren 700. Das Verfahren 700 beinhaltet das Ermitteln 702, an einer Datenverarbeitungsvorrichtung 110, 210, eines Routing-Pfads 22 einer Kommunikation 20 von einer Ausgangsbodenstation 310 zu einer Zielbodenstation 320 über eine Konstellation von Kommunikationsvorrichtungen 200, die die Erde 30 umkreisen. Jede Kommunikationsvorrichtung 200 (z. B. ein Satellit) weist eine entsprechende Umlaufbahn oder Flugbahn 204 mit einem Neigungswinkel von weniger als 90 Grad und mehr als null Grad in Bezug auf den Äquator 40 der Erde 30 auf. Die Konstellation beinhaltet eine erste Gruppe 202a von Kommunikationsvorrichtungen, die in einer ersten Höhe A₁ über der Erde 30 und mit einem ersten Neigungswinkel kreisen. Eine zweite Gruppe 202b von Kommunikationsvorrichtungen 200 kreist in einer zweiten Höhe A₂ über der Erde 30, die geringer als die erste Höhe A₁ ist, und mit einem zweiten Neigungswinkel, der sich von dem ersten Neigungswinkel unterscheidet. Das Verfahren 700 beinhaltet ein Anweisen 704, unter Verwendung der Datenverarbeitungsvorrichtung 110, 210, der Ausgangsbodenstation 310, die Kommunikation 20 über eine oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen 200 der Konstellation von Kommunikationsvorrichtungen 200, die miteinander in Verbindung sind, an die Zielbodenstation 320 zu senden.
In einigen Beispielen beinhaltet das Verfahren 700 ein Anweisen der Ausgangsbodenstation 310, die Kommunikation 20 an eine erste Kommunikationsvorrichtung 200 in der ersten Gruppe 202a von Kommunikationsvorrichtungen zu senden, und ein Anweisen der ersten Kommunikationsvorrichtung 200 in der ersten Gruppe 202a von Kommunikationsvorrichtungen, die Kommunikation 20 an eine zweite Kommunikationsvorrichtung 200 in der ersten Gruppe 202a von Kommunikationsvorrichtungen 200 oder an eine dritte Kommunikationsvorrichtung 200 in der zweiten Gruppe 202b von Kommunikationsvorrichtungen 200 zu senden. In einigen Beispielen beinhaltet die Kommunikationsvorrichtung 200 einen Satelliten 200. Die Gruppen 202 von Kommunikationsvorrichtungen 200 können überlappende Abdeckung von Teilen der Erde 30 bereitstellen.
In einigen Implementierungen umkreist eine Gruppe von Kommunikationsvorrichtungen 200 die Erde 30 mit einem Neigungswinkel, der etwa 60 Grad entspricht. Jede Gruppe 202 von Kommunikationsvorrichtungen 200 kann mehrere Umlaufbahnen oder Flugbahnen 204 beinhalten, wobei jede Umlaufbahn 204 mehrere Kommunikationsvorrichtungen 200 aufweist, die voneinander beabstandet sind. Die Kommunikationsvorrichtungen 200 innerhalb einer Umlaufbahn oder Flugbahn 204 können in gleichen Distanzen (D1, D2) voneinander getrennt sein.
In einigen Beispielen beinhaltet das Verfahren 700 ferner ein Anweisen einer aktuellen Kommunikationsvorrichtung 200, die im Besitz einer Kommunikation 20 ist, die Kommunikation 20 an eine Vorwärts- oder Rückwärtskommunikationsvorrichtung innerhalb der Umlaufbahn oder Flugbahn 204 der aktuellen Kommunikationsvorrichtung 200 zu senden. Das Ermitteln des Routing-Pfads 22 einer Kommunikation 20 von der Ausgangsbodenstation 310 zu der Zielbodenstation 320 kann das Ermitteln des Routing-Pfads 22 basierend auf mindestens einem von einem Border-Gateway-Protokoll, einem Interior-Gateway-Protokoll, einem Maximalfluss-Algorithmus oder einem Kürzesten-Pfad-Algorithmus beinhalten. Alternativ kann das Ermitteln eines Routing-Pfads 22 einer Kommunikation 20 von der Ausgangsbodenstation 310 zu der Zielbodenstation 320 ein Ermitteln basierend auf einer Bewertungsfunktion von einer oder mehreren von einer Distanz zwischen der Ausgangs- und der Zielbodenstation 310, 320, einer Kapazität einer Intersatellitenverbindung zwischen zwei Vorrichtungen, einem Betriebszustand einer Kommunikationsvorrichtung und einer Signalstärke einer Kommunikationsvorrichtung beinhalten.
Verschiedene Implementierungen der hier beschriebenen Systeme und Techniken können in digitalen elektronischen und/oder optischen Schaltungen, integrierten Schaltungen, speziell konzipierten ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (Application Specific Integrated Circuits)), Computerhardware, Firmware, Software und/oder in Kombinationen davon ausgeführt sein. Diese verschiedenen Implementierungen können eine Implementierung in einem oder mehreren Computerprogrammen beinhalten, die auf einem programmierbaren System ausführbar und/oder interpretierbar sind, das mindestens einen programmierbaren Prozessor beinhaltet, der ein spezieller Prozessor oder ein Prozessor für allgemeine Zwecke sein kann, und der zum Empfangen von Daten und Anweisungen von und zum Übertragen von Daten und Anweisungen an ein Speichersystem, mindestens eine Eingabevorrichtung und mindestens eine Ausgabevorrichtung gekoppelt ist.
Diese Computerprogramme (auch bekannt als Programme, Software, Anwendungen oder Code) enthalten Maschinenanweisungen für einen programmierbaren Prozessor und können in eine hochrangige verfahrens- und/oder objektorientierte Programmiersprache und/oder in eine Montage-/Maschinensprache umgesetzt werden. Wie hier verwendet, bezeichnen die Begriffe „maschinenlesbares Medium” und „computerlesbares Medium” ein beliebiges Computerprogrammprodukt, ein nicht-vorübergehendes computerlesbares Medium, eine Vorrichtung und/oder ein Gerät (z. B. Magnetlaufwerke, optische Laufwerke, nichtflüchtige Speicher, programmierbare Logikbausteine (PLDs), die verwendet werden, um einem programmierbaren Prozessor Maschinenanweisungen und/oder Daten bereitzustellen, einschließlich eines maschinenlesbaren Mediums, das Maschinenanweisungen als ein maschinenlesbares Signal empfangt. Der Begriff „maschinenlesbares Signal” bezeichnet ein beliebiges Signal, das verwendet wird, um einem programmierbaren Prozessor Maschinenanweisungen und/oder Daten bereitzustellen.
Implementierungen des Gegenstands und der funktionalen Operationen, die in dieser Spezifikation beschrieben sind, können in digitalen elektronischen Schaltungen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware implementiert werden, einschließlich in den in dieser Spezifikation offengelegten Strukturen und ihren strukturellen Äquivalenten oder in Kombinationen von einer oder mehrerer der Strukturen. Der in dieser Spezifikation beschriebene Gegenstand kann als ein Computerprogrammprodukt oder mehrere Computerprogrammprodukte, d. h. als ein Modul oder mehrere Module von Computerprogrammanweisungen, die auf einem computerlesbaren Medium für die Ausführung durch oder für die Kontrolle der Operation der Datenverarbeitungsvorrichtung verschlüsselt sind, implementiert werden. Das maschinenlesbare Speichermedium kann eine maschinenlesbare Speichervorrichtung, ein maschinenlesbares Speichersubstrat, eine Speichervorrichtung, eine Stoffzusammensetzung, die ein maschinenlesbares verbreitetes Signal bewirkt, oder eine Kombination aus einem oder mehreren davon sein. Die Begriffe „Datenverarbeitungsvorrichtung”, „Computergerät” und „Rechenprozessor” umfassen sämtliche Vorrichtungen, Geräte und Maschinen zur Verarbeitung von Daten, einschließlich beispielsweise eines programmierbaren Prozessors, eines Computers oder mehrerer Prozessoren oder Computer. Die Vorrichtung kann neben der Hardware auch einen Code einschließen, der eine Ausführungsumgebung für das betreffende Computerprogramm erstellt, z. B. einen Code, der Prozessor-Firmware, einen Protokollstapel, ein Datenbank-Managementsystem, ein Betriebssystem oder eine Kombination einer oder mehrerer der genannten darstellt. Ein propagiertes Signal ist ein künstlich erzeugtes Signal, z. B. ein maschinell erzeugtes elektrisches, optisches oder elektromagnetisches Signal, das für das Verschlüsseln von Information zur Übertragung auf eine geeignete Empfängervorrichtung erzeugt wird.
Ein Computerprogramm (auch als eine Anwendung, Programm, Software, Softwareanwendung, Skript oder Code bezeichnet) kann in einer beliebigen Form von Programmiersprache geschrieben sein, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen, und das Computerprogramm kann in jeder beliebigen Form eingesetzt sein, darunter als unabhängiges Programm oder als ein Modul, Komponente, Subroutine, oder andere Einheit, die zur Verwendung in einer Computerumgebung geeignet ist. Ein Computerprogramm entspricht nicht unbedingt einer Datei in einem Dateisystem. Ein Programm kann in einem Teil einer Datei gespeichert sein, die andere Programme oder Daten enthält (z. B. ein oder mehrere Skripte, die in einem Dokument in Markup-Sprache gespeichert sind), in einer einzelnen Datei speziell für das betreffende Programm oder in mehreren koordinierten Dateien (z. B. Dateien, die ein oder mehrere Module, Unterprogramme oder Teile von Code speichern). Ein Computerprogramm kann auf einem Computer oder mehreren Computer eingesetzt werden oder ausgeführt werden, die sich an einem Standort befinden oder über mehrere Standorte verteilt sind und über ein Kommunikationsnetz verbunden sind.
Die in dieser Beschreibung beschriebenen Prozesse und Logikabläufe können durch einen oder mehrere programmierbare Prozessoren durchgeführt werden, die ein oder mehrere Computerprogramme ausführen, um Funktionen durch das Arbeiten mit Eingabedaten und das Erzeugen von Ausgaben durchzuführen. Die Prozesse und Logikabläufe können auch durch logische Sonderzweckschaltungen durchgeführt werden, und der Apparat kann als Sonderzweckschaltungen implementiert werden, z. B. ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder ein ASIC (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit)).
Prozessoren, die für die Ausführung eines Computerprogramms geeignet sind, beinhalten beispielsweise sowohl allgemeine und als auch Spezial-Mikroprozessoren sowie alle Arten eines oder mehrerer Prozessoren jeglicher Art Digitalrechner. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor Anweisungen und Daten aus einem Nur-Lese-Speicher oder einem Direktzugriffspeicher oder aus beiden. Die wesentlichen Elemente eines Computers sind ein Prozessor zum Durchführen von Anweisungen und ein oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von Befehlen und Daten. Im Allgemeinen gehören zu einem Computer auch ein oder mehrere Massenspeichergeräte für das Speichern von Daten, z. B. Magnet-, magnetooptische oder optische Disketten, um Daten entgegenzunehmen und/oder zu übertragen, bzw. ist ein Computer operativ an ein solches Speichergerät gekoppelt. Jedoch muss ein Computer solche Geräte nicht aufweisen. Außerdem kann ein Computer in ein anderes Gerät eingebettet sein, z. B. in ein Mobiltelefon, einen Personal Digital Assistant (PDA), einen mobilen Audioplayer, einen GPS-Empfänger (Global Positioning System), um nur einige zu nennen. Zu den computerlesbaren zum Speichern von Computerprogrammanweisungen und Daten geeigneten Medien gehören sämtliche Arten von nichtflüchtigen Speichern, Medien und Speichervorrichtungen, einschließlich Halbleiterspeichervorrichtungen, wie beispielsweise EPROM, EEPROM und Flash-Speichervorrichtungen; magnetische Festplatten, wie z. B. interne Festplatten oder Wechselplatten; magnetooptische Festplatten; und CD-ROM- und DVD-ROM-Laufwerke. Der Prozessor und der Speicher können durch logische Sonderzweckschaltungen ergänzt werden oder darin eingebaut sein.
Ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung kann in einem Computersystem implementiert werden, das eine Backend-Komponente beinhaltet, z. B. als ein Datenserver, oder das eine Middleware-Komponente beinhaltet, z. B. ein Anwendungsserver, oder das eine Frontend-Komponente beinhaltet, z. B. ein Client-Computer mit einer grafischen Benutzeroberfläche oder einem Webbrowser, über die bzw. über den ein Benutzer mit einer Implementierung des betreffenden und in dieser Beschreibung beschriebenen Gegenstandes interagieren kann, oder eine Kombination einer oder mehrerer solcher Backend-, Middleware- oder Frontend-Komponenten. Die Komponenten des Systems können durch eine beliebige Form oder ein beliebiges Medium digitaler Datenkommunikation miteinander verbunden sein, z. B. ein Kommunikationsnetz. Zu Beispielen für Kommunikationsnetze zählen ein lokales Netzwerk („LAN”), ein Großraumnetzwerk („WAN”), ein Inter-Netzwerk (z. B. das Internet) und Peer-to-Peer Netzwerke (z. B. Ad-Hoc Peer-to-Peer Netzwerke).
Das Computersystem kann Clients und Server beinhalten. Ein Client und Server befinden sich im Allgemeinen ortsfern voneinander und interagieren typischerweise über ein Kommunikationsnetz. Die Beziehung zwischen Client und Server entsteht aufgrund von Computerprogrammen, die auf den jeweiligen Computer laufen und die eine Client-Server-Beziehung zueinander haben. Bei einigen Implementierungen überträgt ein Server Daten (z. B. eine HTML-Seite) auf ein Client-Gerät (z. B. zum Anzeigen von Daten für einen Benutzer, der mit dem Client-Gerät interagiert, sowie zum Empfangen von Benutzereingaben von diesem Benutzer). Am Client-Gerät erzeugte Daten (z. B. infolge der Benutzerinteraktion) können vom Client-Gerät am Server empfangen werden.
Während diese Spezifikation viele Einzelheiten enthält, sollten diese nicht als Beschränkungen des Umfangs der Offenbarung oder von dem, was beansprucht werden könnte, sondern vielmehr als Beschreibungen von bestimmten Merkmalen von bestimmten Implementierungen der Offenbarung ausgelegt werden. Bestimmte Eigenschaften, die in dieser Spezifikation im Kontext gesonderter Implementierungen beschrieben sind, können auch in Kombination in einer einzelnen Implementierung implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene, im Kontext einer einzelnen Implementierung beschriebene Merkmale auch in mehreren Implementierungen separat oder in einer beliebigen geeigneten Unterkombination implementiert werden. Außerdem können ein oder mehrere Merkmale einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination herausgelöst werden, auch wenn die Merkmale vorstehend als in gewissen Kombinationen funktionierend beschrieben oder gar als eine Kombination beansprucht werden, und die beanspruchte Kombination kann an eine Unterkombination oder eine Variation einer Unterkombination verwiesen werden.
Ebenso werden Operationen in den Zeichnungen zwar in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt, aber dies sollte nicht als Erfordernis verstanden werden, dass solche Tätigkeiten in der bestimmten gezeigten Reihenfolge oder in einer aufeinanderfolgenden Reihenfolge ausgeführt werden müssen oder dass alle dargestellten Tätigkeiten ausgeführt werden müssen, um erwünschte Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und Parallelbearbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus sollte die Trennung verschiedener Systemkomponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht in allen Ausführungsformen erforderlich aufgefasst werden, und es versteht sich, dass die beschriebenen Programmkomponenten und Systeme im Allgemeinen zusammen in ein einziges Softwareprodukt integriert oder zu mehreren Softwareprodukten verkapselt werden können.
Es wurde eine Reihe von Implementierungen beschrieben. Trotzdem versteht es sich, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Diese Offenbarung kann beispielsweise auf High Altitude Pseudo Satellites (HAPS) und/oder unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) angewendet werden, die in Verbindung mit oder anstelle von Satelliten die Erde umkreisen oder sich um diese herum bewegen. Dementsprechend liegen andere Implementierungen innerhalb des Geltungsbereichs der folgenden Ansprüche. Die in den Ansprüchen wiedergegebenen Vorgänge können beispielsweise in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden und erzielen dennoch gewünschte Ergebnisse.

Claims

Kommunikationssystem (100), umfassend: eine Konstellation von Kommunikationsvorrichtungen (200), die die Erde (30) umkreisen, wobei jede Kommunikationsvorrichtung (200) eine entsprechende Umlaufbahn oder Flugbahn (204) mit einem Neigungswinkel von weniger als 90 Grad und mehr als null Grad in Bezug auf den Äquator (40) der Erde (30) aufweist, wobei die Konstellation Folgendes umfasst: eine erste Gruppe (202, 202a) von Kommunikationsvorrichtungen (200), die in einer ersten Höhe (A₁) über der Erde (30) und mit einem ersten Neigungswinkel kreisen; und eine zweite Gruppe (202, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200), die in einer zweiten Höhe (A₂) über der Erde (30), die geringer als die erste Höhe (A₁) ist, und mit einem zweiten Neigungswinkel, der sich von dem ersten Neigungswinkel unterscheidet, kreisen.
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Kommunikationsvorrichtungen (200) einen Satelliten (200) umfasst.
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Gruppen (202, 202a, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200) überlappende Abdeckung von Teilen der Erde (30) bereitstellen.
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 1, wobei eine Gruppe (202, 202a, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200) die Erde (30) mit einem Neigungswinkel umkreist, der etwa 60 Grad entspricht.
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 1, wobei jede Gruppe (202) von Kommunikationsvorrichtungen (200) mehrere Umlaufbahnen oder Flugbahnen (204, 204a, 204b) umfasst, wobei jede Umlaufbahn (204, 204a, 204b) mehrere Kommunikationsvorrichtungen (200) aufweist, die voneinander beabstandet sind.
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 5, wobei die Kommunikationsvorrichtungen (200) innerhalb einer Umlaufbahn oder einer Flugbahn (204) in gleichen Distanzen (D₁, D₂) voneinander getrennt sind.
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend: eine Ausgangsbodenstation (300, 310) in Verbindung mit einer Kommunikationsvorrichtung (200) aus mindestens einer Gruppe (202, 202a, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200); und eine Zielbodenstation (300, 320) in Verbindung mit einer Kommunikationsvorrichtung (200) aus mindestens einer Gruppe (202, 202a, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200).
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 7, wobei eine aktuelle Kommunikationsvorrichtung (200), die im Besitz einer Kommunikation (20) ist, steht in Verbindung mit einer Vorwärtskommunikationsvorrichtung (200) und einer Rückwärtskommunikationsvorrichtung (200), wobei die Vorwärtskommunikationsvorrichtung (200) und die Rückwärtskommunikationsvorrichtung (200) innerhalb der gleichen Umlaufbahn oder Flugbahn (204, 204a, 204b) wie die aktuelle Kommunikationsvorrichtung (200) sind.
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 7, das ferner eine Datenverarbeitungsvorrichtung (110, 210) in Verbindung mit einer Ausgangsbodenstation (300, 310), der Konstellation von Kommunikationsvorrichtungen (200) und der Zielbodenstation (300, 320) umfasst, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung (110, 210) einen Routing-Pfad (22) für eine Kommunikation (20) von einer Quelle, die in Verbindung mit der Ausgangsbodenstation (300, 310) ist, zu einem Ziel, das in Verbindung mit der Zielbodenstation (300, 320) ist, bestimmt.
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 9, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung (110, 210) den Routing-Pfad (22) basierend auf mindestens einem von einem Border-Gateway-Protokoll, einem Interior-Gateway-Protokoll, einem Maximalfluss-Algorithmus oder einem Kürzesten-Pfad-Algorithmus bestimmt.
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 9, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung (110, 210) den Routing-Pfad (22) basierend auf einer Bewertungsfunktion von einer oder mehreren von einer Distanz zwischen der Quelle und dem Ziel, einer Kapazität einer Intersatellitenverbindung zwischen zwei Kommunikationsvorrichtungen (200), einem Betriebszustand einer Kommunikationsvorrichtung (200) und einer Signalstärke einer Kommunikationsvorrichtung (200) bestimmt.
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 11, wobei der Betriebszustand einer Kommunikationsvorrichtung (200) einen aktiven Zustand oder einen inaktiven Zustand der Kommunikationsvorrichtung (200) im Ganzen oder einer oder mehrerer einzelner Komponenten der Kommunikationsvorrichtung (200) umfasst.
Kommunikationssystem (100) nach Anspruch 11, wobei die erste Gruppe (202, 202a) von Kommunikationsvorrichtungen (200) und die zweite Gruppe (202, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200) angeordnet sind, um eine Abdeckung der Erde (30) zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt von mindestens 75% bereitzustellen.
Kommunikationsvorrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei eine oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen (200) eine rechteckige oder hexagonale Abdeckungszone der Erde (30) definieren.
Kommunikationsverfahren (700), wobei das Verfahren (700) Folgendes umfasst: das Ermitteln, an einer Datenverarbeitungsvorrichtung (110, 210) eines Routing-Pfads (22) einer Kommunikation (20) von einer Ausgangsbodenstation (300, 310) zu einer Zielbodenstation (300, 320) über eine Konstellation von Kommunikationsvorrichtungen (200), die die Erde (30) umkreisen, wobei jede Kommunikationsvorrichtung (200) eine entsprechende Umlaufbahn oder Flugbahn (204) mit einem Neigungswinkel von weniger als 90 Grad und mehr als null Grad in Bezug auf den Äquator (40) der Erde (30) aufweist, wobei die Konstellation Folgendes umfasst: eine erste Gruppe (202, 202a) von Kommunikationsvorrichtungen (200), die in einer ersten Höhe (A₁) über der Erde (30) und mit einem ersten Neigungswinkel kreisen; und eine zweite Gruppe (202, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200), die in einer zweiten Höhe (A₂) über der Erde (30), die geringer als die erste Höhe (A₁) ist, und mit einem zweiten Neigungswinkel, der sich von dem ersten Neigungswinkel unterscheidet, kreisen; und das Anweisen, unter Verwendung der Datenverarbeitungsvorrichtung (110, 210), der Ausgangsbodenstation (300, 310), die Kommunikation (20) über eine oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen (200) der Konstellation von Kommunikationsvorrichtungen (200), die miteinander in Verbindung sind, an die Zielbodenstation (300, 320) zu senden.
Verfahren (700) nach Anspruch 15, des Weiteren umfassend: das Anweisen der Ausgangsbodenstation (300, 310), die Kommunikation an eine ersten Kommunikationsvorrichtung (200) in der ersten Gruppe (202, 202a) von Kommunikationsvorrichtungen (200) zu senden; und das Anweisen der ersten Kommunikationsvorrichtung (200) in der ersten Gruppe (202, 202a) von Kommunikationsvorrichtungen (200), die Kommunikation (20) zu senden an: eine zweite Kommunikationsvorrichtung (200) in der ersten Gruppe (202, 202a) von Kommunikationsvorrichtungen (200); oder eine dritte Kommunikationsvorrichtung (200) in der zweiten Gruppe (202, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200).
Verfahren (700) nach Anspruch 15, wobei mindestens eine der Kommunikationsvorrichtungen (200) einen Satelliten (200) umfasst.
Verfahren (700) nach Anspruch 15, wobei die Gruppen (202, 202a, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200) überlappende Abdeckung von Teilen der Erde (30) bereitstellen.
Verfahren (700) nach Anspruch 15, wobei eine Gruppe (202, 202a, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200) die Erde (30) mit einem Neigungswinkel umkreist, der etwa 60 Grad entspricht.
Verfahren (700) nach Anspruch 15, wobei jede Gruppe (202, 202a, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200) mehrere Umlaufbahnen oder Flugbahnen (204, 204a, 204b) umfasst, wobei jede Umlaufbahn (204, 204a, 204b) mehrere Kommunikationsvorrichtungen (200) aufweist, die voneinander beabstandet sind.
Verfahren (700) nach Anspruch 20, wobei die Kommunikationsvorrichtungen (200) innerhalb einer Umlaufbahn oder Flugbahn (204) in gleichen Distanzen (D₁, D₂) voneinander getrennt sein.
Verfahren (700) nach Anspruch 20, das ferner Anweisen einer aktuellen Kommunikationsvorrichtung (200), die im Besitz einer Kommunikation (20) ist, die Kommunikation (20) an eine Vorwärts- oder Rückwärtskommunikationsvorrichtung (200) innerhalb der Umlaufbahn oder Flugbahn (204) der aktuellen Kommunikationsvorrichtung (200) zu senden, umfasst.
Verfahren (700) nach Anspruch 15, wobei das Ermitteln, unter Verwendung der Datenverarbeitungsvorrichtung (110, 210) des Routing-Pfads (204, 204a, 204b) einer Kommunikation (20) von der Ausgangsbodenstation (300, 310) zu der Zielbodenstation (300, 320) das Ermitteln des Routing-Pfads (20) basierend auf mindestens einem von einem Border-Gateway-Protokoll, einem Interior-Gateway-Protokoll, einem Maximalfluss-Algorithmus oder einem Kürzesten-Pfad-Algorithmus umfasst.
Verfahren (700) nach Anspruch 15, wobei das Ermitteln, unter Verwendung der Datenverarbeitungsvorrichtung (110, 210) des Routing-Pfads (20) einer Kommunikation (22) von der Ausgangsbodenstation (300, 310) zu der Zielbodenstation (300, 320) das Ermitteln basierend auf einer Bewertungsfunktion von einer oder mehreren von einer Distanz zwischen der Quelle und dem Ziel, einer Kapazität einer Intersatellitenverbindung zwischen zwei Kommunikationsvorrichtungen (200), einem Betriebszustand einer Kommunikationsvorrichtung (200) und einer Signalstärke einer Kommunikationsvorrichtung (200) umfasst.
Verfahren (700) nach Anspruch 15, wobei die erste Gruppe (202, 202a) von Kommunikationsvorrichtungen (200) und die zweite Gruppe (202, 202b) von Kommunikationsvorrichtungen (200) angeordnet sind, um eine Abdeckung der Erde (30) zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt von mindestens 75% bereitzustellen.
Verfahren (700) nach Anspruch 15, wobei eine oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen (200) eine rechteckige oder hexagonale Abdeckungszone der Erde (30) definieren.