DE19740837A1

DE19740837A1 - Verfahren und Vorrichtung zur adaptiven Leitwegwahl in einem satellitengestützten Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE19740837A1
Application number: DE19740837A
Authority: DE
Inventors: Dean Paul Vandenheuvel; Brent Matthew Mckay; Bradley Robert Schaefer; Jun James Wiliam Bishop
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 1998-04-09
Also published as: BR9715067A; SG74597A1; SE9703518D0; FI973851A0; GB2317787A; ID18362A; FR2754122A1; TW334653B; ITRM970579A1; KR19980025189A; IT1295399B1; FI973851A; FR2754122B1; GB9717724D0; JPH10150398A; SE9703518L; US5924014A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Satellitenkommuni kation und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Aufbau adapti ver Kommunikationsleitwege.

Stand der Technik

Kommunikationssysteme im Weltraum bestehen nach dem Stand der Technik aus Satellitenträgern, die das Raumsegment bilden, sowie terrestrische Baugruppen, die das Bodensystem bilden, um die Kommunikation von einer erdnahen Position zu einem anderen erdnahen Standort zu vereinfachen. Bei einer typischen Kommunikationskon stellation werden Nachrichten, bei denen es sich um Daten und/oder gesprochene Nachrichten handeln kann, von dem erdnahen Benutzer, der die Kommunikation auf nimmt, gegebenenfalls über eine zwischengeschaltete Verbindungsleitung im All mittels einer Bodenstation zum Raumsegment, dann durch mehrere Elemente im Raumsegment und schließlich über eine zweite Bodenstation zurück zur Erde gesendet, von wo aus sie abschließend über einen Leitweg zum erdnahen Zielbenutzer übertragen werden. Bei dieser Verfahrensweise ist es im Sinne einer sicheren Arbeitsweise ausschlaggebend, daß mindestens ein Leitweg durch das Raumsegment betriebsfähig ist, und daß auch die Zielverbindungen zwischen Weltraum und Boden mit Unterstützung durch die Bo denstation einsatzfähig sind. Wenn nicht mindestens ein Leitweg durch das Raumseg ment aufgebaut oder tritt in einer der Zielverbindungen zwischen Weltall und Erde ein Fehler auf, so führt dies zu fehlenden Anschlußmöglichkeiten in ganzen Gebieten auf der Erde.

Im Rahmen der Systemauslegung nach dem Stand der Technik ist die Möglich keit des Anschlusses an ein komplettes terrestrisches Versorgungsgebiet von der Be triebsfähigkeit der von der Bodenstation gestützten aktiven Raum/Erd-Verbindung ab hängig. Jeder Fehler in dieser Verbindungsleitung führt zu Systemausfällen. Außerdem sind die nach dem Stand der Technik eingeschlagenen Wege zur Lösung dieses Pro blems viel zu komplex und setzen darüber hinaus eine aktive Koordinierung mehrerer Systemkomponenten unter der Leitung durch eine zentrale Steuer- und Regelinstanz voraus.

In Kommunikationssystemen mit mehreren Satelliten, bei denen entsprechend konstellierte Satelliten auf ihren Umlaufbahnen zum Einsatz kommen, können "Löcher" vorhanden sind, entweder wegen der anfänglichen Überlegungen zur Ansiedlung von Satelliten in ihrer Konstellation oder wegen Satellitenausfällen. Wenn sich innerhalb der Reichweite eines dieser Löcher das Versorgungsgebiet einer Bodenstation befindet, ge hen die Möglichkeiten zum Anschluß an dieses Gebiet verloren.

Bei der schon bestehenden Systemauslegung sind der Positionierung von Bo denstationen insofern Grenzen gesetzt, als wegen der eingeschränkten technischen Ka pazitäten (d. h. Antennen), mit denen die Verbindungen zwischen Weltraum und Erde realisiert werden sollen, nur eine begrenzte Anzahl von Bodenstationen innerhalb der "Bestrahlungszone" eines einzelnen Satelliten eingerichtet werden kann. Außerdem wird der in einer einzelnen Bodenstation einlaufende bzw. von dieser abgehende Nachrich tenverkehr durch die Kapazität der unterstützten Raum/Erde-Verbindung beschränkt. Damit sind unweigerlich hohe Kosten verbunden und die Komplexität nimmt mit steigen dem Verkehrsaufkommen zu. Darüber hinaus ist bei den schon bestehenden Systemen die Möglichkeit zur effizienten Betriebsoptimierung aus Erwägungen hinsichtlich der Kosten pro Datenpaket begrenzt. Diese Faktoren werden bei der Weiterleitung von Daten nicht berücksichtigt.

Des weiteren wird weltweit nicht in gleichmäßiger räumlicher oder zeitlicher Verteilung über den ganzen Erdball kommuniziert. Meistens hängt das in einem Kom munikationssystem erwartete Verkehrsaufkommen in irgendeinem Teil der Welt in ho hem Maße von der Tageszeit und vom jeweiligen Wochentag abhängig, was zu Zeiträu men mit vergleichsweise geringer Aktivität und anderen Zeiten sehr hoher Aktivität führt.

Bei den derzeitigen globalen Systemauslegungen sind infolge dieser typischen unaus geglichenen Systemauslastung Grenzen bei der Durchsatzleistung bzw. "Engpässe" zu verzeichnen. Leider ist bei den Satellitennetzen nach dem Stand der Technik deren Fä higkeit beschränkt, solche übermäßige Verdichtung bzw. Stausituationen ohne diese Er findung etwas aufzulösen. Damit sind die Systemkonstrukteure zur Wahl zwischen der Definition eines Systems, das mit Spitzenbelastungen fertig werden und dabei über schüssige Netzkapazität über lange Zeiträume ungenutzt lassen kann, und der Ausle gung eines beschränkten Systems gezwungen, das nicht in der Lage ist, Spitzenanfor derungen gerecht zu werden.

Deshalb besteht eine beträchtliche Notwendigkeit, ein Verfahren und eine hierzu geeignete Vorrichtung zu entwickeln, mit denen sich trotz Unterbrechungen in den Funk frequenzverbindungen zur Kommunikation zwischen Satellit und Erde die Kontinuität der Versorgung in einem weltweiten Kommunikationssystem aufrechterhalten läßt.

Außerdem ist eine ganz erhebliche Notwendigkeit zur Schaffung eines Verfah rens und einer Vorrichtung gegeben, mit denen sich die Auswirkungen beträchtlicher Veränderungen im Systemnetz auf ein Mindestmaß verringern lassen, wobei dennoch die erforderliche Kontinuität in der Versorgung immer noch gegeben ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese nachstehend in einer ausführlichen Beschreibung und in den Ansprüchen anhand der Figuren erläu tert, in denen sich durchgängig in allen Figuren gleiche Bezugszeichen auf ähnliche bzw. gleiche Positionen beziehen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines satellitengestützten Kommunikationssystems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Bodenstation, bei der es sich um eine intelligente Schalt- und Verteilerstation auf der Erde handelt, die in einem satellitengestützten Kom munikationssystem eingesetzt ist und erdgestützte Verbindungsleitungen sowie Erde-Raum-Verbindungen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufbaut;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm für einen Verfahrensablauf zur Leitwegzuordnung für Signale für den Fall, daß eine Situation mit Umleitung in der Aufwärtsverbindung vorliegt, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm für einen Verfahrensablauf zur Leitwegzuordnung für Signale in dem Fall, daß eine Situation mit Umleitung in der Abwärtsverbindung vorliegt, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein satellitengestütztes Kommunikationssy stem beschrieben, das in der Weise angepaßt wurde, daß es mit einem verbesserten Verfahren für den Aufbau von Kommunikationsverbindungen zwischen Bodenstationen und Schalt- und Verteilereinrichtungen in einem im Raum stationierten Satelliten arbeitet. An die Stelle "üblicher" Zielknotenstellen auf der Erde treten "intelligente" Schalt- und Verteilereinrichtungen. Unter Einsatz von Verbindungsleitungen zwischen intelligenten Schalt- und Verteilereinrichtungen im Weltraum, Verbindungsleitungen zwischen intelli genten Schalt- und Verteilereinrichtungen auf der Erde, und Verbindungsleitungen zwi schen intelligenten Schalt- und Verteilereinrichtungen jeweils im Weltraum und auf der Erde werden Ausweichverbindungen aufgebaut. Dank des Prozessors in der intelligen ten Schalt- und Verteilereinrichtung auf der Erde ist es möglich, daß das System sich automatisch an Ausfälle, Überlastung und andere Umleitbedingungen anpaßt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Bodensegment des satelli tengestützten Kommunikationssystems unter Einsatz von terrestrischen Verbindungen und intelligenten Bodenstationen gebildet, die als Schalt- und Verteilereinrichtungen fungieren. Bei einem System dieser Art stellen Bodenstationen die Verbindung zwischen terrestrischen Kommunikationseinrichtungen und dem im Raum stationierten Backbone-Netz in beiden Richtungen her. Bei den bekannten Systemen läuft der gesamte Kom munikationsverkehr zwischen den Benutzern des Systems über das im Raum stationierte Backbone-System. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Ver bindung wird dagegen eine alternative Verbindungsmöglichkeit dadurch geschaffen, daß diese Einrichtungen in der Bodenstation auf intelligente Weise zusammengeschaltet werden.

Nach dem Stand der Technik gehört zum Betrieb der Elemente einer Bodensta tion die Weiterleitung von Datenpaketen in zwei Richtungen. Die Datenübertragung vom Bodensegment zum Raumsegment wird dabei als "Aufwärtsverbindung" des Pakets und die Datenübermittlung vom Raumsegment zur Erde als "Abwärtsverbindung" des Pakets bezeichnet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Einsatz des Bodensegments noch eine dritte Richtung für die Datenübermittlung innerhalb des Kommunikationssystems vorgesehen. Diese dritte Richtung für die Daten übermittlung wird als "terrestrische Querverbindung" der Pakete bezeichnet. Bei der "terrestrischen Querverbindung", werden Pakete aus dem Herkunftssystem über terrestri sche Verbindungsleitungen von einer Bodenstation zu einer anderen Bodenstation über tragen.

Nach dem Stand der Technik sind die Bodeneinheiten nicht nur für die Übertra gung (Aufwärtsverbindungen und Abwärtsverbindungen) der Backbone-Pakete zustän dig, sondern auch für die Datenkonversion aus den ursprünglichen Paketen m System in ein Format - und umgekehrt - das mit den bestehenden terrestrischen Telefonnetzen vereinbar ist.

Wenn die Bodeneinheiten in dem Aufbau nach dem Stand der Technik Ab wärtsverbindungs-Pakete empfangen, so wird jedes Paket, das nicht für diese Boden einheit vorgesehen ist, verworfen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung übernehmen Bodenstationen auch alle Pakete in einer Abwärtsver bindung, die für jeden beliebigen Empfänger als Ziel bestimmt sind. Die Steuerungen in der Bodenstation stellen fest, welche Aufwärts-Datenpakete über Verbindungen im All zu leiten sind und welche Aufwärts-Datenpakete über die terrestrischen Verbindungen geleitet werden sollen.

In gleicher Weise werden bei der bisherigen Auslegung alle Aufwärtspakete über die Komponente zur Weiterbeförderung der Pakete in der Bodeneinheit zur Satelli tenverbindung geschickt. Dabei werden die Zielempfänger der Pakete oder die augen blicklichen Grenzen nicht berücksichtigt, die den technischen Einrichtungen des Systems gesetzt sind, u. a. das von der Zielverbindung Boden/Raum gerade bearbeitete Ver kehrsvolumen. Bei einem bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist dage gen in die Bodenstationen eine Bodenstationssteuerung eingebaut. Diese Bodenstations steuerung überwacht den Aufwärts-Paketverkehr und trifft dann eine Entscheidung über den Leitweg, und zwar über den Satelliten oder auf der Erde, wobei (wenn auch nicht ausschließlich) Faktoren wie augenblickliche Verkehrsstrom, wirtschaftliche Aspekte und Zustand der Betriebsfähigkeit des Systems einbezogen werden.

Außerdem können bei den bereits bekannten Systemen einige Konstellations auslegungen wegen der Anschlußmöglichkeiten von "Querverbindungen" oder wegen deren Fehlen zu einer regellosen und übermäßigen Verzögerung führen. Die vorliegende Erfindung sieht dagegen eine Einrichtung zur Minimierung von Verzögerungen bzw. Wartezeiten - aus der Sicht der Benutzer des Systems - vor.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines satellitengestützten Kommunikationssy stems 30 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Konstellation 10 umfaßt Kommunikationssatelliten 11, eine Systemsteuerung 13 und Bodenstationen 14. Zur Vereinfachung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung zeigt Fig. 1 nur zwei Kommunikationssatelliten, doch können auch mehr als nur zwei vorgesehen werden. Außerdem sind nur zwei Bodenstationen 14 in Fig. 1 dargestellt, um die vorliegende Erfindung leichter verständlich darzustellen, doch können auch mehr als zwei vorgesehen sein. Die Kommunikationssatelliten 11 stehen über Datenkommunika tionsverbindungen 20 miteinander im Datenaustausch; diese Kommunikationsverbin dungen 20 werden von der Konstellation 10 gestellt. Außerdem sind die Kommunika tionssatelliten 11 über Verbindungen 22, 27 mit Kommunikationsknoten 12 verbunden. Die Kommunikationssatelliten 11 sind außerdem über Verbindungen 23, 25 mit Boden stationen 14 gekoppelt.

Die Bodenstationen 14 befinden an verschiedenen Standorten nahe der Erd oberfläche. Bei einer bevorzugten Realisierungsform sind alle Bodenstationen über terrestrische Verbindungseinrichtungen 24 miteinander verbunden, welche immer aktiv bleiben. Diese Einrichtungen können in maßgeschneiderter Form ausgeführt sein oder können mit bereits bestehenden terrestrischen Einrichtungen zur Verbindung zwischen den verschiedenen Standorten der Bodenstationen arbeiten. Die terrestrischen Verbin dungen 24 werden hinsichtlich des Umgangs mit dem Ursprungsnetzverkehr als "zusätzliche Verbindungen bzw. Ausweichverbindungen" behandelt. Die Verbindungen 24 werden zur Weiterleitung der Pakete des Herkunftssystems zu und von anderen Bo denstationen des Bodensegments eingesetzt. Für den Fachmann auf diesem Gebiet ist klar, daß sich die Verbindungen 24 über Glasfaserkabel, Mikrowellennetze, T1-Netze oder jedes andere verkabelte Netz oder dergleichen realisieren lassen.

Im typischen Fall sind die Bodenstationen 14 mit einem terrestrischen System, beispielsweise einem Telefonnetz mit öffentlicher Vermittlung (PSTN) 32, und/oder mit einem terrestrischen Mobilfunksystem verbunden. Die Bodenstationen 14 fungieren grundsätzlich als Schnittstelle zwischen den Benutzern des terrestrischen Systems und dem übrigen Netz.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel könnte das System 30 auch eine Systemsteuerzentrale 13 aufweisen, welche einige Funktionen des Raumsegments und/oder der Bodensegmente steuert. Die Systemsteuerzentrale 13 stellt die Verbindung mit dem Raumsegment über die Verbindung 26 her.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Bodenstation 14 (Fig. 1), bei der es sich um eine auf der Erde installierte intelligente Schalt- und Verteilereinrichtung handelt, die in nerhalb eines satellitengestützten Kommunikationssystems betrieben wird und gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung terrestrische Ver bindungen 24 (Fig. 1) sowie Verbindungen 23, 25 (Fig. 1) zwischen Erde und Weltraum herstellt.

Hier ist eine Aufwärts-Schnittstelle 50 in der Form dargestellt, daß sie einen Me chanismus zum Aufbau der Verbindungen 23, 25 (Fig. 1) mit Kommunikationssatelliten 11 (Fig. 1) zeigt. Auch wenn jede Bodenstation 14 in Fig. 2 erkennbar in Fig. 2 in der Form dargestellt ist, daß sie eine einzelne Schnittstelle 50 für Aufwärtsverbindungen zur Herstellung der Verbindungen 23, 25 (Fig. 1) aufweist, so könnte jede Bodenstation 14 genauso gut auch mit mehreren Schnittstellen 50 für Aufwärtsverbindungen ausgerüstet seien, so daß die Bodenstation 14 gleichzeitig mit mehr als einem Satelliten in Kommu nikation stehen kann, beispielsweise gleichzeitig mit einem herankommenden Satelliten und einem sich aus ihrem Bereich herausbewegenden Satelliten. Der Pfad 51 zeigt hier eine Einrichtung zur Herstellung von Datenverbindungen zwischen den Aufwärts-Schnittstellen 50 und der Bodenstationssteuerung 54. Dabei werden Datenpakete unter Heranziehung der Verbindung 51 zur Bodenstationssteuerung 54 übertragen. Auch wenn jede einzelne Bodenstation 14 in Fig. 2 nur in der Form dargestellt ist, daß sie ei nen einzigen Pfad 51 aufweist, könnte jede Bodenstation 14 auch mehrere Pfade besit zen, so daß mehrere Aufwärts-Schnittstellen 50 gleichzeitig mit der Bodenstationssteue rung 54 kommunizieren können.

Die Abwärts-Schnittstelle 52 ist hier mit einem Mechanismus zur Herstellung der Verbindungen 23, 25 (Fig. 1) mit Kommunikationssatelliten 11 (Fig. 1) dargestellt. Auch wenn hier in Fig. 2 jede Bodenstation 14 mit nur einer einzigen Abwärts-Schnittstelle 52 zur Herstellung der Verbindungen 23, 25 (Fig. 1) abgebildet ist, weist natürlich jede Bo denstation 14 im typischen Fall mehrere Abwärts-Schnittstellen 52 auf, so daß die Bo denstation 14 gleichzeitig mit mehr als einem Satelliten kommunizieren kann, beispiels weise gleichzeitig mit einem herankommenden Satelliten und einem sich aus ihrem Be reich herausbewegenden Satelliten. Der Pfad 53 zeigt hier eine Einrichtung zur Herstel lung von Datenverbindungen zwischen den Abwärts-Schnittstellen 52 und der Bodensta tionssteuerung 54. Dabei werden Datenpakete unter Einschaltung der Verbindung 53 von der Bodenstationssteuerung 54 empfangen. Auch wenn jede einzelne Bodenstation 14 in Fig. 2 nur in der Form dargestellt ist, daß sie einen einzigen Pfad 53 aufweist, besitzt jede Bodenstation 14 im typischen Fall natürlich mehrere Pfade, so daß mehrere Abwärts-Schnittstellen 52 gleichzeitig mit der Bodenstationssteuerung 54 kommunizieren können.

Die Schnittstelle 56 für die terrestrische Verbindung ist hier mit einem Mecha nismus für den Aufbau von Verbindungen 24 (Fig. 1) mit anderen Bodenstationen 14 (Fig. 1) dargestellt. Auch wenn jede Bodenstation 14 hier in Fig. 2 nur mit einer einzigen Schnittstelle 56 für die terrestrischen Verbindungen 24 (Fig. 1) abgebildet ist, weist na türlich jede Bodenstation 14 im typischen Fall mehrere Schnittstellen 56 für terrestrische Verbindungen auf, so daß die Bodenstation 14 gleichzeitig mit mehr als einer anderen Bodenstation kommunizieren kann, beispielsweise gleichzeitig mit mindestens zwei der nächstgelegenen angrenzenden Bodenstationen. Der Pfad 55 zeigt hier eine Einrichtung zur Herstellung von Datenverbindungen zwischen den Schnittstellen 56 für terrestrische Verbindungen und der Bodenstationssteuerung 54. Dabei werden Datenpakete unter Einschaltung der Verbindung 56 zu der Bodenstationssteuerung 54 übermittelt und von dort empfangen. Auch wenn jede einzelne Bodenstation 14 in Fig. 2 nur in der Form dargestellt ist, daß sie einen einzigen Pfad 55 aufweist, könnte natürlich jede Bodensta tion 14 auch mehrere Pfade aufweisen, so daß mehrere terrestrische Verbindungs-Schnitt stellen 56 gleichzeitig mit der Bodenstationssteuerung 54 kommunizieren können.

Die Bodenstationssteuerung 54 dient zum Steuern der Bodenstation 14. Die Bodenstationssteuerung 54 legt fest, welche Datenpakete über die Verbindungen 23, 25 zu senden sind. Die Bodenstationssteuerung 54 übermittelt abgehende Datenpakete über die Verbindung 51 zur Aufwärts-Schnittstelle 50. Die Bodenstationssteuerung 54 bestimmt auch, welche Datenpakete nicht zur Aufwärts-Schnittstelle 50 übertragen wer den sollen und sendet diese Pakete über die Verbindung 55 zur Schnittstelle 56 für terrestrische Verbindungen. Die Bodenstationssteuerung 54 empfängt außerdem über Verbindung 53 einlaufende Datenpakete. Die Bodenstationssteuerung 54 kann auch über die Verbindung 55 Datenpakete empfangen, die von der Schnittstelle 56 für terre strische Verbindung einlaufen. Einlaufende Datenpakete könnten beispielsweise dann empfangen werden, wenn eine andere Bodenstation ein für die Bodenstation 14 be stimmtes Datenpaket empfangen hat. Dies könnte zum Beispiel aus dem Grund der Fall sein, daß irgendeine Schwierigkeit mit der Abwärtsverbindung zur Bodenstation 14 die direkte Übertragung des Datenpakets zur Bodenstation 14 ausgeschlossen hat.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm für einen Verfahrensablauf bei der Festlegung eines Leitwegs für Signale entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel für den Fall, daß eine Bedingung für eine Umleitung im Aufwärtsverkehr gegeben ist. Der Ablauf 300 zur Ermittlung einer Umleitungsbedingung im Aufwärtsverkehr beginnt beispiels weise im Schritt 302, wenn Daten zur Aufwärtsübertragung vorhanden sind. Im Schritt 304 wird dann ein Kanal zur Aufwärts-Kommunikation zwischen einer Bodenstation und einer im Raum stationierten Schalt- und Verteilereinrichtung analysiert. Die Ergebnisse dieser Analyse der Aufwärtsverbindung werden festgehalten; sie dienen zur Ermittlung des Zustands der Raum-Erde-Verbindung. Im Schritt 306 werden gemäß einem bevor zugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere terrestrische Verbindungen mit anderen Bodenstationen analysiert. In diesem Schritt wird der Zustand für das Bodensegment ermittelt. Hierzu gehört die Ermittlung des augenblicklichen Zu stands für alle auf der Erde installierten Schalt- und Verteilereinrichtungen und für die Kommunikationsverbindungen zwischen den Schalt- und Verteilereinrichtungen auf der Erde. Im Schritt 308 wird abgefragt, ob irgendeine Umleitungsbedingung vorliegt, die eine Umleitung eines oder mehrerer Datenpakete gewährleistet. Beispielsweise könnten einer Umleitungsbedingung Faktoren wie augenblicklicher Verkehrsfluß, wirtschaftliche Überlegungen und Betriebsfähigkeit des Netzes zugrunde liegen. Liegt eine Umleitungs bedingung vor, so verzweigt das Verfahren zum Schritt 310; es werden ein oder mehrere Datenpakete über einen terrestrischen Leitweg übertragen, und dann arbeitet der Ver fahrensablauf 300 mit dem Schritt 314 weiter. Bei einem bevorzugten Ausführungsbei spiel werden die Datenpakete über einen "besten" terrestrischen Leitweg übertragen. Der beste terrestrische Leitweg läßt sich unter Heranziehung von Variablen wie Verzöge rung, Kosten und Auslastung der Verbindung ermitteln. Wenn keine Umleitungsbedin gung gegeben ist, verzweigt das Verfahren zum Schritt 312; nun werden die Datenpa kete über die Aufwärtsverbindung übertragen, und der Verfahrensablauf 300 wird dann mit Schritt 314 weitergeführt. Im Schritt 314 wird abgefragt, ob zusätzliche Datenpakete übertragen werden müssen. Sind noch mehr Daten vorhanden, dann verzweigt das Verfahren zum Schritt 308, um die Umleitungsbedingung wieder zu analysieren. Sind für den Augenblick keine weiteren Daten zu übertragen, dann verzweigt das Verfahren zum Schritt 316, wo es beendet ist.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm für einen Verfahrensablauf entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Verbindung für den Fall, daß eine Umleitungsbedingung für die Abwärtsverbindung vorliegt. Das Verfahren 400 zur Ermitt lung einer Abwärts-Umleitungsbedingung beginnt im Schritt 402, beispielsweise beim Eintreffen von Daten. Im Schritt 404 werden Abwärts-Datenpakete empfangen. Wenn eine Abwärtsverbindung einer Bodenstation nicht korrekt arbeitet, so empfängt eine zweite Bodenstation Datenpakete von der ersten Bodenstation. Die zweite Bodenstation überträgt dann das Datenpaket über die terrestrische Verbindung zur ersten Bodensta tion. Im Schritt 406 werden bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere terrestrische Verbindungen mit anderen Bodenstationen analysiert. Bei diesem Schritt wird der Zustand für das Bodensegment ermittelt. Im Schritt 410 wird abgefragt, ob die empfangenen Datenpakete für diese Bodenstation bestimmt sind oder nicht. Sind die Datenpakete für diese Bodenstation bestimmt, dann verzweigt das Verfahren zum Schritt 412 und werden die Datenpakete verarbeitet. Sind die Datenpakete nicht für diese Bodenstation bestimmt, verzweigt das Verfahren zum Schritt 414, wo die Datenpakete abgespeichert werden, und nun wird der Ablauf 400 mit Schritt 416 weitergeführt. Im Schritt 416 werden die Datenpakete über die terrestrischen Verbindungen zur nächsten Bodenstation übertragen. Im Schritt 418 wird abgefragt, ob weitere Datenpakete empfangen werden müssen. Sind noch mehr Daten vorhanden, dann verzweigt das Verfahren zum Schritt 408 und analysiert die Umleitungsbedingung nochmals. Steht der Empfang weiterer Daten im Augenblick nicht an, so verzweigt das Verfahren 400 zum Schritt 418, wo es endet.

Mit der vorliegenden Erfindung wird die Abarbeitung des Verkehrs über eine einzelne Bodenstation jenseits der Kapazität der von der Bodenstation unterstützten Raum-Erde-Verbindung vereinfacht. Um dies zu realisieren, wird der die Kapazität über schreitende Aufwärts-Paketverkehr über die terrestrische Komponente zu einer Aus weichbodenstation gelenkt, von wo aus er dann über eine im Augenblick schwach bela stete Verbindung nach oben übermittelt wird. Der Prozessor, der diese Leitwegentschei dung trifft, stellt gegebenenfalls fest, welche Pakete letztendlich den Standort einer an deren Bodenstation zum Ziel haben, und lenkt diese dann über terrestrische Verbindun gen, während der gesamte vom Satelliten gelieferte Verkehr (d. h. der Datenverkehrsan teil, dessen Ziel eine Benutzereinheit ist, die in direkter Verbindung mit einer Satelliten einheit steht, ohne Zwischenschaltung einer Bodenstation) beispielsweise über die Raumverbindung geleitet wird.

Alternativ kann die Steuerung auch eine Wahl zwischen terrestrischen Verbin dungen und Raumverbindungen anhand der Kosten pro Datenpaket treffen oder die entsprechende Verbindung gemäß den Anforderungen der Tageszeit oder anhand ande rer Faktoren bestimmen. Die Abwärts-Daten, die die augenblickliche Kapazität der Ver bindung überschreiten und für eine Bodenstation bestimmt sind, können zu einer Aus weichbodenstation (z. B. eine andere, weniger stark belastete Bodenstation) und schließ lich über die terrestrische Verbindung zur Zielbodenstation zu der angesprochenen Bo denstation umdirigiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Bodenstation für eine geringere Kapazität der Verbindungen auszulegen und dennoch den Betrieb mit ei ner noch höheren Spitzenverkehrslast sicherzustellen.

Die vorliegende Erfindung vereinfacht auch die Entscheidung über die Einrich tungen aufgrund wirtschaftlicher Überlegungen. Die Bodenstationssteuerung trifft dabei gegebenenfalls eine Aufwärts-Leitwegentscheidung anhand der augenblicklichen Kosten für die Übermittlung eines einzelnen Datenpakets entweder über die Raumverbindung oder über eine terrestrische Verbindung, wodurch die Kosten pro übermitteltem Paket minimiert werden.

Ein ganz besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit zur automatischen Anpassung an unterschiedliche Netzzustände, unter anderem Verbin dungsausfall und Überlastungen. Stellt die Bodenstationssteuerung ein Verkehrsauf kommen fest, das sich an die Kapazitätsgrenze annähert (oder diese bereits erreicht hat), so können umgehend Ausweichverbindungen in das höhere Versorgungsvolumen noch hineingequetscht werden. Dieses Systemverhalten ist unabhängig von der Überlastungs ursache (z. B. entweder Ausfall einer Systemkomponente oder einfach höherer Bedarf). Auf diese Weise paßt sich das System an die momentane Belastung in höchst effizienter Weise an. Mit diesem Merkmal haben die Systemingenieure die Möglichkeit, bei der Auslegung weniger strikte Kapazitätsdaten als jene zu spezifizieren, die zum Auffangen von Spitzenverkehrsvolumina erforderlich sind.

Mit der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Energieeinsparung in der Satellitenkomponente vereinfacht. In Situationen, in denen ein einzelner Satellit gerade aktiver Verbindungen mit mehr als einer Bodenstation unterstützt, kann eine die ser Bodenstationsverbindungen beendet werden und mit Hilfe der Bodenstationen kann nun der für die andere Bodenstationsverbindung bestimmte Datenverkehr zu einer Aus weichverbindung zwischen Raum und Erde umgeleitet werden, die über einen anderen Satelliten unterstützt wird. Alternativ ließe sich dieser Datenverkehr über mehrere Ver bindungen auch zu einer einzigen unterstützten Abwärtsverbindung zusammenfassen (sofern die augenblickliche Kapazität dies zuläßt), so daß der Satellit die zusätzlichen aktiven Verbindungen beenden kann; auf diese Weise wird Energie eingespart.

Bei einigen konfigurierten Konstellationen kann es viel effizienter sein, für zu mindest einen Teil des Leitwegs eines Paketes Bodenstationen einzusetzen, insbeson dere wenn infolge eines Satellitenausfalls Konstellationslöcher entstanden sind oder vor der vollen Besetzung mit einer bestimmten Konstellation. Es gibt tatsächlich viele Situa tionen, in denen eine bestimmte Bodenstation keine Möglichkeiten zum Anschluß an das Netz über die Raumverbindungen hat. Es ist jedoch unbedingt erforderlich, daß das Sy stem eine kontinuierliche Versorgung sicherstellt. Bei einigen Konstellationen könnte au ßerdem ein Zustand zwischen Verbindungen entstehen, der die rechtzeitige Paketleit wegslenkung zwischen einigen Satelliten in der Konstellation verhindert. Zur Abmilde rung dieses Zustands mußte bei der bereits bekannten Systemauslegung ein Paket zu einem Ausweichsatelliten in der Konstellation übertragen werden, von wo aus er dann zu einem endgültigen Ziel übermittelt wurde. Die vorliegende Erfindung spricht beide Zu stände an, indem sie einen Ausweichleitweg für die Paketübertragung vereinfacht, höchstwahrscheinlich einen mit weit aus geringerer inhärenter Verzögerung.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel könnten die terrestrischen Verbin dungen, die für die vorliegende Erfindung benötigt werden, voraussichtlich durch die be reits vorhandene Telefoninfrastruktur vorhanden sein oder speziell für einen Kunden konfiguriert, installiert und speziell für die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgelegt wer den. Das Verfahren und die Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung sind von dieser Überlegung unabhängig.

Bei einer alternativen Form zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfah rens und der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung könnte man verbesserte Möglichkeiten in der Bodenstation zum "Packen/Entpacken" der Daten im Herkunftsmodus in einer Weise vorsehen, die mit den derzeit bestehenden Telefonnetzen vereinbar ist, und dann die terrestrischen Daten über das PSTN-Netz zu anderen Bodenstationen übertragen. Dabei ist zu beachten, daß dieses Verfahren komplizierter ist und die Anforderungen an die Einrichtungen in der Bodenstation im Vergleich zu der bevorzugten Realisierungs form noch erhöht.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die Betriebssicherheit und Zuverlässig keit satellitengestützter Kommunikationsnetze nach dem Stand der Technik noch ver bessert, während auf der anderen Seite die zur Verfügung stehende Kapazität über das Niveau hinaus noch erhöht wird, das derzeit von jeder auf dem Boden installierten Kom ponente unterstützt wird. Bei dieser Erfindung werden mehrere Erde-Raum-Verbindun gen tatsächlich zu einer "virtuellen Verbindung" verschmolzen. Die vorliegende Erfindung läßt eine Infrastruktur am Boden mit einer zugehörigen Kapazität für ein Verkehrsauf kommen zu, das die Kapazität der Raum-Erde-Verbindung der Bodenstation noch über steigt, indem eine "virtuelle Raum-Erde-Verbindung" zum Einsatz kommt.

Dabei könnten innerhalb der Bestrahlungsfläche eines einzigen Satelliten meh rere Bodenstationen installiert werden. Ihre Anzahl wird nicht durch die Möglichkeiten des Satelliten zum Aufbau mehrfacher Verbindungen beschränkt, wie dies bei dem be kannten System der Fall ist. Damit ist es möglich, über den Vertrieb zusätzlicher Boden stationen höheren Gewinn aus dem System zu erwirtschaften.

Die vorliegende Erfindung gestattet den Aufbau und Vertrieb einer "minimalen" Bodenstationsauslegung, die nicht unbedingt Raum-Erde-Verbindungen benötigt. Bei ei ner solchen Auslegung der Bodenstation könnte die vorliegende Erfindung zur Realisie rung einer virtuellen Raum-Erde-Verbindung eingesetzt werden. Und auch hier könnten höhere Gewinne erwirtschaftet werden. Diese Bodenstation in Minimalausführung läßt sich auch mit dem Ziel einsetzen, es einem Betreiber möglich zu machen, eine Boden station ohne Antennen einzurichten. Diese Situation könnte sich beispielsweise bei Pro blemen mit einer Genehmigung für den Betrieb einer Funkantenne in einem bestimmten Land ergeben.

Bei der Systemauslegung nach dem Stand der Technik sind eine komplexe Realisierung und eine komplexe Verfahrensweise zur Reaktion auf einen Fehler oder auf eine weniger hohe Verkehrsbelastbarkeit bei jeder Raum-Erde-Verbindung einer Bo deneinheit aus irgendwelchen Gründen unumgänglich, beispielsweise bei vollständigem oder teilweisem Ausfall eines Satelliten oder bei nicht besetzter Konstellation. Das erfin dungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mildern diese Schwie rigkeiten ohne jedes Erfordernis einer "Reaktionszeit" ab. Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung wird dieser Fall vielmehr als nicht existentes Problem behandelt.

Auch wenn die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele erläutert wurde, ist es für jeden Fachmann auf diesem Gebiet klar er kennbar, daß sich an diesen bevorzugten Ausführungsbeispielen Veränderungen und Modifizierungen vornehmen lassen, ohne über den Umfang dieser Erfindung hinauszu gehen. Während beispielsweise bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand spezieller Verfahrensabläufe zur Ermittlung von Umleitbedingungen beschrieben wurden, wie sie in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt sind, könnten ebenso auch andere Verfahrensabläufe oder Verfahren herangezogen werden. Diese und weitere Veränderungen und Modifizierun gen, die für den Fachmann auf diesem Gebiet auf der Hand liegen, sollen ebenfalls vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgedeckt werden.

Claims

1. Verfahren zur Festlegung des Leitwegs für Daten durch ein Kommunikati onssystem (30) mit mindestens einem Satelliten (11) und mehreren Bodenstationen (14), die als Einrichtungen zum Schalten und Verteilen der Daten für das Kommunikationssy stem fungieren, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

a) Aufbauen eines Aufwärts-Kommunikationskanals (23) durch eine erste Bo denstation zur Übertragung der Daten zwischen der ersten Bodenstation und einem Sa telliten von dem mindestens einen Satelliten;
b) Aufbauen einer oder mehrerer terrestrischer Verbindungen (24) zwischen der ersten Bodenstation und mindestens einer weiteren Bodenstation durch die erste Bo denstation;
c) Ermitteln (308), ob eine Umleitbedingung besteht, für welche ein Umleiten mindestens einiger der auf dem Aufwärts-Kommunikationskanal übermittelten Daten ge wünscht wird; und
d) Übertragen (310) der zumindest einigen Daten über die eine oder mehreren terrestrischen Verbindungen (24), wenn die Umleitbedingung besteht, und nicht aus schließlich über den Aufwärts-Kommunikationskanal.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt

e) Übertragen (312) aller Daten auf dem Aufwärts-Kommunikationskanal, wenn die Umleitbedingung nicht besteht.

3. Verfahren zum Empfangen von Daten von mindestens einem Satelliten (11) eines Kommunikationssystems (30), bei welchem das Kommunikationssystem minde stens einen Satelliten und mehrere Bodenstationen (14) umfaßt, die als Einrichtungen zum Schalten und Verteilen der Daten für das Kommunikationssystem fungieren, ge kennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Aufbauen eines Abwärts-Kommunikationskanals (23) durch eine erste Bo denstation zur Übertragung der Daten zwischen der ersten Bodenstation und einem Sa telliten von dem mindestens einen Satelliten;
b) Aufbauen einer oder mehrerer terrestrischer Verbindungen (24) zwischen der ersten Bodenstation und mindestens einer weiteren Bodenstation durch die erste Bo denstation;
c) Empfangen (404) der auf dem Abwärts-Kommunikationskanal übertragenen Daten;
d) Auswerten (410) einer Zieladresse innerhalb eines Datenpakets der Daten zur Ermittlung, ob die erste Bodenstation eine Zielstation für das Datenpaket ist; und
e) Übertragen (416) des Datenpakets über eine terrestrische Verbindung zu ei ner zweiten Bodenstation, wenn die erste Bodenstation nicht die Zielstation für das Da tenpaket ist.

4. Verfahren zur adaptiven Leitwegbestimmung für die Kommunikation zur Ver besserung der Versorgung in einem Satellitenkommunikationssystem (30) mit einer Sy stemsteuerzentrale (13), einer Vielzahl von Satelliten (11) und einer Vielzahl von Bo denstationen (14), die als intelligente Schalt- und Verteileinrichtungen auf der Erde fun gieren, wobei bestimmte Satelliten aus der Vielzahl von Satelliten mit bestimmen Statio nen aus der Vielzahl von Bodenstationen über Funkverbindungen (23) kommunizieren, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Aufbauen von terrestrischen Ausweichverbindungen (24) zwischen Mengen von Bodenstationen innerhalb der Vielzahl von Bodenstationen; und
b) Verwendung der terrestrischen Ausweichverbindungen, wenn sich auf einer der Funkverbindungen (23) ein Versorgungsproblem ergibt.

5. Bodenstation (14) zum Einsatz bei einem Kommunikationssystem (30) mit der Bodenstation, mindestens einer anderen Bodenstation und mindestens einem Satelliten (11), gekennzeichnet durch:

a) eine Bodenstationssteuerung (54) zum Steuern des Betriebs der Bodensta tion unter Leitwegfestlegung der Daten über einen Aufwärts-Kommunikationskanal (23) und über einen terrestrischen Kanal (24), wenn sich bei der Leitwegfestlegung über den Aufwärts-Kommunikationskanal ein Problem ergibt;
b) eine mit der Bodenstationssteuerung gekoppelte Aufwärts-Schnittstelle (50) zum Aufbauen des Aufwärts-Kommunikationskanals;
c) eine mit der Bodenstationssteuerung gekoppelte Abwärtsschnittstelle (52) zum Aufbauen eines Abwärts-Kommunikationskanals; und
d) eine mit der Bodenstationssteuerung gekoppelte Schnittstelle (56) für eine terrestrische Verbindung zum Aufbauen einer oder mehrerer terrestrischer Verbindungen zwischen der ersten Bodenstation und der mindestens einen weiteren Bodenstation.

6. Bodenstation (14) zum Einsatz bei einem Kommunikationssystem (30) mit der Bodenstation, mindestens einer weiteren Bodenstation und mindestens einem Sa telliten, gekennzeichnet durch:

a) eine Bodenstationssteuerung (54) zum Steuern des Betriebs der Bodensta tion durch Leitwegfestlegung für die Daten über einen terrestrischen Kanal (24); und
b) eine mit der Bodenstationssteuerung gekoppelte Schnittstelle (56) für terre strische Verbindungen zum Aufbauen einer oder mehrerer terrestrischer Verbindungen (24) zwischen der ersten Bodenstation und der mindestens einen weiteren Bodenstation.

7. Kommunikationssystem (30), gekennzeichnet durch:

a) mindestens einen Satelliten (11) und
b) eine Vielzahl von Bodenstationen (14) in der Nähe der Erdoberfläche, bei welchem eine Bodenstation unter der Vielzahl von Bodenstationen mit dem mindestens einen Satelliten und mit mindestens einer anderen aus der Vielzahl von Bodenstationen gekoppelt ist und die Bodenstation über Aufwärts-Kommunikationskanal (23) oder über eine terrestrische Verbindung (24) Datenpakete an eine andere Bodenstation übermittelt, in der ein Problem mit dem Aufwärts-Kommunikationskanal vorliegt.