DE69623805T2

DE69623805T2 - Kanalzuteilungsverfahren und -gerät in einem satellitenkommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE69623805T2
Application number: DE69623805T
Authority: DE
Inventors: Ming Liu; Jay Sengupta; Petre Wasse
Original assignee: Inmarsat Ltd
Current assignee: Inmarsat Global Ltd
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2016-11-28
Also published as: WO1997020435A2; GB2307826A; ZA969948B; JP2000501257A; AU7636696A; CA2236104A1; NO982380D0; GB2307826B; NO982380L; US20010046868A1; EP0864236A2; EP0864236B1; WO1997020435A3; DE69623805D1; US6226521B1; GB9524314D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Zuteilung von Kanälen zu Kommunikationsstationen und zum Auswählen von Kanälen zur Kommunikation in Kommunikationsstationen.
Ein bekanntes Beispiel für das Kanalmanagement wird in den Inmarsat Aero Services verwendet, die für die aeronautische Satellitenkommunikation entwickelt wurden. Einzelheiten der Inmarsat Aero Services finden sich zum Beispiel in "Satellite Communications", von Calcutt & Tetley, erste Auflage 1995.
Die Architektur eines Teils des Netzwerks von Inmarsat ist in Fig. 1 gezeigt. Ein geostationärer Satellit S1 stellt einen Satellitenkommunikationstransponder für die Satellitenkommunikation durch irgendeine einer Anzahl von Flugzeug-Erdstationen AES&sub1; ... AESn bereit, die sich in dem Abdeckungsgebiet des Satelliten S1 befinden. Die Flugzeug-Erdstationen AES umfassen Kommunikationsgeräte in Flugzeugen und können zur Satellitenkommunikation über den Satelliten S1 verwendet werden, wenn die Flugzeug-Erdstationen AES innerhalb des Strahlabdeckungsgebiets des Satelliten S1 liegen. In diesem Beispiel gibt es vier Satelliten S1 bis S4, die eine Kommunikationsabdeckung über vier verschiedene Gebiete bereitstellen, die gewöhnlich als "Ozean-Regionen" bezeichnet werden.
Die Flugzeug-Erdstationen AES kommunizieren über den Satelliten S1 mit einer von mehreren Boden-Erd-Stationen (GES) GES11 bis GES1n, die Hochfrequenzsignale zu dem Satelliten S1 richten und Hochfrequenzsignale aus diesem empfangen. Jede GES ist mit einem von einem Dienstanbieter betriebenen Netzwerk verbunden, wie zum Beispiel einem öffentlichen Fernsprechnetz (PSTN), einem erdgebundenen zellularen Netzwerk oder einem lokalen Netzwerk, so daß mit dem Netzwerk verbundene Festendgeräte mit einer beliebigen der Flugzeug-Erdstationen AES kommunizieren können.
Die Boden-Erd-Stationen GES werden von verschiedenen Dienstanbietern betrieben und befinden sich in der Regel in dem Land, in dem der Dienstanbieter wirkt.
Wenn der Benutzer einer AES eine Verbindung einleitet, sendet die AES ein Signal über den Satelliten S1 zu einer gewählten GES gemäß dem vom Benutzer gewählten Dienstanbieter. Die gewählte GES sendet ein Signal zurück zu der AES, das den für die Verbindung zu verwendenden Träger angibt. Der Aero- Leitungsmodus-Dienst verwendet Vollduplex-Übertragungskanäle mit einem einzigen Kanal pro Träger (SCPC), so daß der für eine einzige Kommunikation erforderliche Träger zwei Frequenzen umfaßt. Die Kommunikation geschieht dann zwischen der AES und der gewählten GES.
Wenn ein erdgebundener Anrufer eine Verbindung zu einer gewählten AES einleitet, wird ähnlich ein Verbindungsanforderungssignal durch das erdgebundene Netzwerk zu einer gewählten GES gesendet. Die GES sendet ein Rufsignal durch den Satelliten S1, das die AES angibt, zu der eine Verbindung hergestellt werden soll. Wenn die AES in dem Abdeckungsgebiet des Satelliten S1 liegt und in das Netzwerk eingeloggt ist, sendet sie ein Bestätigungssignal über den Satelliten S1 zu der GES, die wiederum der AES signalisiert, welcher Träger für die Verbindung verwendet werden soll.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß in jeder GES Daten verfügbar sein müssen, die angeben, welche Träger von dieser GES zur Kommunikation mit der AES verwendet werden können. Jeder GES wird deshalb eine Teilmenge aller Kanäle, die für die Kommunikation über den Satelliten S1 verfügbar sind, zugeteilt. Die Zuteilung von Trägern zu jeder GES wird durch eine Netzwerkbetriebszentrale NOC gesteuert, die die Trägerzuteilung zu den Bodenstationen GES durch eine Kommunikationsstrecke ISL zwischen Stationen periodisch aktualisiert.
Dieses System der Trägerzuteilung ist zwar einfach und zuverlässig, aber ineffizient, da jeder GES genug Träger zugeteilt werden müssen, um mit einem Spitzenbedarf in dieser GES fertig werden zu können. Zu jedem gegebenen Zeitpunkt bleibt deshalb ein großer Teil der Träger unbenutzt.
Wenn der geostationäre Satellit S1 ausfällt, wird ein geostationärer Reservesatellit S1' bereitgestellt und ist für die Kommunikation mit jeder GES verfügbar, wenn der geostationäre Satellit S1 ausfällt.
Weitere GES, GES2x, GES3x, GES4x werden zur Kommunikation mit weiteren Satelliten S2, S3, S4 bereitgestellt, die weitere Ozean-Regionen abdecken.
Außerdem wird eine Reserve-Netzwerkbetriebszentrale NOC' bereitgestellt, falls die primäre Netzwerkbetriebszentrale NOC ausfällt.
Fig. 2 zeigt eine alternative Netzwerkarchitektur, die bei anderen Diensten von Inmarsat verwendet wird, wie zum Beispiel Inmarsat-M und Inmarsat- B .
Für diese Dienste werden dieselben geostationären Satelliten verwendet, wie für die Aero-Dienste. In diesem Beispiel kommunizieren mehrere mobile Endgeräte MES&sub1; bis MRSn über den Satelliten S1 mit mehreren Land-Erdstationen LES11 bis LES1n. Dieses Beispiel unterscheidet sich jedoch von dem vorherigen Beispiel durch das zum Zuteilen von Trägern verwendete Verfahren. Jede LES ist so angeordnet, daß sie durch eine Kommunikationsstrecke ISL zwischen Stationen, die in diesem Beispiel eine Satellitenkommunikationsstrecke durch den Satelliten S1 ist, mit einer Netzwerkkoordinationsstation NCS1 kommuniziert. Die Netzwerksteuerstation NCS1 kann außerdem direkt durch den Satelliten S1 mit den MES kommunizieren.
Wenn ein MES-Benutzer eine Verbindung einleitet, sendet die MES ein Verbindungsanforderungssignal sowohl zu der NCS als auch zu einer gewählten LES. Die NCS wählt einen geeigneten Träger für die Kommunikation und signalisiert den gewählten Träger sowohl der MES als auch der gewählten LES. Die Verbindung erfolgt dann zwischen der MES und der gewählten LES.
Wenn ein mit einer LES verbundener erdgebundener Benutzer eine Verbindung einleitet, sendet die LES ein Rufsignal durch den gewählten Satelliten S und wartet auf eine Antwort von der gerufenen MES. Wenn eine Antwort aus der MES empfangen wird, sendet die LES ein Kanalanforderungssignal zu der NCS, die einen Träger für die Kommunikation auswählt und den ausgewählten Träger sowohl der MES als auch der LES signalisiert.
Eine NCS und eine Reserve-NCS, die für jeden Satelliten S bereitgestellt werden, speichern eine Menge aller für die Kommunikation über diesen Satelliten verfügbaren Träger. Diese Menge von Trägern wird von Zeit zu Zeit durch Daten aktualisiert, die über eine Zwischen-Netzwerk-Strecke INL aus einer NOC empfangen werden.
In diesem System werden Träger durch die NCS den LES nur nach Bedarf zugewiesen und unbenutzte Kanäle sind beliebigen der LES verfügbar, die diese anfordern. Es kann jedoch eine beträchtliche Verzögerung zwischen einer Verbindungsanforderung und dem Abschluß der Verbindungsherstellung entstehen, da beim Senden einer Anforderung zu der NCS und bei der Kommunikation des zugeteilten Trägers von der NCS zu der LES eine Verzögerung auftritt. Wenn in mehreren der LES viele Verbindungen verlangt werden, kann außerdem die Zwischen-Stations-Strecke ISL überlastet werden, was zu weiteren Verzögerungen bei der Zuteilung von Trägern und zu einem möglichen Versagen der Verbindungsherstellung führen kann, wenn eine MES eine Zeitgrenze überschreitet und die Verbindung beendet, da ihr innerhalb einer vorbestimmten Zeit kein Träger zugeteilt wurde.
Außerdem ist diese Architektur empfindlich, wenn die NCS ausfällt und demzufolge den LES keine Träger zugeteilt werden können, und das gesamte Netzwerk für die zugeordnete Ozean-Region kann ausfallen. Für jede primäre NCS wird eine Reserve-Netzwerksteuerstation NCS' bereitgestellt, um so einen solchen katastrophalen Ausfall zu vermeiden. Die Reserve-NCS' muß jedoch synchron mit ihrer zugeordneten primären NCS arbeiten, so daß, wenn es zu einem Ausfall kommt, die Reserve-NCS' sofort für die Trägerzuteilung verfügbar ist und mit dem Zustand der primären NCS unmittelbar vor dem Moment des Ausfalls übereinstimmt. Die Bereitstellung einer solchen Reserve-NCS ist kostspielig, insbesondere, wenn die Reserve-NCS von der primären NCS entfernt ist, was erwünscht ist, um eine effektive Reserve für Ausfälle aufgrund lokalisierter Unterbrechungen bereitzustellen. Wenn die Reserve-NCS ebenfalls ausfällt, fällt auch das gesamte Netzwerk für den zugeordneten Satelliten aus.
Obwohl diese Architektur effizient ist, ist sie daher naturgemäß weniger zuverlässig als die verteilte Netzwerkarchitektur des Systems Inmarsat-Aero .
Aus der Schrift WO94/18804 ist ein Echtzeit-Kanalborgeverfahren für ein zellulares Kommunikationssystem bekannt, bei dem ein Kanal als Reaktion auf eine Kanalanforderung durch einen Benutzer von einer benachbarten Zelle "geborgt" wird, wenn in der Zelle des Benutzers keine Kanäle verfügbar sind. Sobald der geborgte Kanal freigegeben wird, wird er an die benachbarte Zelle zurückgegeben.
Der Artikel "Comparisons of Channel-Assignment Strategies in Cellular Mobile Telephone Systems" von Ming Zhang und Tak-Shung P. Yum, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Band 38, Nr. 4, Seiten 211 bis 215, beschreibt verschiedene Echtzeit-Kanalborgeverfahren.
Aus der Schrift EP-A-666699 ist ein Mobilkommunikationssystem bekannt, bei dem jede Basisstation Zuteilungsprioritätswerte für verfügbare Funkkanäle speichert.

Kurze Darstellung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 10 bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung nach Anspruch 11 bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 18 bereitgestellt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Auswahl eines Kanals zur Kommunikation in einem Kommunikationsknoten bereitgestellt, mit den folgenden Schritten: Speichern von Daten, die diesem Kommunikationsknoten eigene Kanäle darstellen, und Auswählen der eigenen Kanäle für die Kommunikation über den Kommunikationsknoten, wobei die Daten modifizierbar sind, indem ein Anforderungssignal zu einem entfernten Netzwerkknoten gesendet und als Reaktion darauf ein Zuteilungssignal von dem entfernten Netzwerkknoten empfangen wird, das zusätzliche, dem Kommunikationsknoten eigene Kanäle angibt, und Modifizieren der Daten, um die zusätzlichen Kanäle zu der Menge eigener Kanäle in dem Kommunikationsknoten hinzuzufügen. Auf diese Weise können Kommunikationskanäle sofort in dem Kommunikationsknoten verfügbar sein, wodurch die Verbindungsherstellung zuverlässiger und schneller wird. Außerdem können auf Anforderung an den entfernten Netzwerkknoten zusätzliche Kanäle zu den eigenen Kanälen hinzugefügt werden, so daß die Anzahl verfügbarer Kanäle dynamisch nach Bedarf verändert und die Kanäle effizient zugeteilt werden können.
Die Anforderung wird zu dem entfernten Netzwerkknoten gesendet, wenn die Anzahl eigener Kanäle unter einen vorbestimmten Niedrigwert fällt. Dadurch kann eine Mindestanzahl verfügbarer Kanäle in dem Kommunikationsknoten sichergestellt werden.
Vorzugsweise kann der Kommunikationsknoten eigene Kanäle von der Menge entfernen und dem entfernten Netzwerkknoten angeben, welche Kanäle entfernt wurden, so daß der entfernte Knoten die entfernten Kanäle anderen Kommunikationsknoten zuteilen kann. Vorzugsweise wird dieser Schritt durchgeführt, wenn die Anzahl verfügbarer eigener Kanäle über einen vorbestimmten Hochwert ansteigt.
Vorzugsweise können der vorbestimmte Hoch- und Niedrigwert gemäß der aktuellen oder vorhergesagten Forderung für die Kommunikation durch den Kommunikationsknoten verändert werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern der Kanalzuteilung zu mehreren Kommunikationsknoten bereitgestellt, die jeweils Daten speichern, die eine diesem Knoten eigene Menge von Kanälen darstellen, mit den folgenden Schritten: Empfangen eines Anforderungssignals von einem der Knoten und Senden von Daten, die zusätzliche diesem Knoten eigene Kanäle darstellen, als Reaktion auf das Anforderungssignal. Für jeden Kommunikationsknoten wird eine maximale und/oder minimale Anzahl von Kanälen bestimmt und diese maximale und/oder minimale Anzahl wird zu diesem Kommunikationsknoten übermittelt. Vorzugsweise werden die maximale und/oder minimale Anzahl gemäß der aktuellen und/oder erwarteten Kommunikationsverkehrsforderung durch diesen Knoten bestimmt. Somit kann die Effizienz der Zuteilung von Kanälen zu den Kommunikationsknoten optimiert werden.
Vorzugsweise werden bei dem Verfahren ein Anfragesignal zu einem oder mehreren der Kommunikationsknoten gesendet und Statusinformationen aus jedem der Kommunikationsknoten, zu dem das Anfragesignal gesendet wurde, empfangen.
Die vorliegende Erfindung deckt Vorrichtungen ab, die so ausgelegt sind, daß sie beliebige der obigen Verfahren ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es werden nun spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm einer ersten vorbekannten Netzwerkarchitektur;
Fig. 2 ein Diagramm einer zweiten vorbekannten Netzwerkarchitektur;
Fig. 3 ein Diagramm eines Netzwerks bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein Diagramm einer Boden-Erd-Station bei der Ausführungsform von Fig. 3;
Fig. 5 ein Diagramm einer Netzwerkkanalmanagementstation bei der Ausführungsform von Fig. 3;
Fig. 6 ein Diagramm einer Netzwerkbetriebszentrale bei der Ausführungsform von Fig. 3;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Kanalzuteilung bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ein Zeichengabediagramm bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine Darstellung eines alternativen Trägerzuteilungsverfahrens bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 10 ein Zeichengabediagramm in einer alternativen Situation bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ein spezifisches Beispiel für eine Netzwerkarchitektur, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält, wird nun mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform können mehrere Flugzeug- Erdstationen AES1 bis AESn über den Satelliten S1 mit mehreren Boden-Erd- Stationen GES11 bis GES1n kommunizieren. Diese Ausführungsform ist für einen Betrieb mit Satelliten ausgelegt, die mehrere, sich überlappende Strahlen über ihre Abdeckungsgebiete projizieren, darunter einen globalen Strahl, der das gesamte Abdeckungsgebiet einschließt.
Die GES werden über eine Zwischen-Stations-Strecke ISL mit einer Netzwerkkanalmanagementstation NCMS1 und mit einer Reserve-Netzwerkkanalmanagementstation NCMS1' verbunden. Die primäre und die Reserve-Netzwerk- NCMS sind über eine Zwischen-Netzwerk-Strecke INL mit der primären NOC und der Reserve-NOC' verbunden.
Die NOCs sind außerdem mit weiteren NCMS und Reserve NCMS, NCMS2, NCMS21, NCMS3, NCMS3' und NCMS4, NCMS4' verbunden, die jeweils mit Boden-Erd-Stationen G21 bis G2n, G31 bis G3n bzw. G41 bis G4n zur Kommunikation über jeweilige Satelliten 52 bis 54, die die Ozean-Regionen 2 bis 4 versorgen, verbunden sind.

Boden-Erd-Stationen

Fig. 4 zeigt die Hauptmerkmale jeder der Boden-Erd-Stationen GES. Die GES ist mittels einer Netzwerkschnittstelle 54 mit einem erdgebundenen Netzwerk 52 verbunden, durch das Verbindungen zu und von den Flugzeug-Erdstationen AES geroutet werden. Das erdgebundene Netzwerk kann zum Beispiel ein PSTN-, ein ISDN- oder ein erdgebundenes zellulares Netzwerk sein und die Netzwerkschnittstelle 54 wandelt Verbindungssignale auf dem erdgebundenen Netzwerk 52 in digitale Daten um und umgekehrt. Ein GES-Prozessor 56 wandelt die digitalen Daten in ein Format um, das für die Übertragung über die Satellitenstrecke SL geeignet ist, und umgekehrt. Die verbundenen Daten werden durch einen HF- Modulator/-Demodulator 58 HF-moduliert und als HF-Signale durch eine Zuführungsstreckenantenne 60 zu dem Satelliten S gesendet, in dem die Signale zu den Flugzeug-Erdstationen AES weitergesendet werden, an die die Verbindung adressiert ist. Ähnlich werden HF-Signale aus einer Flugzeug-Erdstation zu den Satelliten gesendet, zu der Zuführungsstreckenantenne 60 weitergesendet, von dem HF-Modulator/-Demodulator 58 demoduliert, durch den GES-Prozessor 56 umgewandelt und durch das erdgebundene Netzwerk 52 zu dem anderen Teilnehmer geroutet.
Der GES-Prozessor 56 ist über eine ISL-Schnittstelle 62, die außerdem den Zugang zu einer Reserve-Zwischen-Stations-Strecke, wie zum Beispiel einer Einwählverbindung, bereitstellt, falls die Haupt-Zwischenstationsstrecke ausfällt, mit der Zwischenstationsstrecke ISL verbunden. Der GES-Prozessor 56 greift auf einen GES-Datenspeicher 63 zu, der notwendige Daten für den Verbindungsaufbau und das Kanalmanagement speichert, wie unten ausführlicher beschrieben werden wird.

Netzwrkkanalmanagementstation

Fig. 5 zeigt die Hauptmerkmale jeder der Netzwerkkanalmanagementstationen NCMS. Die NCMS ist durch eine ISL-Schnittstelle 64 mit der ISL und durch eine INL-Schnittstelle 66 mit der INL verbunden.
Die Funktionen der NCMS werden durch einen NCMS-Prozessor 68 durchgeführt, während von der NCMS verwendete Daten in einem NCMS- Datenspeicher 70 gespeichert werden, wie unten ausführlich beschrieben werden wird.

Netzwerkbetriebszentrale

Fig. 6 zeigt die Hauptmerkmale jeder Netzwerkbetriebszentrale NOC. Die NOC ist durch eine INL-Schnittstelle mit der INL verbunden. Die Funktionen der NOC werden von einem NOC-Prozessor 74 durchgeführt, während von der NOC verwendete Daten in einem NOC-Datenspeicher 76 gespeichert werden, wie unten ausführlich beschrieben werden wird.
Das bei dieser Ausführungsform verwendete Verfahren der Kanalzuteilung wird nun ausführlich beschrieben.

Trägerdefinitionstabelle

Jeder NCMS-Datenspeicher speichert eine Trägerdefinitionstabelle. Die Trägerdefinitionstabelle definiert alle den aeronautischen Diensten verfügbaren Träger und gibt die Zuteilungsregeln für diese Träger an. Die Trägerdefinitionstabelle wird periodisch aus der NOC zusammen mit einer Spezifikation der gesamten Vorwärtsstrecken- und Rückkehrstreckenleistung, die für jeden Satelliten zulässig ist, in den Datenspeicher geladen.
Die Trägerdefinitionstabelle definiert jeden Kanalträger gemäß den folgenden Parametern:
1. "Träger-ID", ein Etikett, das den Diensttyp, den Satelliten, den Kanaltyp, den Satellitenstrahl und die Rangnummer, die jedem Träger zugeordnet ist, wiedergibt.
2. "Aktueller Benutzername", der den Reservierungsstatus des Trägers angibt, der unten ausführlicher beschrieben werden wird.
3. "Dienst", gibt den Diensttyp des Trägers an, zum Beispiel Aero-Dienst.
4. "Satelliten- und Ozean-Region", gibt die Satelliten- und Ozean-Region an, der dieser Träger zugewiesen wird.
5. "Zuführungs-Aufwärtsstreckenstrahl", gibt an, welcher Strahl für die Zuführungsaufwärtsstrecke zwischen einer spezifischen GES und dem Satelliten S verwendet werden soll, für Satelliten, die mehrere Zuführungsaufwärtsstreckenstrahlen gestatten.
6. "Zuführungsabwärtsstreckenstrahl", für Satelliten, die mehrere Zuführungsabwärtsstreckenstrahlen aufweisen.
7. "Dienstaufwärtsstreckenstrahl", gibt den Aufwärtsstreckenstrahl an, der von einer AES zu dem Satelliten S verwendet werden soll.
8. "Dienst-Abwärtsstreckenstrahl".
9. "Kanaltyp", gibt den für den Träger verwendeten Kanaltyp an, wie zum Beispiel Aero-H , Aero-H+ oder Aero-I .
10. "Trägerrangnummer", gibt die Priorität an, mit der der Träger gewählt werden soll.
11. Zuführungsaufwärtsstreckenfrequenz".
12. "Zuführungsaufwärtsstreckenpolarisation".
13. "Zuführungsabwärtsstreckenfrequenz".
14. "Zuführungsabwärtsstreckenpolarisation".
15. "Dienst-Aufwärtsstreckenfrequenz".
16. "Dienst-Abwärtsstreckenfrequenz".
17. "Vorwärtsstrecken-Satellitenleistung", die diesem Träger zugewiesene Nennleistung.
18. "Rückkehrstrecken-Satellitenleistung".
19. "Zuteilungsregel", gibt an, ob dieser Träger verwendet werden kann, wenn andere spezifizierte Träger verwendet werden, oder die Zeit, während der dieser Träger verwendet werden kann.
Diese Parameter können in einem beliebigen geeigneten Code gespeichert und übertragen werden, wie zum Beispiel ASCII-Codes oder binäre Formate.
Die Trägerdefinitionstabelle wird von der NCMS benutzt, um die Zuteilung der Träger zu verschiedenen GES, verschiedene Kanaltypen und verschiedene Satellitenstrahlen in einer Ozean-Region sowie zwischen verschiedenen Satelliten, die eine Ozean-Region abdecken, oder in benachbarten Ozean-Regionen, zu bestimmen.
Innerhalb des Aero-Dienstes werden für die Dienste Aero-H , Aero-H+ und Aero-I verschiedene Kanaltypen verwendet, die verschiedene Bitraten bereitstellen und verschiedene Antennenverstärkungen erfordern.
Die in einer Trägerdefinitionstabelle definierten Zuteilungsregeln geben die Zwangsbedingungen der gegenseitigen Trägerstörung, zum Beispiel zwischen Satelliten, Strahlen und Kanälen, wieder und definieren andere Träger, die sich mit einem Träger gegenseitig ausschließen und nicht gleichzeitig verwendet werden können.
Die Trägerrangnummern in der Trägerdefinitionstabelle geben die Zuteilungspräferenz an, mit der der Träger aus anderen Trägern desselben Kanaltyps in demselben Strahl desselben Satelliten ausgewählt werden soll, so daß Träger mit niedrigem Rang zuerst zugewiesen werden und Träger mit höherem Rang nur während Spitzenverkehrsperioden verwendet werden.

Träger-Pools

Jede NCMS und jede GES speichert Daten, die Mengen von "Pools" von unbelegten Trägern darstellen. Für jeden Pool werden zwei Betriebsparameter, Pool-Hochwert (PHL) und Pool-Niedrigwert (PLL) definiert, die jeweils die maximale und minimale Anzahl unbelegter Träger in dem Pool definieren. Träger werden zu dem Pool hinzugefügt oder aus diesem entfernt, um so die Anzahl von Trägern zwischen dem Pool-Hochwert und dem Pool-Niedrigwert zu halten.

Lokale Träger-Pools

Jede GES führt einen lokalen Träger-Pool LCP von Trägern für jeden Diensttyp für jeden Strahl des Satelliten S. Wenn eine AES eine Verbindung anfordert, wählt die GES einen unbelegten Träger aus einem ihrer LCPs entsprechend dem jeweiligen Strahl und Diensttyp, gibt der AES den gewählten Träger an und beginnt mit der Kommunikation mit der AES unter Verwendung des gewählten Trägers. Wenn ein erdgebundener Benutzer durch eine GES eine Verbindung zu einer AES einleitet, wird ähnlich ein unbelegter Träger aus dem relevanten LCP ausgewählt, der in der GES gespeichert ist, und die Identität diese Trägers wird der gerufenen AES signalisiert. Die den LCP darstellenden Daten werden modifiziert, um so den gewählten Träger als belegt zu markieren, bis die Verbindung abgeschlossen ist und der Träger wieder als unbelegt markiert und an den LCP zurückgegeben wird.
Die LCPs können durch viele verschiedene Datenstrukturen implementiert werden, die an sich wohlbekannt sind. Zum Beispiel kann ein Träger in einem LCP als Trägerparameter gespeichert werden, die den in der Trägerdefinitionstabelle in der NCMS verwendeten gleichen, und zwar als ein Datenartikel in einem Stapel entsprechend einem LCP, sortiert in Rangordnung.
Für jeden LCP wird in der relevanten GES der Pool-Hochwert (PHL) und ein Pool-Niedrigwert (PLL) gespeichert. Wenn die Anzahl unbelegter Träger in irgendeinem LCP unter den entsprechenden PLL fällt, sendet die GES ein Anforderungssignal zu der NCMS, das anfordert, daß zusätzliche Träger des relevanten Strahls und Kanaltyps für diesen LCP reserviert werden. Wenn die Anzahl unbelegter Träger in irgendeinem LCP den PHL übersteigt, wird ähnlich ein Signal von der GES gesendet, das die Identitäten der überschüssigen Träger in dem LCP angibt, und diese überschüssigen Träger werden aus dem LCP gelöscht.

Globale und regionale Träger-Pools

Träger-Pools werden außerdem in der NCMS definiert. Bei einem unreservierten Träger in der Trägerdefinitionstabelle ist der aktuelle Benutzername leer gelassen. Alle unreservierten Träger in der Trägerdefinitionstabelle werden als einen globalen Trägerpool (GCP) einnehmend definiert. Außerdem sind in der Trägerdefinitionstabelle mehrere regionale Trägerpools (RCP) definiert, und zwar einer für jeden Diensttyp in jedem Strahl des von der NCMS versorgten Satelliten. Die NCMS wählt eine variable Anzahl von Trägern aus dem GCP, die für jeden RCP reserviert werden soll, auf der Grundlage der aktuellen und erwarteten Verkehrsfordungen und der Verkehrsverteilungseigenschaften in den entsprechenden Strahlen und Dienst. Die Träger werden als zu einem RCP gehörend definiert, indem ihr Feld für den aktuellen Benutzernamen auf einen NCMS-Identitätscode gesetzt und weiterhin Daten, die anzeigen, zu welchem RCP der Träger gehört, gespeichert werden.
Die Träger in jedem RCP können von beliebigen der durch die NCMS versorgten GES reserviert werden. Die Anordnung von Trägern zu RCPs ermöglicht eine gemeinsame Nutzung des Spektrums zwischen verschiedenen Satelliten, Strahlen und Diensttypen, die getrennt von der Zuteilung von Trägern zu einzelnen GES und vor dieser zu bestimmen sind.
Gemäß den in der Trägerdefinitionstabelle definierten Zuteilungsregeln kann die Verwendung eines Trägers die Benutzung anderer verhindern, und es ist möglich, daß zu bestimmten Tageszeiten nur ein Teil der Träger verwendet wird. Die NCMS bestimmt, welche Träger für jeden RCP gewählt werden, auf der Grundlage der Zuteilungsregeln, der aktuellen und erwarteten Verkehrsforderungen, der Verkehrsverteilungs-0eigenschaften und der Trägerrangnummern, die in der Trägerdefinitionstabelle angegeben sind. Beim Transferieren von Trägern von einem RCP zu dem GCP und umgekehrt berechnet die NCMS Gesamt- Vorwärts- und Rückwärts-Streckensatellitenleistungsbudgets gemäß der nominalen Satellitenleistung, die jedem Träger zugewiesen wird, der sich nicht in dem GCP befindet, einschließlich der Träger in den RCPs und LCPs und belegter Träger, um sicherzustellen, daß die Gesamtleistungsbudgets nicht die Vorwärtsstrecken- und Rückwärtsstreckensatellitenleistungsanforderungen übersteigen, die in der Trägerdefinitionstabelle angegeben sind. Wenn es dazu kommt, werden Träger aus den RCPs in den GCP entfernt.
Für jeden RCP wird ein jeweiliger Pool-Hochwert (PHL) und ein Pool- Niedrigwert (PLL) definiert. Die Gesamtzahl von Trägern in jedem RCP wird mit dem PHL und dem PLL verglichen, und zusätzliche Träger werden von dem GCP zu dem RCP transferiert, wenn die Anzahl unter den PLL fällt, während Träger aus dem RCP an den GCP zurückgegeben werden, wenn die Anzahl den PHL übersteigt. Die NCMS verändert den PLL und den PHL für jeden RCP gemäß den aktuellen und erwarteten Verkehrsforderungen und ihren Verteilungseigenschaften zusammen mit den Sicherheitsanforderungen für aeronautische Dienste und die Zwangsbedingungen bezüglich der Gesamtsatellitenleistung. Die NOC kann RCP- Hochwertdaten und Niedrigwertdaten zu der NCMS senden, um so die durch die NCMS bestimmten PHLs und PLLs zu übersteuern.
Um sicherzustellen, daß ein Träger für Notdienste immer sofort verfügbar ist, wird der PLL für jeden beliebigen LCP immer auf mindestens Eins gesetzt, aber nicht wenn keine AES für den Strahl und Dienst, der diesem LCP entspricht, eingeloggt sind.
Wenn für einen bestimmten Diensttyp in einem bestimmten Strahl über eine bestimmte Boden-Erd-Station keine AES eingeloggt sind, wird der entsprechende LCP-PLL auf Null gesetzt.

Trägerzuteilungssteuerung

Der Austausch von Trägerdaten zwischen GES und ihrer NCMS wird durch Senden von Trägerzuteilungssteuersignalen über die Zwischen-Stations-Strecke ISL durchgeführt. Es werden sechs verschiedene Trägerzuteilungssteuersignale verwendet: Trägeranforderung (CQ), Trägerrückgabe (CT), Trägerausnutzung (CU), Trägerentfernung (CR), Träger-Anfrage (CP) und Trägerzuteilung (CA).

Trägeranforderung (CQ)

Wenn eine GES erkennt, daß die Anzahl unbelegter Träger, die in einem ihrer LCPs verbleibt, unter den entsprechenden PLL fällt, oder wenn sie von einer AES eine Anforderung von Trägern aus einem LCP empfängt, für den der PLL Null ist, sendet sie ein CQ-Signal sofort zu der NCMS, um so zusätzliche Träger für den relevanten LCP anzufordern.
Das CQ-Signal enthält Daten, die die maximale Anzahl von Trägern angeben, die in dem LCP in den letzten 30 Minuten belegt wurden, oder seit das letzte CQ-Signal, das mit diesem LCP zusammenhängt, zu der NCMS gesendet wurde, wenn dies weniger als 30 Minuten her ist, die Anzahl belegter Träger und die minimale Verbindungspriorität, die der lokale Pool unterstützt. Die NCMS sendet ein Bestätigungssignal zu der GES, wenn sie ein CQ-Signal empfängt und reagiert darauf auf die unten beschriebene Weise.

Trägeruteilung (CA)

Nach dem Empfang eines CQ-Signals aus einer GES reagiert die NCMS mit einem CA-Signal, das alle Träger auflistet, die dem LCP dieser GES zugeteilt sind. Wenn keine Träger verfügbar sind, gibt das CA-Signal keine Träger an.

Trägerrückgabe (CT)

Wenn eine GES erkennt, daß die Anzahl unbelegter Träger, die in einem ihrer LCPs verbleibt, über den PHL für diesen Pool ansteigt, sendet sie ein CT- Signal zu der NCMS, um die überschüssigen Träger anzuzeigen, die aus dem LCP entfernt wurden. Das CT-Signal enthält Daten, die alle überschüssigen Träger identifizieren, die von der GES freigegeben und zur Zuteilung an die NCMS zurückgegeben wurden.
Nach dem Empfang eines CT-Signals aktualisiert die NCMS die Trägerdefinitionstabelle durch Ändern des aktuellen Benutzernamens für die überschüssigen Träger von den Identitätsdaten der GES zu den Identitätsdaten der NCMS und sendet ein Bestätigungssignal zu der GES. Danach kann die GES die überschüssigen Träger nur dann für die Kommunikation verwenden, wenn sie später von der NCMS zurückgegeben werden.

Träger-Anfrage (CP)

Um spezifische Informationen über die aktuelle Ausnutzung von Trägern in einem oder mehreren LCPs in einer GES zu erhalten, sendet die NCMS ein CP- Signal zu dieser GES.

Träger-Ausnutzung (CU)

Wenn die Anzahl von Trägern in einem RCP unter den PLL fällt und keine geeigneten Träger von dem GCP verfügbar sind, sendet die diesen RCP führende NCMS ein CP-Signal zu jeder GES, der Träger aus diesem RCP zugeteilt wurden. Die GES, die das CP-Signal empfangen haben, reagieren unmittelbar mit einem CU-Signal, das dieselben Informationen wie das CQ-Signal aus dieser GES enthält.
Die NCMS fragt eine GES auch dann an, wenn Informationen über die aktuelle Trägerausnutzungseffizienz eines spezifischen LCP oder einer Gruppe von LCPs erforderlich sind.

Trägerentfernung (CR)

Wenn eine NCMS Träger von ausgewählten LCPs anfordert und zum Beispiel ein CP-Signal zu einer GES sendet, sendet sie ein CR-Signal zu den GES, die diese LCPs führen, um so Träger aus den gewählten LCPs an einen gekennzeichneten RCP freizugeben.
Das CR-Signal gibt die Anzahl von Trägern an, die aus jedem der gewählten LCPs entfernt werden muß, und gibt an, ob belegte Träger sofort aktiviert werden sollen. Das CR-Signal kann außerdem angeben, welche Träger entfernt werden sollen.
Beim Empfang eines CR-Signals sendet eine GES ein CT-Signal, das die freigegebenen und an die NCMS zurückgegebenen Träger angibt.
Wenn in dem gekennzeichneten LCP keine unbelegten Träger verfügbar sind, beendet die GES die Verbindung mit der niedrigsten Priorität, die einen Träger aus dem gekennzeichneten LCP belegt, um so den Träger an die NCMS zurückzugeben.

Adaptive Trägerzuteilung

Wenn die Anzahl von Trägern in einem RCP unter seinem PLL liegt, versucht die NCMS, einen Block zusätzlicher Träger aus dem GCP auszuwählen, indem sie den aktuellen Benutzernamen für diese Träger so ändert, daß eine Reservierung durch die NCMS angezeigt wird.
Wenn keine Träger des für den RCP erforderlichen Typs in dem globalen Trägerpool verfügbar sind, sendet die NCMS CP-Signale zu allen GES, mit denen sie verbunden ist, um unbelegte Träger zu finden und zu wählen, die die NCMS zuvor aus diesem RCP einer GES zugeteilt hat, und diese Träger wieder dem RCP zuzuteilen. Falls notwendig, werden die PLLs der LCPs, aus denen Träger entfernt werden, verringert, um so zu verhindern, daß die GES die Träger zurückfordert.
Wenn in keiner GES unbelegte Träger verfügbar sind, hört die NCMS mit dem Zuteilen von Trägern, die in dem RCP übrig bleiben, zu LCPs für nicht sicherheitsbezogene Dienste auf.
Wenn die Anzahl von Trägern in einem RCP über seinem PHL liegt, gibt die NCMS die überschüssigen Träger an den GCP zurück, indem sie seinen Identitätscode aus dem Feld für den aktuellen Benutzernamen dieser Träger entfernt.
Wenn ein GES erkennt, daß die Anzahl unbelegter Träger in einem ihrer LCPs unter den PLL fällt, sendet sie ein CQ-Signal zu ihrer NCMS, um so zusätzliche Träger anzufordern. Nach Empfang eines solchen CQ-Signals wählt die NCMS einen Block von Trägern aus dem relevanten RCP. Wenn die Anzahl von in dem RCP verbleibenden Trägern jedoch unter seinem PLL liegt und das CQ-Signal eine Anforderung von Trägern für nicht sicherheitsbezogene Dienst anzeigt, soll die Blockgröße des CA-Signals auf Null gesetzt werden, so daß dem LCP keine Träger zugeteilt werden.
Wenn eine GES erkennt, daß die Anzahl von Trägern in einem ihrer LCPs über dem PHL liegt, sendet sie ein CT-Signal zu der NCMS, das die überschüssigen Träger identifiziert, und entfernt die überschüssigen Träger aus ihrem LCP.
Auf der Grundlage der aus dem GES empfangenen Trägerzuteilungssteuersignale und einer Datenbank berechnet die NCMS die aktuellen und erwarteten Verkehrsforderungen, ihre Verteilungseigenschaften und die Anzahl von in jedem LCP verfügbaren Trägern. Die NCMS verwendet diese Informationen zusammen mit der Trägerverfügbarkeit in jedem RCP und in dem GCP zur dynamischen Bestimmung des Werts für PHL und PLL für jeden regionalen und lokalen Trägerpool. Außerdem bestimmt die NCMS die Blockgrößen von Trägern, die für die Trägerauswahlen aus dem GCP oder Trägerzuteilungen zu LCPs verwendet werden. Die Blockgrößen sind nicht-negative ganze Zahlen. Die in dem Block gewählten oder zugeteilten Träger müssen in der Trägerdefinitionstabelle nicht als benachbarte Frequenzen benutzend definiert sein.
Die Parameterwerte von PHLs, PLLs und Trägerblockgrößen bestimmen das Trägerauswahl- und Zuteilungsverfahren, das von jeder NCMS verwendet wird. Durch dynamisches Verändern dieser Parameterwerte können die NCMS zwischen einem prädiktiven Trägerzuteilungsverfahren und einem bedarfsorientierten Trägerzuteilungsverfahren für die verschiedenen LCPs wählen.
Während sie aeronautische Sicherheitsanforderungen erfüllen und die Gesamtabschnittsausnutzung über das gesamte Netzwerk hinweg optimieren, teilen die NCMS LCPs so viele Träger wie möglich zu, wobei nur die minimal notwendige Anzahl von Trägern in jedem RCP verbleibt, um so die Zeichengabeverkehrslast auf der Zwischen-Stations-Strecke zu verringern und die Ausfallbehebung zu vereinfachen, wie nachfolgend beschrieben wird.
Fig. 7 zeigt eine Darstellung eines Beispiels für die Trägerzuteilungen. In dieser Figur werden die LCPs, RCPs und Blöcke von Trägern für Strahl x und Dienst y als LCPxy, RCPxy bzw. Bxy bezeichnet. Unbelegte Träger werden durch leere Blöcke dargestellt, während belegte Träger durch schattierte Blöcke dargestellt werden. Für LCPs in jeder GES wird dieselbe Notation verwendet.
In lokalen Trägerpools LCP11, LCP12 und LCP13 der GES 11 lauten die Anzahlen unbelegter Träger 1, 1 bzw. 2. Die GES11 sendet ein CQ-Signal zu der NCMS1, das anzeigt, daß Träger für die LCPs aller Diensttypen für Strahl 1 erforderlich sind. Die NCMS1 teilt den Block B12 von Trägern dem lokalen Trägerpool LCP12, den Block B11 von Trägern dem lokalen Trägerpool LCP11 und den Block B13 von Trägern dem lokalen Trägerpool LCP13 zu.
Im Strahl n der GES11 gibt es überschüssige Träger für jeden Diensttyp entsprechend den lokalen Trägerpools LCPn1, LCPn2 und LCPn3. Diese überschüssigen Träger werden in den Blöcken Bn1, Bn2 bzw. Bn3 an die NCMS1 zurückgegeben.
Für Strahl 2 in der GES 12 werden überschüssige Träger den Diensttypen 1 und 3 zugeteilt, entsprechend den lokalen Trägerpools LCP21 und LCP23, aber die Anzahl unbelegter Träger für Dienst 2 in dem lokalen Pool LCP22 ist kleiner als der Pool-Niedrigwert. Deshalb werden Träger aus dem lokalen Pools LCP21 und LCP23 an die NCMS1 zurückgegeben, aber aus dem regionalen Pool RCP22 im Block B22 zu dem lokalen Pool LCP22 transferiert. Im Strahl 3, lokale Pools von GES12, gibt es überschüssige Träger in dem lokalen Pool LCP32, die im Block B32 an den regionalen Pool RCP32 zurückgegeben werden. Es besteht ein Mangel an Trägern in dem lokalen Pool LCP33 und Träger werden aus dem regionalen Pool RCP33 im Block B33 transferiert. In dem lokalen Pool LCP31 beträgt PLL 1, und es ist ein Träger verfügbar. Es ist kein Trägertransfer erforderlich.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel für die Zeichengabe zwischen der GES 11 und der NCMS1. Die GES11 sendet ein CQ-Signal 2 zu der NCMS1, die mit einem Trägerzuteilungssignal 4 antwortet. Die GES11 bestätigt den Empfang des Trägerzuteilungssignals mit einem CA-Bestätigungssignal 6, aber das Signal geht auf der Zwischen-Stations-Strecke verloren. Ein Timer in der NCMS1 erkennt, daß innerhalb einer vorbestimmten Zeit keine Bestätigung für das CA-Signal 4 empfangen wurde, und sendet deshalb ein Wiederholungs-CA-Signal 8. Die GES11 reagiert mit einem Wiederholungs-CA-Bestätigungssignal 10, das von der NCMS1 korrekt empfangen wird. Später sendet die GES11 ein CT-Signal zu der NCMS1, dieses geht jedoch auf der Zwischen-Stations-Strecke verloren. Die GES11 enthält den Timer, der gesetzt wird, wenn das CT-Signal gesendet wird, und erkennt, ob ein Trägerentfernungssignal innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne von der NCMS1 empfangen wurde. In diesem Fall erreicht der Timer die Zeitgrenze ohne daß ein Trägerentfernungssignal empfangen wurde, und die GES11 sendet deshalb ein Wiederholungs-CT-Signal 14, auf das die Netzwerksteuerstation NCMS1 mit einem CT-Bestätigungssignal 16 antwortet.
Es wird nun ein alternatives Beispiel mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben. Bei diesem Beispiel weist der lokale Pool LCP11 der GES11 keine unbelegten Träger auf und die GES11 fordert einen Träger für diesen lokalen Pool LCP11 an. Es ist in dem regionalen Pool RCP11 jedoch nur ein Träger verfügbar, was unter dem Pool- Niedrigwert von 2 liegt, und der Träger wird für einen nicht sicherheitsbezogenen Dienst angefordert. Die NCMS1 fragt die anderen GES nach einem verfügbaren Träger für den Dienst 1 des Strahls 1. Die GES 12 besitzt einen solchen verfügbaren Träger und gibt diesen Träger im Block B11 an die NCMS1 frei, die diesen Block der GES11 zuteilt.
Die GES12 empfängt einen Notruf im Diensttyp 3, Strahl n. Es sind in dem regionalen Pool RCPn3 keine Träger verfügbar, aber einige der Träger in dem Pool LCPn3 der GES11 sind mit nicht sicherheitsbezogenen Verbindungen belegt. Unter Verwendung des CR-Signals fordert die NCMS1 einen der belegten Träger aus dem lokalen Pool LCPn3 der GES11 an. Die Verbindung mit der niedrigsten Priorität, die einen dieser Träger benutzt, wird beendet, und der freigegebene Träger wird im Block Bn3 an die NCMS1 zurückgegeben und dort für den Notruf der GES12 zugeteilt.
Fig. 10 zeigt ein Zeichengabediagramm eines anderen Beispiels.
Die NCMS1 empfängt von der GES11 ein CQ-Signal 20 und von der GES12 ein CQ-Signal 22. In jedem Fall liegt die Anzahl von Trägern in dem relevanten regionalen Trägerpool unter dem Pool-Niedrigwert und diese Träger sind deshalb nur für Sicherheitsdienste verfügbar. Deshalb sendet die NCMS1 ein CA-Signal 24 zu der GES11, das anzeigt, daß keine Träger verfügbar sind, und sendet ähnlich ein CA-Signal 26 zu der GES12. Die GES12 sendet ein CT-Signal, das eine Nulliste von Trägern anzeigt, um die vorherige Anforderung von Trägern zu löschen. Die NCMS1 reagiert darauf mit einem CT-Bestätigungssignal 30.
In der GES11 sind alle Träger in einem bestimmten lokalen Trägerpool jedoch nun durch Sicherheitsverkehr belegt worden und es müssen deshalb diesem lokalen Trägerpool Träger hinzugefügt werden, um etwaigen zusätzlichen Sicherheitsverkehr zu versorgen. Die GES11 sendet ein CQ-Signal 32, das anzeigt, daß Träger für Sicherheitsverkehr erforderlich sind. Die NCMS1 muß nun einen Träger aus dem relevanten regionalen Trägerpool freigeben, auch wenn der regionale Trägerpool unter seinem Pool-Niedrigwert liegt. Die NCMS1 sendet ein CA-Signal 34 zu der GES11, wodurch die Träger für Sicherheitsverkehr zugeteilt werden. Die GES11 reagiert mit einem CA-Bestätigungssignal 36.
Die NCMS1 muß nun den regionalen Trägerpool wieder auffüllen, da sein Pegel unter dem Pool-Niedrigwert liegt, und sendet deshalb ein CP-Signal 38 zu der GES12, um zu bestimmen, ob die GES12 unbelegte Träger besitzt, die an den regionalen Trägerpool zurückgegeben werden können. Die GES12 reagiert mit einem CU-Signal 40, das anzeigt, daß solche Träger verfügbar sind. Die NCMS1 sendet dann ein CR-signal 42 zu der GES12, um die Entfernung der Träger anzufordern. Die Entfernung der Träger aus dem LCP in der GES12 wird durch Senden des CT-Signals 44 zu der NCMS1 angezeigt und die NCMS1 reagiert mit einem CT-Bestätigungssignal 46.
Nachdem der regionale Trägerpool wieder für nicht sicherheitsbezogene Dienste verfügbar wird, nimmt die NCMS1 die Trägerzuteilung zu den GES wieder auf, die ihr zuvor ein CQ-Signal gesendet hatten, aber keine Träger zugeteilt bekamen, da diese zuvor für nicht sicherheitsbezogene Dienste unverfügbar waren. In diesem Fall wurde das CQ-Signal 20 noch nicht behandelt und die NCMS1 sendet deshalb ein CA-Signal 48 zu der GES11, die durch Senden eines CA-Bestätigungssignals 50 reagiert.
Wenn sich eine Flugzeug-Erdstation AES in eine GES einloggt, d. h. ihre Anwesenheit registriert, ohne daß irgendwelche Verbindungen hergestellt werden, und die GES keine unbelegten oder nicht sicherheitsbezogenen belegten Träger besitzt, die für die Verwendung durch diese Flugzeug-Erdstation geeignet sind, fordert die GES mindestens einen Träger von der NCMS an, der für die Kommunikation mit der neu eingeloggten Flugzeug-Erdstation geeignet ist.
Jede NCMS kann aktuelle und erwartete Verkehrsforderungen gemäß Strahl, Diensttyp und Satellit analysieren. Ein Modell kann zur Vorhersage der Verkehrsforderung als Funktion des Orts und der Zeit auf der Grundlage von Informationen wie zum Beispiel vorheriger Forderungen von den GES, Flugplänen von Fluggesellschaften und der Anzahl von Flugzeug-Erdstationen, die in eine GES eingeloggt sind und deshalb potentiell eine Verbindung herstellen oder empfangen können, verwendet werden. Die NCMS sind über die Zwischen- Netzwerk-Strecke INL verbunden, damit so verfügbare Träger zwischen NCMS koordiniert werden können, da die Verkehrsforderung für eine gegebene Ozean- Region von Zeit zu Zeit veränderlich ist, und die NCMS weitere Träger erfordern kann, um eine wachsende Verkehrsforderung zu unterstützen. Wenn Träger sich gegenseitig mit anderen Ozean-Regionen verfügbaren Trägern ausschließen, wie zum Beispiel in einem Überlappungsgebiet zwischen Ozean-Regionen, koordinieren die NCMS untereinander, welche der sich gegenseitig ausschließenden Träger von jeder NCMS verwendet werden kann. Um die Menge an Koordination zu verringern, die zwischen NCMS notwendig ist, werden solchen Trägern hochrangige Zahlen in der Trägerdefinitionstabelle zugeordnet, so daß sie nur unter Spitzenverkehrsbedingungen benutzt werden müssen.

NCMS-Ausfallbehebung

Da jeder GES zuvor unbelegte Träger zugeteilt worden sein können, ist der Ausfall einer NCMS nicht unmittelbar katastrophal und die Reserve-NCMS muß nicht fortdauernd aktualisiert werden.
Wenn eine NCMS ausfällt, beendet sie die Übertragung auf der Zwischen- Stations-Strecke ISL und der Zwischen-Netzwerk-Strecke INL. Die Reserve- NCMS erkennt die Inaktivität der primären NCMS und wird automatisch aktiviert. Die Reserve-NCMS fragt ihre GES ab und empfängt das CU-Signal von jeder dieser, wodurch die Trägerdefinitionstabelle in der Reserve-NCMS aktualisiert wird, um alle LCPs zugewiesenen Träger zu verzeichnen. Die Reserve-NCMS konstruiert dann geeignete RCPs, die nicht genau den RCPs entsprechen müssen, die von der primären NCMS definiert wurden. Die Reserve-NCMS empfängt eine Trägerdefinitionstabelle aus der NOC.
Die Reserve-NCMS muß nicht permanent an das Netzwerk angeschlossen sein, sondern kann nur dann angeschlossen werden, wenn ein Ausfall erkannt wird. Während die Reserve-NCMS ihre Trägerdefinitionstabelle aktualisiert, können die GES weiter mit ihren bestehenden LCPs Kanäle zuteilen.
Wenn eine GES entweder von einer primären NCMS oder von ihrer Reserve innerhalb einer vorbestimmten Zeit keine Antwort erhält, sendet die GES der NCMS ein Anfragesignal, das außerdem von allen anderen GES empfangen wird, die dieselbe Ozean-Region versorgen. Wenn die GES keine Antwort auf das Anfragesignal von der NCMS empfängt und ein Anfragesignal von mindestens einer anderen GES empfängt, wird ein völliger NCMS-Ausfall erkannt und über eine beliebige geeignete Strecke der NOC signalisiert. Nach dem Empfang eines Ausfallsignals von mindestens zwei GES in einer Ozean-Region signalisiert die NOC den NCMS-Ausfall allen anderen NCMS.
Durch Kommunikation mit den GES oder aus vorheriger Kommunikation mit der ausgefallenen NCMS bestimmt die NOC, welche Träger in den RCPs der ausgefallenen NCMS vorhanden waren.
Wenn eine GES alle Träger aus einem ihrer LCPs zur Unterstützung von Sicherheitsdiensten verwendet, fordert sie sofort über eine beliebige geeignete Strecke einen zusätzlichen Träger von der NOC an und die NOC autorisiert die GES, einen der Träger zu benutzen, der sich in dem RCP der ausgefallenen NCMS befand. Die GES gibt einen Träger aus demselben LCP an die NOC zurück, wenn in diesem LCP ein unbelegter oder nicht sicherheitsbezogener belegter Träger verfügbar ist.
Wenn eine GES eine Einloganforderung aus einer AES empfängt, die möglicherweise nach dem NCMS-Ausfall einen Träger aus einem leeren LCP anfordert, weist sie die Einloganforderung zurück.
Im Fall eines langen NCMS-Ausfalls in einer Ozean-Region signalisiert die NOC jeder GES in der Ozean-Region, einen in der GES gespeicherten Alternativfrequenzplan zu aktivieren. Jeder Träger in diesem Alternativfrequenzplan wird einem spezifischen LCP zugeteilt, obwohl bestimmte LCPs möglicherweise keine Träger zugeteilt bekommen. Für jeden Strahl in der Ozean-Region, der der ausgefallenen NCMS entspricht, leitet die NOC alle GES, die diese Region versorgen, an, alle LCPs, die diesem Strahl entsprechen, zu einem koordinierten Zeitpunkt, gewöhnlich zu Außerspitzenzeiten, zu dem Alternativfrequenzplan umzuwechseln.
Jeder GES kann von der NOC ein neuer Alternativfrequenzplan gesendet werden.
Nachdem sich eine NCMS von ihrem Ausfall erholt, signalisiert sie dies ihren GES, den anderen NCMS und der NOC, die dann ihren normalen Betriebsmodus wieder aufnehmen.
Die obige Ausführungsform wird mit Bezug auf die aeronautischen Dienste Inmarsat (TM) beschrieben. Dasselbe Trägerzuteilungsverfahren kann jedoch auch für andere Inmarsat (TM)-Dienste verwendet werden, und es kann dieselbe NCMS und NOC für zwei oder mehr Diensttypen verwendet werden. Für jeden Dienst können verschiedene RCPs verwendet werden, und Kanalträger können zwischen Diensten ausgetauscht werden, indem dem GCP gestattet wird, Träger zu enthalten, die sich für mehr als einen Diensttyp eignen.
Die vorliegende Erfindung kann auf viele andere Kommunikationsnetze angewandt werden, wie zum Beispiel andere Satellitenkommunikationsnetze oder erdgebundene zellulare Kommunikationsnetze. Zum Beispiel können bei einem erdgebundenen zellularen System lokale Trägerpools in einzelnen Basisstationen gespeichert werden, so daß Verbindungen ohne Echtzeitkommunikation mit einer Steuerstation, mit der eine Gruppe von Basisstationen verbunden ist, hergestellt werden können.
Bei der spezifischen Ausführungsform stellt jeder Träger eine Vorwärtsstrecken- und eine Rückkehrstreckenfrequenz dar. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf Kommunikationsnetze anwendbar, bei denen andere Kanaltypen verwendet werden, wie zum Beispiel TDMA und CDMA.
Es können alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden, die Elemente der oben beschriebenen Ausführungsform verwenden, aber eine andere Netzwerkarchitektur aufweisen. Zum Beispiel können die Funktionen der NCMS in die NOC integriert werden, so daß die GES für alle Ozean-Regionen von der NOC Kanäle zugeteilt bekommen. Als Alternative können unbelegte Kanäle direkt zwischen GES mit einem Verhandlungsprotokoll ausgetauscht werden, durch das GES mit einem Trägerdefizit Boden-Erd-Stationen mit einem Trägerüberschuß der richtigen Art identifizieren können und die Umverteilung von Kanälen zwischen ihnen ermöglicht wird. Eine solche Anordnung kann während eines NCMS-Ausfalls verwendet werden, um die Effizienz der Kanalzuteilungen zu verbessern, oder während des normalen Betriebs.
In Satellitenkommunikationssystemen, bei denen die Kanalauswahl an Bord der Satelliten durchgeführt wird, können die Satelliten lokale Trägerpools speichern, damit sie ihnen im voraus von Bodenstationen zugeteilte Kanäle auswählen können.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Mobilsatellitenkommunikation beschränkt, sondern auch auf die Hochfrequenzkommunikation durch feste oder vorübergehend feste Stationen anwendbar.

Claims

1. Vorrichtung zur Auswahl eines Kanals zur drahtlosen Kommunikation, aufweisend:

eine Speichereinrichtung (63) zur Speicherung von Daten, die verfügbare Kommunikationskanäle (LCP) darstellen, und

eine Auswahleinrichtung (56) zur Auswahl eines der verfügbaren Kommunikationskanäle für eine Kommunikation,

gekennzeichnet durch

eine Anfrageeinrichtung (56, 62), um in Reaktion darauf, daß die Zahl verfügbarer Kommunikationskanäle unter einen vorbestimmten Niedrigwert (PLL) von mindestens eins fällt, ein Anfragesignal (CQ) an eine entfernte Station (NCMS) zu senden,

eine Empfangseinrichtung (56, 62) zum Empfang eines Zuordnungssignals (CA) von der entfernten Station (NCMS) her, das eine nicht-negative ganzzahlige Anzahl zusätzlicher Kommunikationskanäle (B) darstellt, und

eine Modifiziereinrichtung (56, 63) zum Modifizieren der genannten Daten, um irgendwelche der zusätzlichen Kommunikationskanäle (B) als verfügbare Kommunikationskanäle (LCP) hinzuzufügen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Einstelleinrichtung (56) zum Einstellen des Niedrigwerts (PLL).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Modifiziereinrichtung (56, 63) eingerichtet ist, die genannten Daten so zu modifizieren, daß einer oder mehrere Kanäle von den verfügbaren Kanälen (LCP) entfernt werden, und außerdem aufweisend:

eine Sendeeinrichtung (56, 62) zum Aussenden eines Kanalfreigabesignals (CT) an die entfernte Station (NCMS), das den einen oder die mehreren entfernten Kanäle (B) darstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Modifiziereinrichtung (56, 63) auf das Ansteigen der Zahl verfügbarer Kommunikationskanäle (LCP) über einen vorbestimmten Hochwert (PHL) anspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Einstelleinrichtung (56) eingerichtet ist, den Hochwert (PHL) einzustellen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5, wobei die Einstelleinrichtung (56) auf ein Wertsteuersignal von der entfernten Station (NCMS) anspricht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Benachrichtigungseinrichtung (56, 62) zum Senden der die verfügbaren Kommunikationskanäle (LCP) darstellenden Daten an die entfernte Station (NCMS).

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Ersetzungseinrichtung (56) zum Ersetzen der Daten durch Aushilfs-Daten, die verfügbare Aushilfs- Kommunikationskanäle darstellen.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Kommunikationseinrichtung (58, 60) zur Durchführung einer Kommunikation über den ausgewählten Kanal.

10. Verfahren zum Auswählen von Kanälen zur drahtlosen Kommunikation, mit einem Speichern von Daten, die verfügbare Kanäle (LCP) darstellen, und Auswählen eines der verfügbaren Kanäle zur Kommunikation, gekennzeichnet durch ein Aussenden eines Anfragesignals (CQ) an eine entfernte Station (NCMS) in Reaktion auf ein Fallen der Zahl verfügbarer Kommunikationskanäle unter einen vorbestimmten Niedrigwert (PLL) von mindestens eins, in Reaktion darauf Empfangen eines Zuordnungssignals (CA), das eine Anzahl zusätzlicher Kommunikationskanäle (B) darstellt, und Modifizieren der genannten Daten, so daß die zusätzlichen Kommunikationskanäle (B) zusätzlich dargestellt werden.

11. Vorrichtung zum Steuern der Zuordnung von Kanälen zu jeder einer Vielzahl an drahtlosen Kommunikationsstationen (GES), die jeweils eine lokale Speichereinrichtung (63) zum Speichern von Daten, die dieser Kommunikationsstation verfügbare Kommunikationskanäle (LCP) darstellen, und eine Auswahleinrichtung (56) zum Auswählen eines der verfügbaren Kommunikationskanäle zur Kommunikation durch diese Kommunikationsstation beinhalten, wobei die Vorrichtung aufweist:

eine Empfangseinrichtung (64, 68) zum Empfang eines Anfragesignals (CQ) von irgendeiner der Kommunikationsstationen (GES) her,

eine Zuordnungseinrichtung (68) zum Zuordnen einer Anzahl zusätzlicher Kommunikationskanäle (B) für diejenige Kommunikationsstation (GES), von der her das Anfragesignal empfangen wurde, und

eine Sendeeinrichtung (64, 68) zum Aussenden eines Zuordnungssignals (CA) an diese Kommunikationsstation (GES), das die zusätzlichen Kommunikationskanäle (B) darstellt,

gekennzeichnet durch

eine Wertsteuereinrichtung (64, 68), um ein Wertsteuersignal an irgendeine der Kommunikationsstationen (GES) zu senden, das eingerichtet ist, die Zahl verfügbarer Kommunikationskanäle (LCP) an der jeweiligen Kommunikationsstation (GES) zu steuern.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Empfangseinrichtung (64, 68) eingerichtet ist, ein Kanalfreigabesignal (CT) von irgendeiner der Kommunikationsstationen (GES) her zu empfangen, das eine Anzahl dieser Kommunikationsstation nicht länger verfügbarer Kanäle (B) anzeigt, so daß die freigegebenen Kanäle zur folgenden Zuordnung durch die Zuordnungseinrichtung (68) verfügbar gemacht werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12 mit einer Reservespeichereinrichtung (70) zum Speichern von Daten, die momentan keiner der Kommunikationsstationen (GES) verfügbare Kommunikationskanäle darstellen, wobei die Zuordnungseinrichtung (68) eingerichtet ist, die zusätzlichen Kommunikationskanäle aus den Reservekanälen (RCP) zuzuordnen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13 mit einer Statusempfangseinrichtung (64, 68) zum Empfang von Statusdaten (CU) von den Kommunikationsstationen her und einer Ableitungseinrichtung (68) zum Ableiten der die Reservekanäle darstellenden Daten von den Statusdaten.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Wertsteuereinrichtung (64, 68) eingerichtet ist, das Wertsteuersignal entsprechend dem momentanen und/oder vorhergesagten Bedarf nach Kommunikation an der entsprechenden Kommunikationsstation (GES) zu bestimmen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Wertsteuereinrichtung auf Berichtsdaten anspricht, die von den Kommunikationsstationen (GES) her empfangen werden, die dortige Kommunikationsaktivitäten anzeigen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Wertsteuereinrichtung (64, 68) eingerichtet ist, das Wertsteuersignal so zu bestimmen, daß alle verfügbaren Kanäle zusammen eine vorbestimmte Bedingung erfüllen.

18. Verfahren zum Steuern der Zuordnung von Kanälen zu jedem einer Vielzahl von drahtlosen Kommunikationsstationen (GES), die jeweils Daten speichern können, die dieser Kommunikationsstation (GES) verfügbare Kommunikationskanäle (LCP) darstellen, und die jeweils einen der verfügbaren Kommunikationskanäle zur Kommunikation auswählen können, wobei das Verfahren den Empfang eines Anfragesignals (CQ) von einer der Kommunikationsstationen (GES) her, die Auswahl einer Anzahl zusätzlicher Kommunikationskanäle (B) für diese Kommunikationsstation (GES) und das Aussenden eines die zusätzlichen Kommunikationskanäle (B) darstellenden Zuordnungssignals (CA) an diese Kommunikationsstation (GES) beinhaltet, gekennzeichnet durch das Aussenden eines Wertsteuersignals an eine oder mehrere der Kommunikationsstationen (GES), um die Zahl verfügbarer Kommunikationskanäle an der entsprechenden einen oder den entsprechenden mehreren Kommunikationsstationen (GES) zu steuern.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 11 bis 17, wobei die Kanäle Satellitenkommunikationskanäle sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 11 bis 17, wobei die Kanäle erdgebundene zelluläre Kommunikationskanäle sind.

21. Kommunikationsstation (GES) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder nach Anspruch 19 oder 20, sofern von jenen abhängig.

22. Netzsteuerstation (NCMS) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17 oder nach Anspruch 19 oder 20, sofern von jenen abhängig.

23. Satellit (S) mit einer Vorrichtung nach Anspruch 19.