ES2260855T3 - Red de comunicaciones por satelite de acceso multiple. - Google Patents

Red de comunicaciones por satelite de acceso multiple.

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ES2260855T3
ES2260855T3 ES98956147T ES98956147T ES2260855T3 ES 2260855 T3 ES2260855 T3 ES 2260855T3 ES 98956147 T ES98956147 T ES 98956147T ES 98956147 T ES98956147 T ES 98956147T ES 2260855 T3 ES2260855 T3 ES 2260855T3
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Charles Conrad, Jr.
Thomas Ray Ingersoll
Carl Joseph Glim
David Earl Massey
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Universal Space Network Inc
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18519—Operations control, administration or maintenance

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Abstract

Un sistema de comunicación compartida (100) para comunicación entre una pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) y cada uno de sus respectivos satélites en órbita (110), que comprende: a) una interfaz de usuario, uno para cada uno de la pluralidad de usuario de satélite independientes (150), que acepta datos de usuario desde uno de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) para ser transmitidos o que acepta instrucciones de usuario para recibir datos de satélite desde un satélite seleccionable de la pluralidad de satélites en órbita (110); b) un controlador central (140) que está acoplado a la interfaz de usuario, que recibe los datos de usuario que han de ser transmitidos o que recibe las instrucciones de usuario para recibir los datos de satélite desde el satélite seleccionable de la pluralidad de satélites en órbita (110), que actúa conjuntamente con el usuario de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) a través de la interfaz de usuariopara permitir que el usuario de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) controle el satélite seleccionable de la pluralidad de satélites en órbita (110) al que los datos de usuario han de ser transmitidos y/o en el que los datos de satélite han de ser recibidos, y programe un tiempo en el que los datos de usuario han de ser transmitidos y/o los datos de satélite han de ser recibidos; y c) una pluralidad de estaciones terrestres remotas.

Description

Red de comunicaciones por satélite de acceso múltiple.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere en general a estaciones terrestres para comunicar con satélites y controlarlos, y, más particularmente a una estación terrestre compartida para comunicar y controlar simultáneamente múltiples satélites hechos funcionar y lanzados de manera independiente y controlarlos.
Desde el lanzamiento del Sputnik en 1957 y la subida fundamental resultante de la educación científica que tuvo lugar, los satélites y la tecnología de los satélites han jugado un papel importante en el avance de la tecnología espacial y de las comunicaciones. Todo tipo de señales de comunicación que abarcan desde el teléfono, las microondas, la televisión y otros puede ser transmitido a través de enlaces de comunicaciones por satélite. Además, un amplio margen de datos científicos y técnicos puede ser recogido del equipo de satélites especialmente diseñado para vigilar el tiempo y otros fenómenos físicos.
Existen dos tipos principales de órbitas que se usan para satélites de comunicación. La primera es una órbita geoestacionaria (GEO). Un satélite puesto en una órbita geoestacionaria completa una vuelta alrededor de la tierra en exactamente la misma cantidad de tiempo que la tierra necesita para completar una vuelta sobre su eje. Aunque el satélite se mueve rápidamente desplazándose alrededor de la tierra, a los observadores de la tierra les parece que el satélite está fijo en el espacio por encima de la tierra. Un satélite en órbita GEO se encuentra aproximadamente a 22.300 millas por encima de la tierra. Incluso a la velocidad de la luz, el periodo de tiempo requerido para enviar y recibir una señal de radio a través de esa distancia (que se conoce como "latencia") es de aproximadamente 0,24 segundos, que es inaceptablemente largo para cualquier cosa que se aproxime a transmisión en tiempo real. Además, la distancia relativamente larga requiere transmisores más potentes, y antenas mayores, lo que significa más peso y mayores costes para producir y lanzar un satélite a una órbita GEO.
Sin embargo, una órbita GEO tiene otras ventajas. Desde la distancia relativamente grande desde la tierra, un área mucho mayor cae dentro del alcance del transmisor de satélite. Por tanto, puede usarse un pequeño número de satélites en órbita GEO para proporcionar cobertura sobre toda la superficie de la tierra. Recíprocamente, se requiere un gran número de satélites para conseguir una cobertura similar sólo por la razón contraria, es decir, el transmisor de satélite alcanza un área superficial mucho menor de la tierra.
A fin de resolver el problema de la latencia, que es crítico para conseguir un sistema de comunicación comercialmente satisfactorio, los satélites pueden ponerse en órbita terrestre baja (LEO), que está típicamente a 500-1500 millas de la tierra. A esta distancia mucho menor, los satélites describen una órbita alrededor de la tierra aproximadamente una vez cada noventa minutos. A la distancia LEO, la latencia es del orden de centésimas de segundo. Con los satélites situados aproximadamente un orden de magnitud más próximo a la tierra, el transmisor puede ser mucho más pequeño y de menor potencia. Sin embargo, el área superficial de la tierra que está en la zona de un transmisor de un satélite en órbita LEO es mucho menor que si el satélite estuviera en una órbita GEO. Por consiguiente, es necesario que se pongan en órbita muchos más satélites para proporcionar una cobertura de área superficial suficiente, si bien los costes de lanzamiento de un satélite LEO suelen ser más bajos.
Cuando se utilizaron por primera vez satélites, casi todos los satélites fueron fabricados y lanzados por gobiernos nacionales. En ese momento, el coste era demasiado alto para operaciones comerciales, particularmente teniendo en cuenta los pequeños beneficios y los grandes riesgos. Al comienzo, no existía la infraestructura para aprovecharse de las posibilidades de comunicación de los satélites. La televisión se encontraba en su infancia y no había comenzado aún a desarrollarse la necesidad enorme de telecomunicación que existe hoy en día.
Sin embargo, a medida que avanzó la tecnología de los circuitos integrados, los microprocesadores se hicieron más potentes y los precios de las memorias se desplomaron, ha disminuido radicalmente el coste de producir teléfonos celulares, transmisores de microondas y otros dispositivos de comunicaciones. Esta bajada en los precios ha conducido a un enorme aumento del mercado de las telecomunicaciones. Se han adjudicado todos los códigos de área de teléfono, asignados conforme a un conjunto anterior de normas, y ha de ejecutarse un nuevo esquema de asignaciones de código de área para acomodar el rápido crecimiento y el aumento de los números telefónicos necesarios debido a un uso incrementado de módems, máquinas de facsímile, buscapersonas y, naturalmente, teléfonos.
Ahora, como el mercado de las telecomunicaciones tiene un tamaño suficiente, las entidades comerciales pueden hacer funcionar de manera rentable sistemas de satélites. Una pluralidad de compañías comerciales ha ejecutado sus propios programas de comunicación por satélite. Como se describió anteriormente, las órbitas LEO, que requieren satélites más pequeños y menos costosos necesitarían el lanzamiento de cientos de satélites de dueños comercia-
les.
Hay cuatro costes principales implicados en una red de comunicación por satélite. Son la fabricación del satélite, el lanzamiento del satélite, el equipo y los gastos indirectos para comunicar con el satélite y los gastos administrativos generales.
Inicialmente, los requisitos del equipo de comunicación fueron satisfechos por las compañías que construyeron y mantuvieron sus propias estaciones de comunicaciones terrestres. Para una órbita LEO, dependiendo del tipo de órbita y de la altitud del satélite, el satélite estará en comunicación con una sola estación terrestre fija durante solamente unos pocos minutos en el transcurso de cada rotación de la tierra. Por ejemplo, para un satélite LEO típico que dé vueltas alrededor de la tierra en una órbita polar una estación terrestre situada en el ecuador solamente tiene acceso al satélite durante aproximadamente cuatro minutos al día. Si hubiera necesidad de comunicar con el satélite durante un periodo más largo, entonces la compañía tendría que poner más satélites en órbita o construir más estaciones terrestres, para conseguir comunicaciones durante un periodo más largo de tiempo. Esto podría requerir hasta 6-8 estaciones terrestres a un coste de más de 2,5 millones de dólares por estación terrestre. Esta cantidad representa un coste importante para iniciar un sistema de comunicaciones basado en satélite y, por tanto, un mayor impedimento a la entrada de pequeños inversores en el mercado de comunicaciones por satélite.
Se conoce a recibir datos desde múltiples satélites usando una estación terrestre común. Por ejemplo, la patente de EE.UU. Nº 5.603.077 describe un sistema de satélite y un método para control remoto de un receptor de señales de satélite. Sin embargo, el sistema y el método descritos aquí operan con satélites geoestacionarios bajo el control del mismo operador. Además, este sistema y el método no proporcionan la posibilidad de transmitir a cualquier satélite arbitrario.
La patente de EE.UU. 5.579.367 describe también un sistema en el que la recepción de señales desde múltiples satélites es controlada por un controlador de red. Este sistema tampoco puede proporcionar una comunicación de doble dirección con satélites arbitrarios LEO y GEO.
Resumiendo, proporcionar simplemente recepción de comunicaciones no es suficiente para hacer posible que el dueño de un satélite gestione y controle el satélite del dueño del satélite. Cada satélite requiere su propio ajuste peculiar en una estación terrestre, tanto para transmisión como para recepción. Además, cada satélite tiene que ser seguido de manera independiente respecto de otros satélites, y cada satélite tiene que ser controlado potencialmente varias veces al día (o al menos al mes). Asimismo, los operadores de cada satélite no se comunican necesariamente entre sí para resolver conflictos y establecer normas de comunicación, que se requieren para usar las estaciones terrestres
existentes.
Por consiguiente, la presente invención se dirige al problema de desarrollar un sistema de estaciones terrestres para comunicar con cualquier satélite arbitrario, que puede ser compartido entre una pluralidad de usuarios, incluidos los de satélites LEO y GEO, eliminando así el gasto grande de construir y mantener un sistema privado de comunicación por satélite.
La presente solicitud se dirige también a proporcionar una interfaz gráfica de usuario a cada usuario a fin de permitir que cada usuario comunique directamente con un ordenador de programación, y para transferir datos de usuario al ordenador de programación, cuyo ordenador de programación coordina los datos de usuario provenientes de una pluralidad de usuarios, resuelve conflictos, carga los datos transferidos a las estaciones terrestres al satélite en órbita apropiado.
Además, la presente invención se dirige también a proporcionar una red de comunicación mediante la cual el dueño de un satélite puede comunicar remotamente con el ordenador de programación del proveedor de servicios para presentar las órdenes que han de ser transmitidas al satélite, y recibir corrientes de datos de vuelta desde el satélite, cuyos datos pueden ser almacenados en el ordenador de programación y pasados al usuario en un momento posterior o enviados al usuario en tiempo real.
Sumario de la invención
La presente invención resuelve estos y otros problemas proporcionando una estación terrestre remotamente controlada que puede ser operada y controlada desde un controlador central. Además, la presente invención prevé que cada usuario cree y almacene un archivo de configuración de estación terrestre en el controlador central, cuyo archivo contiene los datos necesarios para configurar la estación terrestre remotamente controlada a fin de comunicarse con el satélite del usuario. Por tanto, cuando el usuario desee comunicar con el satélite del usuario, el usuario programa una sesión de comunicación con el controlador central, que descarga el archivo de configuración a la estación terrestre apropiada. La estación terrestre apropiada se determina sobre la base de características orbitales actuales del satélite en cuestión. Un servidor en la estación terrestre usa entonces los datos contenidos en el archivo de configuración para configurar el equipo en la estación terrestre a fin de comunicarse con el satélite deseado.
La presente invención se refiere a un método para compartir un solo sistema de estaciones terrestres entre cualquier número de propietarios de satélite arbitrarios, permitiendo así que los propietarios transfieran información de órdenes a su satélite, y recojan corrientes de datos que son devueltas desde el satélite todas ellas a través de un sistema de comunicaciones global estandarizado.
La presente solicitud incluye una interfaz gráfica de usuario que permite que el usuario prepare datos que han de ser comunicados a un satélite del lugar usual de negocios del usuario. Usualmente, los datos comprenden un conjunto de órdenes que han de ser enviadas a un satélite particular que producirá una respuesta deseada y esperada desde el satélite. Los datos son transmitidos luego a un controlador central. Los datos pueden ser preparados con antelación y transmitidos de una vez al controlador central, o el usuario puede comunicar en línea directamente con el controlador central y enviar en forma de entrada los datos directamente al controlador central. Además, el usuario puede comunicar con el controlador central a través de un navegador de Internet que comunica con una página web en un servidor web asociado con el controlador central. Por medio de uno de los métodos anteriormente descritos o de cualquier otro modo en que puedan transmitirse razonablemente datos al controlador central, se almacena ahora en el controlador central un conjunto de datos - que incluyen información tal como el satélite de destino, desde el que deberán ser transmitidos los datos a la estación terrestre, cuya pasada del satélite de destino deberá ser utilizada y si los datos deberán ser anticipados para ser recibidos durante esta pasada desde el satélite.
El controlador central transmite entonces estos datos a una de la pluralidad de estaciones terrestres remotamente controladas más adecuada para comunicar con el satélite especificado en el tiempo especificado.
Una realización ilustrativa de la interfaz gráfica de usuario incluye un ordenador, tal como un ordenador de sobremesa, y software asociado.
Una realización ilustrativa del controlador central incluye un ordenador, tal como una estación de trabajo de ingeniería, y software asociado.
Una realización ilustrativa de la estación terrestre remotamente controlada incluye un transmisor de RF, y un receptor de RF, y un controlador de transmisión.
La presente invención incluye también un método de comunicar con una pluralidad de usuarios, que incluye las etapas de adquirir datos de la pluralidad de usuarios, y transmitir esos datos a un controlador central, que almacena los datos. El método incluye también las etapas de identificar y resolver conflictos de transmisión, enlace de comunicación de equipo y otros conflictos de programación, y transferir luego los datos que han de ser transmitidos a la estación terrestre apropiada sobre una base necesaria. La estación terrestre transmite al satélite apropiado, que es seleccionado sobre la base del programa establecido por el controlador central, los datos adquiridos desde el usuario. Si hay datos descargados desde el satélite durante la misma pasada, esos datos son almacenados temporalmente por la estación terrestre y transferidos luego al controlador central para envío al usuario particular.
Una realización ilustrativa para comunicar entre el usuario y el controlador central y las estaciones terrestres remotamente controladas consiste en utilizar un navegador web que comunica a través de una conexión de Internet con un servidor web que está programado para almacenar y presentar información acerca de los satélites. Este método de ejecutar la comunicación entre el usuario y el controlador central es muy eficaz a causa del acceso universal a Internet. Hay un gran número de proveedores independientes de servicios de Internet que proporcionan acceso a Internet de manera muy sencilla y fácil justamente alrededor de cualquier sitio del mundo.
Es importante diferenciar el uso de Internet como aparato físico de comunicación y el usuario de un navegador web, que interpreta y ejecuta archivos Hyper Text Markup Language HTML. Aunque el uso de un navegador web es actualmente el modo más popular de comunicar por Internet, habrá ciertamente un crecimiento importante y cambios en el software utilizado para comunicar por Internet. En algún punto, puede que haya personas que ya no usen un navegador web y sus archivos HTML en que se basa, pero que pueden comunicarse usando algún protocolo de software completamente diferente. Por tanto, un aspecto de la presente invención se refiere a la comunicación a través de una red global que utiliza un ordenador servidor que almacena y ejecuta un programa escrito en un lenguaje especial de comunicación. El usuario final desarrolla una versión de cliente de ese mismo software para hacer posible que el usuario final actúe conjuntamente con el ordenador de cliente que recibe los archivos del lenguaje especial de comunicación. Esos archivos son interpretados luego por el software de cliente para hacer posible que el usuario vea y lea la presentación resultante de datos de entrada de texto y gráficos datos de entrada y transmita esos datos al ordenador servidor a través de la red de Internet.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 representa un diagrama esquemático de una realización ilustrativa de un sistema de acuerdo con la presente invención.
La figura 2 representa un organigrama que muestra la lógica de acontecimientos de una pasada real de un satélite y la comunicación y acontecimientos que tienen lugar durante esa pasada de acuerdo con una realización ilustrativa de un método de acuerdo con la presente invención.
La figura 3 representa un diagrama funcional de una realización ilustrativa de un aparato de acuerdo con la presente invención.
Las figuras 4-6 representan tres realizaciones ilustrativas de las estaciones terrestres remotamente controladas usadas en el aparato de la presente invención.
Las figuras 7a-b representan la topología de control remoto usada en el control orientado hacia al objeto para las estaciones terrestres remotas de una realización ilustrativa de la presente invención.
La figura 7 representa las páginas web y los enlaces de una interfaz gráfica de usuario ilustrativa de acuerdo con la presente solicitud.
Las figuras 8-19 representan diversas páginas web ilustrativas de la interfaz gráfica de usuario de acuerdo con la presente solicitud.
La figura 20 representa una lista de información especificable de usuarios usada para configurar la estación terrestre remotamente controlada de acuerdo con la presente invención.
La figura 21 representa una lista ilustrativa del equipo usado en una estación terrestre remotamente controlada de acuerdo con la presente invención.
Descripción detallada
Haciendo referencia a la figura 1, se representa una realización ilustrativa de un aspecto de la presente invención. En la figura 1 se muestra una red de comunicaciones por satélite de acceso múltiple 100 en una vista esquemática. Los satélites 110 son una pluralidad de satélites lanzados y hechos funcionar de manera independiente, que son operados por los clientes de los proveedores de servicios quienes son dueños de la red de comunicaciones por satélite de acceso múltiple 100. Cada uno de estos satélites 110 requiere formatos y protocolos de comunicación potencialmente diferentes. De hecho, cada uno de estos satélites 110 se diseña sin tener en cuenta los protocolos y formatos de comunicación requeridos de los otros satélites 100, y sin consultar necesariamente a los propietarios de la estación terrestre remotamente controlada. Asimismo, cada uno de estos satélites 110 desconoce o no le preocupa la existencia de los otros satélites 110, es decir, funcionan sin ninguna cooperación. De hecho, estos satélites incluso pueden pertenecer a diferentes gobiernos o a entidades de otros países, cuyas prioridades son potencialmente diferentes e incluso pueden interferirse entre sí. Un deseo que comparten los operadores de todos estos satélites es, sin embargo, el deseo de reducir los costes. Consiguientemente, cada uno de estos satélites 110 comparte un sistema común de estaciones terrestres 120.
Como resultado, los satélites 110 están en comunicación con estaciones terrestres remota 120 durante algunos periodos de la órbita de los satélites. Aunque en esta figura 1 se muestra una sola estación, puede haber una pluralidad de estaciones cuando sea necesarias para proporcionar máximo tiempo de comunicación disponible con los satélites 110. Idealmente, estas estaciones terrestres remotas están situadas en posiciones estratégicas a través de todo el mundo, tal como en las latitudes polares para proporcionar tiempos de visión más largos para los satélites cuando orbitan a través del mundo en órbita LEO. Una posible ejecución de esas estaciones terrestres remotas consiste en ubicarlas en Alaska, Noruega, Chile, Sudáfrica, Hawai, Pennsylvania, Rusia, etc.
Sin embargo, la presente invención no se limita a satélites LEO. Es igualmente aplicable a satélites en cualquier órbita, tal como GEO, órbita de media tierra (MEO-s) y órbitas muy elípticas (HEO's). En tales casos, las estaciones terrestres ubicadas en las regiones ecuatoriales pueden ser más útiles.
Sin embargo, la presente invención es particularmente útil para una órbita LEO ya que hace posible que sistemas de satélites tengan lanzamientos con bajo coste y funcionamientos de bajo coste. Compartiendo el coste de la estación terrestre entre muchos usuarios, o encargándose un usuario solamente por el tiempo en que el usuario hace uso en realidad de la estación terrestre, el usuario puede reducir al mínimo sus costes de funcionamiento. Asimismo, encargándose operadores de satélites sobre una base de uso, la presente invención hace rentables la posesión y el funcionamiento de una red de estaciones terrestres remotamente controladas. Por ejemplo, incluso con un gran número de satélites en un solo sistema de satélites, un sistema dedicado de estaciones terrestres incluye periodos importantes de infrautilización. En contraposición, la presente invención hace posible un sistema de estaciones terrestres que puede aproximarse a una utilización máxima, convirtiendo de este modo una empresa anteriormente no rentable en otra altamente rentable.
Volviendo a la figura 1 otra vez, las estaciones terrestres remotas 120 están en comunicación con la red de transporte de datos 130. El centro de gestión de red 140 está en comunicación con la red de transporte de datos 130. Sitios de cliente 150 están también en comunicación con la red de transporte de datos 130. Aunque en la figura 1 se muestra como una sola ubicación, el sitio de cliente 150 puede ser una pluralidad de sitios de una cantidad de propietarios, usuarios u operadores de satélites independientes. A causa de que cada una de las estaciones terrestres remotas 120, el centro de gestión de red 140 y el sitio de cliente 150 están en comunicación con la red de transporte de datos 130, cada una de las tres ubicaciones puede comunicar con cualquiera o con ambas de las otras dos ubicaciones. De este modo, las estaciones terrestres remotas 120, el centro de gestión de red 140 y los sitios de cliente 150 están "interconectados" entre sí.
En el funcionamiento normal, un usuario en un sitio de cliente 150 puede comunicar con el centro de gestión de red 140 y transferir una serie de órdenes que han de ser transmitidas al satélite de destino previsto. Estas órdenes están previstas para efectuar la actividad requerida por el satélite en cuestión, una vez que las órdenes han sido transmitidas al satélite. Dicha actividad podría incluir instrucciones a cámaras a bordo para adquirir datos desde ciertos lugares de la tierra, recoger señales de radio a ciertas frecuencias o retransmitir a la tierra ciertos datos que han sido ya recogidos por el satélite. Las órdenes son pasadas desde el sitio de cliente 150 al centro de gestión de red 140 y almacenadas en él.
El centro de gestión de red 140 almacenará todas las órdenes provenientes de cualquier número de sitios de cliente 150. El centro de gestión de red 140 tiene acceso a datos orbitales y de efemérides para todos los satélites en cuestión y puede determinar qué estación terrestre remota 120 está mejor situada para transmitir las órdenes a los satélites 110. Alternativamente, al usuario se le puede presentar esta información y preguntarle desde qué estación terrestre prefiere comunicar. Aunque más de una estación terrestre remota 120 puede tener una vista de un satélite para una sesión particular, la intensidad de la señal recibida proyectada puede ser más alta en una estación terrestre 120 que en otra, haciendo que una estación terrestre sea más óptima para una sesión de comunicación proyectada que otra estación terrestre. Por ejemplo, una intensidad de señal recibida más alta hará posible que se produzca una sesión de comunicación a una tasa de datos más alta con la misma tasa de errores, reduciendo así la duración de la sesión de comunicación y haciendo posible más sesiones de comunicación por unidad de tiempo.
Los datos orbitales y de efemérides son actualizados regularmente para tener en cuenta los cambios en las posiciones esperadas de los satélites. Esta información se encuentra disponible en fuentes públicamente accesibles, por ejemplo, el gobierno de EE.UU. Los satélites en órbita LEO usualmente tardan unos 90 minutos en dar la vuelta a la tierra, y durante esos 90 minutos, los satélites son posicionados apropiadamente para transmitir o recibir datos durante solamente 10-15 minutos (desde un lugar particular de la superficie de la tierra). A causa de que una antena de estación terrestre remota puede comunicar solamente con un satélite 110 a la vez, la programación del uso más eficiente del tiempo de transmisión es crítica. El centro de gestión de red 140 programa también todas las peticiones y soportes optimizando el momento y desde qué estación terrestre remota 120 cada grupo de órdenes deberá ser transmitido. Si las instrucciones de órdenes exigen que se retransmitan datos a la tierra, el tiempo en que los datos están preparados y el periodo de tiempo que necesitarán para recuperar los datos serán todos ellos tenidos en cuenta.
Una vez que se ha calculado la programación, el centro de gestión de red 140 transmite a través de la red de transporte de datos 130 a la estación terrestre remota 120 la información necesaria para manejar cada transmisión y recepción para cada petición de comunicación. Esta información se usa para configurar el equipo en la estación terrestre remota para la siguiente sesión de comunicación. Esta información incluye la localización de satélites en el cielo, la trayectoria proyectada durante la transmisión/recepción de datos, cuya trayectoria tiene que seguir la antena en la estación terrestre remota, el formato y los protocolos de comunicación requeridos para establecer apropiadamente un enlace de comunicación con el satélite, por ejemplo, cualquier codificación requerida, la frecuencia de funcionamiento, el formato de modulación, la tasa de bits, el formato de datos, el esquema de corrección de errores, la ventana de funcionamiento, etc. Además, esta información incluye cualesquiera otros parámetros requeridos para comunicar con el satélite, que pueden ser únicos para un satélite particular y que son conocidos de los versados en la técnica. La estación terrestre remota 120 usa esta información para controlar el equipo de comunicación en la estación terrestre remota 120, de manera que el usuario controla eficazmente la sesión de comunicación del usuario de manera remota desde el sitio de usuario 150.
Para conseguir este control remoto, la estación terrestre remota emplea un ordenador de control de estación acoplado a la red de transporte de datos, cuyo ordenador de control de estación recibe la información desde el centro de gestión de red 140. Este ordenador de control de estación pasa entonces la información a los ajustes de control de cada dispositivo de la estación terrestre remota que tiene que ser configurada para comunicar apropiadamente con el satélite apropiado. El ordenador de control de estación está acoplado con cada uno de los dispositivos (por ejemplo, a través de líneas de control IEEE RS 232) en la estación terrestre remota, y ajusta los ajustes de cada uno de estos dispositivos según las instrucciones contenidas en la información pasada desde el centro de gestión de red.
Haciendo ahora referencia a la figura 2, se describen los acontecimientos que tienen lugar en una estación terrestre remota justamente antes y durante una pasada de un satélite por una estación terrestre. Dentro del centro de gestión de red 140 hay una función de programador automático 210, un archivo de especificaciones de comunicación de cliente 215, una función de construcción de configuración de pasada 220, un archivo de elementos orbitales 245, un archivo de apuntamiento de antena de construcción 250 y una función de actualización de programa de estación terrestre remota 211. El programador automático 210 controla la actualización de programa de RGS 211, la función de construcción de configuración de pasada 220 y produce el archivo de apuntamiento de antena de construcción 250. Se introducen en el archivo de elementos orbitales 245 datos desde la fuente de cliente o NORAD relativos a los datos de efemérides del satélite de interés. Las líneas de trazos de la figura 2 denotan funciones de control.
La salida de datos desde el centro de gestión de red se efectúa desde el archivo de apuntamiento de antena de construcción 250 y la función de actualización de programa de RGS 211 en las operaciones de pasada automatizadas 290. Las operaciones de pasada automatizadas 290 envían sus datos a la prueba opcional de configuración de pasada previa 260.
En el sitio de cliente 150, el cliente se conecta en 235 y establece comunicación con el elemento de órdenes y vigilancia de interacciones de cliente 280 en la estación terrestre remota 120. El elemento de órdenes y vigilancia de interacciones de cliente 280 establece entonces la operación de enlace ascendente y enlace descendente 295 de acuerdo con la prueba opcional de configuración de pasada previa 260.
El programador automático 210 almacena la información de programas y forma parte del centro de gestión de red 140. En cualquier momento antes de una pasada programada de un satélite 110, el programador automático 210 pasa instrucciones a la estación terrestre remota 120, para comenzar a preparar la comunicación con el satélite programado. La información necesaria para configurar la estación terrestre remota 120 es almacenada en el archivo de especificaciones de comunicaciones de cliente 215. Los datos almacenados en el archivo de especificaciones de comunicaciones de cliente 215 son transferidos al módulo de formación de configuración de pasada 220. La construcción de configuración de pasada 220 utiliza los datos obtenidos del archivo de configuración de cliente 215 y envía las órdenes necesarias al archivo de apuntamiento de antena de construcción 250. El archivo de apuntamiento de antena de construcción 250 recibe información desde el archivo de elementos orbitales 245 para inicializar y configurar apropiadamente las frecuencias de antena y radio para comunicar con el satélite particular, que, a su vez obtiene datos de efemérides relativos al satélite de interés desde la fuente de cliente o NORAD 141.
Después de la configuración, el sistema pasa control al módulo de prueba de calibrado de pasada previa 260 que ejecuta una serie de comprobaciones de sistema justamente antes del momento programado para que el satélite aparezca dentro de la zona de comunicación. Una vez que el satélite 110 se ha elevado suficientemente por encima del horizonte, se establece un enlace de comunicación y los datos que fueron introducidos por el usuario en el sitio de cliente 150 son transmitidos al satélite 110. Si la entrada que fue transferida al satélite 110 exige una recogida de datos inmediata, entonces los datos son devueltos a través de las frecuencias de enlace descendente que podrían ser de banda S o de banda X, por ejemplo. Son posibles otras frecuencias ya que la estación terrestre remota emplea transmisores/receptores de banda relativamente ancha, amplificadores de potencia y antenas.
Al mismo tiempo que el programador automático 210 inicia las actividades de configuración, el programador automático 210 inicia también el aviso de acceso a la estación terrestre remota al cliente. Este módulo comunica a través de la red de transporte de datos 130 con el sitio de cliente 150 y da la señal de alerta al sitio de cliente 150 de la próxima pasada del satélite. Si el cliente desea vigilar el tiempo real de pasada, puede hacerlo a través de la interfaz gráfica de usuario, que se describe en lo que sigue; de otro modo, el software en el sitio de cliente 150 inicia una conexión de cliente 235. Una vez la conexión de cliente 235 es iniciada, autentica el acceso de cliente comprobando los códigos de verificación previamente establecidos proporcionados por el módulo de conexión de cliente 235, y luego los datos recogidos durante la pasada son retransmitidos al cliente.
Haciendo ahora referencia a la figura 3, sigue la descripción relativa al diseño funcional de la estación terrestre remota 300. El núcleo funcional de la estación terrestre remota 300 es el servidor de sistema de estación terrestre remota 305, que es ejecutado típicamente como una estación de trabajo UNIX, Windows NT o similar. La estación de trabajo maneja todos los cálculos, los controles de equipo físico y los sensores de cliente I/O necesarios para hacer funcionar el sistema de estación terrestre remota 300.
El servidor de sistema de estación terrestre remota 305 está conectado a otros componentes del sistema mediante comunicación a través de la red telefónica pública conmutada (PSTN) 310 o mediante comunicación a través de una red de transmisión de relé de trama 315. Como la red telefónica pública conmutada 310 comunica a una velocidad más lenta, la red telefónica pública conmutada 310 se usa para comunicar mensajes de baja prioridad y de tamaño más pequeño y se usa también para fines de comunicaciones de apoyo. Ejemplos de mensajes enviados a través de la PSTN 310 incluyen archivos administrativos, datos de pasada y datos que no se ha pedido que se envíen en tiempo real. Por otra parte, la red de transmisión de relé de trama 315 funciona a través de líneas T1 y puede comunicar paquetes de datos mucho mayores en tiempo real. Esta ruta se reserva para aquellas sesiones de comunicaciones por satélite en que el usuario ha pedido control en tiempo real o telemetría en tiempo real.
El manejo global de los sistemas es controlado por el gestor de sistema 320 que incluye software de apoyo de servidor, relé de trama y gestión por PSTN y software de sistema de bajo nivel.
La función de vigilancia y de control 325 incluye gastos indirectos del sistema general y diagnósticos de estación terrestre remota. Cada uno de los diagnósticos se encuentra disponible para el usuario a través de la interfaz gráfica de usuario y para los operadores en el centro de gestión de red.
El módulo de acceso de usuario y de datos de NMC 330 incluye el mantenimiento de la interfaz gráfica de usuario (GUI), el control de las funciones de acceso del usuario y de NMC, la configuración S/C, la actualización de datos de órbita del satélite, y el mantenimiento de la base de datos de RGS.
El módulo de programa 335 toma información de órbita y el programa de pasada desde el NMC y genera secuencias de seguimiento de antena, planes de configuración de estación y planes de interfaz de usuario para cada pasada, y los acontecimientos de todas las pasadas y de pasadas son dirigidos y gestionados por el módulo de programa. La información que el módulo de programa 335 necesita se obtiene a través de la red telefónica pública conmutada (PSTN 310) o de la red de transmisión de relé de trama 315.
El módulo de telemetría y órdenes 340 maneja la comunicación actual en tiempo real con el satélite y todas otras operaciones necesarias de procesamiento de datos, incluido el enlace ascendente de datos de órdenes y el enlace descendente de datos de telemetría. Los datos de pasada se almacenan y envían de acuerdo con el archivo de configuración de pasada configurado por el usuario.
Tres minutos antes de cada pasada programada el módulo de telemetría y órdenes 340 configura todo el equipo de comunicación necesario para que se ajuste a los requisitos previstos de satélite y de pasada, se realiza una comprobación final, se gira la antena a la posición requerida y comienza la adquisición de datos. Puede hacerse pasar un número de datos en tiempo real inmediatamente al usuario si la pasada ha sido así configurada. Se almacena una combinación de los datos de telemetría y de pasada auxiliar en la estación terrestre remota 120 hasta el momento en que una copia confirmada haya sido transferida al sitio de cliente 150 o al centro de gestión de red 140.
El servidor de sistema de estación terrestre remota 305 incluye una serie de conexiones de interfaz I/O de equipo físico 345, tal como un Bus PCI, bus IEEE, y un puerto RS232. Estas conexiones de interfaz I/O de equipo físico 345 permiten que se conecten diversos sensores externos, monitores, receptores y equipos de prueba al servidor de sistema de estación terrestre remota 305.
Un grupo de estos sensores, llamados conjuntamente IF/IR/Antena/GPS y sondas 350 reúnen diversos tipos de datos locales que incluyen todas las formas de datos meteorológicos, parámetros internos de funcionamiento de equipo físico, diagnósticos de radiofrecuencia, amplificadores de potencia, etc.
Un segundo tipo de grupo de funciones se dirige a los requisitos de comunicación de relé de trama. El Procesador Nivel 0/CCSDS 355 maneja el procesamiento del paquete de nivel bajo de la función de vigilancia y control 325. Tales funciones incluyen sincronización de tramas y procesamiento de Nivel 0, que es la separación de la corriente de datos en los diversos tipos de datos que se están transmitiendo.
Deberá entenderse que, aunque la presente invención se ha descrito en función de la comunicación con satélites en órbita, puede utilizarse también para comunicarse con naves espaciales, cohetes, lunas, planetas, asteroides, satélites en órbitas geoestacionarias, satélites en órbitas bajas alrededor de la tierra, y otros objetos naturales y artificiales que puedan ser configurados de tal manera que puedan comunicarse con la presente invención. Por tanto, deberá considerarse que todas las referencias a satélites o a satélites en órbita incluyen todos los elementos anteriormente relacionados.
La presente invención hace así posible que entidades menores posean y "hagan funcionar" sus propios satélites dedicados, liberándolas así de restricciones de compartición de tiempo de un satélite que no esté diseñado específicamente para sus necesidades. Por ejemplo, las universidades pueden hacerse ahora con su propio satélite debido a los costes disminuidos de fabricación de satélites, y eliminándose ahora la necesidad del coste total de una estación terrestre.
Además, los satélites de coste más bajo se ponen usualmente en órbitas LEO que requieren múltiples estaciones terrestres situadas a través de todo el mundo para permitir una comunicación continua con el satélite LEO. Consiguientemente, sólo son posibles actualmente sistemas de satélites y sistemas correspondientes de estaciones terrestres. La presente invención libera a los sistemas de satélite del requisito de construir también sistemas de estaciones terrestres, colocada cada una a través de todo el mundo, lo que significa comprar/alquilar la propiedad en varios países extranjeros, que puede ser un proceso que consuma tiempo. Un sistema de estaciones terrestres interconectado y controlado de acuerdo con la presente invención puede prestar servicio a muchos satélites, tal vez hasta a cientos de ellos.
Realización ilustrativa
En la figura 4 se representa una realización ilustrativa de la presente invención. El sistema representado en la misma está compuesto de un conjunto de estaciones terrestres remotas (RGSs) ubicadas en sitios estratégicos de la superficie de la tierra. Todas las RGSs están conectadas a través de conexiones normales de red de área ancha a un controlador supervisor llamado Centro de Gestión de Red (NMC). Los clientes usan un navegador común Netscape o Internet Explorer que funciona en un ordenador personal (PC) para conectarlo al sistema de la presente invención a fin de comunicar fácilmente con sus satélites desde cualquier sitio del mundo.
Volviendo a la figura 4, se representa una versión solamente de recepción de una estación terrestre remota. Tal como se muestra en ella, una antena de satélite 414 recibe la señal de RF desde un satélite en órbita y pasa la señal de RF al receptor 401. Un amplificador de baja potencia (no mostrado) amplifica la señal de RF de nivel bajo hasta niveles suficientes para alcanzar el receptor 401. Los parámetros del receptor 401 son controlados por un ordenador principal 406 (que pudiera ser un servidor, tal como NT-Pro) a través de controles IEEE RS 232. El ordenador principal controla también el posicionamiento de la antena 401. El desmodulador, el sincronizador de bits y el sincronizador de tramas se muestran esquemáticamente como elemento 402, también bajo el control del ordenador principal 406. La salida del desmodulador 402 está acoplada al procesador de datos CCSDS y al almacenamiento de datos 403 (también controlado por el ordenador principal 406). El procesador de datos envía como salida los datos al enrutador 407 a través de una línea Ethernet 10B-T 412. Si los datos están destinados al usuario en tiempo real, entonces los datos son transmitidos al usuario a través de la línea 408 de relé de trama T1. Si los datos han de ser enviados al usuario en algún momento posterior, los datos pueden ser descargados lentamente al centro de gestión de red a través del módem 411 y el POTS usando un formato PPP. El tiempo es proporcionado por el tiempo GPS 409. La potencia de apoyo es proporcionada por el suministro de potencia ininterrumpible 410. El conmutador 404 es un tipo de conmutador de punto de cruce para conmutar entre interconexiones de radiofrecuencia y otras interconexiones de alta frecuencia entre equipos. El conmutador 404 permite que las cajas del equipo de procesamiento de señales que han de ser interconectadas en diferentes disposiciones soporten diferentes tipos de requisitos de comunicación tal como la conexión de una de dos antenas posibles o uno de cuatro receptores diferentes en una configuración de procesamiento de señales. El elemento 405 proporciona diagnósticos de ambiente y seguridad, que son enviados al ordenador principal 406 y de este modo se hacen disponibles para el centro de gestión de red y el usuario.
Volviendo a la figura 5, se muestra en ella una estación terrestre remotamente controlada que tiene capacidad para transmitir y recibir. En este caso, hay un receptor izquierdo circularmente polarizado 501 y un receptor derecho circularmente polarizado 502, que son combinados por un combinador de diversidad 503, cada uno de los cuales 501, 502 y 503 son controlados por el ordenador principal 512. La trayectoria de datos de recepción es como se describe en la explicación con relación a la figura 4. Sin embargo, hay dos bandas de frecuencia disponibles en esta realización - una para banda X y otra para banda S. La banda S utiliza los dos receptores 501 y 502. La banda X utiliza el receptor 526 que está acoplado a la antena a través de un ordenador de antena 525. En esta realización ilustrativa, la antena 524 es un plato de 5 metros que tiene capacidad para recibir/transmitir banda S y banda X. Para la banda S, la antena tiene una G/T de 14 dB/K y para la banda X la antena tiene una G/T de 30 dB/K. La salida del ordenador de antena 525 está acoplada al ordenador principal 512.
En el lado de transmisión, un módulo de telecomando 509 está acoplado al modulador de subportadora 508 que, a su vez, está conectado al excitador 505. La salida del excitador está conectada al amplificador de alta potencia 504 (por ejemplo, 50 vatios), que a su vez está conectado a la antena 524. Los datos son recibidos en la estación terrestre 120 a través de la línea 515 de relé de trama T1 o el módem POTS 518 ó 519. Los datos procedentes de la línea del relé de trama T1 son hechos pasar al ordenador principal 512 y/o al procesador de datos 507 a través de una conexión Ethernet 10B-T.
Se emplea un ordenador de apoyo 513 para proporcionar redundancia completa para control global. El conmutador 521 detecta un fallo en el ordenador principal 512 y conmuta al ordenador de apoyo 513 al sitio.
Volviendo a la figura 6, se representa una tercera realización ilustrativa de una estación terrestre remota. La única diferencia entre la realización mostrada en la figura 5 y la realización mostrada en la figura 6 es el uso de dos antenas de plato 601 y 602 que están acopladas entre sí mediante una conexión 626. La antena 601 es un plato de 5 metros que tiene una G/T de 17 dB/K en las bandas S y X. La antena 626 es una antena de seguimiento automático de 3 metros que tiene un G/T de 12 d/B/K sólo en la banda S.
Las Estaciones Terrestres Remotas reciben órdenes de supervisión desde el Centro de Gestión de Red que dirigen las comunicaciones con satélites y ejecutan tareas domésticas generales de RGS. El equipo en una RGS es configurado por el ordenador de control local de RGS antes de una pasada de satélite para soportar la comunicación de satélite requerida.
Cada una de las estaciones terrestres tiene equipo para soportar comunicaciones con diferentes tipos de satélites. Para soportar una pasada de un satélite específico, los receptores de RF, los sincronizadores de bits, los procesadores de datos de telemetría, los generadores de señales, la antena de RF, y cualquier otro equipo se configuran con antelación a la pasada del satélite para proporcionar las comunicaciones requeridas por el usuario.
El sistema de la presente invención está diseñado para comunicar con grandes cantidades de satélites en diversas órbitas, tales como LEO y GEO. Los satélites en LEO orbitan típicamente alrededor de la tierra aproximadamente una vez cada 100 minutos. La mayor parte de los satélites LEO están en órbitas polares para hacer posible que tengan una visibilidad regular de toda la superficie de la tierra.
En virtud de un satélite polar LEO que pasa sobre los polos de la tierra en cada órbita, el acceso de comunicaciones a dichos satélites es proporcionado aproximadamente 4 veces al día desde una estación terrestre situada cerca de uno de los polos. Las estaciones terrestres situadas en latitudes más bajas (más alejadas de los polos) tienen un acceso frecuente a los satélites polares LEO. Las estaciones ecuatoriales contemplan típicamente una pasada de un satélite polar LEO sólo 4 veces al día, durando típicamente cada pasada con la estación terrestre alrededor de 10 minutos.
Un aspecto del sistema de la presente invención es que los usuarios programan sus comunicaciones de satélite con las estaciones terrestres remotas.
Interfaz gráfica de usuario
La interfaz gráfica de usuario de la presente solicitud incluye un navegador web que opera en un ordenador, tal como un ordenador personal o una estación de trabajo. El navegador web accede a un sitio web particular en un servidor conectado a Internet. Por ejemplo, el usuario apunta su navegador a "http://nmcl.spacelines.com" y entra en esta dirección en la línea de direcciones del navegador. El servidor está situado típicamente en el centro de gestión de red.
La primera página presentada al usuario es la página de Conexión (figura 8). Al pulsar sobre el botón 801 de "Conexión al sistema de Red de Espacio", la aplicación abre el cajetín de diálogo de la figura 9 con campos para entrar en un nombre de usuario 901 y contraseña 902. Una vez dentro, el usuario pulsa sobre el botón 903 de "Aceptar".
Una vez conseguido la conexión satisfactoria, al usuario se le presenta la página de Bienvenido mostrada en la figura 10. En este punto, hay cinco opciones disponibles - "Presentar Estado del Sistema de Red Espacial" 1001, "Ver y Actualizar sus Programas" 1002, "Presentar Ejecución de Pasada de su Satélite" 1003, "Recuperar Datos Archivados" 1004 y "Presentar Órbita de Satélite" 1005 - cualquiera de las cuales puede ser seleccionada pulsando sobre ellas, ya que son enlaces calientes.
La selección de "Presentar Estado del Sistema de Red Espacial" 1001 lleva al usuario a la figura 11a, que representa el estado del sistema. La página web representada en la figura 11a representa el uso porcentual de cada recurso del sistema (1103-1107), las conexiones actuales 1101, las tasas de enlace (media y actual), el porcentaje de capacidad en uso 1102. En la figura 11b se representa una realización alternativa de esto. La figura 11a representa la pantalla de vista general del sistema presentada al usuario. En la realización ilustrativa de la figura 11a, la pantalla representa tres estaciones terrestres remotas 1105, 1106 y 1107 (una en Alaska, otra en Hawai y otra en Pennsylvania). En este caso, hay dos centros de gestión de red 1103, 1104, cada uno de ellos conectados entre sí. La pantalla representa la tasa de datos (media y actual) para cada conexión en uso, las conexiones actuales 1101, y el porcentaje de capacidad 1102 para cada una de las tres estaciones terrestres (CPU, plato, red).
La selección de "Ver y Actualizar sus Programas" 1002 lleva al usuario a la figura 12. El usuario puede especificar el tiempo de comienzo 1201 (Mes-Día-Año-Hora-Minuto-Segundo), el tiempo de parada 1202 (igual formato que el tiempo de comienzo), y la estación terrestre remota 1203. Al pulsar sobre "Conseguir Este Programa" 1204, el usuario puede recuperar y actualizar el o los programas de usuario (por ejemplo, figura 19).
La selección de "Presentar Ejecución de Pasada de su Satélite" 1003 lleva al usuario a la figura 13, que muestra las pasadas de comunicación para el satélite, la estación o las estaciones terrestres y el periodo de interés. Cada una de las barras horizontales 1301-1303 en la esquina inferior derecha de la pantalla representa la línea de tiempos de una de las estaciones terrestres. Las barras verticales pequeñas 1304 dentro de cada barra horizontal indican una pasada del satélite por la estación terrestre. Estas son preferiblemente de un color distinto respecto de la barra horizontal, por ejemplo, verde sobre gris. Puede presentarse más información acerca de una pasada haciendo clic sobre la barra vertical que representa una pasada.
Pulsando sobre la "Pasada Nueva", entonces una barra vertical de pasada específica indica (por ejemplo, pone otra barra vertical 1305 encima de la otra barra vertical) que pasa para el usuario. Pulsando sobre "Actualizar Programa" 1307 se confirma entonces al sistema que las pasadas indicadas del usuario deberán reservarse para ese usuario.
En la página de petición de pasada de satélite (figura 11c), el usuario puede especificar la misión 1131, el satélite 1132, el tamaño de enlace ascendente 1133, el tamaño de enlace descendente 1134, la prioridad de la sesión 1135 y el precio de la sesión 1166. Una vez se seleccionan estos campos, el usuario pulsa sobre la tecla de presentación 1137 que relaciona entonces los segmentos de pasadas actualmente disponibles en la mitad inferior de la pantalla. Se muestra allí la estación terrestre desde la cual la pasada se encuentra disponible, la duración, en el momento de comienzo para cada satélite seleccionado.
La selección de "Recuperar Datos Archivados" 1004 lleva al usuario a la figura 14. Las páginas de Archivar Datos proporcionan acceso a los datos del sistema archivados desde la comunicación con el satélite del usuario. La lista 1401 muestra al usuario todos los archivos salvados disponibles. Seleccionando un archivo y pulsando sobre "de acuerdo; Conseguir Datos Archivados" 1402 lleva al usuario a la figura 15.
La figura 15 representa un ejemplo de una lista de archivos del directorio de archivos del Centro de Gestión de Red del usuario. Pulsando sobre un elemento 1501 de la lista se recupera ese archivo del directorio del Centro de Gestión de Red y se presenta el contenido del archivo en la ventana de navegador del usuario 1502.
La selección de "Presentar Órbita de Satélite" 1005 lleva al usuario a la figura 16, que presenta la información en tiempo real sobre si un satélite se encuentra en su órbita. La posición actual se muestra, por ejemplo, en la latitud 1601, la longitud 1602 y la altitud 1603. Un gráfico de la órbita queda encima de una imagen plana del mundo 1604. El nombre del satélite y la hora local y la hora GMT están indicados en cajetín 1605.
La figura 17 muestra un vídeo del sitio remoto que hace posible la observación de las condiciones ambientales y la antena móvil desde cámaras remotas situadas en las estaciones terrestres remotas. El sitio de interés se selecciona de un menú desplegado 1702 debajo de la pantalla de vídeo 1701.
Las figuras 18a-b representan la vigilancia de señales en tiempo real presentada al usuario. Durante una pasada programada de usuario entre un satélite y una estación terrestre, el equipo de la estación terrestre se ajusta automáticamente con antelación a la pasada a fin de manejar las comunicaciones por satélite. El sistema proporciona vigilancia remota de este equipo a través de la interfaz de navegador. En la figura 18a se muestra un ejemplo de un sincronizador bits. En la figura 18b se muestra un ejemplo de un procesador de señales.
Control Remoto TCP/IP de una Estación Terrestre
Un aspecto de la presente invención es el control remoto de estaciones terrestres remotas. Esto incluye la posibilidad de controlar, configurar y recibir estados desde todo el equipo de las estaciones terrestres sobre la red de datos. La red de datos puede ser una Red de Área Local (LAN), Red de Área Ancha (WAN) o Internet abierta. Para conseguir este nivel de control remoto, la presente invención proporciona acceso de un solo punto, control de equipo remoto, estado, e interfaz de programación de equipo a todo el equipo de las estaciones terrestres. Además, cada dispositivo es accesible a través de una red TCP/IP. Para conseguir el nivel deseado de control remoto, este aspecto de la presente invención emplea un diseño orientado hacia el objeto.
Usando diseño orientado hacia el objeto, todas las partes de la Red Terrestre Comercial (CGN) son tratadas como un objeto (véanse las figuras 7a-b). Cada objeto CGN es responsable del control y gestión de los objetos del Centro de Gestión de Red (NMC). En el siguiente nivel más bajo, un objeto NMC es responsable del control y gestión de los objetos RGS. En el nivel más bajo, un objeto RGS es responsable del control y la gestión de todos los objetos de equipo (véase la figura 6). El objeto de equipo proporciona la interfaz de control y gestión a una pieza específica del equipo.
El acceso de un solo punto consiste en la posibilidad de acceder a todo el equipo RGS a través de una sola interfaz. El control y la gestión de todos los aspectos de una RGS requieren el mapeado de todo el equipo de estación terrestre en un solo punto de entrada. El equipo RGS está interconectado físicamente a través de interfaz a un solo ordenador que proporciona acceso físico de un solo punto (véanse las figuras 4-6).
La interfaz lógica es ejecutada utilizando un objeto de control y gestión llamado objeto RGS. El objeto RGS mantiene una tabla de equipos en que cada entrada contiene un nombre, un identificador del tipo de equipo enumerado, un número de unidad, un estado de equipo (es decir, disponible, asignado, etc.), y un puntero para un objeto de equipo. Un objeto de equipo es un objeto de control y gestión que proporciona un conjunto de órdenes y maneja todas las salidas de protocolos de comunicación específicas necesarias para comunicar con la pieza física del equipo. Podría considerarse una pieza lógica del equipo. Se crea un objeto de equipo se crea para cada pieza de equipo definida en el archivo de configuración de RGS. La siguiente tabla representa un archivo ilustrativo de configuración
RGS.
\vskip1.000000\baselineskip
BitSynch1 COM2 [9600 n 8 1 1 HS_ON]
SignalGeneratorl 1 COM3 [9600 n 8 1 1 HS_OFF]
Receiver1 COM3 [9600 n 8 1 1 HS_OFF]
Antenna 1 COM3 [9600 n 8 1 1 HS_OFF] 
\vskip1.000000\baselineskip
El archivo de configuración de RGS es un mapa que define la correlación entre el equipo físico y el equipo lógico. Contiene entradas en la forma siguiente que define un nombre, puerto de comunicaciones de número de unidad (es decir, puerto RS-232, conectador, etc.), y parámetros de comunicación. El nombre y el número de unidad definen un identificador peculiar para la pieza de equipo.
El objeto RGS define varias funciones de alto nivel. Estas funciones son Asignar, Configurar, Comenzar, Parar, Transferir Datos, Liberar, Conseguir Estado y Ejecutar. Cada función traslada a un equipo la función objeto que realiza la operación específica del equipo. La función de Asignar usa un identificador de pasada único para asignar la pieza de equipo a una pasada de satélite. La función de Configurar usa un identificador de satélite para determinar los parámetros de configuración requeridos para el funcionamiento específico del equipo. La función de Liberar retira el identificador de pasada desde la tabla del equipo y marca el estado de equipo como disponible. La función Conseguir Estado devuelve el estado a todo el equipo asignado a un identificador de pasada especifi-
cado.
Los objetos del equipo tienen una interfaz de un solo punto similar a la del objeto RGS. Todas las funciones de un objeto de equipo tienen identificadores de funciones enumerados. Estos identificadores son usados por la función de objeto de equipo llamada Ejecutar. Esta función (Ejecutar) traslada los identificadores de funciones a llamadas reales de función específica de equipo.
La función Ejecutar del objeto RGS usa un identificador de equipo, un número de unidad y un identificador de funciones para acceder a una función de objeto de equipo específica. Usando la función Ejecutar del objeto RGS, pueden producirse los interfaces gráficas de usuario (GUIs) para cada tipo de equipo específico. Esta interfaz de GUI proporciona el medio para modificar parámetros de equipo en tiempo real. En la figura 18b se representa un ejemplo de un GUI para uno del equipo de la estación terrestre remota, que en esta realización es un procesador de señales. Está previsto un GUI para cada uno del equipo en la estación terrestre remota remotamente controlada, que hace posible que el usuario configure la estación terrestre para comunicación con el satélite del usuario.
Alternativamente, el usuario puede introducir información relativa a sus requisitos de comunicación en un cuestionario, como se representa en la figura 20. La interfaz gráfica de usuario pasa entonces esta información al Centro de Gestión de Red, que determina los ajustes apropiados sobre la base de la información contenida en las respuestas al cuestionario. La figura 21 representa una lista ilustrativa del equipo situado en la estación terrestre remota que puede ser controlado remotamente como resultado de la presente invención.
El estado del equipo de RGS se obtiene usando la función de objeto RGS ConseguirEstado. Esta función (ConseguirEstado) permite el acceso restringido por el identificador de pasada, al estado del equipo. Esta interfaz devuelve un grupo de estructuras especificando el estado del equipo y un estado compuesto de RGS.
La interfaz de programación de equipo es un identificador programador de tareas dedicado al control y gestión del equipo de RGS. El programador de tareas ejecuta un programa de pasada recibido desde el NMC. El archivo de programas de pasada contiene varias órdenes primitivas para asignación, configuración, etc. de equipo de estación terrestre. Estas órdenes trasladan directamente al objeto RGS funciones de alto nivel Asignar, Configurar, Comenzar, Parar, Liberar. Una vez recibido un archivo de programas, el RGS puede ejecutar la pasada programada sin intervención del NMC.
El programa de servidor de RGS produce el programador de tareas y objetos RGS. El programa de servidor proporciona acceso remoto a través de una red TCP/IP. El NMC comunica con el programa de servidor usando mensajes. Se crea un conectador TCP/IP para manejar cada tipo de mensaje peculiar. Cada mensaje contiene un identificador de tipo peculiar. Este identificador permite que el mensaje sea enrutado hacia la parte apropiada del programa de servidor para procesamiento. Los tipos de mensaje mapean directamente los siguientes objetos; Interfaz de Programación de Equipo, Control de Equipo Remoto y Estado de Equipo.
La anterior descripción muestra solamente las realizaciones preferidas de la presente invención. A las personas versadas en la técnica les resultarán evidentes diversas modificaciones sin apartarse del alcance de la presente invención. Por consiguiente, las realizaciones mostradas deberán considerarse ilustrativas y en modo alguno restrictivas.

Claims (40)

1. Un sistema de comunicación compartida (100) para comunicación entre una pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) y cada uno de sus respectivos satélites en órbita (110), que comprende:
a)
una interfaz de usuario, uno para cada uno de la pluralidad de usuario de satélite independientes (150), que acepta datos de usuario desde uno de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) para ser transmitidos o que acepta instrucciones de usuario para recibir datos de satélite desde un satélite seleccionable de la pluralidad de satélites en órbita (110);
b)
un controlador central (140) que está acoplado a la interfaz de usuario, que recibe los datos de usuario que han de ser transmitidos o que recibe las instrucciones de usuario para recibir los datos de satélite desde el satélite seleccionable de la pluralidad de satélites en órbita (110), que actúa conjuntamente con el usuario de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) a través de la interfaz de usuario para permitir que el usuario de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) controle el satélite seleccionable de la pluralidad de satélites en órbita (110) al que los datos de usuario han de ser transmitidos y/o en el que los datos de satélite han de ser recibidos, y programe un tiempo en el que los datos de usuario han de ser transmitidos y/o los datos de satélite han de ser recibidos; y
c)
una pluralidad de estaciones terrestres remotas, teniendo cada estación terrestre:
(i)
un transmisor (524) que transmite los datos de usuario al satélite seleccionable de la pluralidad de satélites en órbita (110), e
(ii)
un receptor (524) que recibe los datos de satélite para el usuario de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) desde el satélite seleccionable de la pluralidad de satélites (110), y que comunica los datos de satélite a la interfaz de usuario o al controlador central (140), en que el controlador central (140) actúa conjuntamente con el usuario de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) para controlar desde cuál de la pluralidad de estaciones terrestres remotas (120) han de ser transmitidos los datos de usuario y/o han de ser recibidos los datos de satélite.
2. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además una red de comunicaciones (130) que mantiene comunicaciones entre dicha interfaz de usuario, dicho controlador central (140) y dicha pluralidad de estaciones terrestres remotas (120) a través de los cuales los datos de satélite y los datos de usuario son transmitidos a y desde la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) y la pluralidad de estaciones terrestres remotas (120).
3. El sistema según la reivindicación 1, en el que cada una de la pluralidad de estaciones terrestres remotas (120) incluye un ordenador de control (512), y el transmisor (524) en cada una de la pluralidad de estaciones terrestres remotas (120) incluye una entrada de control (522) acoplada al ordenador de control (512) mediante la cual el ordenador de control (512) configura el transmisor (524) para transmisión a uno de la pluralidad de satélites en órbita (110).
4. El sistema según la reivindicación 1, en el que cada una de la pluralidad de estaciones terrestres remotas (120) incluye un ordenador de control (512), y el receptor (524) en cada una de la pluralidad de estaciones terrestres remotas (120) incluye una entrada de control (522) acoplada al ordenador de control (512) mediante la cual el ordenador de control (512) configura el receptor (524) para recepción desde uno de la pluralidad de satélites en órbita (110).
5. El sistema según la reivindicación 3, en el que la interfaz de usuario incluye una interfaz gráfica de usuario, a través de la cual el usuario (150) puede introducir información de configuración para el transmisor (524) y el receptor (524) en una de las estaciones terrestres remotas (120) desde la cual los datos de usuario han de ser transmitidos a uno de la pluralidad de satélites en órbita (110) o los datos de satélites han de ser recibidos desde el mismo.
6. El sistema según la reivindicación 5, en el que la información de configuración es pasada al ordenador de control (512) en dicha una de las estaciones terrestres remotas (120), y el ordenador de control (512) configura el transmisor (524) o el receptor (524) de acuerdo con la información de configuración.
7. El sistema según la reivindicación 1, en el que el interfaz de usuario comprende una interfaz gráfica de usuario que ejecuta sobre un ordenador, e incluye un navegador web que hace posible que un usuario (150) introduzca información de identificación de usuario.
8. El sistema según la reivindicación 7, en el que la interfaz gráfica de usuario incluye una página web que hace posible que un usuario (150) especifique un tiempo de acceso a satélite y una estación terrestre particular remotamente controlada (120) desde la que el usuario (150) desea comunicar con el satélite (110) en órbita.
9. El sistema según la reivindicación 7, en el que la interfaz gráfica de usuario incluye una página web que hace posible que un usuario (150) especifique el formato de comunicación y la información de protocolo para comunicar con el satélite 110) en órbita, cuyo formato de comunicación y cuya información de protocolo se usan para configurar el equipo de comunicación en una de las estaciones terrestres remotamente controladas (120).
10. El sistema según la reivindicación 7, en el que la interfaz gráfica de usuario incluye una página web que hace posible que un usuario (150) introduzca datos de usuario para comunicar al satélite (110) en órbita o especificar datos de satélite para recuperar desde el satélite (110) en órbita.
11. El sistema según la reivindicación 7, en el que la interfaz gráfica de usuario incluye una página web que hace posible que un usuario (150) vea la trayectoria orbital actual del satélite.
12. El sistema según la reivindicación 7, en el que la interfaz gráfica de usuario incluye una página web que hace posible que un usuario (150) participe en una sesión de comunicación de datos con el satélite (110) en órbita en tiempo real o especifique una operación de almacenamiento y envío de datos recuperados desde el satélite (110).
13. El sistema según la reivindicación 7, en el que la interfaz gráfica de usuario incluye una página web que hace posible que un usuario (150) configure el equipo en una trayectoria de comunicación dentro de una de las estaciones terrestres remotas (120) para uso en la comunicación con uno de la pluralidad de satélites en órbita (110).
14. El sistema según la reivindicación 2, en el que dicha red de comunicaciones (130) comprende una red telefónica pública conmutada (310) que se usa para transmisiones de baja prioridad y de pequeño tamaño, y una red de transmisión de relé de trama (315) que se usa para grandes paquetes de datos que son transmitidos en tiempo real.
15. El sistema según la reivindicación 1, en el que las operaciones de la interfaz de usuario incluyen además:
adquirir datos de identificación desde el usuario (150), cuyos datos de identificación incluyen una identificación del satélite (110) con el que el usuario (150) desea comunicar, y datos de control que han de ser transmitidos al satélite (110), según el caso;
presentar al usuario (150) una lista de segmentos de tiempo disponibles y estaciones terrestres remotas asociadas (120) para comunicar con el satélite identificado (110) sobre la base de los datos de identificación; y
hacer posible que un usuario (150) seleccione un segmento de tiempo disponible y una estación terrestre apropiada (120).
16. El sistema según la reivindicación 15, en el que la interfaz de usuario transfiere los datos de identificación y control al controlador central (140) y el controlador central (140) resuelve los conflictos de asignación de recursos y de comunicación entre otros usuarios (150) y los recursos disponibles para facilitar la transmisión de los datos de control al satélite identificado (110).
17. El sistema según la reivindicación 15, en el que el controlador central (140) transfiere los datos de control a la estación terrestre remota seleccionada (120) y la estación terrestre remota seleccionada (120) transfiere los datos de control al satélite identificado (110).
18. El sistema según la reivindicación 15, en el que el controlador central (140) recibe datos de satélite desde el satélite identificado (110) y transfiere los datos de satélite al usuario (150).
19. El sistema según la reivindicación 15, en el que la interfaz de usuario pide datos de prioridad e información de preferencia de tarifa del usuario, y el controlador central (140) asigna recursos y resuelve conflictos de comunicación sobre la base de dichos datos de prioridad y dicha información de preferencia de tarifa.
20. El sistema según la reivindicación 1, en el que los datos de usuario incluyen órdenes.
21. El sistema según la reivindicación 20, en el que las órdenes incluyen una seleccionada del grupo consistente en instrucciones a cámaras de un satélite para adquirir datos desde lugares designados de la tierra, instrucciones para recoger señales de radio a las frecuencias designadas, o instrucciones para retransmitir a la tierra datos designados que han sido recogidos previamente por un satélite.
22. El sistema según la reivindicación 1, en el que el controlador central (140) incluye una base de datos que almacena datos orbitales (245) para la totalidad de la pluralidad de satélites independientemente lanzados y hechos funcionar (110).
23. El sistema según la reivindicación 22, en el que el controlador central (140) determina cuál de la pluralidad de estaciones terrestres remotas (120) es óptima para transmitir datos de usuario particular a un satélite particular (110) en un tiempo particular sobre la base de los datos orbitales (245) almacenados en la base de datos.
24. El sistema según la reivindicación 22, en el que el controlador central (140) determina cuál de la pluralidad de estaciones terrestres remotas (120) es óptima para transmitir datos de usuario particular a un satélite particular (110) en un tiempo particular sobre la base de los datos orbitales (245) almacenados en la base de datos y proporciona esta determinación al usuario (150) a través de la interfaz de usuario y la interfaz de usuario hace posible que el usuario (150) seleccione desde cuál de las estaciones terrestres remotas (120) comunica.
25. El sistema según la reivindicación 22, en el que el controlador central (140) determina cuál una de la pluralidad de estaciones terrestres remotas (120) es óptima para recibir datos de usuario particular desde un satélite particular (110) en un tiempo particular sobre la base de los datos orbitales (245) almacenados en la base de
datos.
26. El sistema según la reivindicación 1, en el que el controlador central (140) transmite información de configuración a una particular de la pluralidad de estaciones terrestres remotas (120) seleccionada para transmitir los datos de usuario o recibir los datos de satélite, y la información de configuración incluye información requerida para manejar la transmisión de los datos de usuario o la recepción de los datos de satélite.
27. El sistema según la reivindicación 22, en el que el controlador central (140) programa sus peticiones y optimiza en qué momento y desde qué estación terrestre remota (120) las órdenes deben ser transmitidas.
28. El sistema según la reivindicación 23, en el que el controlador central (140) determina cual de las estaciones terrestres remotas (120) es óptima para recibir los datos de usuario particular sobre la base de un tiempo en que los datos de usuario particular estarán listos y un periodo de tiempo requerido para recuperar los datos de usuario particular.
29. El sistema según la reivindicación 1, en el que el controlador central (140) comprende además un programador automático (210) que almacena información de programas y transmite instrucciones a una estación terrestre remota particular (120) para comenzar a preparar la comunicación con un satélite particular (110).
30. El sistema según la reivindicación 29, en el que el controlador central comprende además un módulo de construcción de configuración de pasada previa (220), un archivo de apuntamiento de antena de construcción (250), un archivo de configuración de cliente (215) y un archivo de elementos orbitales (245).
31. El sistema según la reivindicación 30, en el que el archivo de configuración de cliente (215) incluye información requerida para configurar la estación terrestre remota (120) para una comunicación particular con un satélite particular (110), cuya información es pasada al módulo de construcción de configuración de pasada previa (220).
32. El sistema según la reivindicación 30, en el que el módulo de construcción de configuración de pasada previa (220) envía las órdenes requeridas al archivo de apuntamiento de antena de construcción (250) que en combinación con la información procedente del archivo de elementos orbitales (245) inicializa y configura las frecuencias de antena y radiofrecuencias para comunicar con el satélite particular (110).
33. El sistema según la reivindicación 29, en el que una estación terrestre remota (120) realiza una serie de comprobaciones de sistema antes de un tiempo programado para que el satélite particular (110) aparezca dentro de una zona de comunicación.
34. El sistema según la reivindicación 29, en el que el programador automático (210) transmite una indicación a un usuario particular (150) sobre una red de transporte de datos (130) aproximadamente al mismo tiempo que el programador automático (210) transmite instrucciones a una estación terrestre remota particular (120) para que comience a preparar la comunicación con el satélite particular (110).
35. El sistema según la reivindicación 37, en el que la interfaz de usuario comprende además una interfaz de conexión de cliente a través de la cual el usuario particular (150) conecta la interfaz de usuario, y una interfaz de autentificación de acceso de cliente autentifica al usuario particular durante un intento de conexión, y tras la autentificación, los datos recibidos en la estación terrestre remota particular (120) son transmitidos al usuario particular (150) a través de la red de transporte de datos (130).
36. Un método para comunicar entre una pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) y cada uno de sus respectivos satélites en órbita (110) usando un sistema de comunicación compartida (100), comprendiendo el método:
a)
a través de una interfaz de usuario, aceptar los datos de usuario desde uno de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) para ser transmitidos a uno seleccionable de la pluralidad de satélites en órbita (110) o aceptar instrucciones de usuario para recibir datos de satélite desde el mismo;
b)
recibir en un controlador central (140) los datos de usuario que han de ser transmitidos o recibir las instrucciones de usuario para recibir los datos de satélite desde el satélite seleccionable de la pluralidad de satélites en órbita (110);
c)
a través del controlador central (140), actuar conjuntamente con uno de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) a través de la interfaz de usuario para hacer posible que uno de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) controle el satélite seleccionable de la pluralidad de satélites en órbita (110) al que han de transmitirse los datos de usuario y/o desde el que han de recibirse los datos de satélite, y programar un tiempo en el que los datos de usuario han de ser transmitidos y/o los datos de satélite han de ser recibidos; y
d)
transmitir los datos de usuario al satélite seleccionable de la pluralidad de satélites en órbita (110) a través de una de una pluralidad de estaciones terrestres (120); o
e)
recibir, a través de una de una pluralidad de estaciones terrestres (120), los datos de satélite para el usuario de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) desde el satélite seleccionable de la pluralidad de satélites (110), y comunicar los datos de satélite a la interfaz de usuario o al controlador central (140);
en que el controlador central (140) actúa conjuntamente con el usuario de la pluralidad de usuarios de satélite independientes (150) para controlar desde cuál de la pluralidad de estaciones terrestres remotas (120) han de ser transmitidos los datos de usuario y/o en cuál han de ser recibidos los datos de satélite.
37. El método según la reivindicación 36, que comprende además recibir, a través de la interfaz de usuario, información de configuración para un transmisor (524) o un receptor (524) en una de las estaciones terrestres remotas (120) desde la que han de ser transmitidos datos de usuario a uno de la pluralidad de satélites en órbita (110), o en la que han de ser recibidos los datos de satélite desde la misma.
38. El método según la reivindicación 37, en el que la información de configuración es pasada a un ordenador de control (512) en dicha una de las estaciones terrestres remotas (120), y el ordenador de control (512) configura el transmisor (524) o el receptor (524) de acuerdo con la información de configuración.
39. El método según la reivindicación 36, que comprende además utilizar, para comunicación entre dicha interfaz de usuario, dicho controlador central y dicha pluralidad de estaciones terrestres remotas, una red telefónica pública conmutada (310) que se usa para transmisiones de baja prioridad y de pequeño tamaño, y una red de transmisión de relés de trama (315) que se usa para grandes paquetes de datos que son transmitidos en tiempo real.
40. El método según la reivindicación 36, en el que las operaciones de la interfaz de usuario incluyen además:
adquirir datos de identificación desde el usuario (150), cuyos datos de identificación incluyen una identificación del satélite (110) con el que el usuario (150) desea comunicar, y los datos de control que han de ser transmitidos al satélite (110), según el caso;
presentar al usuario (150) una lista de segmentos de tiempo disponibles y estaciones terrestres remotas asociadas (120) para comunicar con el satélite identificado (110) sobre la base de los datos de identificación; y
hacer posible que un usuario (150) seleccione un segmento de tiempo disponible y una estación terrestre apropiada (120).
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