JP2019516321A - クロスストラップおよびローカルネットワーク輻輳のための中間衛星ネットワーク - Google Patents

Abstract

宇宙ベース電子データ転送ネットワークシステムが開示される。宇宙ベースの電子データ転送ネットワークシステムは複数の外部ソースに接続し、ネットワーク内で安全に情報を送信し、外部衛星と地上局との間で情報を迅速に通信することを可能にする。宇宙ベースの電子データ転送ネットワークシステムはモジュール的に拡張可能であり、追加の外部衛星および通信周波数は、外部衛星または通信周波数と通信することができる１つまたは複数の追加の衛星を単に追加することによって、ネットワークに組み込むことができる。【選択図】図６

Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、２０１６年４月２８日に出願された「ＩＮＴＥＲＭＥＤＩＡＲＹ ＳＡＴＥＬＬＩＴＥ ＮＥＴＷＯＲＫ ＦＯＲ ＣＲＯＳＳ−ＳＴＲＡＰＰＩＮＧ ＡＮＤ ＬＯＣＡＬ ＮＥＴＷＲＯＫ ＤＥＣＯＮＧＥＳＴＩＯＮ」と題する米国仮出願第６２／３２８，６２７号の優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。さらに、２０１５年２月３日に出願され、「Ｓｋｙ Ｃｌｏｕｄ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された米国仮出願第６２／１１１，６００号、２０１６年２月３日に出願され、「Ｓｐａｃｅ−Ｂａｓｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ１６／１６４６７号、および２０１６年８月２日に出願され、「Ｓｐａｃｅ−Ｂａｓｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された米国非仮出願第１５／２２５，８２６号は、その全体が参照により本明細書に全て組み込まれる。

発明の分野
この文献は一般に、軌道衛星との通信および軌道衛星間の通信に関する。この文献は、より詳細には相互接続された通信衛星の宇宙ベース電子データ転送ネットワークシステムに関する。

背景情報
現代の通信は軌道衛星に大きく依存し、異なるタイプの通信は、異なるタイプの軌道衛星に依存する。衛星の運動エネルギーが衛星のポテンシャルエネルギーと釣り合うと、衛星は安定した軌道を達成する。この釣り合いは、衛星の速度が重力の求心力によって釣り合い、安定した円形または楕円形の軌道を作り出すときに生じる。衛星が地球に近いほど、求心力のバランスをとるために必要な速度は高くなる。静止軌道（ＧＥＯ：ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｌ ｏｒｂｉｔ）は、回転する地球の表面上の点に対して固定された位置を維持するように見える軌道である。地球の中心から約４２，１６４キロメートル（２６，１９９マイル）の軌道を周回するすべての静止衛星は、毎時１１，０６８キロメートル（６，８７８マイル）の軌道速度を必要とする。

衛星の軌道には上向きと下向きがあり、所有者は衛星の意図する活動ごとに最良の軌道を選択しなければならない。地球同期軌道は、地球の回転と同じ約２４時間の軌道周期を維持する。静止軌道は、空中で見かけ上の固定位置を維持するように見える静止軌道のサブセットである。静止軌道衛星は、それらの見掛けの固定位置により、地上局との長時間の結線を維持することができるが、地球からの距離は地球の表面から３６，０００キロメートル静止衛星まで移動し、３６，０００ｋｍ地上局に戻る要求として遅れ時間を導入する。毎秒２９９，７９２，４５８メートルの光速度においてさえ、静止衛星からの応答を受信するための最小待ち時間（電子回路内の遅延を無視する）は約１／４秒（約２４０ミリ秒）であり、この待ち時間は、ユーザからＧＥＯ衛星へ、地上局へ、ＧＥＯ衛星へ、そしてユーザに戻るよう要求が送信されなければならない場合、２倍になる。さらに、静止軌道衛星を打ち上げることは、数万キロメートルにわたって地球の重力に抗して数百または数千キログラムを輸送するのに必要な追加のエネルギーのために、低軌道衛星を打ち上げることよりもかなり費用がかかる可能性がある。静止軌道の半径は、衛星をヴァン・アレン帯内を移動させ、静止衛星および他の静止衛星を露出させ、これに対して、ヴァン・アレン帯は、実際に、太陽およびバックグラウンド放射から下位軌道衛星を遮蔽する。

これに対して、低地球軌道（ＬＥＯ）衛星は、地球の周りをズームするように見え、時には毎日複数回地球を周回する。例えば、地球上８００キロメートルの軌道を周回する衛星は、軌道を維持するために毎時２６，０００キロメートルより速く移動しなければならない。地上局は、衛星が空を横切るときに固定ウィンドウの間、低地球軌道（ＬＥＯ）衛星と通信するが、衛星と地上局との間の距離は、８００ミリ秒に過ぎないので、地上局は、短い２〜３ミリ秒の遅延で迅速に問い合わせを送信し、応答を受信することができる。また、ＬＥＯ衛星は、ＧＥＯ衛星よりも軌道上に配置するのにかなりコスト効率が良く、したがって、ＬＥＯ衛星ネットワークリング２００を拡張することが比較的容易である。

接続ウィンドウ、価格、および待ち時間の違いにより、異なる衛星軌道が異なる通信目的に使用される。０．５秒の通信遅延は、静止衛星を、電話会話または汎用インターネットアクセスにとって効果的でないノードにするが、同じ遅延は、衛星テレビジョン、衛星ラジオ、さらには大規模なダウンロードまたはオンデマンドストリーミングメディアサービス（例えば、Ｔｗｉｔｃｈ（登録商標）、Ｙｏｕｔｕｂｅ（登録商標）、またはＮｅｔｆｌｉｘ（登録商標））などのブロードキャストサービスでは初期接続が確立されると、目立たない。待ち時間は、一般に、一般に受け入れられる「ロード時間」に起因し、ユーザは、衛星通信遅延とローカルバッファリングとを区別しない。ＬＥＯ衛星は、放送のような長期の安定した接続期間を要求するシステムによってはＧＥＯ衛星よりも劣っているかもしれない。

さらに、衛星は、単一の軌道（例えば、ＬＥＯまたはＧＥＯ）内、または複数の異なる軌道（例えば、ＬＥＯから異なる仰角ＬＥＯ、ＬＥＯから異なる軌道面ＬＥＯ、またはＬＥＯからＧＥＯ）間の両方で、互いに通信することができる。実際、ＬＥＯ衛星は、ＧＥＯ衛星カバレージエリアを通過する際に、ＧＥＯ衛星と通信することが多い。

異なる衛星は、赤外線、無線周波数、光レーザなどを含むがこれらに限定されない、異なるタイプの通信アレイを搬送する。単一の衛星は、複数の異なる周波数範囲内で通信する能力を含む複数の異なる通信アレイを含むことができる。共通の衛星通信範囲は、Ｌバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｘバンド、Ｋｕバンド、Ｋバンド、Ｋａバンド、Ｖバンド、およびＷバンドを含むが、これらに限定されず、すべてマイクロ波周波数通信の範囲内である。

場合によっては、第１の衛星から第２の衛星に情報を送信することが望ましい場合がある。従来、第１の衛星は、地上局に送信し、情報は世界中の地上通信システム（例えば、ケーブル、アンテナ、タワーなど）を介して、その情報を第２の衛星に送信することができる第２の地上局に送信される。第１の衛星と第２の衛星が互いに比較的近接していても、第１の衛星と第２の衛星との間の通信には、中間地上局が必要であった。

他の例では、世界の片側の衛星が衛星の範囲外の地球の表面上の離れた場所に情報を送信する必要があるかもしれない。歴史的には、第１の衛星は、第１の衛星のカバレージエリア内の地上局と通信し、その通信は、地上ベースの通信システムを介して意図された受信者に送信される。

地上ベースの通信と地上局から衛星への通信の組み合わせは、遅延と潜在的な非効率性を導入する。各媒体は、異なる制限、制約、および待ち時間を受け、したがって、２つの通信媒体を組み合わせることは、情報を両方の欠点の組にさらす。

衛星は、多くの場合、利用可能なハードウェアに制限され、初期発射時に含まれるので、軌道にセットされた衛星をアップグレードする機会はあまりない。地上局は、いくつかのソフトウェアアップグレードまたはナビゲーション／ロジスティクスコマンドを衛星にアップロードすることができるが、ハードウェアアップグレードでは、機能性または通信を追加するために、既存の衛星の非常に遠い距離により、既存の衛星、特に静止衛星を更新することは一般に実現可能ではない。

したがって、本発明者らは、他の衛星と地上局との間の接続をブリッジすることができる相互接続された（または「クロスストラップされた」）衛星のネットワークを接続することによって、新しい衛星および既存の衛星に機能を追加する、改良された衛星ネットワークリング２００の必要性があることを認識した。

独自に設計されたモジュール式宇宙ベース通信ネットワーク（「衛星ネットワークリング」）の様々な態様が開示される。衛星ネットワークリングは、衛星ネットワークリング内の複数のリングに組み込まれた衛星が高速通信アレイを介して通信可能に接続されるように構成され、これらのリングに組み込まれた衛星は、衛星間、地上局間、または地上局と衛星との間の通信を容易にするために、他の衛星または地上局に接続することができる。一態様では、衛星クラウドネットワークは、複数の相互通信データ記憶衛星を含み、各相互通信データ記憶衛星は、データを記憶するように構成され、それぞれ、通信ネットワーク（例えば、レーザ通信または無線周波数通信）を介して他のデータ記憶衛星にデータを送信し、または他のデータ記憶衛星からデータを取り出すことができる。

衛星ネットワークリングは、モジュール式であり、異なる構成および明細書の複数の相互接続された衛星で拡張可能である。追加の静止衛星を打ち上げたり、既存の衛星をアップグレードしたりする代わりに（宇宙の真空中を毎時１０，０００キロメートルを超えて移動する間）、その衛星に通信可能に接続できる１つ以上のリングに組み込まれた衛星を打ち上げることができる。新たに導入されたリングに組み込まれた衛星は、地上局または地上ベースの通信媒体を通過する必要なく、地球上で情報を迅速に送信するために、衛星ネットワークリング内の他のリングに組み込まれた衛星と通信する。

衛星ネットワークリング内の各リングに組み込まれた衛星は、地上局とのみ外部から通信することができるいくつかのリングに組み込まれた衛星、静止衛星とのみ外部から通信することができるいくつかのリングに組み込まれた衛星、データ記憶能力を提供するいくつかのリングに組み込まれた衛星、および他のリングに組み込まれた衛星間の接続をブリッジングすることしかできない他のリングに組み込まれた衛星と異なる帯域で通信することができる。これらのリングに組み込まれた衛星の各々はリング内で通信するので、地上局および衛星ネットワークリングの外側の衛星を含む任意の２つのポイント間で情報を迅速に送信することができる。

一実施形態では、衛星ネットワークリングが地球の表面から約８００キロメートル上方の単一平面の低地球軌道内の６つ以上のリングに組み込まれた衛星からなる。各衛星は、直前にある衛星と、直後にある衛星と通信する。各衛星は一方の側の衛星から受信した情報を反対方向の次の衛星に再送信することができ、完全な通信リングを生成する。

いくつかの実施形態では、衛星ネットワークリングが追加の衛星を含み、各衛星が直前または直後のリングに組み込まれた衛星を超えて衛星と通信することを可能にする。リングに組み込まれた衛星のうちの１つまたは地上のプロセッサは、ソースから宛先に情報を送信するための最適化された経路を計算することができ、これは、再送信を最小限に抑えること、およびリングに組み込まれた衛星をスキップすることを含むことができる。例えば、最適経路は、複数のリングに組み込まれた衛星を迂回することができる。場合によっては、最適化された経路が帯域幅の制約により、地球全体に「遠くへ」情報を送信することを含むことができる。

他の実施形態では、グローバルリングネットワークは、複数の軌道平面にわたって分散された複数のリングに組み込まれた衛星を含む。リングに組み込まれた衛星は伝送経路を最適化するために、異なる軌道面間で通信することができる。

さらに、各衛星は、異なる帯域で通信するか、または異なる目的を果たすことができる。一部のリングに組み込まれた衛星は、地上局とのみ外部から通信することができ、一部のリングに組み込まれた衛星は、静止衛星とのみ外部から通信することができ、一部のリングに組み込まれた衛星は、データ記憶能力を提供することができ、さらに他のリングに組み込まれた衛星は、他のリングに組み込まれた衛星間の接続をブリッジして追加の接続または帯域幅を提供することのみに役立つことができる。これらのリングに組み込まれた衛星の各々は、リング内で通信するので、地上局および衛星ネットワークリングの外側の衛星を含む任意の２つのポイント間で情報を迅速に送信することができる。

図１は、本開示の実施形態による例示的な衛星ネットワークリングの概略図である。 図２は、本開示の実施形態による例示的な衛星ネットワークリングの第２の概略図であり、外部衛星、リングに組み込まれた衛星、および地上局間の潜在的な通信経路のいくつかを示す。 図３は、本開示の実施形態による例示的な衛星ネットワークリングの概略図であり、最適化された通信経路を示す。 図４は、本開示の実施形態による例示的な衛星ネットワークリング内の複数のリングに組み込まれた衛星の概略図であり、単一の外部衛星に関する通信管理を示す。 図５は、本発明の１つ以上の実施形態での使用に適応可能なコンピュータシステムのブロック図である。 図６は、本開示の実施形態による、例示的な衛星ネットワークリングの中で複数のリングに組み込まれた衛星の概略図であり、外部衛星と地上局との間のクロスストラップ通信を示す。

特徴、態様、および利点は、図面を参照して以下に記載され、本発明を例示するが限定することを意図しない。図面において、同様の参照符号は、同様の実施形態を通して一貫して対応する特徴を示す。図１〜図５は、衛星ネットワークリングの実施形態の様々な態様を示す。しかしながら、ここで具現化される様々な態様および教示は、いかなる特定のモバイルデバイスまたはケース実装にも限定されないことを理解されたい。

図１から図３は、宇宙ベース電子データ転送ネットワークシステム（「衛星ネットワークリング」または「スカイクラウド（ＳｋｙＣｌｏｕｄ）」）２００の実施形態を示す。

図１は、低地球軌道において単一の軌道面を占有する複数のリングに組み込まれた衛星２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６を示す衛星ネットワークリング２００の実施形態を示す。外部衛星１０１、１０２は、静止通信衛星として示されている。地球の表面上の地上局３０１、３０２は、それぞれ外部衛星１０１、１０２のカバレージエリア内に位置するように描かれている。矢印は、地上局３０１から経路Ａに沿って外部衛星１０１へ、経路Ｂに沿って、リングに組み込まれた衛星２０１へ、経路Ｃに沿って、リングに組み込まれた衛星２０２へ、経路Ｄに沿って、リングに組み込まれた衛星２０３へ、経路Ｅに沿って、リングに組み込まれた衛星２０４へ、経路Ｆに沿って、外部衛星１０２へ、経路Ｇに沿って、地上局３０２へ送信された情報を示す。この実施形態では、少なくともリングに組み込まれた衛星２０１および２０４は、外部の静止衛星と通信することができ、リングに組み込まれた衛星２０２および２０３は、リングに組み込まれた衛星２０１とリングに組み込まれた衛星２０４との間のブリッジとして機能する。地上ケーブルを横切って通信を送信する代わりに、通信は、完全に宇宙ベース通信を通して地球の一方の側から地球の反対側に移動されたた。

本実施形態では、低地球軌道は、地球の表面から約８００キロメートル上方にある。この半径では、リングに組み込まれた衛星２０１〜２０２〜２０３〜２０４〜２０５〜２０６、そして２０１へ戻るまでの回路を完成する情報は、約４５，０００キロメートル移動する。光速では、その回路全体が約１５０ミリ秒の待ち時間を導入するが、最適化された経路は、回路の二分の一よりはるかに多く、または約７５ミリ秒の待ち時間を必要とすることは稀である。この図は、単一の軌道面内の６つのリングに組み込まれた衛星２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６からなる衛星ネットワークリング２００を示しているが、衛星ネットワークリング２００は、より多くのまたはより少ない衛星を含むことができ、これらのリングに組み込まれた衛星は、複数の軌道面を占有することができることを理解されたい。追加のリングに組み込まれた衛星は、追加の帯域幅、緊急バックアップ、代替通信経路、データストレージ、および／または代替外部接続ポイント、および／またはデータストレージを提供することができる。

図１は、地上局３０１から外部衛星１０１へのリングに組み込まれた衛星２０１への通信を示しているが、場合によっては、地上局３０１からリングに組み込まれた衛星２０１への通信、およびリングに組み込まれた衛星２０４から地上局３０２への通信を直接可能にすることが可能または好ましい場合がある。本通信経路Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇは、約１６５，０００キロメートル（または約５５０ミリ秒の距離待ち時間）の距離をに組み込まれた、そのうちの約１４０，０００キロメートルは、外部衛星１０１、１０２へ、または外部衛星１０１、１０２から移動するために費やされる。通信が地上局３０１からリングに組み込まれた衛星２０１へ、経路Ｃに沿って経路Ｄへ、そしてリングに組み込まれた衛星２０４から地上局３０２へ、移動できる場合、その通信経路は、約２５，０００キロメートル（または約８５ミリ秒の距離待ち時間）に短縮できる。

図２は、追加の地上局３０３、３０４および追加の外部衛星１０３、１０４を含む衛星ネットワークリング２００の代替実施形態を示す。図２は、また、各最短通信リンクを矢印で示す。本構成では、地上局３０２、３０３、および３０４は、地球の昼側にあり、地上局３０１は、地球の夜側にある。外部衛星１０３のカバレージエリア内のユーザが衛星プロバイダを介して要求を送信するとき、そのユーザの要求は、地上局３０３によって満たされ、地上局３０３は、応答を外部衛星１０３に送信し、次にユーザに送信する。衛星インターネットアクセスおよび衛星オンデマンドサービスは、外部衛星１０３のカバレージエリア内のユーザに再ブロードキャストされるべき外部衛星１０３にコンテンツを送信することを地上局３０３に要求する。ほとんどの現代のネットワークでは、通信アクセスポイントは、アップストリーム帯域幅よりも大きなダウンストリーム帯域幅を有する。高トラフィック期間（例えば、この図では昼間の営業時間）の間、地上局３０２、３０３、３０４から各外部衛星１０２、１０３、１０４へのローカルに要求されたアップストリーム応答は、各地上局の最大アップストリーム帯域幅を超えるか、またはトラフィック輻輳に基づく遅延を経験する場合がある。衛星ネットワークリング２００は、衛星ネットワークリング２００を介して非ピーク地上局３０１に非待ち時間検知トラフィックをオフロードすることによって、プロバイダがピークトラフィック中にローカルアップストリームリソースを非輻輳させることを可能にする。

地上局３０２、３０３、３０４におけるアップストリーム輻輳を低減するために、衛星ネットワークリング２００は、プロバイダが非ピーク地上局３０１から外部衛星１０１へ、そして衛星ネットワークリング２００を介して、次に正しい外部衛星１０２、１０３、１０４を介して配信されるように、待ち時間に敏感でない要求（例えば、電子メール配信、ストリーミングメディア、ブロードキャストメディア、および大量ダウンロード）を要求することによって、いくつかのアップストリームトラフィックをオフロードすることを可能にする。これらの非待ち時間に敏感な要求は、かなりの距離を移動し、したがって待ち時間が増加するが、リンクが確立され、バッファリングが完了すると、影響を受けるユーザは待ち時間に気付かない場合があるが、ネットワークトラフィックおよびローカル待ち時間に敏感な要求の合計は、ローカルアップストリームトラフィックの減少から利益を得ることになる。ピークトラフィックおよび非ピークトラフィックは、この例では、昼間および夜間によって示されるが、ピークトラフィックおよび非ピークトラフィックは、時間と無関係であり得るか、またはユーザの満足度を改善するために、相対トラフィックに基づくネットワーク制御によってオンザフライで調整および切り替えられ得る。このネットワーク非輻輳はまた、衛星サービスプロバイダが、世界の他の地域の低コストプロバイダから含量を取得すること、またはそうでなければ利用不可能なローカルコンテンツを伝達することを可能にする。

図３は、地上局３０１と地上局３０２との間の最適化された通信経路を示す。地上局３０１は、経路Ｖに沿って外部衛星１０１に送信し、外部衛星１０１は経路Ｗに沿ってリングに組み込まれた衛星２０１に再送信し、通信は、衛星ネットワークリング２００に組み込まれる。次の連続するリングに組み込まれた衛星２０２に含有量を送信する代わりに、ネットワーク管理システム（図示せず）は最適化された通信経路を計算し、経路Ｘに沿ってリングに組み込まれた衛星２０４に直接送信し、距離および待ち時間を短縮する。次いで、リングに組み込まれた衛星２０４は経路Ｙに沿って外部衛星１０２に送信し、外部衛星１０２は、経路Ｚに沿って地上局３０２に通信を送信することによって通信を完了する。この図は、２つのリングに組み込まれた衛星のみを通過するが、他の例ではこの通信経路は、多数の通信経路を組み込むことができる。衛星ネットワークリング内の１つまたは複数の衛星２０９、２１０、２１１が（例えば、損傷、干渉、ローカル規制、セキュリティリスク、またはローカルトラフィックのために）利用できない場合、ネットワーク管理システムは、代替ルートに沿って通信経路を方向付けることができる。場合によっては、代替経路がリングに組み込まれた衛星２０８からリングに組み込まれた衛星２１２に直接送信することによって、利用不可能なリングに組み込まれた衛星をバイパスする。他の例では、代替経路が他の軌道平面（図示せず）からのリングに組み込まれた衛星を組み込む。さらに他の例では、代替経路は、ネットワークの周りを反対方向に移動し（例えば、リングに組み込まれた衛星２０８から２０５〜２０２〜２１２への経路を完成させる）、利用不可能な衛星２０９、２１０、２１１にもかかわらず、送信を完了する。経路最適化は、システムが任意の許容可能な経路を利用して送信を完了することを可能にし、衛星ネットワークリング２００の耐久性、信頼性、および速度を改善する。別の実施形態では、気象またはハードウェアの故障が衛星ネットワークリング２００から特定の地上局３０１への直接送信を許可しない場合、ネットワーク管理システム（図示せず）は代替経路を最適化し、代替地上局を介して接続し、地上ベースの通信システムを介して接続を完了する。

図４は、複数のリングに組み込まれた衛星２０１、２０２が単一の外部衛星１０１に対してどのように一緒に動作するかを示す。この図では外部衛星１０１が地上局３０１上に位置する静止通信衛星であるが、外部衛星１０１は研究衛星、測位衛星、月、宇宙局、スペースシャトル、非軌道衛星、または任意のＬＥＯ、中間地球軌道（ＭＥＯ）、ＧＥＯ、高地球軌道（ＨＥＯ）、または楕円軌道衛星など、リングに組み込まれた衛星ではない任意の他の衛星とすることができる。図４において、外部衛星１０１は３つのスポットビーム１１０、１１、１１２を含み、リングに組み込まれた衛星２０１および２０２はそれぞれ外部衛星１０１のスポットビームの１つの中にある。

一実施形態では、リングに組み込まれた衛星は、外部衛星１０１からの通信のみを受信することができるが、リングに組み込まれた衛星は、スポットビーム１１０、１１１通信の内側にあり、外部衛星１０１との複数の同時通信リンクを利用することができる。ネットワーク管理システム（図示せず）は、複数のリングに組み込まれた衛星２０１、２０２を１つまたは複数の外部衛星１０１、１０２（図示せず）に同時に接続して、帯域幅および伝送レートの増加を達成することができる。衛星ネットワークリング２００は、モジュール式であるので、衛星ネットワークリング２００に追加のリングに組み込まれた衛星２０１、２０２などを追加すると、システムの全帯域幅が増加し、経路最適化のオプションが増加する。一実施形態では、衛星ネットワークリングは、常に、２つの接続点間の２つ以上の同時通信接続を維持する。

集約通信に加えて、衛星ネットワークリング２００内の一定の結線は、第１のリングに組み込まれた衛星２０１が外部衛星１０１との通信を別のリングに組み込まれた衛星２０２にシームレスにハンドオフして、中断することなく外部衛星１０１との衛星ネットワークリング２００の結線を維持することを可能にする。一実施形態では、第１のリングに組み込まれた衛星２０１は、外部衛星１０１との通信を引き継ぐときに、第２のリングに組み込まれた衛星２０２と通信することができる。別の実施形態では、第１のリングに組み込まれた衛星２０１は、第２のリングに組み込まれた衛星２０２が外部衛星１０１のスポットビーム１１２のうちの１つ内に到着することを期待するときに、外部衛星１０１と通信することができる。他の実施の形態では、第１リング衛星２０１は、１番目のスポットビーム１から１０番目のスポットビーム１１１へ、３番目のスポットビーム１１２へと移行するため、外部衛星１０１とのリンクを継続することができる。別の実施形態では、先導リングに組み込まれた衛星２０１は、特定のスポットビーム１１２または外部衛星１０１に対する最適化命令を後続リングに組み込まれた衛星２０２に通信することができる。さらに別の実施形態では、第１のリングに組み込まれた衛星２０１は、その認証ハンドシェークを第２のリングに組み込まれた衛星２０２にハンドオフして、外部衛星１１０との接続確立時間を最小限に抑えることができる。２つのリングに組み込まれた衛星２０１、２０２間の開示された最適化の各々は、３つ以上のリングに組み込まれた衛星に適用することができる。

図５は、本開示の１つまたは複数の実施形態での使用に適応可能なコンピューティングシステム５００のブロック図である。例えば、コンピューティングシステム５００の１つまたは複数の部分を使用して、図２のリングに組み込まれた衛星２０１、２０２などの内部で機能を実行することができる。プロセッサ５０１は、メモリ５０２、データストレージ５０３、ＴＴ＆Ｃシステム５０４、電力システム５０５、通信アレイ５０８、センサ５１０、および入力／出力インターフェース５１１に結合される。電力システム５０５は、１つまたは複数のバッテリ５０６を含み、バッテリ５０６を再充電することができる電源５０７を含むことができる。通信アダプタ５０８は、１つ以上の通信アレイ５０９に接続される。

１つまたは複数のプロセッサ５０１は、永続メモリ５０３および／または非永続メモリ５０２に接続され、電力システム５０５、通信アダプタ５０８および通信アレイ５０９、ならびにデータストレージ素子（または５０２）の動作を制御する。複数のｉｎｒに組み込まれた衛星２０１、２０２は、処理能力をプールして、複雑なプロセスの計算を共同で管理することができる。プロセッサ５０１またはデータストレージ素子５０３は、データを保護し、記憶を最適化するための暗号化および／または重複排除命令を含むことができる。プロセッサ５０１はまた、アクセスポイント認証情報をチェックし、アクセスポイントがデータストレージ素子５０３へのアクセスを提供する前にデータを送信または検索する権限を与えられていることを確認する権限付与システムを含んでもよい。

データストレージ素子５０３は、電力システム５０５によって電力供給され、磁気ハードドライブ、フラッシュメモリ、３Ｄ ＮＡＮＤメモリ、３Ｄ Ｘｐｏｉｎｔ、サーバクラスメモリ、ＤＤＲ、ホログラフィックメモリ、他のキャッシュメモリ回路またはチップ、および／またはＤＮＡ記憶装置を備えることができる。一部のリングに組み込まれた衛星２０１は、リモートクラウドストレージを提供する主目的を有する記憶衛星であってもよい。データストレージ素子５０３は、発射中の力および振動、空間の真空における極端な温度および圧力、および／または惑星磁場の外側の放射露出を減衰するように、特別に構成され、遮蔽され、取り付けられてもよい。磁気ハードドライブは、真空中での動作を可能にするために加圧および密封され得る。いくつかの態様では、データストレージ素子５０３は、ストレージ素子への書き込みを中断するか、または損傷を最小限に抑えるために強い放射の期間中に完全にパワーダウンすることができる。ディスエーブルまたはサスペンドされた記録期間中に受信された任意の命令またはデータは、発信元の記憶衛星に戻されるか、または別のリングに組み込まれた衛星２０３に向けられ得る。命令またはデータが通信衛星または中継衛星１０１から受信された場合、命令またはデータは、記録のために代替のリングに組み込まれた衛星に向けられる。データストレージ素子５０３は、低電力モードまたはアイドルモードに入ることもできる。低電力またはアイドルモードは、低トラフィック期間中に電力消費を節約し、熱を低減し、またはデータストレージ素子のいくつかを無効にするのに有益であり得る。データストレージ素子５０３は、放射干渉を最小限に抑えるために遮蔽されてもよい。データストレージ素子５０３は、任意の破損ビットをフリップまたは書き換える能力を含むことができる。データストレージ素子５０３は、モジュール式、交換式、または拡張式とすることができる。データストレージ素子５０３は、データを安全にバックアップするために、記憶衛星内および記憶衛星間の複数の位置にデータを冗長に記憶することができる。場合によっては、別のリングに組み込まれた衛星２０３から通信アレイ５０９で受信された命令がプロセッサ５０１をバイパスし、データストレージ素子５０３に直接進んで記録する（または異なる通信アレイ５０９’に進んで再送信する）ことができる。

電源５０７は、１つ以上の電池に電気的に結合された太陽電池パネル、熱収穫、原子融合、原子核分裂、化学崩壊、または自由電子収集システムのうちのいずれかを含むことができる。一実施形態では、電源５０７は、太陽エネルギーを収集してリングに組み込まれた衛星２０１に電力を供給し、バッテリ５０６を充電することができるソーラーパネルである。バッテリは、衛星が惑星または他の物体によって太陽光線から遮られたときに、バックアップ電力を供給する。一態様では、記憶衛星は、吸収されるエネルギーを増加または減少させるために、ソーラーパネルを開閉する、またはソーラーパネルを光源に向かってまたは光源から遠ざかるように向けることができるロボティクスおよび電子命令を含む。地球の日陰に入る前、または地球の日陰から出た直後に、エネルギー吸収を増加させることが有益であり得る。バッテリがほぼ満杯であるか、または衛星が熱エネルギーを低減する必要がある場合、エネルギー吸収を低減することがさらに有益であり得る。電源５０７は、太陽エネルギーまたは他の何らかの独立した動力を吸収するための太陽パネル５０７’（図示せず）を含み得る。いくつかの実施形態では、衛星は、太陽エネルギー吸収を最適化するためのロボティクスおよびプログラミングを含み、これには太陽アレイを開閉すること、および吸収パネルを太陽または別の光源に向かってまたは太陽または別の光源から離れるように向けることが含まれる。衛星のバッテリ５０６は、ソーラーパネル５０７’で集められたエネルギーを蓄積し、地球または他の目的が太陽光線を遮断する期間中、衛星が機能し続けることを可能にする。いくつかの実施形態では、衛星は、過剰な熱を最小限に抑えるために、バッテリが所定の閾値を超えて充電されるときに、太陽パネル５０７’を太陽から離れるように閉じるか、または角度をつけることができる。

通信アレイ５０９は、衛星ネットワークリング２００内の他のリングに組み込まれた衛星２０２、２０３と通信することができる無線通信システム（例えば、レーザ通信リンク、マイクロ波リレー、または無線周波数送信）を含むことができる。リングに組み込まれた衛星２０１は、光レーザ通信リンクを介して、および／または許可された国際電気通信連合（ＩＴＵ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｕｎｉｏｎ）の国連管理機関によって使用が許可された任意の承認された無線周波数（例えば、Ｌバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｘバンド、Ｋｕバンド、Ｋａバンド、Ｖバンド、およびＷバンド、または任意の他のＩＴＵで承認された周波数）を介して、エンドユーザと通信することができる。一態様では、各リングに組み込まれた衛星２０１の通信アレイは、直前にある先行衛星および直後にある後続衛星の通信アレイと絶えず通信する。衛星ネットワークリング２００は、連続的なネットワークを作成することができ、任意のリングに組み込まれた衛星２０１が、ネットワーク内の任意の他の衛星にデータおよび命令を送信するか、またはネットワーク内の任意の他の衛星からデータおよび命令を取り出すことを可能にする。別の態様では、各衛星がネットワークの信頼性および性能を改善するために、前方の２つ以上の衛星および後方の２つ以上の衛星と通信することができる。リングに組み込まれた衛星２０１は、交互の軌道面または軌道半径の他の衛星と通信することもできる。一態様では、通信アレイ５０９は、さらに、１つまたは複数の通信衛星とデータおよび命令を送信および取り出すことができ、１つまたは複数の通信衛星は、アクセスポイントとデータおよび命令を送信および取り出す。前述のように、いくつかの実施形態では、通信アレイ５０９は、地上局３０１、３０２と直接データおよび命令を送信および取り出すことができることが好ましい場合がある。

いくつかの実施形態では、リングに組み込まれた衛星２０１は、位置決定システム（図示せず）、近接検出（図示せず）、衝突検出（図示せず）、温度検出（図示せず）、放射検出（図示せず）、衛星テレメトリ、ナビゲーション測位のための追跡および制御（ＴＴおよびＣ）送信機器５０４、入力／出力インターフェース５１１、および誘導または推進システム（図示せず）を含み、その結果、リングに組み込まれた衛星２０１は、軌道減衰について自己補正し、衛星間隔を調整して、衛星ネットワークリング２００への他のリングに組み込まれた衛星２０２の追加または減算を最適化することができる。

一実施形態では、衛星クラウドネットワークは、低地球軌道（地球の表面から１６０キロメートルから２０００キロメートルの間）を移動する複数の記憶衛星を含む。軌道衛星は多くの実施形態で論じられるが、風船、ブリンプ、戦闘機、航空機、船舶、固定データセンタ、またはそれらの任意の組合せなどのサブ軌道要素に依存する類似のネットワークを、本発明から逸脱することなくネットワークに組み込むことができることは当業者には明らかであろう。各記憶衛星は、前方の衛星および後方の衛星と通信し、リング内の各衛星を接続する連続ループまたはリングを生成する。１つの衛星が動作を停止した場合、残りのすべての記憶衛星は、反対の方向にデータを送信することによってネットワーク通信に留まる。追加のまたは冗長な衛星はまた、ネットワークシステムの柔軟性および生存可能性を増加させることができる。

図６は、衛星ネットワークリング２００の代替実施形態を示し、各リングに組み込まれた衛星２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７が異なる帯域で通信するか、または異なる目的を果たすことができることを示す。本実施形態では、各リングに組み込まれた衛星２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７は、異なる帯域のマイクロ波通信（例えば、Ｌバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｘバンド、Ｋｕバンド、Ｋバンド、Ｋａバンド、およびＶバンド）を受信することができ、したがって、衛星ネットワークリング２００は、地球の表面上に位置する地上端末または地上局３０１、３０２、３０３、３０４、３０５へ、および地上局３０１、３０２、３０３、３０４、３０５から信号を送信することなく、通信衛星をクロスストラッピングすることができる。静止通信衛星１０１は、Ｋｕバンド、Ｘバンド、およびＣバンドでブロードキャストする。静止通信衛星１０２は、Ｋａ帯域およびＳ帯域でブロードキャストする。

衛星ネットワークリング２００内のリングに組み込まれた衛星２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７のすべてが通信可能にリンクされているので、リングに組み込まれた衛星２０２によって傍受されたＫｕバンド信号または静止通信衛星１０１からのリングに組み込まれた衛星２０４によって傍受されたＣバンド信号は、衛星ネットワークリングを介して送信され、信号が受信された周波数とは異なる周波数帯域で静止通信衛星１０２に送信されることができる。各々が全てまたは多くの周波数帯域を介して通信することができるアレイを組み込むクロスストラッピング衛星群を組み込む代わりに、衛星ネットワークリングは、単一帯域中継衛星を介して異なるマイクロ波帯域で通信する衛星間のクロスストラッピングを可能にする。

本実施形態では、Ｘバンド衛星２０３は、静止通信衛星１０１からＸバンド通信を受信し、その信号を光レーザを介してＫａバンド衛星２０５（直接または中間リングに組み込まれたＣバンド衛星２０４を介して）に送信することができる。Ｋａバンド衛星２０５は、静止通信衛星１０２に信号を送信することができ、静止通信衛星１０２は、Ｋａバンド端子３０５に信号を再送信する。衛星ネットワークリング２００を通して、複数の比較的安価な単一周波数（または制限された周波数）帯域中継衛星は、中間地上局に依存することなく、既存の衛星システムをクロスストラップすることができ、地上局のアップストリーム輻輳を大幅に低減することができる。

これらのリングに組み込まれた衛星の各々は、リング内で通信するので、情報は、任意の２つのポイント間で迅速に送信されることができ、個々の衛星の各々は、簡単に構築されることができるので、システムは、任意の既存の衛星システムまたは新しい衛星システムとの通信を可能にするために、安価でモジュール的に拡張可能である。この衛星ネットワークリング２００は、衛星ネットワークリング２００を介して非ピーク地上局３０１に非待ち時間感受性トラフィックをオフロードすることによって、プロバイダがピークトラフィック中にローカルアップストリームリソースを非輻輳させることを可能にする。

さらに、少なくとも１つの実施形態では、説明されるシステムが信号を復調または再変調することなく、変調された信号を１つの周波数（例えば、ＲＦ、光、マイクロ波など）から別の周波数に変換することができ、それによって、システムが任意の方法で信号を処理することによって引き起こされる追加の遅延なしに、信号を素早く変換し、送信することを可能にする。

本明細書では、様々な態様および実装は、特定の好ましい実施形態、実装、および例の文脈で開示されているが、当業者は、本発明が具体的に開示された実施形態を越えて、本発明の態様の他の代替実施形態および／または使用、ならびにその明らかな修正および等価物に及ぶことを理解するのであろう。さらに、態様の多くの変形に留意したが、それらの範囲内にある他の変更は、本開示に基づいて当業者には容易に明らかになるのであろう。また、本開示の範囲は、開示される主題の様々な特徴、実施および動作のモード、ならびに態様が互いに組み合わせられるか、または置き換えられ得るように、本明細書で開示される実施形態の特定の特徴および態様の様々な組み合わせまたはサブコンビネーションを含むことを理解されたい。したがって、本明細書で開示される本発明の範囲は、上述の特定の開示される実施形態または実装形態によって限定されるべきではなく、特許請求の範囲を公平に読むことによってのみ決定されるべきであることが意図される。

同様に、この開示方法は、任意のクレームがそのクレームに明示的に列挙されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の態様は、任意の単一の前述の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない特徴の組み合わせにある。したがって、詳細な説明に続く特許請求の範囲は本明細書によってこの詳細な説明に明確に組み込まれ、各特許請求の範囲は別個の実施形態としてそれ自体で立っている。

Claims (20)

1. 宇宙ベース電子データ転送ネットワークであって、
   地球周りの少なくとも１つの連続通信ループを形成する１つまたは複数の軌道平面を占有する複数の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星を備え、
   第１の静止通信衛星から第１の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星によって受信される第１のコンテンツは、第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星に送信され、
   前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星は、前記第１のコンテンツを、地上局に送信される第２の静止通信衛星に送信する、
   宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
2. 前記第２の静止通信衛星と直接通信する第２の地上局は、高いアップストリームトラフィック負荷で動作しており、
   前記複数の通信可能にリンクされた低軌道衛星は、前記第１の静止通信衛星と直接通信する第１の地上局からアップストリームトラフィックをリダイレクトし、
   前記第１の地上局は、前記第２の地上局よりも低いアップストリームトラフィック負荷を受ける、請求項１に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
3. 前記第１の静止通信衛星と前記第１の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星と前記第２の静止通信衛星との間の通信リンクの周波数とは異なる帯域内にある、請求項１に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
4. 前記第１の静止通信衛星と前記第１の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋｕバンド内にある、請求項３に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
5. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋバンド内にある、請求項４に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
6. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋａバンド内にある、請求項４に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
7. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｃバンド内にある、請求項４に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
8. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋバンド内にある、請求項３に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
9. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋｕバンド内にある、請求項８に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
10. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋａバンド内にある、請求項８に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
11. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｃバンド内にある、請求項８に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
12. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋａバンド内にある、請求項３に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
13. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋｕバンド内にある、請求項１２に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
14. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋバンド内にある、請求項１２に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
15. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｃバンド内にある、請求項１２に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
16. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｃバンド内にある、請求項３に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
17. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋｕバンド内にある、請求項１６に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
18. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋバンド内にある、請求項１６に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
19. 前記第２の静止通信衛星と前記第２の通信可能にリンクされた低地球軌道衛星との間の通信リンクの周波数は、Ｋａバンド内にある、請求項１６に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。
20. 前記宇宙ベース電子データ転送ネットワークは、モジュール的に拡張可能である、請求項１に記載の宇宙ベース電子データ転送ネットワーク。

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