JP2020527910A - 衛星プラットフォームにおける軌道ネットワーク層状化 - Google Patents

Abstract

本明細書で説明するシステム、方法、およびソフトウェアは、衛星装置のクラスタに通信ネットワークを展開するための機能強化を提供する。一例では、第１のサブセットの衛星装置は、第１の軌道層において周回するように構成され、第２のサブセットの衛星装置は、第２の軌道層において周回するように構成される。通信ネットワークは、衛星装置間に形成され、通信ネットワークの動作状態に少なくとも部分的に基づいて、第１の軌道層と第２の軌道層との間で通信を選択的に交換するように構成される。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１７年７月１９日に出願された「ＯＲＢＩＴＡＬ ＮＥＴＷＯＲＫ ＬＡＹＥＲＩＮＧ ＩＮ ＳＡＴＥＬＬＩＴＥ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第１５／６５３，６７８号の利益および優先権を主張する。

衛星は、軍事および民間の観測業務、通信業務、ナビゲーション業務、気象業務、ならびに研究業務などの様々な宇宙ベースの業務を提供するために軌道に展開され得る。衛星は、所望のタスクを実行するために使用される様々なセンサおよび通信機器を含むことができる。ただし、軌道に展開されたほとんどの衛星は、特に多数のセンサを有する衛星全体の使用を必要としないかもしれない、または衛星において連続動作を必要としないかもしれない組織にとっては、作製して軌道に投入するのに高価な単一のエンティティを備える。その結果、組織は、衛星の使用を避け、有望な衛星技術の使用を制限する恐れがある。

本明細書で説明するシステム、方法、およびソフトウェアは、衛星装置のクラスタに通信ネットワークを展開するための機能強化を提供する。一例では、第１のサブセットの衛星装置は、第１の軌道層において周回するように構成され、第２のサブセットの衛星装置は、第２の軌道層において周回するように構成される。通信ネットワークは、衛星装置間に形成され、通信ネットワークの動作状態に少なくとも部分的に基づいて、第１の軌道層と第２の軌道層との間で通信を選択的に交換するように構成される。

この発明の概要は、技術的開示において以下にさらに説明される概念の選択を単純化された形態で紹介するために提供される。この発明の概要は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を限定するためにも使用されるべきではないことが理解されるべきである。

本開示の多くの態様は、以下の図面を参照してより良好に理解され得る。これらの図面に関連していくつかの実装形態が説明されるが、本開示は、本明細書に開示された実装形態に限定されるものではない。それどころか、その意図は、全ての代替例、修正例、および均等物を網羅することである。

一実装形態による衛星環境を示す。

一実装形態による仮想ノード用のプラットフォームを提供することができる衛星の拡大図を示す。

一実装形態による衛星の層状展開の動作を示す。

一実装形態による衛星環境を示す。

一実装形態による衛星環境を示す。

一実装形態による衛星の擬似静止展開の動作を示す。

一実装形態による衛星環境を示す。

一実装形態による衛星環境を示す。

一実装形態による衛星の特殊な役割展開の動作を示す。

一実装形態による衛星環境を示す。

一実装形態による衛星環境を示す。

一実装形態によるピアリング衛星動作を示している。

一実装形態による仮想化衛星アプリケーションプラットフォームを提供する衛星コンピューティングシステムを示す。

本明細書で開示される様々な例は、衛星ハードウェアおよびソフトウェア技術の強化を提供する。例えば、衛星装置のクラスタは、発射システムを使用して軌道に展開できる。これらの衛星装置は、処理システム、ストレージシステム、および通信システムで構成されたＣｕｂｅＳａｔ装置などの汎用衛星装置を備えることができる。これらの衛星装置はまた、プロビジョニングされたハードウェアまたはソフトウェア要素に応じて定義できるか、または関連する衛星に展開された特定のセットのアプリケーションに関連付けることができる特殊な役割を有することができる。いくつかの例では、複数の衛星装置の複層軌道配置が提供される。この複層配置により、他の動作の中でもとりわけ、通信、撮像カバレッジ、冗長性、および耐故障性が強化される。擬似静止ウィンドウは、衛星装置の特殊な動作をトリガするために、仮想または論理的に定義されたウィンドウを通る通過を使用する衛星プラットフォームによって確立できる。その他の例には、１つ以上の衛星装置が、仮想マシン画像、コンテナ、差分状態情報、またはクラスタの１つ以上のピア衛星装置による仮想ノードの実行に関連する他の状態情報の展開に使用されるストレージシステムを含めることができるストレージエリアネットワーク（ＳＡＮ）構成が含まれる。

本明細書で開示される例は、周回衛星プラットフォームにソフトウェアアプリケーションを展開するためのシステムおよび方法を提供し、各ソフトウェアアプリケーションは、同じ衛星装置に展開される１つ以上の他のアプリケーションとリソースを共有できる仮想ノードとして実行される。これらの仮想ノードは、一部の例ではフルオペレーティングシステム仮想マシンを備えることができ、さらに仮想コンテナを備えてもよい。これらのコンテナは、Ｄｏｃｋｅｒコンテナ、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）コンテナ、ｊａｉｌ、またはホストシステムからのリソースの効率的な管理を提供することができる他の同様のタイプの仮想コンテインメントノードを含んでもよい。コンテナによって使用されるリソースは、ホストコンピューティングシステムからのカーネルリソースを含むことができ、ホスト上で実行される他のコンテナまたはプロセスと共有できるリポジトリおよび他の承認されたリソースをさらに含んでもよい。しかしながら、リソースはホスト衛星装置上のコンテナ間で共有されてもよいが、コンテナは、独自の識別子空間、ファイルシステム構造、およびネットワークインタフェースを使用してオペレーティングシステムに対するプライベートアクセスを有するようにプロビジョニングされる。

この例では、衛星プラットフォームを提供するために、本明細書では衛星または衛星装置と呼ばれる複数の衛星装置を展開することができる。組織はアプリケーションを生成し、そのアプリケーションを衛星装置に展開して、所望の動作を実行することができる。これらの動作は、軍事および民間の観測業務、通信業務、ナビゲーション業務、気象業務、および研究業務を含むことができる。アプリケーションは、周回衛星プラットフォームの１つ以上の衛星装置に展開できる。いくつかの実装形態では、地上制御システムまたは地上通信システムを１つ以上の衛星装置へのアップリンクとして使用して、１つ以上の衛星装置のそれぞれにアプリケーションを提供することができる。他の実装形態では、プラットフォーム内の衛星装置に対して単一のアップリンクを作成することができ、衛星装置は、アプリケーションをプラットフォーム内の他の所望の衛星装置に配信するように構成される。その環境に展開されると、アプリケーションは割り当てられた衛星装置で実行され得る。

いくつかの実装形態では、衛星プラットフォームの衛星装置は、それぞれ、プラットフォームについての１つ以上の他の衛星および地上制御システムと状態情報を交換することができる。この状態情報は、動作しているタスクまたはプロセスなど、各アプリケーションの現在の動作状態情報を含むことができ、さらに衛星のセンサから少なくとも部分的に生成されたデータを交換することができる。このデータは、ピアグループで使用されることができ、第１の衛星は、第１のデータセットを識別し、そのデータを第２の衛星に提供することができる。そして、第２の衛星は、第２のデータを識別し、アプリケーションによって定義されるような第１および第２のデータを処理することができる。一例として、この動作は、撮像動作において使用されることができ、第１の衛星は、第１の期間にわたってオブジェクトの画像を撮像し、その画像についてのデータを第２の衛星に提供することができる。第２の衛星は、後続の画像を撮像し、第１の画像および後続の画像についてのデータを使用して、オブジェクトに関する判定を下すことができる。これは一例であるが、他の動作は、状態データのピア共有を使用して衛星センサからの測定データに関する特性を識別することができることが理解されるべきである。

第１の例の衛星プラットフォームとして、図１を示す。図１は、一実装形態による衛星環境１００を示している。衛星環境１００は、衛星１１１〜１１６が上層１１０に配置され、衛星１２１〜１２６が下層１２０に配置された衛星クラスタ１０１を含む。図１はまた、地上制御システム１７０および地球１９０を含む。衛星１１１〜１１６は、第１の軌道層を形成し、上層１１０のメンバ間でネットワーク通信を交換するための循環ネットワーク配置を含む。衛星１２１〜１２６は、第２の軌道層を形成し、下層１２０のメンバ間でネットワーク通信を交換するための循環ネットワーク配置を含む。層は、地球１９０の表面からの軌道距離、軌道傾斜、あるいは層を区別して衛星のグループを形成できる他の軌道特性またはメトリックを備えることができる。衛星１１１〜１１４は無線ネットワークリンク１４１〜１４２を介して通信し、衛星１２１〜１２４は無線ネットワークリンク１４３〜１４４を介して通信する。いくつかの例では、さらなる無線ネットワークリンク１４５が含まれて、層１１０と１２０の間の通信を結合する。地上制御システム１７０は、関連する無線通信リンク１５１〜１５２を使用して衛星１１１ １２１と通信する。

本明細書で説明されるように、複数の衛星１１１〜１１６および１２１〜１２６は、複数の異なるソフトウェアアプリケーションペイロードについての周回プラットフォームとして打ち上げられて展開され得る。地上制御システム１７０は、衛星のうちの１つ以上によるアップリンクを開始してソフトウェアアプリケーションペイロードを衛星に提供するとともに、衛星に関する任意のスケジューリング情報を更新することができる。所望の衛星にアップロードされると、ソフトウェアアプリケーションペイロードは、実行を開始することができる。いくつかの実装形態では、地上制御システム１７０からのアップリンクは、必要とされる衛星にアプリケーションを提供する責を単独で担うことができる。他の実装形態では、地上制御システム１７０は、その後にそのアプリケーションを衛星プラットフォームの１つ以上の他の衛星に配信することができる第１のセットの衛星にアプリケーションを供給してもよい。例えば、地上制御システム１７０は、第１のアプリケーションをリンク１５１を介して衛星装置１１１に提供してもよく、衛星装置１１１は、次にそのアプリケーションをピアグループ内の他の衛星に供給してもよい。特に、衛星装置１１１は、同じピアグループ内にある衛星１１２にアプリケーションを提供することができ、衛星１１２が地上制御システム１７０から通信を直接受信することなくアプリケーションの動作を提供することを可能にする。さらに、衛星に初期構成を提供するのと同様に、地上制御システム１７０は、衛星プラットフォームにおいて動作する各アプリケーションに更新を供給するためにさらに使用されてもよく、各衛星上の任意のスケジューリング情報をさらに更新してもよい。

図２は、図１の要素の動作例を示すフロー図である。図２において、衛星クラスタ１０１は、第１の軌道層１１０内に第１のサブセットの衛星装置を確立し（２０１）、第２の軌道層１２０内に第２のサブセットの衛星装置を確立する（２０２）。図１では、第２の軌道層は、第１の軌道層の軌道１０２よりも短い第２の軌道距離を有する軌道１０３を備えるが、異なる距離を使用することもできる。他の例では、軌道の傾斜を使用して異なる層を定義できる。上述のように、層１１０は衛星装置１１１〜１１６を含み、層１２０は衛星装置１２１〜１２６を含む。代替として、異なる数の衛星を使用できることを理解されたい。

通信ネットワークは、層１１０のメンバ間および層１２０のメンバ間で形成され、層の衛星装置の総数のサブセットであってもよい。図１では、第１の通信ネットワークが衛星装置１１１〜１１４の間に形成され、第２の通信ネットワークが衛星装置１２１〜１２４の間に形成されている。いくつかの例では、他の構成の中でもとりわけ、両方の層のメンバ間で第３の通信ネットワークを形成できるか、または、第１および第２の通信ネットワークを単一のネットワークに統合できる。通信ネットワークの形成後、衛星装置は、第１の軌道層と第２の軌道層の間で通信を選択的に交換することができる（２０４）。

通信ネットワークを形成するために、様々な配置および割り当てを関連する衛星装置について識別することができる。衛星クラスタ１０１は、通信ネットワークを衛星装置間に形成することができ（２０３）、通信ネットワークの動作状態に少なくとも部分的に基づいて、第１の軌道層と第２の軌道層との間で通信を選択的に交換する。様々な通信ネットワークは、地上制御システム１７０によって配信されるクラスタリング定義１７１にしたがって形成され得る。クラスタリング定義は、第１のサブセットの衛星装置と第２のサブセットの衛星装置のメンバシップ割り当てを示し、クラスタリング定義は、関連する通信ネットワーク内に順方向通信パスおよび逆方向通信パスを確立する構成をさらに示すことができる。

衛星クラスタ１０１は、軌道層において順方向循環通信パスを確立し（２０５）、軌道層において逆方向循環通信パスを確立する（２０６）。図１では、上層１１０は順方向循環ネットワーク経路１４１および逆方向循環ネットワーク経路１４２を含み、下層１２０は順方向循環ネットワーク経路１４３および逆方向循環ネットワーク経路１４３を含む。軌道層に形成された順方向通信パスは、影響を受けた衛星装置の軌道方向に関する「順方向ヘリシティ」で通信ネットワークのトラフィックを循環させる。軌道層に形成された逆方向通信パスは、影響を受けた衛星装置の軌道方向に関する「逆方向ヘリシティ」で通信ネットワークのトラフィックを循環させる。具体的には、上層１１０の軌道方向が軌道１０２の矢印で示されている場合、順方向は軌道内の同じ移動方向で各衛星装置を介してトラフィックを整列および伝播し、逆方向は軌道内の反対の移動方向で各衛星装置を介してトラフィックを整列および伝播し、移動方向は比較的直線として近似される。

このようにして、トラフィックを循環させる２つの経路が各層に形成され、トラフィックは関連する通信ネットワークの各衛星を通過する。経路１４１の場合、衛星順方向ルーティング順序は１１４−１１３−１１２−１１１で構成され、経路１４２の場合、衛星逆方向ルーティング順序は１１１−１１２−１１３−１１４で構成される。経路１４３〜１４４の同様の動作を図１に示す。衛星装置に関する故障により、衛星間の経路が中断される場合がある。ただし、トラフィックはどちらの方向にも循環することができるため、層の衛星装置間の信頼性の高い通信を確保するために、冗長経路が形成される。図１には２つの層が示されており、各層に別個の順方向／逆方向経路があるが、両方の層の個々の衛星装置が順方向／逆方向経路を共有できることを理解されたい。さらに、層間リンク１４５を使用して、個々の層の間でトラフィックを通信することができる。

各衛星装置は、通信パスの動作状態に基づいてトラフィックをルーティングするトラフィック方向を判定する（２０７）。この動作状態は、現在の衛星装置と１つ以上のピア衛星装置間で形成される通信リンクの状態など、ローカル状態であり得る。この動作状態はまた、ネットワーク全体についても判定でき、衛星装置間で報告できる。通信ネットワークのトラフィックのルーティング中に、衛星装置のうちの１つは、順方向通信パスおよび逆方向通信パスの動作状態に部分的に基づいて、トラフィックをルーティングするトラフィック方向を順方向通信パスおよび逆方向通信パスの中から判定するように構成される。通信ネットワークの動作状態が通信ネットワークの順方向通信パスに故障が発生していることを示すとき、衛星装置の１つは、逆方向通信パスを使用して、ターゲット衛星装置に配信するためにネットワークトラフィックをルーティングするように構成される。

層が確立されると、衛星クラスタによって様々な拡張動作が提供され得る。例えば、衛星から地上への通信は、通信ネットワークを介して容易になり得る。ソース衛星装置は、地上制御システム１７０に配信するためにネットワークトラフィックを識別し、通信ネットワークを介して地上制御システム１７０に配信するためにネットワークトラフィックを転送することができる。転送は、ソース衛星装置がメンバとなっている層など、特定の層で発生する可能性がある。転送はまた、その層の通信ネットワークの動作状態に一部基づいて、順方向または逆方向など、その層上の特定の経路／方向で発生する可能性がある。さらに、ソース衛星装置は、ネットワークトラフィックを地上制御システム１７０にルーティングできるピア衛星が見つかるまで、ネットワークトラフィックをピア衛星に転送することができ、ピア衛星は続いて別のピア衛星に転送するなどすることができる。例えば、ネットワークトラフィックは、衛星装置１１３で発生し、地上制御システム１７０と確立された通信リンク１５１を現在有する衛星装置１１１にネットワークトラフィックが到達するまで、経路１４１〜１４２の選択された順方向または逆方向にルーティングされ得る。少なくとも通信ネットワークの動作状態に基づいて、衛星装置１１１が地上制御システム１７０と現在通信できることを示す。

さらなる例では、地上制御システム１７０と通信できる衛星は現在の軌道層に含まれない場合があり、したがって、ネットワークトラフィックは、リンク１４５を介して軌道層１２０などの異なる軌道層にルーティングされ得る。ネットワークトラフィックが層１２０上にあると、図１に衛星装置１２１およびリンク１５２について示すように、衛星装置１２１〜１２４は、ネットワークトラフィックを地上制御システム１７０にルーティングできるターゲット衛星装置に到達するまでネットワークトラフィックをルーティングできる。

図１の要素に戻ると、衛星装置１１１〜１１６および１２１〜１２６は、軌道パッケージに含まれる様々なハードウェアおよびソフトウェア要素を備えることができる。いくつかの例では、衛星装置はＣｕｂｅＳａｔフォームファクタ装置を備えるが、変形が可能である。衛星装置は、１つ以上のセンサ、通信回路、処理回路、および制御／物流管理要素を含むことができる。衛星装置の図の説明は、以下の図２および図１３に含まれている。

衛星１１１〜１１６および１２１〜１２６は、アプリケーションが衛星上の仮想ノードとして実行できるようにするハードウェアおよびソフトウェア構成をそれぞれ含む。いくつかの実装形態では、衛星１１１〜１１６および１２１〜１２６は、アプリケーションなしで発射システムを使用して打ち上げられることができ、代わりに、地上制御システム１７０からアップリンクで提供されるときにアプリケーションをロードおよび実行するために使用され得る基本オペレーティングシステム、仮想マシン画像、またはハイパーバイザが提供され得る。他の実装形態では、衛星１１１〜１１６および１２１〜１２６は、衛星上のオペレーティングシステムまたはハイパーバイザを介して実行され得る第１のセットのアプリケーションを用いて構成され得る。したがって、軌道に入ると、アプリケーションは、実行を開始してアプリケーションの動作を提供することができる。これらのアプリケーションは、さらに、地上制御システム１７０からアップリンクで提供される情報に基づいて追加され、除去され、修正され得る。

地上制御システム１７０は、他の要素の中でもとりわけ、１つ以上の制御システム、サーバ、分散コンピューティングおよびストレージシステムを含む。通常、地上制御システム１７０は、衛星装置から通信を受信し、衛星装置に通信を転送するための１つ以上の通信システムを含む。地上制御システム１７０は、パケットネットワーク、インターネット、および他のエンティティなどの他のネットワークへのさらなるネットワークリンクを含むことができる。いくつかの例では、ソフトウェアペイロードは地上制御システム１７０で段階的に行われ、地上から衛星へのリンク１５１〜１５２を介して１つ以上の衛星装置に展開される。少なくとも第１の衛星装置で受信されると、これらのソフトウェアペイロードは、様々な衛星装置間でピアツーピア通信リンクおよびネットワークを介して配信され得る。地上制御システム１７０は、衛星装置からネットワークトラフィックを受信し、ルート、ブリッジ、スイッチ、および他のネットワーク処理機器を使用して、ネットワークトラフィックを他のネットワークシステムにルーティングすることができる。地上制御システム１７０はまた、衛星装置に配信するためにネットワークトラフィックを受信し、衛星装置に配信するためにこのネットワークトラフィックを転送し、衛星クラスタの様々な軌道層、経路、およびピアを介してネットワークトラフィックを分配することができる。

リンク１４１〜１４５およびリンク１５１〜１５２はそれぞれ、ネットワーク通信を交換するための１つ以上の通信経路を含む。リンク１４１〜１４５およびリンク１５１〜１５２はそれぞれ、様々な論理的、物理的、またはアプリケーションプログラミングインタフェースを備えることができる。リンクの例は、光学、空気、空間、またはその他の要素を輸送媒体として使用できる。リンク１４１〜１４５およびリンク１５１〜１５２はそれぞれ、インターネットプロトコル（ＩＰ）、イーサネット（登録商標）、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、その他の無線データインタフェース、またはその他の通信形式、それらの組み合わせ、改善、または変形など、様々なプロトコルおよび形式を使用できる。リンク１４１〜１４５およびリンク１５１〜１５２はそれぞれ、直接リンクを含むことができるか、あるいは中間ネットワーク、システム、または装置を含んでもよく、複数の物理リンクを介して輸送される論理ネットワークリンクを含むことができる。リンク１４１〜１４５およびリンク１５１〜１５２はそれぞれ、エンドポイント間でトラフィックを輸送するためのルータ、スイッチ、ブリッジ、トラフィック処理ノードなどを含むことができる。

図３は、一実装形態による仮想ノード用のプラットフォームを提供することができる例示的な衛星装置１１１の拡大図３００を示す。衛星１１１〜１１６および１２１〜１２６のいずれも同様の機能を含むことができ、衛星装置１１１は、任意の衛星装置の代表として含まれる。衛星装置１１１は、仮想化実行セグメント３０１、制御セグメント３０２、およびインタフェースセグメント３０３を含み、これらは様々な通信リンクを使用して結合され得る。仮想化実行セグメント３０１は、仮想ノード３４１〜３４４用の仮想化ユーザ空間３４０、オペレーティングシステムまたはハイパーバイザ３３５、オペレーティングシステムおよび仮想ユーザ空間を格納するストレージシステム３３２、ならびに処理システム３３０を含む仮想化実行システムを表す。制御セグメント３０２は、飛行制御システム３１１および推進ナビゲーション３１０をさらに含む。インタフェースセグメント３０３は、ユーザセンサシステム３２０および通信インタフェース３２１をさらに含み、通信インタフェース３２１は、地上（ｇｎｄ）通信および衛星間（ピア）通信に使用され得る。

センサシステム３２０は、撮像センサ、温度センサ、光センサ、信号品質センサ、または仮想ノード３４１〜３４４と相互作用することができる他の同様のセンサを含む１つ以上のセンサ装置を含むことができる。図３では、センサ「Ａ」および「Ｂ」が下向きセンサの例として示されている。スターセンサ、宇宙撮像センサ、放射線検出器、または他のセンサなどの、他のセンサが含まれることができることを理解されたい。

本明細書で説明されるように、組織は、衛星プラットフォームのうちの１つ以上の衛星上の仮想ノードとして展開され得るアプリケーションを生成することができる。これらのアプリケーションは、地上制御システムから提供されてもよく、または衛星装置１１１上の通信インタフェース３２１を介して他の衛星から提供されてもよい。アプリケーションが提供されると、ストレージシステム３３２に記憶され且つ処理システム３３０によって実行されるオペレーティングシステム／ハイパーバイザ３３５は、アプリケーションを実行するためのプラットフォームを提供することができる。ここで、衛星装置１１１に提供される各アプリケーションは、仮想ノード３４１〜３４４における別個の仮想ノードとして実行され、仮想ノードは、ストレージシステム３３２内の基礎となるオペレーティングシステムからリソースを共有することができるフルオペレーティングシステム仮想マシンまたはコンテナを含むことができる。

仮想ノードの実行を管理するために、オペレーティングシステム／ハイパーバイザ３３５は、処理システム３３０の処理リソースを各ノードに、ユーザセンサ３２０を各ノードに、および衛星装置１１１上の他の同様のリソースを割り当てるために使用されるスケジュールを管理することができる。特に、スケジュールは、各アプリケーションが、定義された期間中に処理システム３３０から処理リソースを受け取るようにスケジューリングされ、定義された期間中にユーザセンサ３２０へのアクセスを受け取るようにスケジュールされることを保証するために使用され得る。いくつかの実装形態では、アプリケーションのうちの１つ以上は、衛星装置１１１上で同じ期間中に実行され得る。これらのアプリケーションは、ユーザセンサ３２０における異なるセンサを使用してもよく、ユーザセンサ３２０におけるセンサの使用を時分割してもよく、またはそれらの動作においてユーザセンサ３２０からの同じデータを使用してもよい。センサを割り当てるために、オペレーティングシステム３３５は、必要なユーザセンサへの通信リンクを各動作仮想ノードに提供し、スケジューリングに基づいて必要なセンサへの通信リンクを割り当て解除または削除することを担うことができる。例えば、撮像装置は、第１の期間中に仮想ノード３４１によってアクセスされてもよく、仮想ノード３４１は、オペレーティングシステム３３５によって提供されたアドレス指定情報に基づいてセンサにアクセスしてもよい。期間が満了すると、オペレーティングシステム３３５は、いくつかの例では、仮想ノードのアドレス指定アクセスを削除し、センサのアクセスを第２の仮想ノードに割り当てることによって、仮想ノード３４１がセンサにアクセスするのを防ぐことができる。

仮想化実行セグメント３０１で提供される仮想ノード動作に加えて、衛星装置１１１は、さらに、制御セグメント３０２を含む。仮想化実行セグメント３０１およびインタフェースセグメント３０３に通信可能にリンクされ得る制御セグメント３０２は、衛星装置１１１の物流制御要素を担う。これらの動作は、衛星上の太陽電池パネルの配備を管理すること、地球もしくは太陽に関する衛星の位置を管理すること、または任意の他の同様の動作を含むことができる。少なくとも１つの例では、飛行制御システム３１１は、オペレーティングシステム３３５からの要求を監視し、衛星がオペレーティングシステム３３５からの要求に適合できるか否かを判定することができる。例えば、仮想ノード３４１は、ユーザセンサを移動させる要求を生成することができ、これも推進およびナビゲーション３１０を使用した移動を必要とする。要求に応答して、飛行制御システム３１１は、移動ができないと判定し、推進およびナビゲーション３１０を使用して衛星の移動を防止することができる。さらに、いくつかの実装形態では、飛行制御システム３１１は、移動が許可されていないことを示す通知をオペレーティングシステム３３５および仮想ノード３４１に提供することができる。

図３の例では別個のシステムとして示されているが、いくつかの例では、飛行制御システムは、処理システム３３０およびストレージシステム３３２上に実装されて記憶されてもよいことが理解されるべきである。しかしながら、飛行制御システムは、別個のストレージシステムに記憶され、オペレーティングシステム３３５およびその対応する仮想ノードとは異なる処理システムを使用してもよいこともまた理解されるべきである。

次に、図４〜図６の衛星クラスタおよび衛星プラットフォームのさらなる構成および動作が示される。図４〜図６は、非静止衛星装置によって形成される擬似静止（または準静止）ウィンドウの確立を示している。通常、地球４４０などの惑星上で衛星の静止監視または測位を達成するには、静止軌道（ＧＥＯ）を達成する必要がある。この静止軌道は、地球低軌道周回（ＬＥＯ）衛星よりもはるかに遠い距離にあり、それに伴い展開が困難である。静止軌道にある衛星への通信では、通信遅延およびスループットが悪化する。図４〜図６では、地球低軌道にある衛星のクラスタを使用して、擬似静止動作が達成されている。

図４では、衛星クラスタによる特定の対象のゾーンの監視を達成するために、擬似静止ウィンドウ４０２が確立されている。対象のゾーンは、特定の地理的または大気の位置、ポイント、地域、またはエリアに関連付けることができ、地理的座標、１つ以上の全地球測位システム（ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ）の使用、緯度−経度の定義、または他の定義など、様々な方法で定義できる。対象のゾーンはまた、衛星クラスタによって検出または監視される関心のあるオブジェクトにしたがって定義することができ、関心のあるオブジェクトは時間の経過に伴う移動を経ることができる。例えば、対象のゾーンは、車両、動物、人、雲の形、航空機、または他の移動するオブジェクトに対応でき、対象のゾーンは移動するオブジェクトを追跡するために確立できる。対象のゾーンはまた、地上システム４３０との信号強度または通信リンク特性にしたがって定義することができる。例えば、衛星から地上へのリンクは、ＬＥＯにおいて連続的に移動する衛星装置を使用して、衛星クラスタ４０１と地上通信システムとの間に確立できる。したがって、対象の静的ゾーンおよび動的ゾーンの両方が確立されることができ、ＬＥＯにおける衛星クラスタのメンバによって擬似静止動作が達成され得る。

図４は、衛星装置（ＳＡＴ）４１０〜４１４を含む衛星クラスタ４０１を備える衛星環境４００を含む。図４はまた、地上システム４３０、地球４４０、および対象のゾーン４４１を含む。動作において、衛星クラスタ４０１のメンバは、図１の層通信について説明したような１つ以上の通信リンクを介して通信することができるが、変形が可能である。衛星４１０〜４１４はそれぞれ、地球４４０の周りの軌道を移動し、この軌道は、示された軌道方向を使用して図４に示されている。異なる軌道および軌道方向を採用できることを理解されたい。

図４の例は、感覚ベースの対象のゾーン４４１を含むため、現在の衛星装置は、視覚、赤外線、または紫外線撮像、ＲＦ撮像または検出、あるいは対象のゾーンについての他のセンサベースの測定などの感覚測定を実行するように構成されている。図４では、現在の衛星装置と対象のゾーンとの間の検知見通し線４２３が示されている。

関心のあるゾーンを確立するために、地上システム４３０は、地上から衛星へのリンク４２４を介して１つ以上のタスク命令を衛星クラスタ４０１に転送することができる。本明細書のピアツーピア通信の例と同様に、いずれの衛星装置も、タスク命令を受信し、特定の軌道層のピア衛星などの他のピア衛星にタスク命令を配信することができる。各衛星が擬似静止ウィンドウに進入すると、状態情報はタスク命令と、擬似静止ウィンドウを離れる衛星装置からの永続的な状態転送を示す。状態情報は、撮像データ、センサデータ、処理された撮像またはセンサデータ、あるいは追跡情報、オブジェクト認識情報、オブジェクト軌跡情報、および対象のゾーンに関連する他のインテリジェンスなどの他の情報を含み得る。状態情報が、擬似静止ウィンドウを通過中に他の衛星装置によって取り込まれたセンサデータを含む場合、擬似静止ウィンドウを通過するさらなる衛星装置は、状態情報に組み込むためのさらなるセンサデータを取り込むことができる。

したがって、擬似静止ウィンドウ４０２を使用して、対象のゾーン４４１に対して継続的な監視の「鎖」が達成される。各衛星装置が擬似静止ウィンドウ４０２に進入すると、衛星装置は、タスク命令によって示されるか、または擬似静止ウィンドウ４０２を出る１つ以上の衛星装置から転送される状態情報によって示される監視動作を開始するように構成される。擬似静止ウィンドウ４０２を通過する間、関連する衛星装置は、下方にあるオブジェクト、領域、またはゾーンの監視など、タスク命令または状態情報によって示される１つ以上のタスクを実行する。擬似静止ウィンドウ４０２の退出に応じて、衛星装置は、状態情報またはタスク命令を、擬似静止ウィンドウ４０２に進入するさらなる後続の衛星装置に転送することができる。したがって、別の「進入する」または「入ってくる」衛星装置は、「退出する」または「出ていく」衛星装置によって終了したタスクを再開する。擬似静止ウィンドウは、実際の衛星装置が静止軌道にあることなく、地球４４０の表面（またはその移動するオブジェクト）に同期して確立することができる。

状態情報またはタスク命令は、１つ以上の仮想マシン画像または仮想マシン状態情報を含むことができる。擬似静止ウィンドウに進入する各衛星装置は、特定の仮想ノードを実行して、１つ以上の対応するタスクを実行できる。状態情報は、擬似静止ウィンドウを離れる衛星のタスクを再開するためなど、仮想ノードをプロビジョニングするために使用できる。いくつかの例では、状態情報は、様々な対象のオブジェクトを追跡、識別、および報告するための処理済み画像データを含む。各衛星が擬似静止ウィンドウを循環すると、状態情報は、衛星装置を出ることにより順次転送され（４２１）、対象のゾーンを継続的に監視するために、進入する衛星装置に更新され得る（４２２）。これらのタスクおよび状態情報は、衛星装置によって実行される１つ以上の仮想ノードを使用して達成できるため、擬似静止ウィンドウを退出するときに、衛星装置の関連する仮想ノードは更新された状態またはデータを別の衛星装置に転送でき、この衛星装置は擬似静止ウィンドウに関してタスクを継続するために、さらなる仮想ノードを開始する。

ここで図５を参照すると、衛星クラスタ５０１の通信を地上システム４３０と交換するために擬似静止ウィンドウ５０２が確立されている。対象のゾーン５４１は、特定の地理的ポイント、地域、またはエリアに関連付けることができ、地理的座標、１つ以上の全地球測位システム（ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ）の使用、緯度−経度の定義、または他の定義など、様々な方法で定義できる。対象のゾーンはまた、地上システム４３０との信号強度または通信リンク特性にしたがって定義することができる。例えば、衛星から地上へのリンク４２３は、ＬＥＯにおいて連続的に移動する衛星装置を使用して、衛星クラスタ４０１と地上通信システムとの間に確立できる。したがって、対象の静的ゾーンおよび動的ゾーンの両方が確立されることができ、ＬＥＯにおける衛星クラスタのメンバによって擬似静止動作が達成され得る。

図５は、衛星装置４１０〜４１４を含む衛星クラスタ５０１を備える衛星環境５００を含む。図５はまた、地上システム４３０、地球４４０、および対象のゾーン５４１を含む。動作において、衛星クラスタ５０１のメンバは、図１の層通信について説明したような１つ以上の通信リンクを介して通信することができるが、変形が可能である。衛星装置４１０〜４１４はそれぞれ、地球４４０の周りの軌道を移動し、この軌道は、示された軌道方向を使用して図４に示されている。異なる軌道および軌道方向を採用できることを理解されたい。図５はまた、図１に見られるような異なる層など、衛星装置４１０〜４１４とは異なる軌道にある場合がある衛星装置５１５を含む。衛星装置５１５との通信のために、軌道間または層間通信リンク１４１を確立することができる。

図５の例は通信リンクベースの対象のゾーン５４１を含むので、現在の衛星装置は、擬似静止ウィンドウ５０２の確立のための信号強度測定、ＲＦ信号強度または光信号強度判定を実行するように構成される。現在の衛星装置と対象のゾーンとの間の通信見通し線リンク５２３が図５に示されている。信号強度を使用して擬似静止ウィンドウを確立することができるが、地上システム４３０の地理的位置または座標などの他の考慮事項もまた採用されて擬似静止ウィンドウを定義することができる。

対象のゾーンを確立するために、地上システム４３０は、地上から衛星へのリンク５２３を介して１つ以上のタスク命令を衛星クラスタ５０１に転送することができる。本明細書のピアツーピア通信の例と同様に、いずれの衛星装置も、タスク命令を受信し、特定の軌道層のピア衛星などの他のピア衛星に、または別の軌道層の衛星装置５１５にタスク命令を配信することができる。各衛星が擬似静止ウィンドウに進入すると、状態情報はタスク命令と、擬似静止ウィンドウを離れる衛星装置からの永続的な状態転送を示す。状態情報は、発信されたデータ、処理済みデータ、ネットワークトラフィック、データパケット、ネットワーク通信、またはその他の情報を含み得る。

したがって、擬似静止ウィンドウ５０２を使用して、対象のゾーン５４１に対して継続的な監視の「鎖」が達成される。各衛星装置が擬似静止ウィンドウ５０２に進入すると、衛星装置は、タスク命令によって示されるか、または擬似静止ウィンドウ５０２を出る１つ以上の衛星装置から転送される状態情報によって示される通信ルーティング動作を開始するように構成される。擬似静止ウィンドウ５０２を通過する間、関連する衛星装置は、トラフィックをリンク５２３を介して地上システム４３０にルーティングすること、クラスタ５０１の衛星装置にルーティングするために地上システム４３０から通信を受信すること、または他のトラフィックルーティング動作などの、タスク命令または状態情報によって示される１つ以上のタスクを実行する。擬似静止ウィンドウ５０２の退出に応じて、衛星装置は、ルーティング命令を含む状態情報または他のタスク命令を、擬似静止ウィンドウ５０２に進入するさらなる後続の衛星装置に転送することができる。したがって、別の「進入する」または「入ってくる」衛星装置は、「退出する」または「出ていく」衛星装置によって終了したタスクを再開する。擬似静止ウィンドウは、実際の衛星装置が静止軌道にあることなく、地球４４０の表面に同期して確立することができる。

状態情報またはタスク命令は、１つ以上の仮想マシン画像または仮想マシン状態情報、あるいはルーティングまたはトラフィック処理仮想ノード用のルーティング命令を含むことができる。擬似静止ウィンドウに進入する各衛星装置は、特定の仮想ノードを実行して、１つ以上の対応するルーティング／通信タスクを実行できる。状態情報は、擬似静止ウィンドウを離れる衛星のタスクを再開するためなど、仮想ノードをプロビジョニングするために使用できる。各衛星が擬似静止ウィンドウを循環すると、状態情報は、退出する衛星装置により順次転送され（４２１）、対象のゾーン５４１にある地上システム４３０と継続的に通信するために、進入する衛星装置に更新され得る（４２２）。これらのルーティング／通信タスクおよび状態情報は、衛星装置によって実行される１つ以上の仮想ノードを使用して達成できるため、擬似静止ウィンドウを退出するときに、衛星装置の関連する仮想ノードは更新された状態またはルーティング命令を別の衛星装置に転送でき、この衛星装置は擬似静止ウィンドウに関してタスクを継続するために、さらなる仮想ノードを開始する。したがって、準静止ウィンドウ５０２内の軌道通過の間、各通過衛星装置は、通過衛星装置の関連する通信システムに、衛星クラスタ５０２の通信トラフィックの少なくとも一部を固定位置地上通信システムと交換するネットワークルーティング命令にしたがって、他の衛星装置から受信した通信トラフィックをルーティングするように命令するように構成される。

図６は、図４および図５の要素についてのさらなる動作例を含む。図６では、衛星クラスタが、下方にある対象のゾーンに対応する擬似静止ウィンドウを確立する（６０１）。下方にある対象のゾーンは、地理的座標、下方にある地理的特徴への近接度を、地上局との通信リンクの信号特性、またはその他の定義に基づいて、追跡されたオブジェクトに基づいて、定義され得る。対象のゾーンに関連する衛星装置の軌道または空間の測位を使用して、衛星のクラスタの軌道内で擬似静止ウィンドウを定義できる。衛星クラスタの複数の衛星装置は、下方にある対象のゾーンへの空中の近接性を少なくとも判定することに基づいて、擬似静止ウィンドウへの出入りを判定するように構成される。擬似静止ウィンドウへの出入りは、少なくとも下方にある対象のゾーンに対応する対象のオブジェクトに対する空中の近接性の判定に基づいて、下方にある対象のゾーンに対応する地上システムとの通信の信号強度に基づいて、または他の出入りの基準、それらの組み合わせに基づいて、複数の衛星装置によって判定され得る。

擬似静止ウィンドウから退出する各衛星装置は、進入する衛星装置に状態情報を転送する（６０２）。進入する衛星装置はそれぞれ、擬似静止ウィンドウ内の軌道通過を検出し（６０３）、状態情報にしたがって指定されたソフトウェアペイロードを応答して実行する（６０４）。状態情報は、擬似静止ウィンドウに進入するターゲット衛星装置によって受信するために、擬似静止ウィンドウを離れる、出ていく衛星装置からの指定されたソフトウェアペイロードの実行に関連付けられることができる。いくつかの例では、ターゲット衛星装置による状態情報の受信は、状態情報に関連する仮想ノードの実行をトリガできる。擬似静止ウィンドウ内の軌道通過の間、ターゲット衛星装置は、状態情報にしたがって指定されたソフトウェアペイロードを実行するように構成され、状態情報は、衛星装置の仮想化実行システム内の仮想ノードとして１つ以上のアプリケーションを実行することを含んでもよい。擬似静止ウィンドウからの退出の検出に応答して、状態情報の少なくとも一部を判定し、状態情報の少なくとも一部を１つ以上の新しいターゲット衛星装置に配信するように構成された、出ていく衛星装置。退出するまたは出ていく衛星装置による退出時の状態情報の転送の代替として、インバウンドまたは進入する衛星装置は、擬似静止ウィンドウへの進入の検出に応じて状態情報を要求できる。

いくつかの例では、状態情報はルーティング命令を含み、擬似静止ウィンドウ内の軌道通過中に、ターゲット衛星装置は、ルーティング命令を使用して地上システムに配信するために、他の衛星装置から受信した通信トラフィックをルーティングするように構成されている。他の衛星装置は、擬似静止ウィンドウ内のターゲット衛星装置に到達するために必要な可能性がある「ホップ」の数に応じて、０個以上のピア衛星装置を介してターゲット衛星装置に配信するために通信トラフィックをルーティングするように構成される。衛星装置のサブセットが、擬似静止ウィンドウを通過する衛星装置のうちの１つからより高い軌道距離を周回する場合、衛星装置のサブセットは、層間通信リンクを使用するなどして、擬似静止ウィンドウを通過する衛星装置のうちの１つを介して地上システムに配信するために、サブセットの通信をルーティングするように構成できる。

ここで図７〜図９を参照すると、軌道衛星クラスタまたは軌道衛星プラットフォームのメンバ間の特殊な役割をサポートするために衛星のクラスタを構成するための様々な例が示されている。各メンバは、衛星装置のスキルセットまたはプロビジョニング構成により、１つ以上の特殊なタスクを処理するように割り当てられることができる。ピアツーピア通信を使用して、衛星装置のクラスタ間でワークロードまたはデータを転送し、特殊なタスクを実行するように構成された様々な衛星装置に到達する。これらの特殊なタスクは、データ処理タスク、グラフィック処理タスク、通信タスク、データストレージタスク、ピア監視タスク、検知タスク、またはそれらの組み合わせを含むその他を含む。

図７は、衛星環境７００で特殊なタスクを使用する第１の例である。衛星環境７００は、複数の衛星装置（ＳＡＴ）７１０〜７１４を備える衛星クラスタ７０１を含む。各衛星装置は地球７４０の周りの軌道にあり、衛星装置は１つ以上の軌道層に含まれている場合がある。地上システム７３０は、リンク７４２を介して１つ以上の地上システムから衛星クラスタ７０１に通信するために使用することができる。

通信リンク７２１〜７２４は、関連する衛星装置間で確立され、各衛星装置は互いに「ピア」として機能できる。通信リンク７２１〜７２４は、使用されるネットワークトポロジに応じて、順方向および逆方向の循環方向を含む場合がある１つ以上の経路を備える通信ネットワークを形成することができる。通信リンク７２１〜７２４は、１つ以上のネットワークまたは通信プロトコルを使用するネットワークトラフィックを運ぶ１つ以上のＲＦリンクまたは光リンクを含むことができる無線リンクを備えてもよい。ネットワークトラフィックは、とりわけ、カスタマイズされた通信形式を含む、ＩＰ通信などのパケット通信を含み得る。

衛星装置７１０〜７１４の各々は、特定のタスク（単数または複数）に特化した１つ以上の指定された役割を有することができる。これらの役割は上述の役割、ならびにデータ処理役割、データストレージ役割、撮像役割、衛星から地上への通信役割、および仮想化ソフトウェア実行役割を含むことができる。特化した役割は、各衛星装置のハードウェア要素とソフトウェア要素との間のプロビジョニング特性またはバージョニング特性に基づくことができる。

例えば、第１の衛星装置は、より高いレベルのグラフィックデータ処理を処理できるグラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）を含んでもよく、第２の衛星装置は、ＧＰＵはないが、画像データを処理してオブジェクト追跡またはオブジェクト認識を実行するために特化したソフトウェアパッケージを含んでもよい。撮像データは、見通し線撮像データ７４１を取り込むソース衛星装置７１０から、１つ以上のデジタルフィルタまたは他の前処理ステップを適用するために撮像データを処理できるＧＰＵ７１２を有する別の衛星装置に渡されてもよく、さらに別の衛星装置が前処理された撮像データを受信して、そのデータに対してオブジェクト認識プロセスを実行できる。最終衛星装置７１４は、適切な通信回路、アンテナ配置、または地上局７３０への近接性に基づいて、衛星から地上への通信のための通信の役割を有してもよい。この最終衛星は、ＧＰＵ処理またはオブジェクト認識プロセスが完了した後、処理された撮像データを受信し、おそらく地上の宛先への１つ以上のパケットネットワークを介して、他のネットワークノード、サーバ、ストレージシステム、分散コンピューティングプラットフォームへのさらなるルーティングのために、地上局７３０に配信するために転送する。地上局７３０に転送する代わりに、ストレージ専用衛星装置７１１を使用して、後で他のシステムに転送するか、またはオブジェクト追跡、タイムラプス、ビデオキャプチャ、または関連プロセス用に後で他の撮像データと比較するために、撮像データまたは処理された撮像データを保存してもよい。さらなる例において、ストレージ役割衛星装置７１１を使用して、他の衛星装置にプロビジョニングするための仮想マシン画像、ソフトウェアペイロード、アプリケーション、または仮想マシン実行状態情報を保存してもよい。

衛星クラスタ７０１の衛星装置は、衛星クラスタ７０１の衛星装置の中から１つ以上のターゲット衛星装置を識別して、衛星装置に対して判定された属性スコアリングメトリックに部分的に基づいて、特殊なタスクを処理するように構成され得る。属性スコアリングメトリックは、少なくとも特殊な役割の一部について、各ターゲット衛星装置の能力評価を示すことができる。一例として、例示的な衛星装置７１３について特殊な役割スケジュールデータ構造７５０が図７に示されており、各衛星装置は同様のデータ構造を含むことができる。このデータ構造は、第１列で衛星クラスタ７０１の各衛星装置の識別子またはアイデンティティを示し、第２列以降の列で本明細書で述べたような様々な特殊な役割の能力スコアを示すことができる。衛星装置が特殊な役割を使用したい場合、その衛星装置はスケジュール７５０を参照して、どの衛星装置が特殊なデータまたは通信タスクに最適かを選択できる。その後、選択した衛星装置（単数または複数）に配信するために、データ、通信、状態情報、またはタスク命令が転送され得る。この転送は、図７のリンク７２１〜７２４など、１つ以上のピアツーピア衛星経由で発生する可能性がある。さらなる例では、スケジュール７５０のようなデータ構造は、特定の衛星装置を識別または選択するために採用されない場合がある。代わりに、衛星装置は、データ、通信、状態情報、またはタスク命令をブロードキャスト方式で任意の衛星装置に配信するために転送し、タスク命令で指定された特定の役割に一致する衛星装置は、データ、通信、状態情報、またはタスク命令の受信に基づいて、応答して処置を実行できるが、他の衛星装置はその転送を無視する場合がある。

図８は、衛星クラスタの衛星装置間の役割特化の別の例である。衛星構成８００は、それぞれが１つ以上の通信リンク８２１〜８２５によって通信可能に結合された複数の衛星装置８１１〜８１６を含む。動作中、衛星装置８１１〜８１６のうちの１つ以上は、割り当てられたまたは指定された特殊な役割を有することができる。これらの役割は、衛星装置８１１〜８１６のそれぞれに含まれるソフトウェアまたはハードウェア要素に基づいて確立することができる。

ソフトウェア要素が特殊な役割を定義するとき、役割は、どの仮想マシン画像が各衛星装置に現在常駐するか、各衛星装置で現在更新されているソフトウェアレビジョン、または各衛星装置８１１〜８１６に現在存在する特性他のソフトウェア要素に基づいて確立できる。ハードウェア要素が特殊な役割を定義する場合、役割は、ハードウェア要素、回路、処理要素、通信要素、送信機または受信機の特性、アンテナ構成、アンテナアライメントまたは特性、データストレージ装置または容量、データ処理機能、データ処理速度、データ処理の可用性または利用レベル、通信帯域幅、通信周波数、通信信号強度、センサタイプ、センサ機能、センサ可用性、センサアライメント、衛星測位、あるいはハードウェア要素の存在またはハードウェア要素の現在の機能に関連するその他の特性に基づいて確立され得る。

衛星装置８１３について例示的な衛星装置構成要素が示されており、これらは衛星装置８１１〜８１６のいずれかに含まれることができる。衛星装置８１３は、オペレーティングシステム（ＯＳ）／ハイパーバイザ８３２によって提供される衛星装置８１３の仮想化実行システムによって実行される１つ以上の仮想ノードと、明確にするために図示しない様々な処理システムおよびメモリ装置要素を含む。さらに、衛星装置間のピアツーピア通信、またはいくつかの例では衛星から地上への通信のために、通信システム８３１が含まれる。仮想ノードは、タスク弁別部やタスク実行部などの要素を含み得る特殊なタスク処理を処理するタスク実行システムとして構成され得る。タスク弁別部は、他の機能の中でもとりわけ、インバウンドタスクがタスクを受信する特定の衛星装置の平均であるか否かを判定し、クラスタのどの衛星装置が特殊な役割を有するかを判定し、特殊な役割に関して衛星装置間の能力のスコアリングまたはランク付けを実行できる。タスク実行部は、特定の衛星装置に向けられたときに、特殊なタスクのローカル実行を処理できる。このローカル実行は、タスクを実行するための１つ以上の追加の仮想ノードの生成または開始、タスクのパフォーマンスおよび完了の監視、完了時に別のタスクまたは衛星装置に配信するためのデータまたは状態情報の転送を含み得る。衛星から地上へのルーティングの特殊な役割として構成されている場合、タスク実行部は、ネットワークトラフィックを地上システム、別の軌道層の衛星装置、または他の通信エンドポイントと交換するためのネットワークトラフィックルータまたはブリッジとして動作してもよい。

図８の各衛星装置は、少なくとも１つのピア衛星装置からタスク記述を受信するように構成された通信システムと、タスク記述によって示される特殊な役割を識別し、衛星装置が少なくともソフトウェア要素およびハードウェア要素の現在のプロビジョニングに基づいて特殊な役割をサポートするかを判定するように構成されたタスク実行システムとを含み得る。少なくとも特殊な役割のうちの１つ以上をサポートする衛星装置に基づいて、タスク実行システムは、関連付けられたタスク記述にしたがって１つ以上のタスクを実行するように構成される。少なくとも特殊な役割のうちの１つ以上をサポートしていない衛星装置に基づいて、関連するタスク記述をさらなるピア衛星装置に配信するために転送するように、通信システムに指示するように構成されるタスク実行システム。上述のように、タスク命令またはタスクデータは、衛星装置のタスク実行システムによる仮想ノードの実行に関連する状態情報を含む場合がある。これらの例では、少なくとも特殊な役割のうちの１つ以上をサポートする衛星装置に基づいて、関連付けられたタスク実行システムは、状態情報にしたがって１つ以上のソフトウェアアプリケーションを関連付けられた仮想ノードとして実行するように構成され得る。

特定の例では、起点衛星８１１は、衛星８１１によって発信されたデータに必要なデータ処理のタイプに特化した役割を有する別の衛星装置による処理のために、データを発信できる。衛星８１１は、このタスクデータ８５０を、任意の関連するタタスク命令とともに、専用衛星装置、すなわち衛星装置８１３に配信するために転送することができる。衛星装置８１３は、タスクデータ８５０を受信し、タスクデータが、衛星装置８１３による処理を意図されており、タスクデータ８５１に付随する任意のタスク命令に対応するデータ処理タスクであることを判定できる。タスクデータは、衛星装置８１１によって追加のグラフィック処理が必要な撮像データを含むことができ、したがって、衛星装置８１３はこの追加のグラフィック処理を実行することができる。とりわけ、通信ルーティング、データストレージ、ソフトウェアプロビジョニング、仮想マシン画像または状態分配などの特殊な役割の他の例を採用できる。

衛星装置８１３がタスクデータ８５０に対して関連するデータ処理を完了すると、タスク命令は、処理されたデータが衛星装置８１１に返されることを示す場合がある。ただし、この例では、タスク命令は、処理されたデータが地上システムへの配信のために転送されることを示している。衛星装置８１３は、地上通信の特殊な役割を有するクラスタの衛星装置を識別し、処理されたデータをその衛星装置、すなわち衛星装置８１６に配信するためのさらなるタスクデータ８５１として転送することができる。タスクデータ８５０およびタスクデータ８５１は、宛先衛星装置への途中で１つ以上のピア衛星装置を通過できることに留意されたい。これらのピア衛星装置は、図１で順方向／逆方向循環ネットワーク構成について説明したものなど、通信ネットワークのメンバであり得る。ピア衛星装置はタスク命令において宛先として識別されていないか、または特殊な役割がないため、これらのピア装置はタスクデータをさらなるピア装置に転送し続ける。タスク命令は、特定の衛星装置または付随するタスクデータに必要なタスク役割を示すアドレス情報またはヘッダー情報を有する１つ以上のネットワークパケットを含んでもよい。タスクデータは、ネットワークパケットのペイロード部分に含まれる場合がある。さらなるタスクデータ８５１の受信に応答して、衛星装置８１６は、タスクデータ８５１（または付随するタスク命令によって示されるように）が衛星装置８１６によって地上システムにルーティングされることを判定することができる。次に、衛星装置８１６は、地上システムに配信し、処理されたデータを地上コンピューティングシステムにさらに分配するために、タスクデータ８５２をルーティングすることができる。

図９は、図８のクラスタ化された衛星装置での特殊な役割の動作のさらなる例である。図９では、クラスタ８００は、特殊な役割向けの含まれる要素に基づいて、衛星装置間で特殊な役割を定義する（９０１）。各衛星装置は、特殊な役割のうちの１つ以上を使用してサービスされるデータタスクを識別し（９０２）、ターゲット衛星装置間の特殊な役割を示す属性に基づいてデータタスクを処理するターゲット衛星装置を判定する（９０３）。ターゲット衛星装置の選択は、ターゲット衛星装置に対して判定された属性スコアリングメトリックに一部基づいて行うことができ、属性スコアリングメトリックは、特殊な役割の少なくとも一部について、各ターゲット衛星装置についての能力評価を示す。次に、衛星装置は、データタスクを実行するためにターゲット衛星装置に配信するために、任意の関連するタスク命令とともにタスクデータを転送する（９０４）。

いくつかの例では、タスクデータまたはタスク命令は、衛星装置による仮想ノードの実行に関連する状態情報を含み、ターゲット衛星装置は、状態情報を受信し、状態情報にしたがって１つ以上のソフトウェアアプリケーションを仮想ノードとして実行するように構成された仮想化実行システムを含む。さらに、衛星装置の個々の衛星装置は、衛星クラスタの１つ以上のピア衛星装置を介してタスクデータおよびタスク命令を転送してターゲット衛星装置に到達するようにさらに構成され得る。タスクデータの受信に応答して、関連する各ピア衛星装置は、関連するピア衛星装置の１つ以上の属性に対して受信したタスクデータを評価して、関連するピア衛星装置が、タスクデータにしたがって動作すべきか、またはタスクデータを少なくとも１つのさらなるピア衛星へ転送すべきかを判定するように構成され得る。

ここで図１０〜図１２を参照すると、これらの図は、軌道衛星クラスタまたは軌道衛星プラットフォームの衛星装置間の状態転送の様々な例を詳述している。状態転送は、ストレージエリアネットワーク（ＳＡＮ）ベースの構成を使用して容易にすることができ、この場合、衛星クラスタの少なくとも１つの衛星装置は、他の衛星装置による仮想ノードの実行に関する状態情報を保存するための１つ以上のデータストレージシステムを含むことができる。ただし、衛星システムでは、衛星間通信の帯域幅が制限されているか、または信頼できない場合がある。さらに、地上システムとの通信は断続的かつ低帯域幅になる可能性がある。したがって、図１０〜図１２の様々な例は、衛星クラスタ内の衛星装置間の状態転送を処理するための強化された動作を含み、帯域幅が制限された動作が発生する可能性がある。

地上ベースの仮想化実行システムでは、仮想マシンまたは仮想ノードは、高速ネットワークリンクを介した遠隔サーバからなどの遠隔ソースから「起動」される場合がある。これらの高速リンクは、仮想マシンまたは仮想ノードの起動に必要な仮想マシン画像または仮想化コンテナの高帯域幅およびリアルタイム転送を可能にするギガビットイーサネット（登録商標）または高速構成を含み得る。ただし、衛星クラスタやプラットフォームなどの宇宙ベースのシステムでは、リンクは、通常ワイヤレス（ＲＦまたは光）であり、通常は信頼性が低く、帯域幅が低く、周囲の放射条件、衛星の向き、距離、信号限界上の通過、見通し線の課題に応じて、または他の考慮事項により断続的になる場合がある。さらに、地上システムからの仮想マシンまたは仮想ノード情報の転送は、クラスタの多くの衛星装置による関連する地上システムとの見通しの欠如により、常に達成できるとは限らない可能性がある。衛星自体の動きもまた、これらの転送を複雑にする可能性がある。したがって、周回衛星間で仮想マシン画像や他の仮想ノードの状態情報をプロビジョニングすることは困難であり得る。

図１０は、衛星装置間の状態転送の第１の構成例である。図１０では、衛星装置（ＳＡＴ）１０１０〜１０１３などの複数の衛星装置を含むシステム１０００が提示されている。これらの衛星装置は、図１に示す層状構成など、１つ以上の軌道構成に展開できる。循環ネットワークは、衛星装置間で形成されるか、または代わりにポイントツーポイント通信方式が採用される場合がある。ただし、図１０における例の目的のためには、衛星装置１０１１は衛星装置１０１２への直接通信パスを有さず、１つ以上のピア衛星装置を介して通信する必要がある。通信リンク１０２１〜１０２４は、ピアツーピア通信ネットワークを形成し、各リンクは、本明細書で説明される無線通信リンクのいずれかを備えることができる。

動作中、衛星装置１０１０は、仮想化実行システム内の仮想ノードを使用して１つ以上のアプリケーションを実行することなどにより、１つ以上のタスクを実行するように構成される。定期的に、衛星装置１０１０は、仮想ノードの現在の状態を、衛星クラスタのストレージエリアネットワーク（ＳＡＮ）の一部として機能する衛星１０１２で更新する。衛星１０１２は、定期的な状態更新を受信でき、その状態更新を、ソリッドステート媒体、フラッシュメモリ、磁気媒体、相変化媒体、抵抗メモリ、または他の記憶媒体などの１つ以上の非一時的なコンピュータ可読媒体を備えるストレージシステム１０８０を使用して保存する。図１０では、状態更新１０８１は、漸進的に、または代替の方法で保存されることができる。

衛星装置１０１１は、衛星装置１０１０のエラー、誤動作、または故障の場合に、衛星装置１０１０のバックアップ衛星装置として構成される。衛星１０１１によるこのバックアップは、衛星装置１０１０に関する問題の検出後に、衛星装置１０１０によって実行されている１つ以上のタスクを再開することを含むことができる。ただし、状態更新を保存する衛星１０１０または衛星１０１２から現在の状態情報を衛星装置１０１１に転送できる場合、衛星装置１０１１は、衛星装置１０１０によって実行されているタスクのみを再開できる。

図１０に、この状態転送を処理するための動作例を示す。最初に、衛星装置１０１０は、本明細書で説明される仮想ノードを使用して１つ以上のタスクを実行する。仮想ノードの実行に関連する状態更新は、リンク１０２２を介して専用のストレージ衛星装置１０１２に更新される。衛星装置１０１１は、衛星装置１０１０の故障を監視する。代わりに、この監視は、他の例では衛星装置１０１２によって実行できる。図１０では、衛星装置１０１２はリンク１０２１および１０２２を介して到達不能になり、したがって故障が発生していると判定される。この検出された故障に応答して、衛星装置１０１１は、衛星装置１０１０のタスクを再開するために現在の状態情報を取得しようと試みることができる。ただし、リンク１０２１〜１０２２はもはや機能していないため、衛星装置１０１１は、代替ルート、すなわちリンク１０２３〜１０２４を介して、およびピア衛星装置１０１３を介して、衛星装置１０１２からこの状態情報を受信する。一例では、さらに更新された状態情報が衛星装置１０１０で利用可能であったが、衛星装置１０１２による保存のために転送されることはなかった、すなわち図１０の「状態４」である。したがって、衛星装置１０１１への転送に利用用できるのは、最新の「状態３」のみである。この「状態３」が受信されると、衛星装置１０１１は、状態情報にしたがって１つ以上の仮想ノードを開始し、衛星装置１０１０の１つ以上のタスクを再開することができる。

図１１は、図１０の要素のさらなる例、すなわち、関連するリンク１０２１〜１０２４を介して通信する衛星装置１０１０〜１０１３も含むシステム１１００内を示している。ただし、図１１は高帯域幅リンク１１２５を追加し、リンク１０２３〜１０２４を低帯域幅リンクとして指定する。これらの各リンクの帯域幅は、現在の状況および本書で言及されている他の要因により、時間とともに変化する可能性がある。しかし、各リンクについて帯域幅の判定が行われると、所定のしきい値帯域幅レベルを使用して、衛星装置１０１０の監視ピアとして機能するバックアップ衛星装置に転送する「ステートフルネス」のレベルを判定できる。

ステートフルネスのレベルは、状態情報の転送で示される詳細または記述のレベルに対応できる。一例では、ブロックレベルの状態転送を提供でき、仮想ノードへの変更のブロックレベルの表現が状態情報に記述されている。別の例では、ファイルレベルの状態転送を提供でき、仮想ノードへの変更のデータのファイルごとの表現が状態情報に記述されている。通常、ファイルレベルのステートフルネスは、衛星装置への転送に必要な帯域幅が少なくなるが、このファイルレベルのステートフルネスは、仮想ノードまたは仮想マシンの実行状態を完全に複製するために必要な詳細レベルを提供しない場合がある。一方、ブロックレベルのステートフルネスは、仮想ノードまたは仮想マシンの実行状態のより完全な複製を含み得るが、衛星装置間で転送するにはより多くの帯域幅を必要とする。

図１１に、この状態転送を処理するための動作例を示す。最初に、衛星装置１０１０は、本明細書で説明される仮想ノードを使用して１つ以上のタスクを実行する。仮想ノードの実行に関連する状態更新は、リンク１０２２を介して専用のストレージ衛星装置１０１２に更新される。衛星装置１０１１は、衛星装置１０１０の故障を監視する。代わりに、この監視は、他の例では衛星装置１０１２によって実行できる。図１１では、衛星装置１０１２はリンク１０２１および１０２２を介して到達不能になり、したがって故障が発生していると判定される。この検出された故障に応答して、衛星装置１０１１は、衛星装置１０１０のタスクを再開するために現在の状態情報を取得しようと試みることができる。ただし、リンク１０２１〜１０２２はもはや機能していないため、衛星装置１０１１は、代替ルートを介して衛星装置１０１２からこの状態情報を受信する。

ただし、図１１では、代替ルートは、ピア衛星装置１０１３を介したリンク１０２３〜１０２４、またはリンク１１２５を介したより直接的なルートのいずれかを含み得る。この例では、リンク１１２５は高帯域幅と見なされ、衛星装置１０１２によって保存されたブロックレベル状態１１８３を転送できる一方、リンク１０２３〜１０２４は低帯域幅と見なされ、ブロックレベル状態１１８３を適時に衛星装置１０１２から衛星装置１０１１に転送できない。ブロックレベル状態１１８３を転送する代わりに、衛星装置１０１２は、衛星装置への配信のために、より低い強度であるがあまり正確ではないファイルレベル状態１１８２を送信することを選択してもよい。様々な帯域幅、しきい値、および適時性の要因は、変化する可能性があり、所定のレベル、故障した衛星装置の動作を再開するための所定の時間遅延、または他の要因に基づく場合がある。

衛星装置１０１２に基づくストレージプラットフォーム（つまり、ストレージシステム１０８０の要素）は、衛星装置１０１２の仮想化実行システム上の１つ以上の仮想ノードとして実行されることができ、アクティブ衛星装置１０１０用の動作バックアップとして指定されたピア衛星装置１０１１に、状態情報を配信するためのステートフルネスレベルを選択するように構成され得る。このレベルのステートフルネスは、少なくとも衛星装置とピア衛星装置間の通信リンク品質に基づいて選択できる。例えば、所定のしきい値を下回る通信リンク品質に少なくとも部分的に基づいて、ストレージプラットフォームは、リンク１０２４〜１０２３およびピア衛星装置１０１３を介してピア衛星装置に配信するためのファイルレベルの状態情報を転送するように構成され得る。所定のしきい値を超える通信リンク品質に少なくとも部分的に基づいて、ストレージプラットフォームは、高帯域幅リンク１１２５を介してピア衛星装置に配信するためのブロックレベルの状態情報を転送するように構成され得る。

衛星装置１０１１は衛星装置１０１２によって転送された状態情報を受信すると、衛星装置１０１１は１つ以上の仮想ノードの実行を開始して、衛星装置１０１０のタスクを再開することができる。ただし、特に帯域幅が制限されたシナリオでのファイルレベルの状態転送では、仮想ノードまたは仮想マシンを完全に定義するには状態情報が不完全な場合がある。ファイルレベルの状態情報の受信に応答して、衛星装置１０１１は、ファイルレベルの状態情報を使用して衛星装置１０１１に既に常駐する仮想マシン画像の差分更新を少なくとも実行することにより、アクティブ衛星装置の活動を再開するように構成され得る。

差分更新は、通常はブロックレベルの状態転送に伴うデータの一部のみを使用してブロックレベルの状態を再作成するように、ファイルに差分パッチを適用するか、あるいは仮想ノードまたは仮想マシン内のファイルを置き換えることができる。ただし、ファイルレベルの差分パッチ適用が発生する前に、衛星装置１０１１に基本レベルのプロビジョニングが存在する必要がある。したがって、衛星装置１０１１は、ベースライン仮想マシン画像、仮想ノード、コンテナ、または後で差分方式でパッチが適用されて、仮想化データエンティティを起動し、利用可能な最新の状態情報にしたがって、衛星装置１０１０の動作を再開し得る他の仮想化データエンティティで、事前プロビジョニングされてもよい。

衛星装置１０１１は、現在のプロビジョニングレベルに一部基づいて、または再開される仮想ノードの実行をサポートするために利用可能な現在のプロビジョニング属性に基づいて、衛星装置１０１０へのバックアップとして選択され得る。プロビジョニング属性は、ピア衛星装置に常駐する１つ以上の仮想マシン画像のバージョンレベルを含み得るか、または転送された状態情報にしたがって１つ以上のタスクを実行するために必要な特定のアプリケーションを含み得る。アクティブ仮想ノードの実行をサポートするプロビジョニング属性を欠く衛星装置のうちの１つ以上に応答して、アクティブ衛星装置１０１０とストレージ衛星装置１０１２のうちの少なくとも１つは、１つ以上の衛星装置のソフトウェア部分を更新するように構成されて、アクティブ仮想ノードの実行をサポートするプロビジョニング属性を含むことができる。ベースライン仮想マシン画像、アプリケーションバージョン、または他のソフトウェア要素を更新するなど、ソフトウェア部分が更新されると、関連する更新衛星装置は衛星装置１０１０へのバックアップ衛星装置に予定され得る。差分更新は、衛星装置１０１０の故障に応答して実行できる。

前述の説明はアクティブ衛星装置のバックアップ動作に関連しているが、ソフトウェアプロビジョニングの現在のレベルに基づく差分状態転送の動作は、本明細書の他の例に適用できる。例えば、特定のターゲット衛星装置上の仮想ノードの実行をサポートできるこれらのターゲット衛星装置のプロビジョニング属性にしたがって、衛星間の特殊な役割が定義され得る。タスク転送プロセス中の状態転送は、ターゲット衛星装置で既に検出されているベースライン仮想マシンの差分更新を含み得る。差分更新は、ブロックレベルまたはファイルレベルの転送に基づくことができる。

図１２は、衛星装置のソフトウェア要素のベースラインプロビジョニングを更新するための衛星装置間の状態転送動作１２００のさらなる例を含む。図１２では、初期衛星装置（ＳＡＴ）１２１０は、本明細書に提示されている特殊なタスクまたは特殊な役割などのタスク／役割機能で指定されている。この衛星装置は、初期衛星装置１２１０の故障、誤動作、またはエラーが発生した場合に、バックアップ衛星装置として機能する１つ以上のピア衛星の識別を望む場合がある。図１２では、衛星装置（ＳＡＴ）１２１１〜１２１２が最初にバックアップ衛星装置候補として識別される。

衛星装置１２１０は、ソフトウェアプロビジョニングのレベル、仮想ノードの実行に関連する属性、ソフトウェアバージョン、オペレーティングシステムバージョン、カーネルバージョンまたはパッチレベル、あるいは他のソフトウェアプロビジョニング機能など、これらの候補衛星装置１２１１〜１２１２の機能を検出する。図１２では、衛星装置１２１１は、１つ以上のプロビジョニング機能を欠いているとして不適格である一方、衛星装置１２１２は、１つ以上のプロビジョニング機能を満たすと識別される。次に、衛星装置１２１０は、衛星装置１２１２とのピアリング／バックアップ配置を確立することができ、衛星装置１２１２は、衛星装置１２１０の故障を監視し、上記のような様々な状態情報を使用して衛星装置１２１０の１つ以上のタスクの動作を再開する。

ただし、衛星装置１２１１のバックグラウンドプロビジョニングは、バックアップを追加するか、または将来の動作をサポートするために衛星装置１２１１の機能を強化するなど、望ましい場合がある。したがって、衛星装置１２１０または別の衛星装置のいずれかが、衛星装置１２１１に更新されたバックグラウンドプロビジョニングを開始して、衛星装置１２１１を１つ以上のプロビジョニング機能と整合させることができる。一例では、ストレージシステム１２１４にベースラインプロビジョニング情報を保存するストレージ中心の衛星装置１２１３を使用することができる。衛星装置１２１３は、衛星装置１２１１のソフトウェア要素を更新できる。図１２に示すように、これらのソフトウェア要素は、他のデータまたはソフトウェア要素の中でもとりわけ、仮想マシン画像、ソフトウェア、アプリケーション、状態情報、またはユーザデータを含み得る。衛星装置１２１１が十分なレベルにプロビジョニングされると、衛星装置１２１１が衛星装置１２１０のバックアップ衛星装置として指定されて、衛星装置１２１０の運用上の冗長性をさらに高めることができる。

これらの動作は、新しいアプリケーションまたはタスクが地上局から衛星クラスタにアップロードされ、衛星クラスタのすべてのメンバがそのアプリケーションまたはタスクをサポートするソフトウェア要素でプロビジョニングされているわけではない場合に有利であり得る。このようにして、ソフトウェアアプリケーションまたはタスクを衛星クラスタのメンバに時間をかけて展開することができ、プロビジョニングレベルに達すると衛星装置がこれらの新しい動作を開始できる。さらに、衛星装置は通常軌道構成で展開されるため、ソフトウェアペイロードは、必要に応じてまたは直前に１つの衛星装置から別の衛星装置に移行して、対象のゾーンに対応する特殊なタスクをサポートできる。この直前のプロビジョニングにより、擬似静止ウィンドウに入る前に衛星装置にソフトウェア要素が確実にプロビジョニングされるため、既存の衛星装置からの状態転送で、進入する衛星装置に既に常駐する適切なソフトウェア要素を見つけて、擬似静止ウィンドウ内で指定されたタスクを実行できる。

さらに、層状軌道配置が採用される場合、第１のセットの衛星装置は、第２のセットの衛星装置よりも低い軌道層にあり得る。下軌道層を周回する衛星装置の少なくとも１つは、仮想ノードの実行に関連する関連状態情報を維持するように構成された仮想化実行システムを含む場合がある。衛星装置間の通信ネットワークは、第２の軌道層において周回し、衛星装置の少なくとも１つへのバックアップとして構成される少なくとも１つのピア衛星装置に配信するために、通信ネットワークを介して関連状態情報を転送するように構成され得る。これらの高度なプロビジョニング手法は層状配置に適用でき、第１の軌道層のみが衛星クラスタ内で展開するためのソフトウェアペイロードを最初に提供する地上通信システムで確立された見通し線を有する。第１の層にソフトウェアペイロードがプロビジョニングされると、さらなる層上でソフトウェアペイロードを展開するために、そのさらなる層はプロビジョニングされ得る。

図１３は、一実装形態による仮想化衛星アプリケーションプラットフォームを提供する衛星コンピューティングシステム１３００を示している。コンピューティングシステム１３００は、衛星装置について本明細書で開示される様々な動作アーキテクチャ、プロセス、シナリオ、およびシーケンスが実施され得る任意のコンピューティングシステムまたはシステムの代表である。コンピューティングシステム１３００は、前述の図のいずれかの衛星装置の例であり得るが、他の例も存在し得る。コンピューティングシステム１３００は、通信インタフェース１３０１、センサ１３０２、および処理システム１３０３を備える。処理システム１３０３は、通信インタフェース１３０１およびセンサ１３０２にリンクされている。センサ１３０２は、撮像センサ、熱センサ、光センサ、または他の類似のタイプのセンサを備えてもよい。処理システム１３０３は、処理回路１３０５と、オペレーティングソフトウェア１３０７を格納するメモリ装置１３０６とを含む。コンピューティングシステム１３００は、明確にするために示されていないバッテリ、太陽電池パネル、およびエンクロージャなどの他の周知の構成要素を含んでもよい。

通信インタフェース１３０１は、ネットワークカード、ポート、無線周波数（ＲＦ）回路、光信号回路、処理回路およびソフトウェア、または他の通信装置などの通信リンクを介して通信する構成要素を備える。通信インタフェース１３０１は、通信媒体として空気または空間を使用する無線リンクを介して通信するように構成されてもよい。無線リンクは、ＲＦ通信、ＶＨＦ通信、ＵＨＦ通信、マイクロウェア通信、光通信（例えば、可視、赤外線、または紫外線）、およびそれらの組み合わせなどの任意の無線電磁通信を含むことができる。通信インタフェース１３０１は、光信号、様々な無線プロトコルの中でもとりわけ、インターネットプロトコル（ＩＰ）、ＩＥＥＥ８０２．１１ＷｉＦｉ、通信信号、またはそれらの組み合わせを含む他の通信フォーマットを使用するように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、通信インタフェース１３０１は、衛星プラットフォーム内の１つ以上の他の衛星と通信し、地上制御システムと通信してもよい。

処理回路１３０５は、メモリ装置１３０６からオペレーティングソフトウェア１３０７を検索して実行するマイクロプロセッサおよび他の回路を備える。メモリ装置１３０６は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータなどの情報を保存するための任意の方法または技術で実装された揮発性および不揮発性、取り外し可能および取り外し不可能な媒体を含み得る。メモリ装置１３０６は、単一のストレージ装置として実装され得るが、複数のストレージ装置またはサブシステムにわたって実装されてもよい。メモリ装置１３０６は、オペレーティングソフトウェア１３０７を読み取るためのコントローラなどの追加の要素を備えてもよい。記憶媒体の例は、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、磁気ディスク、光ディスク、フラッシュメモリ、ならびにそれらの組み合わせまたは変形、あるいは他のタイプの記憶媒体を含む。いくつかの実装形態では、記憶媒体は非一時的記憶媒体であり得る。

処理回路１３０５は、通常、メモリ装置１３０６と通信インタフェース１３０１およびセンサ１３０２の一部も保持できる回路基板上に実装される。オペレーティングソフトウェア１３０７は、コンピュータプログラム、ファームウェア、または機械可読プログラム命令の他の形態を含む。オペレーティングソフトウェア１３０７は、制御モジュール１３０８、オペレーティングシステムモジュール１３０９、およびノード１３１０を含むが、任意の数のソフトウェアモジュールが同じ動作を提供してもよい。オペレーティングソフトウェア１３０７は、ユーティリティ、ドライバ、ネットワークインタフェース、アプリケーション、または他のタイプのソフトウェアをさらに含み得る。処理回路１３０５によって実行されると、オペレーティングソフトウェア１３０７は、処理システム１３０３に、本明細書で説明されるようにコンピューティングシステム１３００を動作させるように命令する。

少なくとも１つの実装形態では、仮想ノード１３１０は、完全なオペレーティングシステム仮想マシンまたはコンテナを表す衛星コンピューティングシステム１３００に展開されてもよく、各ノードは特定のアプリケーションを提供するように構成される。ノードを実行するために、オペレーティングシステムおよび／またはハイパーバイザを含むことができるオペレーティングシステムモジュール１３０９は処理システム１３０３によって実行されてもよく、オペレーティングシステムモジュール１３０９はノード１３１０用のプラットフォームを提供する。いくつかの実装形態では、プラットフォームを提供する際に、オペレーティングシステムモジュール１３０９は、ノード１３１０内の各ノードに処理リソース、通信リソース、およびセンサリソースを割り当てるリソーススケジュールを有して構成され得る。このリソースの割り当ては、第１のアプリケーションに第１の期間のユーザセンサへのアクセスを提供し、第２のアプリケーションに第２の期間に同じユーザセンサへのアクセスを提供するなど、リソースの時分割割り当てを含んでもよく、１つ以上のコアを第１の仮想ノードに提供し、１つ以上の二次コアを第２の仮想ノードに提供するなど、リソースの物理的な共有をさらに含んでもよい。

仮想ノード１３１０のそれぞれについてアプリケーションを実行することに加えて、オペレーティングシステムモジュール１３０９は、状態判定および分配用のプラットフォームをさらに提供し得る。この状態判定は、処理システム１３０３が各アプリケーションの状態を識別し、他の衛星および地上制御システムとその状態を共有することを可能にし得る。状態は、各アプリケーションノード内のプロセスの動作状態、および／または各アプリケーションノードのデータ状態を含んでもよい。状態は、衛星コンピューティングシステム１３００上で実行されている様々なアプリケーションの回復に使用されてもよく、さらにアプリケーションに強化されたデータ動作を提供するのに使用されてもよい。例えば、衛星コンピューティングシステム１３００上のノードとして実行されるアプリケーションは、第２の衛星ノードにデータを通信し得る。この衛星ノードは、第２の衛星上のセンサを使用して第２のデータを識別し、特定の動作を提供するために第１の衛星からのデータを第２のデータと組み合わせてもよい。この動作はいくつかの例での画像解析を含んでもよく、アプリケーションはオブジェクトが動いているか否か、オブジェクトのタイプ、オブジェクトの動きの速さ、または組み合わされたデータに基づいた他の同様の判定を行うことができる。

例示的な例として、衛星コンピューティングシステム１３００は、１つ以上の撮像センサまたはセンサ１３０２内の撮像システムを使用して、撮像センサによって収集された撮像データに関連する状態情報を確立することができる。識別されると、状態情報は第２の衛星装置に通信されてもよく、第２の衛星装置は、少なくとも第２の撮像センサによって取り込まれた撮像データで状態情報を修正するために第２の撮像センサを使用し得る。この修正は、少なくとも１つの下方にある対象のオブジェクトの位置追跡を含んでもよいか、または少なくとも１つの下方にある対象のオブジェクトの認識プロセスとして機能するために、第２の撮像センサによって取り込まれた撮像データに基づく状態情報の精密解析を含んでもよい。

いくつかの例では、センサデータの追加解析を提供するために状態情報を交換することに加えて、またはその代わりに、状態情報はまた、衛星コンピューティングシステム１３００のバックアップを提供するために使用されることもできる。特に、状態情報は、故障が検出されたときに第２の衛星装置が衛星コンピューティングシステム１３００からの１つ以上の仮想ノードを実装することを可能にする第２の衛星装置と共有され得る。１つ以上の仮想ノードのこの実装または確立は、衛星コンピューティングシステム１３００から状態情報を受信する衛星において直接行われてもよく、衛星コンピューティングシステム１３００から状態情報を受信する衛星によって構成可能な第３衛星で行われてもよい。

前の例では他の衛星に情報を提供するように示されていたが、衛星コンピューティングシステム１３００はまた、他の衛星から状態情報を受信し、受信した状態情報にしたがって同様の動作を提供するように構成されてもよいことが理解されるべきである。これらの動作は、衛星コンピューティングシステム１３００用のセンサに基づいて状態情報を修正すること、または二次衛星から提供される状態情報に基づいてバックアップピアリング動作を提供することを含むことができる。

また図１３に示すように、衛星コンピューティングシステム１３００は、衛星用の飛行制御システムとして使用される制御モジュール１３０８をさらに含む。特に、衛星コンピューティングシステム１３００上の別個の処理回路を使用して動作することができる制御モジュール１３０８は、衛星の電力管理、物流管理、および飛行制御を担うことができる。いくつかの例では、制御モジュール１３０８は、ノード１３１０およびオペレーティングシステム１３０８から要求を受信してノード１３１０上のアプリケーションにデータを提供することができる。衛星の飛行を含まずに要求に対応できる場合、制御モジュール１３０８は、要求されたデータをオペレーティングシステムモジュール１３０９または対応するノードに提供することができる。対照的に、情報を提供することができないまたは飛行動作に対応することができないと判定された場合、制御モジュール１３０８は、データまたは飛行動作を提供することができない場合がある。

含まれる説明および図は、当業者に最良の選択肢を構成して使用する方法を教示するための特定の実装形態を示している。本発明の原理を教示する目的で、いくつかの従来の態様は、簡略化または省略されている。当業者は、本開示の範囲内に入るこれらの実装形態からの変形形態を理解するであろう。当業者はまた、上述した特徴が様々な方法で組み合わせられて複数の実装形態を形成することができることを理解するであろう。結果として、本発明は、上述した特定の実装形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲およびそれらの均等物によってのみ限定される。

Claims (20)

1. 第１の軌道層において周回する第１のサブセットの衛星装置と、
   第２の軌道層において周回する第２のサブセットの衛星装置と、
   通信ネットワークであって、前記衛星装置間に形成され、前記通信ネットワークの動作状態に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の軌道層と前記第２の軌道層との間で通信を選択的に交換するように構成された、通信ネットワークと、
   を備える、衛星クラスタ。
2. 前記第２の軌道層は、前記第１の軌道層よりも地球に対して低い第２の軌道距離を有する軌道を備え、前記通信ネットワークは、前記第１のサブセットの衛星装置と前記第２のサブセットの衛星装置の両方からの衛星装置を備える、請求項１に記載の衛星クラスタ。
3. 少なくとも前記第１の衛星装置のサブセットの軌道方向に関する順方向ヘリシティで前記通信ネットワークのトラフィックを循環させる、少なくとも前記第１の軌道層に形成された順方向通信パスと、
   少なくとも前記第１のサブセットの衛星装置の軌道方向に関する逆方向ヘリシティで前記通信ネットワークのトラフィックを循環させる、少なくとも前記第１の軌道層に形成された逆方向通信パスと、
   を備える、請求項１に記載の衛星クラスタ。
4. 前記通信ネットワークのトラフィックのルーティング中に、前記順方向通信パスおよび前記逆方向通信パスの動作状態に部分的に基づいて、前記トラフィックをルーティングするトラフィック方向を前記順方向通信パスおよび前記逆方向通信パスの中から判定するように構成された前記衛星装置のうちの１つを備える、請求項３に記載の衛星クラスタ。
5. 少なくとも前記通信ネットワークの順方向通信パスに故障が発生していることを示す前記通信ネットワークの動作状態に基づいて、前記逆方向通信パスを使用してターゲット衛星装置に配信するために前記ネットワークトラフィックをルーティングするように構成された前記衛星装置の１つを備える、請求項３に記載の衛星クラスタ。
6. 地上システムによって配信されるクラスタリング定義を受信するように構成された前記衛星装置の１つを備え、前記クラスタリング定義は、前記第１のサブセットの衛星装置と前記第２のサブセットの衛星装置のメンバシップ割り当てを示し、前記クラスタリング定義は、前記通信ネットワーク内に前記順方向通信パスおよび前記逆方向通信パスを確立する構成をさらに示す、請求項３に記載の衛星クラスタ。
7. ソース衛星装置であって、地上システムに配信するためにネットワークトラフィックを識別し、前記通信ネットワークを介して前記地上システムに配信するために前記ネットワークトラフィックを転送するように構成された、ソース衛星装置と、
   少なくとも前記地上システムと現在通信できるターゲット衛星装置を示す前記通信ネットワークの動作状態に基づいて、前記衛星装置のうちの１つ以上であって、少なくとも前記ターゲット衛星を介して前記地上システムに前記ネットワークトラフィックを配信するために、前記ターゲット衛星に前記１つ以上の衛星装置を介して前記ソース衛星装置から前記ネットワークトラフィックを転送することによって、前記地上システムに配信するために前記ネットワークトラフィックをルーティングするように構成された、前記衛星装置のうちの１つ以上と、
   を備える、請求項１に記載の衛星クラスタ。
8. 前記ソース衛星は、前記ターゲット衛星装置とは異なる軌道層にある、請求項７に記載の衛星クラスタ。
9. 前記第１の軌道層において周回する前記衛星装置の少なくとも１つは、仮想ノードの実行に関連する関連状態情報を維持するように構成された仮想化実行システムを備え、
   前記衛星クラスタは、前記通信ネットワークであって、前記第２の軌道層において周回し、前記衛星装置の前記少なくとも１つへのバックアップとして構成される少なくとも１つのピア衛星装置に配信するために、前記通信ネットワークを介して前記関連状態情報を転送するように構成される、前記通信ネットワークを備える、請求項１に記載の衛星クラスタ。
10. 衛星クラスタの動作方法であって、
    第１の軌道層内に第１のサブセットの衛星装置を確立する工程と、
    第２の軌道層内に第２のサブセットの衛星装置を確立する工程と、
    前記衛星装置間に形成された通信ネットワークにおいて、前記通信ネットワークの動作状態に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の軌道層と前記第２の軌道層との間で選択的に通信を交換する工程と、
    を含む、方法。
11. 前記第２の軌道層は、前記第１の軌道層よりも地球に対して低い第２の軌道距離を有する軌道を備え、前記通信ネットワークは、前記第１のサブセットの衛星装置と前記第２のサブセットの衛星装置の両方からの衛星装置を備える、請求項１０に記載の方法。
12. 少なくとも前記第１のサブセットの衛星装置の軌道方向に関する順方向ヘリシティで前記通信ネットワークのトラフィックを循環させる、少なくとも前記第１の軌道層に順方向通信パスを確立する工程と、
    少なくとも前記第１のサブセットの衛星装置の軌道方向に関する逆方向ヘリシティで前記通信ネットワークのトラフィックを循環させる、少なくとも前記第１の軌道層に逆方向通信パスを確立する工程と、
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記通信ネットワークのトラフィックのルーティング中に、前記順方向通信パスおよび前記逆方向通信パスの動作状態に部分的に基づいて、前記トラフィックをルーティングするトラフィック方向を前記順方向通信パスおよび前記逆方向通信パスの中から判定する工程をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 少なくとも前記通信ネットワークの前記順方向通信パスに故障が発生していることを示す前記通信ネットワークの動作状態に基づいて、前記逆方向通信パスを使用してターゲット衛星装置に配信するために前記ネットワークトラフィックをルーティングする工程をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記衛星装置の１つにおいて、地上システムによって配信されるクラスタリング定義を受信する工程をさらに含み、前記クラスタリング定義は、前記第１のサブセットの衛星装置と前記第２のサブセットの衛星装置のメンバシップ割り当てを示し、前記クラスタリング定義は、前記通信ネットワーク内に前記順方向通信パスおよび前記逆方向通信パスを確立する構成をさらに示す、請求項１２に記載の方法。
16. ソース衛星装置において、地上システムに配信するためにネットワークトラフィックを識別して、前記通信ネットワークを介して前記地上システムに配信するために前記ネットワークトラフィックを転送する工程と、
    少なくとも前記地上システムと現在通信できるターゲット衛星装置を示す前記通信ネットワークの動作状態に基づいて、少なくとも前記ターゲット衛星を介して前記地上システムに前記ネットワークトラフィックを配信するために、前記ターゲット衛星に前記１つ以上の衛星装置を介して前記ソース衛星装置から前記ネットワークトラフィックを転送することによって、前記地上システムに配信するために前記ネットワークトラフィックを前記衛星装置のうちの１つ以上を介してルーティングする工程と、
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
17. 前記ソース衛星は、前記ターゲット衛星装置とは異なる軌道層にある、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第１の軌道層において周回する前記衛星装置の少なくとも１つは、仮想ノードの実行に関連する関連状態情報を維持するように構成された仮想化実行システムを備え、
    前記方法は、前記通信ネットワークにおいて、前記第２の軌道層において周回し、前記衛星装置の少なくとも１つへのバックアップとして構成される少なくとも１つのピア衛星装置に配信するために、前記通信ネットワークを介して前記関連状態情報を転送する工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
19. 複層衛星クラスタであって、
    第１の軌道距離で周回する第１のサブセットの衛星装置と、
    前記第１の軌道層よりも地球に対して低い第２の軌道距離で周回する第２のサブセットの衛星装置と、
    通信ネットワークであって、前記衛星装置間に形成され、前記第１のサブセットの衛星装置と前記第２のサブセットの衛星装置との間で選択的に通信を交換するように構成された、通信ネットワークと、
    前記通信ネットワークのトラフィックを第１の方向にルーティングする前記第１のサブセットと前記第２のサブセットのメンバ間に形成された順方向通信パスと、
    前記通信ネットワークのトラフィックを前記第１の方向と反対の第２の方向にルーティングする前記第１のサブセットと前記第２のサブセットのメンバ間に形成された逆方向通信パスと、
    を備える、複層衛星クラスタ。
20. 前記通信ネットワークのトラフィックのルーティング中に、前記順方向通信パスおよび前記逆方向通信パスの動作状態に部分的に基づいて、前記トラフィックをルーティングするトラフィック方向を前記順方向通信パスおよび前記逆方向通信パスの中から判定するように構成された前記メンバの各々を備える、請求項１９に記載の複層衛星クラスタ。

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