JP6878474B2 - マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末 - Google Patents

Description

本発明は、通信システムおよび方法に関する。典型的な適用例では、本発明の一実施形態は、衛星ベースのアクセス・ノードを介する遠隔に展開された機器と制御および管理システムとの間のデータ通信をサポートするためのサービスを提供することができる。

リモート・センサおよびデバイスに二方向データ通信を提供することは、広範囲の適用例にとって、ますます重要になりつつある。地上および海上のフィールド・センサならびに産業用オートメーションおよび制御機器への費用対効果の高い通信は、たとえば、気候変動、水、採掘、農業、防衛、および国家安全保障に対する環境モニタリングなどの分野に経済面および環境面での大きな利益をもたらす可能性がある。

多数の高価な適用例は、適度なデータ転送速度要件（キロビット毎秒）を有し、最大数時間の待ち時間を伴う断続的な通信を許容することができる。そのような適用例は、頻繁に、地上通信ソリューションが存在しない、信頼性がない、拒否される、または不安定である（たとえば、防衛の状況において）、非常に遠く離れた区域にセンサを含む。これらの制約は、衛星通信の使用を義務づけることが多い。たとえば、環境、経済、および国家安全保障の理由による長距離の海洋環境モニタリングでは、衛星通信は、センサ・データの命令、制御、および抽出のための唯一の実現可能なソリューションである。多くの場合に、この情報は機密であり（経済または国家安全保障の理由で）、そのため、セキュアな通信システムが必要とされる。

残念ながら、既存の商用衛星サービスは、他の適用例のために設計されることがある。たとえば、その範囲（ｓｃａｌｅ）の一端には、高価なリアルタイム・ブロードバンド・サービスがある。他端には、ごく少量のデータ用の一方向通信がある。

コストおよび技術面での非常に多い制約によって、多数のリモート・フィールド・センサの広範な使用が限られている。したがって、リモート通信は一般的に、十分に利用されていない、または煩わしいデータ収集が用いられる、たとえば、サイトの訪問による稀な手動検索によって、重要なデータを収集できることが減少するように見える。

したがって、遠隔に展開された機器に対する改善された通信サービスを提供する通信システムおよび方法を提供することが必要とされている。

本発明の第１の態様によれば、
ａ．リモート・アプリケーション・プログラムからデータを受信するためのユーザ・ノードであって、このデータは、リモート・アプリケーション・プログラムと機能的に関連付けられる中央アプリケーション・プログラムへの通信のためのメッセージ・データを含む、ユーザ・ノードと、
ｂ．複数の地理的に分散されたゲートウェイ・ノードと、
ｃ．ユーザ・ノードから第１の通信インターフェースを介してメッセージ・データを受信し、複数の地理的に分散されたゲートウェイ・ノードのうち１つまたは複数に第２の通信インターフェースを介してメッセージ・データを通信するための１つまたは複数のアクセス・ノードと、
ｄ．中央アプリケーション・プログラムへの通信のためのメッセージ・データを受信するために複数の地理的に分散されたゲートウェイ・ノードのうち１つまたは複数と通信するためのハブと
を含む通信システムが提供される。

本発明の第２の態様によれば、
ａ．１つまたは複数のリモート・アプリケーション・プログラムと機能的に関連付けられた中央アプリケーション・プログラムと、
ｂ．複数の地理的に分散されたゲートウェイ・ノードと、
ｃ．１つまたは複数のリモート・アプリケーション・プログラムへの通信のために中央アプリケーション・プログラムからデータを受信し、この受信されたデータを、複数の地理的に分散されたゲートウェイ・ノードのうち選択された１つまたは複数に通信するためのハブと、
ｄ．第１の通信インターフェースを使用して地理的に分散されたゲートウェイ・ノードのうち選択された１つまたは複数からデータを受信し、この受信されたデータを、第２の通信インターフェースを使用して１つまたは複数のリモート・アプリケーション・プログラムに通信するための１つまたは複数のアクセス・ノードと
を含む通信システムが提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、
ａ．第１の通信ノード上でまたはこれに関連して動作する第１のアプリケーション・プログラムと、
ｂ．複数の地理的に分散されたゲートウェイ・ノードと、
ｃ．第１のアプリケーション・プログラムによって処理する目的で第１の通信ノードに通信するためのデータを提供する第２のアプリケーション・プログラムと、
ｄ．第１のアプリケーション・プログラムによって処理するために第１の通信ノードにデータを通信する目的でゲートウェイ・ノードのうち１つまたは複数を選択するための中央ホストと
を含む通信システムが提供される。

本発明の別の態様は、
ａ．リモート・アプリケーション・プログラムからデータを受信するユーザ・ノードであって、このデータは、リモート・アプリケーション・プログラムと機能的に関連付けられる中央アプリケーション・プログラムへの通信のためのメッセージ・データを含む、ユーザ・ノードと、
ｂ．ユーザ・ノードから第１の通信インターフェースを介してメッセージ・データを受信し、複数の地理的に分散されたゲートウェイ・ノードのうち１つまたは複数に第２の通信インターフェースを介してメッセージ・データを通信する１つまたは複数のアクセス・ノードと、
ｃ．中央アプリケーション・プログラムへの通信のためのメッセージ・データを受信するために複数の地理的に分散されたゲートウェイ・ノードのうち１つまたは複数と通信するハブと
を含む、通信の方法を提供する。

本発明の別の態様は、
ａ．第１の通信ノード上でまたはこれに関連して第１のアプリケーション・プログラムを動作させること、
ｂ．複数の地理的に分散されたゲートウェイ・ノードを提供すること、
ｃ．第１のアプリケーション・プログラムによって処理する目的で第１の通信ノードに通信するためのデータを提供する第２のアプリケーション・プログラムを動作させること、および
ｄ．第１のアプリケーション・プログラムによって処理するために第１の通信ノードにデータを通信する目的でゲートウェイ・ノードのうち１つまたは複数を選択するための中央ホストを提供すること
を含む、通信の方法を提供する。

好ましくは、アクセス・ノードのうち少なくとも１つは、衛星ベースのノードを含む。

好ましくは、ゲートウェイ・ノードおよび／またはユーザ・ノードは低電力ノードである。一実施形態では、低電力ノードは、５Ｗ未満のＥＩＲＰを有する。

本発明の実施形態は、一方向（接地から衛星へ）通信または二方向（接地から衛星へ、かつ衛星から接地へ）通信のどちらかを提供することができる。

ゲートウェイ・ノードの地理的に分散されたセットを提供することによって、ゲートウェイと衛星ペイロードとの間の持続時間が増加し、したがって、データ転送待ち時間が減少し得ることが想定されている。

本発明の実施形態は、衛星ベースの通信システムを必要とするさまざまな適用例において利点を提供すると予想される。例として、そのような適用例としては、長距離の海洋環境モニタリング、管理されていない接地センサ、ならびに鉱業用の遠隔資産のモニタリングおよび制御があり得る。

本発明の好ましい一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

１つまたは複数のリモート・アプリケーション・プログラムから単一の中央アプリケーションへの単方向メッセージ転送を示すデータ・フロー図である。

１つまたは複数のリモート・アプリケーション・プログラムと単一の中央アプリケーション・プログラムとの間の双方向メッセージ転送を示すデータ・フロー図である。

本発明の一実施形態による通信システムのシステム・ブロック図である。

本発明の一実施形態による通信システムとともに使用するのに適したノード・アーキテクチャの機能ブロック図である。

本発明の一実施形態による通信システムとともに使用するのに適したＳＴ１レコーダ・ノードの機能ブロック図である。

本発明の一実施形態によるアクセス・ノード・モードで動作するマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末を含む一実施形態によるシステムのブロック図である。

本発明の一実施形態によるゲートウェイ・モードで動作するマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末を含む一実施形態による通信システムのブロック図である。

ゲートウェイ・ノードおよびアクセス・モードで同時に動作するマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末を含む一実施形態によるシステムのブロック図である。

複数のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末を含む一実施形態によるシステムのブロック図である。

本発明の一実施形態によるシステムとともに使用するのに適した中央ホストの機能ブロック図である。

本発明の一実施形態によるシステムの例示的な一実装形態のシステム・ブロック図である。

本発明の一実施形態とともに使用するのに適したプロトコル・スタック構造である。

コンパクト・アンテナの一実施形態を示す図である。

コンパクト・アンテナのさらなる実施形態を示す図である。

ＳＮＲ測定値を含む試験結果を示す図である。

以下の説明において、同じ参照文字は、図全体を通して、同じまたは対応する部分を示す。

次に、本発明の一実施形態について、衛星ベースのアクセス・ノードを介した、遠隔に展開された機器とエンド・ユーザの集中制御および管理システムとの間のメッセージ蓄積交換を可能にするサービスを提供する衛星通信システムに関して説明する。一般的に、システムによって提供されるサービスの種類としては、通信サービス、システム・サービス、およびユーザ・サービスがあり得る。

通信サービスに関して、本例では、通信システムの一実施形態によって、２種類の通信サービス、すなわちサービス・タイプ１（以下では「ＳＴ１」）およびサービス・タイプ２（以下では「ＳＴ２」）が提供され得る。サービス・タイプ１（ＳＴ１）は、小規模送信サイズ要件を有する端末にサービスを提供する一方向サービスであるが、サービス・タイプ２（ＳＴ２）は、より大規模なデータ転送要件を有する端末に供される二方向サービスである。一般的なメッセージ蓄積交換ネットワーク・フレームワークにおいて、ＳＴ１サービス・タイプとＳＴ２サービス・タイプの両方が備えられてよい。

システムの実施形態によって提供されるサービス・タイプは、単方向（すなわち一方向）通信または双方向（すなわち二方向）通信にそれぞれサービスを提供することができる。この点に関して、説明する本発明の実施形態は、両方のサービス・タイプを提供する統合通信サービスに関する。しかしながら、本発明のすべての実施形態が両方の通信サービス・タイプを提供することは不可欠でないことを諒解されたい。この点に関して、図１は、単方向サービス１０４（ＳＴ−１として示される）を使用した１つまたは複数のリモート・アプリケーション・プログラム１００（ＲＡ−１Ａ、ＲＡ−２Ａ、およびＲＡ−３Ａとして示される）から単一の中央アプリケーション・プログラム１０２（ＣＡ−Ａとして示される）への単方向メッセージ転送の一例を示す。一方、図２は、双方向サービス２００（ＳＴ−２として示される）を使用した１つまたは複数のリモート・アプリケーション・プログラム１００（ＲＡ−１Ａ、ＲＡ−２Ａ、およびＲＡ−３Ａとして示される）と単一の中央アプリケーション・プログラム１０２（ここではＣＡ−Ａとして示される）との間での双方向メッセージ転送の一例を示す。

図３は、本発明の一実施形態による通信システム３００のブロック図を示す。図示のように、システム３００は、複数のリモート・アプリケーション・プログラム１００（ＲＡ−１Ａ、ＲＡ−１Ｂ、ＲＡ−２Ｘ、およびＲＡ−３Ａとして示される）と、複数のユーザ・ノード３０４（ＵＮ−１、ＵＮ−２、ＵＮ−３として示される）と、アクセス・ノード３０６（ＡＮ−１として示される）と、地理的に分散されたゲートウェイ・ノード３０８（ＧＮ−１、ＧＮ−２として示される）と、中央アプリケーション・プログラム１０２（ＣＡ−Ａ、ＣＡ−Ｂ、ＣＡ−Ｘ、ＣＡ−Ｙとして示される）と、アクセス・ノード・アプリケーション・プログラム（ＡＮＡ−１Ｘとして示される）と、中央アプリケーション・ハブ３１２（ＣＡＨとして示される）とを含む。もちろん、図示の実施形態に含まれるリモート・アプリケーション・プログラム１００、中央アプリケーション・プログラム１０２、アクセス・ノード３０６、ユーザ・ノード３０４、およびゲートウェイ・ノード３０８の数は、本発明の範囲を制限することを意図するものではないことが諒解されるであろう。したがって、本発明の他の実施形態は、異なる数のリモート・アプリケーション・プログラム１００、中央アプリケーション・プログラム１０２、ユーザ・ノード３０４、アクセス・ノード３０６、ゲートウェイ・ノード３０８、および潜在的に中央アプリケーション・ハブを含んでよい。

この場合、各ノードは、システム３００内で無線通信サービスを提供する、個別にアドレス指定可能な機能ネットワーク・エンティティである。各ユーザ・ノード３０４は、リモート・アプリケーション・プログラムが通信システム３００を介して関連中央アプリケーション・プログラムＣＡ−Ａ、ＣＡ−Ｂ、ＣＡ−Ｘ、ＣＡ−Ａと通信することを可能にするリモート・アプリケーション・プログラムＲＡ−１Ａ、ＲＡ−１Ｂ、ＲＡ−２Ｘ、およびＲＡ−３Ａのうち１つまたは複数に通信サービスを提供する。２つの論理的通信インターフェース、すなわちリモート無線インターフェース３１４（ＲＲＩ：ｒｅｍｏｔｅ ｒａｄｉｏ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）およびゲートウェイ無線インターフェース３１６（ＧＲＩ：ｇａｔｅｗａｙ ｒａｄｉｏ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）も示されている。ノードおよび通信インターフェースについては、後で、より詳細に説明する。

この場合、機能ネットワーク・エンティティのそれぞれは、全地球測位システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）によって提供される共通タイミング基準などの共通タイミング基準（図示せず）にアクセスできる。システム３００におけるすべての送信は、この基準に時間同期される。便宜上、「ＧＰＳ」という用語を使用して、共通タイミング基準を示すものとする。しかしながら、他の時刻（および位置）決定システムが使用されてよいことが諒解されるであろう。

リモート・アプリケーション・プログラム１００は、ユーザ端末（ＵＴ：ｕｓｅｒ ｔｅｒｍｉｎａｌ）または通信インターフェースを介して適切なユーザ端末に接続された別のデバイスなどの適切な処理および通信のインフラストラクチャを装備するユーザ・デバイス（図示せず）にインストールされてよい。ユーザ・デバイスまたは他のデバイスは、一般的に、その関連中央アプリケーション・プログラムから遠い地理的ロケーションに位置し、したがって、ユーザにとって容易にアクセス可能でない領域に位置することがある。

リモート・アプリケーション・プログラム１００は、たとえば、１つもしくは複数のセンサからの環境モニタリング・データ（温度、音声、ビデオ、および／もしくは他のセンサ・データなど）の収集、処理、および送信を目的とした環境モニタリング・リモート・アプリケーション・プログラム、採掘機器、水インフラストラクチャ、エネルギー・インフラストラクチャ、運搬資産およびインフラストラクチャからなどのシステム・モニタリング・データの収集、処理、および送信を目的とした資産モニタリング・リモート・アプリケーション・プログラム、ＳＣＡＤＡシステム内でのデータの処理および／もしくは転送を目的としたリモート・アプリケーション・プログラム、対応する中央アプリケーションによって発行された動作コマンドに応答してローカル機器をモニタリングおよび制御するためのリモート・アプリケーション・プログラム、対象トラッキングおよびモニタリング・サービス（対象は、陸上、空中、もしくは海洋にあってよく、可動性であってもよいし静止していてもよい）を可能にする、対象位置報告を目的としたリモート・アプリケーション・プログラム、またはファイル転送、ファームウェア・アップグレード（ユーザ端末および／もしくはアプリケーション）、およびノードのモニタリングと管理などのシステム・サービス・アプリケーションを配信するためのリモート・アプリケーション・プログラムを含むことができる。

この場合、複数のリモート・アプリケーション・プログラム１００のそれぞれは、中央アプリケーション・プログラム１０２のうちそれぞれ１つまたは複数と機能的に関連付けられる。図３に示されるシステム３００では、リモート・アプリケーション・プログラムＲＡ−１Ａ、ＲＡ−１Ｂはそれぞれ、中央アプリケーション・プログラムＣＡ−ＡおよびＣＡ−Ｂと機能的に関連付けられ、一方、リモート・アプリケーション・プログラムＲＡ−２Ｘ、およびＲＡ−３Ａはそれぞれ、中央アプリケーション・プログラムＣＡ−ＸおよびＣＡ−Ａと関連付けられる。この点に関して、本明細書全体を通じて、リモート・アプリケーション・プログラムと中央アプリケーション・プログラムとの関係を説明するために使用される「機能的に関連付けられる」への言及は、リモート・アプリケーション・プログラムおよび中央アプリケーション・プログラムが分散アプリケーションの要素であり、したがって機能的相互依存性を有する関係を示すと理解されるべきである。言い換えれば、リモート・アプリケーション・プログラムと中央アプリケーションは、サービスを配信または提供するように、組み合わせて動作する。

本発明の実施形態では、分散アプリケーションは、システム３００の複数のノード上で実行されるアプリケーション・プログラム（すなわちソフトウェア）の分散によって形成され得る。この点に関して、「ソフトウェア」という用語は、本明細書で用いる場合、限定はするものではないが、コンピュータまたは他の電子デバイスに機能、行為、および／または振る舞いを望ましい形で実行させる１つまたは複数のコンピュータ可読かつ／または実行可能な命令を含む。命令は、別個のアプリケーションまたは動的にリンクされたライブラリからのコードを含む、ルーチン、アルゴリズム、モジュール、またはプログラムなどのさまざまな形態で組み込まれてよい。ソフトウェアも、スタンドアロン・プログラム、関数呼び出し、サーブレット、アプレット、メモリに記憶された命令、オペレーティング・システムの一部、または他の種類の実行可能命令などのさまざまな形態で実装されてよい。ソフトウェアの形態が、たとえば、所望のアプリケーションの要件、それが実行される環境、および／または設計者／プログラマの要望などに依存することは、当業者には諒解されよう。

そのうえ、本明細書で開示する実施形態に関して説明するさまざまな例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズム・ステップは、電子ハードウェア、コンピュータ・ソフトウェア、または両方の組み合わせとして実装されてよいことは、当業者には諒解されよう。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、さまざまな例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップは、それらの機能に関して説明される。そのような機能がハードウェアとして実施されるかまたはソフトウェアとして実施されるかは、特定のアプリケーションおよび全体的なシステムに課せられる設計制約に依存する。当業者は、説明する機能を、各特定のアプリケーションに関するさまざまな方法で実装することができるが、そのような実装の決定が、本発明の範囲から逸脱すると解釈すべきではない。

したがって、好ましくは、分散アプリケーションの分散要素（すなわちアプリケーション・プログラム）は、システム３００の任意のノードのいずれか１つとともに実行することができる。このようにして、たとえば、中央アプリケーション・プログラムと機能的に関連付けられたアプリケーション・プログラムは、たとえば、サービスへのアクセスのレベルの増加、ノード・システム機能アクセス、ファームウェア・アップグレード、およびリモート管理を可能にするように相互運用することができる。この種類の相互運用は、メッセージ・データの照合および／または処理、意思決定をサポートし、場合によっては、通信インターフェースへの負荷を減少させることもできる。

以下の例では、アプリケーション・プログラムを、リモート・アプリケーション・プログラム１００および中央アプリケーション・プログラム１０２に関して説明する。しかしながら、アクセス・ノード・アプリケーションおよびゲートウェイ・ノード・アプリケーションなどの他のアプリケーション・プログラムも提供されてよく、そのそれぞれも、中央アプリケーション・プログラム１０２と機能的に関連付けられよいことを諒解されたい。

中央アプリケーション・プログラム１０２のそれぞれは、ユーザにとってアクセス可能であり適切な処理および通信インフラストラクチャを装備するホスト・コンピュータなどのユーザ・デバイス上にインストールされたコンピュータ実行可能ソフトウェアの形態で、アプリケーション・プログラムを含むことができる。適切なホスト・コンピュータとしては、タブレット、デスクトップ・コンピュータ、スマートフォン、ラップトップ・コンピュータ、ノートブック・コンピュータなどがあり得る。

中央アプリケーション・プログラム１０２のうち１つまたは複数は、関連リモート・アプリケーション・プログラムを制御、管理、モニタリング、構成、または更新するための１つまたは複数の機能を提供することができる。中央アプリケーション・プログラムの例としては、１つまたは複数のリモート・アプリケーション・プログラムからのセンサ・データを照合および／または処理し、潜在的に地理データとセンサ・データとを結合して分散ナチュラル・プロセスの尺度を生成するための環境モニタリング中央アプリケーション・プログラム、ユーザ資産からの位置データおよびセンサ・データを処理し、過去および現在のロケーション情報と、潜在的に推定される将来のロケーション情報とを潜在的に提供するための資産モニタリングおよび追跡中央アプリケーション・プログラム、遠く離れた工場の状態をモニタリングし、潜在的に、状態データを処理して将来の工場の運用に関する意思決定を行うための中央アプリケーション・プログラム、１つまたは複数のリモート・ノード（システムおよび／またはリモート・アプリケーション・プログラム・ファームウェアを含むことができる）にファームウェア・アップグレード・データおよびコマンドを配布するための中央アプリケーション・プログラム、通信システム３００内の他のノードにファイルを送信し／他のノードからファイルを受信するための中央アプリケーション・プログラムがある。

いくつかの実施形態では、中央アプリケーション・プログラムは、関連リモート・アプリケーション・プログラムのリモート管理および制御を可能にする。そのような中央アプリケーション・プログラムはまた、たとえば自律走行車両（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｖｅｈｉｃｌｅ）の車隊の制御およびモニタリングを行うように、たとえば工場の運用および／またはモニタリング・データの収集を制御するために、モニタリングおよび制御リモート・アプリケーションにコマンドを送信することができる。

システム３００のサービスにアクセスするために、中央アプリケーション・プログラム１０２のそれぞれは、好ましくは、適切な登録プロセスによって中央アプリケーション・ハブ３１２（以下では「ハブ」）に登録する必要がある。ハブ３１２への中央アプリケーション・プログラム１０２のそれぞれの登録は、たとえばネットワーク上で、たとえばインターネット・プロトコルに基づいた機構を介して実行されてよい。同様に、リモート・アプリケーション・プログラム１００のそれぞれは、好ましくは、ＩＰサービス上で動作するアプリケーション・インターフェース・プロトコル（たとえばＴＣＰ）などの適切なアプリケーション・インターフェースまたはソフトウェア関数呼び出しを用いるソフトウェアＡＰＩを使用する適切な登録処理を介して、ユーザ・ノード３０４のそれぞれに登録する必要がある。

いったん登録されると、リモート・アプリケーションは、その関連中央アプリケーション・プログラムに、リモート・アプリケーションが登録されたユーザ・ノードを介して、メッセージを送信することができる。

図３に示される実施形態では、ユーザ・ノード３０４のうち１つまたは複数は、メッセージ蓄積機能（ＭＳＦ：ｍｅｓｓａｇｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を提供することができる。このＭＳＦは、
・すべてのメッセージ断片を受信するまで、アクセス・ノード３０６から受信した部分メッセージを記憶する。メッセージを完全に受信すると、そのメッセージが、宛先リモート・アプリケーション・プログラムに配信される。
・アクセス・ノード３０６が送出メッセージを送信することを可能にするために使用可能になるまで、ユーザ・ノードＵＮ−１、ＵＮ−２、ＵＮ−３に接続されたリモート・アプリケーションＲＡ−１Ａ、ＲＡ−２Ａ、ＲＡ−２Ｘ、およびＲＡ−３Ａからのメッセージを記憶する。

ユーザ・ノード３０４のうち１つまたは複数は、
・ノード・ソフトウェア／ファームウェアのすべての面を確実にアップグレードすることを可能にするファームウェア・アップグレード機構、および
・ノード管理サービス
などのシステム管理サービスも提供することができる。

いくつかの実施形態では、ユーザ・ノード３０４は、送信前にデータを圧縮して、通信インターフェース３１４、３１６への負荷を減少させることができる。

ゲートウェイ・ノード

図３に示される実施形態では、複数のゲートウェイ・ノード３０８のそれぞれは、ある区域にわたって地理的に分散され、中央アプリケーション・プログラム１０２との間でメッセージを通信するために、ハブ３１２およびアクセス・ノード３０６に通信サービスを提供する。各ゲートウェイ・ノードＧＮ−１、ＧＮ−２は、以下で説明するように、ゲートウェイ無線インターフェース３１６とアプリケーション・インターフェースも提供する。

ゲートウェイ・ノード３０８は、ハブ３１２にも接続し、その可用性は、
・永続的：たとえば、永続的なインターネット接続を介して、または
・断続的−たとえば、モバイル・ゲートウェイ・ノードがネットワークの範囲に入ったときにアクティブになるワイヤレス・ネットワーク接続を介して
であってよい。

複数のゲートウェイ・ノード３０８のそれぞれは、ゲートウェイでメッセージ蓄積機能（ＭＳＦ）を提供することができる。このＭＳＦは、
・ハブ３１２とシステム３００内の１つまたは複数のアクセス・ノードとの間でメッセージをルーティングする。
・すべてのメッセージ断片を受信するまで、アクセス・ノード３０６から受信した部分メッセージを記憶する。メッセージ（または、接続切断の場合は、受信されたメッセージ断片）は、その宛先中央アプリケーション・プログラムＣＡ−Ａ、ＣＡ−Ｂ、ＣＡ−Ｘ、ＣＡ−Ｙに配信するために、ハブ３１２に配信される。接続切断の場合、アクセス・ノード３０６における残りの断片は、ハブ３１２におけるメッセージ再構成のために、異なるゲートウェイ・ノードに配信されてよい。ハブ３１２への接続が使用可能でない場合、メッセージは、接続が使用可能になるまで記憶される。
・アクセス・ノード３０６が送出メッセージを送信することを可能にするために使用可能になるまで、ハブ３１２から受信した、リモート・アプリケーションＲＡ−１Ａ、ＲＡ−１Ｂ、ＲＡ−２Ｘ、ＲＡ−３Ａ宛てのメッセージを記憶する。
・たとえばアクセス・ノード３０６またはハブ３１２への接続を介した宛先への接続が使用可能になるまで、ローカル・ゲートウェイ・ノード・アプリケーションから（アプリケーション・インターフェースを介して）受信したメッセージを記憶する。

各ゲートウェイ・ノードＧＮ−１、ＧＮ−２は、
・ゲートウェイ・ノード上にインストールされたソフトウェア／ファームウェアのすべての面を確実にアップグレードすることを可能にするファームウェア・アップグレード機構、および
・以下で説明するノード管理サービス
などのシステム・サービスも提供することができる。

いくつかの実施形態では、ゲートウェイ・ノード３０８のうち１つまたは複数は、無線インターフェースへの優先アクセスが与えられる特殊な種類のユーザ・ノードとしてインスタンス化することができる。そのうえ、ゲートウェイ・ノード３０８のうち１つまたは複数は、送信前にデータを圧縮して、無線インターフェースへの負荷を減少させることができる。

ゲートウェイ・ノード３０８のうち１つまたは複数は、地表に位置してもよいし、空中にあってもよいし、宇宙設置型であってもよい。

アクセス・ノード

アクセス・ノード３０６は、
・リモート無線インターフェース３１４を介したリモート端末との一方向通信および／または二方向通信、
・ゲートウェイ無線インターフェース３１６を介したゲートウェイ端末との一方向通信および／または二方向通信、
・アプリケーション・インターフェース
を提供する、宇宙設置型エンティティ、空中エンティティ、または地上エンティティを含むことができる。

図３に示される実施形態では、アクセス・ノード３０６は、ゲートウェイ・ノード３０８およびハブ３１２のうち選択されたものを介して、中央アプリケーション・プログラム１０２のうち１つまたは複数に、通信用のメッセージ・データを通信する。しかしながら、アクセス・ノード３０６がハブ３１２と直接通信することも可能である。アクセス・ノード３０６からハブ３１２への接続は、
・永続的−たとえば、永続的なインターネット接続を介して、または
・断続的−たとえば、モバイル・アクセス・ノードがネットワークの範囲に入ったときにアクティブになるワイヤレス・ネットワーク接続を介して
であってよい。

好ましくは、アクセス・ノード３０６は、メッセージ蓄積機能（ＭＳＦ）も提供する。このＭＳＦは、
・それぞれのユーザ・ノードＵＮ−１、ＵＮ−２、またはＵＮ−３に接続された１つまたは複数のリモート・アプリケーション１００から中央アプリケーション・プログラム１０２のうち１つまたは複数への通信のために、ユーザ・ノード３０４から受信したメッセージを記憶し、
・ユーザ・ノード３０４のうち１つまたは複数への通信のために、複数のゲートウェイ・ノード３０８のうち１つから受信したメッセージを記憶し、かつ
・たとえばゲートウェイ・ノード３０８またはハブ３１２への接続を介した宛先への接続が使用可能になるまで、ローカル・アクセス・ノード・アプリケーション（ＡＮＡ−１Ｘとして示される）から受信したメッセージを記憶する。

アクセス・ノード３０６は、
・アクセス・ノード３０６上にインストールされたソフトウェア／ファームウェアのすべての面を確実にアップグレードすることを可能にするファームウェア・アップグレード機構、および
・以下で説明するノード管理サービス
などのシステム管理サービスも提供することができる。

アクセス・ノード３０６は、以下のサービスのうち１つまたは複数も提供することができる。
・アクセス・ノード３０６がユーザ・ノード３０４のうち１つまたは複数およびハブ３１２への同時接続（直接、またはシステムを介して、たとえば、複数のゲートウェイ・ノード３０８のうち１つを介して、のどちらか）を有するときの、中央アプリケーション・プログラム１０２とそれぞれの関連リモート・アプリケーション・プログラムＲＡ−１Ａ、ＲＡ−１Ｂ、ＲＡ−２Ｘ、またはＲＡ−３Ａとの間のリアルタイム・メッセージ転送
・アクセス・ノード３０６がそれぞれのユーザ・ノードＵＮ−１またはＵＮ−２への同時接続を有するときの、ユーザ・ノード３０４のそれぞれに接続されたリモート・アプリケーション・プログラム１００間のリアルタイム・メッセージ転送

好ましくは、アクセス・ノード３０６は、ユーザ・ノード３０４およびゲートウェイ・ノード３０８などのシステム・エンティティに対するネットワーク・アクセス権を制御する。この種類の制御は、
・最大データ転送サイズ、および
・メッセージ配信の優先順位
などの属性に適用され得る。

この点に関して、権利は、
・ユーザ・ノードおよび／もしくはゲートウェイ・ノードまたはユーザ・ノードおよび／もしくはゲートウェイ・ノードのグループに割り当てられた識別子、
・ユーザ・ノードおよび／またはゲートウェイ・ノードの地理的ロケーション、ならびに
・現在の時刻
などのシステム属性を考慮して制御されてよい。

アクセス・ノード３０６は、ハブ３１２からネットワーク・アクセス権を設定する集中型ネットワーク・アクセス制御命令を受信することができる。アクセス・ノード３０６は、送信前にデータを圧縮し、したがって通信インターフェース３１６（ＧＲＩ）および／または３１４（ＲＲＩ）への負荷を減少できることが可能である。

ゲートウェイ無線インターフェース３１６は、アクセス・ノード３０６から複数のゲートウェイ・ノード３０８への一方向通信として実装されてよい。そのような実装形態では、アクセス・ノード３０６は、レートレス符号方式（たとえば、噴水符号またはＲａｐｔｏｒ符号）を使用して、複数のゲートウェイ・ノード３０８に符号化パケットを送信することができる。ゲートウェイ・ノード３０８は、次いで、受信したパケットをハブ３１２に転送し、ハブ３１２において、受信したパケットが復号される。

サービス・タイプ１レコーダ・ノード（ＳＴ１ＲＮ：ｓｅｒｖｉｃｅ ｔｙｐｅ １ ｒｅｃｏｒｄｅｒ ｎｏｄｅ）

本発明の実施形態は、サービス・タイプ−１に以下のものを提供するＳＴ１レコーダ・ノード（ＳＴ１ＲＮ）を含むことができる。
・潜在的にノードから離れた場所で、ノードによって記録された標本に対してＳＴ１受信機信号処理が実行される実施形態に対するサポート
・リモート無線インターフェース３１４からのＳＴ１信号の受信および記録
・ゲートウェイ無線インターフェース３１６を介したゲートウェイ端末との一方向通信および／または二方向通信であり、記録されたチャネル・データは、ゲートウェイ無線インターフェース３１６上で、信号処理のために、ノードから離れるように、たとえば衛星から中央地上局に、または地上ノードから中央処理ロケーションに転送することができる。
・記録された標本の時刻および（潜在的にはノード位置の）スタンピング

ＳＴ１ＲＮは、
・ノード・ソフトウェア／ファームウェアの面を確実にアップグレードすることを可能にするファームウェア・アップグレード機構、および
・以下で説明するノード管理サービス
などのシステム管理サービスへのアクセスのためのアプリケーション・インターフェースも提供することができる。

ＳＴ１ＲＮは、記録されたチャネル・データを送信前に圧縮し、したがって通信インターフェースへの負荷を減少させることができる。ＳＴ１ＲＮは、宇宙設置型エンティティ、空中エンティティ、または地上エンティティを含むことができる。

中央アプリケーション・ハブ（ＣＡＨ：ＣＥＮＴＲＡＬ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＨＵＢ）

中央アプリケーション・ハブ３１２は、中央アプリケーション・プログラム１０２に通信サービスを提供する。ハブ３１２は、中央アプリケーション・プログラム１０２を登録することを可能にし、中央アプリケーション・プログラム１０２が関連リモート・アプリケーションＲＡ−１Ａ、ＲＡ−１Ｂ、ＲＡ−２Ｘ、またはＲＡ−３Ａと通信できるようにするアプリケーション・インターフェースを提供する。この点に関して、図３に示されるシステム３００では、
・ＣＡ−ＡはＲＡ−１Ａ、ＲＡ−３Ａと関連付けられる（たとえば、位置追跡サービス）。
・ＣＡ−ＢはＲＡ−１Ｂと関連付けられる（たとえば、センサ・ネットワーク・サービス）。
・ＣＡ−ＸはＡＮＡ−１ＸおよびＲＡ−２Ｘと関連付けられる。この分散された場合、サービスがＡＮＡ−１ＸおよびＲＡ−２Ｘと個別に通信するＣＡ−Ｘを有する、たとえばノード統計データを集めるシステム・サービスであることがある。あるいは、ＣＡ−Ｘが（たとえば、ファイルをアップロードするために）ＡＮＡ−１Ｘと通信し、次いで、ＡＮＡ−１ＸがＲＸ−２Ｘと通信して、たとえばファイル転送サービスでＲＸ−２Ｘがそのファイルをダウンロードすることを可能にする。
・ＣＡ−ＹはＧＮＡ−１Ｙと関連付けられる（たとえば、ゲートウェイ管理のためのシステム・サービス）。

ハブ３１２は、直接、または複数のゲートウェイ・ノード３０８のうち１つまたは複数を介してのどちらかで、アクセス・ノード３０６との間でメッセージをルーティングすることができる。

図３に示されるように、一実施形態では、中央アプリケーション・プログラム１０２とハブ３１２との間にインターフェースが設けられる。このインターフェースは、インターネット・プロトコル（ＩＰ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を使用して設けられてよい。インターフェースは、以下の機能を提供することができる。
・中央アプリケーションがメッセージング・サービスに登録することを可能にするアプリケーション登録機構
・運搬機構を（たとえば、ＩＰ、ＵＤＰ、またはＴＣＰを介して）メッセージとして送るもの

ハブ３１２は、メッセージ蓄積機能（ＭＳＦ）も提供することができる。このＭＳＦは、
・ノード・ルーティング、および
・中央アプリケーション・ルーティング
を実行する。

ハブ３１２のメッセージ保存機能のさらなる説明を以下に記載する。

ノード・ルーティング

一実施形態では、ハブ３１２はアクセス・ノード３０６または複数のゲートウェイ・ノード３０８の通信の可用性に応じてメッセージ・データのノード・ルーティングを実行することができる。たとえば、ハブ３１２が、アクセス・ノード３０６へのアクティブな直接接続（言い換えれば、ゲートウェイ・ノード３０８を必要としない接続）を有する場合、ハブ３１２は、メッセージをアクセス・ノード３０６に直接ルーティングすることができる。あるいは、ハブ３１２は、アクセス・ノード３０６への通信のために、またはアクセス・ノード３０６を通じ、かつ複数のゲートウェイ・ノードＧＮ−１、ＧＮ−２のうち１つを介したユーザ・ノードＵＮ−１、ＵＮ−２、ＵＮ−３への通信のために、メッセージをルーティングすることができる。

いくつかの実施形態では、ハブ３１２は、ゲートウェイ・ノードＧＮ−１、ＧＮ−２、またはアクセス・ノード３０６から部分的送信の報告を受信することができる。次いで、ハブ３１２は、受信した報告に基づいて、異なるゲートウェイ・ノードまたはアクセス・ノードを潜在的に必要とすることがある残りのメッセージ断片の送信を再び割り当てることができる。

中央アプリケーション・ルーティング

ハブ３１２は、ユーザ・ノード３０４からアドレス指定された中央アプリケーション・プログラム１０２にすべてのメッセージをルーティングすることを必要とするメッセージ・データのノード・ルーティングを実行することができる。アドレス指定された中央アプリケーション・プログラム１０２がハブ３１２との通信に使用可能でない場合、ハブ３１２は、後でのその中央アプリケーション・プログラムへの通信のためにメッセージを記憶することができる。

ハブ３１２が、メッセージ配信待ち時間を減少させるメッセージ経路を選択することが好ましい。たとえば、複数のゲートウェイ・ノード３０８のうち１つを介してアクセス・ノード３０６にメッセージをルーティングするとき、ハブ３１２は、最も近い時間にアクセス・ノード３０６の範囲内にあると予想されるゲートウェイ・ノードＧＮ−１、ＧＮ−２を選択するために、ゲートウェイ・ノードＧＮ−１、ＧＮ−２、および／またはアクセス・ノードに関連する（予想されるまたは実際の）地理情報を使用することができる。類似の手法を使用して、選択されたアクセス・ノードを介してユーザ・ノード３０４にメッセージを地理的にルーティングすることが可能である。

地理的ルーティングおよびブロードキャストまたはマルチキャスト・メッセージ送信の目的で、地理的「送信領域」を定義することができ、したがって、個々のメッセージに対して送信領域を指定することができる。そのような送信領域を定義するための方法としては、
・たとえば上方隅境界および下方隅境界の規定を使用して領域を定義する、緯度および経度の限度に関して指定される境界、
・地理的境界ではなく国による指定を可能にする国際国コードを使用すること、および
・各領域に割り当てられた領域インデックスを有する領域のリストをあらかじめ定義すること
があり得る。

いくつかの実施形態では、ハブ３１２は、送信領域を選択して、システム３００にわたる負荷のバランスをとり、たとえば、代替経路が使用可能なとき高負荷ゲートウェイ・ノードを通る経路を回避することができる。

ハブ３１２がゲートウェイ・ノード３０８との接続を維持し、複数のゲートウェイ・ノード３０８のそれぞれの集中型制御およびモニタリングを提供することが好ましい。

いくつかの実施形態では、ハブ３１２は、
・システム３００内のノードへのファームウェア／ソフトウェア・アップグレードの配布、および
・以下で説明するリモート管理サービスの集中型サーバ構成要素
などのシステム・サービスも提供する。

図３に示される実施形態は単一のハブ３１２を含むが、システム３００の他の実施形態は、複数のハブを通る複数の中央アプリケーション・プログラム接続点を提供することが可能であることは注目に値する。そのような実施形態では、複数のゲートウェイ・ノード３０８のそれぞれには、中央アプリケーションの識別に基づいて、異なるハブ３１２にルーティングするようにタスクを課すことができる。一実施形態では、１つまたは複数の中央アプリケーション・ハブは、システム・サービス専用であってよい。別の実施形態では、１つまたは複数の中央アプリケーション・ハブは、ユーザ・サービスへのアクセスを提供することのみができるように制限されてよい。

ノード管理

上記で簡単に説明したように、システム３００の各ノード（すなわち、各ユーザ・ノード、アクセス・ノード、およびゲートウェイ・ノード）は、ノード管理機能を提供することができる。このノード管理機能は、ノード上で動作するサブシステムのそれぞれに共通かつ一貫したインターフェースを提供するように適合され、
・ノード・サブシステムの状態、たとえばイベント・カウンタおよびフラグについての情報を取得し、
・ノード・サブシステムに構成データを提供し、かつ
・ノード・サブシステムの制御を提供する
ための機構を提供することができる。

いくつかの実施形態では、ノード管理へのリモート・アクセスは、後で説明するリモート管理サービスを介して提供され得る。

時刻サービスおよび位置決めサービス

図３に示されるシステム３００の実施形態では、ユーザ・ノード３０４、アクセス・ノード３０６、および複数のゲートウェイ・ノード３０８は、同期のタイミングを調節するための入力インターフェースを通じて、共通タイミング基準にアクセスできる。

ユーザ・ノード３０４、アクセス・ノード３０６、および複数のゲートウェイ・ノード３０８が、ノード機能に位置情報を提供する位置情報源にもアクセスできる。

タイミング基準サービスおよび位置情報サービスはまた、ノードに登録されたアプリケーションに外部から設けられてもよい。

エンティティ・インターフェース

図３に示されるように、システム３００は、システムにわたるメッセージ・データの通信を提供および／または管理するためのインターフェースを提供する。これらのインターフェースとしては、
・無線インターフェース３１４、３１６、および
・アプリケーション・インターフェース（図示せず）
がある。

無線インターフェース３１４、３１６およびアプリケーション・インターフェースの役割について、以下で説明する。

無線インターフェース

無線インターフェース３１４（ＲＲＩ）、３１６（ＧＲＩ）は、いくつかのチャネルに分割され得る共有される物理的通信媒体を提供する。これらのチャネルは、時分割多元接続方式におけるタイム・スロットであってもよいし、周波数分割多元接続方式における周波数スロットであってもよいし、直交周波数分割多元接続方式における副搬送波であってもよいし、符号分割多元接続方式における拡散シーケンスであってもよい。より一般的には、スロットはこれらのいずれかからなる混成物であってよく、システムの全体自由度（複数の送信アンテナおよび／または受信アンテナの使用から生じる自由度を含む）の何らかのサブセットに対応する。媒体をチャネルに分割する基礎となる方法に関係なく、これらのチャネルを「スロット」と呼ぶものとする。多くの場合、スロットは直交するように選択されるが、スロットが直交することは必要とされない。

本明細書の目的上、整数のスロットをグループ化したものを「フレーム」と呼ぶものとする。この場合、システム３００におけるフレーム寸法設定（ｆｒａｍｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｎｇ）は、アクセス・ノード３０６によって決定される。アクセス・ノード３０６は、好ましくは、各フレーム内でアクセス・ノードの送信方向および受信方向に割り当てられるスロットの比も制御する。

タイミングは、前に説明した共通タイミング基準を介してシステム３００を通じて同期される。

無線インターフェース３１４（ＲＲＩ）、３１６（ＧＲＩ）は、複数の無線チャネルを用いて、サービス・ゲートウェイおよびユーザ・ノードの帯域幅を増加させることができる。さらなるチャネルを追加することができる（さらに、潜在的には、展開後に追加することができる）能力によって、スケーラブルな無線インターフェースが提供される。したがって、システム３００は、動作中におけるシステム３００のチャネルの使用を、たとえば、ゲートウェイ通信に対するチャネルの専用セットを提供する、または領域ごとに異なるチャネルを割り当てるように適用させることができる。

前に説明したように、サービス・タイプ２（ＳＴ２）無線インターフェースは、アクセス・ノード３０６とユーザ・ノード３０４との間の双方向リモート無線インターフェース（ＲＲＩ）を提供する。また、ＳＴ２無線インターフェースは、アクセス・ノード３０６と複数のゲートウェイ・ノード３０８のうち１つまたは複数との間の双方向ゲートウェイ無線インターフェース３１６（ＧＲＩ）を提供するために使用されてもよい。ユーザ・ノードＵＮ−１、ＵＮ−２、もしくはＵＮ−３またはゲートウェイ・ノードＧＮ−１もしくはＧＮ−２からのデータの受信は、アクセス・ノード３０６によって肯定応答されてもよいし、その逆も同様である。

ＳＴ２媒体アクセス・アービトレーションは、好ましくは、アクセス・ノード３０６によって調整される。このプロセス中に、アクセス・ノード３０６は、好ましくは、以下の機能を実行する。
１．フレーム内の送信スロットを、
・ユーザ・ノードおよびゲートウェイ・ノードからのアクセスの要求、
・アクセス・ノードのメッセージ蓄積機能で記憶されたメッセージ、および
・現在のアクセス・ノード範囲内でのユーザ・ノードおよびゲートウェイ・ノードの存在の検出
に基づいて、ユーザ・ノード、ゲートウェイ・ノード、およびアクセス・ノードに割り当てる。
２．送信用パケットをアクセス・ノードの送信スロットに割り当てる。
３．アクセス・ノード・サービスおよびＳＴ２通信サービスの存在を発表する発表メッセージを定期的に送信する。

ＳＴ２媒体アクセス・アービトレーション中に、ユーザ・ノードまたはゲートウェイ・ノードは、好ましくは、以下を実行する。
１．アクセス・ノード発表メッセージを待ち受ける。
２．その存在を新しいアクセス・ノードに発表し、送信するべきデータを有する場合、ＳＴ２チャネル・リソースへのアクセスを要求する。
３．チャネル状態が変化した（アクティブ／非アクティブ）とき、より高次の層サービスを通知する。

アクセス・ノード発表は、アクセス・ノードの位置も含むことができる。ユーザ・ノードまたはゲートウェイ・ノードは、この情報を使用して、たとえば指向性アンテナをアクセス・ノードに向けることによって、無線リンク品質を改善することができる。

次に、リモート無線インターフェース３１４（ＲＲＩ）およびゲートウェイ無線インターフェース３１６（ＧＲＩ）について、より詳細に説明する。

リモート無線インターフェース（ＲＲＩ）

図３に示される実施形態では、リモート無線インターフェース３１４（ＲＲＩ）は、遠隔に位置するユーザ・ノード３０４とアクセス・ノード３０６との間の１次通信インターフェースを提供する。リモート無線インターフェース３１４（ＲＲＩ）は、異なる種類のユーザ・アプリケーションを扱うために、複数の異なる無線インターフェース（物理層およびリンク層）を提供することができる。

前に説明したように、サービス・タイプ１（ＳＴ１）無線インターフェースは、ユーザ・ノード３０４からアクセス・ノード３０６への方向のみにおいてメッセージを転送する単方向インターフェースである。ＳＴ１無線インターフェースが、メッセージ転送以外の目的で使用可能な、ユーザ・ノード方向への転送機構もアクセス・ノードに含むことができることは注目に値する。

ユーザ・ノード３０４からのデータの受信は、適切な肯定応答プロセスを使用してアクセス・ノード３０６によって肯定応答されてもよい。

アクセス・ノード３０６からの送信も、以下のうち１つまたは複数のためにユーザ・ノード３０４によって使用されてよい。
・アクセス・ノード３０６の存在の検出
・アクセス・ノード３０６を基準として使用して、時刻および／または周波数に関してユーザ・ノード３０４の送信を合わせること
・ユーザ・ノード３０４のスロット・アクセスを調整すること

ＳＴ１無線インターフェースがアクセス・ノード３０６なしでユーザ・ノード３０４に対して動作する場合、フィードバック・チャネルは、ユーザ・ノードの送信のみの実装を可能にする。フィードバック・チャネルがない場合、スロット・アクセスは調整され得る。

ＳＴ１ユーザ・ノードは、位置および時刻の知識を、アクセス・ノードの振る舞いのあらかじめプログラムされた知識（たとえば、衛星システムの場合の軌道パラメータ）とともに使用して、いつ送信するかを決めることができる。そのうえ、ＳＴ１ユーザ・ノードによる繰り返し送信は、優先度を変更するために繰り返し率を変更してよい場合、ある程度の優先度またはサービス品質（ＱｏＳ）を実現するために使用されてよい。

次にサービス・タイプ２（ＳＴ２）無線インターフェースに戻ると、上記で説明したように、ＳＴ２インターフェースは、アクセス・ノード３０６とユーザ・ノード３０４との間の双方向リモート無線インターフェースを提供する。

ユーザ・サービスは、ユーザ・アプリケーション要件に応じて、ＳＴ１またはＳＴ２のどちらかに基づいたサービスを使用する。ＳＴ１サービスとＳＴ２サービスの両方へのアプリケーション・アクセスは、共通メッセージング・インターフェースによって提供されてよい。

ゲートウェイ無線インターフェース（ＧＲＩ）

実施形態では、ゲートウェイ無線インターフェース３１６（ＧＲＩ）は、アクセス・ノード３０６とゲートウェイ・ノード３０８との間の単方向または双方向の通信リンクを提供し、この通信リンク上で、
・ユーザ・ノード３０４からの（またはアクセス・ノード・アプリケーションＡＮＡ−１Ｘからの）メッセージはハブ３１２に転送することができ、かつ
・ハブ３１２からのメッセージは、アクセス・ノード３０６に転送されてもよいし、アクセス・ノード・アプリケーションに転送されてもよいし、通信のためにユーザ・ノードＵＮ−１、ＵＮ−２に転送されてもよい。

ゲートウェイ無線インターフェース３１６（ＧＲＩ）の仕様および実装は、システム３００のデータ・スループット要件に基づいてよい。

ゲートウェイ無線インターフェース３１６は、上記で説明した双方向サービス・タイプ２（ＳＴ２）無線インターフェースを使用して実装されてもよいし、衛星に搭載されたアクセス・ノードの場合は、宇宙機への既存のＴＴ＆Ｃリンクまたは宇宙データシステム諮問委員会（ＣＣＳＤＳ：Ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｖｅ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｆｏｒ Ｓｐａｃｅ Ｄａｔａ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ファイル配信プロトコルを介して実装されてもよいし、ゲートウェイ・ノードとアクセス・ノードとの間でデータを運搬するのに十分なリソースを提供する何らかの他の適切な通信機構、たとえばＣバンド・リンクまたはＳバンド・リンクを介して実装されてもよい。

アプリケーション・インターフェース

アプリケーション・インターフェースは、アプリケーション・プログラムに、システム３００によって提供される通信サービスおよびシステム管理サービスへのアクセス・ポイントを提供する。

実施形態では、アプリケーション・インターフェースは、サービスを使用するために、リモート・アプリケーション・プログラムおよび中央アプリケーション・プログラム、ならびに提供されている場合は、アクセス・ノード・アプリケーション・プログラムおよび／またはゲートウェイ・ノード・アプリケーション・プログラムを通信システム３００に登録する機構を提供する。登録によって、アプリケーションが存在し、したがってメッセージの配信を受け入れることができることが機能エンティティに通知される。アプリケーション・インターフェースは、アプリケーションとの間でメッセージを運搬することができるようにする機構も提供することができる。

アプリケーション・インターフェースの適用例としては、以下のものがある。
・リモート・アプリケーション１００は、リモート・アプリケーションをホストするまたはこれと通信するそれぞれのユーザ・ノード３０４によって提供されるアプリケーション・インターフェースを使用することができ、
・アクセス・ノード・アプリケーション（たとえばＡＮＡ−１Ｘ）は、アクセス・ノード・アプリケーションをホストするまたはこれと通信するそれぞれのアクセス・ノード（たとえばＡＮ−１）によって提供されるアプリケーション・インターフェースを使用することができ、
・ゲートウェイ・ノード・アプリケーションは、ゲートウェイ・ノード・アプリケーションをホストするまたはこれと通信するゲートウェイ・ノードによって提供されるアプリケーション・インターフェースを使用することができ、かつ
・中央アプリケーションは、ハブ３１２によって提供されるアプリケーション・インターフェースを使用することができる。

システム・サービスは、ユーザ・サービスのために提供される機能に加えて、ノード管理のために提供される機能などのシステム機能へのアクセスが与えられてもよい。

アプリケーション・プログラム

アプリケーション・プログラムは、システム・レベルまたはシステム・サービスもしくはユーザ・サービスを利用するユーザ・アプリケーション・プログラムのどちらであってもよい。そのようなシステム・サービスまたはユーザ・サービスは、通信システム・サービスを利用することができる。いくつかの実施形態では、アプリケーション・プログラムは、機能ネットワーク・エンティティと同じデバイス上で実施されてもよいし、これが接続された異なる物理デバイス上で実施されてもよい。この接続は、有線またはワイヤレスのローカル・エリア接続などの何らかのネットワークを介して提供されてもよいし、インターネットを介して提供されてもよい。アプリケーション・プログラムは、通信システム３００を介して制御および／または再プログラムされることが好ましい。

リモート・アプリケーション・プログラム（ＲＡ：ｒｅｍｏｔｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）

各リモート・アプリケーション・プログラムは、それぞれのユーザ・ノード３０４に登録され、これが登録されているユーザ・ノードＵＮ−１、ＵＮ−２、またはＵＮ−３の通信サービスを介して、リモート・アプリケーション・プログラムの関連する中央アプリケーション・プログラム１０２と通信することができる。いったんそのように登録されると、リモート・アプリケーション１００は、ユーザ・ノードのアプリケーション・インターフェースを介して、ユーザ・ノードＵＮ−１、ＵＮ−２、またはＵＮ−３によって提供されるサービスにアクセスする。

一例として、リモート・アプリケーションは、以下の機能を実行するリモート・センシング・アプリケーションを含むことができる。
・環境パラメータ、たとえば温度を測定し、この情報を、ユーザ・ノード位置および時刻とともに、その対応する中央アプリケーションに送信し、かつ
・その対応する中央アプリケーションから制御情報を受信して、たとえば、測定値が記録された時刻を変更する。

第１の機能、すなわち環境パラメータの測定は、ＳＴ１サービスおよびＳＴ２サービスを介して提供され得ることに留意されたい。一方、第２の機能、すなわち制御情報の受信は、中央アプリケーションからリモート・アプリケーションへのメッセージ配信、したがって双方向ＳＴ２サービスを必要とする。

中央アプリケーション・プログラム

各中央アプリケーション・プログラム１０２は、ハブ３１２を介して、ハブ３１２によって提供されるサービスを使用して、そのアプリケーション・インターフェースを介してメッセージを送受信することによって、リモート・アプリケーション・プログラム１００のうち１つもしくは複数、アクセス・ノード３０６、または複数のゲートウェイ・ノード３０８のうち１つもしくは複数と通信することができる。

上記で説明した例示的なリモート・センシング・リモート・アプリケーション・プログラムに対応する例示的な中央アプリケーション・プログラムに関して、中央アプリケーション・プログラムは、
・リモート・アプリケーションから受信したメッセージを照合および処理し、次いで、概要をユーザに配信し、
・エンド・ユーザがコマンドを送信して、リモート・アプリケーションの動作を制御することを可能にする
ことができる。

アクセス・ノード・アプリケーション・プログラムおよびゲートウェイ・ノード・アプリケーション・プログラム

いくつかの実施形態では、アクセス・ノード・アプリケーション・プログラム（たとえばＡＮＡ−１Ｘ）およびゲートウェイ・ノード・アプリケーション・プログラム（たとえばＧＮＡ−１Ｙ）が提供される。これらのアプリケーション・プログラムは、これらのゲートウェイおよびアクセス・ノードにおけるオンボード・データ処理および意思決定をそれぞれ可能にすることによって、メッセージ蓄積交換以外の追加サービスの提供の可能性を提供することができる。これらのアプリケーション・プログラムは、それぞれのアプリケーション・インターフェースを介してサービスにアクセスすることができる。

アクセス・ノード・アプリケーション・プログラムは、
・潜在的にはいくつかの時間的に分離された接続にわたって、ファイルをハブ３１２から受信し、アクセス・ノード３０６に記憶することを可能にし、
・（ユニキャストを介した）１つのユーザ・ノードＵＮ−１、ＵＮ−２、もしくはＵＮ−３または（マルチキャストまたはブロードキャストを介した）いくつかのユーザ・ノードへのファイルの配布を管理し、
・ファイルが損なわれずに受信されたという確認を受信者ユーザ・ノードから受信すると、アクセス・ノードでファイルを削除する
ファイル転送サービスを提供することができる。

システム・アプリケーション・プログラム

中央アプリケーション・プログラムおよびリモート・アプリケーション・プログラムの概念は、システム３００の動作にも拡張される。たとえば、システム３００によって提供されるいくつかのより高いレベルのサービスは、システムのノード上で動作するシステム・アプリケーション・プログラムによって提供されてよい。これらのシステム・サービスとしては、たとえば、
・ファームウェア・アップグレード・サービス（ＦＷＵＳ：ｆｉｒｍｗａｒｅ ｕｐｇｒａｄｅ ｓｅｒｖｉｃｅ）、および
・リモート管理サービス（ＲＭＳ：ｒｅｍｏｔｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｅｒｖｉｃｅ）
があり得る。

いくつかの状況では、通信システム３００にアクセスするとき、システム・アプリケーション・プログラムは、ユーザ・アプリケーションよりも高い優先権が与えられることがある。ファームウェア・アップグレード・サービスおよびリモート管理サービスのさらなる説明を、以下に記載する。

ファームウェア・アップグレード・サービス

ファームウェア・アップグレード・サービスは、システム・ノード（３０４、３０６、３０８）またはこれらのノードに接続されたデバイス上で動作するファームウェアが現場でサービスを介してアップグレードされ得るようにする機構を提供することができる。サービスは、
・ブロードキャスト送信、マルチキャスト送信、またはユニキャスト送信のいずれかを使用した、ターゲット・ノードへのファームウェア・アップグレード・データの送信、
・ファームウェア・アップグレードの展開の調整された制御およびスケジューリング、
・上記で説明したようなファイル転送サービス（ＦＴＳ）
のための機構を提供することができる。

ファームウェア・アップグレード・サービスは、ファームウェア・アップグレード・データをリモート・システム・ノードに普及させる役割を果たす中央ファームウェア・アップグレード・サーバ・アプリケーションにより実施されてよい。ノードにおける対応するクライアント・アプリケーションは、ファームウェア・データおよびコマンド／制御データを受信する。

リモート管理サービス

リモート管理サービスは、システム３００内のノードのリモート制御およびモニタリングを可能にし、ノード管理機能へのリモート・アクセスを提供することができる。ハブ３１２を介してシステム３００に接続された中央監視および制御サーバ・アプリケーションは、システム・ノードのステータスを調べ、構成および／または制御データをシステム・ノードに送信することができる。この点に関して、各ノードは、受信したステータス変更要求または構成変更要求を実行する役割を果たすクライアント・アプリケーションを実行することができる。

認証サービスおよびセキュリティ・サービス

システム・ノード（すなわち、ユーザ・ノード、アクセス・ノード、およびゲートウェイ・ノード）が、システム３００内のいくつかのレベルでセキュリティ機構を用いるために、認証およびセキュリティ機構を含むことが好ましい。

たとえば、本発明の実施形態は、システム内のノードの識別情報を確認するために認証機構を提供することができる。いくつかの実施形態では、認証機構は、１つ目に、リンク・レベルで、認定ノード（具体的には、ユーザ・ノードおよびゲートウェイ・ノード）のみがリモート無線インターフェース３１４（ＲＲＩ）および／またはゲートウェイ無線インターフェース３１６へのアクセスを取得することができ、２つ目に、サービス・レベルで、メッセージが本物であることが確認可能である（メッセージが所定のソース・ノードで生じ、輸送中に改ざんされなかったことを保証する）ことを保証するために使用される。

いくつかの実施形態では、暗号化機構は、通信のプライバシーを保証するために設けられてもよい。たとえば、リンク・レベルでは、これは、ノード間のエア・インターフェース（すなわちＲＲＩまたはＧＲＩ）に対するプライバシーを提供し、または、サービス・レベルでは、これは、ＲＡとＣＡとの間のエンドツーエンド・メッセージ通信のプライバシーを提供するであろう。

リンク認証サービス

リンク・レベル認証は、公開鍵認証方式を用いて、それぞれがシステム中央認証局によって信用される両方の通信ノードに保証を提供することができる。署名付き公開鍵は、ＲＲＩおよび／またはＧＲＩチャネル・アクセス機構において交換され、どちらかのノードがリンク通信セッション中に署名を生成することを可能にする。

リンク暗号化サービス

リンク・レベル暗号化は、いくつかの手段によって達成することができる。２つの選択肢には、
・非対称公開／秘密鍵暗号化機構を使用するもの、および
・セッション確立時に２つのノード間のセキュアな機構を介して共有される適切に生成されたセッション鍵による対称暗号を使用するもの
がある。

メッセージ認証サービス

本発明の実施形態によるシステムは、システム３００内のメッセージの認証を提供することができる。そのような認証は、たとえば、メッセージ発生ノードと宛先中央アプリケーションとの間で適切に得られる共有秘密または１組の公開鍵と秘密鍵（非対称デジタル署名方式）のどちらかを用いるメッセージ認証コードを生成するアルゴリズムを使用して、達成することができる。

認証システムは、多くの場合、一意のノンス値を生成することを必要とする。ノンス値は、システム時刻を使用して生成することができ、これにより、一意の値のストリームを生成することが保証される。重複ノンスは、メッセージが生成される速度を制限することによって回避することができ、したがって、すべてのメッセージは一意のタイム・スタンプを有する。あるいは、同じタイム・スタンプを有して生成されるメッセージに対するノンスを拡張させる機構が用いられてもよい。

ＳＴ１サービスまたはＳＴ２サービスを使用して運搬されるメッセージは、同じ認証機構を使用し、２つのサービス間の相互運用性を提供することができる。

鍵管理サービス

いくつかの実施形態では、公開鍵署名方式は、システム３００内で認証の主な手段を提供するために使用される。そのような場合、すべてのノードおよび中央アプリケーションには、一意の公開鍵と秘密鍵のペアが割り当てられるものとする。

システム全体にわたって信頼される認証局は、鍵を発行して、これに署名し、システム内での多数の鍵の配布を必要とすることなく、多数のノード相互作用を扱うノード（たとえば、多数のＵＮと通信するＡＮ）による効率的な鍵確認を可能にする。

プロトコル・スタック

次に図１２を参照すると、本発明の一実施形態とともに使用するのに適したプロトコル・スタック構造が示されている。図示のように、好ましい一実施形態では、通信システム機能がプロトコル・スタック１２００にわたって分散される。図１２に示すように、プロトコル・スタック１２００は、複数のプロトコル層、すなわち、物理層（ＰＨＹ）１２０２と、メディア・アクセス制御層（ＭＡＣ）１２０４と、メッセージ・ネットワーキング層（ＭＮＬ）１２０６と、アプリケーション層１２０８とを含む。

物理層（ＰＨＹ）１２０２は、ビットがどのように無線チャネル上で物理的に送信されるかを決定する。これは、たとえば、ビット順序、変調、チャネル符号化、同期、および検出機構を決定することを含む。

メディア・アクセス制御層（ＭＡＣ）１２０４は、リンク層とも呼ばれ、無線チャネルへのアクセスがどのように編成および制御されるかを決定する。これは、たとえば、誤り検出およびデータ再送信のためのプロトコルと、セッション確立およびチャネル編成と、複数のユーザ間での共有とを含む。

メッセージ・ネットワーキング層（ＭＮＬ）１２０６は、システム内のリモート・アプリケーションと中央アプリケーションとの間にエンドツーエンド通信サービスを提供するために、データが異なる論理エンティティ間でどのように運搬されるかを決定する。

アプリケーション層１２０４は、アプリケーション・プログラムが通信サービスおよびシステム管理サービスにアクセスすることができるようにするアプリケーション・インターフェースを提供する。

次に、物理層（ＰＨＹ）１２０２、メディア・アクセス制御層（ＭＡＣ）１２０４、メッセージ・ネットワーキング層（ＭＮＬ）１２０６、およびアプリケーション層１２０６について、より詳細に説明する。

物理層（ＰＨＹ）

物理層（ＰＨＹ）１２０２は、ユーザ・ノード３０４とアクセス・ノード３０６（ＲＲＩの構成要素）との間、およびゲートウェイ・ノード３０８とアクセス・ノード３０６（ＧＲＩの構成要素）との間の物理的通信リンクを実現する。これは、ＳＴ１サービス波形およびＳＴ２サービス波形を実現する。好ましい実施形態では、システム内でのすべての通信はパケット・ベースである。

ＰＨＹ要素

ＰＰＤＵ（ＰＨＹプロトコル配信ユニット：ＰＨＹ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｕｎｉｔ）は、無線インターフェース上で送信されるときのＰＨＹパケットの構造である。ＰＰＤＵは、概念的なガード期間と、同期シーケンスおよびトレーニング・シーケンスと、ＦＥＣ符号化シンボルおよびデータ・シンボルとを含む。

ＰＳＤＵ（ＰＨＹサービス配信ユニット：ＰＨＹ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｕｎｉｔ）は、ＰＰＤＵのユーザ・データ部分である。これは、ＰＰＤＵパケット内で運搬される上位層プロトコル・データである。ＰＳＤＵは、メディア・アクセス制御層パケット（またはＭＰＤＵ、すなわちメディア・アクセス制御層プロトコル配信ユニット（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｙｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｕｎｉｔ））を含む。

ＳＴ１−ＰＨＹ

ＳＴ１−ＰＨＹは、単方向送信サービスを提供する。一実施形態では、すべてのＰＰＤＵパケットは、ＧＰＳ時間に時間同期されて送信される（以下のメディア・アクセス制御層を参照されたい）。

一実施形態では、ＳＴ１−ＰＨＹは、以下の機能を提供する。
・ＰＳＤＵ送信（ユーザ・ノードに対して）
・マルチユーザＰＳＤＵ受信機（ＡＮ内で実施されるか、またはたとえばＳＴ１ＲＮによって記録される標本を使用するオフライン・サービスとして実施される）
・以下を含む、上位管理層（たとえばＭＡＣ管理）に対するチャネル・パラメータの測定および報告
○検出されるユーザの数
○タイミング・オフセット、周波数オフセット、周波数オフセットの変化率、およびＳＮＲなどのユーザごとのチャネル・パラメータ

適切なＳＴ１物理層は、この参照により内容全体が本明細書に組み込まれるオーストラリア特許出願第２０１３０３１６３号に記載されている。

ＳＴ２−ＰＨＹ

ＳＴ２−ＰＨＹは、ユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノードとアクセス・ノードとの間の二方向通信サービスを提供する。一実施形態では、２つのＳＴ２−ＰＨＹ信号およびパケット・タイプが用いられ、１つはダウンリンク信号用すなわちＳＴ２−ＤＮであり、１つはアップリンク用すなわちＳＴ２−ＵＰである。ＳＴ２−ＵＰアップリンクとＳＴ２−ＤＮダウンリンクは同じチャネル上で動作してもよいし、異なるチャネル上で動作してもよい。システムはまた、時分割二重（ＴＤＤ：ｔｉｍｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ）のように動作してもよいし、周波数分割二重（ＦＤＤ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ）のように動作してもよい。

一実施形態では、すべての送信は、ＧＰＳ時間と時間同期される。

チャネルへのアクセスは、アクセス・ノードによって調整され、アクセス・ノードの搬送周波数に周波数同期されてよい。ＳＴ２−ＵＰシグナリング方式とＳＴ２−ＤＮシグナリング方式は、ＳＴ２−ＵＰ送信をＳＴ２−ＵＰ受信機と同期させるために一緒に動作し、ＳＴ２−ＵＰ受信機は、たとえば衛星に位置することがある。

あるいは、システム・ノードは、代替アクセス機構を使用して、アクセス・ノードから調整がない場合に直接通信することができる。たとえば、ユーザ（またはゲートウェイ）・ノードは、キャリア検知多重アクセス（ＣＳＭＡ：ｃａｒｒｉｅｒ ｓｅｎｓｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）または自律同期型時分割多重アクセス（ＳＯＴＤＭＡ：ｓｅｌｆ ｏｒｇａｎｉｓｉｎｇ ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）などの、当業者に知られている方法を使用してチャネルにアクセスすることができる。そのようなノードはまた、アクセス・ノードの存在を引き続き検知することができる。アクセス・ノードからの送信を検出すると、ノードは、次いで、チャネル・アクセスがアクセス・ノードにより調整されるように動作を切り換える。アクセス・ノードがもはや検出されなくなると、ノードは、代替アクセス機構に戻ることができる。

ＳＴ２−ＰＨＹは、ＳＴ２−ＵＰシグナリング方式とＳＴ２−ＤＮシグナリング方式の両方に対して、以下の機能を提供することができる。
・ＰＳＤＵの送信および受信、ならびに
・タイミング・オフセット、周波数オフセット、周波数オフセットの変化率、およびＳＮＲなどの、上位管理層（たとえばＭＡＣ管理）に対するチャネル・パラメータの測定および報告

メディア・アクセス制御層

一実施形態では、メディア・アクセス制御層（ＭＡＣ）１２０４は、共有無線リソースへのアクセスがシステム・ノード間で管理され得るようにする機構と、システム内のノード間でユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノードからアクセス・ノードに、かつその逆にデータを送信する手段とを提供する。

ＭＡＣは、以下の機能を提供することができる。
・システム内のノードを一意に識別するための一般的なアドレス指定方式
・ユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノードとアクセス・ノードとの間でのパケット転送サービス
・以下を含む、システムによる１つまたは複数の無線チャネルの使用の調整
ａ．フレーム・タイミング基準
ｂ．フレーム・タイミングおよびアクセス・ルールの執行
ｃ．時分割多重割り当ておよび管理
ｄ．複数のチャネル動作管理

データ・サービス

ＭＡＣは、以下のデータ・サービスを提供することができる。
・次のような、ＳＴ１非肯定応答スモール・メッセージ・サービス（ＵＭＳ）およびＳＴ１肯定応答スモール・メッセージ・サービス（ＡＭＳ）
ａ．小規模ペイロード送信では、たとえば、位置データとセンサ・データとを含むもの
ｂ．ＳＴ１アクセス機構を使用して送信されるもの
ｃ．ＳＴ１−ＰＨＹ ＰＳＤＵ送信サイズによって制限される最大サイズ
・ＳＴ２非肯定応答メッセージ・サービス（ＵＭＳ）
ａ．配信の確認のない、少量から大量のペイロードの送信
・ＳＴ２肯定応答メッセージ・サービス（ＡＭＳ）
ａ．少量から大量のペイロードの送信
ｂ．配信の通知が重要なメッセージの送信
ｃ．上位層への肯定応答の提供
・複数のプロトコルがサービス上で動作することを可能にする、プロトコル多重化

メディア・アクセス

メディア・アクセス制御方式は、スロット付きの半スケジュールされた（ｓｅｍｉ−ｓｃｈｅｄｕｌｅｄ）ＴＤＭＡ方式を含むことができる。システム内のすべてのノードは、好ましくは、ＧＰＳシステムを介して時間同期される。

ＭＡＣ層は、位置関係を認識し、したがって、ユーザ・ノードおよび／またはアクセス・ノードの位置データを使用して、国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２０１３／０００８９５号に記載されているような技術を使用してリソース割り当て決定を支援することを可能にする。

一実施形態では、システムは、以下の無線チャネル・リソースを用いる。
・ＲＣ１（無線チャネル１：Ｒａｄｉｏ Ｃｈａｎｎｅｌ １）であり、ユーザ・ノードからのＳＴ１バースト送信に使用される無線チャネル
ａ．マルチユーザ検出を有する、未調整の時刻および周波数、スロット付きアロハ
・ＲＣ２（無線チャネル２：Ｒａｄｉｏ Ｃｈａｎｎｅｌ ２）であり、ユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノードとアクセス・ノードとの間のＳＴ２通信に使用される無線チャネル
ａ．中央に調整されたスロット付きＴＤＭＡであり、無線チャネルは、アクセス・ノードの制御下で、時間／周波数分割多元接続のように、アクセス・ノードとユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノードの間で共有される。

システムの別の実施形態は、アクセス・ノードおよびユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノード無線機能、ならびに調節環境によって決まる複数の追加無線チャネル上での動作を支援するために拡張されることができる。

好ましい一実施形態では、ＳＴ１動作モードおよびＳＴ２動作モードのすべての送信は、システムのフレームおよびスロット・タイミングに合わされる。フレームの概念は、システム内での送信スロットの定義を可能にするために使用される。好ましい一実施形態では、
・フレームは、６０秒の整数分の１である持続時間を有し、ＵＴＣ分ロールオーバ（ＵＴＣ ｍｉｎｕｔｅ ｒｏｌｌ−ｏｖｅｒ）（たとえば４秒）に同期され、
・フレーム・タイミングは、シンボル期間の整数倍である持続時間を有するスロットに基づく。

別の実施形態では、各ＰＨＹは、ガード期間を含む、１つの固定長パケット送信間隔の持続時間に等しいスロット期間を有する。

ＳＴ１アクセス方法

一実施形態では、ＳＴ１アクセス方法は、未調整スロット付きアロハ方式を用いる。ユーザ端末は、固定サイズのパケットを送信し、ＳＴ１スロット境界上での送信を開始する。

ユーザ端末は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２０１３／０００８９５号に説明されている技法を使用してチャネルにアクセスすることができる。

衛星受信の場合、伝搬遅延および衛星の動きにより、アクセス・ノードで受信されたパケットは、タイミング・オフセットおよび周波数・オフセットが変化することがある。好ましい実施形態では、ＳＴ１パケット送信は、伝搬遅延における変化を許容するのに十分な未使用ガード・タイムを含む。

ＳＴ１サービスの同期スロット時間は、アクセス・ノードで受信されるＳＴ１送信のタイミングに制約を加えることを可能にする。これは、スロット間での重複を防止するので、複数の重複パケットのマルチユーザ信号処理に有利である。

ＳＴ２アクセス方法

好ましい実施形態では、ＳＴ２アクセス方法は、ＴＤＭＡアクセス方式を用いて、フレーム期間中のチャネルへのアクセスを調整する。

アクセス・ノードで動作するメディア・アクセス制御機能は、各フレーム期間内に（以降のフレーム期間のために）ダウンリンクＴＤＭスロット割り当て情報を送信する。メディア・アクセス制御機能は、各フレーム期間にアップリンク・スロット割り当て情報も送信する。ユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノードは、アクセス・ノードに送信するパケット内で、さらなる送信スロットを要求することができる。

アップリンク・フレーム期間の一部分は、新しいＵＮ／ＧＮがチャネルへの初期アクセスを要求することを可能にするために、スロット付きアロハ・アクセスのために予約される。要求が衝突し、その結果、要求が失われることがある。これらの要求は、後のフレームでユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノードによって再試行される。

好ましい実施形態では、ＴＤＭＡフレーム・タイミングは、アクセス・ノードにおいてＵＴＣ時刻に関して参照され、ユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノードからアクセス・ノードへの送信は、周波数オフセットおよびタイミング・オフセットの影響に対する事前補償を含む。好ましい実施形態では、これらのパラメータは、アクセス・ノードからＳＴ２−ＤＮダウンリンクを介したパケットの受信に基づいて各ＵＮによって推定される。

好ましい実施形態では、アクセス・ノードは、その送信をＵＴＣ時刻のみと同期させる。次いで、ＵＮ ＳＴ２−ＤＮ受信機は、搬送周波数オフセットおよびタイミング・オフセットなどのチャネルの影響を推定および補償する。

複数のチャネル動作

一実施形態では、システムは、チャネル周波数アジリティのための機構を提供し、かつ同時に複数のチャネル上で動作可能にする、複数のチャネル動作を支援する。マルチチャネル動作はまた、システムを、同じ無線チャネルがＳＴ２−ＵＰリンクとＳＴ２−ＤＮリンクの両方に使用される単一チャネル動作モードで実施することを可能にする。

アクセス・ノードが送信スロットをユーザ・ノードまたはゲートウェイ・ノードに割り当てるとき、アクセス・ノードはまた、スロットが割り当てられたチャネルを識別する。
・動作に利用可能なすべてのチャネルは、一意のチャネル番号によって識別され、
・チャネル周波数へのチャネル番号のマッピングは、ユーザ・ノードに、各所与のチャネル番号にどの周波数を使用するべきかを命令する。マッピングは、ユーザ・ノードに事前にロードされてもよいし、アクセス・ノードによって発表されてもよい。

識別およびアドレス指定

一実施形態では、システム内のすべての論理ノードには、システム内でこれらを明確に識別することを可能にするノード固有ＩＤ（ＮＵＩＤ：Ｎｏｄｅ Ｕｎｉｑｕｅ ＩＤ）が割り当てられる。システム内のデバイスによるすべての送信は、ＮＵＩＤを含む。ＮＵＩＤは、システム内でメッセージの宛先を識別するためにも使用され得る。

好ましい一実施形態では、ＮＵＩＤの長さは４８ビットである。

リンク・レベル認証

一実施形態では、システム認証機構は、無線チャネルへの不正アクセスを防止する。メディア・アクセス制御層内の認証は、適切な資格情報を有するそれらのノードのみが通信サービスにアクセスできることを保証する。

ユーザ／ゲートウェイ・ノード認証機構は、ユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノードが一緒に動作しようとするアクセス・ノードへのアクセスのユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノードの適格性を証明する。一実施形態では、チャネル予約システムは、強力な認証方法を用いる。

一実施形態では、認証は両方向に動作し、したがって、ユーザ・ノードおよびゲートウェイ・ノードは、データ運搬を開始する前に認定アクセス・ノードと通信することを保証する。

メッセージ・ネットワーキング層

メッセージ・ネットワーキング層（ＭＮＬ：Ｍｅｓｓａｇｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）１２０６は、送信元と宛先との間で複数のリンク層にわたってユーザ・メッセージを運搬するためのネットワーキングおよび運搬機構を提供する。ＭＮＬは、以下の機能を提供することができる。
・メッセージ運搬機能であり、メッセージ運搬のためにネットワーク層プロトコルを提供する。
ａ．アプリケーション層にインターフェースを提供する。
ｂ．ＭＡＣにインターフェースを提供し、ネットワーク層プロトコルがリンク層インターフェース（ＭＡＣ）上でどのように動作するかを決定する。
ｃ．一実施形態では、配信成功がネットワーク層インターフェースを介してアプリケーションに通知される場合、肯定応答される配信サービスが提供される。これらの肯定応答は、アプリケーションの遠隔地に応じて著しく遅延することがあることに留意されたい。
・メッセージ・ネットワーキング機能であり、記憶および転送機構を提供する。
ａ．ルーティング（地理的ルーティングを含む）およびアドレス指定
ｂ．送信用データの待ち行列への登録およびスケジューリング

メッセージ運搬機能

本発明の一実施形態では、メッセージ運搬機能は、以下を提供する。
・スモール・メッセージ・サービスであり、単一のリンク層パケット非肯定応答メッセージ・サービス（ＵＭＳ：ｕｎａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｄ ｍｅｓｓａｇｅ ｓｅｒｖｉｃｅ）および肯定応答メッセージ・サービス（ＡＭＳ：ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｄ ｍｅｓｓａｇｅ ｓｅｒｖｉｃｅ）に直接マッピングするもの
・ファームウェア・アップグレード、画像などの大規模データ・オブジェクトを送信するための大規模オブジェクト運搬サービス
ａ．サービスは、ＡＭＳまたはＵＭＳのどちらかを使用し、適切な断片化機能、再組み立て機能、および再送信機能を提供する。
ｂ．たとえば、現場のデバイスへの大量ファームウェア・アップグレード画像の送信のためのブロードキャスト／マルチキャスト
ｃ．ユニキャスト
・リモート・センサ・アプリケーションからＣＡＨに接続された対応する中央アプリケーションへの大規模データ・オブジェクトの送信
・たとえば単一デバイス・ファームウェアまたは構成のアップグレードのための特定のユーザ・ノードおよびアプリケーションへの大規模データ・オブジェクトの送信
・大規模オブジェクトのブロードキャストまたはマルチキャストであり、大規模オブジェクトの全体または断片は、アクセス・ノード上に記憶される。この場合、中央アプリケーションはオブジェクトをＣＡＨに送信し、ＣＡＨは、それをアクセス・ノードに送信する。次いで、アクセス・ノードが、いつどこに送信するべきかをたとえば地理的ルーティングに基づいて決定するのに適切な規則を使用して、他のノードに送信する。送信が完了すると、オブジェクトは削除される。
・送信されるメッセージおよびメッセージが送信された地理的エリアの管理を含む地理的ルーティング

一実施形態では、アクセス・ノードとユーザ・ノード／ゲートウェイ・ノードとの間のデータ転送セッションは、位置情報の交換を含み、アクセス・ノード・メッセージ運搬機能が、個々のノードまたはノード・グループへの送信のために、メッセージをいつスケジュールするべきかに関する通知される決定を行うことを可能にする。

メッセージ・ネットワーキング機能

好ましい実施形態では、メッセージ・ネットワーキング機能は、以下を含めて、システムによって移動中であるメッセージをルーティングし、待ち行列に登録する役割を果たす。
・以下を含む、宛先ごとの適切な待ち行列への着信メッセージのルーティング
ａ．ＣＡＨにルーティングされた、ユーザ・ノードからのメッセージ
ｂ．ＣＡＨからのメッセージは、任意のノード（ゲートウェイ・ノード、アクセス・ノード、および一般的にはユーザ・ノード）にルーティングされてよい。
・以下を含む、サービス品質（ＱｏＳ）および／またはユーザ優先順位ステータスに基づいた、メッセージの待ち行列登録
ａ．ユーザ・ノードを宛先とするゲートウェイ・ノードによって提供されるすべてのメッセージ用のユーザ・ノード待ち行列
ｂ．ＣＡＨを宛先とするユーザ・ノードからのメッセージ用のゲートウェイ・ノード待ち行列
ｃ．ブロードキャスト送信待ち行列およびマルチキャスト送信待ち行列
ｄ．地理的ブロードキャスト待ち行列
・配信可能になる（または、古くなったことにより期限切れになる）までの、待ち行列へのメッセージの記憶
・ローカル・アプリケーションへの配信

メッセージ・レベル・セキュリティ

一実施形態では、送信されるデータに認証が用いられ、受信されるデータの完全性を確認することを可能にする。認証は、十分にロバストで信頼性の高いデジタル署名機構によって提供される。アプリケーションツーアプリケーション・インターフェースで提供されるメッセージの認証によって、送信側アプリケーションが実際にメッセージを送信したこと、およびメッセージが損なわれていないことを受信側アプリケーションが信用できることが保証される。

別の実施形態では、データ暗号化が、メッセージング・サービスの統合構成要素として提供される。

アプリケーション層

一実施形態では、アプリケーション層１２０８は、アプリケーション・プログラムが通信システムに登録され、次いで通信サービスおよびシステム管理サービスにアクセスすることができるようにする、アプリケーション・インターフェース機構を提供する。

別の実施形態では、アプリケーション層１２０８は、通信システムとアプリケーション・プログラムとの間にあり得るサード・パーティ・プロトコル・スタック（またはスタック構成要素）にインターフェースを提供する。この場合、アプリケーション層は、サード・パーティ・プロトコルを介して通信するように設計されたアプリケーション・プログラムへのシステム・アクセスを可能にするインターフェースを実装することができる。サード・パーティ・プロトコルとしては、たとえば、分散ネットワーク・プロトコル（ＤＮＰ３）およびＭｏｄｂｕｓなどの業界標準プロトコルがあり得る。

システム・エンティティ

上記で説明した機能ネットワーク・エンティティは、この節で説明する物理的システム・エンティティの中で実装されてよい。この節で説明するエンティティは、固定アーキテクチャまたはソフトウェア無線（ＳＤＲ：ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｆｉｎｅｄ ｒａｄｉｏ）などの再構成可能アーキテクチャを使用して実装されてよい。この点に関して、ＳＤＲタイプの実装によって、従来のシステムでは可能でないセンシング、自動化、および制御の改善につながる可能性のある、オンボード処理などの、さらなる利益が可能になり得る。さらに、ＳＤＲは、遠隔で構成または更新することができ、これにより、バグ修正、アップグレード、または最適化のコストを削減することが可能になり得る。これらの特徴は、宇宙設置型システムなどの１つまたは複数のシステム・エンティティが遠隔に展開される実装において特に有利であると予想される。

システムの一実施形態のシステム・エンティティの役割および動作について、一般的に説明してきたので、次に、説明を、それらのエンティティの機能アーキテクチャに向ける。以下の説明は、電力供給に関する詳細を省略したシステム・エンティティの機能図に関することに留意されたい。エンティティは、幹線給電および／またはバッテリおよび／または太陽エネルギーを介して適切に電力供給されると仮定する。

ノード・ベースのシステム・エンティティ

図４は、ノード・ベースのシステム・エンティティ４００の一般的な機能ブロック図である。この場合、ノード・ベースのシステム・エンティティは、
・ユーザ端末（ＵＴ：ｕｓｅｒ ｔｅｒｍｉｎａｌ）機器内に実装できるユーザ・ノード（ＵＮ：ｕｓｅｒ ｎｏｄｅ）と、
・ゲートウェイ端末（ＧＴ：ｇａｔｅｗａｙ ｔｅｒｍｉｎａｌ）機器内に実装できるゲートウェイ・ノード（ＧＮ：ｇａｔｅｗａｙ ｎｏｄｅ）と、
・システム３００（図３を参照されたい）へのアクセス点を提供するために選択される任意のシステム・エンティティ内に実装できるアクセス・ノード（ＡＮ：ａｃｃｅｓｓ ｎｏｄｅ）と
を含む。

システム３００へのアクセス点を提供することができるシステム・エンティティの例としては、
・衛星通信システムの場合の衛星ペイロード、
・セルラー基地局、または
・ワイヤレス・アクセス・ポイント
がある。

図４は、単一のアンテナ無線インターフェース４０２を含むノードを示す。しかしながら、アンテナの数および構成は無線実装形態に依存すること、およびアーキテクチャは複数のアンテナの使用もサポートすることに留意されたい。

図４に示されるように、ノード・エンティティ４００は、ノード４０４と、ノード４０４に時刻情報および位置情報を提供するＧＰＳ受信機４０６と、ノード４０４およびアプリケーションへの外部接続性を提供する通信インターフェース４０８（ここでは、ＩＰ／イーサネット・インターフェースとして示される）と、アプリケーション環境４１０とを含む。

アプリケーション環境４１０は、システム・アプリケーションを実行するために使用することができる。アプリケーション環境４１０は、ユーザが、通信インターフェース４０８を介して接続するのではなく、エンティティ上でアプリケーションを実行することを可能にするように構成することもできる。ユーザに提供される環境は、環境をエンティティの中核機能から分離し、したがって、たとえば１つまたは複数の仮想マシンを介して、アプリケーション障害の場合のノード動作などの重要な機能を保護する抽象的な方法で、実装されてよい。

ノード・エンティティ４００は、ユーザ・インターフェース、さらなる入出力インターフェース（たとえば、ＵＳＢ、ＲＳ−２３２、ＣＡＮ、または他の衛星システム・バス・インターフェース）、およびイーサネット・スイッチなどの追加機能も実装することができる。

ノード・エンティティ４００は、汎用デバイス、たとえばユーザが外部機器を接続することを可能にする汎用ユーザ端末として実装することができる。あるいは、ノード・エンティティ４００は、特定の要件、たとえばオン・パワー、フォーム・ファクタ、またはコストに対処するカスタム実装形態であってよい。

ゲートウェイ端末ノード・エンティティは、低コストのアーキテクチャを使用して実装されてよく、ユーザ端末ノード・エンティティに使用されるアーキテクチャに類似したアーキテクチャを有することができる。この点に関して、ゲートウェイ端末実装コストが低いことによって、多数のゲートウェイ端末を展開する機会が提示され得る。ゲートウェイ端末の地理的に分散したセットは、中央アプリケーションとリモート端末との間のデータ待ち時間を短縮し、システム３００（図３を参照されたい）内のアクセス・ノードの記憶要件を減少させる。

次に図５を参照すると、上記で説明したように、ＳＴ１レコーダ・ノードを実施するＳＴ１ＲＮベースのシステム・エンティティ５００の機能ブロック図が示されている。図示のように、示されているＳＴ１レコーダ・ノード５００は、ノード５００に時刻情報および位置情報を提供するＧＰＳ受信機５０２を含む。ノード５００は、上記で説明したように、ノードおよびアプリケーションに外部接続性を提供する（ＩＰ／イーサネット・インターフェースとして示される）通信インターフェース５０４と、アプリケーション環境５０６も含むことができる。ＵＳＢ、ＲＳ−２３２、ＣＡＮ、または他の衛星システム・バス・インターフェースなどのさらなる入出力インターフェースも設けられてよい。ユーザ・インターフェースも設けられてよい。

複合システム・エンティティ

いくつかの実施形態では、１つまたは複数のノードによって提供される機能を結合する複合システム・エンティティが設けられてよい。簡単にするために、複合システム・エンティティを、ここでは、複数のノードを実装することに関して説明する。しかしながら、実装形態は、複雑さを低下させるために、ノードの共通機能を利用することができる。たとえば、単一の時刻および位置サービスは、同じシステム・エンティティ内の２つのノード間で共有することができる。

いくつかの実施形態では、端末エンティティにゲートウェイ・ノード機能とアクセス・ノード機能の両方を含むマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末（ＧＡＴ）が設けられる。マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、地上に位置してもよいし、空中にあってもよいし、宇宙設置型であってもよい。マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、固定場所に位置してもよいし、可動性であってもよく、たとえば、車両、船、航空機、または宇宙機に搭載されてもよい。

ゲートウェイ・ノードおよびアクセス・ノードの場合に関して説明したように、ハブ３１２へのマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末接続の可用性は、永続的であってもよいし、断続的であってもよい。

一実施形態では、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、アクセス・ノード機能の提供とゲートウェイ・ノード機能の提供との間でモードを切り換えることができる。モードの切り換えは、システム３００内の他のアクセス・ノードの場所の知識（たとえば、ハブ３１２のように提供される）を有し、したがって、動作のアクセス・モードをいつ有効にするべきか無効にするべきかに関して決定を下すマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末によって制御され得る。いくつかの例では、切り換えは、ハブ３１２から開始される集中型モード制御命令によってトリガされ得る。

マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、たとえば無線インターフェース上で発表を定期的に待ち受けることによって、第２のアクセス・ノードの存在を検出することができる。次いで、アクセス・ノードは、この知識を使用して、アクセス・ノード３０６（図３を参照されたい）とゲートウェイ・ノード３０８（図３を参照されたい）との間でのモード切り換えをトリガすることができる。マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末がゲートウェイ・ノード・モードに切り換わった場合、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、そのマスタである第２のアクセス・ノードに対するスレーブになり、その逆も同様である。

別の実施形態では、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、アクセス・ノード機能とゲートウェイ・ノード機能の両方を同時に提供することができる。

複数のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、互いに検出すると、共存および／または協働するために、チャネル・リソース（スロット）の使用を交渉することができる。

次に図６を参照すると、第１のモードで動作するマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００を含む第１の例示的な構成が示されている。この例では、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、アクセス・ノード・モードで動作し、リモート無線インターフェース３１４を介して範囲内にあるユーザ・ノード３０４に通信サービスを提供する。図示の例では、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、ハブ３１２へのアクティブな接続も有し、この接続を使用して、ユーザ・ノード３０４からハブ３１２に直接データを通信することができる。マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、接続されたユーザ・ノード３０４にハブからのメッセージを通信することもできる。

図６に示される構成では、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００がハブ３１２へのアクティブな接続を有しない場合、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、将来的にハブ３１２に転送されるべき、ユーザ・ノード３０４から来るデータを記憶する。マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、接続されたユーザ・ノード３０４を宛先とする、ハブ３１２からの、以前に記憶されたメッセージを転送することもできる。

次に図７を参照すると、第２のモードで動作するマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００を含む第２の例示的な構成が示されている。この例では、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、ゲートウェイ・ノード・モードで動作し、ゲートウェイ無線インターフェース３１６を介して範囲内にあるアクセス・ノード３０６に通信サービスを提供する。図示の例では、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、ハブ３１２へのアクティブな接続も有し、この接続を使用して、アクセス・ノード３０６からハブ３１２に直接データを転送することができる。マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、接続されたアクセス・ノード３０６にハブ３１２からのメッセージを転送することもできる。

図示の構成では、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００がハブ３１２へのアクティブな接続を有しない場合、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、将来的にハブ３１２に転送されるべき、アクセス・ノード３０６から来るデータを記憶する。マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、アクセス・ノード３０６を宛先とする、または（将来的にＡＮによって転送されるべき）ユーザ・ノードを宛先とする、ハブ３１２からの、以前に記憶されたメッセージを転送することもできる。

図８は、アクセス・ノード機能とゲートウェイ・ノード機能とを同時に提供する第３のモードで動作するマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００を含む第３の例示的な構成を示す。マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、他のアクセス・ノード・エンティティ（ゲートウェイ無線インターフェース３１６を介して）およびユーザ・ノード（リモート無線インターフェース３１４を介して）に通信サービスを提供することが可能である。図示の例では、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、アクティブなハブ接続を有し、これを使用して、ハブ３１２と他の接続されたエンティティとの間でデータを転送することができる。

第３の例の構成では、図８に示されるように、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００がハブ３１２へのアクティブな接続を有しない場合、マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、将来的にハブ３１２に転送されるべき、アクセス・ノード７００から来るデータを記憶する。マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００は、アクセス・ノード７００を宛先とする、または（将来的にアクセス・ノード７００によって転送されるべき）ユーザ・ノード６０２、６０４を宛先とする、ハブ６０８からの、以前に記憶されたメッセージを転送することもできる。

次に図９を参照すると、３つのマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００−１、６００−２、６００−３を含む第４の例示的な実装形態が示されている。この例では、３つのマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末６００−１、６００−２、６００−３は、アクセス・ノード機能およびゲートウェイ・ノード機能を同時に提供し、チャネル・リソースを共有するためにアクセスが調整されている。

ゲートウェイ／アクセス端末６００−３は、ハブ３１２へのアクティブな接続を有する。ゲートウェイ／アクセス端末６００−３とゲートウェイ／アクセス端末６００−２およびゲートウェイ／アクセス端末６００−２とゲートウェイ／アクセス端末６００−１との通信は、ゲートウェイ無線インターフェース３１６を介して提供される。ゲートウェイ／アクセス端末６００−１は、リモート無線インターフェース３１４を介してユーザ・ノード３０４に通信サービスも提供する。ゲートウェイ／アクセス端末６００−１、６００−２、６００−３の協働的構成によって、メッセージ・ホッピングによりハブ３１２と他の接続されたエンティティとの間でデータを転送することが可能である。

図９に示される例は３つのゲートウェイ／アクセス端末６００−１、６００−２、６００−３を含むが、構成は、さらなるゲートウェイ／アクセス端末６００の追加によって拡張され得ることが諒解されるであろう。

各ノードは、受信メッセージを記憶して、これらのメッセージを後で転送することを可能にする、以前に説明したメッセージ蓄積機能を実施することができるので、メッセージ・ホッピングはまた、同時接続を必要とすることなく、複数のゲートウェイ／アクセス端末６００にわたって実行することができる。さらに、図９は、同時のアクセス・ノード・モードおよびゲートウェイ・ノード・モードで動作するゲートウェイ／アクセス端末６００の使用を示しているが、上記で説明したアクセス・ノード／ゲートウェイ・ノード・モード切り換えゲートウェイ／アクセス端末を使用してメッセージ・ホッピングを実行することが可能である。

ゲートウェイ／アクセス端末の実施形態は、以下の利益をもたらすことができる。
・アクセス・モードで動作するとき、ゲートウェイ／アクセス端末は、範囲内にあるユーザ・ノードの通信要件を満たすことができる。これによって、ユーザ・ノードがその範囲内にあるときに第２のアクセス・ノードと通信するためのユーザ・ノード要件を減少させ、したがって、第２のアクセス・ノードのための無線チャネル・リソースにかかる負荷を減少させることができ、
・ゲートウェイ／アクセス端末がハブへのアクティブな接続を有し、アクセス・ノード・モードであるとき、ハブとゲートウェイ／アクセス端末の範囲内にあるユーザ・ノードとの間の通信の待ち時間を短くすることが可能であり、
・ゲートウェイ／アクセス端末は、エンティティにわたってメッセージ・ホッピングを可能にする。

複合システム・エンティティは、複数のノードを任意のシステム・エンティティに含めることによって構成することができる。たとえば、ゲートウェイ・ノードおよびアクセス・ノードは、衛星ペイロード、セルラー基地局、またはワイヤレス・アクセス・ポイントなどの、システムへのアクセス点を提供するために選択された任意のシステム・エンティティ内で実装されてよい。そのような場合、アクセス・ノードとゲートウェイ・ノードとの得られる組み合わせは、ゲートウェイ・アクセス端末に関して説明したものと同じ利益をもたらすことができる。

中央ホスト・エンティティ

図１０は、中央ホスト１０００システム・エンティティの機能アーキテクチャを示す。図示のように、エンティティ１０００は、上記で説明した中央アプリケーション・ハブ機能ネットワーク・エンティティ１００２、時刻（および、潜在的には位置）情報を提供するタイミング源入力インターフェース１００４、システムおよび外部への接続性を提供する（ここではＩＰ／イーサネット・インターフェースとして示される）通信インターフェース１００６を実施する。中央アプリケーションの実行を可能にする任意選択のアプリケーション環境１００８も設けられてよい。

中央アプリケーション・ハブ１００２は、たとえばＩＰ接続性を提供するコンピューティング・プラットフォーム、たとえば、ＰＣまたはサーバ・プラットフォーム上で実行されるソフトウェアの中で実施することができる。同じプラットフォームを使用して中央アプリケーションをホストしてもよい。

タイミング源入力インターフェース１００４は、ＧＰＳから情報を供給することができる。この場合、位置情報も中央アプリケーション・ハブ１００２に提供されてよい。タイミング源入力インターフェース１００４はまた、たとえばタイム・サーバ・コンピュータから来るＩＰネットワーク・インターフェースを介して提供されてもよい。

中央ホスト１０００は、ユーザ・インターフェース、さらなる入出力インターフェース（たとえば、ＵＳＢ、ＲＳ−２３２）、およびイーサネット・スイッチなどの追加機能も実施することができる。

例示的な実装形態

以下の説明は、衛星通信システムの文脈における本発明による通信システムの実施形態に関する。

図１１は、通信システム１１００の好ましい一実施形態に関連する例示的なシナリオを示す。分かりやすくするため、図１１は、少数のシステム・エンティティ、アプリケーション、およびシステム・ユーザのみを示す。各エンティティの機能については、上記で説明した。システム・エンティティは実線の箱として示され、機能ネットワーク・エンティティ（ノード）は破線の箱として示され、アプリケーションは楕円として示される。

好ましい実施形態では、通信システム１１００は、地球低軌道（ＬＥＯ）に１つまたは複数の衛星を含む。地球中軌道（ＭＥＯ）および対地静止軌道（ＧＥＯ）などの他の軌道も用いられてよい。さらに、システム１１００は、複数の衛星を含み、軌道タイプの混合物を有することができる。

熟練した読者には諒解されるように、衛星は、１つまたは複数の衛星ペイロード（ＳＰ）を装備する。好ましい実施形態では、衛星ペイロードは、上記で説明したように、アクセス・ノード・ベースのシステム・エンティティである。したがって、図１１に示される実施形態では、アクセス・ノード３０６は衛星ペイロード機器として提供される。衛星ペイロード機器は、たとえばシステム・バスを介して衛星システムと通信するためのインターフェースも含むことができる。

好ましい実施形態では、無線インターフェース３１４および３１６が、ＵＨＦスペクトルおよび／またはＶＨＦスペクトルを使用して設けられる。図示の例では、無線インターフェース３１４は、先に説明したタイプのリモート無線インターフェースに対応するが、無線インターフェース３１６は、先に説明したタイプのゲートウェイ無線インターフェースに対応する。システム１１００は、上記で説明したように、複数の無線チャネルを用いることができ、動作中にそれらの使用を再割り当てすることができることを諒解されたい。

一実施形態では、無線インターフェース３１４、３１６上で実行される無線インターフェースアップリンク動作およびダウンリンク動作は、複数の周波数にわたって全二重モードで実行される。別の実施形態では、アップリンク動作およびダウンリンク動作が、時分割二重を介して同じ周波数上で実行される。別の実施形態では、システム１１００は、アップリンク時分割動作およびダウンリンク時分割動作または周波数分割二重動作を可能にするほど柔軟である。

中央ホスト１１０２システム・エンティティは、上記で説明したように実施される。好ましい実施形態では、ＧＰＳは、タイミング源として入力される。他の実施形態は、先に説明したように、ネットワーク化されたタイム・サーバ・コンピュータからタイミング情報を受信することができる。

図示のように、中央ホスト１１０２は中央アプリケーション・ハブ１１０４を含み、システム・モニタリングおよび制御アプリケーション１１０６も提供する。この例では、システム・モニタリングおよび制御アプリケーション１１０６は、システム・ノード管理アプリケーションに中央アプリケーション・プログラム（ＣＡ）を提供する。システム・ノードは、先に説明したように、ノード管理アプリケーションを実行することができる。

図示の実施形態では、各ノードは、同様に上記で説明したように、ファームウェア・アップグレード・サービス（ＦＷＵＳ：ｆｉｒｍｗａｒｅ ｕｐｇｒａｄｅ ｓｅｒｖｉｃｅ）およびリモート管理サービス（ＲＭＳ：ｒｅｍｏｔｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｅｒｖｉｃｅ）を実行する。

好ましい実施形態では、１つまたは複数のゲートウェイ端末１１０８、１１１０は、イーサネット／ＩＰ接続を含むことができる適切な通信インターフェースを介して、中央ホスト１１０２に接続される。この場合、ゲートウェイ端末１１０８は、電子制御式の操縦可能なアンテナ台１１１２に接続される。ゲートウェイ端末１１０８のゲートウェイ・ノード１１１４は、着信アクセス・ノード発表メッセージからアクセス・ノード３０６の場所を決定し、この情報を、ゲートウェイ端末１１０８上で実行されるアンテナ操縦アプリケーション１１１６に転送する。次いで、アプリケーション１１１６は、アクセス・ノード３０６の位置情報を抽出し、リンク品質を最大にするためにアンテナ１１１２を方向づける。別の実施形態では、ゲートウェイ端末は、１つまたは複数の全方向性アンテナを用いることができる。

他の実施形態では、アプリケーションは、ゲートウェイ端末１１０８、１１１０に接続された外部デバイス上で実行されてよい。ゲートウェイ・ノード１１１４、１１１８と中央アプリケーション・ハブ１１０４との間の接続は、上記で説明したように、永続的でなくてもよい。

ゲートウェイ端末１１０８、１１１０は、ゲートウェイ無線インターフェース３１６を介してアクセス・ノード３０６と通信する。好ましい実施形態では、ゲートウェイ無線インターフェース３１６は、サービス・タイプ２（ＳＴ２）双方向無線インターフェースによって提供される。他の実施形態は、上記で説明したように、代替手段を介してゲートウェイ無線インターフェース３１６を提供することができる。

図１１に示されるアクセス・ノード３０６は、上記で説明したように、ファイル転送アクセス・ノード・アプリケーションを実行する。

ユーザ端末１１２０、１１２２、１１２４は、リモート無線インターフェース３１４を介してアクセス・ノード３０６と通信する。好ましい実施形態では、リモート無線インターフェース３１４は、サービス・タイプ１（ＳＴ１）単方向無線インターフェースとサービス・タイプ２（ＳＴ２）双方向無線インターフェースの両方を含む。しかしながら、他の実施形態は、これらのインターフェースのうち１つのみを提供することができることを諒解されたい。

３つのユーザ端末１１２０、１１２２、１１２４が図１１に示されている。ユーザ端末１１２０、１１２２は、それぞれのユーザ・デバイス１１２６、１１２８、１１３０と通信する。この場合、ユーザ・デバイス１１２６、１１２８、１１３０とユーザ端末１１２０、１１２４との接続は、イーサネット／ＩＰ通信インターフェースを使用して提供される。しかしながら、他の適切な通信インターフェースが用いられてもよい。適切な通信インターフェースは、熟練した聞き手（ａｄｄｒｅｓｓｅｅ）の知識の範囲内に十分含まれるであろう。

ユーザ・デバイス１１２６の場合、ユーザ・デバイス１１２６上のリモート・アプリケーション・プログラムは、上記で説明したようにファイル転送サービスを提供するために実行され、接続されたユーザ端末１１２０にファイルを転送する。ユーザ・デバイス１１２６は、ＳＴ２サービスを使用して、このサービスをサポートする。対応する中央アプリケーションは、中央ホスト１１０２を介して中央アプリケーション・ハブ１１０４に接続される。

ユーザ端末１１２２は、複数のユーザ・デバイス１１２８、１１３０が、たとえばイーサネット・スイッチを介して、ユーザ・ノード１１３２に接続することを可能にする。この例では、２つのセンサ・ユーザ・デバイス（「ユーザ・デバイス１」および「ユーザ・デバイス２」）が接続され、それぞれは、上記で説明したように、リモート・センシング・リモート・アプリケーションを実行する。ユーザ端末１１２２は、ＳＴ２サービス、またはユーザ・デバイス１１２８、１１３０上で関連する中央アプリケーション１１３４からリモート・センシング・リモート・アプリケーション・プログラムへのフィードバックが必要とされない場合はＳＴ１サービスを使用して、本出願をサポートすることができる。この場合、対応するリモート・センシング中央アプリケーション１１３４は、中央ホスト１１０２を介して中央アプリケーション・ハブ１１０４に接続される。

図示の例では、ユーザ端末１１２４は、対応する中央アプリケーション１１３８がこの端末（および、それに類似した他のもの）の位置をユーザ（「ユーザ３」）に報告することを可能にする位置報告リモート・アプリケーション１１３６を実行する。ユーザ端末１１２４は、ＳＴ１サービスまたはＳＴ２サービスのどちらかを使用して、本出願をサポートすることができる。

好ましい実施形態では、ゲートウェイ・アクセス端末も、ユーザ端末が永久的または瞬間的に範囲内にあると予想される領域に展開される。ゲートウェイ・アクセス端末と中央アプリケーション・ハブ１１０４との間の接続は、上記で説明したように、永続的であってもよいし、断続的であってもよい。ゲートウェイ・アクセス端末は、１つまたは複数の指向性アンテナまたは全方向性アンテナを用いてもよいし、１つまたは複数の指向性アンテナまたは全方向性アンテナの組み合わせを用いてもよい。一実施形態では、ゲートウェイ・アクセス端末は、ゲートウェイ・ノード機能を提供するとき、ゲートウェイ無線インターフェースに１つまたは複数の指向性アンテナを用い、アクセス・ノード機能を提供するとき、リモート無線インターフェースに１つまたは複数の全方向性アンテナを用いる。別の実施形態では、ゲートウェイ・アクセス・ノードは、１つまたは複数の全方向性アンテナを用いて、リモート無線インターフェースとゲートウェイ無線インターフェースの両方をサポートする。全方向性アンテナの使用によって、システム・コスト、展開要件、および維持要件の低下という潜在的な利益がもたらされる。

別の実施形態では、ゲートウェイ端末および／またはゲートウェイ・アクセス端末の地理的に分散したセットは、ゲートウェイと衛星ペイロードとの間の接続の持続時間を増加させ、中央ホスト１１０２と他のシステム・エンティティとの間のデータ転送待ち時間を短縮させるために、展開される。

別の実施形態では、ＳＴ２ユーザ端末とゲートウェイ・ノードの両方の範囲内にあるとき、衛星は、二方向モード、すなわち再生式またはベントパイプ式のどちらかで動作することができる。

別の実施形態では、アクセス・ノード・ベースのシステム・エンティティは、ユーザ端末にサービスを提供するために、地上に展開されてもよいし、空中にあってもよい。アクセス・ノードと中央アプリケーション・ハブ１１０４との間の接続は、上記で説明したように、永続的であってもよいし、断続的であってもよい。

好ましい実施形態では、システム・エンティティは、複数のアプリケーションおよび複数の周波数帯域をサポートすることが可能な、ソフトウェア無線などの、完全にまたは部分的に再構成可能なデバイスを使用して実施される。他の実施形態では、固定アーキテクチャ・デバイスが使用されてもよい。

別の実施形態では、アクセス・ノード（この場合、衛星ペイロードである）は、上記で説明した、サービス・タイプ１レコーダ・ノード（ＳＴ１ＲＮ：Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｔｙｐｅ １ Ｒｅｃｏｒｄｅｒ Ｎｏｄｅ）・ベースのシステム・エンティティである。この場合、ＳＴ１サービスは、ＳＴ１ＲＮを使用してＳＴ１リモート無線インターフェース・チャネルを受信および記録することによって実施される。次いで、記録されたチャネル・データが、ゲートウェイ無線インターフェースを介して地上に送信される。次いで、チャネル・データのデジタル信号処理が実行され、得られるメッセージが中央アプリケーション・ハブ１１０４に転送される。

別の実施形態では、衛星ペイロードは、アクセス・ノードとＳＴ１ＲＮノードの両方を含み、衛星ペイロードが軌道にある間データを処理するかつ／または地上ベースの処理のためにチャネル標本を記録することを可能にする。

別の実施形態では、衛星ペイロードは、アクセス・ノードと、ゲートウェイ・ノード・エンティティとを含む。この実施形態では、衛星は、ゲートウェイ・アクセス端末（アクセス・ノードとゲートウェイ・ノードの両方も実施する）の場合に関して上記で説明したように、メッセージ・ホッピングをサポートすることを可能にする。この実施形態では、衛星間リンク（ＩＳＬ）が形成されてもよい。別の実施形態では、ＧＲＩは、サード・パーティ衛星サービス・プロバイダに適合するように実施され、したがって、そのようなサービスを使用して、説明したアーキテクチャの宇宙区間と地上区間を結び付けることができる。

説明する実施形態は、上記で説明したように、認証サービスと、セキュリティ・サービスとも含むことができる。

コンパクト・アンテナ

追跡およびセンシングなどの適用例は、小さなフォーム・ファクタ端末実装形態を必要とし、したがってコンパクト・アンテナを必要とすることがある。

好ましい一実施形態では、コンパクト・アンテナは、送信周波数における波長の４分の１に等しい全長を有する導電性金属のコイルである。コイルは、一実施形態では、さまざまな合金のワイヤから構成され得るが、金または他の適切な導電性の単一元素からなってもよいし、別の実施形態では、プリント回路基板上で導電性回路トラック材料をアンテナ素子として使用して、基板上に製造されてもよい。

好ましい一実施形態では、アンテナは、アンテナの一端で給電される。好ましい給電端は、単一平面内にらせん形状を有するコイルの中心に位置する。

好ましい一実施形態では、アンテナの平面と平行な平面内に位置するコイルに類似したエリア寸法を有する接地平面が使用される。

展開中、端末（の位置決め）は、接地平面の導電性表面が放射の意図された方向から離れる方向に位置するというものである。たとえば、衛星システムの場合、端末に関連付けられたアンテナは、接地平面が軌道上の衛星の地球側にあるように方向づけられるのが最も良い。接地平面を含むフラット・コイル・アンテナは、関連端末（アンテナを含む）が、コンパクト・タグのようなフォーム・ファクタを有することを可能にする。

Ｃａｓｅ−Ａというラベルの付いた好ましい一実施形態では、１６２．７２５ＭＨｚの送信周波数の場合、コイルの長さは約４６ｃｍである。コイルは、１つから４つの自己被覆（ｓｅｌｆ−ｅｎｖｅｌｏｐｉｎｇ）ループからなり、略平面的なコイル形成にわたる側面寸法は、一実施形態では、約４．５ｃｍ×６．５ｃｍである。

アンテナの給電部分の短い断片は、平面コイルのほぼ中心に位置する給電点と平面コイルの縁部領域との間でコイルを接続する。アンテナの給電部分は、平面コイルの側面に対して約４５度の角度（図１３ではαとラベルが付けられる）で延びる。給電部分は、図１３の上面図から分かるように、コイルの任意の部または部分と接触しないようにコイルの導電性平面から分離される。給電部分は、コイルのぶらさがり部（ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ ｐａｒｔ）の自由端と平面コイルの側面のうち１つの近くに位置する同軸ケーブルの中心導体との間に接続される。上記で説明したように、接地平面は、コイルに類似した平面寸法を有し、コイルと同じ平面内に取り付けられ、同軸ケーブルのシールド（外側導体）に接続される。同軸ケーブルは、アンテナに無線周波数信号を供給するために使用される。

上記で説明したコンパクト・アンテナの一実施形態は、図１３（正面図および上面図）に示されている。

別の実施形態では、アンテナ構造の一端はコイルの中心で始まり、信号給電線は、この点でアンテナに接続される。接地平面は、この場合も、コイルと類似の寸法を有する。接地平面は、アンテナの平面および接地平面の平面がコイルと接地平面との間の物理的分離部と平行であるように取り付けられる。同軸ケーブルの外側シールドは接地平面に接続される。コイルと接地平面との間の所定の分離部が設けられ、分離距離は、２つの平面の間に位置する媒体の誘電率と、アンテナの動作周波数とに依存する。一実施形態は、自由空間の分離距離に関して、距離は１〜２ｃｍ程度であってよい。別の実施形態では、空間は、端末の構成要素を収容し、したがって誘電率を変更するために使用されてよい。コンパクト・アンテナのこの実施形態は、図１４（正面図および上面図）に示されている。

上記で説明したコンパクト・アンテナの性能をいくつかの商用オフザシェルフ・モノポール・アンテナの性能と比較するために、いくつかの並べて配置された試作端末が地球低軌道の衛星に送信するようにセットアップされる実験を行った。パケットは、上記で説明したＳＴ１−ＰＨＹを使用して送信された。送信周波数は１６２．７２５ＭＨｚであり、端末出力電力は３２ｍＷ（１５ｄＢｍ）であった。図１５は、持続時間２５０ｍｓの単一タイム・スロット中に衛星で受信された信号のスペクトログラムを示す。パケットは９つの端末から正常に受信され、示される各パケットは、ｄＢ単位の受信ＳＮＲ（測定／推定）とともに端末識別子を示す。端末０２は、水平に向けられたコンパクト・アンテナである、図１４に示されるアンテナとともに使用された。端末０３は、垂直に向けられたコンパクト・アンテナである、図１３に示されるアンテナを使用した。端末０４も、垂直に向けられたコンパクト・アンテナである、図１３に開示されているアンテナを使用したが、端末０３によって使用されるアンテナに対して方位角で９０度回転した。他の端末は、オフザシェルフ・モノポール・アンテナを使用した。図１５に示される試験結果は、コンパクト・アンテナから受信したパケットに対して測定されたＳＮＲが、オフザシェルフ・モノポール・アンテナに対して測定されたＳＮＲに類似していたか、またはこれよりも大きかったことを示す。

説明した試験は、１６２．７２５ＭＨｚのＶＨＦ帯域で行われた。アンテナ設計はまた、他のＶＨＦ周波数とＵＨＦ帯域の周波数とを含む他の周波数に適用可能であると予想される。上記で説明したように、アンテナは、コイル長の選択によって特定の周波数に同調され得る。コイル長は、波長の４分の１に等しくなるように選定され、したがって、周波数が高いほど、許容されるコンパクト・アンテナ寸法が大きくなると予想される。

本明細書および以下の請求の範囲の全体を通して、文脈により他の事項が必要とされる場合を除き、「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という用語ならびに「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの変化は、言及された整数または整数群を含むことを暗示するが、他の任意の整数または整数群を除外することは暗示しないことを理解されたい。

本明細書におけるあらゆる従来技術の言及は、そのような従来技術が共通の一般知識の一部を形成する任意の形式の提案の承認ではなく、そのように見なすべきではない。

本発明は、その使用に際して、説明した特定の適用例に制限されないことは、当業者には諒解されよう。本発明は、本明細書で説明するまたは示す特定の要素および／または特徴に関して、その好ましい実施形態にも制限されない。本発明は、開示する１つまたは複数の実施形態に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく、多数の再構成、修正、および置換が可能であることが諒解されよう。

Claims (15)

1. 端末エンティティにゲートウェイ・ノード機能とアクセス・ノード機能の両方を含むマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末（ＧＡＴ）であって、
   少なくとも１つのアンテナと、
   １つまたは１つ以上のアクセス・ノードまたはマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末と通信するように構成されるゲートウェイ無線インターフェースと、
   １つまたは１つ以上のユーザ・ノードまたはマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末と通信するように構成されるリモート無線インターフェースと、
   電力供給と、
   少なくとも１つのプロセッサーおよび前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末を構成する命令を含むメモリとを含み、
   前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末を構成する命令は、
   １つまたは１つ以上のユーザ・ノードから中央アプリケーション・ハブへ一方向に、あるいは１つまたは１つ以上のユーザ・ノードと中央アプリケーション・ハブとの間で双方向に１つまたは１つ以上のスモールデータメッセージを交換すること、および、
   アクセス・ノード・モードとゲートウェイ・ノード・モードとを同時に提供すること、または、アクセス・ノード・モードとゲートウェイ・ノード・モードとの間でモードを切り替えること、当該アクセス・ノード・モードにおいて、リモート無線インターフェースは、１つまたは１つ以上のユーザ・ノードと通信して、１つまたは１つ以上のスモールデータメッセージを交換するように構成され、当該ゲートウェイ・ノード・モードにおいて、ゲートウェイ無線インターフェースは、アクセス・ノード・モードを提供する１つまたは１つ以上のアクセス・ノードまたはゲートウェイと通信し、１つまたは１つ以上のスモールデータメッセージを交換するように構成され、
   前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、
   １つまたは１つ以上の他のアクセス・ノードとの近接度に基づいて、アクセス・ノード・モードおよびゲートウェイ・ノード・モードを同時に提供するようにトリガされる、または、
   アクセス・ノード機能を提供することとゲートウェイ・ノード機能を提供することとの間でモードを切り替え、モードの切り替えは、１つまたは１つ以上の他のアクセス・ノードとの近接度に基づいてトリガされ、
   前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末の位置を取得および／または記憶するように構成され、
   前記メモリは、他のアクセス・ノードまたはマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末の位置を取得および記憶するように構成され、
   前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、記憶された位置に基づいてモードをいつ切り替えるかを決定する、
   マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
2. 前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、アクセス・ノード機能を提供することとゲートウェイ・ノード機能を提供することとの間でモードを切り替え、モードの切り替えは、前記中央アプリケーション・ハブから受信したモード制御命令に基づいてトリガされる、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
3. 前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、アクセス・ノード機能を提供することとゲートウェイ・ノード機能を提供することとの間でモードを切り替え、
   前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、第２のアクセス・ノードまたは第２のゲートウェイ・ノードの存在を検出し、検出時にモードの切り替えをトリガするように構成され、
   前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末がゲートウェイ・ノード・モードに切り替わると、前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末がそのマスタとなる第２のアクセス・ノードのスレーブとなり、
   前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末がアクセス・ノード・モードに切り替わると、前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末がマスタとなり、第２のゲートウェイ・ノードは前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末のスレーブとなる、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
4. 前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、第２のアクセス・ノードまたは第２のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末の存在を検出するように構成され、検出した際に、共存および／または協働するためにチャネル・リソースの使用を交渉するように構成される、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
5. 前記スモールデータメッセージは、通信インターフェースを使用して提供される通信リンクを介して直接に前記中央アプリケーション・ハブと交換され、あるいは、ゲートウェイ無線インターフェースを介して間接的に交換され、ここで、前記スモールデータメッセージは、１つまたは１つ以上の介在するマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末および／またはゲートウェイ・ノードの装置の間でホッピングすることによって間接的に交換され、および、
   前記スモールデータメッセージは、１つまたは１つ以上の介在するアクセス・ノード、ゲートウェイ・ノードおよび／またはマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末の間でホッピングすることによって、リモート無線インターフェースを介して直接的に、あるいはゲートウェイ無線インターフェースを介して間接的にユーザ・ノードと交換される、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
6. 前記メモリは、メッセージ記憶機能を提供するように前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末を構成するための命令を含み、
   前記メッセージ記憶機能は、
   前記中央アプリケーション・ハブへのアクティブな接続が利用できない場合に、前記中央アプリケーション・ハブ宛ての１つまたは１つ以上のスモールデータメッセージを記憶し、その後、アクティブな接続が可能なときにマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末、または別のゲートウェイ・ノードに、前記１つまたは１つ以上のスモールデータメッセージを転送し、および/または、
   前記ユーザ・ノードへのアクティブな接続が利用できない場合に、前記ユーザ・ノード宛の1つまたは１つ以上のスモールデータメッセージを記憶し、その後、前記ユーザ・ノード、または別のアクセス・ノード、デートウェイ・ノードあるいはアクティブな接続が可能なときにマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末に、前記１つまたは１つ以上のスモールデータメッセージを転送する、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
7. 次のシステム・エンティティへのアクティブな接続が利用可能であるとき、前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、各メッセージのルーティング情報を取得および／または記憶し、ルート上の次のシステム・エンティティにメッセージを送信するように構成され、
   前記次のシステム・エンティティは、ユーザ・ノード、アクセス・ノード、ゲートウェイ・ノード、またはマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末の内の１つ、または中央アプリケーション・ハブである、請求項５または６に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
8. 前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、アクセス・ノード・モードにあるとき、
   前記リモート無線インターフェースを介して受信された信号のチャネルデータサンプルを記憶し、
   前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末から遠隔の信号処理のために前記ゲートウェイ無線インターフェースを介して前記チャネルデータサンプルを送信する、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
9. 前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、アクセス・ノード・モードにあるとき、
   記憶されたチャネルデータサンプルをタイムスタンプし、記憶されたチャネルデータサンプルと共にタイムスタンプを送信するか、または記憶されたチャネルデータサンプルと共にタイムスタンプおよびマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末の位置を送信するようにさらに構成される、請求項８に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
10. アクセス・ノード・モードでは、１つまたは複数のゲートウェイ・ノードへの送信は符号化パケットを送信するためにレートレス符号方式を使用するように構成され、ゲートウェイ・モードではアクセス・ノードから受信した符号化パケットは復号のために前記ハブに転送される、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
11. 前記少なくとも１つのアンテナは全方向性アンテナである、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
12. 前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、５Ｗ未満のＥＩＲＰを有する低電力ノードである、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
13. 前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、ソフトウェア無線機である、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
14. 前記電力供給は、電池および／または太陽電池式電源である、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。
15. 前記マルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末は、地上、空中または宇宙に設置される、請求項１に記載のマルチモード・ゲートウェイ／アクセス端末。

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