JPH08251093A

JPH08251093A - 世界的マルチ衛星ネットワーク

Info

Publication number: JPH08251093A
Application number: JP33290895A
Authority: JP
Inventors: Stamatios V Kartalopoulos; ヴァシリオスカータロポーロススタマティオス
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 1996-09-27
Also published as: CA2161724A1; EP0718987A1; US5602838A

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波数帯域なマルチメディアサービスを支
援可能な衛星ネットワークを提供する。【解決手段】世界的な衛星通信ネットワークが開示さ
れている。世界的な衛星通信ネットワークは、複数の極
周囲方向の通信ループと複数の経度方向通信ループから
なる。極周囲方向および経度方向の通信ループは３次元
空間内に形成される。各極周囲方向の通信ループは、極
周囲方向の通信ループ内で隣接した通信するノードと双
方向で通信する、複数のノードを含んでいる。各経度方
向の通信ループは、経度方向の通信ループ内で隣接した
通信するノードと双方向で通信する、複数のノードを含
んでいる。各経度方向の通信ループは、極周囲方向のル
ープと、極周囲方向通信ループおよび経度方向の通信ル
ープの双方に共通のノードを経て通信している。共通の
ノードは、パケット内に含まれた宛先アドレスの関数と
して、極周囲方向の通信ループから前記経度方向の通信
ループに、およびその逆に、受信したパケットを転送す
るためのスイッチからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は一般的には通信ネットワークに
関し、より詳しくは、世界的なマルチ衛星通信ネットワ
ークに関するものである。

【０００２】

【従来技術】世界的なマルチメディアおよびパーソナル
通信サービス（ＰＣＳ）における爆発的な増加（既存お
よび予想）をアドレスするために、国家部門および個人
部門の双方において、マルチ衛星通信ネットワークが提
案されている。これを有効とするためには、衛星ネット
ワークサービスは、ネットワーク内の１つまたはそれよ
り多くの衛星が故障した場合でも、連続的な、エラーな
しの、および中断されることがない、高いスループット
の伝送を提供するものでなければならない。これは、故
障した衛星を修理することは、「天文学的」に近い接近
費用のため、非常に高価であることによる。この結果、
故障許容性、災害回避性、ならびにネットワーク存続性
が、あらゆる衛星ネットワークアーキテクチャにおける
重要な特性となる。

【０００３】通信衛星は軍事および個人部門において多
くの年数にわたって使用されている。現在までに、多く
の異なる衛星システムが存在し、また計画されている。

【０００４】衛星システムと衛星ネットワーク（つま
り、衛星のネットワーク）とは区別されるべきである。
図１は例示的な衛星システム１０１を示したものであ
る。一般的には、衛星システム１０１は１つまたはそれ
より多くの衛星１０４から構成され、また複数の（地球
１０２の表面に位置した）地球局１０６を有している。
これらの地球局１０６のそれぞれは、宇宙空間における
１つまたは２つの衛星１０４を「見」ている。衛星１０
４は信号再生器である。情報は以下のように衛星システ
ム１０１を通って送信される。信号は地球局１０６Ａか
らアップリンクされる。この信号は衛星１０４Ｂにより
受信され、衛星１０４Ｂはこの信号を、地球局１０６Ａ
から数千マイル離れて位置する他の地球局１０６Ｂにダ
ウンリンクする。宇宙空間に多数の衛星１０４を配置し
て地球を囲むことことにより、地球局１０６と衛星１０
４の間のホッピングアップおよびダウンをすることで、
発信元の地球局から非常に離れた場所（例えば、地球の
裏側にある）に信号を送信することが可能となる。

【０００５】衛星システムには長所と欠点がある。欠点
は、伝送遅延、エコー、大気による多重の信号歪(multi
ple atmospheric singal distortion)、トラフィック容
量の制限、故障の非許容性、ならびにジャミングの可能
性である。なお、衛星システムでは、衛星間通信は行わ
れない。

【０００６】チャネル（およびトラフィック）容量を増
加するため、またジャミングの可能性を克服するため、
衛星システムにおけるコンピュータを基盤とする衛星
が、技巧を凝らした多ビームアンテナ技術とともに展開
されている。多ビームアンテナにより多数の固定された
スポットビームを走査ビームと同様に持つことが可能と
なり、またコンピュータの制御下では異なる周波数にお
いて衛星がデータチャネルを異なるデータ速度で、また
異なるアンテナビームを介して自動操作でセットアップ
することが可能になる。

【０００７】トラフィック容量、故障許容性およびジャ
ミングにアドレスする異なる衛星システムのアーキテク
チャでは、単一の衛星の代わりに、技巧を凝らした衛星
のクラスタを利用している。一例として、ループス(LOO
PUS)は、ドイツ連邦共和国の業界の主導にしたがって計
画された非常に傾斜した楕円軌道において９つの衛星を
備えた衛星システムである。このシステムは、給電装置
(feeder)に対して14／11GHzの周波数範囲で、また移動
リンクに対して14／12GHzで動作するビームを利用する
ために計画されており、各衛星は2、000Kbps（キロビッ
ト／秒）の速度チャネルでスイッチでき、領域あたり4、
000から6、000のチャネルに再構成可能である。なお、ク
ラスタ内の衛星は互いに通信しない。

【０００８】衛星ネットワークは、最近開発された衛星
通信アーキテクチャである。図２は衛星ネットワーク２
０２を例示したものであり、複数の静止衛星２０６が宇
宙空間内で地球２０４の周囲に位置決めされている。ア
ップリンクとダウンリンクの能力に加えて、ネットワー
ク２０２内の各衛星２０６は、衛星間リンク（ＬＳＩ）
２１０上で互いに通信することができる。このアーキテ
クチャによれば、地球局２０８Ａが信号をアップリンク
し、これは衛星２０６Ｂにより受信される。信号は、宛
先（目的地）に到達するまで、衛星間リンク２１０を介
して衛星から衛星を移動する。

【０００９】衛星ネットワークを構築するために典型的
には３つの異なる提案がなされている。１つの提案は、
低い軌道の衛星を使用することを含むものである。低い
軌道の衛星は打ち上げが容易であり、また比較的遅延が
短いが、大きな地上からの追跡が必要であり、特に衛星
間の追跡が必要となり、また比較的寿命が短い。２つ目
の提案としては、静止衛星を使用することを含むもので
ある。静止衛星は打ち上げにより費用がかかり、また比
較的遅延が長いが、地上からおよび衛星間の追跡が容易
であり、寿命が比較的長い。３つ目の提案は、最初の２
つの提案の多くの長所を組み合わせたものであり、「Mo
lniya」や「Tundra」のように、環状の傾斜した地球と
同期した擬似性静止軌道の衛星を採用したものである。

【００１０】衛星ネットワークは（長距離通信に対して
衛星システムと比べたときには）、伝送遅延およびエコ
ーが少なく、トラフィック容量を増大し、またジャミン
グを受けにくい。よって、音声、双方向データ、双方向
ビデオ、私的な通信チャネル、およびＰＣＳのようなリ
アルタイムの双方向のマルチメディアサービスに対して
は、従来の衛星システムよりもより適している。

【００１１】衛星ネットワークはいくつか計画されてい
る。良く知られている計画された衛星ネットワークは、
米国政府のMILSTAR衛星プログラムであり、これはアッ
プリンクとダウンリンク（ＵＬ／ＤＬ）に対してＥＨＦ
およびＵＨＦの範囲で、また衛星と衛星のデータ伝送に
対しては60GHzの横軌道リンクで動作するＦＥＰ(FLTSTA
EHF Package)アンテナを有している。他の計画された
衛星ネットワークは、DARPAのLightSatネットワーク、
米国の空軍のReserveネットワーク、米国海軍のSPINSAT
ネットワーク、およびモトローラ社のIridumネットワー
クである。

【００１２】伝統的な衛星システムに対する改良点を挙
げてきたが、これらの従来の衛星ネットワークには多く
の欠点がある。特に、これらの衛星ネットワークは故障
許容性、災害回避性、並びにネットワークの存続性が改
良されていない。同様に、これら従来の衛星ネットワー
クは、世界的な継ぎ目のない相互通信する衛星の包み込
みグリッド(wrap-around grid)でないので、完全な「空
におけるネットワーク」を形成していない。

【００１３】よって、故障許容性、災害回避性、並びに
ネットワーク存続性に優れ、また完全な「地球の回りの
空におけるネットワーク」を形成することができる、衛
星ネットワークが必要とされている。

【００１４】更に先に進む前に、特定の地球通信ネット
ワークについての簡単な説明を例示する。マンハッタン
・ファイバ・データ分散インターフェース(Manhattan F
iber Data Distributed Interface)（ループ構造を有す
るマンハッタンネットワーク(Manhattan Street Networ
k(MSN)with Loop Architecture、あるいは単にマンハッ
タンネットワーク(Manhattan Network)と称される）
は、ローカルエリアネットワークを使用することを考慮
したネットワークである。マンハッタンネットワーク
は、エス・ヴィ・カータロポウロス(S.V.Kartalopoulo
s)による「マンハッタンファイバデータ分散インターフ
ェースネットワーク構造(The Manhattan Fiber Data Di
stributed Interface Network Architecture)」（グロ
ーブコム1990年会議の議事録(Proceeding of the Globe
com '90 Conference)、サンディエゴ(San diego)、1990年
12月２〜５日、第141〜145頁）のような、多くの一般的
に入手可能な書籍に説明されている。また、エヌ・エフ
・マックセンチャンク(N.F.Maxemchunk)による「ローカ
ル及びメトロポリタンネットワークにおける正規メッシ
ュトポロジ(Regular Mesh Topologies in Local and Me
tropolitan Area Networks)」、AT&Tベル研究所テクニ
カルジャーナル(AT&T Bell Laboratories TechnicalJou
rnal)、1985年９月、および米国特許第5、289、467号を参
考として組み入れる。

【００１５】図３は、マンハッタンネットワーク３０２
の４×４（４ノードと４ノード）の例を示したものであ
る。このマンハッタンネットワーク３０２は、１６のノ
ード３０４を有し、各ノード３０４は個々にその（行、
列）により識別される。

【００１６】マンハッタンネットワーク３０２は、水平
な平行なループ３０６の組と垂直な平行なループ３０８
の組を含むメッシュネットワークである。垂直なループ
３０６はノード３０４において垂直なループ３０８と交
差し接続している。

【００１７】各ノード３０４は２つの入力ポートと２つ
の出力ポートを含んでいる。各ノード３０４は、そのい
ずれかの入力ポートからデータパケットを受信し、また
そのいずれかの出力ポートを経てデータパケットを送信
することができる。よって、各ノード３０４は水平なル
ープ３０６から垂直なループ３０８に、およびその逆
に、データパケットを転送することができる。

【００１８】マンハッタンネットワーク３０２は分散制
御を有している。特に、マンハッタンネットワーク３０
２内の各ノード３０４は、どのようにパケットを経路選
択するか（つまり、パケットの経路選択性）についての
自動操作の決定を行う。よって、マンハッタンネットワ
ーク３０２は送り手のノードから宛先のノードに多くの
可能性のある異なる経路を経てパケットを転送するのに
適している。なお、マンハッタンネットワーク３０２内
の全てのループ３０６、３０８は一方向性である。つま
り、水平なループ３０６におけるデータの流れは西(Wes
t)から東(East)、あるいはその逆である。垂直なループ
３０８におけるデータ流れは北(North)から南(South)、
あるいはその逆である（北(North)、南(South)、東(Eas
t)及び西(West)の方向の取決めは例示的な目的だけのた
めに使用されている。）。

【００１９】マンハッタンネットワークは、データ配信
可能性がリアルタイムな転送よりも重要である、２つま
たはそれより多いノードの間における高速データ転送に
対するローカルエリアネットワークに最も適している。
しかしながら、新しい高周波数帯域のマルチメディアサ
ービスは、現存の一方向性のデータサービスに加えて、
音声および双方向のビデオ／データを要求している。効
率的な音声および双方向性のビデオ／データサービスに
は、リアルタイムなデータ処理を必要とし、また伝搬遅
延が非常に短い必要がある。このようなサービスはリア
ルタイム通信（記憶および送信の通信に対抗して）と呼
ばれる。マンハッタンネットワークは、その一方向性の
特性のために、パケットを常に最も有効な経路で配信す
ることができない。例えば、ノード（２、３）がノード
（２、２）にパケットを送信した場合、ノード（２、
２）と（２、３）が互いにすぐ隣にあるものでも、パケ
ットはノード（２、４）を含む水平なループを全て回っ
て移動してノード（２、２）に到達する。

【００２０】マンハッタンネットワークは常に最も有効
な経路でパケットを配信することができないので、マン
ハッタンネットワークを使用したときにはリアルタイム
の通信は保証されない。この結果、マンハッタンネット
ワークは高周波数帯域なマルチメディアサービスを十分
に支援することができない。

【００２１】

【発明の概要】本発明は、簡潔に説明すれば、複数の極
周囲方向の通信ループと複数の経度方向通信ループから
なる世界的な衛星通信ネットワークについてのものであ
る。極周囲方向および経度方向の通信ループは３次元空
間内に形成される。

【００２２】各極周囲方向の通信ループは、極周囲方向
の通信ループ内で隣接した通信するノードと双方向で通
信する、複数のノードを含んでいる。各経度方向の通信
ループは、経度方向の通信ループ内で隣接した通信する
ノードと双方向で通信する、複数のノードを含んでい
る。

【００２３】各経度方向の通信ループは、極周囲方向の
ループと、極周囲方向通信ループおよび経度方向の通信
ループの双方に共通のノードを経て通信している。共通
のノードは、パケット内に含まれた宛先アドレスの関数
として、極周囲方向の通信ループから前記経度方向の通
信ループに、およびその逆に、受信したパケットを転送
するためのスイッチからなる。

【００２４】本発明のその他の特徴と長所、並びに本発
明の種々の実施の形態の構造と動作は、以下に添付図面
を参照して詳細に説明する。図面において、同一ないし
機能的に類似した構成要素は同じ符号をつけた。

【００２５】

【発明の詳細な記述】本発明は、世界的なマルチ衛星ネ
ットワーク(GSN)に関するものである。GSNは故障許容
性、災害回避性、ネットワーク存続性、およびトラフィ
ック容量特性が優れている。GSNは双方向性のメッシュ
ネットワーク(MSN)、あるいはbi-MSNと称される地球上
の通信に基づいている。bi-MSNは、エス・ヴィ・スタマ
シオス(Stamatios V.Kartalopoulos）による、代理人番
号Ｓ．Ｖ．Ｋａｒｔａｌｏｐｏｕｌｏｓ６（１４７
０．０７２００００）の「双方向性メッシュネットワー
ク(Bidirectional Mesh Network)」と題された係属中の
米国出願に記載されており、この記載を本明細書に組み
入れる。さきに進む前に、bi-MSNについて簡単に説明す
る。

【００２６】１．双方向性のメッシュネットワーク(bi-
MSN) bi-MSNは高いチャネル／帯域幅容量、高い効率、故障許
容性、およびネットワーク存続性を有している。よっ
て、bi-MSNは広周波数帯域のマルチメディアサービス
（つまり、リアルタイム通信）を支援することができ
る。

【００２７】図４はＭ×Ｎの例のbi-MSN４０２を例示し
たものである。図４に示された例において、ＭとＮの双
方は４に等しい。しかしながら、ＭとＮは他の値でも良
く、またＭはＮと同じである必要はない。

【００２８】bi-MSN４０２は１６のノード４０４を有
し、各ノード４０４は個々にその（行、列）により識別
される。ｂｉ−ＭＳＮ４０２内のノード４０４は離れて
プログラム可能であり、再構成可能であって、このため
ｂｉ−ＭＳＮ４０２はインテリジェントなネットワーク
である。

【００２９】bi-MSN４０２は、水平で平行なループ４０
６の組と垂直で平行なループ４０８の組を含むメッシュ
ネットワークである。水平なループ４０６はノード４０
４において垂直なループ４０８と交差し接続している。
なお、水平および垂直という用語は説明目的で使用され
るもので、好ましい例を示したものである。互いに交差
する、ループ４０６と４０８は、９０°の角度で互いに
オフセットされている。同様に、ループ４０６は互いに
正確に平行である必要はない。同じく、ループ４０８は
互いに正確に平行である必要はない。

【００３０】各ノード４０４は、北(north)入力ポー
ト、南(South)入力ポート、東(East)入力ポート、並び
に西(West)入力ポートと呼ばれる、４つの入力ポートを
含んでいる。同様に、各ノード４０４は、北(north)出
力ポート、南(South)入力ポート、東(East)出力ポー
ト、並びに西(West)出力ポートと呼ばれる、４つの出力
ポートを含んでいる。これらの入力ポートと出力ポート
の名称はそれらが接続されるリンクを識別している。こ
こで、例えば、ノード（２、１）について考察する。そ
の北(north)入力ポートと出力ポートは、ノード（１、
１）のすぐ南に位置するリンクに接続されている（この
リンクはノード（２、１）をノード（１、１）に接続す
る。）同様に、その西(West)入力ポートと出力ポート
は、ノード（２、４）のすぐ東に位置するリンクに接続
されている（このリンクはノード（２、１）をノード
（２、４）に接続する）。

【００３１】各ノード４０４はそのいずれかの入力ポー
トからデータパケットを受信し、またデータパケットを
そのいずれかの出力ポートを経て送信することができ
る。なお、ノード４０４を互いに接続するリンクは双方
向性である。よって、各ノード４０４は、あらゆる方向
において水平なループ４０６から垂直なループ４０８
に、およびその逆に、データパケットを転送することが
できる。ノード（２、３）がノード（２、２）にデータ
パケットを伝送する場合を考える。リンクはbi-MSN内に
おいて双方向性であるので、このデータ伝送は単一のリ
ンクを経て行われる（つまり、ノード（２、３）はパケ
ットをその西(West)出力ポートを経て伝送し、またノー
ド（２、２）はその東(East)入力ポートを経てパケット
を受信する）。

【００３２】bi-MSN４０２は分散制御を有している。特
に、bi-MSN４０２内の各ノード４０４は、パケットがど
のようにして経路選択されるか（つまり、パケットの経
路選択性）についての自動操作の決定を行う。

【００３３】ノード４０４を互いに接続するbi-MSM４０
２内のリンクは、ファイバ、ケーブル、撚り線、あるい
は無線などの、既存ないし適切な伝送媒体である。伝送
媒体の選択は実施形態に依存するものであり、伝送技術
（時分割多重アクセス、TDMA、周波数分割多重アクセ
ス、FDMA、コード分割多重アクセス、CDMAなど）、チャ
ネル容量、伝送速度、ノード間の距離などの、多くの要
因によって決定される。bi-MSN４０２は優れたネットワ
ーク存続性を示す。bi-MSN４０２は、単一、多重、また
はクラスタのノード故障でも存続することができる。bi
-MSN４０２内のノード４０４の１つまたはそれより多く
のクラスタが故障した場合、bi-MSN４０２は影響を受け
た領域を避け、影響を受けないノード４０４からなる経
路を経て、２つまたはそれより多くのノード４０４の間
の通信経路を確保することができる。

【００３４】２．世界的マルチ衛星ネットワーク（ＧＳ
Ｎ）の概要上記したように、本発明の世界的マルチ衛星ネットワー
ク（ＧＳＮ）は、上記で説明したbi-MSNと呼ばれる、双
方向メッシュネットワーク（ＭＳＮ）に基づくものであ
る。４×４の例のＧＳＮ５０２を図５に概念的に示し
た。ＧＳＮ５０２は、３次元空間内にマップされたｂｉ
−ＭＳＮと類似している。

【００３５】特に、ＧＳＮ５０２は水平なループ（経度
方向のループとも称される）５０６の組と垂直なループ
（極方向のループとも称される）５０８の組を含んでい
る。経度方向のループ５０６は互いに略平行であり、ま
た極周囲方向のループ５０８は互いに略平行である。こ
こで、経度方向のループ５０６と極周囲方向のループ５
０８は３次元空間内に投影されている。経度方向のルー
プ４０６はノード４０４において極周囲方向のループ４
０８に交差し接続している。

【００３６】各経度方向のループ５０６は各極周囲方向
のループ５０８と正確に１度だけ交差している。同様
に、各極周囲方向のループ５０８は各経度方向のループ
５０６と正確に１度だけ交差している。各交差点にはノ
ードが設けられており、ノードは衛星として構成され
る。したがって、ＧＳＮ５０２は３次元の衛星のグリッ
ドを示す。

【００３７】図６Ｂに、球面の周囲にマップした４×４
のＧＳＮ６０４の例を示した。本発明によれば、ＧＳＮ
６０４は地球６０２の回りで中心決めされている。よっ
て、ＧＳＮ６０４は地球６０２を取り巻く衛星グリッド
ネットワークである。より詳しくは、ＧＳＮ６０４は、
地球６０２の周囲に東(East)−西(West)および北(nort
h)−南(South)方向に形成された継ぎ目のない球形の衛
星のグリッドである。

【００３８】本発明によれば、各ノード５０４（つま
り、衛星）は、北(north)入力ポート、南(South)入力ポ
ート、東(East)入力ポート、西(West)入力ポート、並び
にアップリンク入力ポートと呼ばれる、５つの入力ポー
トを含んでいる。同様に、各ノード５０４は、北(nort
h)出力ポート、Ｓｏｕｔｈ出力ポート、東(East)出力ポ
ート、西(West)出力ポート、並びにアップリンク出力ポ
ートと呼ばれる、５つの入力ポートを含んでいる。

【００３９】各ノード５０４は地上局（地球極とも呼ば
れる）と、またそれらのそれぞれの４つの隣接する衛星
とそれらの入力ポートおよび出力ポートを介して通信す
る。したがって、これらのノード５０４は同様に交差相
互接続されたＧＳＮノードをも呼ばれる（しかしなが
ら、全てのノード５０４は４つの隣接するノードまたは
地上局と通信する必要はない。ノードの接続性は特定の
衛星のトラフィック要件および衛星の位置決めに依存す
る。）。

【００４０】なお、ノード５０４はそれに隣接した全て
のノードと通信しない。その代わりに、ノード５０４は
４つの隣接するノード（これらのノードは参照目的で
「隣接して通信するノード」を称される。）と通信す
る。これらの隣接して通信するノードの２つは、ノード
５０４、および極周囲方向のループ５０８内でその前と
後のように、同じ極周囲方向のループ５０８内にある。
他の２つの隣接して通信するノードは、ノード５０４、
および経度方向のループ５０６内でその前と後のよう
に、同じ経度方向のループ５０６内にある。例えば、ノ
ード（２、２）の４つの隣接して通信するノードは、ノ
ード（２、１）、ノード（２、３）、ノード（１、
２）、並びにノード（３、２）である。

【００４１】各ノード５０４はそのいずれかの入力ポー
トからのデータパケットを受信し、またこれらのデータ
パケットをそのいずれかの出力ポートを経て経路決定お
よび再送することができる。なお、ノード５０４の間の
リンクは双方向性である。よって、各ノード５０４は、
いずれかの方向において経度方向のループ５０６から極
周囲方向のループ５０８に、またその逆に、データパケ
ットを転送することができる。ノード（２、３）がパケ
ットをノード（２、２）に転送したい場合を考える。Ｇ
ＳＮ６０４内においてはリンクは双方向性であるので、
このデータ転送は、単一のリンク上で、直接ノード
（２、３）からノード（２、２）に行われる。

【００４２】図６ＡはＧＳＮ６０４内における衛星５０
４の軌道を示したものである（これらの軌道は図６Ｂに
おいて方向矢印５０３でも示した）。この実施の形態で
は、軌道は極周囲方向のループ５０８に対応している。
以下のセクションで説明するように、他の軌道形態も可
能である。

【００４３】本発明によれば、各経度方向のループ５０
６における衛星は、互いに同期して移動しており、各経
度方向のループ５０６は常に同じ衛星５０４から構成さ
れる。しかしながら、各経度方向のループ５０６は、異
なる時間点において異なる位置としても良い。例えば、
時間ｔ１において、経度方向のループ５０６Ａは図６Ｂ
に示した位置にある。時間ｔ２においては、経度方向の
ループ５０６Ａは、時間ｔ１において経度方向のループ
５０６Ｂにより占められた位置にある。時間ｔ３におい
ては、経度方向のループ５０６Ａは、時間ｔ１において
経度方向のループ５０６Ｃにより占められていた位置に
ある。時間ｔ４においては、経度方向のループ５０６Ａ
は、時間ｔ１において経度方向のループ５０６Ｄにより
占められていた位置にある。本発明は、隣接する衛星が
互いに自動的に捕捉し追跡するための公知の捕捉および
追跡システム並びに手順を採用している。

【００４４】図７は、本発明の他の実施の形態によるＧ
ＳＮ７０２を示したものである（いくつかのノードは図
示していない）。このＧＳＮ７０２は極周囲方向の半分
のループの組により交差された経度方向のループの組か
ら構成される。この実施の形態では、極周囲方向の領域
はノードを持つか持っていない。極周囲方向の領域はそ
れらの近接して位置するノードによりカバーされてい
る。

【００４５】３．世界的なマルチ衛星ネットワーク（Ｇ
ＳＮ）の特徴と特性ＧＳＮの通信特徴と性能を以下に説明する。

【００４６】３．１ネットワーク効率以下のセクションでは、パケット配信性、ネットワーク
伝播遅延、ネットワーク輻輳、並びにフロー制御が説明
されている。

【００４７】３．１．１ＧＳＮにおけるパケット配信
性このセクションでは、本発明のＧＳＮにおいて異なる利
用可能な経路の観点から、データパケットの配信性につ
いて考察する。比較のため、まずＮ×Ｎのマンハッタン
ネットワークを考える。このマンハッタンネットワーク
において、送り手ノードと宛先ノードの間における同じ
ノードに２度行くことなしにチャネルあたりの可能な経
路の全部の数は、約Ｎ！（Ｎ−１）！である。

【００４８】ここで、Ｎ×ＮのＧＳＮを考察する。ＧＳ
Ｎの双方向性の特性ために、可能な経路の数はＮの増加
とともにより急激に増大する（マンハッタンネットワー
クと比べた場合）。例えば、２×２のＧＳＮでは可能な
経路は８であり、３×３のＧＳＮでは可能な経路は１７
６となり、また４×４のＧＳＮでは１５９２となる。

【００４９】よって、ＧＳＮにおけるノードの数の増加
とともに、ＧＳＮの配信性が指数的に急激に増大する。
これらの経路のいくつかは複雑であり、通常の環境では
最適でない。しかしながら、大きなネットワークにおい
ていくつかのノードが故障した場合には、これらの複雑
な経路もパケットの配信性において重大な役目を果た
す。

【００５０】３．１．２エンド・ツー・エンドの伝播
遅延長いホールの衛星ネットワークでは、データパケットの
エンド・ツー・エンドの伝播遅延（送り手から宛先）
は、ＵＬ／ＤＬ（アップリンク／ダウンリンク）の衛星
遅延、並び衛星ネットワークと伝送方式（TDMA、FDMA）
を含む、双方の端末での地上のネットワークにおける遅
延の合計である。典型的な衛星の伝送遅延(round trip
delay)は、軌道のタイプに依存して、数十から数百ミリ
秒だけ変化する。例えば、静止衛星に対する伝送遅延は
約２７０ミリ秒である。

【００５１】衛星ネットワークの遅延は、選択された経
路におけるノードの数（よって、衛星間のリンクの
数）、平均的なバッファ占有率ないしノード内の平均的
なキュー長さ、並びに経路における１つのループから他
への伝送の数（例えば、経度方向のループから極周囲方
向のループへの、あるいはその逆の、データパケットの
伝送）に依存する。したがって、パケットを経路決めす
る際に、本発明では、パケットが経度方向のループから
極周囲方向のループにまたは極周囲方向のループから一
度だけ移動する経路を選択するようにしている（これ
は、送り手ノードと宛先ノードが同じループ上にないこ
とを前提としている）。

【００５２】ここで、基本遅延要素(dominant delay co
mponent)は、ネットワークにおけるノードの最悪の場合
のエンジニアリングに基づくＵＬ／ＤＬの伝送遅延とキ
ュー遅延（チャネル容量、ユーザ数、チャネル帯域幅、
スロット数）、および伝送方式（例えば、FDMA、TDMA）
である。

【００５３】３．１．３ネットワーク輻輳およびフロ
ー制御ネットワーク輻輳は、ここではＵＬ／ＤＬチャネル容量
とＩＳＬ（衛星間リンク）チャネル容量と組み合わせて
考察する。この分析においては、TDMAあるいはCDMA方法
が使用されると仮定する。CDMA（つまり、スペクトル拡
散多元接続）方法は、暗号化および耐ジャンミング特性
が追加されており、民間用途と同様に軍事用途にも適し
ている。

【００５４】秒あたりのビット(bps)のリンク容量Ｃ
は、公知のシャノンの式Ｃ＝Wlog(1+S/N)により計算さ
れ、ここでＷはＨｚにおけるチャネルの帯域幅であり、
Ｓ／Ｎは受信器（衛星内）における信号対ノイズの比で
ある。bpsリンク容量とチャネル値あたりのbps（例え
ば、音声チャネルに対しては３２Kbps）から、衛星間の
リンクあたりのチャネルの容量ｎが計算される。

【００５５】ＩＳＬのチャネル容量を決定するため、ノ
ードあたりのＵＬ／ＤＬのbpsリンク容量Ｃ、ＩＳＬの
チャネル容量ｎ、ループあたりのノードの数Ｎ、並びに
ブロッキングが許可されたチャネルのパーセンテージ、
などのネットワークパラメータが知られている。Ｎのノ
ードある１つのループだけ（最も基本的なネットワー
ク）を持ち、各ノードはｎのＵＬ／ＤＬのチャネルを持
ち、０％のブロッキングであると仮定した場合、衛星間
リンクのチャネル容量は、ｎ＊Ｎ／２＋Ｉ_Net が、ネッ
トワーク間のパラメータ通信に対して必要な追加のチャ
ネルの最小の数である。ここで、Ｉ_Net はネットワーク
間パラメータ通信において必要な追加のチャネルの小さ
い数である。

【００５６】それぞれ同じ数のノードを備えた平行な２
つのループＡとＢに対して、ループＢ上のトラフィック
に加えて、トラフィックの５０％がループＡの各ノード
からループＢのノードへ通過すると仮定した場合、ルー
プＢにおける最悪の場合のＩＳＬチャネル容量は３ｎ／
２＊Ｎ／２＋Ｉ_Net である。衛星ネットワーク内部の異
なる数のループに対する表現である、極周囲方向と経度
方向、および異なる仮定は、上記の説明に基づいて関連
技術分野の当業者にとっては自明である。

【００５７】ＩＳＬの実際の数により、ノードのスイッ
チング構造容量(switching fabriccapacity)およびネッ
トワークのトラフィック輻輳状態が決定される。ネット
ワークにおける地理的な時間差、季節差などにより、ト
ラフィック輻射は全体の衛星ネットワーク上で発生する
ことはない。一般的には、ネットワークのある部分が輻
輳レベルに接近した場合、ネットワークの他の部分が低
いトラフィックレベルとなり、余分なトラフィックが次
いでネットワークの輻輳された領域から地上に転換さ
れ、また衛星ネットワークの輻輳されていない部分でア
ップリンクがされる。

【００５８】３．２故障許容性本発明のＧＳＮは、単一、多数、およびクラスタのノー
ド故障について、故障許容性があり、また優れたネット
ワーク残存特性を示す。そのノード故障に対する残存能
力は、双方向特性の結果である、優れたネットワーク経
路選択能力によるものである。ＧＳＮ内のノードの１つ
またはそれより多くのクラスタが故障したときには、Ｇ
ＳＮは影響を受けた領域を避け、影響を受けていないノ
ードを含む経路に沿って２つまたはそれより多くのノー
ドの間の通信を確立することができる。

【００５９】例えば、図６に示したＧＳＮ６０４を考察
する。故障した状態では、１つまたはそれより多くのリ
ンクがダウンし、および／または１つまたはそれより多
くのノード５０４が動作せず、「トラブルのある」領域
をバイパスする代わりの経路が選択される。例えば、ノ
ード（２、３）が故障したと仮定する。与えられた送り
手ノードと宛先ノードに対して、故障したノード（２、
３）により悪影響を受けないノードの間の接続である、
ノード（２、３）を含まない多数の経路が使用可能であ
る。ノードが経路（元の経路を称する）が確立された後
に故障したと仮定する。この場合、代わりの経路が、故
障したノードに物理的により近いノード（元の経路内
の）により選択される。ＧＳＮは、故障回避に加えて、
ネットワークの自己治療特性を発揮する。

【００６０】３．３災害回避本発明のＧＳＮは優れた災害回避特性を発揮する。ノー
ドの１つまたはそれより多くノクラスタが動作不能にな
った場合を仮定する。この場合、ＧＳＮは影響を受けた
領域をバイパスし、残りの健在なネットワーク（十分な
接続性が存在しているものと仮定する）を使用して通信
を確立する。

【００６１】４．世界的なマルチ衛星ネットワーク（Ｇ
ＳＮ）の構造と動作本発明の世界的なマルチ衛星ネットワーク（ＧＳＮ）を
以下により詳しく説明する。この説明において、図６Ｂ
に示したＧＳＮ６０４を参照する。

【００６２】４．１通信リンクこのセクションでは、衛星ノード５０４間のアップリン
ク（ＵＬ）とダウンリンク（ＤＬ）、並びに衛星ノード
５０４間のリンク（これは衛星間リンク、ＩＳＬｓと称
される）の、２つのタイプのリンクを考察する。。

【００６３】ＵＬ／ＤＬリンクは好ましくは、周波数、
アクセス方法、および衛星通信システムに対して割り当
てられた周波数を実行するプロトコル、並びに標準的な
衛星アクセス技術（例えば、TDMA、FDMA、CDMA）を使用
して実施される。これは、地球を覆う（ＥＣ）ビームお
よび／または操作可能ないし固定されたスポットビーム
を含んでいる。このような衛星システムおよび技術は、
公知であり、また、ニューヨークのマックミラン出版社
(MacMilian Publishing Co.)の１９８６年発行のトリ
ティー．ハ(Tri T.Ha)による「デジタル衛星通信(Digit
al Satellite Communications)」のような、一般に入手
可能な書籍において考察されている。

【００６４】衛星間リンクは、好ましくは、レーザを使
用して実施される。衛星間における信号の通信のために
レーザ信号を使用することは公知であり、またダブリュ
ー・イングリシュ(W.English)の「衛星間のレーザ通信
リンクの考察(Study on Intersatellite Laser Communi
cation Links)」(最終報告(Final Report)、ESTEC Cont
ract、No.3555、1979年)、ヴィ・チャン(V.Chan)等によ
る「ＩＳＬアプリケーションのための、GaAsレーザを用
いたヘテロダインレーザＣＯＭシステム(Heterodyne la
serCOM Systems Using GaAs Lasers for ISL Applicati
on)」(ICC '83 ６月１９日ー２２日、ボストン、マス(M
ass))、ダブリュ・アール・リーブ(W.R.Leeb)による
「宇宙におけるレーザ通信の見込み(Prospects for las
er communications in space)」(Proc.European Space
Agency(ESA)Workshop onSpace Laser Applications and
Technology、Les Diablerets、1984年３月２６日−３
０日（ＥＳＡＳＰ−２０２ 1984年５月）)、並びに
ジェイ・イー・カウフマン(J.E.Kaufman)およびヴィ・
ダブリュ・エス・チャン(V.W.S.Chan)による「半導体レ
ーザを用いた光ヘテロダイン衛星間リンク(Optical Het
erodyne Intersatellite Links Using Semiconductor l
asers)」(GlobeCom'84年11月26日−29日、アトランタ、
ＧＡ、1984年)のような多くの一般に入手可能な書籍に
おいて考察されている。レーザは72,000Ｋｍまで伝送す
ることが報告されている。

【００６５】あるいは、ＩＳＬｓはマイクロ波ビームを
使用して実施される。

【００６６】本発明によれば、公知の捕捉および追跡シ
ステムおよび手順が、隣接する衛星が互いに自動的に捕
捉しまた追跡することができるために使用される。捕捉
および追跡システム並びに手順は公知であり、またジョ
ーン・ウイリー・アンド・ソンズ(John Wiley and Son
s)により1989年に発行されたモーガン(Morgan)等による
「通信衛星ハンドブック(Communication Satellite Han
dbook)」のような、多くの一般に入手可能な書籍に説明
されている。

【００６７】説明したように、衛星ノード５０４は公知
の軌道上を、同じ方向に移動する。よって、この共動す
る追跡プロセスは、例えば、航空機と移動する目標との
間で追跡するプロセスと比べて、実施および達成がずっ
と容易である。これは、（ａ）目標が航空機と共動しな
いこと、（ｂ）目標と航空機が未知の弾道で３次元区間
内を移動することによるものである。

【００６８】４．２衛星ノード図８は、衛星ノード５０４のブロックダイヤグラムであ
る。ノード５０４は、４つの隣接するノード（このノー
ド５０４と通信する）および地球局から信号を受信する
ための、５つの受信器を含んでいる。ノード５０４はま
た、４つの隣接するノードおよび地球局に信号を送信す
るための、５つの送信器を含んでいる。受信器８１２と
送信器８１４は、公知の適当な通信用の受信器と送信器
を使用して実施される。

【００６９】各ノード５０４は、５ｎの入力と５ｎの出
力の空間−時間の通信スイッチ（ｎは入力／出力あたり
のチャネル数を意味する）を表す、交差接続８０２（受
信器８１２と送信器８１４に接続されている）を含む。

【００７０】交差接続８０２は、北(north)入力ポート
８０４Ａ、南(South)入力ポート８０４Ｂ、西(West)入
力ポート８０４Ｃ、東(East)入力ポート８０４Ｄ、並び
にアップリンク入力ポート８０４Ｅを含んでいる。北(n
orth)入力ポート８０４Ａ、南(South)入力ポート８０４
Ｂ、西(West)入力ポート８０４Ｃ、東(East)入力ポート
８０４Ｄは、ノードの４つの隣接する衛星ノードから信
号を受信する。アップリンク入力ポート８０４Ｅはノー
ド５０４が通信している地球局から信号を受信する。

【００７１】交差接続８０２は、いずれかの入力ポート
８０４をいずれかの出力ポート８０６に接続することが
できる。例えば、交差接続８０２は西(West)入力ポート
８０４Ｃを西(West)出力ポート８０６Ｃに接続すること
ができる。よって、本発明は、ノードとネットワーク経
路の試験目的のための、ループバックネットワーク能力
を提供するものである。

【００７２】交差接続８０２は制御器８０８により制御
され、制御器８０８は好ましくは、コンピュータのソフ
トウェアにしたがって動作する中央処理ユニット（ＣＰ
Ｕ）である。

【００７３】あるいは、制御器８０８は、例えばハード
ウェア状態のマシン(hardware state machine)を使用し
て、ハードウェア的に実施することもできる。制御器８
０８はノード５０４の全ての機能を制御する。これらの
機能は以下に説明した。これらの機能を達成する際に
は、制御器８０８は、好ましくはランダムアクセスメモ
リ（ＲＡＭ）のような、メモリ内に記憶された表であ
る、性能パラメータマップ（ＰＰＭ）８１０内に記憶さ
れたデータを参照する。

【００７４】制御器８０８により示されるノード５０４
による機能性能を、図９に示された機能ブロックダイヤ
グラムを参照して次に説明する。ノード９０４は、自己
診断９１６、ＰＰＭ更新９１８、並びにパケット経路決
め９２０の、３つの主要な機能を実行する。これらの機
能９１６、９１８、並びに９２０は互いに並列に実行さ
れる（図９に示したように）が、連続してまたは互いに
別々に実行することもできる。

【００７５】自己診断機能９１６は周期的に実行され
る。ステップ９０４により示したように、自己診断機能
９１６は、パケットが入力ノード８０４に到達した際に
入力ノード８０４の性能パラメータを監視することを含
んでいる。このような監視性能パラメータは、パケット
エラー速度、輻輳パラメータ、リンクおよびノードの完
全性、遅延パラメータなどを含んでいる。これらの性能
パラメータは各入力ノード８０４（および受信器８１２
のような、各入力ノード８０４に関連した通信回路）の
通信の完全性の尺度となる。ステップ９０６で示したよ
うに、ノード５０４はこれらの性能パラメータおよび同
様にノード５０４の識別子（アドレスのような）を含む
パケットを準備する。パケットが準備される方法は関連
技術における当業者には自明である。ノード５０４は、
次いでこの性能パラメータのパケットを、他のノードに
同報する（つまり、その全ての出力ポートを介して送信
する）。ＰＰＭ更新機能９１８は、ノード５０４が他の
ノードから性能パラメータのパケットを受信したときに
はいつも実行される。これはステップ９０８に示したよ
うに、ノード５０４は他のノードから性能パラメータの
パケットを受信する。

【００７６】ステップ９１０では、ノード５０４は、そ
の性能パラメータマップ８１０を更新するために、性能
パラメータのパケット内に含まれた情報を使用する。性
能パラメータマップ８１０は、ＧＳＮ６０４内の他のノ
ードのためのエントリを含んでいる。これらのエントリ
は、それらのノードのための性能パラメータ情報を含ん
でいる。よって、ステップ９１０の間は、ノード５０４
は、性能パラメータのパケットを発信した（つまり、送
り手）ノードに対応するＰＰＭ８１０の内部エントリを
更新するために、性能パラメータパケット内に含まれた
情報を使用する。

【００７７】ＰＰＭ８１０を参照して、機能しているお
よび、入力ポートに問題があるノード、出力ポートに問
題があるなどのノードである、機能していないノードを
識別することが可能となる（これは、問題のノードから
下流側のノードに関連した性能パラメータ情報を参照す
ることにより決定される）。ＰＰＭ８１０の使用を以下
にさらに説明する。

【００７８】ステップ９１２では、ノード５０４は、受
信した性能パラメータのパケットをＧＳＮ６０４内の他
のノードに同報する。このようにして、性能パラメータ
のパケットは、ＧＳＮ６０４内のすべてのノードに最終
的に受信される。

【００７９】パケット経路決め機能９２０（フロー制御
機能とも称される）は、ノード５４０がデータパケット
を受信したときはいつでも、あるいはノード５０４が新
しいデータパケットを発するときに実行される。パケッ
ト経路決め機能９２０を実行している間は、ノード５０
４は、パケットのソースと宛先、並びにＰＰＭ８１０内
に含まれた情報に基づいて、受信されたデータパケット
を最良に経路選択するかを決定する。

【００８０】ノード５０４がパケット経路決め機能９２
０を実行する方法を、図１０に示したフローチャート１
００２を参照して、より詳細に説明する。フローチャー
ト１００２はステップ１００４から開始し、制御が直ち
にステップ１００６に移行する。

【００８１】ステップ１００６では、ノード５０４は、
パケットの宛先アドレスの双方の縦座標がそれ自身のア
ドレスの２つの縦座標に一致するかどうかを決定する
（つまり、ノード５０４はパケットの宛先かどうかを決
定する）。パケットの宛先アドレスは、パケット自身に
含まれている。次いで、このステップにおいて、ノード
５０４は宛先のアドレスのためにパケットを読み、これ
は（行、列）として表現され、行と列は宛先アドレスの
て縦座標である。ノード５０４は宛先アドレスをそれ自
身のアドレスを比較し、また宛先アドレスの行と列の縦
座標がそれ自身のアドレスの行と列の縦座標と一致する
かどうかを決定する。これらの縦座標が一致したなら
ば、ノード５０４はそれがパケットの宛先であると結論
を出す。この結果、ノード５０４はパケットを受領し、
また受領したパケットをその関連する地球局にダウンリ
ンクする（ステップ１００８；ステップ１０２０で示し
たように、フローチャート１００２はステップ１００８
を処理した後に完了する）。

【００８２】ステップ１０１０では、ノード５０４は、
パケットの宛先アドレスの縦座標の１つがそれ自身のア
ドレスの縦座標の１つと一致するかどうかを決定する。
一致が見付かった場合には、ステップ１０１２が実行さ
れる。そうでない場合には、ステップ１０１６が実行さ
れる。例えば、ノード（２、３）が、（４、３）の宛先
アドレスを有するパケットに対してステップ１０１０を
実行している場合を考察する。この場合には、列の縦座
標が一致し、よってノード（２、３）はステップ１０１
２を実行する。また、パケットの宛先アドレスが（４、
４）の場合には、一致がなく、よってステップ１０１６
が実行される（以下に説明する）。

【００８３】ステップ１０１２では、ノード５０４は、
宛先ノードへの直接的な経路が使用可能かどうかを決定
する。パケットの宛先アドレスの縦座標の１つがノード
５０４のアドレスの縦座標の１と一致しているので、２
つの直接的な経路の存在が保証されるが、これらの直接
的な経路の１つまたは両方は介在するノードにおける故
障のために使用可能ではない。ノード５０４はノードに
おける故障をそのＰＰＭ１１８内に含まれた性能パラメ
ータ情報を参照することにより識別する。例えば、ノー
ド（１、３）が、（４、３）の宛先アドレスを有するパ
ケットに対する処理ステップ１０１２を実行していると
する。ノード（１、３）からノード（４、３）への２つ
の直接的な経路が存在する。最初の経路は、ノード
（１、３）から、ノード（２、３）へ、ノード（３、
３）へ、ノード（４、３）へ進行している。２番目の経
路は、ノード（１、３）からノード（４、３）に進行す
る。介在するノードの故障によりこれらの経路の１つま
たは両方が使用可能でないとする。つまり、ノード
（３、３）が故障したとする。この場合、最初の経路は
利用可能でなくなる。

【００８４】ステップ１０１２では、ノード５０４は宛
先のノードへの直接的な経路が使用可能であると決定
し、次いでステップ１０１４で実行される。ステップ１
０１４では、ノード５０４はこれらの直接的な経路の１
つを選択し、また次いで選択された経路における次のノ
ードにパケットを送信する。１つの直接的な経路だけが
使用可能である場合には、ノード５０４はその経路を選
択する。ところが、両方の経路が使用可能でない場合に
は、ノード５０４は最良の経路を選択する。最良の経路
は、送り手のノード（ソースノード）から宛先のノード
への最短の伝播となる経路として規定される。この場
合、最良の経路は、ノードの最小量を有するものであ
る。上記の例では、ノード（１、３）は、（４、３）の
宛先アドレスを有するパケットに対してステップ１０１
２を処理し、最良の経路はノード（１、３）からノード
（４、３）であるとする。

【００８５】フローチャート１００２は、ステップ１０
２０で示したように、ステップ１０１４を処理した後に
完了する。

【００８６】ステップ１０１２では、ノード５０４は、
宛先ノードへの直接的な経路は使用可能でないと決定
し、ステップ１０１６は完了する。ステップ１０１６で
は、ノード５０４は、宛先ノードへの最良の使用可能な
経路を識別し選択する。この考察においては、宛先ノー
ドへの使用可能な経路が少なくとも１つあると仮定して
いる。

【００８７】使用可能な経路がない場合には、ノード５
０４により行われる動作はパケットのサービスタイプに
依存する。パケットがリアルタイムのサービス（リアル
タイムの音声のような）を含む場合には、パケットはド
ロップされ、接続がドロップされる（ノード５０４はソ
ースノードにこのことを報告するメッセージを送信す
る）。パケットが非リアルタイムなサービス（データ伝
送の記憶または転送のような）を含む場合には、ノード
５０４はパケットをそのキュー内に保存し、また経路が
使用可能になった際に、１度だけパケットを後で送信す
る（与えられた時間量の経路にどの経路も使用可能でな
い場合には、パケットはドロップされる）。

【００８８】ノード５０４がステップ１０１６を実行す
る方法は、図１１においてフローチャート１１０１を参
照して詳細に説明する。フローチャート１１０１はステ
ップ１０２で開始し、制御は直ちにステップ１１０４に
移行する。

【００８９】ステップ１１０４では、ノード５０４は次
数の変数ｄを零に初期化する。ステップ１１０６では、
ノード５０４は宛先ノードへのすべての使用可能な経路
の次数ｄを識別する。ループ間の転送を含まない経路の
次数は０である。ループ間の転送は、経度方向のループ
５０６から極周囲方向のループ５０６への、あるいはそ
の逆の、パケットの転送である。例えば、ノード（１、
１）がノード（１、３）の宛先のパケットを発信した場
合を考察する。次数０の経路が２つあり、１番目はノー
ド（１、１）からノード（１、２）へノード（１、３）
であり、２番目はノード（１、１）からノード（１、
４）へノード（１、３）である。

【００９０】１つのループ間転送を含む場合の経路の次
数は１である。例えば、ノード（４、４）の宛先を有す
るパケットを発するノード（１、１）を考察する。次数
が１である経路は多数あり、１番目はノード（１、１）
からノード（４、１）へノード（４、４）へのものであ
り、２番目はノード（１、１）からノード（１、４）へ
ノード（４、４）へのものであり、３番目はノード
（１、１）からノード（２、１）へノード（３、１）へ
ノード（４、１）へノード（４、２）へノード（４、
３）へノード（４、４）へのものである。関連技術の当
業者には自明なように、次数１の別の経路がある。

【００９１】処理時間にはループ間の転送を実行するこ
とが含まれる。よって、伝播遅延を減じるためには、ル
ープ間の転送の数が最小となる経路を選択することが望
ましい。つまり、本発明は、宛先のノードへパケットを
転送するために最小の次数の経路を選択するように動作
するものである（このためにステップ１１０４において
ｄを零に初期化した）。

【００９２】ここで、ステップ１１０６において、ノー
ド５０４は宛先ノードへの次数ｄの使用可能なすべての
経路を識別する。よって、次数ｄの経路は存在するが、
ノードおよび／またはリンクにおける故障のために使用
可能ではない。

【００９３】また、ステップ１１０６において、ノード
５０４は、次数ｄの経路を識別するときに、パケットが
受信されたループを考察する。例えば、ノード（１、
２）がループ５０６Ａ上でノード（１、１）からパケッ
トを受信し、またこのパケットがノード（４、４）の宛
先を有するものであると仮定する。ノード（１、２）に
ついて、次数１の経路は、ノード（１、２）からノード
（１、４）へノード（４、４）への経路を含んでいる。
ノード（１、２）からノード（４、２）へノード（４、
４）への経路は、一見、同様に次数１の経路と思える。
しかしながら、これは、１番目は経度方向のループ５０
６Ａから極周囲方向のループ５０８Ｂへ、また２番目が
ノード（４、２）において極周囲方向のループ５０８Ｂ
から経度方向のループ５０６Ｄへの２つのループ間の伝
送を含むことから、実際にはこの経路は次数２である。

【００９４】決定ステップ１１０８において説明したよ
うに、次数ｄの経路が使用可能でない場合には、次いで
ステップ１１１０が実行される。ステップ１１１０で
は、ｄが１だけ増分され、また次いで制御がステップ１
１０６に移行する。

【００９５】この代わりに、次数での１つまたはそれよ
り多くの経路が使用可能であると決定された場合には、
ステップ１１１２は完了する。ステップ１１１２におい
て、ノード５０４は次数ｄのこれらの使用可能な経路の
１つを選択する。次数ｄの経路が１つだけ使用可能であ
る場合には、ノード５０４はその経路を選択する。とこ
ろが、次数ｄの経路が１つよりも多くある場合には、ノ
ード５０４は最良の経路を選択する。最良の経路は、元
のノード（ソースノード）から宛先ノードへの伝播遅延
が最短である経路として規定される。この場合、最良の
経路はノードの最少量を有するものである。

【００９６】フローチャート１１０１は、ステップ１１
１４に示したように、ステップ１１１２を処理した後に
完了する。

【００９７】図１０を再度参照して、ステップ１０１８
では、ノード５０４はステップ１０１６において選択さ
れた経路で次のノード（つまり、隣接するノード）にパ
ケットを送信する。フローチャート１００２の動作は、
ステップ１０２０に示したように、ステップ１０１８の
後に完了する。

【００９８】６．世界的マルチ衛星ネットワーク（ＧＳ
Ｎ）の発展性通信ネットワークの発展および拡張の能力は、衛星を構
成したり展開する際に非常に多くのコストがかかるため
に常にネットワークを構築する必要があるので、衛星ナ
ットワークにおいては特に重要である。本発明のＧＳＮ
は、その非常に柔軟な発展特性のために、非常に有用で
ある。

【００９９】ＧＳＮ内にノードを追加することは比較的
容易である。つまり、ノードは２つの他のノードの間の
既存のループに挿入される。図１２にＧＳＮ１２０２の
例を示した。便宜上、ＧＳＮ１２０２は図１２において
２次元のｂｉ−ＭＳＮトポロジー内で示されている。こ
の２次元のトポロジーの３次元のＧＳＮトポロジーへの
マッピングは、上記の説明を参照して関連技術分野の当
業者には自明である。

【０１００】このＧＳＮ１２０２では、新しいノード
（３、２）が極周囲方向のループ１２０８Ｂ内に追加さ
れている。対応する新しい経度方向のループ１２０６Ｃ
内には他の衛星のノードはない（後で他の衛星を追加し
てもよい）。よって、新しいノード（３、２）の２つの
西(West)−東(East)のトランシーバは使用不能とされ
る。新しいノードが既存の経度方向のループに追加され
た場合には、その新しいノードの北(north)−南(South)
のトランシーバが使用不能とされる。これらの使用不能
とされたトランシーバは、隣接するノードが後日追加さ
れたときに使用可能となる。

【０１０１】６．世界的なマルチ衛星ネットワーク（Ｇ
ＳＮ）の衛星軌道オプション本発明のＧＳＮにおける衛星ノードのための軌道オプシ
ョンは数多く存在する。２つの軌道オプションを以下に
示した。１つは地上同期し傾斜した環状の軌道のノード
を備えたものであり、他の１つは傾斜した楕円軌道のノ
ードを備えたものである。

【０１０２】６．１地上同期し傾斜した軌道図１３に示したように、衛星ノードＳが傾斜した地上同
期した環状の軌道で地球の回りを移動している場合を考
察する（図１３で「Ｎ」は北をさす）。この場合、衛星
Ｓは地球局からは子午線の北(north)−南(South)および
南(South)−北(north)上を移動しているものとして観測
される。図７に示したようにＧＳＮは、同様な軌道内
に、３６０°／ｎ（例えば９０°）で分離されたより多
くの衛星を配置することによって、また同じ軌道内に多
数の衛星を配置することにより構成することができる。

【０１０３】６．２傾斜した楕円軌道この場合、地上同期でない傾斜した軌道（例えば、Moln
iya）内に衛星はある。よって、衛星は、赤道の回りを
サイン状の動作で地球の回りを移動するものとして地球
からは観測される。また、図７に示したようにＧＳＮ
は、同様な軌道内に、３６０°／ｎ（例えば９０°）で
分離されたより多くの衛星を配置することによって、ま
た同じ軌道内に多数の衛星を配置することにより構成す
ることができる。しかしながら、このネットワークの運
動学および複雑さは、先のセクションで説明したものと
は異なるものである。図１４は、それぞれ９０°離れた
４つの楕円軌道で、各軌道内に４つの衛星がある場合の
例を示したものである（４つの衛星は明確化のために図
示されていない）。

【０１０４】以上、本発明を種々の実施の形態で説明し
たが、これらは例示のためのもので、限定的なものでは
ない。よって、本発明の範囲はこれら例示的な実施の形
態に制限されるものではなく、添付した請求の範囲によ
り規定されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の静止衛星システムの説明図である。

【図２】衛星間リンクを備えた従来の静止衛星ネットワ
ークの説明図である。

【図３】従来のループ構造を有するマンハッタンスト
リートネットワークの説明図である。

【図４】双方向のメッシュネットワークの説明図であ
る。

【図５】本発明による、世界的マルチ衛星ネットワーク
の説明図である。

【図６Ａ】本発明による、世界的マルチ衛星ネットワー
クの説明図である。

【図６Ｂ】本発明による、世界的マルチ衛星ネットワー
クの説明図である。

【図７】本発明による、世界的マルチ衛星ネットワーク
の説明図である。

【図８】世界的なマルチメディアネットワークの一部を
形成する衛星ノードのブロックダイヤグラムである。

【図９】図８のノードの機能ダイヤグラムである。

【図１０】各ノードがネットワークを通ってパケットの
経路選択をする方法を示したフローチャートである。

【図１１】各ノードがネットワークを通ってパケットの
経路選択をする方法を示したフローチャートである。

【図１２】世界的なマルチ衛星ネットワークが拡張され
た態様の説明図である。

【図１３】世界的なマルチ衛星ネットワークにおける衛
星ノードの異なる軌道選択の説明図である。

【図１４】世界的なマルチ衛星ネットワークにおける衛
星ノードの異なる軌道選択の説明図である。

【符号の説明】

４０２ｂｉ−ＭＳＮ４０４ノード４０６、４０８ループ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】極周囲方向の通信ループ内における隣接
するノードとそれぞれ双方向に通信する複数のノードか
らなる極周囲方向の通信ループ、経度方向の通信ループ内における隣接するノードとそれ
ぞれ双方向に通信する複数のノードからなる有極通信ル
ープであり、前記経度方向の通信ループは前記極周囲方
向のループと、前記極周囲方向通信ループおよび経度方
向の通信ループの双方に共通のノードを経て通信してお
り、前記極周囲方向および経度方向の通信ループは３次元空
間内に形成されており、前記共通のノードは、前記パケット内に含まれた宛先ア
ドレスの関数として、前記極周囲方向の通信ループから
前記経度方向の通信ループに、およびその逆に、受信し
たパケットを転送するためのスイッチからなる世界的マ
ルチ衛星通信ネットワーク。
【請求項２】請求項１に記載の世界的衛星通信ネット
ワークにおいて、前記極周囲方向の通信ループが、前記
経度方向の通信ループに実質的に垂直に整列されている
ことを特徴とする世界的衛星通信ネットワーク。
【請求項３】請求項１に記載の世界的衛星通信ネット
ワークにおいて、前記極周囲方向の通信ループおよび前
記経度方向の通信ループにおける各ノードが、関連した地球極および通信する隣接したノードから信号
を受信するための複数の入力ポート、前記入力ポートの性能パラメータを監視するための手
段、前記各ノードの識別子および前記性能パラメータを含む
性能パラメータのパケットを発生するための手段、前記世界的な衛星通信ネットワークにおける全ての他の
ノードに前記性能パラメータパケットを同報通信するた
めの手段からなることを特徴とする世界的衛星通信ネッ
トワーク。
【請求項４】請求項１に記載の世界的衛星通信ネット
ワークにおいて、前記極周囲方向の通信ループおよび前
記経度方向の通信ループにおける各ノードが、前記世界的衛星通信ネットワークにおける他のノードか
らの性能パラメータのパケットを受信するための手段で
あり、前記性能パラメータのパケットは前記他のノード
に属する性能パラメータを含み、前記性能パラメータは
前記他のノードの通信の完全性を示し、および前記性能
パラメータのパケット内に含まれた前記性能パラメータ
にしたがって前記他のノードに対応する性能マップにお
けるエントリを更新するための手段からなることを特徴
とする世界的衛星通信ネットワーク。
【請求項５】請求項４に記載の世界的衛星通信ネット
ワークにおいて、前記各ノードがまた、データパケットを受信するための手段、前記性能パラメータマップに含まれた性能パラメータ情
報にしたがって前記データパケットをその宛先に経路決
めするために前記世界的衛星通信ネットワーク内の経路
を選択するための手段、および前記選択された経路にお
ける次の隣接した通信するノードに前記データパケット
を送信するための手段からなることを特徴とする世界的
衛星通信ネットワーク。
【請求項６】極周囲方向の通信ループ内における隣接
するノードとそれぞれ双方向に通信する複数のノードか
らなる複数の有極通信ループ、経度方向の通信ループ内における隣接するノードとそれ
ぞれ双方向に通信する複数のノードからなる複数の通信
ループ、前記極周囲方向および経度方向の通信ループは３次元空
間内に形成されており、各経度方向の通信ループは、前記各経度方向の通信ルー
プと前記各極周囲方向の通信ループの双方に共通なノー
ドを経て各極周囲方向と通信し、前記共通のノードは、前記パケット内に含まれた宛先ア
ドレスの関数として、前記極周囲方向の通信ループから
前記経度方向の通信ループに、およびその逆に、受信し
たパケットを転送するためのスイッチからなることを特
徴とする世界的マルチ衛星通信ネットワーク。
【請求項７】請求項６に記載の世界的衛星通信ネット
ワークにおいて、前記極周囲方向のループが互いに実質
的に平行に配置され、また前記経度方向の通信ループが
互いに実質的に平行に配置されていることを特徴とする
世界的衛星通信ネットワーク。
【請求項８】請求項６に記載の世界的衛星通信ネット
ワークにおいて、前記極周囲方向の通信ループが前記経
度方向の通信ループに実質的に垂直に整列されているこ
とを特徴とする世界的衛星通信ネットワーク。
【請求項９】請求項６に記載の世界的衛星通信ネット
ワークにおいて、前記極周囲方向の通信ループおよび前
記経度方向の通信ループにおける各ノードが、関連した地球極および通信する隣接したノードから信号
を受信するための複数の入力ポート、前記入力ポートの性能パラメータを監視するための手
段、前記各ノードの識別子および前記性能パラメータを含む
性能パラメータのパケットを発生するための手段、前記世界的な衛星通信ネットワークにおける全ての他の
ノードに前記性能パラメータパケットを同報通信するた
めの手段からなることを特徴とする世界的衛星通信ネッ
トワーク。
【請求項１０】請求項６に記載の世界的衛星通信ネッ
トワークにおいて、前記極周囲方向の通信ループおよび
前記経度方向の通信ループにおける各ノードが、前記世界的衛星通信ネットワークにおける他のノードか
らの性能パラメータのパケットを受信するための手段で
あり、前記性能パラメータのパケットは前記他のノード
に属する性能パラメータを含み、前記性能パラメータは
前記他のノードの通信の完全性を示し、および前記性能
パラメータのパケット内に含まれた前記性能パラメータ
にしたがって前記他のノードに対応する性能マップにお
けるエントリを更新するための手段からなることを特徴
とする世界的衛星通信ネットワーク。
【請求項１１】請求項１０に記載の世界的衛星通信ネ
ットワークにおいて、前記各ノードがまた、データパケットを受信するための手段、前記性能パラメータマップに含まれた性能パラメータ情
報にしたがって前記データパケットをその宛先に経路決
めするために前記世界的衛星通信ネットワーク内の経路
を選択するための手段、および前記選択された経路にお
ける次の隣接した通信するノードに前記データパケット
を送信するための手段からなることを特徴とする世界的
衛星通信ネットワーク。
【請求項１２】請求項１１に記載の世界的衛星通信ネ
ットワークにおいて、前記経路を選択する手段が、前記パケットの宛先アドレスが前記各ノードのアドレス
と一致するかどうかを決定するための手段、前記パケットの宛先アドレスが前記各ノードの前記アド
レスが一致した場合に、前記パケットを受領するための
手段、前記パケットが受領されなかった場合に、前記パケット
の宛先アドレスの１つの縦座標が前記各ノードの前記ア
ドレスの対応する縦座標に一致するかどうかを決定する
ための手段、前記パケットの宛先アドレスの１つの縦座標が前記各ノ
ードの前記アドレスの対応する縦座標に一致する場合
に、前記性能パラメータマップに含まれた性能パラメー
タ情報にしたがって前記各ノードから前記パケットの宛
先ノードに直接的な経路が使用可能かどうかを決定する
ための手段、１つが使用可能である場合に、使用可能な直接的な経路
を選択するための経路選択手段、および前記パケットを
前記選択された直接的な経路内の次のノードに送信する
ための手段からなることを特徴とする世界的衛星通信ネ
ットワーク。
【請求項１３】請求項１２に記載の世界的衛星通信ネ
ットワークにおいて、前記経路選択手段がさらに、直接的な経路が使用可能でない場合に、前記性能パラメ
ータマップに含まれた性能パラメータ情報にしたがって
前記各ノードから前記宛先ノードに非直接的な経路を選
択するための手段、および前記選択された非直接的でな
い経路内の次のノードに前記パケットを送信するための
手段からなることを特徴とする世界的衛星通信ネットワ
ーク。
【請求項１４】極周囲方向の通信ループ内における隣
接するノードとそれぞれ双方向に通信する複数のノード
からなる複数の有極通信ループ、および経度方向の通信
ループ内における隣接するノードとそれぞれ双方向に通
信する複数のノードからなる複数の通信ループ、前記極
周囲方向および経度方向の通信ループは３次元空間内に
形成されており、各経度方向の通信ループは、前記各経
度方向の通信ループと前記各極周囲方向の通信ループの
双方に共通なノードを経て各極周囲方向と通信し、前記
共通のノードは、前記パケット内に含まれた宛先アドレ
スの関数として、前記極周囲方向の通信ループから前記
経度方向の通信ループに、およびその逆に、受信したパ
ケットを転送するためのスイッチからなる、世界的マル
チ衛星通信ネットワークにおいて、前記共通のノードに
おける前記世界的衛星通信ネットワーク内でパケットを
経路決めするための方法であって、（１）前記パケットの宛先アドレスが前記共通のノード
のアドレスと一致するかどうを決定するステップ、（２）前記パケットの宛先アドレスが前記共通のノード
のアドレスと一致する場合に、前記共通のノード内の前
記パケットを受領するステップ、（３）前記パケットが受領された場合に、前記パケット
の宛先アドレスの１つの縦座標が前記共通のノードのア
ドレスの対応する縦座標に一致するかどうかを決定する
ステップ、（４）前記パケットの宛先アドレスの１つの縦座標が前
記共通のノードのアドレスの対応する縦座標と一致する
場合に、性能パラメータマップに含まれた性能パラメー
タ情報にしたがって前記共通のノードから前記パケット
の宛先ノードに直接的な経路が使用可能であるかどうか
を決定するステップ、（５）１つの使用可能である場合に、使用可能な直接的
な経路を選択するステップ、および（６）前記選択された直接的な経路において次のノード
に前記パケットを送信するステップ、からなる方法。
【請求項１５】請求項１４に記載の方法において、前
記ステップ（５）が、多数の直接的な経路が使用可能である場合に、最小量の
ノードを含む直接的な経路を選択するステップを含むこ
とを特徴とする方法。
【請求項１６】請求項１４に記載の方法において、
（６）直接的な経路が使用できない場合に、前記性能パ
ラメータマップに含まれた性能パラメータ情報にしたが
って前記共通のノードから前記宛先ノードに非直接的な
経路を選択するステップをさらに含むことを特徴とする
方法。
【請求項１７】請求項１６に記載の方法において、ス
テップ（７）が、（ａ）前記共通のノードから前記宛先ノードに次数ｄの
全ての経路を識別するステップ、（ｂ）前記性能パラメータマップに含まれた性能パラメ
ータ情報にしたがって次数ｄの前記識別された経路のい
ずれかが使用可能であるかどうかを決定するステップ、（ｃ）次数ｄの前記経路の１つまたはそれより多くが利
用可能である場合に、次数ｄの前記利用可能な経路の１
つを選択するステップからなることを特徴とする方法。
【請求項１８】請求項１７に記載の方法において、ス
テップ（ｃ）が、次数ｄの多数の経路が使用可能でない場合に、最小量の
ノードを含む次数ｄの使用可能な経路を選択するステッ
プからなることを特徴とする方法。
【請求項１９】請求項１７に記載の方法において、ス
テップ（７）がさらに、（ｄ）次数ｄの経路が使用可能でない場合に、１だけ
増分してステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことを特徴
とする方法。