WO2021001532A1 - Communication apparatus, in particular small and miniature satellite such as cubesat, system and associated method - Google Patents

Communication apparatus, in particular small and miniature satellite such as cubesat, system and associated method Download PDF

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Publication number
WO2021001532A1
WO2021001532A1 PCT/EP2020/068817 EP2020068817W WO2021001532A1 WO 2021001532 A1 WO2021001532 A1 WO 2021001532A1 EP 2020068817 W EP2020068817 W EP 2020068817W WO 2021001532 A1 WO2021001532 A1 WO 2021001532A1
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WO
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communication
satellite
interface
data
superordinate
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/068817
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Kendi
Jürgen Letschnik
Enrico Stoll
Original Assignee
Orbit Iiot Systems Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Orbit Iiot Systems Gmbh filed Critical Orbit Iiot Systems Gmbh
Publication of WO2021001532A1 publication Critical patent/WO2021001532A1/en

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14Relay systems
    • H04B7/15Active relay systems
    • H04B7/185Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18513Transmission in a satellite or space-based system

Definitions

  • Communication device in particular small and micro-satellites such as CubeSat, system and associated method
  • the present invention relates to a communication device for operation on satellites, an associated communication system, and a method for transmitting data from a terrestrial device, in particular an Internet-of-Things (loT) device, to a server.
  • a terrestrial device in particular an Internet-of-Things (loT) device
  • LoT Internet-of-Things
  • loT Internet of Things
  • US 2012/0300815 A1 describes a telecommunication system that is used to exchange data between two located on the surface of the earth
  • a satellite known as a “repetition means” is used in orbit to transmit the signals to a higher level geostationary satellites.
  • this can improve the coverage of the satellite in polar regions, which are usually difficult to access for geostationary satellites.
  • countries with extensive catchment areas, such as Russia can benefit.
  • GEO satellites are not sufficient to guarantee full coverage
  • EP 3 208 950 A1 relates to a loT system which is characterized by a mobile gateway that communicates with several loT devices.
  • the mobile gateway transmits the data from the loT devices to a ground station via a nanosatellite.
  • Another object of the present invention was to provide a communication device, a communication system and a method for transmitting data which enable the lowest data rate required for loT devices with simultaneously low power consumption and the smallest form factor. Another object of the present invention was to enable a particularly advantageous connection of loT devices without a fixed availability of WLAN and mobile radio networks to the Internet.
  • the object is achieved by a communication device for operation on satellites, hereinafter referred to as SmartSat, in an earth orbit, in particular on CubeSats.
  • the communication device has: a first interface for communication with a terrestrial device, in particular an Internet-of-Things (loT) device, a second interface for communication with a higher-level satellite network and a controller that is set up to connect to a Set up the server via the higher-level satellite network or to a communication subsystem of the satellite, receive data from the terrestrial device via the first interface and transmit it to the server via the second interface and the higher-level satellite network.
  • a terrestrial device in particular an Internet-of-Things (loT) device
  • a second interface for communication with a higher-level satellite network
  • a controller that is set up to connect to a Set up the server via the higher-level satellite network or to a communication subsystem of the satellite, receive data from the terrestrial device via the first interface and transmit it to the server via the second interface and the higher-level satellite network
  • the invention accordingly provides a communication device that uses existing satellite networks as a backbone for connecting terrestrial devices, such as IoT devices, which are also referred to herein as loT devices.
  • terrestrial devices such as IoT devices, which are also referred to herein as loT devices.
  • an already existing satellite network is advantageously used.
  • the essence of the present invention is a communication device whose purpose is to be mounted on a satellite and at the same time to enable communication to terrestrial devices and other satellites.
  • the communication device is itself an Internet-of-Things (loT) device, i.e. connected to the Internet as such and controllable / controllable via the Internet - just as it is known from conventional loT devices used on the earth's surface .
  • LoT Internet-of-Things
  • SmartSat the communication device, which is referred to below as “SmartSat”, is given the option of communicating with different, already existing, higher-level satellite networks.
  • the SmartSat itself is equipped with an intelligence that enables it to forward the data it receives from the terrestrial device via the superordinate satellite network in such a way that a server, in particular in the cloud, is received as the destination of the data.
  • the SmartSat according to the invention does not require a superordinate satellite network to be provided separately. Rather, compatibility with different of these satellite networks is prepared and provided.
  • the SmartSat can therefore be understood as an improved type of satellite telephone made available on a satellite, as is known from terrestrial use, which is simultaneously designed to establish a connection with ORBCOMM, Iridium, Globalstar, Starlink and other known satellite networks.
  • the terrestrial loT device that sends data to the SmartSat preferably does not know via which superordinate satellite which superordinate satellite network the SmartSat ultimately sends the data to the server, so the SmartSat forms a transparent connection between the terrestrial device and server.
  • connection of IoT devices outside the coverage of cell phone providers and wireless networks is therefore also made possible for small and medium-sized companies.
  • the need for a ground station eliminates one of the major expense items in projects to operate a satellite network.
  • Suitable satellite networks are, for example, without being limited to Orbcomm, Iridium, Globalstar, Inmarsat, Starlink, etc.
  • the server is preferably a server in a cloud.
  • Other server solutions are of course also conceivable.
  • CubeSats are named as a preferred embodiment by way of example, the invention is not restricted thereto.
  • other small and very small satellites are also used in other preferred configurations.
  • the controller is designed to set up a connection to different superordinate satellite networks in order to set up a connection to the server by selecting one of the different superordinate satellite networks.
  • Satellite networks with the aim of communication are generally operated in constellations. This applies both to the CubeSat networks that communicate with the loT device on the ground and to higher-level networks.
  • Such constellations are characterized by the fact that they (i) serve a common task and (ii) the orbit elements of the individual satellites in the network are precisely regulated. In this case, the regulation takes place either through absolute positioning or through alignment relative to one another.
  • Constellations and / or individual satellites set up The user of the terrestrial The device has no control over the orbit elements of the individual satellites, so that in fact a swarm - and not a constellation - is set up on communication devices according to the invention.
  • connection to the different, higher-level satellite networks is preferably transparent to the terrestrial device. This means in particular that the selection does not have to be specified explicitly by a user, but rather carries out his tasks without his or her involvement and thus without being recognizable. For a user of the terrestrial device, for example, it is not relevant via which higher-level satellite network his data are transmitted to the server.
  • the selection of the superordinate satellite network from the different superordinate satellite networks preferably meets the given requirements.
  • the given requirements can include requirements of the most varied of types, for example requirements of local data protection regulations of the terrestrial device, cost aspects, signal quality aspects and / or available bandwidths.
  • the requirements of local data protection regulations contain, in particular, the geographical position of ground stations in the higher-level satellite network.
  • the data are ultimately transmitted from the terrestrial device to the server via this ground station, so that local laws of the sovereign territory in which the ground station is located apply.
  • the cost aspects are particularly dependent on the user of the terrestrial device. For example, depending on a setting value, it may be possible to limit the data connections to cheaper connections or to enable higher quality but cost-intensive data connections.
  • the signal-to-noise (SNR) rate and / or an Equivalent Isotropically Radiated Power (EIRP) are preferably used as aspects of the signal quality, with threshold values denoting minimum or desired requirements, for example.
  • a dynamic change of the higher-level satellite network is possible in order to meet or optimize the above requirements.
  • a provider P1 can be used, while at a later point in time the SmartSat is at a different position is in orbit Ol and here again another provider P2 meets the better requirements.
  • a setting and connection to a specific provider, that is to say one of the different superordinate satellite networks, can thus be made particularly preferably depending on the orbit and the current position Px in the orbit Oy.
  • the second interface is designed as a dual receiver interface. This enables one of the receivers to establish a communication link to one of the superordinate satellite networks, while the further receiver continuously or periodically checks the availability and quality of the various superordinate satellite networks, for example by means of a scanning process. As a result, if the higher-level satellite network is to be changed, the time during which no data communication is possible via the second interface can be reduced.
  • the superordinate satellite network preferably comprises the actual superordinate satellites as well as at least one ground station and a provider server, via which the actual connection to the satellite network is then established, for example from the server in the cloud.
  • CubeSats preferably conform to a standard format.
  • a CubeSat based on the English term “unit” with 1 U, in a preferred embodiment in 2020 has the dimensions 11.35 cm c 10 cm c 10 cm and a maximum weight of 1.33 kg.
  • These satellites are carried, for example, in a special launch device, called “Poly Picosatellite Orbital Deployer” or P-POD, which can accommodate three CubeSats, as a secondary payload when the satellite is launched.
  • P-POD Poly Picosatellite Orbital Deployer
  • the CubeSat format there are also, for example, one and a half 1.5U, 17.02 cm x 10 cm x 10 cm, 2 kg, double, i.e. 2U, 22.7 cm c 10 cm c 10 cm, 2.66 kg, and triple , i.e. 3U, 34.05 cm c 10 cm c 10 cm, 4 kg, CubeSats possible.
  • Partial sizes of CubeSats are conceivable, for example with half, i.e. 1 / 2U, or a quarter, i.e. 1 / 4U, the unit of a CubeSat.
  • the controller is preferably designed to collect data from a terrestrial device or a plurality of terrestrial devices and to transmit them in bundled form via the second interface.
  • the second interface which enables communication with a higher-level satellite network, is typically designed for high data rates.
  • loT devices as examples of terrestrial devices, usually require extremely low data rates with the lowest possible power consumption.
  • the terrestrial devices no longer need to access a communication link that is designed for high data rates or high power consumption like the known satellite networks.
  • the communication device preferably also has a third interface for communication with the SmartSat itself for the exchange of telemetry data and command data.
  • this enables the communication device to access telemetry data from the satellite and transmit command data to the satellite.
  • This enables telemetry (TM) and telecommand (TC), known together as TMTC, to integrate functionality into the communication device.
  • the controller is preferably designed to transmit and / or at least one of telemetry data and command data from the SmartSat to the server
  • the SmartSat can thus be controlled or monitored by means of the communication device according to the invention, specifically without requiring a direct connection between the SmartSat and a ground station, but rather indirectly via a further, independent and higher-level satellite network.
  • this embodiment enables a TMTC functionality of a SmartSat to be implemented via the server, for example a cloud, without the satellite requiring a direct connection to the server or a ground station.
  • the communication device according to the invention which forwards the data to or from the satellite network, appears for this purpose.
  • the traditional concept for TMTC operation is preferably broken up by the cloud, since the entire processing of the TM data and the decision as to which procedure to generate a command sequence can be made by the cloud.
  • the satellite In conventional operation, these decisions are made by people, which is still feasible with a small number of satellites to be supervised. In view of the large number of satellites to be looked after in mega constellations in the future, we are talking about a few thousand satellites, this approach is no longer economical.
  • the invention offers the necessary scalability here to be able to serve such a large number of satellites. From the point of view of the system, the satellite preferably corresponds to a loT device and is also treated in this way by the cloud.
  • the controller is preferably designed to transmit at least one of telemetry data and command data from the terrestrial device to the server and / or to receive command data from the terrestrial device from the server via the second interface.
  • a comparable functionality is accordingly also made possible for the terrestrial device, for example the loT device.
  • a return path is therefore implemented from the server to the SmartSat or the terrestrial device via the higher-level satellite network and the second interface of the communication device. This simplifies the TMTC functionality for SmartSat and / or terrestrial devices.
  • the first interface and / or the second interface is preferably implemented as software-defined radio (SDR), so that flexible adaptation to the terrestrial device and / or the superordinate satellite network is possible.
  • SDR software-defined radio
  • the flexible adaptation is a relevant point of the present invention, since necessary parameters such as modulation, frequency, coding, etc. can be adapted completely individually to the higher-level constellation.
  • the SDR offers the ability to quickly reconfigure and adapt. Predefined program parts can be changed quickly and easily and can thus reduce the hand-over gap when switching between different constellations. Changes in communication standards can also be easily intercepted with the help of an SDR. Corresponding changes are preferably pre-programmed on the ground and imported to the required SmartSat via the cloud. The cloud preferably then ensures that the update is activated on time.
  • the first interface and / or the second interface as an SDR, it is accordingly possible to achieve a particularly high level of flexibility in communication with the terrestrial device and / or the higher-level satellite network.
  • it can thereby be ensured that a currently desired communication with one of the known superordinate satellite networks can be established without special or dedicated antennas or the like being required for each of the superordinate satellite networks.
  • Changes in communication for example a change in the higher-level satellite network, can therefore be implemented on the software side at any time during operation. Accordingly, the optimal higher-level satellite network can be used at any time, for example.
  • a first antenna is particularly preferably connected to the first interface and a second antenna to the second interface, the first antenna being suitable for communication with several higher-level satellite networks and the second antenna for communication downwards, i.e. towards earth, via different channels and is prepared.
  • the mesh in the approach of the present invention can be located both between the ground and the communication device and between the communication device and the superordinate satellite network and can change quickly in both planes.
  • the first interface is preferably designed for communication using a lower frequency.
  • a lower frequency enables particularly power-reduced communication between the terrestrial device and the communication device according to the invention.
  • a relatively higher frequency communication with the higher-level satellite network is suitable for enabling a high data rate.
  • the first interface is preferably designed for communication by means of ultra high frequency (UHF) and / or very high frequency (VHF).
  • UHF is preferably the The frequency range of the decimeter waves from 300 MHz to 1 GHz
  • VHF preferably denoting the frequency range of the meter waves from 30 MHz to 300 MHz.
  • Such frequency ranges enable low-power communication, which is therefore particularly suitable for terrestrial devices in which there are limits to the power or current consumption. Accordingly, it is particularly preferred that low-power communication between the terrestrial device and communication device is made possible, so that the energy expenditure for transmitting data, in particular through the terrestrial device to the server, is as low as possible. Accordingly, for example, an autonomy or a service life of the terrestrial device can be increased.
  • the second interface is preferably used for communication by means of broadband, in particular by means of at least one of UHF, VHF, L-band, S-band, C-band, X-band, K u -band, K a -band and E- Band is formed.
  • Communication via a broadband connection is particularly advantageous here, with frequency ranges other than those mentioned also being conceivable.
  • the controller is preferably designed to identify the communication device to the higher-level satellite network as a satellite provider, in particular analogously to an Internet service provider (ISP).
  • ISP Internet service provider
  • the control unit is preferably designed to set up a connection to different superordinate satellite networks.
  • the control unit is preferably designed to select one of the different superordinate satellite networks for connection based on at least one of the following criteria: i) parameters of the data of the terrestrial device, ii) geographical position of a ground station of the superordinate satellite network, iii) geographical positions of, or one individual satellites of the superordinate satellite network, iv) capacities of the superordinate satellite networks, v) time schedule that can be specified in the control unit, vi) costs of the superordinate satellite networks.
  • the higher-level satellite network that is appropriate to the current requirements, to establish a connection with it and to use this to transmit the data, in particular from the terrestrial device, to the server.
  • the geographic position of the satellite or satellites of the higher-level satellite network particularly denotes the orbit.
  • the associated contact time with the communication device is particularly relevant here.
  • connection can take place, for example, on the basis of a fixed time schedule or, particularly preferably, on the basis of one or more of the other criteria mentioned. In this way, for example, a performance and / or cost-optimized data transmission can be made possible.
  • connection with one of the different superordinate satellite networks depending on the geographical positions of the ground stations is particularly relevant, since this enables compliance with national data protection requirements, for example. For example, it can be guaranteed that data is only communicated via a higher-level satellite network that has its ground station in a certain territory such as Germany, the USA, etc.
  • the selection of the suitable network takes place here by the communication device which, based on the data of the terrestrial device, selects the suitable one or more suitable ones from the available higher-level satellite networks.
  • the communication device is preferably designed for operation in a low earth orbit (LEO).
  • LEO low earth orbit
  • a LEO is preferably an orbit with an orbit of 2000 km or less, which enables the power requirements for transmitting data from the terrestrial device to the communication device to be low.
  • the superordinate satellite network is preferably formed in at least one of a geostationary orbit (Geosynchronous equatorial orbit, GEO) and a near-earth orbit, in particular a low earth orbit (LEO).
  • GEO geostationary orbit
  • LEO low earth orbit
  • the communication device in particular in the case in which both the communication device and the higher-level satellite network are formed in a LEO, are formed in an orbit below the higher-level satellite network.
  • a communication system comprising several communication devices according to the invention.
  • the plurality of communication devices each include a fourth interface for communication with other communication devices in the communication system.
  • a communication system is therefore proposed that comprises several communication devices, which are in particular attached to several SmartSats.
  • the fourth interface configured for communication between the communication devices can also be the same as the first or second interface, the communication being adapted accordingly in such a way that instead of a higher-level satellite network or the terrestrial device, another of the communication devices is the target of the communication.
  • a relay function can preferably be implanted between several of the communication devices, for example if a satellite of the communication system is outside the range of the suitable superordinate satellite network, the transmission of the data of the terrestrial device or TMTC data of the satellite itself can be carried out via another of the satellites of the communication system.
  • the object is also achieved by a method for transmitting data from a terrestrial device, in particular an Internet-of-Things (loT) device, to a server, comprising the following steps: i) transmitting data from the terrestrial device to a first one Interface of a communication device in a planetary orbit, in particular a CubeSat, ii) transmission of the data by the communication device by means of a second interface to a higher-level satellite network, iii) transmission of the data through the higher-level satellite network via an associated ground station to the server.
  • a terrestrial device in particular an Internet-of-Things (loT) device
  • a server comprising the following steps: i) transmitting data from the terrestrial device to a first one Interface of a communication device in a planetary orbit, in particular a CubeSat, ii) transmission of the data by the communication device by means of a second interface to a higher-level satellite network, iii) transmission of the data through the higher-level satellite network via an associated
  • the method enables the same advantages to be achieved as the communication device described above or the communication system described.
  • the method described as being preferred is particularly preferred Embodiments of the communication device or the communication system combined with achieving the advantageous effects described here.
  • the object is also achieved by using a CubeSat as an Internet-of-Things device that is connected to the Internet via a superordinate satellite network.
  • the object is also achieved by using a superordinate satellite network to control and monitor a CubeSat.
  • a communication device for operation on SmartSats in earth orbit in particular on CubeSats
  • the communication device having: a second interface for communication with a superordinate satellite network, a third interface for communication with the satellite itself for exchanging telemetry data and / or command data and a controller which is set up to establish a connection to a server via the higher-level satellite network, to transmit at least one of telemetry data and command data of the satellite to the server and / or to transmit command data of the satellite from the server via the second interface receive.
  • FIG. 1 shows schematically and by way of example a structure of a communication system
  • FIG. 2 schematically and by way of example a communication device of
  • Procedure. 1 schematically shows an example of a structure of a communication system 1 in the environment of the present invention.
  • terrestrial devices such as a loT device 5 in the area of a cellular radio coverage 52 communicate via a cellular radio base station 54 with a server 80, for example as part of a cloud 8.
  • a managed cloud service 82 or other solutions can then be provided in the cloud 8 that take over the control and / or monitoring of the loT devices.
  • the managed cloud service 82 accesses loT sensor data 84, which are also stored in the cloud 8.
  • the solution described for the terrestrial loT device 5 only works as long as the terrestrial device 5 can set up a GSM or other mobile radio connection. This is not the case for the terrestrial devices 6 shown by way of example, which are shown arranged by way of example in remote forest areas.
  • the communication system 1 is now provided, which enables simple and efficient communication with the loT devices 6.
  • the loT devices 6 communicate by satellite communication with satellites, referred to as SmartSat 20, of the communication system 1 according to the invention.
  • Each of the SmartSats 20 includes a communication device 10, which is shown in detail with reference to FIG.
  • the communication device 10 serves in particular as a data collector for a wide variety of devices and applications, in particular the loT devices 6, and sends the collected data to a higher-level satellite network 30.
  • the higher-level satellite network 30 comprises one or more satellites 32, which are connected via a bidirectional communication link 34, ie an uplink and downlink connection with a ground station 36 of the satellite network 30.
  • the collected data is bundled, compressed and processed in a data-saving manner, so that only the changes to the last data record can be transmitted.
  • the processed data records are reconstructed again according to the same logic in the cloud - preferably with the knowledge of the last complete data records - and transferred to a data bus for further use (e.g. MQTT, AMPQ, ZMQ, etc.).
  • knowledge of the current orbit and the next higher-level satellite provider Px to be used preferably play a role.
  • the bandwidth, available capacity and / or costs of the provider can have a direct influence on the preparation of the data. The direct consequence of this is that, depending on the provider, the data streams look different and have to be reassembled on the cloud side before the data can be used.
  • the data is preferably processed and / or transmitted in an adapted manner. If a connection to a provider is not possible, the data must be held together / persisted until a connection to a provider P1 is possible or the connection to the next available provider P2 can be established in another orbit.
  • the received data are therefore preferably subjected to preprocessing.
  • This processing is a difference compared to the classic store and forward concept, which does not provide for processing.
  • targeted processing can be carried out individually for each terrestrial device / loT device and / or for each of the several superordinate satellite networks.
  • individual error correction methods and packet algorithms are possible and advantageous here.
  • the ground stations 36 serve as satellite providers 39, such as those from Inmarsat, Eutelsat, SES.
  • the interface 38 establishes an in particular bidirectional communication link between the ground station 36 and the server 80 or the cloud 8.
  • a communication link called SmartSat-Link 22 can also be established between SmartSat 20 of communication system 1 and ground station 36.
  • FIG. 2 shows schematically and by way of example the communication device 10 of FIG. 1 in detail.
  • the communication device 10 comprises a first interface 12 for communication with the terrestrial device 6.
  • an in particular bidirectional first communication connection 11 is shown between the first interface 12 and the terrestrial device 6.
  • the communication link 11 is, for example, a communication link using UHF or VHF, without being restricted thereto.
  • a second interface 14 is shown, which forms an in particular bidirectional communication connection 13 to a superordinate satellite network 30 and in particular to one of the satellites 32 thereof.
  • a third interface 16 is designed to set up an in particular bidirectional communication connection 15 with the satellite 20 itself, in particular for the exchange of telemetry data and command data.
  • a fourth interface 18 is designed to form an in particular bidirectional communication connection 17 to a further satellite 20 of the communication system 1.
  • the communication device 10 comprises a controller 19 which is set up to establish the connection with the server 80 shown in FIG. 1 using the various interfaces of the communication device 10.
  • the purpose of the communication device 10 is divided into two parts; for example, data can be received from the terrestrial device 6 via the first interface 12 and forwarded via the higher-level network 30 by means of the second interface 14.
  • the operational operation of the satellite 20 is also possible in a particularly advantageous manner by means of the communication device 10. It is thus possible to receive data such as telemetry data from the satellite 20 via the third interface 16 and to transmit them to the server 80 of the cloud 8.
  • the return channel is also possible, i.e. control and / or management data are transmitted from the cloud 8 to the satellite 20 on which the communication device 10 is provided. Control of the satellite 20 from the cloud 8 is thus possible.
  • the described communication device 10 also enables the software running on the satellite 20 and / or on the terrestrial device 6 to be updated via the cloud 8 in a particularly advantageous manner. In other words, an update functionality of the satellite 20 and / or the terrestrial device 6 is possible from the cloud 8.
  • the terrestrial devices 6 use extremely low data rates with at the same time low power consumption and the smallest form factor.
  • the combination of these three factors is offered by the communication device 10 and the SmartSats 20, which implement communication via the superordinate satellite network 30 with the cloud 8.
  • the superordinate satellite network 30 can be, for example, a satellite network arranged in the geostationary orbit GEO or a mega-constellation in the LEO.
  • the SmartSats 20 use the superordinate satellites 32 of the superordinate satellite network 30 as a backbone.
  • a communication device 10 is used as a data collector for one or more terrestrial devices 6, in particular IoT devices, in order to forward the collected data, for example.
  • the communication system 1 shown in FIG. 1 acts as a link between the terrestrial device 6 and the superordinate satellite network 30. This results in independence from the selected operator of the superordinate satellite network 30.
  • the terrestrial devices 6 in particular acts for the application and the user the communication system 1 is transparent, it preferably being of no interest which superordinate satellite network 30 is used.
  • the selection of the superordinate satellite network 30 also being based on parameters of the data of the terrestrial device 6 or the geographical positions of the ground stations 36 of the superordinate satellite network 30 can, for example, to meet the requirements of local data protection regulations.
  • the processing of the data or the control commands for the individual loT devices plays a central role in loT applications. Since the IoT device only has the basic functionalities of the control technology, such as recording data and forwarding data, it is up to a central instance to process more complex dependencies. This is preferably done in the cloud 8. It is possible to forward the processed commands to the SmartSat 20 or also to the terrestrial device 6 via the established communication connections.
  • the hardware of the terrestrial devices 6 can preferably be woken up by a special pulse from the SmartSat 20 via the communication connection 11 in order to achieve an individual, application-adapted and performance-optimized operation without the need for dedicated ground stations such as ground station 36.
  • the environment of the cloud 8 preferably maps the special properties of satellite connections, such as the position of the terrestrial devices 6, the orbit determination / propagation of the SmartSat 20, the upstream to the higher-level satellite network 30, etc., in order to ensure practicable communication. However, as already described, it preferably also takes on the ability to carry out necessary commands on the satellite itself.
  • the ability of the Cloud 8 to analyze and evaluate a large amount of telemetry data from a large number of satellites is one of the particular strengths and changes compared to classic operation.
  • the particular advantages of the communication system 1 according to the invention are that it is not necessary to operate a dedicated ground station 36. A seamless service can be offered to customers and can be used for applications that collect data over long periods of remote locations without power. Global use independent of cell phone operators, i.e. outside of cell phone coverage 52, is possible.
  • the configuration of satellites 20 or the configuration of terrestrial devices 6, such as IoT devices, does not have to be carried out on site, but can take place via the cloud 8 and the cloud service implemented therein.
  • the communication system 1 can also be scaled as desired, which means that the number of loT devices can be increased as desired. loT applications can thus be run outside the network coverage, for example maritime.
  • the communication system 1 according to the invention also results in new approaches for the operation of satellites, such as the SmartSats 20.
  • the SmartSat 20 therefore functions both as a link between the superordinate satellite network 30 and the terrestrial device 6 and as a kind of loT device itself, the cloud service then using telemetry data from the SmartSat 20 as sensor data from the IoT device itself. It is thus possible to operate the telemetry (TMTC) in the cloud 8.
  • TMTC telemetry
  • the communication system 1 Even if the use of the communication system 1 is not restricted to this, particularly preferred areas of application result. These include monitoring of the corrosion of oil pipelines, monitoring of railroad tracks, switches, control signals, tracking of containers, field monitoring, for example also of irrigation systems, investigations in alpine terrain such as minerals and soils as well as fire alarms in forests. Global movements can be visualized, for example supply chain, animals or plate tectonics, game monitors to regulate the game population and video monitoring of pens are possible.
  • FIG. 3 shows, schematically and by way of example, a flowchart of a method 100 for transmitting data from a terrestrial device 6, in particular an Internet-of-Things (loT) device, to a server 80.
  • a terrestrial device 6 in particular an Internet-of-Things (loT) device
  • a server 80 for transmitting data from a terrestrial device 6, in particular an Internet-of-Things (loT) device
  • the method 100 comprises a step 110 of transmitting data from the terrestrial device 6 to a first interface 12 of a
  • the data are, for example, sensor data of the terrestrial device 6.
  • the method 100 further comprises a step 120 of transmitting the data by the communication device 10 by means of a second interface 14 to a higher-level satellite network 30.
  • the method 100 further comprises a step 130 of transmitting the data through the higher-level satellite network 30 to an associated ground station 36. This is followed by a step 140 of transmitting the data from the ground station 36 to the server 80.
  • FIG. 4 shows, schematically and by way of example, a flowchart of a method 200 for transmitting data from a SmartSat 20 in orbit, in particular a CubeSat, in particular in the manner of an Internet of Things (loT) device, to a server 80.
  • the method 200 includes a step 210 of transmitting data, in particular telemetry data, from the SmartSat 20 to a third interface 16 of a communication device 10 on the SmartSat 20.
  • the data are, for example, sensor data from the terrestrial device 6.
  • the method 200 further comprises a step 220 of transmitting the data by the communication device 10 by means of a second interface 14 to a higher-level satellite network 30.
  • the method 200 further comprises a step 230 of transmitting the data through the superordinate satellite network 30 to an associated ground station 36. This is followed by a step 240 of transmitting the data from the ground station 36 to the server 80.
  • FIG. 5 shows schematically and by way of example a flowchart of a method 300 for transmitting data to a terrestrial device 6, in particular an Internet-of-Things (loT) device, from a server 80, in particular for controlling and / or calibrating the terrestrial device .
  • a terrestrial device 6 in particular an Internet-of-Things (loT) device
  • server 80 in particular for controlling and / or calibrating the terrestrial device .
  • the method 300 comprises a step 310 of transmitting the data, in particular the control, configuration and / or command data, from a server 80 to a ground station 36 of a superordinate satellite network 30. This is followed by a step 320 of transmitting the data from the ground station 36 to a satellite 32 of the superordinate satellite network 30.
  • the method 300 then comprises a step 330 of transmitting data from the superordinate satellite network 30 to a second interface 14 of a communication device 10 on a SmartSat 20 in an earth orbit, in particular a CubeSat.
  • the method 300 finally includes a step 340 of transmitting the data by the communication device 10 by means of a first interface 12 to the terrestrial device 6.
  • the communication device 10 can carry out a suitable communication, for example to move the terrestrial device 6 from an idle state to receive data to wake up.
  • FIG. 6 shows schematically and by way of example a flow chart of a method 400 for transmitting data to a SmartSat 20 from a server 80, in particular for controlling and / or calibrating the SmartSat 20.
  • the method 400 comprises a step 410 of transmitting the data, in particular the control, configuration and / or command data, from a server 80 to a ground station 36 of a higher-level satellite network 30. This is followed by a step 420 of transmitting the data from the ground station 36 to a satellite 32 of the superordinate satellite network 30.
  • the method 400 then includes a step 430 of transmitting data from the superordinate satellite network 30 to a second interface 14 of a communication device 10 on the SmartSat 20 in an earth orbit, in particular a CubeSat.
  • the method 400 finally includes a step 440 of transmitting the data by the communication device 10 to the SmartSat 20 using a third interface 16. This enables the SmartSat 20 to be controlled from the cloud without the
  • SmartSat 20 requires direct contact with a ground station.

Abstract

The present invention allows in particular connection of Internet of Things (IoT) devices to a server (80) via a superordinate satellite network (30) via an interposed SmartSat (20), and control of satellites via the cloud (8). It relates in particular to a communication apparatus (10) for operation on satellites (20), subsequently referred to as SmartSat, in an Earth orbit, in particular on CubeSats, which has a first interface (12) for communication with a terrestrial apparatus (6), in particular an Internet of Things (IoT) device, a second interface (14) for communication with a superordinate satellite network (30) and a control unit (19) designed to set up a connection to a server (80) via the superordinate satellite network (30), to receive data from the terrestrial apparatus (6) via the first interface (12) and to transmit said data to the server (80) via the second interface (14) and the superordinate satellite network (30).

Description

Kommunikationsvorrichtung, insbesondere Klein- und Kleinstsatellit wie CubeSat, System und zugehöriges Verfahren Communication device, in particular small and micro-satellites such as CubeSat, system and associated method
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kommunikationsvorrichtung zum Betrieb auf Satelliten, ein zugehöriges Kommunikationssystem, sowie ein Verfahren zum Übertragen von Daten einer terrestrischen Vorrichtung, insbesondere einer Internet-of-Things (loT)- Vorrichtung zu einem Server. Für die Anwendung von Internet-of-Things-(loT) Vorrichtungen außerhalb vonThe present invention relates to a communication device for operation on satellites, an associated communication system, and a method for transmitting data from a terrestrial device, in particular an Internet-of-Things (loT) device, to a server. For the application of Internet of Things (loT) devices outside of
Ballungsregionen ist die bestehende Mobilfunkinfrastruktur alleine häufig nicht ausreichend. Alternative Datenanbindungen mittels einer Satellitenverbindung sind derzeit nur schwer bis gar nicht umsetzbar, da diese völlig inkompatibel mit der Kombination aus Formfaktor, d.h. insbesondere Antenne und Terminal, Leistungsverbrauch, der geringen Datenrate und ökonomischen Aspekten wie Kosten und Zeit sind. In metropolitan areas, the existing cellular network infrastructure alone is often insufficient. Alternative data connections using a satellite connection are currently difficult or even impossible to implement, as these are completely incompatible with the combination of form factor, i.e. in particular antenna and terminal, power consumption, the low data rate and economic aspects such as costs and time.
Darüber hinaus ist der Aufbau eines Satellitennetzwerkes aufgrund der damit verbundenen Bodenstationen für die Anwendung von loT-Vorrichtungen häufig zu aufwendig, sodass Bedarf nach einer einfacheren Anbindung von loT-Vorrichtungen besteht. In addition, the construction of a satellite network is often too complex for the use of loT devices due to the ground stations connected to it, so that there is a need for a simpler connection of loT devices.
US 2012/0300815 A1 beschreibt ein Telekommunikationssystem, das zum Datenaustausch zwischen zwei auf der Oberfläche der Erde befindlichenUS 2012/0300815 A1 describes a telecommunication system that is used to exchange data between two located on the surface of the earth
Kommunikationsvorrichtungen dient. Ein als „Wiederholungsmittel“ (repetition means) bezeichneter Satellit dient im Orbit zur Weiterleitung der Signale an einen übergeordneten geostationären Satelliten. Damit kann insbesondere die Abdeckung des Satelliten in Polarregionen, die üblicherweise für geostationäre Satelliten schlecht zugänglich sind, verbessert werden. Zusätzlich können Länder mit weitreichendem Einzugsgebiet, wie zum Beispiel Russland, profitieren. Auch hier sind GEO Satelliten nicht ausreichend um eine volle Abdeckung zu gewährleisten Communication devices is used. A satellite known as a “repetition means” is used in orbit to transmit the signals to a higher level geostationary satellites. In particular, this can improve the coverage of the satellite in polar regions, which are usually difficult to access for geostationary satellites. In addition, countries with extensive catchment areas, such as Russia, can benefit. Here too, GEO satellites are not sufficient to guarantee full coverage
EP 3 208 950 A1 betrifft ein loT-System, das sich durch ein mobiles Gateway auszeichnet, das mit mehreren loT-Vorrichtungen kommuniziert. Das mobile Gateway überträgt die Daten der loT-Vorrichtungen über einen Nanosatelliten zu einer Bodenstation. EP 3 208 950 A1 relates to a loT system which is characterized by a mobile gateway that communicates with several loT devices. The mobile gateway transmits the data from the loT devices to a ground station via a nanosatellite.
Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kommunikationsvorrichtung, ein Kommunikationssystem sowie ein Verfahren zum Übertragen von Daten bereitzustellen, die eine für loT-Vorrichtungen benötigte kleinste Datenrate bei gleichzeitig geringem Leistungsverbrauch und kleinstem Formfaktor ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war, eine besonders vorteilhafte Anbindung von loT-Vorrichtungen ohne feste Verfügbarkeit von WLAN und Mobilfunknetzen an das Internet zu ermöglichen. Against this background, it was an object of the present invention to provide a communication device, a communication system and a method for transmitting data which enable the lowest data rate required for loT devices with simultaneously low power consumption and the smallest form factor. Another object of the present invention was to enable a particularly advantageous connection of loT devices without a fixed availability of WLAN and mobile radio networks to the Internet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kommunikationsvorrichtung zum Betrieb auf Satelliten, nachfolgend als SmartSat bezeichnet, in einer Erdumlaufbahn, insbesondere auf CubeSats, gelöst. Die Kommunikationsvorrichtung weist auf: eine erste Schnittstelle zur Kommunikation mit einer terrestrischen Vorrichtung, insbesondere einem Internet-of-Things (loT)-Gerät, eine zweite Schnittstelle zur Kommunikation mit einem übergeordneten Satellitennetzwerk und eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, eine Verbindung zu einem Server über das übergeordnete Satellitennetzwerk oder zu einem Kommunikations-Subsystem des Satelliten aufzubauen, Daten der terrestrischen Vorrichtung über die erste Schnittstelle zu empfangen und über die zweite Schnittstelle und das übergeordnete Satellitennetzwerk an den Server zu übertragen. According to the invention, the object is achieved by a communication device for operation on satellites, hereinafter referred to as SmartSat, in an earth orbit, in particular on CubeSats. The communication device has: a first interface for communication with a terrestrial device, in particular an Internet-of-Things (loT) device, a second interface for communication with a higher-level satellite network and a controller that is set up to connect to a Set up the server via the higher-level satellite network or to a communication subsystem of the satellite, receive data from the terrestrial device via the first interface and transmit it to the server via the second interface and the higher-level satellite network.
Die Erfindung stellt demnach eine Kommunikationsvorrichtung bereit, die bereits vorhandene Satellitennetzwerke als Backbone für die Anbindung von terrestrischen Vorrichtungen, wie IoT-Geräten, die hierin analog auch als loT-Vorrichtungen bezeichnet werden, verwendet. Anders ausgedrückt, anstelle eines bereitzustellenden eigenen Satelliten netzwerks, einschließlich Bodenstation zur Übertragung der Daten auf die Erde, wird auf vorteilhafte Weise auf ein bereits bestehendes Satellitennetzwerk zurückgegriffen. Kern der vorliegenden Erfindung ist eine Kommunikationsvorrichtung, deren Bestimmung ist, auf einem Satelliten montiert zu sein und gleichzeitig eine Kommunikation zu terrestrischen Vorrichtungen und weiteren Satelliten zu ermöglichen. DieThe invention accordingly provides a communication device that uses existing satellite networks as a backbone for connecting terrestrial devices, such as IoT devices, which are also referred to herein as loT devices. In other words, instead of an own satellite network to be provided, including a ground station for transmitting the data to the earth, an already existing satellite network is advantageously used. The essence of the present invention is a communication device whose purpose is to be mounted on a satellite and at the same time to enable communication to terrestrial devices and other satellites. The
Kommunikationsvorrichtung ist hierbei selbst eine Internet-of-things-Vorrichtung (loT), das heißt, als solche mit dem Internet verbunden und über das Internet steuerbar/kontrollierbar - genau so wie es von herkömmlichen, auf der Erdoberfläche zum Einsatz kommenden loT Geräten bekannt ist. The communication device is itself an Internet-of-Things (loT) device, i.e. connected to the Internet as such and controllable / controllable via the Internet - just as it is known from conventional loT devices used on the earth's surface .
Der Clou der Erfindung ist nun, dass der Kommunikationsvorrichtung, die nachfolgend als „SmartSat“ bezeichnet wird, die Möglichkeit gegeben wird, mit unterschiedlichen, bereits existierenden übergeordneten Satellitennetzwerken zu kommunizieren. The highlight of the invention is that the communication device, which is referred to below as “SmartSat”, is given the option of communicating with different, already existing, higher-level satellite networks.
Der SmartSat ist hierbei selbst mit einer Intelligenz ausgestattet, die ihm ermöglicht, die Daten, die er von der terrestrischen Vorrichtung erhält, über das übergeordnete Satellitennetzwerk derart weiterzuleiten, dass als Ziel der Daten ein Server, insbesondere in der Cloud, erhalten wird. Der erfindungsgemäße SmartSat erfordert nicht, dass ein übergeordnetes Satellitennetzwerk extra bereitgestellt wird. Vielmehr ist die Kompatibilität mit unterschiedlichen dieser Satellitennetzwerke vorbereitet und vorgesehen. Der SmartSat kann also aufgefasst werden als eine verbesserte, auf einem Satelliten bereitgestellte Art eines Satellitentelefons, wie es aus dem terrestrischen Einsatz bekannt ist, das gleichzeitig zur Verbindungsaufnahme mit ORBCOMM, Iridium, Globalstar, Starlink und weiteren bekannten Satellitennetzwerken ausgebildet ist. The SmartSat itself is equipped with an intelligence that enables it to forward the data it receives from the terrestrial device via the superordinate satellite network in such a way that a server, in particular in the cloud, is received as the destination of the data. The SmartSat according to the invention does not require a superordinate satellite network to be provided separately. Rather, compatibility with different of these satellite networks is prepared and provided. The SmartSat can therefore be understood as an improved type of satellite telephone made available on a satellite, as is known from terrestrial use, which is simultaneously designed to establish a connection with ORBCOMM, Iridium, Globalstar, Starlink and other known satellite networks.
Die terrestrische loT-Vorrichtung, die Daten an den SmartSat sendet, weiß vorzugsweise nicht, über welchen übergeordneten Satelliten welches übergeordneten Satellitennetzwerkes der SmartSat letztlich die Daten an den Server schickt, der SmartSat bildet also eine transparente Verbindung zwischen terrestrischer Vorrichtung und Server aus. The terrestrial loT device that sends data to the SmartSat preferably does not know via which superordinate satellite which superordinate satellite network the SmartSat ultimately sends the data to the server, so the SmartSat forms a transparent connection between the terrestrial device and server.
Die Wahl des geeigneten Datenpfades zwischen SmartSat und Server ist einzig und allein der Intelligenz des SmartSat unterworfen. The choice of the appropriate data path between the SmartSat and the server is solely subject to the intelligence of the SmartSat.
Die zugrundeliegende Überlegung ist, dass der Aufwand zum Betrieb von Satelliten netzwerken nicht linear mit der Anzahl der Satelliten skaliert. Daher ist ein Betrieb von Megakonstellationen mit traditionellen teil-automatisierten Ansätzen nicht effizient möglich. Eine Operation aus und über die Cloud jedoch, wie es beispielsweise die erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung ermöglicht, bietet den Vorteil, Algorithmen aus der künstlichen Intelligenz und der Analyse von „Big Data“ zu nutzen und in die Operationen einzubeziehen. In der Folge dienen robuste skalierbare Algorithmen nicht nur der Auswertung der Daten der terrestrischen Vorrichtungen, insbesondere der loT-Geräte, sondern auch der Telemetrie der Satelliten, auf der die erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung zum Einsatz kommt, selbst. The underlying consideration is that the effort involved in operating satellite networks does not scale linearly with the number of satellites. Therefore, it is not possible to operate mega-constellations efficiently using traditional, partially automated approaches. An operation from and via the cloud, however, such as the Communication device according to the invention enables, offers the advantage of using algorithms from artificial intelligence and the analysis of “big data” and including them in the operations. As a result, robust scalable algorithms serve not only to evaluate the data of the terrestrial devices, in particular the loT devices, but also to telemetry the satellites on which the communication device according to the invention is used themselves.
Die Anbindung von IoT-Geräten außerhalb der Abdeckung von Mobilfunkanbietern und drahtlosen Netzwerken wird demnach auch für kleine und mittelständische Unternehmen ermöglicht. Darüber hinaus entfällt durch die Notwendigkeit der Bodenstation eine der bedeutenden Aufwandsposten von Projekten zum Betreiben eines Satellitennetzwerkes. The connection of IoT devices outside the coverage of cell phone providers and wireless networks is therefore also made possible for small and medium-sized companies. In addition, the need for a ground station eliminates one of the major expense items in projects to operate a satellite network.
Geeignete Satellitennetzwerke sind beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, Orbcomm, Iridium, Globalstar, Inmarsat, Starlink, etc. Suitable satellite networks are, for example, without being limited to Orbcomm, Iridium, Globalstar, Inmarsat, Starlink, etc.
Bei dem Server handelt es sich vorzugsweise um einen Server einer Cloud. Auch andere Serverlösungen sind natürlich vorstellbar. Obwohl CubeSats als bevorzugte Ausgestaltung beispielhaft genannt werden, so ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Insbesondere kommen, neben anderen Satelliten, in anderen bevorzugten Ausgestaltungen auch andere Klein- und Kleinstsatelliten zum Einsatz. The server is preferably a server in a cloud. Other server solutions are of course also conceivable. Although CubeSats are named as a preferred embodiment by way of example, the invention is not restricted thereto. In particular, in addition to other satellites, other small and very small satellites are also used in other preferred configurations.
Die Steuerung ist dazu ausgebildet, eine Verbindung zu unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerken aufzubauen, um durch Auswahl eines der unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerke eine Verbindung zu dem Server aufzubauen. The controller is designed to set up a connection to different superordinate satellite networks in order to set up a connection to the server by selecting one of the different superordinate satellite networks.
Satellitennetzwerke mit dem Ziel der Kommunikation werden im Allgemeinen in Konstellationen betrieben. Dies gilt sowohl für die CubeSat-Netzwerke, die mit dem loT- Gerät am Boden kommunizieren als auch für übergeordnete Netzwerke. Solche Konstellationen zeichnen sich dadurch aus, dass sie (i) einer gemeinsamen Aufgabe dienen und (ii) die Orbit-Elemente der einzelnen Satelliten im Netzwerk genau geregelt werden. Hierbei erfolgt die Regelung entweder durch absolute Positionierung oder durch Ausrichtung relativ zueinander. Satellite networks with the aim of communication are generally operated in constellations. This applies both to the CubeSat networks that communicate with the loT device on the ground and to higher-level networks. Such constellations are characterized by the fact that they (i) serve a common task and (ii) the orbit elements of the individual satellites in the network are precisely regulated. In this case, the regulation takes place either through absolute positioning or through alignment relative to one another.
Da die erfindungsgemäße Lösung auf beliebigen Satelliten, beispielsweise heterogenen LEO-Satelliten, betrieben wird, wird hier ein Netzwerk innerhalb verschiedenerSince the solution according to the invention is operated on any satellites, for example heterogeneous LEO satellites, a network within different
Konstellationen und / oder Einzelsatelliten aufgebaut. Der Nutzer der terrestrischen Vorrichtung hat keine Kontrolle über die Orbit-Elemente der einzelnen Satelliten, womit faktisch ein Schwarm - und eben keine Konstellation - an erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtungen aufgebaut wird. Constellations and / or individual satellites set up. The user of the terrestrial The device has no control over the orbit elements of the individual satellites, so that in fact a swarm - and not a constellation - is set up on communication devices according to the invention.
Die Verbindung mit den unterschiedlichen, übergeordneten Satellitennetzwerken ist für die terrestrische Vorrichtung vorzugsweise transparent. Dies bedeutet insbesondere, dass die Auswahl nicht explizit von einem Benutzer angegeben werden muss, sondern ohne sein Zutun und somit ohne erkennbar zu sein, seinen Aufgaben nachkommt. So ist es für einen Nutzer der terrestrischen Vorrichtung nicht relevant, über welches übergeordnete Satellitennetzwerk seine Daten an den Server übertragen werden. Vorzugsweise wird die Auswahl des übergeordneten Satellitennetzwerks aus den unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerken gegebenen Anforderungen gerecht. Die gegebenen Anforderungen können Anforderungen unterschiedlichster Art umfassen, beispielsweise Anforderungen lokaler Datenschutzbestimmungen der terrestrischen Vorrichtung, Koste naspekte, Signalqualitätsaspekte und/oder verfügbare Bandbreiten. The connection to the different, higher-level satellite networks is preferably transparent to the terrestrial device. This means in particular that the selection does not have to be specified explicitly by a user, but rather carries out his tasks without his or her involvement and thus without being recognizable. For a user of the terrestrial device, for example, it is not relevant via which higher-level satellite network his data are transmitted to the server. The selection of the superordinate satellite network from the different superordinate satellite networks preferably meets the given requirements. The given requirements can include requirements of the most varied of types, for example requirements of local data protection regulations of the terrestrial device, cost aspects, signal quality aspects and / or available bandwidths.
Die Anforderungen lokaler Datenschutzbestimmungen enthalten insbesondere die geographische Position von Bodenstationen des übergeordneten Satellitennetzwerkes. Über diese Bodenstation werden die Daten letztlich von der terrestrischen Vorrichtung an den Server übertragen, so dass lokale Gesetze des Hoheitsgebietes, in dem die Bodenstation steht, Anwendung finden. The requirements of local data protection regulations contain, in particular, the geographical position of ground stations in the higher-level satellite network. The data are ultimately transmitted from the terrestrial device to the server via this ground station, so that local laws of the sovereign territory in which the ground station is located apply.
Die Kostenaspekte sind insbesondere von dem Anwender der terrestrischen Vorrichtung abhängig. So kann es beispielsweise möglich sein, in Abhängigkeit eines Einstellungswertes die Datenverbindungen auf günstigere Verbindungen zu beschränken oder auch hochwertigere aber kostenintensive Datenverbindungen zu ermöglichen. Als Aspekte der Signalqualität werden vorzugsweise die Signal-to-Noise (SNR) Rate und/oder eine Equivalent Isotropically Radiated Power (EIRP) herangezogen, wobei beispielsweise Schwellwerte jeweils minimale oder gewünschte Anforderungen bezeichnen. The cost aspects are particularly dependent on the user of the terrestrial device. For example, depending on a setting value, it may be possible to limit the data connections to cheaper connections or to enable higher quality but cost-intensive data connections. The signal-to-noise (SNR) rate and / or an Equivalent Isotropically Radiated Power (EIRP) are preferably used as aspects of the signal quality, with threshold values denoting minimum or desired requirements, for example.
Idealerweise ist ein dynamischer Wechsel des übergeordneten Satelliten netzwerkes möglich, um den obigen Anforderungen zu genügen bzw. zu optimieren. Beispielsweise kann je nach aktueller Position in einem Orbit Ol ein Provider P1 in Anspruch genommen werden, während zu einem späteren Zeitpunkt der SmartSat sich an einer anderen Position im Orbit Ol befindet und hierbei wieder ein anderer Provider P2 die besseren Anforderungen erfüllt. So kann besonders bevorzugt abhängig von dem Orbit und der aktuellen Position Px im Orbit Oy eine Einstellung und Verbindung zu einem bestimmten Provider, d.h. einem der unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerke, vorgenommen werden. Ideally, a dynamic change of the higher-level satellite network is possible in order to meet or optimize the above requirements. For example, depending on the current position in an orbit oil, a provider P1 can be used, while at a later point in time the SmartSat is at a different position is in orbit Ol and here again another provider P2 meets the better requirements. A setting and connection to a specific provider, that is to say one of the different superordinate satellite networks, can thus be made particularly preferably depending on the orbit and the current position Px in the orbit Oy.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Schnittstelle als Dual Receiver Schnittstelle ausgebildet. Dies ermöglicht, dass einer der Receiver eine Kommunikationsverbindung zu einem der übergeordneten Satellitennetzwerke herstellt, während der weitere Receiver beispielsweise durch einen Scanvorgang die Verfügbarkeit und Qualität der verschiedenen übergeordneten Satellitennetzwerke kontinuierlich oder periodisch prüft. Dadurch kann bei anstehendem Wechsel des übergeordneten Satellitennetzwerkes die Zeit, während der keine Datenkommunikation über die zweite Schnittstelle möglich ist, reduziert werden. In a preferred embodiment, the second interface is designed as a dual receiver interface. This enables one of the receivers to establish a communication link to one of the superordinate satellite networks, while the further receiver continuously or periodically checks the availability and quality of the various superordinate satellite networks, for example by means of a scanning process. As a result, if the higher-level satellite network is to be changed, the time during which no data communication is possible via the second interface can be reduced.
Das übergeordnete Satellitennetzwerk umfasst vorzugsweise die eigentlichen übergeordneten Satelliten sowie mindestens eine Bodenstation und einen Provider-Server, über den dann, beispielsweise von dem Server der Cloud, die eigentliche Verbindung mit dem Satellitennetzwerk hergestellt wird. The superordinate satellite network preferably comprises the actual superordinate satellites as well as at least one ground station and a provider server, via which the actual connection to the satellite network is then established, for example from the server in the cloud.
CubeSats entsprechen vorzugsweise einem Standardformat. Beispielsweise hat ein CubeSat, in Anlehnung an den englischen Begriff „unit“ mit 1 U bezeichnet, in einer bevorzugten Ausführung im Jahr 2020 die Abmessungen 1 1 ,35 cm c 10 cm c 10 cm und ein Gewicht von maximal 1 ,33 kg. Diese Satelliten werden beispielsweise in einer speziellen Startvorrichtung, genannt„Poly Picosatellite Orbital Deployer“ oder P-POD, die drei CubeSats aufnehmen kann, als Sekundärnutzlast bei Satellitenstarts mitgeführt. Als Erweiterung des CubeSat-Formats sind auch beispielsweise eineinhalbfache 1.5U, 17,02 cm x 10 cm x 10 cm, 2 kg, doppelte, d.h. 2U, 22,7 cm c 10 cm c 10 cm, 2,66 kg, und dreifache, d.h. 3U, 34,05 cm c 10 cm c 10 cm, 4 kg, CubeSats möglich. Auch Satelliten mitCubeSats preferably conform to a standard format. For example, a CubeSat, based on the English term “unit” with 1 U, in a preferred embodiment in 2020 has the dimensions 11.35 cm c 10 cm c 10 cm and a maximum weight of 1.33 kg. These satellites are carried, for example, in a special launch device, called “Poly Picosatellite Orbital Deployer” or P-POD, which can accommodate three CubeSats, as a secondary payload when the satellite is launched. As an extension of the CubeSat format, there are also, for example, one and a half 1.5U, 17.02 cm x 10 cm x 10 cm, 2 kg, double, i.e. 2U, 22.7 cm c 10 cm c 10 cm, 2.66 kg, and triple , i.e. 3U, 34.05 cm c 10 cm c 10 cm, 4 kg, CubeSats possible. Also satellites with
Teilgrößen von CubeSats sind vorstellbar, beispielsweise mit der Hälfte, d.h. 1/2U, oder einem Viertel, d.h. 1/4U, der Einheit eines CubeSats. Partial sizes of CubeSats are conceivable, for example with half, i.e. 1 / 2U, or a quarter, i.e. 1 / 4U, the unit of a CubeSat.
Vorzugsweise ist die Steuerung dazu ausgebildet, Daten von einer terrestrischen Vorrichtung oder mehreren terrestrischen Vorrichtungen zu sammeln und gebündelt über die zweite Schnittstelle zu übertragen. The controller is preferably designed to collect data from a terrestrial device or a plurality of terrestrial devices and to transmit them in bundled form via the second interface.
Die zweite Schnittstelle, die eine Kommunikation zu einem übergeordneten Satellitennetzwerk ermöglicht, ist typischerweise auf hohe Datenraten ausgelegt. Im Gegenteil hierzu benötigen loT-Vorrichtungen als Beispiele terrestrischer Vorrichtungen üblicherweise kleinste Datenraten bei gleichzeitig möglichst geringem Leistungsverbrauch. The second interface, which enables communication with a higher-level satellite network, is typically designed for high data rates. in the On the contrary, loT devices, as examples of terrestrial devices, usually require extremely low data rates with the lowest possible power consumption.
Indem das übergeordnete Satellitennetzwerk durch die erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung über die zweite Schnittstelle angesteuert wird, entfällt der Bedarf der terrestrischen Vorrichtungen, über eine Kommunikationsverbindung, die auf hohe Datenraten bzw. einen hohen Leistungsverbrauch ausgelegt ist wie die zu bekannten Satellitennetzwerken, zurückzugreifen. Since the higher-level satellite network is controlled by the communication device according to the invention via the second interface, the terrestrial devices no longer need to access a communication link that is designed for high data rates or high power consumption like the known satellite networks.
Dadurch wird die Anbindung der terrestrischen Vorrichtungen vereinfacht. Darüber hinaus wird durch die Bündelung der Daten einer oder mehrerer terrestrischer Vorrichtungen die Ausnutzung der breiten Datenrate, die von dem übergeordneten Satellitennetzwerk bereitgestellt wird, verbessert. This simplifies the connection of the terrestrial devices. In addition, the bundling of the data from one or more terrestrial devices improves the utilization of the broad data rate that is provided by the higher-level satellite network.
Vorzugsweise weist die Kommunikationsvorrichtung ferner eine dritte Schnittstelle zur Kommunikation mit dem SmartSat selbst zum Austausch von Telemetriedaten und Kommandodaten auf. Damit wird insbesondere ermöglicht, dass die Kommunikationsvorrichtung auf Telemetriedaten des Satelliten zugreift Kommandodaten an den Satelliten überträgt. Dadurch lässt sich eine Telemetrie (TM) und Telecommand (TC), zusammen als TMTC bekannt, Funktionalität in die Kommunikationsvorrichtung integrieren. The communication device preferably also has a third interface for communication with the SmartSat itself for the exchange of telemetry data and command data. In particular, this enables the communication device to access telemetry data from the satellite and transmit command data to the satellite. This enables telemetry (TM) and telecommand (TC), known together as TMTC, to integrate functionality into the communication device.
Vorzugsweise ist die Steuerung dazu ausgebildet, wenigstens eines aus Telemetriedaten und Kommandodaten des SmartSats an den Server zu übertragen und/oderThe controller is preferably designed to transmit and / or at least one of telemetry data and command data from the SmartSat to the server
Kommandodaten des Satelliten von dem Server über die zweite Schnittstelle zu empfangen. To receive command data of the satellite from the server via the second interface.
Damit lässt sich der SmartSat mittels der erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung steuern bzw. überwachen, und zwar ohne eine direkte Verbindung des SmartSats mit einer Bodenstation zu erfordern, sondern indirekt über ein weiteres, unabhängiges und übergeordnetes Satellitennetzwerk. Anders ausgedrückt ermöglicht diese Ausführungsform eine TMTC Funktionalität eines SmartSats über den Server, beispielsweise eine Cloud, zu implementieren, ohne dass der Satellit eine direkte Anbindung an den Server oder eine Bodenstation benötigt. Vielmehr tritt hierzu die erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung, die die Daten an das bzw. von dem Satellitennetzwerk weiterleitet, in Erscheinung. Das traditionelle Konzept für den TMTC Betrieb wird erfindungsgemäß vorzugsweise durch die Cloud aufgebrochen, da die gesamte Verarbeitung der TM Daten sowie die Entscheidung welche Prozedur zur Generierung eine Kommandosequenz von der Cloud getroffen werden kann. Im herkömmlichen Betrieb werden diese Entscheidungen von Menschen getroffen, was bei einer geringen Anzahl an zu betreuenden Satelliten noch machbar ist. In Hinblick auf die in Zukunft großen Anzahl an zu betreuenden Satelliten bei Mega-Konstellationen, wir sprechen hier von einigen Tausend Satelliten, ist dieser Ansatz nicht mehr wirtschaftlich. Die Erfindung bietet hier die nötige Skalierbarkeit um auch eine so große Anzahl an Satelliten bedienen zu können. Aus Sicht des Systems entspricht der Satellit vorzugsweise einem loT Device und wird so auch von der Cloud behandelt. The SmartSat can thus be controlled or monitored by means of the communication device according to the invention, specifically without requiring a direct connection between the SmartSat and a ground station, but rather indirectly via a further, independent and higher-level satellite network. In other words, this embodiment enables a TMTC functionality of a SmartSat to be implemented via the server, for example a cloud, without the satellite requiring a direct connection to the server or a ground station. Rather, the communication device according to the invention, which forwards the data to or from the satellite network, appears for this purpose. According to the invention, the traditional concept for TMTC operation is preferably broken up by the cloud, since the entire processing of the TM data and the decision as to which procedure to generate a command sequence can be made by the cloud. In conventional operation, these decisions are made by people, which is still feasible with a small number of satellites to be supervised. In view of the large number of satellites to be looked after in mega constellations in the future, we are talking about a few thousand satellites, this approach is no longer economical. The invention offers the necessary scalability here to be able to serve such a large number of satellites. From the point of view of the system, the satellite preferably corresponds to a loT device and is also treated in this way by the cloud.
Vorzugsweise ist die Steuerung alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet, wenigstens eines aus Telemetriedaten und Kommandodaten der terrestrischen Vorrichtung an den Server zu übertragen und/oder Kommandodaten der terrestrischen Vorrichtung von dem Server über die zweite Schnittstelle zu empfangen. Alternativ oder zusätzlich zu der Implementierung der TMTC Funktionalität für den SmartSat wird demnach eine vergleichbare Funktionalität auch für die terrestrische Vorrichtung, bspw. das loT-Gerät ermöglicht. As an alternative or in addition, the controller is preferably designed to transmit at least one of telemetry data and command data from the terrestrial device to the server and / or to receive command data from the terrestrial device from the server via the second interface. As an alternative or in addition to the implementation of the TMTC functionality for the SmartSat, a comparable functionality is accordingly also made possible for the terrestrial device, for example the loT device.
In diesen Ausführungsbeispielen ist demnach ein Rückpfad von dem Server zu dem SmartSat bzw. der terrestrischen Vorrichtung über das übergeordnete Satellitennetzwerk und die zweite Schnittstelle der Kommunikationsvorrichtung ausgeführt. Damit wird die TMTC Funktionalität für SmartSat und/oder terrestrische Vorrichtung vereinfacht. In these exemplary embodiments, a return path is therefore implemented from the server to the SmartSat or the terrestrial device via the higher-level satellite network and the second interface of the communication device. This simplifies the TMTC functionality for SmartSat and / or terrestrial devices.
Vorzugsweise ist die erste Schnittstelle und/oder die zweite Schnittstelle als Software Defined Radio (SDR) implementiert, so dass eine flexible Anpassung an die terrestrische Vorrichtung und/oder das übergeordnete Satellitennetzwerk möglich ist. Die flexible Anpassung ist ein relevanter Punkt der vorliegenden Erfindung, da nämlich erforderliche Parameter wie Modulation, Frequenz, Kodierung, etc. ganz individuell an die übergeordnete Konstellation angepasst werden können. Des Weiteren bietet das SDR die Fähigkeit einer raschen Rekonfiguration und Anpassung. Vordefinierte Programmteile können rasch und unkompliziert geändert werden und können so die Hand-Over Lücke bei der Umschaltung zwischen unterschiedlichen Konstellationen verringern. Auch Änderungen in Kommunikationsstandards können mit Hilfe eines SDR gut abgefangen werden. Entsprechende Änderungen werden vorzugsweise am Boden vorprogrammiert und über die Cloud an die erforderlichen SmartSat eingespielt. Die Cloud sorgt vorzugsweise in weiterer Folge die die zeitgerechte Aktivierung des Updates. Durch die Implementierung der ersten Schnittstelle und/oder der zweiten Schnittstelle als SDR ist es demnach möglich, eine besonders große Flexibilität bei der Kommunikation mit der terrestrischen Vorrichtung und/oder dem übergeordneten Satellitennetzwerk zu erreichen. Insbesondere kann dadurch gewährleistet werden, dass eine aktuell gewünschte Kommunikation mit einem der bekannten übergeordneten Satellitennetzwerke herstellbar ist, ohne dass besondere oder dedizierte Antennen oder Ähnliches für jedes der übergeordneten Satelliten netzwerke erforderlich sind. Änderungen der Kommunikation, beispielsweise ein Wechsel des übergeordneten Satellitennetzwerkes, sind dadurch jederzeit im Betrieb softwareseitig umsetzbar. Demnach kann zu jeder Zeit beispielsweise auf das optimale übergeordnete Satellitennetzwerk zurückgegriffen werden. The first interface and / or the second interface is preferably implemented as software-defined radio (SDR), so that flexible adaptation to the terrestrial device and / or the superordinate satellite network is possible. The flexible adaptation is a relevant point of the present invention, since necessary parameters such as modulation, frequency, coding, etc. can be adapted completely individually to the higher-level constellation. Furthermore, the SDR offers the ability to quickly reconfigure and adapt. Predefined program parts can be changed quickly and easily and can thus reduce the hand-over gap when switching between different constellations. Changes in communication standards can also be easily intercepted with the help of an SDR. Corresponding changes are preferably pre-programmed on the ground and imported to the required SmartSat via the cloud. The cloud preferably then ensures that the update is activated on time. By implementing the first interface and / or the second interface as an SDR, it is accordingly possible to achieve a particularly high level of flexibility in communication with the terrestrial device and / or the higher-level satellite network. In particular, it can thereby be ensured that a currently desired communication with one of the known superordinate satellite networks can be established without special or dedicated antennas or the like being required for each of the superordinate satellite networks. Changes in communication, for example a change in the higher-level satellite network, can therefore be implemented on the software side at any time during operation. Accordingly, the optimal higher-level satellite network can be used at any time, for example.
Besonders bevorzugt steht eine erste Antenne mit der ersten Schnittstelle und eine zweite Antenne mit der zweiten Schnittstelle in Verbindung, wobei die erste Antenne zur Kommunikation mit mehreren übergeordneten Satellitennetzwerken und die zweite Antenne zur Kommunikation nach unten, das heißt in Richtung Erde, über verschiedene Kanäle geeignet und vorbereitet ist. A first antenna is particularly preferably connected to the first interface and a second antenna to the second interface, the first antenna being suitable for communication with several higher-level satellite networks and the second antenna for communication downwards, i.e. towards earth, via different channels and is prepared.
Dadurch ergibt sich eine Art transparente Verbindung für den Nutzer am Boden. Er muss sich lediglich zum SmartSat verbinden, der weiterführende Weg ist nicht ersichtlich. Der SmartSat selbst entscheidet, welches Backbone Netz am geeignetsten ist. Skaliert auf eine Vielzahl von SmartSats ergibt sich dadurch vorzugsweise eine Art Mesh Netzwerk, das sich in ständiger Veränderung befindet. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu dem typischen Relais-Konzept in der Satellitenkommunikation. Das Mesh im Ansatz der vorliegenden Erfindung kann sich im Gegensatz zu bekannten Netzwerken sowohl zwischen Boden und Kommunikationsvorrichtung als auch zwischen Kommunikationsvorrichtung und übergeordneten Satellitennetzwerk befinden und sich dabei in beiden Ebenen schnell ändern. This creates a kind of transparent connection for the user on the ground. He only has to connect to the SmartSat, the further path is not visible. The SmartSat itself decides which backbone network is most suitable. Scaled to a large number of SmartSats, this preferably results in a kind of mesh network that is constantly changing. This is an essential difference to the typical relay concept in satellite communication. In contrast to known networks, the mesh in the approach of the present invention can be located both between the ground and the communication device and between the communication device and the superordinate satellite network and can change quickly in both planes.
Vorzugsweise ist die erste Schnittstelle im Vergleich zu der zweiten Schnittstelle zur Kommunikation mittels niedrigerer Frequenz ausgebildet. Niedrigere Frequenz ermöglicht eine besonders leistungsreduzierte Kommunikation zwischen der terrestrischen Vorrichtung und der erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung. Zur gleichen Zeit ist eine relativ höherfrequente Kommunikation mit dem übergeordneten Satellitennetzwerk dazu geeignet, eine hohe Datenrate zu ermöglichen. In comparison to the second interface, the first interface is preferably designed for communication using a lower frequency. A lower frequency enables particularly power-reduced communication between the terrestrial device and the communication device according to the invention. At the same time, a relatively higher frequency communication with the higher-level satellite network is suitable for enabling a high data rate.
Vorzugsweise ist die erste Schnittstelle zur Kommunikation mittels Ultra High Frequency (UHF) und/oder Very High Frequency (VHF) ausgebildet. Mit UHF ist vorzugsweise der Frequenzbereich der Dezimeterwellen von 300 MHz bis 1 GHz bezeichnet, wobei VHF vorzugsweise den Frequenzbereich der Meterwellen von 30 MHz bis 300 MHz bezeichnet. The first interface is preferably designed for communication by means of ultra high frequency (UHF) and / or very high frequency (VHF). With UHF is preferably the The frequency range of the decimeter waves from 300 MHz to 1 GHz, with VHF preferably denoting the frequency range of the meter waves from 30 MHz to 300 MHz.
Derartige Frequenzbereiche ermöglichen eine leistungsarme Kommunikation, die damit besonders geeignet für terrestrische Vorrichtungen ist, bei denen dem Leistungs- bzw. Stromverbrauch Grenzen gesetzt sind. Demnach wird besonders bevorzugt, dass eine leistungsarme Kommunikation zwischen terrestrischer Vorrichtung und Kommunikationsvorrichtung ermöglicht ist, so dass der Energieaufwand zur Übertragung von Daten insbesondere durch die terrestrische Vorrichtung an den Server möglichst gering ist. Demnach kann beispielsweise eine Autonomie oder eine Einsatzdauer der terrestrischen Vorrichtung erhöht werden. Such frequency ranges enable low-power communication, which is therefore particularly suitable for terrestrial devices in which there are limits to the power or current consumption. Accordingly, it is particularly preferred that low-power communication between the terrestrial device and communication device is made possible, so that the energy expenditure for transmitting data, in particular through the terrestrial device to the server, is as low as possible. Accordingly, for example, an autonomy or a service life of the terrestrial device can be increased.
Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise die zweite Schnittstelle zur Kommunikation mittels Breitband, insbesondere mittels wenigstens eines aus UHF, VHF, L-Band, S-Band, C-Band, X-Band, Ku-Band, Ka-Band und E-Band ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist hier die Kommunikation über eine breitbandige Verbindung, wobei auch andere als der genannten Frequenzbereiche vorstellbar sind. Alternatively or additionally, the second interface is preferably used for communication by means of broadband, in particular by means of at least one of UHF, VHF, L-band, S-band, C-band, X-band, K u -band, K a -band and E- Band is formed. Communication via a broadband connection is particularly advantageous here, with frequency ranges other than those mentioned also being conceivable.
Vorzugsweise ist die Steuerung dazu ausgebildet, die Kommunikationsvorrichtung gegenüber dem übergeordneten Satellitennetzwerk als Satelliten-Provider, insbesondere analog zu einem Internet-Service-Provider (ISP) zu identifizieren. The controller is preferably designed to identify the communication device to the higher-level satellite network as a satellite provider, in particular analogously to an Internet service provider (ISP).
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, eine Verbindung zu unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerken aufzubauen. The control unit is preferably designed to set up a connection to different superordinate satellite networks.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, eines aus den unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerken zur Verbindung anhand wenigstens einer der folgenden Kriterien auszuwählen: i) Parameter der Daten der terrestrischen Vorrichtung, ii) Geografische Position einer Bodenstation des übergeordneten Satellitennetzwerks, iii) Geografische Positionen der, oder eines einzelnen Satelliten des übergeordneten Satellitennetzwerks, iv) Kapazitäten der übergeordneten Satellitennetzwerke, v) In der Steuereinheit vorgebbarer Zeitplan, vi) Kosten der übergeordneten Satellitennetzwerke. The control unit is preferably designed to select one of the different superordinate satellite networks for connection based on at least one of the following criteria: i) parameters of the data of the terrestrial device, ii) geographical position of a ground station of the superordinate satellite network, iii) geographical positions of, or one individual satellites of the superordinate satellite network, iv) capacities of the superordinate satellite networks, v) time schedule that can be specified in the control unit, vi) costs of the superordinate satellite networks.
Gemäß dieser Ausführungsform ist es demnach möglich, immer das den aktuellen Anforderungen angemessene, übergeordnete Satellitennetzwerk auszuwählen, mit diesem eine Verbindung aufzubauen und darüber die Daten insbesondere der terrestrischen Vorrichtung an den Server zu übertragen. Mit den geografischen Positionen des bzw. der Satelliten des übergeordneten Satellitennetzwerks ist insbesondere der Orbit bezeichnet. Hierbei ist besonders die damit verbundene Kontaktzeit mit der Kommunikationsvorrichtung von Relevanz. According to this embodiment, it is accordingly possible to always select the higher-level satellite network that is appropriate to the current requirements, to establish a connection with it and to use this to transmit the data, in particular from the terrestrial device, to the server. The geographic position of the satellite or satellites of the higher-level satellite network particularly denotes the orbit. The associated contact time with the communication device is particularly relevant here.
Die Verbindung kann beispielsweise anhand eines festen Zeitplans oder, besonders bevorzugt, anhand einer oder mehrerer der weiteren genannten Kriterien erfolgen. Auch kann damit beispielsweise eine leistungs- und/oder kostenoptimierte Datenübertragung ermöglicht werden. The connection can take place, for example, on the basis of a fixed time schedule or, particularly preferably, on the basis of one or more of the other criteria mentioned. In this way, for example, a performance and / or cost-optimized data transmission can be made possible.
Besonders relevant ist die Verbindung mit einem aus den unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerken in Abhängigkeit der geographischen Positionen der Bodenstationen, da dies die Einhaltung beispielsweise von nationalen Anforderungen des Datenschutzes ermöglicht. So kann beispielsweise gewährleistet werden, dass Daten nur über ein übergeordnetes Satellitennetzwerk kommuniziert werden, dass seine Bodenstation in einem bestimmten Hoheitsgebiet wie Deutschland, den USA, etc. hat. Die Auswahl des geeigneten Netzwerks erfolgt hier durch die Kommunikationsvorrichtung, die basierend auf den Daten der terrestrischen Vorrichtung das geeignete oder mehrere geeignete aus den verfügbaren übergeordneten Satellitennetzwerken auswählt. The connection with one of the different superordinate satellite networks depending on the geographical positions of the ground stations is particularly relevant, since this enables compliance with national data protection requirements, for example. For example, it can be guaranteed that data is only communicated via a higher-level satellite network that has its ground station in a certain territory such as Germany, the USA, etc. The selection of the suitable network takes place here by the communication device which, based on the data of the terrestrial device, selects the suitable one or more suitable ones from the available higher-level satellite networks.
Vorzugsweise ist die Kommunikationsvorrichtung zum Betrieb in einem Low Earth Orbit (LEO) ausgebildet. The communication device is preferably designed for operation in a low earth orbit (LEO).
Ein LEO ist vorzugsweise ein Orbit mit einer Umlaufbahn von höchstens 2000 km, was ermöglicht, dass die Leistungsanforderungen zur Übertragung von Daten von der terrestrischen Vorrichtung zur Kommunikationsvorrichtung gering sind. A LEO is preferably an orbit with an orbit of 2000 km or less, which enables the power requirements for transmitting data from the terrestrial device to the communication device to be low.
Vorzugsweise ist das übergeordnete Satellitennetzwerk in wenigstens einem aus einem geostationären Orbit (engl. Geosynchronous equatorial orbit, GEO) und einem erdnahen Orbit, insbesondere einem Low Earth Orbit (LEO), ausgebildet. Vorzugsweise ist die Kommunikationsvorrichtung, insbesondere in dem Fall, in dem sowohl die Kommunikationsvorrichtung als auch das übergeordnete Satellitennetzwerk in einem LEO ausgebildet sind, in einem Orbit unterhalb des übergeordneten Satellitennetzwerks ausgebildet. The superordinate satellite network is preferably formed in at least one of a geostationary orbit (Geosynchronous equatorial orbit, GEO) and a near-earth orbit, in particular a low earth orbit (LEO). Preferably, the communication device, in particular in the case in which both the communication device and the higher-level satellite network are formed in a LEO, are formed in an orbit below the higher-level satellite network.
Für das übergeordnete Satellitennetzwerk gibt es grundsätzlich keine Einschränkung des Orbits. Entscheidend ist, dass es der Kommunikationsvorrichtung möglich ist, über die zweite Schnittstelle eine vorzugsweise breitbandige Verbindung zu dem übergeordneten Netzwerk herzustellen. Hierfür eignen sich im Kern alle der bekannten und verwendeten Orbite. Die Auswahl der Satellitennetzwerke im GEO und/oder LEO erfolgt insbesondere vor dem Hintergrund der bereits im Erdumlauf befindlichen und verfügbaren Säte 11 ite n n etzwe rke . Die Aufgabe wird ferner durch ein Kommunikationssystem umfassend mehrere erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtungen gelöst. Die mehreren Kommunikationsvorrichtungen umfassen jeweils eine vierte Schnittstelle zur Kommunikation mit jeweils anderen Kommunikationsvorrichtungen des Kommunikationssystems. In dieser Ausführung wird somit ein Kommunikationssystem vorgeschlagen, dass mehrere Kommunikationsvorrichtungen, die insbesondere an mehreren SmartSats angebracht sind, umfasst. There are basically no orbit restrictions for the superordinate satellite network. It is decisive that it is possible for the communication device to establish a preferably broadband connection to the higher-level via the second interface Network. In essence, all of the known and used orbites are suitable for this. The selection of the satellite networks in the GEO and / or LEO takes place in particular against the background of the seed networks that are already in orbit and available. The object is also achieved by a communication system comprising several communication devices according to the invention. The plurality of communication devices each include a fourth interface for communication with other communication devices in the communication system. In this embodiment, a communication system is therefore proposed that comprises several communication devices, which are in particular attached to several SmartSats.
Die zur Kommunikation der Kommunikationsvorrichtungen untereinander ausgebildete vierte Schnittstelle kann auch gleich der ersten oder zweiten Schnittstelle sein, wobei die Kommunikation entsprechend derart angepasst ist, dass anstelle eines übergeordneten Satellitennetzwerkes beziehungsweise der terrestrischen Vorrichtung eine weitere der Kommunikationsvorrichtungen das Ziel der Kommunikation ist. Hiermit kann vorzugsweise eine Relay-Funktion zwischen mehreren der Kommunikationsvorrichtungen implantiert werden, Beispielsweise dann, wenn ein Satellit des Kommunikationssystems außerhalb der Reichweite des geeigneten übergeordneten Satellitennetzwerks ist, kann die Übertragung der Daten der terrestrischen Vorrichtung bzw. TMTC-Daten des Satelliten selbst über einen weiteren der Satelliten des Kommunikationssystems erfolgen. The fourth interface configured for communication between the communication devices can also be the same as the first or second interface, the communication being adapted accordingly in such a way that instead of a higher-level satellite network or the terrestrial device, another of the communication devices is the target of the communication. With this, a relay function can preferably be implanted between several of the communication devices, for example if a satellite of the communication system is outside the range of the suitable superordinate satellite network, the transmission of the data of the terrestrial device or TMTC data of the satellite itself can be carried out via another of the satellites of the communication system.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Übertragen von Daten einer terrestrischen Vorrichtung, insbesondere einer Internet-of-Things (loT)-Vorrichtung, zu einem Server gelöst, umfassend die folgenden Schritte: i) Übertragen von Daten von der terrestrischen Vorrichtung an eine erste Schnittstelle einer Kommunikationsvorrichtung in einer planetaren Umlaufbahn, insbesondere eines CubeSats, ii) Übertragen der Daten durch die Kommunikationsvorrichtung mittels einer zweiten Schnittstelle an ein übergeordnetes Satellitennetzwerk, iii) Übertragen der Daten durch das übergeordnete Satellitennetzwerk über eine zugehörige Bodenstation an den Server. The object is also achieved by a method for transmitting data from a terrestrial device, in particular an Internet-of-Things (loT) device, to a server, comprising the following steps: i) transmitting data from the terrestrial device to a first one Interface of a communication device in a planetary orbit, in particular a CubeSat, ii) transmission of the data by the communication device by means of a second interface to a higher-level satellite network, iii) transmission of the data through the higher-level satellite network via an associated ground station to the server.
Das Verfahren ermöglicht die gleichen Vorteile wie die oben beschriebene Kommunikationsvorrichtung beziehungsweise das beschriebene Kommunikationssystem zu erreichen. Besonders bevorzugt wird das Verfahren mit als bevorzugt beschriebenen Ausführungen der Kommunikationsvorrichtung beziehungsweise des Kommunikationssystems mit Erreichen der dabei beschriebenen vorteilhaften Wirkungen kombiniert. The method enables the same advantages to be achieved as the communication device described above or the communication system described. The method described as being preferred is particularly preferred Embodiments of the communication device or the communication system combined with achieving the advantageous effects described here.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Verwendung eines CubeSats als Internet-of-Things Vorrichtung, die über ein übergeordnetes Satellitennetzwerk mit dem Internet verbunden ist, gelöst. The object is also achieved by using a CubeSat as an Internet-of-Things device that is connected to the Internet via a superordinate satellite network.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Verwendung eines übergeordneten Satellitennetzwerkes zur Steuerung und Überwachung eines CubeSats gelöst. The object is also achieved by using a superordinate satellite network to control and monitor a CubeSat.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Kommunikationsvorrichtung zum Betrieb auf SmartSats in einer Erdumlaufbahn, insbesondere auf CubeSats, gelöst, wobei die Kommunikationsvorrichtung aufweist: eine zweite Schnittstelle zur Kommunikation mit einem übergeordneten Satellitennetzwerk, eine dritte Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Satelliten selbst zum Austausch von Telemetriedaten und/oder Kommandodaten und eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, eine Verbindung zu einem Server über das übergeordnete Satellitennetzwerk aufzubauen, wenigstens eines aus Telemetriedaten und Kommandodaten des Satelliten an den Server zu übertragen und/oder Kommandodaten des Satelliten von dem Server über die zweite Schnittstelle zu empfangen. The object is also achieved by a communication device for operation on SmartSats in earth orbit, in particular on CubeSats, the communication device having: a second interface for communication with a superordinate satellite network, a third interface for communication with the satellite itself for exchanging telemetry data and / or command data and a controller which is set up to establish a connection to a server via the higher-level satellite network, to transmit at least one of telemetry data and command data of the satellite to the server and / or to transmit command data of the satellite from the server via the second interface receive.
Weitere Beispiele und Vorteile werden nachfolgend mit Verweis auf die beigefügten Figuren beschrieben. Hierbei zeigen: Further examples and advantages are described below with reference to the accompanying figures. Here show:
Fig. 1 schematisch und exemplarisch einen Aufbau eines Kommunikationssystems und, 1 shows schematically and by way of example a structure of a communication system and
Fig. 2 schematisch und exemplarisch eine Kommunikationsvorrichtung der Fig. 2 schematically and by way of example a communication device of
Fig. 1 , Fig. 1,
Fig. 3 schematisch und exemplarisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens, 3 schematically and by way of example a flowchart of a method,
Fig. 4 schematisch und exemplarisch ein Flussdiagramm eines weiteren4 schematically and by way of example a flowchart of another
Verfahrens, Procedure,
Fig. 5 schematisch und exemplarisch ein Flussdiagramm eines weiteren 5 schematically and by way of example a flowchart of another
Verfahrens und Procedure and
Fig. 6 schematisch und exemplarisch ein Flussdiagramm eines weiteren 6 schematically and by way of example a flow diagram of another
Verfahrens. Fig. 1 zeigt schematisch exemplarisch einen Aufbau eines Kommunikationssystems 1 in der Umgebung der vorliegenden Erfindung. Procedure. 1 schematically shows an example of a structure of a communication system 1 in the environment of the present invention.
Es ist bekannt, dass terrestrische Vorrichtungen, wie ein loT-Gerät 5 im Bereich einer Mobilfunkabdeckung 52 über eine Mobilfunk-Basisstation 54 mit einem Server 80, beispielsweise als Teil einer Cloud 8, kommunizieren. It is known that terrestrial devices such as a loT device 5 in the area of a cellular radio coverage 52 communicate via a cellular radio base station 54 with a server 80, for example as part of a cloud 8.
Bekanntermaßen können dann in der Cloud 8 ein verwalteter Cloud-Dienst 82 oder andere Lösungen bereitgestellt sein, die die Steuerung und/oder Überwachung der loT- Vorrichtungen übernehmen. Die verwaltete Cloud Dienstleistung 82 greift auf loT- Sensordaten 84 zu, die ebenfalls in der Cloud 8 gespeichert sind. Die für die terrestrische loT-Vorrichtung 5 beschriebene Lösung funktioniert allerdings nur solange, wie die terrestrische Vorrichtung 5 eine GSM oder andere Mobilfunk Verbindung aufbauen kann. Dies ist für die beispielhaft gezeigten terrestrischen Vorrichtungen 6, die exemplarisch an entlegenen Waldgebieten angeordnet gezeigt sind, nicht der Fall. As is known, a managed cloud service 82 or other solutions can then be provided in the cloud 8 that take over the control and / or monitoring of the loT devices. The managed cloud service 82 accesses loT sensor data 84, which are also stored in the cloud 8. The solution described for the terrestrial loT device 5 only works as long as the terrestrial device 5 can set up a GSM or other mobile radio connection. This is not the case for the terrestrial devices 6 shown by way of example, which are shown arranged by way of example in remote forest areas.
Erfindungsgemäß wird nun das Kommunikationssystem 1 bereitgestellt, das eine einfache und effiziente Kommunikation mit den loT-Vorrichtungen 6 ermöglicht. Erfindungsgemäß kommunizieren die loT-Geräte 6 per Satellitenkommunikation mit als SmartSat 20 bezeichneten Satelliten des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems 1. Jeder der SmartSats 20 umfasst eine Kommunikationsvorrichtung 10, die im Detail mit Verweis auf Fig. 2 gezeigt ist. Die Kommunikationsvorrichtung 10 dient insbesondere als Datenkollektor für verschiedenste Geräte und Anwendungen, insbesondere die loT-Geräte 6, und sendet die gesammelten Daten an ein übergeordnetes Satellitennetzwerk 30. Das übergeordnete Satellitennetzwerk 30 umfasst einen oder mehrere Satelliten 32, die über eine bidirektionale Kommunikationsverbindung 34, d.h. eine Uplink und Downlink Verbindung, mit einer Bodenstation 36 des Satellitennetzwerkes 30 kommunizieren. According to the invention, the communication system 1 is now provided, which enables simple and efficient communication with the loT devices 6. According to the invention, the loT devices 6 communicate by satellite communication with satellites, referred to as SmartSat 20, of the communication system 1 according to the invention. Each of the SmartSats 20 includes a communication device 10, which is shown in detail with reference to FIG. The communication device 10 serves in particular as a data collector for a wide variety of devices and applications, in particular the loT devices 6, and sends the collected data to a higher-level satellite network 30. The higher-level satellite network 30 comprises one or more satellites 32, which are connected via a bidirectional communication link 34, ie an uplink and downlink connection with a ground station 36 of the satellite network 30.
Die gesammelten Daten werden beispielsweise datensparsam gebündelt, komprimiert und aufbereitet, so dass auch nur die Änderungen zum letzten Datensatz übermittelt wird können. Die verarbeiteten Datensätze werden nach derselben Logik in der Cloud - vorzugsweise mit dem Wissen über die letzten vollständigen Datensätze - wieder rekonstruiert und zur weiteren Verwendung in einen Datenbus gegeben (e.g. MQTT, AMPQ, ZMQ, etc.). Bei der Aufbereitung der Daten spielt vorzugsweise die Kenntnis über den aktuellen Orbit und den als nächsten zu nutzenden übergeordneten Satellitenprovider Px eine Rolle. Die Bandbreite, verfügbare Kapazität und/oder Kosten des Providers können einen direkten Einfluss auf die Aufbereitung der Daten haben. Dies hat als direkte Konsequenz, dass je nach Provider die Datenströme anders aussehen und auf Seiten der Cloud wieder beliebig zusammengefügt werden müssen, bevor man die Daten nutzen kann. Vorzugsweise erfolgt demnach in Abhängigkeit des ausgewählten Satellitennetzwerkes, dem aktuellen Orbit und/oder einer Position im aktuellen Orbit eine angepasste Aufbereitung und/oder Übertragung der Daten. Ist keine Verbindung zu einem Provider möglich, so müssen die Daten so lange zusammengehalten/persistiert werden, bis eine Verbindung zu einem Provider P1 möglich ist oder bei einem anderen Orbit die Verbindung zu dem nächsten verfügbaren Provider P2 hergestellt werden kann. The collected data is bundled, compressed and processed in a data-saving manner, so that only the changes to the last data record can be transmitted. The processed data records are reconstructed again according to the same logic in the cloud - preferably with the knowledge of the last complete data records - and transferred to a data bus for further use (e.g. MQTT, AMPQ, ZMQ, etc.). When processing the data, knowledge of the current orbit and the next higher-level satellite provider Px to be used preferably play a role. The bandwidth, available capacity and / or costs of the provider can have a direct influence on the preparation of the data. The direct consequence of this is that, depending on the provider, the data streams look different and have to be reassembled on the cloud side before the data can be used. Accordingly, depending on the selected satellite network, the current orbit and / or a position in the current orbit, the data is preferably processed and / or transmitted in an adapted manner. If a connection to a provider is not possible, the data must be held together / persisted until a connection to a provider P1 is possible or the connection to the next available provider P2 can be established in another orbit.
Neben der reinen Kollektor Funktion werden die empfangen Daten demnach vorzugsweise einer Vorverarbeitung (Processing) unterzogen. Dieses Processing ist ein Unterscheid im Vergleich zu dem klassischen Store and Forward Konzept, welches kein Processing vorsieht. Mit diesem Processing können zielgerechte Verarbeitung, individuell für jede terrestrische Vorrichtung / loT Device und/oder für jedes der mehreren übergeordneten Satellitennetzwerke vorgenommen werden. In Hinblick auf die Übertragungstechnik sind hier individuelle Fehlerkorrekurverfahren und Paket Algorithmen möglich und vorteilhaft. In addition to the pure collector function, the received data are therefore preferably subjected to preprocessing. This processing is a difference compared to the classic store and forward concept, which does not provide for processing. With this processing, targeted processing can be carried out individually for each terrestrial device / loT device and / or for each of the several superordinate satellite networks. With regard to the transmission technology, individual error correction methods and packet algorithms are possible and advantageous here.
Zusammen mit einer Schnittstelle 38 dienen die Bodenstationen 36 als Satkomprovider 39, wie beispielsweise der Firmen Inmarsat, Eutelsat, SES. Die Schnittstelle 38 stellt eine insbesondere bidirektionale Kommunikationsverbindung zwischen der Bodenstation 36 und dem Server 80 bzw. der Cloud 8 her. Optional kann zusätzlich eine als SmartSat-Link 22 bezeichnete Kommunikationsverbindung zwischen SmartSat 20 des Kommunikationssystems 1 und der Bodenstation 36 hergestellt werden. Together with an interface 38, the ground stations 36 serve as satellite providers 39, such as those from Inmarsat, Eutelsat, SES. The interface 38 establishes an in particular bidirectional communication link between the ground station 36 and the server 80 or the cloud 8. Optionally, a communication link called SmartSat-Link 22 can also be established between SmartSat 20 of communication system 1 and ground station 36.
Fig. 2 zeigt schematisch und exemplarisch die Kommunikationsvorrichtung 10 der Fig. 1 im Detail. Die Kommunikationsvorrichtung 10 umfasst eine erste Schnittstelle 12 zur Kommunikation mit der terrestrischen Vorrichtung 6. Hierzu ist eine insbesondere bidirektionale erste Kommunikationsverbindung 11 zwischen erster Schnittstelle 12 und terrestrischer Vorrichtung 6 gezeigt. Die Kommunikationsverbindung 11 ist beispielsweise eine Kommunikationsverbindung mittels UHF oder VHF, ohne darauf beschränkt zu sein. Ferner ist eine zweite Schnittstelle 14 gezeigt, die eine insbesondere bidirektionale Kommunikationsverbindung 13 zu einem übergeordneten Satellitennetzwerk 30 und insbesondere zu einem der Satelliten 32 davon ausbildet. FIG. 2 shows schematically and by way of example the communication device 10 of FIG. 1 in detail. The communication device 10 comprises a first interface 12 for communication with the terrestrial device 6. For this purpose, an in particular bidirectional first communication connection 11 is shown between the first interface 12 and the terrestrial device 6. The communication link 11 is, for example, a communication link using UHF or VHF, without being restricted thereto. Furthermore, a second interface 14 is shown, which forms an in particular bidirectional communication connection 13 to a superordinate satellite network 30 and in particular to one of the satellites 32 thereof.
Eine dritte Schnittstelle 16 ist dazu ausgebildet, eine insbesondere bidirektionale Kommunikationsverbindung 15 mit dem Satelliten 20 selbst insbesondere zum Austausch von Telemetriedaten und Kommandodaten auszubilden. A third interface 16 is designed to set up an in particular bidirectional communication connection 15 with the satellite 20 itself, in particular for the exchange of telemetry data and command data.
Eine vierte Schnittstelle 18 ist dazu ausgebildet, eine insbesondere bidirektionale Kommunikationsverbindung 17 zu einem weiteren Satelliten 20 des Kommunikationssystems 1 auszubilden. Schließlich umfasst die Kommunikationsvorrichtung 10 eine Steuerung 19, die dazu eingerichtet ist, die Verbindung mit dem in Fig. 1 gezeigten Server 80 unter Verwendung der diversen Schnittstellen der Kommunikationsvorrichtung 10 auszubilden. Hierbei ist der Zweck der Kommunikationsvorrichtung 10 zweigeteilt, so können beispielsweise Daten von der terrestrischen Vorrichtung 6 über die erste Schnittstelle 12 empfangen werden und über das übergeordnetes Netzwerk 30 mittels der zweiten Schnittstelle 14 weitergeleitet werden. Aber auch der operationeile Betrieb des Satelliten 20 ist mittels der Kommunikationsvorrichtung 10 besonders vorteilhaft möglich. So ist es möglich, Daten wie Telemetriedaten des Satelliten 20 über die dritte Schnittstelle 16 zu empfangen und an den Server 80 der Cloud 8 zu übertragen. Auch der Rückkanal ist möglich, d.h., dass Steuerungs- und/oder Verwaltungsdaten aus der Cloud 8 an den Satelliten 20, an dem die Kommunikationsvorrichtung 10 bereitgestellt ist, übertragen werden. So ist eine Steuerung des Satelliten 20 aus der Cloud 8 möglich. A fourth interface 18 is designed to form an in particular bidirectional communication connection 17 to a further satellite 20 of the communication system 1. Finally, the communication device 10 comprises a controller 19 which is set up to establish the connection with the server 80 shown in FIG. 1 using the various interfaces of the communication device 10. The purpose of the communication device 10 is divided into two parts; for example, data can be received from the terrestrial device 6 via the first interface 12 and forwarded via the higher-level network 30 by means of the second interface 14. However, the operational operation of the satellite 20 is also possible in a particularly advantageous manner by means of the communication device 10. It is thus possible to receive data such as telemetry data from the satellite 20 via the third interface 16 and to transmit them to the server 80 of the cloud 8. The return channel is also possible, i.e. control and / or management data are transmitted from the cloud 8 to the satellite 20 on which the communication device 10 is provided. Control of the satellite 20 from the cloud 8 is thus possible.
Auch wird durch die beschriebene Kommunikationsvorrichtung 10 demnach besonders vorteilhaft ein Aktualisieren der auf dem Satelliten 20 und/oder auf der terrestrischen Vorrichtung 6 laufenden Software über die Cloud 8 ermöglicht. Anders ausgedrückt, eine Update-Funktionalität des Satelliten 20 und/oder der terrestrischen Vorrichtung 6 ist aus der Cloud 8 möglich. The described communication device 10 also enables the software running on the satellite 20 and / or on the terrestrial device 6 to be updated via the cloud 8 in a particularly advantageous manner. In other words, an update functionality of the satellite 20 and / or the terrestrial device 6 is possible from the cloud 8.
Die terrestrischen Vorrichtungen 6 verwenden kleinste Datenraten bei gleichzeitig geringem Leistungsverbrauch und kleinsten Formfaktor. Die Kombination aus diesen drei Faktoren wird durch die Kommunikationsvorrichtung 10 und die SmartSats 20, die eine Kommunikation über das übergeordnetes Satellitennetzwerk 30 mit der Cloud 8 implementieren, angeboten. Das übergeordnete Satellitennetzwerk 30 kann beispielsweise ein im geostationären Orbit GEO angeordnetes Satellitennetzwerk oder eine Megakonstellation im LEO sein. The terrestrial devices 6 use extremely low data rates with at the same time low power consumption and the smallest form factor. The combination of these three factors is offered by the communication device 10 and the SmartSats 20, which implement communication via the superordinate satellite network 30 with the cloud 8. The superordinate satellite network 30 can be, for example, a satellite network arranged in the geostationary orbit GEO or a mega-constellation in the LEO.
Geringere Distanzen von der terrestrischen Vorrichtung 6 zu dem SmartSat 20 ermöglichen kleine Datenraten bei geringem Leistungsverbrauch. Die SmartSats 20 nutzen die übergeordneten Satelliten 32 des übergeordneten Satellitennetzwerkes 30 als Backbone. Shorter distances from the terrestrial device 6 to the SmartSat 20 enable small data rates with low power consumption. The SmartSats 20 use the superordinate satellites 32 of the superordinate satellite network 30 as a backbone.
So wird ein eine Kommunikationsvorrichtung 10 als Datenkollektor für einen oder mehrere terrestrische Vorrichtungen 6, insbesondere IoT-Geräte, verwendet, um die gesammelten Daten beispielsweise weiterzuleiten. Anders ausgedrückt fungiert das in Fig. 1 gezeigte Kommunikationssystem 1 als Bindeglied zwischen der terrestrischen Vorrichtung 6 und dem übergeordneten Satellitennetzwerk 30. Hierdurch ergibt sich eine Unabhängigkeit von dem gewählten Betreiber des übergeordneten Satellitennetzwerkes 30. Für die Anwendung und den Nutzer insbesondere der terrestrischen Vorrichtungen 6 wirkt das Kommunikationssystem 1 transparent, wobei vorzugsweise nicht von Interesse ist, welches übergeordnetes Satellitennetzwerk 30 verwendet wird. So hat sich der Betreiber der terrestrischen Vorrichtungen 6 im Zweifel nicht um die Wahl des übergeordneten Satellitennetzwerkes 30 zu kümmern, wobei die Auswahl des übergeordneten Satellitennetzwerkes 30 auch basierend auf Parametern der Daten der terrestrischen Vorrichtung 6 oder geographischen Positionen der Bodenstationen 36 des übergeordneten Satellitennetzwerkes 30 erfolgen kann, beispielsweise um Anforderungen lokaler Datenschutzbestimmungen gerecht zu werden. Thus, a communication device 10 is used as a data collector for one or more terrestrial devices 6, in particular IoT devices, in order to forward the collected data, for example. In other words, the communication system 1 shown in FIG. 1 acts as a link between the terrestrial device 6 and the superordinate satellite network 30. This results in independence from the selected operator of the superordinate satellite network 30. The terrestrial devices 6 in particular acts for the application and the user the communication system 1 is transparent, it preferably being of no interest which superordinate satellite network 30 is used. In case of doubt, the operator of the terrestrial devices 6 does not have to worry about the choice of the superordinate satellite network 30, the selection of the superordinate satellite network 30 also being based on parameters of the data of the terrestrial device 6 or the geographical positions of the ground stations 36 of the superordinate satellite network 30 can, for example, to meet the requirements of local data protection regulations.
Neben den Fähigkeiten der Datenanbindung spielt die Verarbeitung der Daten beziehungsweise der Steuerbefehle für die einzelnen loT Geräte eine zentrale Rolle bei loT-Applikationen. Da das IoT-Gerät nur die grundlegenden Funktionalitäten der Steuertechnik, wie beispielsweise Aufnehmen von Daten und Weiterleiten von Daten, besitzt, liegt es an einer zentralen Instanz, komplexere Abhängigkeiten zu bearbeiten. Dies erfolgt vorzugsweise in der Cloud 8. Über die hergestellten Kommunikationsverbindungen ist es möglich, die verarbeiteten Befehle an den SmartSat 20 bzw. auch die terrestrische Vorrichtung 6 weiterzuleiten. In addition to the capabilities of the data connection, the processing of the data or the control commands for the individual loT devices plays a central role in loT applications. Since the IoT device only has the basic functionalities of the control technology, such as recording data and forwarding data, it is up to a central instance to process more complex dependencies. This is preferably done in the cloud 8. It is possible to forward the processed commands to the SmartSat 20 or also to the terrestrial device 6 via the established communication connections.
Bisherige Systeme für Satellitenverbindungen sind inkompatibel mit der Kombination aus Formfaktor, d.h. Antenne und Terminal, Leistungsverbrauch, geringer Datenrate und ökonomischen Aspekten wie Kosten und Zeit. Alternativen wie Low-Power Wide-Area Network über LORA, SigFox, NB-loT, sind derzeit nicht ausreichend verfügbar und es bleibt unklar, ob derartige Standards benötigte Datenmengen und benötigte Interaktion bieten können. Die Nutzung übergeordneter Satellitennetzwerke 30 als Backbone stellt hierfür eine besonders geeignete Lösung bereit. Die erfindungsgemäße Lösung stellt demnächst demnach ein Gesamtsystem bereit, das an die Cloud 8 und die operationeilen Aspekte bei der Nutzung von SmartSats 20 im LBO/GEO angepasst ist, und gleichzeitig mit einem loT-System vereint ist. Previous systems for satellite links are incompatible with the combination of form factor, ie antenna and terminal, power consumption, low data rate and economic aspects such as costs and time. Alternatives such as Low-Power Wide-Area Network via LORA, SigFox, NB-loT are currently not sufficiently available and it remains unclear whether such standards require the amount of data and the required interaction can offer. The use of superordinate satellite networks 30 as a backbone provides a particularly suitable solution for this. The solution according to the invention will therefore soon provide an overall system that is adapted to the cloud 8 and the operational aspects when using SmartSats 20 in the LBO / GEO, and at the same time is combined with a loT system.
Vorzugsweise kann die Hardware der terrestrischen Vorrichtungen 6 durch einen speziellen Impuls des SmartSats 20 über die Kommunikationsverbindung 11 aufgeweckt werden, um einen individuellen, an die Anwendung angepassten und leistungsoptimierten Betrieb zu erreichen, ohne dass eigene dedizierte Bodenstationen, wie Bodenstation 36, notwendig ist. The hardware of the terrestrial devices 6 can preferably be woken up by a special pulse from the SmartSat 20 via the communication connection 11 in order to achieve an individual, application-adapted and performance-optimized operation without the need for dedicated ground stations such as ground station 36.
Die Umgebung der Cloud 8 bildet vorzugsweise die speziellen Eigenschaften von Satellitenverbindungen ab, wie beispielsweise die Position der terrestrischen Vorrichtungen 6, die Orbitbestimmung/-propagation des SmartSat 20, den Upstream zum übergeordneten Satellitennetzwerk 30, etc., um eine praktikable Kommunikation zu gewährleisten. Sie übernimmt, jedoch wie schon beschrieben, vorzugsweise auch die Fähigkeit, erforderliche Kommandierungen am Satelliten selbst durchzuführen. Die Fähigkeit der Cloud 8, eine große Menge an Telemetrie Daten von einer großen Menge an Satelliten analysieren und auswerten zu können, ist eine der besonderen Stärken und Änderungen im Vergleich zum klassischen Betrieb. Die besonders herauszuheben Vorteile des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems 1 sind, dass kein Betrieb einer eigenen Bodenstation 36 notwendig ist. Ein nahtloser Service lässt sich für Kunden anbieten und ist für Anwendungen nutzbar, welche über lange Zeit abgelegenen Orten ohne Stromversorgung Daten sammeln. Eine globale Nutzung unabhängig von Mobilfunk Betreibern, d.h. außerhalb der Mobilfunkabdeckung 52 ist möglich. The environment of the cloud 8 preferably maps the special properties of satellite connections, such as the position of the terrestrial devices 6, the orbit determination / propagation of the SmartSat 20, the upstream to the higher-level satellite network 30, etc., in order to ensure practicable communication. However, as already described, it preferably also takes on the ability to carry out necessary commands on the satellite itself. The ability of the Cloud 8 to analyze and evaluate a large amount of telemetry data from a large number of satellites is one of the particular strengths and changes compared to classic operation. The particular advantages of the communication system 1 according to the invention are that it is not necessary to operate a dedicated ground station 36. A seamless service can be offered to customers and can be used for applications that collect data over long periods of remote locations without power. Global use independent of cell phone operators, i.e. outside of cell phone coverage 52, is possible.
Die Konfiguration von Satelliten 20 beziehungsweise die Konfiguration von terrestrischen Vorrichtungen 6, wie IoT-Geräten, muss nicht vor Ort durchgeführt werden, sondern kann über die Cloud 8 und den darin implementierten Cloud Service erfolgen. Auch ist das Kommunikationssystem 1 beliebig skalierbar, was heißt, dass die Anzahl der loT-Geräte beliebig erhöht werden kann. loT Anwendungen können somit außerhalb der Netzabdeckung ausgeführt werden, beispielsweise maritim. Auch ergeben sich durch das erfindungsgemäße Kommunikationssystem 1 neue Ansätze für den Betrieb von Satelliten, wie den SmartSats 20. Der SmartSat 20 fungiert demnach sowohl als Bindeglied zwischen übergeordneten Satellitennetzwerk 30 und terrestrischer Vorrichtung 6 als auch selbst als eine Art loT- Gerät, wobei der Cloud Service dann Telemetriedaten des SmartSats 20 als Sensordaten des IoT-Geräts selbst nutzt. Es ist somit möglich die Telemetrie (TMTC) in der Cloud 8 zu betreiben. The configuration of satellites 20 or the configuration of terrestrial devices 6, such as IoT devices, does not have to be carried out on site, but can take place via the cloud 8 and the cloud service implemented therein. The communication system 1 can also be scaled as desired, which means that the number of loT devices can be increased as desired. loT applications can thus be run outside the network coverage, for example maritime. The communication system 1 according to the invention also results in new approaches for the operation of satellites, such as the SmartSats 20. The SmartSat 20 therefore functions both as a link between the superordinate satellite network 30 and the terrestrial device 6 and as a kind of loT device itself, the cloud service then using telemetry data from the SmartSat 20 as sensor data from the IoT device itself. It is thus possible to operate the telemetry (TMTC) in the cloud 8.
Auch wenn der Einsatz des Kommunikationssystems 1 nicht darauf beschränkt ist, so ergeben sich besonders bevorzugte Anwendungsbereiche. Diese umfassen eine Überwachung der Korrosion von Öl-Pipelines, die Überwachung von Bahnschienen, Weichen, Stellsignalen, die Nachverfolgung von Containern, Feldüberwachung, beispielsweise auch von Bewässerungsanlagen, Untersuchungen in alpinem Gelände wie Mineralien und Böden sowie Feuermelder in Wäldern. Globale Bewegungen können visualisiert werden, beispielsweise Supply Chain, Tiere oder Plattentektonik, Wildmonitore zur Regulierung des Wildbestandes und Videoüberwachung von Buchten sind möglich. Even if the use of the communication system 1 is not restricted to this, particularly preferred areas of application result. These include monitoring of the corrosion of oil pipelines, monitoring of railroad tracks, switches, control signals, tracking of containers, field monitoring, for example also of irrigation systems, investigations in alpine terrain such as minerals and soils as well as fire alarms in forests. Global movements can be visualized, for example supply chain, animals or plate tectonics, game monitors to regulate the game population and video monitoring of pens are possible.
Fig. 3 zeigt schematisch und exemplarisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Übertragen von Daten einer terrestrischen Vorrichtung 6, insbesondere einer lnternet-of- Things (loT)- Vorrichtung, zu einem Server 80. 3 shows, schematically and by way of example, a flowchart of a method 100 for transmitting data from a terrestrial device 6, in particular an Internet-of-Things (loT) device, to a server 80.
Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 110 des Übertragens von Daten von der terrestrischen Vorrichtung 6 an eine erste Schnittstelle 12 einerThe method 100 comprises a step 110 of transmitting data from the terrestrial device 6 to a first interface 12 of a
Kommunikationsvorrichtung 10 auf einem SmartSat 20 in einer Erdumlaufbahn, insbesondere einem CubeSat. Die Daten sind beispielsweise Sensordaten der terrestrischen Vorrichtung 6. Communication device 10 on a SmartSat 20 in earth orbit, in particular a CubeSat. The data are, for example, sensor data of the terrestrial device 6.
Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt 120 des Übertragens der Daten durch die Kommunikationsvorrichtung 10 mittels einer zweiten Schnittstelle 14 an ein übergeordnetes Satellitennetzwerk 30. Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt 130 des Übertragens der Daten durch das übergeordnete Satellitennetzwerk 30 an eine zugehörige Bodenstation 36. Daran schließt sich ein Schritt 140 des Übertragens der Daten von der Bodenstation 36 an den Server 80 an. The method 100 further comprises a step 120 of transmitting the data by the communication device 10 by means of a second interface 14 to a higher-level satellite network 30. The method 100 further comprises a step 130 of transmitting the data through the higher-level satellite network 30 to an associated ground station 36. This is followed by a step 140 of transmitting the data from the ground station 36 to the server 80.
Fig. 4 zeigt schematisch und exemplarisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Übertragen von Daten eines SmartSat 20 in einer Erdumlaufbahn, insbesondere einem CubeSat, insbesondere in der Art einer Internet-of-Things (loT)-Vorrichtung, zu einem Server 80. Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt 210 des Übertragens von Daten, insbesondere von Telemetriedaten, von dem SmartSat 20 an eine dritte Schnittstelle 16 einer Kommunikationsvorrichtung 10 auf dem SmartSat 20. Die Daten sind beispielsweise Sensordaten der terrestrischen Vorrichtung 6. 4 shows, schematically and by way of example, a flowchart of a method 200 for transmitting data from a SmartSat 20 in orbit, in particular a CubeSat, in particular in the manner of an Internet of Things (loT) device, to a server 80. The method 200 includes a step 210 of transmitting data, in particular telemetry data, from the SmartSat 20 to a third interface 16 of a communication device 10 on the SmartSat 20. The data are, for example, sensor data from the terrestrial device 6.
Das Verfahren 200 umfasst ferner einen Schritt 220 des Übertragens der Daten durch die Kommunikationsvorrichtung 10 mittels einer zweiten Schnittstelle 14 an ein übergeordnetes Satellitennetzwerk 30. The method 200 further comprises a step 220 of transmitting the data by the communication device 10 by means of a second interface 14 to a higher-level satellite network 30.
Das Verfahren 200 umfasst ferner einen Schritt 230 des Übertragens der Daten durch das übergeordnete Satellitennetzwerk 30 an eine zugehörige Bodenstation 36. Daran schließt sich ein Schritt 240 des Übertragens der Daten von der Bodenstation 36 an den Server 80 an. The method 200 further comprises a step 230 of transmitting the data through the superordinate satellite network 30 to an associated ground station 36. This is followed by a step 240 of transmitting the data from the ground station 36 to the server 80.
Fig. 5 zeigt schematisch und exemplarisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zum Übertragen von Daten an eine terrestrische Vorrichtung 6, insbesondere eine lnternet-of- Things (loT)-Vorrichtung, von einem Server 80, insbesondere zum Steuern und/oder Kalibrieren der terrestrischen Vorrichtung. 5 shows schematically and by way of example a flowchart of a method 300 for transmitting data to a terrestrial device 6, in particular an Internet-of-Things (loT) device, from a server 80, in particular for controlling and / or calibrating the terrestrial device .
Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 310 des Übertragens der Daten, insbesondere der Steuerungs-, Konfigurations- und/oder Kommandodaten, von einem Server 80 an eine Bodenstation 36 eines übergeordneten Satellitennetzwerkes 30. Daran schließt sich ein Schritt 320 des Übertragens der Daten von der Bodenstation 36 an einen Satelliten 32 des übergeordneten Satellitennetzwerks 30 an. The method 300 comprises a step 310 of transmitting the data, in particular the control, configuration and / or command data, from a server 80 to a ground station 36 of a superordinate satellite network 30. This is followed by a step 320 of transmitting the data from the ground station 36 to a satellite 32 of the superordinate satellite network 30.
Das Verfahren 300 umfasst dann einen Schritt 330 des Übertragens von Daten von dem übergeordneten Satellitennetzwerk 30 an eine zweite Schnittstelle 14 einer Kommunikationsvorrichtung 10 auf einem SmartSat 20 in einer Erdumlaufbahn, insbesondere einem CubeSat. The method 300 then comprises a step 330 of transmitting data from the superordinate satellite network 30 to a second interface 14 of a communication device 10 on a SmartSat 20 in an earth orbit, in particular a CubeSat.
Das Verfahren 300 umfasst schließlich einen Schritt 340 des Übertragens der Daten durch die Kommunikationsvorrichtung 10 mittels einer ersten Schnittstelle 12 an die terrestrische Vorrichtung 6. Hierbei kann die Kommunikationsvorrichtung 10 eine geeignete Kommunikation ausführen, um beispielsweise die terrestrische Vorrichtung 6 aus einem Ruhezustand zum Empfang von Daten aufzuwecken. Fig. 6 zeigt schließlich schematisch und exemplarisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zum Übertragen von Daten an einen SmartSat 20 von einem Server 80, insbesondere zum Steuern und/oder Kalibrieren des SmartSat 20. The method 300 finally includes a step 340 of transmitting the data by the communication device 10 by means of a first interface 12 to the terrestrial device 6. In this case, the communication device 10 can carry out a suitable communication, for example to move the terrestrial device 6 from an idle state to receive data to wake up. Finally, FIG. 6 shows schematically and by way of example a flow chart of a method 400 for transmitting data to a SmartSat 20 from a server 80, in particular for controlling and / or calibrating the SmartSat 20.
Das Verfahren 400 umfasst einen Schritt 410 des Übertragens der Daten, insbesondere der Steuerungs-, Konfigurations- und/oder Kommandodaten, von einem Server 80 an eine Bodenstation 36 eines übergeordneten Satellitennetzwerkes 30. Daran schließt sich ein Schritt 420 des Übertragens der Daten von der Bodenstation 36 an einen Satelliten 32 des übergeordneten Satellitennetzwerks 30 an. The method 400 comprises a step 410 of transmitting the data, in particular the control, configuration and / or command data, from a server 80 to a ground station 36 of a higher-level satellite network 30. This is followed by a step 420 of transmitting the data from the ground station 36 to a satellite 32 of the superordinate satellite network 30.
Das Verfahren 400 umfasst dann einen Schritt 430 des Übertragens von Daten von dem übergeordneten Satellitennetzwerk 30 an eine zweite Schnittstelle 14 einer Kommunikationsvorrichtung 10 auf dem SmartSat 20 in einer Erdumlaufbahn, insbesondere einem CubeSat. The method 400 then includes a step 430 of transmitting data from the superordinate satellite network 30 to a second interface 14 of a communication device 10 on the SmartSat 20 in an earth orbit, in particular a CubeSat.
Das Verfahren 400 umfasst schließlich einen Schritt 440 des Übertragens der Daten durch die Kommunikationsvorrichtung 10 mittels einer dritten Schnittstelle 16 an den SmartSat 20. Damit ist eine Steuerung des SmartSat 20 aus der Cloud möglich, ohne dass derThe method 400 finally includes a step 440 of transmitting the data by the communication device 10 to the SmartSat 20 using a third interface 16. This enables the SmartSat 20 to be controlled from the cloud without the
SmartSat 20 unmittelbar Kontakt zu einer Bodenstation benötigt. SmartSat 20 requires direct contact with a ground station.

Claims

Ansprüche Expectations
1 . Kommunikationsvorrichtung (10) zum Betrieb auf Satelliten (20), nachfolgend als SmartSat bezeichnet, in einer Erdumlaufbahn, insbesondere auf CubeSats, die aufweist - eine erste Schnittstelle (12) zur Kommunikation mit einer terrestrischen Vorrichtung1 . Communication device (10) for operation on satellites (20), hereinafter referred to as SmartSat, in an earth orbit, in particular on CubeSats, which has a first interface (12) for communication with a terrestrial device
(6), insbesondere einem Internet-of-Things (loT)-Gerät, (6), especially an Internet-of-Things (loT) device,
eine zweite Schnittstelle (14) zur Kommunikation mit einem übergeordneten Satellitennetzwerk (30) und a second interface (14) for communication with a superordinate satellite network (30) and
eine Steuerung (19), die dazu eingerichtet ist, Daten der terrestrischen Vorrichtung (6) über die erste Schnittstelle (12) zu empfangen und über die zweite Schnittstelle (14) und das übergeordnete Satellitennetzwerk (30) an einen Server (80) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (19) dazu ausgebildet ist, eine Verbindung zu unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerken (30) aufzubauen, um durch Auswahl eines der unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerke eine Verbindung zu dem Server (80) aufzubauen. a controller (19) which is set up to receive data from the terrestrial device (6) via the first interface (12) and to transmit them to a server (80) via the second interface (14) and the superordinate satellite network (30) , characterized in that the controller (19) is designed to set up a connection to different superordinate satellite networks (30) in order to set up a connection to the server (80) by selecting one of the different superordinate satellite networks.
2. Kommunikationsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die Steuerung (19) dazu ausgebildet ist, Daten von einer terrestrischen Vorrichtung (6) oder mehreren terrestrischen Vorrichtungen (6) zu sammeln und gebündelt über die zweite Schnittstelle (14) zu übertragen. 2. Communication device (10) according to claim 1, wherein the controller (19) is designed to collect data from a terrestrial device (6) or several terrestrial devices (6) and to transmit them in bundled form via the second interface (14).
3. Kommunikationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationsvorrichtung (10) ferner eine dritte Schnittstelle (16) zur Kommunikation mit dem Satelliten (20) selbst zum Austausch von Telemetriedaten und Kommandodaten aufweist und wobei 3. Communication device (10) according to one of the preceding claims, wherein the communication device (10) further comprises a third interface (16) for communication with the satellite (20) itself for the exchange of telemetry data and command data, and wherein
die Steuerung (19) dazu ausgebildet ist, wenigstens eines aus Telemetriedaten und Kommandodaten des Satelliten (20) und/oder der terrestrischen Vorrichtung (6) an den Server (80) zu übertragen und/oder Kommandodaten wenigstens eines aus dem Satelliten (20) und der terrestrischen Vorrichtung (6) von dem Server (80) über die zweite Schnittstelle (14) zu empfangen. the controller (19) is designed to transmit at least one of telemetry data and command data from the satellite (20) and / or the terrestrial device (6) to the server (80) and / or command data from at least one from the satellite (20) and of the terrestrial device (6) from the server (80) via the second interface (14).
4. Kommunikationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Schnittstelle (12) und/oder die zweite Schnittstelle (14) als Software Defined Radio (SDR) implementiert ist, so dass eine flexible Anpassung an die terrestrische Vorrichtung (6) und/oder das übergeordnete Satellitennetzwerk (30) möglich ist. 4. Communication device (10) according to one of the preceding claims, wherein the first interface (12) and / or the second interface (14) is implemented as Software Defined Radio (SDR), so that flexible adaptation to the terrestrial device (6) and / or the higher-level satellite network (30) is possible.
5. Kommunikationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Schnittstelle (12) im Vergleich zu der zweiten Schnittstelle (14) zur Kommunikation mittels niedrigerer Frequenz ausgebildet ist, wobei insbesondere 5. Communication device (10) according to one of the preceding claims, wherein the first interface (12) compared to the second interface (14) is designed for communication by means of a lower frequency, wherein in particular
die erste Schnittstelle (12) zur Kommunikation mittels Ultra High Frequency (UHF) und/oder Very High Frequency (VHF) ausgebildet ist, und/oder wobei insbesondere the first interface (12) is designed for communication by means of ultra high frequency (UHF) and / or very high frequency (VHF), and / or wherein in particular
die zweite Schnittstelle (14) zur Kommunikation mittels Breitband, insbesondere mittels wenigstens eines aus UHF, VHF, L-Band, S-Band, C-Band, X-Band, Ku-Band, Ka- Band und E-Band ausgebildet ist. the second interface (14) for communication by means of broadband, in particular by means of at least one of UHF, VHF, L-band, S-band, C-band, X-band, K u -band, K a -band and E-band is.
6. Kommunikationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (19) dazu ausgebildet ist, die Kommunikationsvorrichtung (10) gegenüber dem übergeordneten Satellitennetzwerk (30) als Satelliten-Provider, insbesondere analog zu einem Internet-Service-Provider (ISP), zu identifizieren. 6. Communication device (10) according to one of the preceding claims, wherein the controller (19) is designed to connect the communication device (10) to the superordinate satellite network (30) as a satellite provider, in particular analogous to an Internet service provider (ISP ), to identify.
7. Kommunikationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (19) dazu ausgebildet ist, eines aus den unterschiedlichen übergeordneten Satelliten netzwerken (30) zur Verbindung anhand wenigstens einer der folgenden Kriterien auszuwählen: 7. Communication device (10) according to one of the preceding claims, wherein the controller (19) is designed to select one of the different superordinate satellite networks (30) for connection based on at least one of the following criteria:
Parameter der Daten der terrestrischen Vorrichtung (6), Parameters of the data of the terrestrial device (6),
Geografische Position einer Bodenstation (36) des übergeordneten Geographical position of a ground station (36) of the parent
Satellitennetzwerks (30), Satellite network (30),
Geografische Positionen der, oder eines einzelnen Satelliten (32) des übergeordneten Satellitennetzwerks (30), Geographical positions of, or an individual satellite (32) of the superordinate satellite network (30),
Kapazitäten der übergeordneten Satellitennetzwerke (30), Capacities of the superordinate satellite networks (30),
In der Steuerung (19) vorgebbarer Zeitplan. In the control (19) predeterminable schedule.
8. Kommunikationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationsvorrichtung (10) zum Betrieb in einem Low Earth Orbit (LEO) ausgebildet ist. 8. Communication device (10) according to one of the preceding claims, wherein the communication device (10) is designed for operation in a Low Earth Orbit (LEO).
9. Kommunikationsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das übergeordnete Satellitennetzwerk (30) in wenigstens einem aus einem geostationären9. Communication device (10) according to one of the preceding claims, wherein the superordinate satellite network (30) in at least one of a geostationary
Orbit (engl. Geosynchronous equatorial orbit, GEO) und einem erdnahen Orbit, insbesondere einem Low Earth Orbit (LEO), ausgebildet ist. Orbit (Eng. Geosynchronous equatorial orbit, GEO) and a near-earth orbit, in particular a Low Earth Orbit (LEO), is formed.
10. Kommunikationssystem (1), umfassend mehrere Kommunikationsvorrichtungen (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mehreren Kommunikationsvorrichtungen (10) jeweils eine vierte Schnittstelle (18) zur Kommunikation mit jeweils anderen Kommunikationsvorrichtungen (10) des Kommunikationssystems (1) umfassen. 10. Communication system (1), comprising a plurality of communication devices (10) according to any one of the preceding claims, wherein the plurality of communication devices (10) each include a fourth interface (18) for communication with other communication devices (10) of the communication system (1).
1 1 . Verfahren (100) zum Übertragen von Daten einer terrestrischen Vorrichtung (6), insbesondere einer Internet-of-Things (loT)-Vorrichtung, zu einem Server (80), umfassend die folgenden Schritte: 1 1. Method (100) for transmitting data from a terrestrial device (6), in particular an Internet-of-Things (loT) device, to a server (80), comprising the following steps:
Übertragen (1 10) von Daten von der terrestrischen Vorrichtung an eine erste Schnittstelle einer Kommunikationsvorrichtung (10) in einer Erdumlaufbahn, insbesondere eines CubeSats, Transmission (1 10) of data from the terrestrial device to a first interface of a communication device (10) in an earth orbit, in particular a CubeSat,
Auswahl, durch die Kommunikationsvorrichtung (10), eines aus unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerken, um eine Verbindung zu dem Server (80) aufzubauen, Selection, by the communication device (10), of one of different superordinate satellite networks in order to set up a connection to the server (80),
Übertragen (120) der Daten durch die Kommunikationsvorrichtung (10) mittels einer zweiten Schnittstelle an das ausgewählte übergeordnete Satellitennetzwerk, Transmission (120) of the data by the communication device (10) by means of a second interface to the selected higher-level satellite network,
Übertragen (130) der Daten durch das ausgewählte übergeordnete Satellitennetzwerk über eine zugehörige Bodenstation an den Server. Transmitting (130) the data through the selected superordinate satellite network to the server via an associated ground station.
12. Kommunikationsvorrichtung (10) zum Betrieb auf Satelliten (20), nachfolgend als SmartSat bezeichnet, in einer Erdumlaufbahn, insbesondere auf CubeSats, die aufweist eine zweite Schnittstelle (14) zur Kommunikation mit einem übergeordneten Satellitennetzwerk (30), 12. Communication device (10) for operation on satellites (20), hereinafter referred to as SmartSat, in an earth orbit, in particular on CubeSats, which has a second interface (14) for communication with a higher-level satellite network (30),
- eine dritte Schnittstelle (16) zur Kommunikation mit dem Satelliten (20) selbst zum- A third interface (16) for communication with the satellite (20) itself to the
Austausch von Telemetriedaten und/oder Kommandodaten und Exchange of telemetry data and / or command data and
eine Steuerung (19), die dazu eingerichtet ist, wenigstens eines aus Telemetriedaten und Kommandodaten des Satelliten (20) an einen Server (80) zu übertragen und/oder Kommandodaten des Satelliten (20) von dem Server (80) über die zweite Schnittstelle (14) zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (19) dazu ausgebildet ist, eine Verbindung zu unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerken (30) aufzubauen, um durch Auswahl eines der unterschiedlichen übergeordneten Satellitennetzwerke eine Verbindung zu dem Server (80) aufzubauen. a controller (19) which is set up to transmit at least one of telemetry data and command data from the satellite (20) to a server (80) and / or command data from the satellite (20) from the server (80) via the second interface ( 14), characterized in that the controller (19) is designed to set up a connection to different superordinate satellite networks (30) in order to set up a connection to the server (80) by selecting one of the different superordinate satellite networks.
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