(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第１の移動セグメント・ノードにより、ダイレクトに、または、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第２の移動セグメント・ノードを介して、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第１の試みを実行することと、
前記第１の移動セグメント・ノードによる前記第１の試みの成功または失敗を判定することと、
前記第１の試みが失敗したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの衛星セグメントを介して前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第２の試みを実行することと
を備え、
前記第１の移動セグメント・ノードは、前記通信経路の測定信号対干渉・雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて、周波数を適応的に再利用するように構成される、方法。
【請求項２】
前記第１の試みが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信することと、インターネットからパケットを受信することと
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の試みが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記衛星セグメントを介して確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信することと、インターネットからパケットを受信することと、
前記衛星セグメントを介してパケットを送信および受信しているあいだ、前記第１の移動セグメント・ノードにより前記第１の試みを継続的に繰り返すことと
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記繰り返しの第１の試みのうちのいずれか１つが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記衛星セグメントを介した通信を切断すること
をさらに備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記繰り返しの第１の試みのうちのいずれか１つが成功したことによって確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信することと、インターネットからパケットを受信することと
をさらに備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
インターネットと通信し、少なくとも１つの宇宙セグメント・ノードを備える衛星セグメントと通信する少なくとも１つの地上セグメント・ノードを備える地上セグメントと、
インターネットへのアクセスのために、互いと、および、前記少なくとも１つの地上セグメント・ノードと、適応的に通信するように構成された複数の移動セグメント・ノードであって、地上セグメント・ノードとの、ダイレクトな通信リンク、または、前記複数の移動セグメント・ノードのうちの他の移動セグメント・ノードを介した通信リンクが利用不可能である場合にのみ、前記少なくとも１つの宇宙セグメント・ノードと通信するように構成された複数の移動セグメント・ノードを備える、移動セグメントと
を備え、
前記移動セグメント・ノードは、通信リンクの測定信号対干渉・雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて、周波数を適応的に再利用するように構成される、通信ネットワーク。
【請求項７】
前記移動セグメント・ノードは、アクセス端末（ＡＴ）モードとアクセス・ポイント（ＡＰ）モードとをサポートするように構成された少なくとも１つのモデム・モジュールを備える、請求項６に記載のネットワーク。
【請求項８】
前記移動セグメント・ノードは、
他の移動セグメント・ノードによる発見のためにプローブ信号を送信し、
前記他の移動セグメント・ノードから応答メッセージを受信し、
前記応答メッセージの受信に応じ、前記他の移動セグメント・ノードと通信リンクを確立する
ように構成される、請求項６に記載のネットワーク。
【請求項９】
前記移動セグメント・ノードは、前記移動セグメント・ノードのうちの別の移動セグメント・ノードに対応するリンクにおける信号対干渉・雑音比（ＳＩＮＲ）の測定値に応じて、リンク・レベルのデータ・レートを適応的に変更するように構成される、請求項６に記載のネットワーク。
【請求項１０】
前記移動セグメント・ノードは、前記リンク・レベルのデータ・レートに応じて、リンク・レベルの電力レベルを適応的に変更するように構成される、請求項９に記載のネットワーク。
【請求項１１】
前記移動セグメント・ノードは、適応的なビーム・フォーミング・アンテナを用いて、前記移動セグメント・ノードのうちの他の移動セグメント・ノードのほうにビームを方向づけるように構成される、請求項６に記載のネットワーク。
【請求項１２】
前記移動セグメント・ノードは、幅の広いビームでプローブ・メッセージを送信し、方向づけられたビームで応答を受信するように構成される、請求項１１に記載のネットワーク。
【請求項１３】
無線通信のためのシステムであって、
ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第１の移動セグメント・ノードにより、ダイレクトに、または、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第２の移動セグメント・ノードを介して、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第１の試みを実行するための手段と、
前記第１の移動セグメント・ノードによる前記第１の試みの成功または失敗を判定するための手段と、
前記第１の試みが失敗したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの衛星セグメントを介して前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第２の試みを実行するための手段と
を備え、
前記第１の移動セグメント・ノードは、前記通信経路の測定信号対干渉・雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて、周波数を適応的に再利用するように構成される、システム。
【請求項１４】
無線通信のための装置であって、
少なくとも１つのプロセッサと、
前記少なくとも１つのプロセッサに結合されたメモリと
を備え、ここで、前記少なくとも１つのプロセッサは、
ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第１の移動セグメント・ノードにより、ダイレクトに、または、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第２の移動セグメント・ノードを介して、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第１の試みを実行し、
前記第１の移動セグメント・ノードによる前記第１の試みの成功または失敗を判定し、
前記第１の試みが失敗したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの衛星セグメントを介して前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第２の試みを実行する
ように構成され、
前記第１の移動セグメント・ノードは、前記通信経路の測定信号対干渉・雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて、周波数を適応的に再利用するように構成される、装置。
【請求項１５】
前記プロセッサは、
前記第１の試みが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信し、インターネットからパケットを受信する
ように構成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記プロセッサは、
前記第２の試みが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記衛星セグメントを介して確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信し、インターネットからパケットを受信し、
前記衛星セグメントを介してパケットを送信および受信しているあいだ、前記第１の移動セグメント・ノードにより前記第１の試みを継続的に繰り返す
ように構成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセッサは、
前記繰り返しの第１の試みのうちのいずれか１つが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記衛星セグメントを介した通信を切断する
ように構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記プロセッサは、
前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記繰り返しの第１の試みのうちのいずれか１つが成功したことによって確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信し、インターネットからパケットを受信する
ように構成される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
無線ネットワークにおける無線通信のためのプログラム・コードが記録されたコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
前記プログラム・コードは、
ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第１の移動セグメント・ノードにより、ダイレクトに、または、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第２の移動セグメント・ノードを介して、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第１の試みを実行するためのプログラム・コードと、
前記第１の移動セグメント・ノードによる前記第１の試みの成功または失敗を判定するためのプログラム・コードと、
前記第１の試みが失敗したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの衛星セグメントを介して前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第２の試みを実行するためのプログラム・コードと
を備え、
前記第１の移動セグメント・ノードは、前記通信経路の測定信号対干渉・雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて、周波数を適応的に再利用するように構成される、コンピュータ読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本特許出願は、２０１０年５月１８日に出願され、本願の譲受人に譲渡され、ここでの引用によりその全内容がここに明確に組み込まれる、「航空機および船でのインターネット・サービス・システムのためのハイブリッド衛星メッシュ・ネットワーク・システム」（“Hybrid Satellite and Mesh Network System for Aircraft and Ship Internet Service System”）と題する米国仮特許出願番号第６１／３４５，８８４号の権利を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示の態様は一般的に、無線通信システムに関し、より詳細には、移動メッシュ・ネットワーク・ノードと、地上局ノードと、衛星ノードとからなるハイブリッド・ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００３】
海を越えて、または離れた陸地エリアにわたって移動する航空機は、ケーブル（たとえば、銅製のケーブルまたはファイバ）を介したインターネット・コネクティビティのためのダイレクトな無線リンクにアクセスすることができない。衛星に基づいたインターネット・サービスが一部の航空機および船で利用可能となっているが、これは主に、乗務員向けに業務上重要なコネクティビティを提供するために使用されてきた。乗客向けのインターネット・サービスを提供するために衛星が使用された場合、実現可能なコストで乗客にブロードバンド・サービスを提供することは不可能であった。航空機の乗客向けの衛星に基づいたブロードバンド・サービスのこれまでの試みはコストが高く、その結果、遠く離れた航空機のためのカバレッジは実現不可能なままであった。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の態様は、例えばインターネットのような地上を拠点とするネットワークへの航空機および船によるアクセスを改善する、移動メッシュ・ネットワーク・ノードと、地上局ノードと、衛星ノードとからなるハイブリッド・ネットワークを提供する。本開示の実施形態は、たとえば、低コストかつ高帯域幅のインターネット・コネクティビティを航空機および船に提供するが、航空機および船は、それがなければ、ライン・オブ・サイト（line of sight）の通信経路がないので、陸地を拠点とする基地局に接続不可能であり得る。
【０００５】
本開示の態様により説明される設計は、航空機と、船と、専用ブイと、陸地を拠点とする基地局との間でメッシュ・ネットワークを構築することにより、高価な衛星帯域幅の使用を減じる。例示的な実施形態において、システムは、デフォルトでは、このメッシュ・ネットワークにおけるリンクを使用して公共のインターネットへのコネクティビティ・ポイントに到達することになっており、このメッシュ・ネットワークを介したコネクティビティにおける空白を埋めるためにだけ、衛星リンクを使用する。
【０００６】
本開示の１つの態様に係る無線通信のための方法では、ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第１の移動セグメント・ノードにより、ダイレクトに、または、ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第２の移動セグメント・ノードを介して、ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第１の試みが実行される。ついで、第１の移動セグメント・ノードによる第１の試みの失敗または成功が判定される。第１の試みが失敗したとの判定に応じて、第１の移動セグメント・ノードにより、ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの衛星セグメントを介してハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第２の試みが実行される。
【０００７】
本開示の別の態様は、通信ネットワークを提供し、この通信ネットワークにおいて、地上セグメントは、インターネットと通信する少なくとも１つの地上セグメント・ノードを含む。このネットワークの宇宙セグメントは、地上セグメント・ノードと通信する少なくとも１つの宇宙セグメント・ノードを含む。このネットワークの移動セグメントは、インターネットへのアクセスのために、互いに、そして地上セグメント・ノードと、適応的に通信するように構成された、多数の移動セグメント・ノードを含む。移動セグメント・ノードはまた、地上セグメント・ノードとの通信リンクが、ダイレクトでも他の移動セグメント・ノードを介しても利用不可能である場合にのみ、宇宙セグメント・ノードと通信するように構成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本開示の例示的な実施形態に係るハイブリッド・メッシュ・ネットワーク衛星通信システムのシステム・ブロック図である。
【図２】図２は、本開示の例示的な実施形態に係るメッシュ無線トランシーバ・システムのシステム・ブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本開示の例示的な実施形態に係るメッシュ・ネットワーク・アンテナと衛星アンテナとを有する航空機のシステム・ブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示の例示的な実施形態に係るメッシュ・ネットワーク・アンテナと衛星アンテナとを有する航空機のシステム・ブロック図である。
【図４】図４は、本開示の例示的な実施形態に係る、航空機および船でのインターネット・サービスのための、ハイブリッド衛星メッシュ・ネットワーク・システムによる無線通信のための方法の処理フローチャートである。
【図５】図５は、本開示の例示的な実施形態に係る、新たなＡＰノードがメッシュ・ネットワークにおける他のノードを発見するための方法の処理フローチャートである。
【図６】図６は、本開示の例示的な実施形態に係る、新たなＡＴノードにより既存のＡＰノードを検出するための方法の処理フローチャートである。
【図７】図７は、本開示の例示的な実施形態に係る、１つのＡＰノードから複数のＡＴノードへの通信をスケジューリングするためのキャリア検知多元接続（ＣＳＭＡ）方法の処理フローチャートである。
【図８】図８は、本開示の例示的な実施形態に係る、ＡＰによる中央スケジューリングのための方法の処理フローチャートである。
【図９】図９は、本開示の例示的な実施形態に係る、リンク・レベルのデータ・レート適応のための方法の処理フローチャートである。
【図１０】図１０は、本開示の例示的な実施形態に係る、メッシュ・ネットワークにおけるリンク・レベルの電力制御のための方法の処理フローチャートである。
【図１１】図１１は、本開示の例示的な実施形態に係る、リンク・データ・レートを最大化するためにビームを適応的に調節するための方法の処理フローチャートである。
【図１２】図１２は、本開示の例示的な実施形態に係る、ＦＤＤ複信スキームにおけるビーム・フォーミングのための方法の処理フローチャートである。
【図１３】図１３は、本開示の例示的な実施形態に係る、地上セグメント・ノードと移動セグメント・ノードとの間のビームを調節するための方法の処理フローチャートである。
【図１４】図１４は、本開示の例示的な実施形態に係る、移動ノードから地上ノードへトラヒックを分割するための方法の処理フローチャートである。
【図１５】図１５は、本開示の例示的な実施形態に係る、メッシュ・ネットワークと地上マイクロ波リンクとの間の干渉を減少させるための方法の処理フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の例示的な実施形態に係るネットワーク・アーキテクチャが図１を参照して説明される。ネットワーク・アーキテクチャ１００は、地上セグメント、移動セグメント、宇宙セグメントという３つのセグメントに分けられるノード１０２、１０８、１１０のセットを含む。各セグメントは、複数のノードを有することができる。
【００１０】
地上セグメントのノードは、ケーブル、ファイバ、または衛星バックホール１０６を介してインターネット１０４に接続可能な局１０２を含む。これらの局１０２は、陸地を拠点とした地上局、または海底上を走るファイバに接続する、海を拠点としたブイ、のいずれかであることができる。例示的な実施形態では、地上セグメントにおけるノードは、それらに移動セグメントのノードとの通信を可能にさせる高帯域幅無線機を有する。陸地を拠点としたこれらの基地局のうちのいくつかは、ケーブルまたはファイバが利用可能でない場合、衛星バックホールを介してインターネットに接続することができるという点に注意すべきである。陸地の基地局からの衛星バックホールのために、非常に大きなアンテナが衛星との通信用に使用されることができる。地上局の非常に大きなアンテナのおかげで、衛星バックホールのコストは、航空機から衛星へのダイレクトな接続よりも大幅に低いものとなるだろう。しかしながら、地上局へのバックホールには、可能な限りケーブルまたはファイバを使用することが所望され得る。
【００１１】
移動セグメントのノードは、空中または海上にあり得る、つながれていない移動用の乗り物１０８を含む。特に、このシステムの設計は、ケーブルで接続された地上のインターネット・アクセス・ポイントへのダイレクトなライン・オブ・サイトのコネクティビティを有しない移動用の乗り物１０８のためのコネクティビティを可能にする。移動セグメントにおけるノードは、それらに、移動セグメントの他のノードとの通信またはケーブル接続されたセグメントのノードとの通信を可能にさせるメッシュ無線を有する。移動セグメントにおけるノードはまた、それらに、次に説明される宇宙セグメントにおけるノードへの通信を可能にさせる無線（以下、衛星無線と呼ぶ）を有する。
【００１２】
移動セグメントにおけるノードは、メッシュ無線リンクが地上セグメントへの経路を提供する場合には常に、メッシュ無線を使用してインターネット・データをルーティングする。地上局１０２を介したインターネットへのルートがない場合には、移動セグメントにおけるノードは、衛星無線を使用して、宇宙セグメントにおけるノードを介してインターネット・データをルーティングする。メッシュ無線リンクが地上セグメントに到達不可能であり、かつ衛星が不可視である場合、移動セグメントにおけるノードは、衛星への可視性を有する別の移動ノードにメッシュ無線を介してインターネット・データをルーティングするだろう。
【００１３】
宇宙セグメントのノードには、衛星地上ゲートウェイを介してインターネットにデータを中継することができる衛星１１０が含まれる。
【００１４】
地上セグメント、移動セグメント、および宇宙セグメントは、協同で、移動ノードのための高いレベルのコネクティビティを達成可能であると同時に、メッシュ・ネットワークを介して地上セグメントへ、そしてインターネットへと、非常に多くのトラヒックをルーティングすることができる。衛星コンポーネントが比較的高額の資本の経費コストを有することが予想され得る一方で、メッシュ・ノードは、はるかに低額の資本の経費コストしか有し得ない。したがって、本開示の態様は、メッシュ・ネットワークを介して送信されるトラヒックの量の増大または最大化を追求することにより、総コストを削減する。すなわち、メッシュ・ネットワーク・コンポーネントは、ネットワーク・コストを削減または最小化し、乗り物へのインターネットのサービスを無理なく手の届くものにするのに役立つ。衛星コンポーネントは、ユビキタス性を提供し、メッシュ・ネットワークが有し得るいずれの穴をも埋めるのに役立つ。すなわち、衛星コンポーネントは、メッシュ・ノードが、地上局１０２を介したインターネットへのルートを有しない場合に、サービスにロバスト性を提供する。その結果が、非常にロバストでコスト効率のよいシステムである。
【００１５】
例示的な実施形態では、ネットワークは、地上セグメントを構成する、たとえば２０〜４０個といった少数の地上局１０２を含むことができる。移動セグメントは、商用の航空会社のいくつかの異なる組み合わせによって構成されることができる。宇宙セグメントは、たとえば、ＬバンドまたはＫｕバンドの衛星システムにおいて動作する、インマルサットといった静止衛星システムであることができる。
【００１６】
本開示において説明される例示的な実施形態は主に、移動ノードとして航空機を用いて説明されるが、同実施形態は、たとえば、船および車といった他の移動ノードをも含み得る、ということが理解されるべきである。
【００１７】
本開示の態様によると、ネットワークにおける各航空機は、複数の他の航空機と通信するように構成され、いくつかのケースでは地上局と通信するように構成される。例示的な実施形態では、各航空機は、メッシュ・ネットワークにおける少なくとも２つの一般的な方向のリンク、すなわち、航空機の前方のノードへのリンクと、航空機の後方のノードへのリンクとを提供するのに役立つ、少なくとも２つのトランシーバ／アンテナ・システムを有する。各航空機につき１つのメッシュ無線トランシーバ／アンテナでは、他の航空機（ノード）への十分な可視性を提供することができず、地上局への連続的なメッシュ無線ルートの作成を容易にすることができないので、複数のメッシュ無線トランシーバ／アンテナ・システムが各航空機で使用される。
【００１８】
所与の航空機におけるメッシュ・ネットワーク・トランシーバ・システムの各々は、ノードそのものとみなされ得る。移動ネットワークにおける「ノード」という用語は、同一の航空機に搭載され得る２つ以上のメッシュ・ネットワーク・トランシーバ・システムのうちのいずれかを呼ぶことができる。各ノードは、別のノードからデータを受信すると、ある特定の基準を改善または最適化するように設計されたルーティング・アルゴリズムにしたがって、メッシュ・ネットワークにおけるノードにそのデータをルーティングする。各航空機は、複数のノードからデータを受信すると、複数のノードから受信されたデータを１つのストリームに多重化することができ、そのストリームは、ネットワークにおける地上局へのそのルート上にある別のノードに送信される。
【００１９】
図２を参照すると、各メッシュ・ネットワーク・トランシーバ・システム２００は、複数のモデム・モジュール（ＭＭ）を含むことができる。本開示の態様によると、各ＭＭは、アクセス端末（ＡＴ）モードおよびアクセス・ポイント（ＡＰ）モードという少なくとも２つのモードをサポートする。ＡＴモードでは、ＭＭは、関連付けるべき別のＡＰノードを求めてネットワーク内をサーチする。ＡＰモードでは、ＭＭは、関連付けるべきノードをサーチ中であり得る他のノードを募る。各トランシーバは、複数のＭＭをサポートすることができる。したがって、各ノードは、たとえば、ハードウェアおよび／またはソフトウェアにおいて複数のＭＭのインスタンスを生成することにより、複数のＡＰリンクまたはＡＴリンクを確立することができる。
【００２０】
図３Ａを参照すると、本開示の態様にしたがい、衛星無線トランシーバ・システム３００もまた、移動セグメントにおける航空機に搭載される。衛星無線トランシーバ・システム３００は、航空機内のメッシュ・ネットワーク・トランシーバ・システム２００のうちの１つ以上に結合される。ある特定の実施形態では、衛星無線受信機が、メッシュ・ネットワークにおける各航空機に搭載される。他の実施形態は、独自の衛星無線トランシーバ・システム３００を有しない航空機を含み得る。これらの航空機は、たとえば、宇宙セグメントを介した通信を確立するために、衛星無線トランシーバ・システム３００が装備された他の航空機へのメッシュ無線リンクに依拠し得る。
【００２１】
メッシュ・ネットワーク・トランシーバ・システム２００は各々、少なくとも１つのアンテナを含むので、各航空機は、少なくとも２つのメッシュ・ネットワーク・アンテナを有するだろう。この２つのアンテナによって、所与の航空機は、その前方を飛行中の航空機ならびにその後方を飛行中の航空機とのコネクティビティの確立が可能となる。１つのアンテナ構成では、第１のメッシュ・ネットワーク・アンテナ３０２が航空機の上部に配置され、第２のメッシュ・ネットワーク・アンテナ３０４が航空機の底部に配置される。ある航空機が別の航空機の前方をより高い高度で飛行している場合、この構成によって、後方を飛行している航空機の上部のアンテナは、前方を飛行している航空機の腹部のアンテナの方への視界を持つことが可能となる。
【００２２】
図３Ｂに示す別のアンテナ配置構成では、航空機の尾部に第１のメッシュ・ネットワーク・アンテナ３０６が配置され、航空機の前部に第２のメッシュ・ネットワーク・アンテナ３０８が配置される。この構成では、先の２つの航空機は、一方の航空機の尾部にある一方のアンテナ３０６、およびもう一方の航空機の前部にあるアンテナ３０８のいずれを介して接続されることもできる。たとえば、このアンテナ構成を使用すると、別の航空機の前方かつ下方の航空機は、その尾部のアンテナを使用して、後続の航空機の前部のアンテナと通信する。
【００２３】
本開示の例示的な実施形態によると、地上局ノードもまた、１つ以上のメッシュ無線受信機システム２００を含むことができ、移動局ノードとともにメッシュ・ネットワークの一部としての機能を果たすことができる。地上局ノードはまた、たとえば、ケーブル接続を介してインターネットのような広域ネットワークにダイレクトに接続されることができる。
【００２４】
本開示の態様は、航空機および船でのインターネット・サービスのためのハイブリッド衛星メッシュ・ネットワーク・システムを介した無線通信のための方法を含む。図４を参照すると、ブロック４０２において、移動セグメント・ノードが、地上セグメント・ノードを介して直接、またはメッシュ・ネットワークにおける他の移動セグメント・ノードを介して、のいずれかでインターネットへの通信経路を確立しようと試みる。ブロック４０４において、通信経路が確立されると、移動セグメント・ノード（単数または複数）と地上セグメント・ノードとの間の経路でパケットがルーティングされる。
【００２５】
ブロック４０６では、たとえば、移動セグメント・ノードが、メッシュ・ネットワーク・ノードを介してインターネットへのルートを確立できない場合、宇宙セグメント・ノードへのリンクを介してインターネットとの通信を確立しようと試み、衛星を介した地上局へのパケットのルーティングを開始する。一方、ブロック４０８では、移動セグメント・ノードは、地上セグメント・ノードへの可能なルートをサーチし続ける。ブロック４１０において、地上セグメント・ノードへのルートが移動セグメント・ノードによって発見され次第、移動セグメント・ノードは、それらのルーティングを衛星ノードからメッシュ・ネットワークへと変更する。
【００２６】
すべての移動セグメント・ノードが常に宇宙セグメント・ノードとの通信を確立可能であるとは限らない。たとえば、航空機が衛星に対し非常に低い仰角を有する北極などにおいては、航空機は衛星にダイレクトに接続することができない。ブロック４１２では、移動セグメント・ノードがメッシュ・ネットワークを介して地上セグメント・ノードへの通信を確立できないうえに、宇宙セグメント・ノードとの通信も確立できない場合、同ノードは、宇宙セグメント・ノードへの接続を有するメッシュ・ネットワークにおける他のノードを介して、宇宙セグメント・ノードへのリンクを確立することができる。
【００２７】
本開示の態様によると、地上の基地局または衛星リンクを介した、インターネットへのすべての可能なルートが、ルーティング・アルゴリズムへと提供されることができる。ルーティング・アルゴリズムは、特定の移動ノードからのトラヒックにとって良好なルートまたは最良のルートを決定する。つまり、各航空機、すなわちメッシュ・ネットワーク・ノードは、他の航空機、すなわち他のメッシュ・ネットワーク・ノードとだけでなく、宇宙セグメントにおける１つ以上の衛星とも、リンクを確立し得る。これらのリンクは、ある特定の制約とともにルーティング・アルゴリズムに入力される。一例では、それらの制約には、特定のリンクのコスト、ならびにそのデータ・レートおよびその遅延が含まれ得る。ルーティング・アルゴリズムは、ある特定のコストの制約の下での最小遅延といったある特定の基準を改善または最適化するルートを決定する。例示的な実施形態では、航空機と他のメッシュ・ネットワーク・ノードおよび衛星（単数または複数）との間の可能なリンクが確立されると、そのルーティング・アルゴリズムは、既存のインターネット・プロトコルおよびルーティング・アルゴリズムに減じられる。
【００２８】
本開示の態様は、メッシュ・ネットワークにおけるノードを発見し、ルーティング・アルゴリズムに候補リンクを提供するための方法を提供する。このルーティング・アルゴリズムは、インターネット・トラヒックをルーティングするために広く用いられるルーティング・アルゴリズムと、実質的に同一であり得る。
【００２９】
本開示の態様は、移動セグメント・ノードを、互いに、および、地上セグメント・ノードに接続するための多元接続プロトコルを含む。周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、ＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、または、これらのスキームの組み合わせが使用され得る。多数の可能なアプローチが、本開示の態様にしたがって利用可能なスペクトルの帯域幅の効率を増大または最大化するために使用されることができる。
【００３０】
メッシュ・ネットワークにおいて周波数の再利用パターンを課すことにより、ネットワークにおける干渉を低減することができる。干渉を低減することにより、移動セグメント・ノード間の増大したデータ・レートが可能となり得る。この技法によると、利用可能な帯域幅が、中心周波数ｆｉを有する多数のサブバンドへと分割され、ここで、ｉ＝１，．．．，Ｎである。各ノードは、多数の周波数ｆｉで動作し得る。２つのノードは互いに、時分割複信（ＴＤＤ）により同一の周波数で送受信することができ、または、周波数分割複信（ＦＤＤ）により異なる周波数で送受信することができる。この周波数の再利用パターンでは、システムにＦＤＭＡスキームが課される。
【００３１】
本開示の実施形態は、ノードがメッシュ・ネットワークにおける他のノードを最初に発見するための方法を含む。これは、たとえば、航空機がある高度に到達し、そのトランシーバをオンにした場合に使用されることができる。この航空機は、メッシュ・ネットワークにおける他のノードをサーチし、インターネットへの効率のよいルートを確立するために、ノードのセットとのリンクを確立する。
【００３２】
本開示の例示的な実施形態に係る、新たなＡＰノードがメッシュ・ネットワークにおける他のノードを発見するための方法が、図５を参照して説明される。ブロック５０２では、ネットワークにおける各ＡＰノードが、所定のタイム・スロットにおいて定期的にプローブ・メッセージを送信する。このプローブ・メッセージは、ＡＰノードのパラメータに関する情報を含む。本開示の態様によると、各ＡＰノードは、そのプローブ・メッセージ送信の一部として、ノード固有のパイロット信号パターンを使用する。ブロック５０４では、ネットワークにおけるＡＴノードによって、このパイロット信号パターンが使用され、ノードのプローブ・メッセージがサーチされる。ＡＴは、それらが特定のタイム・スロットにおいてプローブ・メッセージを受信したＡＰに、それらの応答メッセージを送信することができる。より一般的には、ブロック５０６において、応答メッセージは、ＡＰによってサポートされた多元接続チャネルで送信されることができる。
【００３３】
プローブ・メッセージを検出した任意のＡＴノードが、検出されたＡＰノードとのリンクの確立を望む場合、そのＡＴノードは、そのリンク関連付け要求を、応答スロット／メッセージにおいて、検出されたＡＰノードへと送信するだろう。このシステムにおける送信機と受信機は、リンクの両端間のデータ・レートを増大または最大化するように調節される指向性アンテナを使用する。したがって、プローブおよび関連づけられたパイロット信号は、それらがネットワークにおける多数の航空機／ノードによって受信され得るように、幅の広いビームで送信されるだろう。
【００３４】
代替の実施形態では、パイロット信号パターンおよびプローブ信号は、送信している移動セグメント・ノードに近接したすべてのノードにプローブ・メッセージの受信を可能にさせるために、幅の狭い異なるビームで連続して送信されることができる。本開示の態様によると、２つのタイプのパイロット信号が送信され得る。１つは、前述したようなノードの発見を目的としたブロードキャスト・パイロット信号であり、もう１つは、データ送信中の特定のリンクの両端間での専用のパイロット信号である。これは、受信機に、復調を目的としたチャネル推定を行うことと、レート制御及び電力制御のためにリンク固有の信号対干渉・雑音比（ＳＩＮＲ）測定を行うことと、を可能にさせる。
【００３５】
本開示の例示的な実施形態に係る、新たなＡＴノードによって既存のＡＰノードを検出するための方法が、図６を参照して説明される。ブロック６０２では、新たなＡＴノードが、すべての周波数およびすべてのパイロット・パターンをサーチして、ネットワークにおける既存のＡＰノードをすべて検出する。ついで、ブロック６０４において、新たなＡＴノードは、検出されたすべてのＡＰノードを、何らかのメトリックにしたがってソートする。たとえば、ソートのための１つのメトリックには、受信パイロットＣ／（Ｎｏ＋Ｉ）強度が含まれることができ、ここで、Ｃは、受信キャリア電力であり、Ｎｏは、熱雑音電力であり、Ｉは、合計受信干渉電力である。ブロック６０６では、新たなＡＴノードのメッシュ無線トランシーバの各ＭＭ（モデム・モジュール）のインスタンシエーションが、何らかの基準にしたがって１つのＡＰノードとリンクを確立する。たとえば、特定のＡＰノードとリンクを確立するための１つの基準は、最も高いＣ／（Ｎｏ＋Ｉ）強度であり得る。前述した応答メッセージ・メカニズムを使用して、ＡＰへのリンクが確立され得る。
【００３６】
ブロック６０８では、新たなＡＴノードが、既存のネットワーク構成に関するルーティング・テーブル情報を、同ＡＴノードがリンクを確立したノードから受信する。ついで、ブロック６１０では、新たなＡＴは、ネットワーク・ルーティングの最適化の基準およびアルゴリズムにしたがって、最も効率のよいルーティングおよびネットワーク・スループットを提供するリンクによって通信を維持する。その結果、新たなＡＴノードは、プローブ／応答メッセージ・シーケンスによってメッシュ・ネットワークに接続される。ブロック６１２において、新たなノードはまた、関連付け先ＡＰをサーチしているノードを募るために、ＡＰモードにおいて所与の周波数でそれ独自のプローブ信号を送信することができる。
【００３７】
図７を参照すると、本開示の態様により、１つのＡＰノードから、同一の周波数で通信中かつ同一のパイロット・シーケンスを使用中であり得る複数のＡＴノードへの通信をスケジューリングするためのキャリア検知多元接続（ＣＳＭＡ）方法が提供される。ブロック７０２では、すべてのノードが、キャリア周波数をリッスンし、周波数がアイドルになるまで送信を控える。ブロック７０４では、その周波数がアイドルになると、ランダム・アクセス・アプローチまたは競合ノード間の衝突を回避する所定のメカニズムにしたがって、他のノードがそのチャネルを占有し得る。たとえば、その周波数がアイドルになると、可能な多数のアルゴリズムにしたがって、他のノードが一度に１つずつ、連続してその周波数にアクセスし得る。
【００３８】
例示的な実施形態では、競合ノード間の衝突を回避するためのアルゴリズムは、ノードの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスの降順にしたがい、次に送信するノードを選択する。この実施形態では、周波数がアイドルであることがわかると、最も高いＭＡＣアドレスを有するノードが、同ノードが送信すべきデータを有する場合、その周波数を占有するだろう。周波数が引き続きアイドルである場合には、ノード・セットの残りのノードのうち、最も高いＭＡＣアドレスを有するノードが、送信を試み得る。その他さまざまなメカニズムが、本開示の実施形態に係るノード間の公平なアービトレーションを提供することができる。たとえば、別の例示的な実施形態では、各ノードは、最大数のパケットを送信することが許可され、その後、各ノードは、他のノードによって使用されるようにその周波数を解放する。
【００３９】
本開示の態様に係るＣＳＭＡの代替例は、ＡＰによる中央スケジューリングである。複数のノードによって１つのキャリア周波数における利用可能な帯域幅を共有することによって、前述したＦＤＭＡスキームに加えてＴＤＭＡ（時分割多元接続）スキームも課されるようになる。複数のＡＴに、割り当てられた所与の帯域幅でＴＤＭＡによってＡＰと通信させる代わりに、それら異なるＡＴは、ＡＰに割り当てられた帯域幅を共有し、ＣＤＭＡまたはＯＦＤＭＡスキームを使用してＡＰと通信することができる、ということに注意すべきである。
【００４０】
本開示の態様に係るＡＰによる中央スケジューリングの方法が、図８を参照して説明される。ブロック８０２において、各ＡＴに予約要求帯域幅が与えられる。この予約要求帯域幅は、ＴＤＭＡアプローチではタイム・スロット、ＯＦＤＭアプローチでは多数のトーン、ＣＤＭＡでは符号といった形態であることができる。ブロック８０４では、ＡＴは、必要に応じ、予約要求帯域幅を使用して追加の帯域幅を要求することができる。
【００４１】
本開示の態様によると、干渉を低減し、データ・レートを改善するために、近傍のＡＰが使用する周波数に、周波数の再利用が課され得る。ブロック８０４では、各ＡＰは、各ＡＰによって幅の広いビームが送信されるプローブ・メッセージ・シーケンス中に、他のＡＰによって送信されたすべてのパイロットおよびすべての周波数におけるＳＩＮＲを、定期的に測定することができる。ネットワークにおける干渉は、可変であり、ネットワークにおけるトラヒックの負荷だけでなく、たとえば、アンテナのミスポインティング（mis-pointing）といった他の経路損失の変化に依存する。したがって、ブロック８０６では、各ＡＰは、測定されたＳＩＮＲを測定値の数で平均し、干渉の変化を平均する。
【００４２】
ブロック８０８では、所与のＡＰが、すべての周波数を、それらのＳＩＮＲによってソートすることができる。ブロック８１０において、ＡＰは、最も高いＳＩＮＲを有する周波数をそのＡＰモードのために選択する。ブロック８１２では、ＡＰは、それに関連づけられたＡＴノードに、周波数を、新たに選択された周波数に変更するように通知する。この周波数チャネルの変更要求は、たとえば、順方向リンクにおいてブロードキャスト制御チャネルでＡＰにより送信されるメッセージにおいて、ＡＴに送信されることができる。これは、ネットワークにおける適応的な周波数の再利用という結果をもたらすだろう。代替の実施形態では、中央プロセッサが、ネットワークにおけるすべてのノードのための周波数の再利用パターンを決定することができ、この周波数の再利用プランをすべてのノードに送信することができる。
【００４３】
本開示の態様は、ＡＴ／ＡＰ移動セグメント・ノードの各ペア間のリンクのデータ・レートを、同リンクのチャネル状況および干渉状況にしたがって調節するための方法を提供する。本開示の例示的な実施形態に係る、リンク・レベルのデータ・レートの適応のための方法が、図９を参照して説明される。ブロック９０２では、受信機が、受信Ｃ／（Ｎｏ＋Ｉ）を測定する。ブロック９０４では、受信機が、受信された信号の送信機に、受信Ｃ／（Ｎｏ＋Ｉ）を表すデータ・レート制御（ＤＲＣ）インデクスを送信する。ブロック９０６では、送信機が、特定のノードへの送信のためのデータ・レートを、受信されたＤＲＣに基づいて選択する。
【００４４】
本開示の例示的な実施形態によると、システムの帯域幅の効率を増大させるために、たとえば、３Ｇ／４Ｇシステムによって使用されるインクリメンタル・リダンダンシー（ＩＲ）技術のような誤り訂正技術が、リンク適応メカニズムに組み込まれ得る。ＩＲ技術は、所与のパケットを符号化し、冗長ビットを複数のフレームに分割する。符号化されたパケットの第１のセグメントが、フレームで送信される。受信機がそのフレームの復号に成功し、意図されたパケットを復元した場合、受信機は、送信機に肯定応答を送信する。そうでない場合、送信機は、パケットの復号が成功するまで、同一のパケットのために追加の冗長フレームを送信する。
【００４５】
メッシュ・ネットワークにおける干渉を減少または最小化するために、メッシュ・ネットワークにおける２つの移動セグメント・ノード間のリンクの各々は、そのリンクにおけるデータ・レート要求を満たしつつ、低減または最小化された電力を送信するように、電力制御されることができる。移動セグメント・ノード間の経路損失は、可変であり得る航空機の向き、酸素、水蒸気、雨等に起因する大気損失、といった複数のファクタに応じたものである。
【００４６】
本開示の例示的な実施形態に係るメッシュ・ネットワークにおけるリンク・レベルの電力制御のための方法が、図１０を参照して説明される。ブロック１００２では、ネットワークの総スループット要求を満たす２つのリンク間の所望のデータ・レートが決定される。ブロック１００４では、そのリンクがサポートすることになる平均データ・レートが決定される。ブロック１００６では、図９を参照して説明したように、レート制御メカニズムにより送信電力が低減または最小化される。ブロック１００８では、そのリンクにおいて送信機が最初に、そのリンクで所望されるデータ・レートを達成するために、送信電力を開ループ方式で推定する。ブロック１０１０では、受信機が、送信機によって送信されたパイロット信号に対し同受信機が行った測定から、受信ＳＩＮＲを推定する。
【００４７】
ブロック１０１２では、このＳＩＮＲ測定値が、受信機により、多元接続制御チャネルまたは専用制御チャネルにおいて送信機に返送される。ブロック１０１４では、リンクで所望のデータ・レートが達成され得るように、送信機が、データ送信モード中にどれだけの電力を送信すべきかの開ループ推定を行う。この開ループ推定は、受信機におけるＳＩＮＲ推定値に基づくうえに、どれだけの電力がパイロット信号で送信されたかの知見にも基づく。
【００４８】
ブロック１０１６では、開ループ推定を微調整するとともに、アンテナのミスアラインメントおよび大気の変化に起因する任意の経路損失の変化を追跡するために、データ送信モード中に閉ループ電力制御が使用される。閉ループ電力制御は、受信機が送信機に送信するＳＩＮＲの間接的な基準であるデータ・レート制御（ＤＲＣ）インデクスに基づく。ブロック１０１８では、受信機によって報告されたＤＲＣインデクスが所望のＤＲＣインデクスと異なる場合には、送信機がそのリンク送信電力を調節し、ＤＲＣインデクスを所望のレベルに向けて調節する。
【００４９】
本開示の別の態様によると、移動セグメント・ノードのアンテナは、指向性を有するように構成されることができ、送信ビームのボアサイトを受信航空機のアンテナの方へと向けるように構成されることができる。ＡＰは、プローブまたは他の制御メッセージを送信する場合、その最も幅の広いビームを使用するので、ネットワークにおけるすべてのノードが、ブロードキャスト・メッセージを受信することができる。アンテナ・ビームは、たとえば、複数のアンテナ素子を適切に位相合わせすること、すなわち、フェーズド・アレイ・ビーム・フォーミング係数に基づいたフェーズド・アレイ・ビーム・フォーミングを使用することによって、形成されることができる。
【００５０】
例示的な実施形態に係る、リンク・データ・レートを最大化するようにビームを適応的に調節するための方法が、図１１を参照して説明される。ブロック１１０２では、パイロット信号が幅の広いビームで受信される。ブロック１１０４では、パイロット信号が、フェーズド・アレイ受信ビーム・フォーミング係数を決定するために受信機によって使用される。
【００５１】
本開示の一態様によると、リンクの両端が同一の周波数で送受信し、伝搬チャネルが両方向で相互的であるＴＤＤ技術が使用される。したがって、ブロック１１０６では、ＴＤＤ複信が使用される場合、送信機もまた、決定されたフェーズド・アレイ受信ビーム・フォーミング係数を使用して、送信方向のビームを形成することができる。ブロック１１０８では、送信機と受信機が、パイロットが最も幅の広いビームで送信されるブロードキャスト・タイム・スロット中に決定された係数を使用して、データ通信モード中にビームを形成するだろう。
【００５２】
別の実施形態では、送信周波数と受信周波数とが異なり、伝搬チャネルが２方向で異なり得るＦＤＤ複信スキームが使用されることができる。このケースでは、最良の送信ビームと受信ビームとを決定するために、送信機と受信機との間でフィードバック・メカニズムが使用されることができる。本開示の例示的な実施形態に係る、ＦＤＤ複信スキームにおけるビーム・フォーミングのためのフィードバック方法が、図１２を参照して説明される。良好なまたは最良の送信ビームを決定するためのこの方法では、図１０を参照して説明した閉ループ方法のようなＤＲＣフィードバック・メカニズムが使用される。ブロック１２０２では、送信機が、その送信ビームを連続的に変更する。ブロック１２０４では、送信機が、他のノードから受信されたＤＲＣインデクスに基づいて、最適な送信ビームを決定する。ブロック１２０６では、受信ＳＩＮＲを増大または最大化するために、受信ビームが受信機において調節される。
【００５３】
本開示の代替の実施形態によると、送信ビームを調節して最も高いＳＩＮＲを達成するために、送信機と受信機との間で、ＤＲＣメカニズムに加え、他のフィードバック・スキームも使用されることができる。図１０を参照して説明したような電力制御を目的としたＤＲＣメカニズムも使用され得るので、送信機は、受信されたＤＲＣインデクスに対する適切な調節を保証するために、電力とその送信ビームを同時に調節しない。
【００５４】
本開示の態様によると、基地局のような地上セグメント・ノードのアンテナは、移動セグメント・ノードにおけるアンテナよりもはるかに高い利得を有し得る。これは、例えば航空機のような移動セグメント・ノードと、例えば地上の基地局のような地上セグメント・ノードとの間のリンクでの増大したデータ・レートを可能にする。航空機と地上局との間のリンクは、航空機間のリンクよりも多くのトラヒックを搬送するので、航空機における地上リンクに対するデータ・レート要求は、非常に高くなり得る。
【００５５】
地上セグメント・ノードでのより高利得のアンテナの使用により、基地局のアンテナのビーム幅が非常に狭くなるという結果となり得る。本開示の態様は、基地局から所望の航空機へのビームおよびその逆のビームを調節する方法を提供する。本開示の態様はまた、基地局の近くの新たなノードを検出するための方法を提供する。
【００５６】
本開示の例示的な実施形態に係る地上セグメント・ノードと移動セグメント・ノードとの間のビームを調節するための方法が、図１３を参照して説明される。ブロック１３０２では、地上セグメント・ノードまたは移動セグメント・ノードが、幅の広いビームでプローブ・メッセージおよび／またはブロードキャスト・パイロット信号を送信し得る。これによって、視野内の他のノードは、パイロット信号を検出することと、そのノードを発見することとが可能となる。幅の広いビームのアンテナ利得は低いが、発見段階ではデータ・レートが非常に低いので、この幅の広いビームのアンテナ利得は、この段階には適切であろう。ブロック１３０４では、別のノードからプローブ／ブロードキャスト・パイロットを受信したノードもまた、幅の広いビームでその応答メッセージを送信するだろう。応答メッセージの幅の広いビームによる送信は、このメッセージにおけるデータ・レート要求が低いので、適切である。
【００５７】
ブロック１３０６では、プローブおよび応答フェーズ中に、地上セグメント・ノードが、特定の移動セグメント・ノードを受信するための逆方向リンクにおける良好なまたは最良の幅の狭いビームを決定する。ステップ１３０８では、地上セグメント・ノードが、その決定されたビームを使用して、その特定の移動セグメント・ノードに送信する。ステップ１３１０では、移動セグメント・ノードが、プローブ／応答フェーズからのＳＩＮＲ測定値を使用して、最良の受信ビームと送信ビームとを推定する。ステップ１３１２では、送信ビームがさらに、データ送信モード中に、図１０を参照して説明したようなＤＲＣメカニズムに基づいた閉ループ方式によって調節される。これは、たとえば、同一の周波数帯の複数回の再利用を可能にし、メッシュ・ネットワークからインターネットへのスループットを増大させることができる。
【００５８】
本開示の態様によると、地上セグメント・ノードにおける高い指向性を有するアンテナの使用に加え、ダイバーシティ・スキームにより、トラヒックが、移動セグメント・ノードから複数の地上セグメント・ノードへと分割され得る。地上局ノードは、数十キロメートルの間隔が空けられ得るので、移動セグメント・ノードは、特定の基地局への幅の狭いビームを形成することにより、他の基地局への過度の干渉をもたらすことを回避し得る。本開示の態様に係る、移動ノードから地上ノードへとトラヒックを分割するための方法が、図１４を参照して説明される。ブロック１４０２では、各移動セグメント・ノードが、狭い地理的エリアにおける複数の地上局ノードを発見する。ステップ１４０４では、移動局ノードが、発見されたリンクと、それらのリンクで達成可能な関連づけられたデータ・レートとを、ルーティング・アルゴリズムに提供する。ブロック１４０６では、ルーティング・アルゴリズムが、各リンクでの負荷を調節するように、移動局ノードから地上セグメント・ノードへとトラヒックを分配する。
【００５９】
本開示の態様に係る狭い地理的エリアにおける複数の地上セグメント・ノードの使用はまた、雨に起因する損失といった大気による損失に対するダイバーシティを提供する。ここに説明されたさまざまな実施形態によると、各リンクでの電力と、各リンクでのデータ・レートは、たとえば、大気の状態に起因する損失といったさまざまな損失を補償するように、個別に制御されることができる。
【００６０】
移動セグメント・ノード間の、および、移動セグメント・ノードから地上セグメント・ノードへの、メッシュ・ネットワークのために使用される特定のスペクトルは、地上マイクロ波リンクによっても使用され得る。本開示の態様に係る、メッシュ・ネットワークと地上マイクロ波リンクとの間の干渉を減少させるための方法が、図１５を参照して説明される。この方法は、熱雑音レベルを下回るように干渉を減少させることができるので、メッシュ・ネットワークは、マイクロ波リンクのパフォーマンスにさほどの影響を与えない。ブロック１５０２では、地上セグメント・ノードが地上マイクロ波リンクに干渉しないように、地上セグメント・アンテナの位置が選択される。移動セグメント・ノードからの干渉を減少または最小化するために、メッシュ・ネットワークの地上セグメント・ノードのアンテナ利得は、地上マイクロ波リンクの利得以上となるように構成される。メッシュ・ネットワークの地上局ノード・アンテナの大きな利得は、移動セグメント・ノードの送信機に対する送信電力要求を減じる。
【００６１】
本開示の例示的な実施形態において、移動セグメント・ノードはまた、地上マイクロ波・サイトにおいて受信される信号の電力スペクトル密度を低減するために、より広い帯域幅にわたってその信号を拡散することができる。干渉を減少させ、地上においてある特定のレベルで信号が確実に受信されるように、本明細書において説明されたリンク・レベルの電力制御方法もまた、用いられることができる。たとえば、ターゲット・データ・レートが、航空機から地上の基地局へのリンクのために選択されることができる。このデータ・レートよりも多くの量のスペクトルが、信号を拡散するために使用される。開ループ電力制御と閉ループ電力制御との組み合わせにより、基地局における受信信号レベルは、指定されたデータ・レートを確実に達成するだろう。
【００６２】
本開示の別の態様によると、たとえば、地上マイクロ波アンテナは、それらのボアサイトが、いくらかの小さい角変位、たとえば数度だけ、ある特定の航空機のコリダーから照準を外すように、指向性を持たされ得る。これによって、マイクロ波リンク・アンテナと航空機のアンテナとのある程度のアンテナ区別ができるようになり、航空機のメッシュ・ネットワーク送信機からのマイクロ波リンクへの干渉をさらに減少させるだろう。
【００６３】
当業者は、情報および信号が、さまざまな異なる技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを理解するだろう。たとえば、前述した説明全体を通して言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子、光場または光粒子、またはそれらの任意の組み合わせによって表されることができる。
【００６４】
本明細書に説明された機能ブロックおよびモジュールは、プロセッサ、電子デバイス、ハードウェア・デバイス、電子コンポーネント、論理回路、メモリ、ソフトウェア・コード、ファームウェア・コード等、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。
【００６５】
当業者はさらに、ここでの開示に関連して説明されたさまざまな例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムのステップが、電子ハードウェア、コンピュータ・ソフトウェア、または両者の組み合わせとして実現され得ることを理解するだろう。ハードウェアとソフトウェアとのこの互換性を明確に説明するために、さまざまな例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能の観点で一般的に前述されている。そのような機能がハードウェアとして実現されるかソフトウェアとして実現されるかは、システム全体に課された特定の用途および設計の制約に依存する。当業者は、説明された機能を、特定の用途の各々のためにさまざまな手法で実現することができるが、そのような実現の決定は、本開示の範囲からの逸脱を生じるものとして解釈されるべきではない。
【００６６】
ここでの開示に関連して説明された、さまざまな例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、ここで説明された機能を実行するように設計された、汎用プロセッサ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、または他のプログラマブル論理デバイス、離散ゲートまたはトランジスタ論理、離散ハードウェア・コンポーネント、またはそれらの任意の組み合わせを用いて、実現または実行されることができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであることができるが、その代わりに、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであることができる。プロセッサはまた、コンピューティング・デバイスの組み合わせ、たとえば、ＤＳＰと、１つのマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと結合された１つ以上のマイクロプロセッサとの組み合わせ、または任意の他のそのような構成として、実現されることもできる。
【００６７】
ここでの開示に関連して説明された方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェアで直接的に、またはプロセッサによって実行されるソフトウェア・モジュールで、または両者の組み合わせで、具現化されることができる。ソフトウェア・モジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当該技術で周知の任意の他の形態の記憶媒体に存在することができる。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。あるいは、記憶媒体は、プロセッサに組み込まれることができる。プロセッサおよび記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に存在することができる。ＡＳＩＣは、ユーザ端末内に存在することができる。あるいは、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内の離散コンポーネントとして存在することができる。
【００６８】
１つ以上の例示的な設計において、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実現されることができる。ソフトウェアで実現される場合、機能は、コンピュータ読取可能な媒体において、１つ以上の命令またはコードとして、記憶または伝送されることができる。コンピュータ読取可能な媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータ・プログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体とコンピュータ記憶媒体との両方を含む。記憶媒体は、汎用または専用コンピュータによってアクセスされることができる任意の入手可能な媒体であることができる。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ読取可能な媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、または他の磁気記憶デバイス、または、命令またはデータ構造の形態で所望のプログラム・コード手段を搬送または記憶するために使用されることができ、かつ、汎用または専用コンピュータ、または汎用または専用プロセッサによってアクセスされることができる任意の他の媒体を含むことができる。また、任意の接続は、コンピュータ読取可能な媒体と適切に称される。たとえば、ソフトウェアが、ウェブサイト、サーバ、または他のリモート・ソースから、同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波のような無線技術を使用して伝送される場合、同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波のような無線技術は、媒体の定義に含まれる。ディスクは、ここで使用される場合、コンパクト・ディスク（disc）（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）（disc）、光ディスク（disc）、デジタル多用途ディスク（disc）（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク（disk）、およびブルーレイ（登録商標）ディスク（disc）を含み、ディスク（disk）は通常、磁気的にデータを再生するが、ディスク（disc）は、レーザーを用いて光学的にデータを再生する。上記の組み合わせもまた、コンピュータ読取可能な媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００６９】
本開示の先の説明は、本開示を製造または使用することをいずれの当業者にも可能にさせるために提供されている。本開示に対するさまざまな変更は、当業者に容易に理解され、ここで定義された一般的な原理は、本開示の精神または範囲から逸脱せずに、他の変形例に適用されることができる。このように、本開示は、ここに示された例および設計に限定されることは意図しておらず、ここに開示された原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲が付与されるべきである。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［発明１］
ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第１の移動セグメント・ノードにより、ダイレクトに、または、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第２の移動セグメント・ノードを介して、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第１の試みを実行することと、
前記第１の移動セグメント・ノードによる前記第１の試みの成功または失敗を判定することと、
前記第１の試みが失敗したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの衛星セグメントを介して前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第２の試みを実行することと
を備える方法。
［発明２］
前記第１の試みが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信することと、インターネットからパケットを受信することと
をさらに備える、発明１に記載の方法。
［発明３］
前記第２の試みが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記衛星セグメントを介して確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信することと、インターネットからパケットを受信することと、
前記衛星セグメントを介してパケットを送信および受信しているあいだ、前記第１の移動セグメント・ノードにより前記第１の試みを継続的に繰り返すことと
をさらに備える、発明１に記載の方法。
［発明４］
前記繰り返しの第１の試みのうちのいずれか１つが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記衛星セグメントを介した通信を切断すること
をさらに備える、発明３に記載の方法。
［発明５］
前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信することと、インターネットからパケットを受信することと
をさらに備える、発明４に記載の方法。
［発明６］
インターネットと通信し、少なくとも１つの宇宙セグメント・ノードを備える衛星セグメントと通信する少なくとも１つの地上セグメント・ノードを備える地上セグメントと、
インターネットへのアクセスのために、互いと、および、前記少なくとも１つの地上セグメント・ノードと、適応的に通信するように構成された複数の移動セグメント・ノードであって、地上セグメント・ノードとの、ダイレクトな通信リンク、または、前記複数の移動セグメント・ノードのうちの他の移動セグメント・ノードを介した通信リンクが利用不可能である場合にのみ、前記少なくとも１つの宇宙セグメント・ノードと通信するように構成された複数の移動セグメント・ノードを備える、移動セグメントと
を備える通信ネットワーク。
［発明７］
前記移動セグメント・ノードは、アクセス端末（ＡＴ）モードとアクセス・ポイント（ＡＰ）モードとをサポートするように構成された少なくとも１つのモデム・モジュールを備える、発明６に記載のネットワーク。
［発明８］
前記移動セグメント・ノードは、
他の移動セグメント・ノードによる発見のためにプローブ信号を送信し、
前記他の移動セグメント・ノードから応答メッセージを受信し、
前記応答メッセージの受信に応じ、前記他の移動セグメント・ノードと通信リンクを確立する
ように構成される、発明６に記載のネットワーク。
［発明９］
前記移動セグメント・ノードは、通信リンクの測定信号対干渉・雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて、周波数を適応的に再利用するように構成される、発明６に記載のネットワーク。
［発明１０］
前記移動セグメント・ノードは、前記移動セグメント・ノードのうちの別の移動セグメント・ノードに対応するリンクにおける信号対干渉・雑音比（ＳＩＮＲ）の測定値に応じて、リンク・レベルのデータ・レートを適応的に変更するように構成される、発明６に記載のネットワーク。
［発明１１］
前記移動セグメント・ノードは、前記リンク・レベルのデータ・レートに応じて、リンク・レベルの電力レベルを適応的に変更するように構成される、発明１０に記載のネットワーク。
［発明１２］
前記移動セグメント・ノードは、適応的なビーム・フォーミング・アンテナを用いて、前記移動セグメント・ノードのうちの他の移動セグメント・ノードのほうにビームを方向づけるように構成される、発明６に記載のネットワーク。
［発明１３］
前記移動セグメント・ノードは、幅の広いビームでプローブ・メッセージを送信し、方向づけられたビームで応答を受信するように構成される、発明１２に記載のネットワーク。
［発明１４］
無線通信のためのシステムであって、
ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第１の移動セグメント・ノードにより、ダイレクトに、または、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第２の移動セグメント・ノードを介して、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第１の試みを実行するための手段と、
前記第１の移動セグメント・ノードによる前記第１の試みの成功または失敗を判定するための手段と、
前記第１の試みが失敗したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの衛星セグメントを介して前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第２の試みを実行するための手段と
を備えるシステム。
［発明１５］
無線通信のための装置であって、
少なくとも１つのプロセッサと、
前記少なくとも１つのプロセッサに結合されたメモリと
を備え、ここで、前記少なくとも１つのプロセッサは、
ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第１の移動セグメント・ノードにより、ダイレクトに、または、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第２の移動セグメント・ノードを介して、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第１の試みを実行し、
前記第１の移動セグメント・ノードによる前記第１の試みの成功または失敗を判定し、
前記第１の試みが失敗したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの衛星セグメントを介して前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第２の試みを実行する
ように構成される、無線通信のための装置。
［発明１６］
前記プロセッサは、
前記第１の試みが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信し、インターネットからパケットを受信する
ように構成される、発明１５に記載の装置。
［発明１７］
前記プロセッサは、
前記第２の試みが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記衛星セグメントを介して確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信し、インターネットからパケットを受信し、
前記衛星セグメントを介してパケットを送信および受信しているあいだ、前記第１の移動セグメント・ノードにより前記第１の試みを継続的に繰り返す
ように構成される、発明１５に記載の装置。
［発明１８］
前記プロセッサは、
前記繰り返しの第１の試みのうちのいずれか１つが成功したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記衛星セグメントを介した通信を切断する
ように構成される、発明１７に記載の装置。
［発明１９］
前記プロセッサは、
前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記確立された通信経路を介して、インターネットにパケットを送信し、インターネットからパケットを受信する
ように構成される、発明１８に記載の装置。
［発明２０］
無線ネットワークにおける無線通信のためのコンピュータ・プログラム製品であって、
プログラム・コードが記録されたコンピュータ読取可能な媒体を備え、前記プログラム・コードは、
ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第１の移動セグメント・ノードにより、ダイレクトに、または、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの第２の移動セグメント・ノードを介して、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第１の試みを実行するためのプログラム・コードと、
前記第１の移動セグメント・ノードによる前記第１の試みの成功または失敗を判定するためのプログラム・コードと、
前記第１の試みが失敗したとの判定に応じ、前記第１の移動セグメント・ノードにより、前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの衛星セグメントを介して前記ハイブリッド衛星−メッシュ・ネットワークの任意の地上セグメント・ノードへの通信経路を確立するための、第２の試みを実行するためのプログラム・コードと
を備える、コンピュータプログラム製品。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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