[发明专利]基于空间的电子数据传输网络系统

说明书

本发明公开了一种基于空间的电子数据传输网络系统。该基于空间的电子数据传输网络系统连接到多个外部源并在网络内安全地传输信息，使得信息能够在外部卫星和地面站之间迅速地传达。基于空间的电子数据传输网络系统是模块化地可扩展的，并且通过简单地添加一颗或多颗能够与外部卫星通信或以某通信频率通信的额外的卫星，可以将额外的外部卫星和各通信频率并入到网络中。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求享有2016年4月28日提交的发明名称为“用于交叉捆绑和本地网络消除拥塞的中间卫星网络”的美国临时申请No.62/328,627的优先权，其全部内容通过引用并入本文。另外，将2015年2月3日提交的发明名称为“SkyCloud自主电子数据存储和信息传递网络系统”的美国临时申请No.62/111,600、2016年2月3日提交的发明名称为“基于空间的电子数据存储和传输网络系统”的国际申请PCT/US16/16467和2016年8月2日提交的发明名称为“基于空间的电子数据存储和传输网络系统”的美国非临时申请No.15/225,826的全部内容都通过引用并入本文。

技术领域

本文一般性地涉及与轨道卫星的通信和轨道卫星之间的通信。本文更具体地涉及互连通信卫星的基于空间的电子数据传输网络系统。

背景技术

现代通信严重依赖轨道卫星，不同类型的通信依赖不同类型的轨道卫星。当卫星的动能平衡于其势能时，卫星可以实现稳定的轨道。这种平衡发生在当卫星的速度平衡于重力向心力时，从而创建出稳定的圆形或椭圆形轨道。卫星离地球越近，用于平衡向心力所需的速度就越高。对地静止轨道（GEO）是相对于旋转中的地球表面上的点似乎保持固定位置的轨道。所有绕地球轨道运行的对地静止卫星都在距地心约42,164公里（或26199英里）处，这需要每小时11,068公里（6,878英里）的轨道速度。

不同的卫星轨道都有优点和缺点，所有者必须针对每颗卫星的预期活动选择最佳的轨道。地球同步轨道保持与地球自转相同的大约24小时轨道周期。对地静止轨道是地球同步轨道的一个子集，其似乎在天空中保持明显的固定位置。由于对地静止轨道卫星明显的固定位置，它们能够与地面站保持长时间的连接；然而，当任何请求从地球表面行进36,000公里到达地球同步卫星、再行进36,000公里回到地面站时，相距地球的距离会引入滞后时间。即使以每秒299,792,458米的光速，从地球同步卫星接收响应的最小延迟时间（忽略电子设备内的延迟）大约为四分之一秒（大约240毫秒）的数量级，如果你的请求必须从使用者发送到GEO卫星再到地面站，然后再返回到GEO卫星并返回给使用者，则延迟时间会加倍。此外，发射地球同步轨道卫星会比发射低轨道卫星要昂贵得多，因为抵抗数万公里的地球引力的力量来运输数百公斤或数千公斤需要额外的能量。对地静止轨道的半径促使卫星在范艾伦辐射带以内行进，这显露出了对地静止卫星和其他地球同步卫星；简要地说，范艾伦辐射带实际上保护低轨道卫星免于太阳和背景辐射。

简要地说，低地球轨道（LEO）卫星似乎在快速围绕地球运行，有时每天绕地球运行多次。例如，在地球上空800公里处的卫星必须以高于每小时26,000公里的速度行进，以维持轨道。当低地球轨道卫星穿越天空时，地面站在固定窗口期间与该卫星通信，但由于卫星与地面站之间的距离仅为800毫秒，地面站可以用短暂的2-3毫秒延迟迅速地发送问询并接收响应。LEO卫星也可以比GEO卫星显著地更加有成本效益地被送入轨道，因此扩展LEO卫星网络环200相对容易。

由于连接窗口、价格和延迟的不同，不同的卫星轨道用于不同的通信目的。半秒通信延迟使对地静止卫星在电话通话或通用性互联网接入方面成为无效节点，但一旦建立初始连接，同样的延迟对于例如卫星电视、卫星广播、甚至大型下载或点播流媒体服务（例如，Twitch^®、Youtube^®或Netflix^®）等广播服务而言并不明显。延迟通常归因于普遍接受的“加载时间”，并且使用者不会区分卫星通信延迟和本地缓冲。简要地说，对于一些需要长时间的、稳定的连接周期的系统（如广播）而言，LEO卫星可能不如GEO卫星。