可以被配置为经由数个区域控制信号202A-202C与气球206A-206I通信。这些区域控制系统202A-202C可以被配置为从它们覆盖的相应地理区域中的气球接收通信和/或聚集数据，并且中继通信和/或数据至中央控制系统200。进一步地，区域控制系统202A-202C可以被配置为将来自中央控制系统200的通信路由到它们相应的地理区域中的气球。例如，如图2所示，区域控制系统202A可以在气球206A-206C与中央控制系统200之间中继通信和/或数据，区域控制系统202B可以在气球206D-206F与中央控制系统200之间中继通信和/或数据，以及区域控制系统202C可以在气球206G-206I与中央控制系统200之间中继通信和/或数据。
[0061]为了促进中央控制系统200与气球206A-206I之前的通信，某些气球可被配置为下行气球，该下行气球可操作为与区域控制系统202A-202C通信。因此，每个区域控制系统202A-202C可以被配置为与其覆盖的相应地理区域中的下行气球通信。例如，在所示实施例中，气球206A、206F和2061被配置为下行气球。如此，区域控制系统202A-202C可以分别经由光连接206、208和210与气球206A、206F和2061通信。
[0062]在所示配置中，其中气球206A-206I中的仅一些气球被配置为下行气球，被配置为下行气球的气球206A、206F和2061可以作用于将来自中央控制系统200的通信中继到气球网络中的其他气球，诸如气球206B-206E、206G和206H。然而，应该理解，在一些实施方式中，有可能所有气球都可以作用为下行气球。进一步地，虽然图2示出了多个气球被配置为下行气球，但气球网络也可能仅包括一个下行气球。
[0063]注意，区域控制系统202A-202C实际上可以只是特定类型的基于地面的站，其被配置为与下行气球通信(例如，图1的基于地面的站112)。因此，虽然在图2中未示出，但可以与其他类型的基于地面的站(例如，接入点、网关等)结合来实现控制系统。
[0064]在集中的控制布置中，诸如图2中所示出的，中央控制系统200(以及也可能区域控制系统202A-202C)可以协调用于气球网络204的某些网状网络功能。例如，气球206A-206I可以向中央控制系统200发送某状态信息，中央控制系统200可以利用该状态信息来确定气球网络204的状态。来自给定气球的状态信息可以包括位置数据、光链接信息(例如，该气球已经与其建立光链接的其他气球的身份、链接的带宽、链接上的波长使用和/或可用性等)、由气球收集的风数据和/或其他类型的信息。因此，中央控制系统200可以聚集来自一些或全部气球206A-206I的状态信息以便于确定网络的总体状态。
[0065]然后，网络的总体状态可以被用来协调和/或促进某些网状网络功能，诸如确定用于连接的光路。例如，中央控制系统200可以基于来自一些或全部气球206A-206I的聚合的状态信息来确定当前拓扑。拓扑可以提供气球网络中可用的当前光链接的画面和/或链接上的波长可用性。然后，该拓扑可以被发送给气球中的一些或全部气球，使得可以使用路由技术来选择用于通过气球网络204的通信的适当光路(和可能的备份光路)。
[0066]在又一方面中，中央控制系统200 (以及可能的区域控制系统202A-202C)还可以协调用于气球网络204的某些位置保持功能。例如，中央控制系统200可以将从气球206A-206I接收到的状态信息输入至能量函数，该能量函数可以有效地将网络的当前拓扑与期望的拓扑进行比较，并且提供指示用于每个气球的移动方向(如果存在)的矢量，使得气球可以朝向期望的拓扑移动。进一步地，中央控制系统200可以使用高度的风数据来确定相应的海拔调整，该海拔调整可以被发起以实现朝向期望的拓扑的移动。中央控制系统200也可以提供和/或支持其他位置保持功能。
[0067]图2示出了提供集中控制的分布式布置，区域控制系统202A-202C协调中央控制系统200与气球网络204之间的通信。这种布置对于为覆盖大的地理区域的气球网络提供集中控制是有用的。在一些实施例中，分布式布置甚至可以支持提供覆盖地球上每个地方的全球气球网络。分布式控制布置在其他场景中也可以是有用的。
[0068]进一步地，应该理解，其他控制系统布置是有可能的。例如，一些实施方式可以包括具有附加层(例如，区域控制系统内的子区域系统等等)的集中控制系统。备选地，可以通过直接与一个或多个下行气球通信的单个集中的控制系统来提供控制功能。
[0069]在一些实施例中，根据实施方式，气球网络的控制和协调可以以不同程度在基于地面的控制系统和气球网络之间共享。实际上，在一些实施例中，可以不存在基于地面的控制系统。在这种实施例中，所有网络控制和协调功能可以通过气球网络自身来实现。例如，某些气球可以被配置为提供与中央控制系统200和/或区域控制系统202A-202C相同或相似的功能。其他实例也是可能的。
[0070]此外，气球网络的控制和/或协调可以分散化。例如，每个气球可以向一些或全部附近的气球中继状态信息以及接收来自一些或全部附近的气球的状态信息。进一步地，每个气球可以将其从一个附近气球接收的状态信息中继到一些或全部附近的气球。当所有气球都如此操作时，每个气球能够独立地确定网络的状态。备选地，某些气球可以被指定为针对网络的给定部分聚集状态信息。然后，这些气球可以相互协调以确定网络的总体状态。
[0071]进一步地，在一些方面中，气球网络的控制可以部分或整体被局部化，使得其不依赖于网络的整体状态。例如，单个气球可以实现仅考虑附近气球的位置保持功能。具体地，每个气球可以实现能量函数，该能量函数考虑其自身状态和附近气球的状态。能量函数可以被用来保持和/或移动到相对于附近气球的期望的位置，而无须作为整体考虑网络的期望的拓扑。然而，当每个气球实现这种用于位置保持的能量函数时，气球网络作为整体可以保持期望的拓扑和/或朝向期望的拓扑移动。
[0072]作为示例，每个气球A可以接收相对于其k个最接近的相邻气球中的每个相邻气球的距离信息Cl1-C^每个气球A可以将到k个气球中的每个气球的距离视为虚拟弹簧，该虚拟弹簧具有表示从第一最近相邻气球i朝向气球A的力方向的矢量以及与屯成比例的力大小。气球A可以将k个矢量中的每个矢量相加，并且相加的矢量是用于气球A的期望的移动的矢量。气球A可以试图通过控制其海拔来实现期望的移动。
[0073]备选地，例如，该过程可以向这些虚拟力中的每个虚拟力指派等于CliXCl1的力大小，其中屯与第二最近相邻气球的距离成比例。
[0074]在另一实施例中，可以对k个气球中的每个气球执行类似过程并且每个气球可以将其计划的移动矢量传输至其局部相邻气球。可以基于其相邻气球的对应计划的移动矢量来做出对每个气球的计划的移动矢量的进一轮的细化。将对于本领域技术人员显而易见的是，可以在气球网络中实现其他算法以便于保持在给定地理位置上方的一组气球间距和/或特定的网络容量等级。
[0075]2d)示例气球配置
[0076]可以在示例气球网络中并入各种类型的气球。如上所述，示例实施例可以利用高海拔气球，该高高度气球可以通常在17km和25km之间的海拔范围内进行操作。图3示出了根据示例实施例的高海拔气球300。如图所述，气球300包括气囊(envelope) 302、裙边(skirt) 304、负载306和截断(cut-down)系统308，该截断系统308被附着在气球302和负载306之间。
[0077]气囊302和裙边304可以采取目前已知的或者尚未被开发的各种形式。例如，气囊302和/或裙边304可以由高柔性乳胶材料制成，或者可以由诸如氯丁二烯的橡胶材料制成。在一个示例实施例中，气囊和/或裙边可以由金属化聚酯薄膜或双向拉伸聚酯薄膜制成。其他材料也是可能的。此外，气囊302和裙边304的形状和大小可以根据特定实施方式而改变。附加地，气囊302可以填充有各种不同类型的气体，诸如氦气和/或氢气。其他类型的气体也是可能的。
[0078]气球300的负载306可以包括处理器312和机上数据存储，诸如存储器314。存储器314可以采用非瞬态计算机可读介质的形式或者包括非瞬态计算机可读介质。非瞬态计算机可读介质可以具有存储于其上的指令，该指令可以被处理器312访问和执行以便于执行本文描述的气球功能。
[0079]气球300的负载306还可以包括各种其他类型的设备和系统以提供数种不同的功能。例如，负载306可以包括光通信系统316，该光通信系统316可以经由超亮LED系统320传输光信息，并且可以经由光通信接收器322 (例如，光电二极管接收系统)接收光信号。进一步地，负载306可以包括RF通信系统318，该RF通信系统318可以经由天线系统340发射和/或接收RF通信。
[0080]光通信系统316和/或RF通信系统318是通信系统的示例，该通信系统可以包括用于气球和气球网络中的其他节点之间的通信的通信接口。应该理解，提供其他类型的通信接口的其他类型的通信系统也是可能的，并且可以根据特定网络实施方式而改变。
[0081]负载306还可以包括用以向气球300的各种部件供电的电源326。电源326可以包括可充电电池。在其他实施例中，电源326可以附加或备选地表示本领域已知的用于产生电能的其他装置。此外，气球300可以包括太阳能发电系统327。太阳能发电系统327可以包括太阳能面板并且可以被用来生成为电源326充电和/或由电源326分发的电能。
[0082]进一步地，负载306可以包括由传感器系统330管理的各种类型的其他系统和传感器328。例如，负载306可以包括一个或多个摄影机和/或静物照相机、各种运动传感器(例如，加速计、磁力计、陀螺仪和/或罗盘)和/或用于捕获环境数据的各种传感器。进一步地，负载306内的部件中的一些或全部部件可以在无线电探空仪或其他探针中实现，无线电探空仪或其他探针可以操作为测量，例如压力、海拔、地理位置(玮度和经度)、温度、相对湿度和/或风速和/或风向等。
[0083]如上所注，气球300包括用于与其他气球的自由空间光通信的超亮LED系统320。如此，光通信系统316可以被配置为通