基于气球的预期故障模式对气球网络中的气球重新分配任务的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001 ]除非本文另有指示，否则本部分中描述的材料并不是本申请中的权利要求的现有技术，并且并不因为被包括在本部分中就被承认为是现有技术。
[0002]诸如个人计算机、膝上型计算机、平板式计算机、蜂窝电话机以及无数类型的能够因特网联网的设备的计算设备在现代生活的众多方面中越来越普遍。这样，对于经由因特网、蜂窝数据网络以及其他这种网络的数据连接的需求正在增长。然而，世界上存在数据连接仍然不可用的许多区域，或者即使数据连接可用也是不可靠和/或昂贵的。因此，期望额外的网络基础设施。
【发明内容】
[0003]描述了用于对气球网络内的气球指派任务的示例方法和系统。示例系统可以包括气球的第一子队，该气球的第一子队被指派了网络内的一个或多个任务的第一集合。系统还可以包括气球的第二子队，该气球的第二子队被指派了一个或多个任务的第二集合。控制系统可以被配置为确定气球的第一子队中的第一气球初始具有与任务的第一集合相对应的预测故障模式。控制系统可以随后确定第一气球具有与任务的第二集合相对应的预测故障模式。控制系统然后可以将第一气球从气球的第一子队重新指派给气球的第二子队。
[0004]在一个示例中，提供了一种系统，包括:气球的第一子队，该气球的第一子队被指派了气球网络内的一个或多个任务的第一集合;气球的第二子队，该气球的第二子队被指派了气球网络内的一个或多个任务的第二集合；以及控制系统，该控制系统被配置为:确定气球的第一子队中的第一气球初始具有与任务的第一集合相对应的预测故障模式;随后确定第一气球具有与任务的第二集合相对应的预测故障模式；以及将第一气球从气球的第一子队重新指派给气球的第二子队。
[0005]在另一个示例中，提供了一种方法，包括:确定气球网络中的第一气球具有与任务的第一集合相对应的预测故障模式，其中，气球网络至少包括被指派了一个或多个任务的第一集合的气球的第一子队和被指派了一个或多个任务的第二集合的气球的第二子队；随后确定第一气球具有与任务的第二集合相对应的预测故障模式；以及将第一气球从气球的第一子队重新指派给气球的第二子队。
[0006]在又一个示例中，提供了一种系统，包括:气球的多个子队，其中，气球的每个子队被指派了气球网络内的一个或多个任务的相对应的集合，并且其中，气球的子队之一中的每个气球初始具有与被指派给气球的该子队的任务的集合相对应的预测故障模式；以及控制系统，该控制系统被配置为周期性地确定气球的第一子队中的特定气球具有与被指派给气球的第二子队的任务的集合相对应的预测故障模式，并且将特定气球从气球的第一子队重新指派给气球的第二子队。
[0007]在又一个示例中，系统可以包括:用于确定气球网络中的第一气球具有与任务的第一集合相对应的预测故障模式的装置，其中，气球网络至少包括被指派了一个或多个任务的第一集合的气球的第一子队和被指派了一个或多个任务的第二集合的气球的第二子队；用于随后确定第一气球具有与任务的第二集合相对应的预测故障模式的装置；以及用于将第一气球从气球的第一子队重新指派给气球的第二子队的装置。
[0008]通过适当地参考附图来阅读下面的详细描述，这些以及其他方面、优点和替选对于本领域普通技术人员将变得明显。
【附图说明】
[0009]图1是示出了示例气球网络的框图。
[0010]图2是示出了示例气球网络控制系统的框图。
[0011 ]图3根据示例实施例示出了高空气球。
[0012]图4是根据示例实施例示出了包括超节点和子节点的气球网络的简化框图。
[0013]图5是根据示例实施例的方法的框图。
[0014]图6A根据示例实施例示出了气球网络内的气球的两个子队。
[0015]图6B根据示例实施例示出了来自图6A的气球的子队之一内的气球的预测故障模式。
[0016]图6C根据示例实施例示出了来自图6A的气球的子队之一内的气球的重新指派。
[0017]图6D根据示例实施例示出了在图6C的重新指派之后的气球的子队。
[0018]图7A根据示例实施例示出了气球网络内的气球的三个子队。
[0019]图7B根据示例实施例示出了图7A的气球的子队内的气球的预测故障模式。
[0020]图7C根据示例实施例示出了图7A的气球的子队内的气球的重新指派。
[0021]图7D根据示例实施例示出了在图7C的重新指派之后的气球的子队。
[0022]图8根据示例实施例示出了气球的两个不同子队的飞行路径。
[0023]图9根据示例实施例示出了故障率曲线。
【具体实施方式】
[0024]1.概述
[0025]本文描述了方法和系统的示例。应当理解，本文中词语“示例”和“示例性”被用来意味“充当示例、实例或图示”。本文中被描述为“示例性”的任何实施例或特征不一定要被解释为相较于其他实施例或特征为优选的或有利的。本文中描述的示例或示例性实施例不意味着限制性的。将容易理解，所公开的系统和方法的某些方面可以按照各种不同配置被布置和组合，所有这些在本文中都设想到了。
[0026]此外，附图中所示出的特定布置不应当被视为限制性的。应当理解，其他实施例可以包括更多或更少的给定附图中所示出的每个元素。此外，所示的元素中的一些可以被组合或省略。再进一步地，示例性实施例可以包括附图中未示出的元素。
[0027]本文中的示例可以被配置为帮助提供对包括多个气球的数据网络的控制，例如，数据网络被配置为由被部署在平流层中的高空气球所形成的网状网络(mesh network)。在一些示例中，气球的网络可以被划分为气球的多个子队。气球的每个子队可以被给予网络内的不同任务。例如，气球的一个子队可以向陆基台站提供局部(local)服务，气球的另一个子队可以充当气球之间的中继节点，而气球的又一个子队可以被发送以在长距离飞行路径上提供服务，等等。额外地，气球的每个子队可以根据单独的约束集合被操作。
[0028]在另外的示例中，控制系统可以将个体气球指派给子队。额外地，气球可以在它们的使用期期间被指派给多个不同的子队。例如，在气球的使用期的第一时段期间，该气球可以被放置在允许气球执行长距离飞行路径的子队中。然后，在气球的使用期的第二阶段期间，该气球可以被重新指派给第二子队，在第二子队中气球可以充当其他网络气球之间的中继节点。在稍晚的时间点处，气球可以再次被重新指派给第三子队，在第三子队中气球可以充当收集用于天气预报的数据的气象气球。也存在其他示例气球使用期阶段。
[0029]在一些示例中，控制系统可以基于个体气球的预测故障模式来将个体气球指派给子队。气球的预测故障模式可以指示可预期气球如何以及何时将故障。更具体地，气球的故障模式可以指示个体气球组件的某一类型的故障。例如，可能故障的组件可包括气球气囊(envelope)、通信系统、推进系统、电力系统、传感器系统或者其他机械或电气系统。一些故障模式可以致使气球整体无功能(non-funct1nal )，而其他故障模式可以仅使得气球不能用于某些目的。例如，气球气囊可能经历小孔洞，该小孔洞可能导致压力的缓慢损耗但是气球可能仍然在一些时间内具有功能;或者气球可以经历气囊中的裂口，该气囊中的裂口可导致快速的气球下降。
[0030]控制系统可以使用个体气球的预测故障模式，来确定网络内的哪些任务可能是最适合于该气球进行处理的。例如，如果确定气球的指定组件很可能会很快故障，则气球可以被重新分配任务以执行不需要该组件的不同的功能。例如，可以确定正在执行需要气球在高空花费时间的任务的气球很可能经历其气囊的故障。因此，气球可以被重新指派为处理要求不那么高的任务。作为另一个示例，可以确定正在充当中继气球的气球很可能会经历其与其他气球的通信系统的故障。该气球可以被重新指派为充当气象气球，气象气球可能不需要相同量的气球到气球通信。控制系统还可以基于预测故障模式来执行其他类型的重新指派。
[0031]额外地，个体气球的预测故障模式还可以被用于将气球或气球的子队定位在特定位置中。例如，如果确定个体气球的气囊很可能很快故障，则气球可以被指派给停留在接近特定陆基台站处的气球的子队。因此，如果气球确实如预测地发生故障则可以容易地被回收。此外，包含很可能会很快故障的气球的子队可以被控制为使得个体故障气球不与商业航道交叉，不在居住区着陆，或者不在气球可能难以被回收的区域中着陆。
[0032]在额外的示例中，个体气球的预测故障模式可包括更加复杂的度量(metrics)。例如，预测故障模式可以包括多个不同组件或故障类型的单独的要故障的时间(times-to-failure)。在另外的示例中，可以确定很可能在最早的时间点发生的某一组件的故障或某一类型的故障。额外地，要故障的时间的概率分布或故障率曲线可以针对整个气球来确定，或还针对气球组件来确定，或者替代地针对气球组件来确定。
[0033]在一些示例中，气球和/或气球组件可在气球被发射之后很短的初始时段期间经历高的故障可能性。当在安全度过此初始时段之后，在较长时间段内故障的可能性会大幅度降低，直到随着气球老化故障的可能性缓慢地开始上升。示例控制系统可以利用这样的故障率曲线。例如，气球可以在初始时段期间被指派给第一子队，在第一子队中，气球经历一个或多个负荷测试(stress test)。第一子队可不执行对于网络至关重要的任何功能，以使得如果气球故障产生的危害最小化。当平安度过此初始时段之后，气球然后可以被重新指派给第二子队。因为在该点气球不太可能会故障，所以气球可以在第二子队内被给予更重要的任务。
[0034]因此，示例方法可以允许控制系统将任务指派给在气球网络内操作的个体气球。气球可以基于气球的预测故障模式等被划分为子队。子队可以各自执行不同的任务，该不同的任务被协调以促进气球网络的运行。
[0035]I1.示例气球网络
[0036]为了使得气球可以在风可能以非对称的方式影响各种气球的位置的平流层中提供可靠的数据网络，示例性网络中的气球可以被配置为通过调整它们相应的高度来相对于彼此在玮度上和/或经度上移动，使得风将相应的气球运载到分别地期望的位置。
[0037]此外，在示例性气球网络中，气球可以使用自由空间光通信彼此通信。例如，气球可以被配置为使用用于光信号发送的超亮LED或可能的激光器(尽管用于激光通信的规章可能限制激光器的使用)进行光通信。另外，气球可以使用射频(RF)通信与(一个或多个)陆基台站通信。
[0038]在