气球网络中的位置知晓“幽灵”简况的制作方法

本申请是申请日为2013年5月29日、申请号为201380038357.2、发明名称为“气球网络中的位置知晓“幽灵”简况”的专利申请的分案申请。

背景技术：

除非本文另外指出，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是现有技术。

诸如个人计算机、膝上型计算机、平板计算机、蜂窝电话和无数类型的具备联网能力的设备之类的计算设备在现代生活的许多方面中正越来越普遍。这样，对于经由因特网、蜂窝数据网络和其他这样的网络的数据连通性的需求正在增长。然而，在世界的许多地区，数据连通性仍是不可得的，或者如果可得，则是不可靠的和/或成本高昂的。因此，希望有额外的网络基础设施。

技术实现要素：

在一个方面中，一种由计算机实现的方法包括：(a)在处于气球网络中的与第一地理区域相关联的位置的气球处判定应当根据第一地理区域的气球状态简况来更新该气球的气球状态，其中气球网络包括多个地理区域，以及(b)响应于判定应当更新气球状态：(i)确定第一地理区域的气球状态简况，其中气球状态简况包括用于在第一地理区域中操作的气球的一个或多个状态参数；以及(ii)使得该气球根据第一地理区域的气球状态简况来操作。

在另一方面中，一种非暂态计算机可读介质上可存储有可被至少一个处理器执行的程序指令。程序指令包括：(a)用于判定应当利用气球网络中的第一地理区域的气球状态信息来更新气球的指令，其中该气球处于与第一地理区域相关联的位置，并且其中气球网络包括多个地理区域；以及(b)用于响应于判定应当更新气球状态信息而进行以下操作的指令：(i)确定第一地理区域的气球状态简况，其中气球状态简况包括用于在第二地理区域中操作的气球的一个或多个状态参数；以及(ii)使得该气球根据第二气球状态简况来操作。

在另外一方面中，一种由计算机实现的方法包括：(a)在可在包括多个地理区域的气球网络中操作的气球处，判定该气球处于与气球网络中的第一地理区域相关联的位置；(b)确定第一地理区域的气球状态简况，其中气球状态简况包括用于在第一地理区域中操作的气球的一个或多个状态参数；以及(c)经由通信信道发送气球状态信号，其中通信信道是在气球网络中操作的一个或多个其他气球可访问的，其中气球状态信号指示出第一地理区域的气球状态简况的至少一部分。

在另一方面中，一种非暂态计算机可读介质上可存储有可被至少一个处理器执行的程序指令。程序指令包括：(a)用于判定气球处于与气球网络中的第一地理区域相关联的位置的指令，其中气球网络包括多个地理区域；(b)用于确定第一地理区域的气球状态简况的指令，其中气球状态简况包括用于在第一地理区域中操作的气球的一个或多个状态参数；以及(c)用于经由通信信道发送气球状态信号的指令，其中通信信道是在气球网络中操作的一个或多个其他气球可访问的，其中气球状态信号指示出第一地理区域的气球状态简况的至少一部分。

通过酌情参考附图阅读以下详细描述，本领域普通技术人员将清楚这些以及其他方面、优点和替换方案。

附图说明

图1是根据示范性实施例图示出气球网络的简化框图。

图2是根据示范性实施例图示出气球网络控制系统的框图。

图3根据示范性实施例示出了高空气球。

图4是根据示范性实施例图示出包括超节点和子节点的气球网络的简化框图。

图5a是图示出根据示范性实施例的方法的简化流程图。

图5b是图示出根据示范性实施例的方法的流程图，该方法是图5a所示的方法的延续。

图6是图示出根据示范性实施例的方法的简化流程图。

具体实施方式

本文描述了示范性方法和系统。应当理解，本文中使用“示范性”一词来指“充当示例、实例或例示”。本文描述为“示范性”的任何实施例或特征不一定要被理解为比其他实施例或特征更优选或有利。本文描述的示范性实施例不欲进行限定。容易理解，公开的系统和方法的某些方面可按许多种不同的配置来布置和组合，所有这些在这里都已设想到。

i.概述

示范性实施例可与包括多个气球(balloon)的数据网络关联实现；例如，由部署在平流层(stratosphere)中的高空气球(high-altitudeballoon)形成的网格网络(meshnetwork)。由于平流层中的风可以以差动的方式影响气球的位置，所以示范性网络中的每个气球可被配置为通过调整其垂直位置(即，高度)来改变其水平位置。例如，通过调整其高度，气球可能够找到将把它水平地(例如在纬度上和/或经度上)运载到期望的水平位置的风。

在示范性气球网络中，气球可在纬度上和/或经度上相对于彼此移动以形成期望的拓扑。然而，由于风，并且可能也因为其他原因，将个体气球保持在特定位置可能是困难的。因此，期望的拓扑可定义用于将气球相对于彼此定位的相对框架和/或规则，使得气球可相对于地面移动，同时保持期望的拓扑。从而，在地球上的给定位置，特定的一个或多个提供服务的气球可随着时间的流逝而变化。

在一地理位置的一个或多个提供服务的气球随着时间的流逝而变化的情境中，可能希望提供从最终用户的角度看起来基本上相同的服务和特征，就像接入点保持静止的接入网络中那样。因此，在示范性实施例中，气球可实现位置知晓气球简况勾画(profiling)，使得气球状态至少部分被绑定到特定的地理区域，而不是被绑定到特定的一个或多个气球。从而，在气球可能在地理上四处移动的同时，位置特定气球状态简况(location-specificballoon-stateprofile)可帮助提供给定的地理区域中的服务、特征和网络功能上的连续性，使得在气球移入或移出该地理区域时的移交(handoff)对于最终用户是基本上透明的。

具体地，可以定义位置特定“幽灵”(ghost)气球状态简况，每个这样的简况提供针对特定的地理区域的气球状态信息。这样，任何移动到特定地理区域中的气球可将其自身配置为只要其保持在该区域中就根据该区域的气球状态简况来操作。

另外，可在气球之间共享位置特定气球简况。例如，在一些实施例中，可在气球之间移交特定地理区域的气球状态信息。作为具体示例，进入或即将进入一地理区域的气球可从已经位于该地理区域中的一个或多个气球(或者可能刚刚离开该区域的一个或多个气球)获取该地理区域的气球状态简况。另外，在一些情况下，气球可从陆基台站获取一地理区域的一些或全部气球状态简况。

位置特定气球状态简况可以为在其相应的地理区域中操作的气球指定各种类型的气球状态信息。在一些情况下，给定地理区域的气球状态信息可包括用于在该区域中操作的气球的配置信息和/或操作参数。例如，位置特定气球状态简况可指定在特定地理区域中操作的气球将使用的一个或多个通信协议。作为另一示例，位置特定气球状态简况可指定在特定地理区域中操作的气球将要使用的功率使用简况(例如，气球在位于该区域中时能够/应当比通常使用更多还是更少的功率)。其他示例也是可能的。

另外，地理区域的气球状态信息可指定操作参数，使得位于该地理区域中的气球将根据该地理区域所位于的国家的主管部门所建立的法律要求来操作。因此，气球在例如其从一个国家、州或城市移动到另一个时(和/或移动到国际法适用的区域时)可以使其操作适应于不同统治区域的不同的法律要求。

另外，给定地理区域的气球状态信息可包括或指示在一定区域中应当缓存的某些数据。例如，给定地理区域的位置特定气球状态简况可指定气球应当缓存在该给定地理区域中说的某种语言的常见网页。另外，气球可按典型方式为其缓存获取指定的数据(例如，通过直接访问网页的url，然后存储该网页)，或者通过从附近的气球请求和/或接收指定的数据来获取。

应当理解，气球状态简况可提供的气球状态信息的上述示例是为了说明而提供的，而不应当被理解为在进行限定。因此，气球状态简况可以额外地或替换地包括其他类型的气球状态信息，而不脱离本发明的范围。

注意，气球状态简况所被指派到的地理区域可独立于气球的覆盖范围来定义。换言之，可以按不依从于气球网络中的气球所服务的个体覆盖区域的方式来定义地理区域。例如，在气球状态简况是位于地理区域中的气球将根据其移动进入的任何地理区域中的法律要求来操作的上述示例中，可基于主管部门所建立的边界(例如，国家、州、城市等等之间的边界)来定义地理区域。

另外，在一些实施例中，可以围绕一定区域的一定操作要求来定义地理区域。例如，可以对于具有一定带宽要求(例如，其中对带宽的需求比气球网络中典型的需求更高或更低)的区域定义地理区域。例如，可围绕发生体育赛事和音乐会的体育场或舞台定义地理区域，以帮助满足通常与这种事件相关联的对带宽的更高需求。其他示例是可能的。

此外，可基于气球网络所服务的不同区域中的变化的操作要求来动态地定义地理区域。例如，如果观察到区域中的带宽需求显著增大，则可以动态地定义发生需求增大的地理区域和该区域的相应气球状态简况。

作为具体示例，位于郊区区域中的体育场可位于较大的地理区域内，该较大的地理区域包括数个郊区。然而，当在该体育场中有事件时，气球网络可检测到该体育场中和该体育场周围的局部区域中的带宽需求的尖峰(例如，持续至少一小时的超过该区域中的历史基准的增大)，并且为该体育场中和该体育场周围的较小地理区域动态地定义气球状态简况(同时将这个较小的地理区域从关于郊区的较大地理区域中去除)。后来，当该事件结束并且需求减小时，气球网络可检测到减小的需求，并且重定义地理区域，使得该体育场再一次成为关于郊区的较大地理区域的一部分。其他具体示例也是可能的。

作为另一示例，可基于设计考虑来定义地理区域。例如，可以根据区域中的最终用户的不同功率要求、区域中关于rf和/或光信号的不同干扰考虑和/或区域中的最终用户想要的不同类型的服务，等等，来定义地理区域。

在另一方面中，气球也可维持用户数据的位置知晓缓存，每个气球根据其所位于的各个地理区域来更新该缓存。这样，根据位置特定气球状态简况来更新其状态的气球也可随着其移入和移出定义的地理区域而更新其各自的位置知晓缓存，使得给定地理区域中的任何一个或多个气球在位于该给定地理区域中时都可提供相同或相似的用户数据缓存。从而，虽然气球可在地理区域之间移动，但给定地理区域中的用户可被提供这样的缓存功能，该缓存功能复制或至少接近复制固定接入点的缓存功能。

另外，可以向固定的地理区域指派位置特定气球简况，这些固定的地理区域例如是由特定的地理坐标——例如gps坐标——来定义的。然而，也可以向移动的地理区域指派位置特定气球简况。移动的地理区域可由例如移动的物体或人来定义。例如，可围绕能够改变其位置的车辆(例如，轿车、火车、游轮，等等)来定义移动的地理区域。作为另一示例，可以围绕某个人或人的群组来定义移动的地理区域，使得当该人或群组在地理上四处移动时，在提供给该人或群组的服务上有连续性。

ii.示范性气球网络

可与各种类型的气球网络相关联地实现示范性实施例。例如，在示范性气球网络中，气球可利用自由空间光通信来与彼此通信。例如，气球可被配置用于使用超亮led(也可称为“高功率”或“高输出”led)的光通信。在一些场合中，取代led或者除了led之外可以使用激光，虽然关于激光通信的规章可能限制激光使用。此外，气球可利用射频(radio-frequency，rf)通信与(一个或多个)陆基台站通信。

在一些实施例中，高空气球网络可以是同质的。也就是说，高空气球网络中的气球可以按一种或多种方式与彼此基本相似。更具体而言，在同质高空气球网络中，每个气球被配置为经由自由空间光链路与一个或多个其他气球通信。另外，这种网络中的气球中的一些或全部还可被配置为利用rf通信与(一个或多个)陆基台站通信。从而，在一些实施例中，气球就每个气球被配置用于与其他气球的自由空间光通信而言可以是同质的，但至于与陆基台站的rf通信则是异质的。

在其他实施例中，高空气球网络可以是异质的，从而可包括两种或更多种不同类型的气球(即，以实质上不同的方式工作的两种或更多种类型的气球)。例如，异质网络中的一些气球可被配置为超节点(super-node)，而其他气球可被配置为子节点(sub-node)。还有可能异质网络中的一些气球可被配置为既充当超节点又充当子节点。这种气球在特定的时间可充当超节点或者子节点，或者取决于情境可同时充当这两者。例如，示例气球可聚集第一类型的搜索请求以发送到陆基台站。示例气球还可将第二类型的搜索请求发送到另一气球，该另一气球在该情境中可充当超节点。另外，在示范性实施例中可以是超节点的一些气球可被配置为经由光链路与陆基台站和/或卫星通信。

在示范性配置中，超节点气球可被配置为经由自由空间光链路与附近的超节点气球通信。然而，子节点气球可不被配置用于自由空间光通信，而是可被配置用于某种其他类型的通信，例如rf通信。在该情况下，超节点可还被配置为利用rf通信与子节点通信。从而，子节点可利用rf通信在超节点与一个或多个陆基台站之间中继通信。这样，超节点可以总体上充当气球网络的回程(backhaul)，而子节点起到将通信从超节点中继到陆基台站的功能。

图1是根据示范性实施例图示出气球网络100的简化框图。如图所示，气球网络100包括气球102a至102f，这些气球被配置为经由自由空间光链路104与彼此通信。在这样配置的情况下，气球102a至102f可以共同充当用于分组数据通信的网格网络。另外，气球102a和102b中的至少一些可被配置用于经由相应的rf链路108与陆基台站106进行rf通信。另外，一些气球，例如气球102f，可被配置为经由光链路110与陆基台站112通信。

在示范性实施例中，气球102a至102f是部署在平流层中的高空气球。在中等纬度，平流层包括地表之上大约10公里(km)到50km高度之间的高度。在南北极，平流层开始于大约8km的高度。在示范性实施例中，高空气球可大体上被配置为在具有相对较低的风速(例如，在5到20英里每小时(mph)之间)的平流层内的高度范围中操作。

更具体而言，在高空气球网络中，气球102a至102f可大体上被配置为在18km到25km之间的高度处操作(虽然其他高度也是可能的)。此高度范围可能由于若干个原因而是有利的。具体地，平流层的这一层一般具有相对较低的风速(例如，5到20mph之间的风)和相对较小的湍流。另外，虽然18km到25km之间的风可随着纬度并根据季节而变化，但可以以相当精确的方式对这些变化建模。此外，18km以上的高度通常超过了为商业空中交通指定的最大飞行高度。因此，当气球被部署在18km到25km之间时，与商业班机之间的干扰不是要担心的问题。

为了向另一气球发送数据，给定的气球102a至102f可被配置为经由光链路104发送光信号。在示范性实施例中，给定的气球102a至102f可使用一个或多个高功率发光二极管(light-emittingdiode，led)来发送光信号。或者，气球102a至102f中的一些或全部可包括激光系统，用于通过光链路104的自由空间光通信。其他类型的自由空间光通信也是可能的。另外，为了经由光链路104从另一气球接收光信号，给定的气球102a至102f可包括一个或多个光学接收器。示范性气球的额外细节在下文参考图3更详细论述。

在另一方面中，气球102a至102f可利用各种不同的rf空中接口协议中的一种或多种来经由相应的rf链路108与陆基台站106通信。例如，气球102a至102f中的一些或全部可被配置为利用ieee802.11(包括ieee802.11的任何修订版)中描述的协议、诸如gsm、cdma、umts、ev-do、wimax和/或lte之类的各种蜂窝协议和/或为气球-地面rf通信开发的一个或多个专有协议等等来与陆基台站106通信。

在另一方面中，可存在如下场景：rf链路108不为气球-地面通信提供期望的链路容量。例如，为了提供从陆基网关的回程链路以及在其他场景中，可希望有增大的容量。因此，示范性网络还可包括下行链路气球，这些下行链路气球提供高容量空-地链路。

例如，在气球网络100中，气球102f被配置为下行链路气球。与示范性网络中的其他气球一样，下行链路气球102f可操作以用于经由光链路104与其他气球的光通信。然而，下行链路气球102f也可被配置用于经由光链路110与陆基台站112的自由空间光通信。光链路110因此可用作气球网络100与陆基台站108之间的高容量链路(与rf链路108相比)。

注意，在一些实现方式中，下行链路气球102f还可操作用于与陆基台站106的rf通信。在其他情况下，下行链路气球102f可以只将光链路用于气球到地面的通信。另外，虽然图1所示的布置只包括一个下行链路气球102f，但示范性气球网络也可包括多个下行链路气球。另一方面，气球网络也可实现为没有任何下行链路气球。

在其他实现方式中，取代自由空间光通信系统或者除了自由空间光通信系统以外，下行链路气球可配备有专门的高带宽rf通信系统以用于气球到地面的通信。高带宽rf通信系统可采取超宽带系统的形式，该超宽带系统可提供具有与光链路104之一基本相同的容量的rf链路。其他形式也是可能的。

陆基台站，例如陆基台站106和/或108，可采取各种形式。一般地，陆基台站可包括诸如收发器、发送器和/或接收器之类的组件，用于经由rf链路和/或光链路与气球网络通信。另外，陆基台站可使用各种空中接口协议来通过rf链路与气球102a至102f通信。这样，陆基台站106可被配置为接入点，经由该接入点，各种设备可连接到气球网络100。在不脱离本发明的范围的情况下，陆基台站106可具有其他配置和/或起到其他作用。

在另一方面中，除了陆基通信链路以外或者作为陆基通信链路的替换，一些或所有气球102a至102f可被配置为与天基卫星建立通信链路。在一些实施例中，气球可经由光链路与卫星通信。然而，其他类型的卫星通信也是可能的。

另外，一些陆基台站，例如陆基台站108，可被配置为气球网络100与一个或多个其他网络之间的网关。这种陆基台站108从而可用作气球网络与因特网、蜂窝服务提供商的网络和/或其他类型的网络之间的接口。关于这个配置和陆基台站108的其他配置的变化也是可能的。

a.网格网络功能

如上所述，气球102a至102f可共同充当网格网络。更具体而言，由于气球102a至102f可利用自由空间光链路与彼此通信，所以这些气球可共同充当自由空间光学网格网络。

在网格网络配置中，每个气球102a至102f可充当网格网络的节点，该节点可操作来接收送往它的数据并将数据路由到其他气球。这样，通过确定源气球与目的地气球之间的光链路的适当序列，可将数据从源气球路由到目的地气球。这些光链路对于源和目的地气球之间的连接可被统称为“光路”。另外，每个光链路可被称为光路上的“跳”。

为了作为网格网络操作，气球102a至102f可采用各种路由技术和自我修复算法。在一些实施例中，气球网络100可采用自适应或动态路由，其中源和目的地气球之间的光路在需要连接时被确定并建立，并且在以后某时被释放。另外，当使用自适应路由时，可依据气球网络的当前状态、过去状态和/或预测状态来动态地确定光路。

此外，随着气球102a至102f相对于彼此和/或相对于地面移动，网络拓扑可变化。因此，示范性气球网络100可应用网格协议来随着网络的拓扑变化而更新网络的状态。例如，为了解决气球102a至102f的移动性，气球网络100可采用和/或适应性地修改移动自组网络(mobileadhocnetwork，manet)中采用的各种技术。其他示例也是可能的。

在一些实现方式中，气球网络100可被配置为透明网格网络。更具体而言，在透明气球网络中，气球可包括用于完全光学化的物理交换的组件，其中在光信号的物理路由中不涉及任何电气组件。从而，在具有光学交换的透明配置中，信号行经完全光学化的多跳光路。

在其他实现方式中，气球网络100可实现不透明的自由空间光学网格网络。在不透明配置中，一些或全部气球102a至102f可实现光-电-光(optical-electrical-optical，oeo)交换。例如，一些或全部气球可包括光学交叉连接(opticalcross-connect，oxc)，用于光信号的oeo转换。其他不透明配置也是可能的。

在另一方面中，示范性气球网络100中的气球可实现波分复用(wavelengthdivisionmultiplexing，wdm)，这可帮助增大链路容量。当以透明交换实现wdm时，穿过气球网络的物理光路可受到“波长连续性约束”。更具体而言，因为透明网络中的交换是完全光学化的，所以可能有必要向给定光路上的所有光链路指派相同的波长。

另一方面，不透明配置可避免波长连续性约束。具体地，不透明气球网络中的气球可包括可操作用于波长转换的oeo交换系统。结果，气球可在沿着光路的每一跳处转换光信号的波长。

另外，在不透明配置中可采用各种路由算法。例如，为了为给定的连接确定主光路和/或一个或多个不同的备用光路，示范性气球可应用或考虑最短路径路由技术，例如dijkstra的算法和k最短路径，和/或边缘和节点多样或不相交路由，例如suurballe的算法，等等。额外地或替换地，在确定光路时可采用用于维持特定服务质量(qualityofservice，qos)的技术。其他技术也是可能的。

b.台站保持功能

在示范性实施例中，气球网络100可实现台站保持功能来帮助提供期望的网络拓扑。例如，台站保持可涉及每个气球102a至102f维持和/或移动到相对于网络中的一个或多个其他气球的特定位置(并且可能在相对于地面的特定位置)。作为此过程的一部分，每个气球102a至102f可实现台站保持功能以确定其在期望拓扑内的期望定位，并且如果必要，确定如何移动到期望位置。

期望拓扑可依据特定的实现方式而有所不同。在一些情况下，气球可实现台站保持来提供基本上均一的拓扑。在这种情况下，给定的气球102a至102f可实现台站保持功能来将其自身定位在与气球网络100中的邻近气球相距基本上相同的距离(或者在一定距离范围内)。

在其他情况下，气球网络100可具有非均一拓扑。例如，示范性实施例可涉及如下的拓扑：在这些拓扑中，出于各种原因，气球在某些区域中分布得更密集或更不密集。作为示例，为了帮助满足城市区域中典型的更高带宽需求，气球在城市区域上方可更密集地群集。由于类似的原因，气球的分布在陆地上方可以比在大水体上方更密集。非均一拓扑的许多其他示例是可能的。

在另一方面中，示范性气球网络的拓扑可以是可适应性修改的。具体地，示范性气球的台站保持功能可允许气球根据网络的期望拓扑的变化来调整其各自的定位。例如，一个或多个气球可移动到新的位置以增大或减小给定区域中气球的密度。其他示例是可能的。

在一些实施例中，气球网络100可采用能量函数来确定气球是否应当移动和/或应当如何移动来提供期望的拓扑。具体地，给定气球的状态和一些或全部附近气球的状态可以是能量函数的输入。能量函数可将给定气球和附近气球的当前状态应用到期望的网络状态(例如，与期望拓扑相对应的状态)。随后可通过确定能量函数的梯度来确定指示给定气球的期望移动的向量。给定气球随后可确定为了实现期望的移动而要采取的适当动作。例如，气球可确定一个或多个高度调整以使得风将会以期望的方式来移动气球。

c.对气球网络中的气球的控制

在一些实施例中，网格联网和/或台站保持功能可以是集中式的。例如，图2是根据示范性实施例图示出气球网络控制系统的框图。具体地，图2示出了分布式控制系统，其包括中央控制系统200和数个区域控制系统202a至202b。这种控制系统可被配置为为气球网络204协调某些功能，并且因此可被配置为为气球206a至206i控制和/或协调某些功能。

在图示的实施例中，中央控制系统200可被配置为经由数个区域控制系统202a至202c与气球206a至206i通信。这些区域控制系统202a至202c可被配置为从其所覆盖的各个地理区域中的气球接收通信和/或聚集数据，以及将这些通信和/或数据中继到中央控制系统200。另外，区域控制系统202a至202c可被配置为将通信从中央控制系统200路由到其各自的地理区域中的气球。例如，如图2所示，区域控制系统202a可在气球206a至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可在气球206d至206f与中央控制系统200之间中继通信和/或数据，并且区域控制系统202c可在气球206g至206i与中央控制系统200之间中继通信和/或数据。

为了促进中央控制系统200与气球206a至206i之间的通信，某些气球可被配置为可操作来与区域控制系统202a至202c通信的下行链路气球。因此，每个区域控制系统202a至202c可被配置为与其所覆盖的各个地理区域中的一个或多个下行链路气球通信。例如，在图示的实施例中，气球204a、204d和204h被配置为下行链路气球。这样，区域控制系统202a至202c可分别经由光链路206、208和210与气球204a、204d和204h通信。

在图示的配置中，气球206a至206i中只有一些被配置为下行链路气球。被配置为下行链路气球的气球206a、206f和206i可将通信从中央控制系统200中继到气球网络中的其他气球，例如气球206b-e和206g-h。然而，应当理解，在一些实现方式中，有可能所有气球都可充当下行链路气球。另外，虽然图2示出了多个气球被配置为下行链路气球，但也有可能气球网络只包括一个下行链路气球，或者可能甚至不包括下行链路气球。

注意，区域控制系统202a至202b可能实际上只是被配置为与下行链路气球通信的特定类型的陆基台站(例如，图1的陆基台站112)。从而，虽然在图2中未示出，但可结合其他类型的陆基台站(例如，接入点、网关等等)实现控制系统。

在集中式控制布置中，例如图2中所示的那种，中央控制系统200(并且区域控制系统202a至202c也可能)可为气球网络204协调某些网格联网功能。例如，气球206a至206i可向中央控制系统200发送某些状态信息，中央控制系统200可利用这些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包括位置数据、光链路信息(例如，气球与之建立了光链路的其他气球的身份、链路的带宽、链路上的波长使用和/或可用性，等等)、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可聚集来自气球206a至206i中的一些或全部的状态信息以便确定网络的整体状态。

网络的整体状态随后可用于协调和/或促进某些网格联网功能，例如为连接确定光路。例如，中央控制系统200可基于来自气球206a至206i中的一些或全部的聚集状态信息来确定当前拓扑。拓扑可提供气球网络中可用的当前光链路和/或链路上的波长可用性的图景。此拓扑随后可被发送到气球中的一些或全部，从而使得可以采用路由技术来为通过气球网络204的通信选择适当的光路(以及可能选择备用光路)。

在另一方面中，中央控制系统200(并且区域控制系统202a至202c也可能)还可为气球网络204协调某些台站保持功能。例如，中央控制系统200可以把从气球206a至206i接收的状态信息输入到能量函数，该能量函数可有效地将网络的当前拓扑与期望的拓扑相比较，并且提供为每个气球指示移动的方向的向量(如果有移动的话)，以使得气球可朝着期望的拓扑移动。另外，中央控制系统200可以使用高度风数据来确定可被发起来实现朝着期望拓扑的移动的各个高度调整。中央控制系统200也可提供和/或支持其他台站保持功能。

图2示出了提供集中式控制的分布式布置，其中区域控制系统202a至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地理区域的气球网络提供集中式控制可能是有用的。在一些实施例中，分布式布置甚至可支持在地球上每个地方提供覆盖的全球气球网络。当然，分布式控制布置在其他场景中也可以是有用的。

另外，应当理解，其他控制系统布置也是可能的。例如，一些实现方式可涉及具有额外的层(例如，区域控制系统内的子区域系统，等等)的集中式控制系统。或者，控制功能可由单个集中式控制系统提供，该系统可与一个或多个下行链路气球直接通信。

在一些实施例中，取决于实现方式，对气球网络的控制和协调可由陆基控制系统和气球网络在不同程度上共享。实际上，在一些实施例中，可以没有陆基控制系统。在这种实施例中，所有网络控制和协调功能可由气球网络自身实现。例如，某些气球可被配置为提供与中央控制系统200和/或区域控制系统202a至202c相同或相似的功能。其他示例也是可能的。

此外，对气球网络的控制和/或协调可以是分散式的。例如，每个气球可将状态信息中继到一些或全部附近气球，并且从一些或全部附近气球接收状态信息。另外，每个气球可以把其从附近气球接收的状态信息中继到一些或全部附近气球。当所有气球都这样做时，每个气球可能够单独确定网络的状态。或者，某些气球可被指定为为网络的给定部分聚集状态信息。这些气球随后可彼此协调来确定网络的整体状态。

另外，在一些方面中，对气球网络的控制可以是部分或完全局部化的，从而使得其不依从于网络的整体状态。例如，个体气球可实现只考虑附近气球的台站保持功能。具体地，每个气球可实现将其自身状态和附近气球的状态考虑在内的能量函数。该能量函数可用于维持和/或移动到相对于附近气球的期望位置，而不必考虑网络整体上的期望拓扑。然而，当每个气球为了台站保持实现这样的能量函数时，气球网络整体上可维持期望的拓扑和/或朝着期望的拓扑移动。

作为示例，每个气球a可接收相对于其k个最近邻居中的每一个的距离信息d1至dk。每个气球a可以把到k个气球中的每一个的距离视为虚拟弹簧，其中向量表示从第一最近邻居气球i朝着气球a的力方向，并且力的幅值与di成比例。气球a可对k个向量中的每一个求和，并且总和向量是气球a的期望移动的向量。气球a可通过控制其高度来尝试实现期望的移动。

或者，这个过程可例如指派这些虚拟力中的每一个的力幅值等于dixdi。为网格网络中的各个气球指派力幅值的其他算法是可能的。

在另一实施例中，可以为k个气球中的每一个执行类似的过程，并且每个气球可将其计划的运动向量发送到其本地邻居。对每个气球的计划运动向量的更多轮精细化可基于其邻居的相应计划运动向量来进行。对于本领域技术人员显而易见的是，在气球网络中可实现其他算法以尝试在给定的地理位置上方维持一组气球间距和/或特定的网络容量水平。

d.气球网络内的定义的地理区域

在由图2所图示的另一方面中，气球网络可服务于一覆盖区域，该覆盖区域被细分为数个定义的地理区域220至240。另外，虽然图2图示了三个定义的地理区域220至240，但可以定义更多或更少的地理区域，而不脱离本发明的范围。此外，虽然地理区域220至240被示为不重叠的不同覆盖区域，但有可能两个或更多个地理区域被定义为重叠(至少部分地重叠)。

在示范性实施例中，每个气球206a至206i可根据该气球在给定时间点所位于的各地理区域220至240的气球状态简况来操作。例如，在气球网络204的图示状态中，气球206a至206c可各自根据地理区域220的气球状态简况来设定其各自的气球状态并操作，气球206d至206f可各自根据地理区域230的气球状态简况来设定其各自的气球状态并操作，并且气球206g至206i可各自根据地理区域240的气球状态简况来设定其各自的气球状态并操作。

另外，当给定的气球206a至206i从一个地理区域移动到另一个时，该气球可相应地更新其气球状态。例如，如果气球206c要从其如图2所示在地理区域220中的位置移动到地理区域230，则气球206c可根据地理区域230的气球状态简况来更新其气球状态。在一些情况下，这可涉及气球206c如地理区域230的气球简况所指示的那样更新先前根据地理区域220的气球状态简况设定的某些设定和/或某些操作参数。

另外，气球206a至206i可根据其在给定时间点所位于的地理区域220至240(或者气球预期将会位于的地理区域)维护并更新位置知晓缓存和/或其他数据。例如，给定的地理区域220至240的气球状态简况可指示出气球当在相应地理区域中操作时应当获取、存储和/或提供特定数据。作为具体示例，在气球网络204的图示状态中，气球206a至206c可各自存储与地理区域220相关联的用户数据和/或由地理区域220的气球状态简况标识的数据，气球206d至206f可各自存储与地理区域230相关联的用户数据和/或由地理区域230的气球状态简况标识的数据，并且气球206g至206i可各自存储与地理区域240相关联的用户数据和/或由地理区域240的气球状态简况标识的数据。其他示例也是可能的。

在一些情况下，例如图2中所示的示例，气球网络的覆盖区域可包括定义的边界区域，这些边界区域分隔定义的地理区域。在图示的实施例中，地理区域220和230被边界区域222分隔，而地理区域230和240被边界区域232分隔。注意，边界区域也可被视为两个或更多个覆盖区域在该处重叠的区域，而不是分隔两个相邻覆盖区域的不同区域。例如，可通过定义地理区域220和230以使得这些地理区域在边界区域222中重叠来创建边界区域222。

在一些实施例中，气球206a至206i可在其移动到边界区域222或232中时更新(或者开始更新)其气球状态。在这种实施例中，给定地理区域中的边界区域可与其分隔的相邻地理区域相关联。因此，当气球移动到边界区域中时，其可根据该气球预期或者有可能会移动到的、与该边界区域相关联的一个或多个地理区域的气球状态简况来更新或准备更新其气球状态。为此，气球可根据其预期会移动进入的地理区域的气球状态简况来更新或准备更新操作参数，和/或可存储由其预期会移动进入的地理区域的气球状态简况所标识的数据。

例如，气球206c可检测到其已从图2中图示(利用地理区域220图示)的位置移动到了边界区域222内的位置，并且作为响应准备更新其气球状态和/或更新其位置知晓缓存。可以推测，气球206c先前已根据地理区域220的气球状态简况更新了其气球状态，和/或存储了由地理区域220的气球状态简况所标识的数据和/或以其他方式与地理区域220相关联的用户数据(例如，通过将这样的数据存储在位置知晓缓存中)。因此，当气球206c移动到边界区域222中时，其可作为响应通过确定地理区域230的气球状态简况来准备更新其气球状态。另外，气球206c可开始获取、定位和/或存储地理区域230的气球状态简况指示当气球206c位于地理区域230中时应当被提供的数据。额外地或替换地，当气球206c移动到边界区域222中时，其可开始在其位置知晓缓存中存储与相邻地理区域230相关联的用户数据。

在另一方面中，气球当其位于边界区域中时可在其位置知晓缓存中保持先前存储的数据。这种先前存储的数据可包括但不限于：(a)与其当前和/或先前位于的地理区域相关联的用户数据，和/或(b)由其当前和/或先前位于的地理区域的气球状态简况所标识的数据。例如，在上述场景中，如果气球206c移动到边界区域222中，则其可在其位置知晓缓存中保持与地理区域220相关联的一些或全部数据，而同时获取、定位和/或存储与地理区域230相关联的数据。

另外，在气球206a至206i移动到边界区域222或边界区域232中之后，气球可等待直到其移出该边界区域，并且完全在相邻覆盖区域之一内，然后气球才实际更新其气球状态和/或删除与该气球先前位于的地理区域相关联的数据。例如，在气球206c位于边界区域222中时，其可能已请求并接收了地理区域230的气球状态简况。然后，如果气球206c确实实际上移动到了地理区域230中，则其可着手根据地理区域230的气球状态简况来更新其气球状态。另外，如果气球206c移动到了地理区域230中，则此时其也可移除(或者开始删除)与地理区域220相关联的数据。

另一方面，如果气球206c最终没有移动到地理区域230中，而是在移出边界区域222之后移动到了地理区域220中或者保持在地理区域220内，则气球206c可避免更新其气球状态。在此场景中，气球206c或者可以根据地理区域220的气球状态简况来更新其气球状态(例如，如果从气球206c上次更新其气球状态起地理区域220的气球状态简况已变化了的话)。额外地或替换地，如果气球206c在移出边界区域222之后移动到了地理区域220中或者保持在地理区域220内，则气球206c可作为响应去除(或开始去除)与地理区域230相关联的数据，这些数据可能是在预期可能会移动到地理区域230中的情况下存储的。

注意，虽然图2中图示的边界区域222和232可被描述和/或定义为分隔和/或至少部分定义地理区域220至240的区域，但可以在不定义边界区域的情况下定义地理区域。另外，边界区域或者可以被描述和/或定义为两个或更多个地理区域在该处重叠的区域。作为另一替换方案，可以没有任何边界区域(无论是具体定义为分隔地理区域(ga)的区域的边界区域，还是由于重叠的地理区域而产生的边界区域)。

在另一方面中，地理区域(以及边界区域，如果有的话)可被定义为创建基本上毗连的覆盖区域。例如，在图示的气球网络204中，地理区域220至240和边界区域222至232细分基本上毗连的覆盖区域。然而，应当理解，气球网络的覆盖也可延伸到不是任何定义的地理区域或边界区域的一部分的位置，而不脱离本发明的范围。

为了确定和/或更新其气球状态，给定的气球206a至206i可向气球网络204中的其他气球中的一个或多个发送简况更新请求。简况更新请求可指示出请求方气球的当前位置(以便接收方气球可确定该请求是关于哪个地理区域的)，和/或可具体地标识出请求关于哪个地理区域的缓存更新(例如，通过包括ga的另一个唯一标识符的标识号)。接收到来自另一气球的简况更新请求并且已经获知了所标识的覆盖区域的一些或全部气球状态简况的气球可通过向请求方气球发送所标识的覆盖区域的一些或全部气球状态简况来作出响应。

在一些实现方式中，气球206a至206i可以具体地向被相信位于期望其气球状态简况的地理区域中和/或被相信能够提供一些或全部期望的气球状态简况的另外一个或多个气球发送简况更新请求。在这种实施例中，接收简况更新请求的气球可假定其当前在根据期望的气球状态简况操作。在这种实施例中，请求方气球可不在简况更新请求中包括对其位置的指示或者对期望要哪个地理区域的用户数据的指示。另外，接收方气球可通过自动发送指示和/或提供其当前据之操作的气球状态简况的气球状态信号来响应该请求，而不进一步验证该气球状态简况是否与请求方气球的地理区域相关联。

然而，在一些实现方式中，接收简况更新请求的气球206a至206i在响应该简况更新请求之前可首先判定其是否能够指示或提供期望地理区域的气球状态简况。例如，如果接收方气球根据在简况更新请求中标识的地理区域的气球状态简况操作，则接收方气球可通过向请求方气球发送其气球状态信息和/或指示或提供接收方气球当前据之操作的气球状态简况中的一些或全部的气球状态信号来作出响应。另一方面，如果接收方气球没有根据所指示的地理区域的气球状态简况操作和/或因其他原因不能够指示或提供所指示的地理区域的一些或全部气球状态简况，则接收方气球可避免利用气球状态信息来响应简况更新请求。另外，接收方气球可以向请求方气球发送或者不向请求方气球发送指示出其不具有所指示的地理区域的气球状态信息的消息。

在一些实施例中，气球可以额外地或替换地从陆基台站请求和/或接收气球状态简况中的一些或全部。例如，控制系统可维护简况数据库，该简况数据库指示出气球当在给定地理区域中操作时要使用的某些操作参数的设定和/或与给定地理区域的相关联的其他数据。这种简况数据库可以是可按地理区域来搜索的，从而可以为给定地理区域确定气球状态简况。因此，控制系统可查询该数据库以取回与特定地理区域相关联的气球状态简况中的一些或全部。另外，可以有可搜索来确定特定气球状态简况的单个中央数据库，或者共同提供气球网络中的所有地理区域的气球状态简况的数个单独的数据库。

在一些实施例中，控制系统可以是中央控制系统，其提供气球网络中的所有地理区域的气球状态简况。在其他实施例中，可以有数个区域控制系统，这些区域控制系统可以独立操作或者可与协调和/或控制区域系统的某些功能的中央控制系统通信，例如图2中所示。

更具体而言，在图2所示的配置中，区域控制系统202a至202c可提供地理区域220至240中的每一个各自的气球状态简况的至少一部分。因此，气球可通过与关联于给定地理区域的区域控制系统202a至202c通信，来根据给定地理区域220至240的气球状态简况更新其气球状态简况。

另外，为了根据其当前地理区域来更新其状态，气球可直接与区域控制系统202a至202c通信，或者可经由其他气球和/或其他陆基台站来间接地与区域控制系统通信。例如，在气球网络204的图示状态中，如果气球206a判定其应当利用地理区域220的气球状态简况来更新其状态，则气球206a可向区域控制系统202a发送简况更新请求。然而，如果气球206c判定其应当利用地理区域220的气球状态简况来更新其状态，则气球206c可间接地——例如经由气球206a或者经由气球206b和206a——向区域控制系统202a发送简况更新请求。

在一些实施例中，一个或多个控制系统可检测气球206a至206i何时应当更新其状态，并且作为响应通知该气球。因此，在这种实施例中，气球可不需要为了更新其状态而发送简况更新请求。例如，控制系统，例如区域控制系统202a至202c之一，可判定气球处于与气球网络的第一地理区域相关联的位置，并且可判定该气球正根据一不同地理区域的气球状态简况操作和/或第一地理区域的气球状态简况自从其上次被提供给该气球起已被更新。作为响应，控制系统可向该气球发送指示出该气球应当根据第一地理区域的当前气球状态简况来更新其状态的消息。

注意，为了促进控制系统检测气球何时应当根据一不同气球状态简况来更新其状态，给定的气球206a至206i可周期性地向一个或多个陆基控制系统发送指示出该气球的位置的位置更新消息。这样，当控制系统判定气球已移动到与新的地理区域相关联的位置时，控制系统作为响应可向该气球发送气球状态信号，该气球状态信号指示和/或提供新地理区域的一些或全部气球状态简况。另外，控制系统可发起向气球发送与地理区域相对应的用户数据。

e.示范性气球配置

在示范性气球网络中可包含各种类型的气球系统。如上所述，示范性实施例可利用高空气球，这些高空气球通常在18km到22km之间的高度范围中操作。图3根据示范性实施例示出了高空气球300。如图所示，气球300包括气囊(envelope)302、套罩(skirt)304、有效载荷306和附接于气球302与有效载荷304之间的下切系统(cut-downsystem)308。

气囊302和套罩304可采取当前公知或尚待开发的各种形式。例如，气囊302和/或套罩304可由金属化聚酯薄膜(mylar)或双向拉伸聚酯薄膜(bopet)构成。替换地或额外地，气囊302和/或套罩304中的一些或全部可由诸如氯丁二烯之类的高灵活性乳胶材料或橡胶材料构成。其他材料也是可能的。另外，气囊302和套罩304的形状和大小可依据特定的实现方式而有所不同。此外，气囊302可被填充以各种不同类型的气体，例如氦气和/或氢气。其他类型的气体也是可能的。

气球300的有效载荷306可包括处理器312和机载数据存储装置，例如存储器314。存储器314可采取非暂态计算机可读介质的形式或者包括非暂态计算机可读介质。非暂态计算机可读介质上可存储有指令，这些指令可被处理器312访问并执行以便执行本文描述的气球功能。

气球300的有效载荷306还可包括各种其他类型的设备和系统来提供数种不同的功能。例如，有效载荷306可包括光通信系统316，该光通信系统316可经由超亮led系统320发送光信号，并且可经由光通信接收器(例如，光电二极管接收器系统)接收光信号。另外，有效载荷306可包括rf通信系统318，该rf通信系统318可经由天线系统324发送和/或接收rf通信。

有效载荷306还可包括电源326来向气球300的各种组件供应电力。电源326可包括可再充电电池或者采取可再充电电池的形式。在其他实施例中，电源326可以额外地或替换地代表本领域中已知的用于产生电力的其他手段。此外，气球300可包括太阳能电力生成系统327。太阳能电力生成系统327可包括太阳能电池板并且可用于生成对电源326充电和/或被电源326配送的电力。

另外，有效载荷306可包括各种类型的其他系统和传感器328。例如，有效载荷306可包括一个或多个视频和/或静止相机、gps系统、各种运动传感器(例如，加速度计、陀螺仪和/或罗盘)，和/或用于捕捉环境数据的各种传感器。另外，有效载荷306内的组件中的一些或全部可在无线电探空仪(radiosonde)中实现，该无线电探空仪可操作来测量例如压力、高度、地理位置(纬度和经度)、温度、相对湿度、和/或风速和/或风向，以及其他信息。

如上所述，气球306包括超亮led系统320，用于与其他气球的自由空间光通信。这样，光通信系统316可被配置为通过调制超亮led系统320来发送自由空间光信号。光通信系统316可用机械系统和/或硬件、固件和/或软件实现。一般地，实现光通信系统的方式可依据具体应用而有所不同。

在另一方面中，气球300可被配置用于高度控制。例如，气球300可包括可变浮力系统，该系统可被配置为通过调整气球300中的气体的体积和/或密度来改变气球300的高度。可变浮力系统可采取各种形式，并且一般可以是任何可改变气囊302中的气体的体积和/或密度的系统。

在示范性实施例中，可变浮力系统可包括位于气囊302内部的囊袋(bladder)310。囊袋310可以是被配置为保持液体和/或气体的弹性腔。或者，囊袋310不需要在气囊302内部。例如，囊袋310可以是可被加压到远超过中性压力的刚性囊袋。因此可通过改变囊袋310中的气体的密度和/或体积来调整气球300的浮力。为了改变囊袋310中的密度，气球300可被配置有用于加热和/或冷却囊袋310中的气体的系统和/或机构。另外，为了改变体积，气球300可包括用于向囊袋310添加气体和/或从囊袋310去除气体的泵或其他特征。额外地或替换地，为了改变囊袋310的体积，气球300可包括可控制来允许气体从囊袋310逸出的释放阀或其他特征。在本公开的范围内可实现多个囊袋310。例如，多个囊袋可用于提高气球稳定性。

在示例实施例中，气囊302可被填充以氦气、氢气或其他比空气轻的材料。气囊302从而可具有关联的向上浮力。在这种实施例中，囊袋310中的空气可被认为是可具有关联的向下压载力的压载舱。在另一示范性实施例中，通过向囊袋310中泵入空气和从囊袋310中泵出空气(例如利用空气压缩机)，可以改变囊袋310中的空气的量。通过调整囊袋310中的空气的量，可以控制压载力。在一些实施例中，压载力可以部分用于抵消浮力和/或提供高度稳定性。

在其他实施例中，气囊302可以基本上是刚性的并且包括包封的体积。在基本上维持该包封的体积的同时，可将空气从气囊302中排出。换言之，在包封的体积内可以产生并维持至少部分真空。从而，气囊302和包封的体积可以变得比空气轻并提供浮力。在其他实施例中，可以可控地将空气或另外的材料引入到包封的体积的部分真空中以尝试调整整体浮力和/或提供高度控制。

在另一实施例中，气囊302的一部分可以是第一颜色(例如黑色)和/或第一材料，而气囊302的其余部分可具有第二颜色(例如白色)和/或第二材料。例如，第一颜色和/或第一材料可被配置为比第二颜色和/或第二材料吸收相对更大量的太阳能量。从而，旋转气球以使得第一材料面对太阳可起到加热气囊302以及气囊302内部的气体的作用。这样，气囊302的浮力可增大。通过旋转气球以使得第二材料面对太阳，气囊302内部的气体的温度可减小。因此，浮力可减小。这样，通过利用太阳能量改变气囊302内部的气体的温度/体积，可以调整气球的浮力。在这种实施例中，有可能囊袋310可以不是气球300的必要元件。从而，在各种设想到的实施例中，可以至少部分通过调整气球相对于太阳的旋转来实现对气球300的高度控制。

另外，气球306可包括导航系统(未示出)。导航系统可实现台站保持功能以维持期望的拓扑内的位置和/或根据期望的拓扑移动到一位置。具体地，导航系统可使用高度风数据来确定使得风在期望的方向上和/或向期望的位置运载气球的高度调整。高度控制系统随后可对气球腔的密度进行调整以便实现所确定的高度调整并使得气球横向移动到期望的方向和/或期望的位置。

或者，高度调整可由陆基控制系统来计算并被传达给高空气球。作为另一替换方案，高度调整可由陆基控制系统或基于卫星的控制系统来计算并被传达给高空气球。此外，在一些实施例中，异质气球网络中的特定气球可被配置成为其他气球计算高度调整并向这些其他气球发送调整命令。

如图所示，气球300还包括下切系统308。下切系统308可被激活以将有效载荷306与气球300的其余部分分离。可在任何需要在地面上访问有效载荷时利用这个功能，例如当是时候将气球300从气球网络中去除时，当在有效载荷306内的系统上应当进行维护时和/或当电源326需要被再充电或更换时。

在示范性实施例中，下切系统308可包括将有效载荷306连接到气囊302的连接器，例如气球绳，以及用于切断该连接器的装置(例如，剪切机构或爆炸螺栓)。在示例实施例中，可以为尼龙的气球绳被包裹以镍铬合金线。可以使电流经过该镍铬合金线以对其进行加热并熔化该绳，从而将有效载荷306从气囊302切离。其他类型的下切系统和/或关于图示的下切系统308的变化也是可能的。

在替换布置中，气球可不包括下切系统。在这种布置中，在需要将气球从网络中去除和/或需要在地面上访问气球的情况下，导航系统可操作来将气球导航到着陆位置。另外，有可能气球可以是自给自足的，从而理论上不需要在地面上访问它。在其他实施例中，可以由特定的服务气球或另外类型的服务航空器或服务飞行器来在飞行中为气球提供服务。

iii.在气球之间具有光链路和rf链路的气球网络

在一些实施例中，高空气球网络可包括经由光链路与彼此通信的超节点气球，以及经由rf链路与超节点气球通信的子节点气球。图4是根据示范性实施例图示出包括超节点和子节点的气球网络的简化框图。更具体而言，图4图示了包括超节点气球410a至410c(也可称之为“超节点”)和子节点气球420a至420q(也可称之为“子节点”)的气球网络400的一部分。

每个超节点气球410a至410c可包括可操作用于与其他超节点气球的分组数据通信的自由空间光通信系统。这样，超节点可通过光链路与彼此通信。例如，在图示的实施例中，超节点410a和超节点401b可通过光链路402与彼此通信，并且超节点410a和超节点401c可通过光链路404与彼此通信。

子节点气球420a至420q中的每一个可包括可操作用于通过一个或多个rf空中接口的分组数据通信的射频(rf)通信系统。因此，超节点气球410a至410c中的一些或全部可包括可操作来将分组数据路由到一个或多个附近的子节点气球420a至420q的rf通信系统。当子节点420a经由rf链路接收到来自超节点410a的数据时，子节点420a可进而使用其rf通信系统来经由rf链路将接收到的数据发送到陆基台站430a至430l。

在一些实施例中，所有子节点气球可被配置为与陆基台站建立rf链路。例如，所有子节点可与子节点420a类似地配置，子节点420a可操作来经由相应的rf链路在超节点410a与陆基台站430a之间中继通信。

在其他实施例中，一些或所有子节点也可被配置为与其他子节点建立rf链路。例如，在图示的实施例中，子节点气球420f可操作来在超节点410c和子节点气球420e之间中继通信。在这种实施例中，两个或更多个子节点可在超节点气球与陆基台站之间提供多跳路径，例如由子节点气球420e和420f在超节点410c与陆基台站430e之间提供的多跳路径。

注意，rf链路可以是给定的实体与一个或多个其他实体之间的定向链路，或者可以是全向广播的一部分。在rf广播的情况下，有可能可以经由单个广播提供一个或多个“链路”。例如，超节点气球410a可与子节点气球420a、420b和420c中的每一个建立单独的rf链路。然而，在其他实现方式中，超节点气球410a可广播可被子节点气球420a、420b和420c接收的单个rf信号。在这种实现方式中，单个rf广播可有效地提供超节点气球410a与子节点气球420a、420b和420c之间的所有rf链路。其他示例也是可能的。

一般地，超节点气球之间的自由空间光链路比超节点气球与子节点气球之间的rf链路具有更大的带宽容量。另外，可在比rf通信远得多的距离上接收自由空间光通信。这样，超节点气球410a至410c可充当气球网络400的骨干，而子节点420a至420q可提供子网络，这些子网络提供对气球网络的接入和/或将气球网络连接到其他网络。

如上所述，超节点410a至410c既可被配置用于与其他超节点的较长距离的光通信，又可被配置用于与附近的子节点420的较短距离的rf通信。例如，超节点410a至410c可使用高功率或超亮led来通过可延伸100英里那么长或者可能更长的光链路402、404发送光信号。这样配置的超节点410a至410c可能够以10到50吉比特/秒的数据速率进行光通信。

然后更多的高空气球可被配置为子节点，这些子节点可以以大约10兆比特/秒的数据速率与陆基因特网节点通信。例如，在图示的实现方式中，子节点420a至420q可被配置为将超节点410a至410c连接到其他网络和/或直接连接到客户端设备。注意，以上示例中和本文其他地方描述的数据速率和链路距离是为了说明而提供的，而不应当被认为是限制性的；其他数据速率和链路距离是可能的。

在另一方面中，超节点气球中的一些或全部可被配置为下行链路气球。额外地或替换地，子节点420a至420q中的一些或全部可被配置为下行链路气球。另外，有可能可以实现例如图4所示的层次化气球网络，而没有任何下行链路气球。

另外，在一些实施例中，超节点气球，例如超节点410a至410c，可充当核心网络(即，骨干网络)，而子节点气球420a至420q可充当到超节点的核心网络的一个或多个接入网络。在这种实施例中，子节点420a至420q中的一些或全部也可充当到气球网络400的网关。还要注意，在一些实施例中，陆基台站430a至430l中的一些或全部可额外地或替换地充当到气球网络400的网关。

在另一方面中，应当理解图4所示的层次化气球网络的网络拓扑只是许多可能的网络拓扑中的一种。另外，示范性气球网络的网络拓扑可随着超节点和/或子节点气球相对于地面和/或相对于彼此移动而动态地变化。另外，与图1和2所示的气球网络一样，可以为层次化气球网络规定期望的拓扑，或者期望的拓扑可随着时间的流逝随着服务需要和/或网络的目标变化而动态地变化。

在异质气球网络——例如气球网络400——中也可实现位置特定气球状态简况。例如，如图4所示，在气球网络400的覆盖区域内可定义地理区域470、480和490。

在超节点气球410a至410c充当核心网络并且子节点气球420a至420q提供一个或多个接入网络的实施例中，位置特定气球状态简况可仅由子节点气球420a至420q实现。或者，超节点气球410a至410c和子节点气球420a至420q都可实现位置特定气球状态简况。

另外，在一些实施例中，超节点气球410a至410c可促进子节点气球420a至420q中的一些或全部对位置特定气球状态简况的实现。例如，每个超节点气球410a至410c可分别存储某个地理区域470至490的气球状态简况。这样，子节点气球420a至420q可向附近的超节点气球查询与其所位于或者预期其很快将会位于的地理区域相关联的气球状态简况。或者，以与上文参考图2所述类似的方式，超节点气球410a至410c可充当控制系统。异质气球网络中的位置特定气球状态简况的其他实现方式也是可能的。

v.方法的示例

a.用于根据位置特定气球状态简况更新气球状态的示例气球实现方法

图5a是图示出根据示范性实施例的方法500的简化流程图。方法500可被气球网络中的气球实现来在其移动到气球网络中的不同地理区域时根据不同ga的位置特定气球状态简况维持和/或更新其状态，并且可能额外或替换地用于其他目的。

更具体而言，方法500涉及处于与气球网络中的第一地理区域相关联的位置的气球判定其状态(本文中也称为该气球的“气球状态”)应当根据第一地理区域的气球状态简况来加以更新，如方框502所示。响应于判定应当更新其气球状态，气球可确定第一地理区域的气球状态简况，该气球状态简况可指定在第一地理区域中操作的气球的一个或多个状态参数，如方框504所示。气球随后可根据第一地理区域的气球状态简况来操作，如方框506所示。

在示范性方法700中，气球状态简况指定的状态参数可包括气球的各种操作参数。例如，给定地理区域的服务协议可指定：(a)要用于与该区域中的陆基台站和/或其他气球通信的一个或多个通信协议，(b)用于在该区域中的气球和陆基台站之间路由的参数，(c)发送功率要求(例如，最小和/或最大发送功率)，(d)纠错编码，(e)气球网络的为该区域服务的部分的期望拓扑，(f)与气球可连接到(例如，为了与其他网络连接)的该区域中的陆基台站或其他固定系统有关的标识信息和/或其他信息，(g)气球当在该区域中时的电力管理，(h)影响气球的水平和/或高度运动的参数(例如，速度限制、最大高度和/或最小高度，等等)，和/或(i)为了落在该区域所位于的国家的政府所制定的期望调控类内或者为了在其他方面遵守该地理区域中的法律要求或规章而要求的参数，等等。

在一些实施例中，给定地理区域的气球状态简况可包括提供或标识出气球当在该地理区域中操作时应当获取、存储和/或提供的数据的状态参数。这种数据可例如包括采取某种语言的通常访问的网页，为了根据操作参数操作而要求或者使用的用于语言特定功能的程序指令，和/或在一些位置可能有用但在其他位置可能非有用的其他类型的数据。

在一些实施例中，给定地理区域的气球状态简况可包括指示出地理区域的某些操作模式的状态参数。定义给定地理区域的操作模式的状态参数可以是适应性很强的以帮助为给定的地理区域优化服务。

例如，考虑具有高带宽利用率的地理区域(例如，高使用区域)邻近具有低得多的带宽利用率的地理区域(例如，低使用区域)的场景。另外，在这些地理区域中，气球网络可向一些高优先级订户(例如，为优质服务付了费的订户)和一些低优先级订户(例如，没有为优质服务付费的订户)提供服务。状态参数可指定在给定的地理区域中应当利用第一操作模式还是第二操作模式，其中与第二操作模式指定的相比，实现第一操作模式指定更低的阈值带宽利用率，用于限制分配给低优先级订户的带宽量。从而，高使用区域的气球状态简况可指示第一操作模式，而低使用区域的气球状态简况可指示第二操作模式。从而，离开高使用区域并进入邻近的低使用区域的气球可增大其用来限制可分配给低优先级订户的带宽量的阈值带宽利用率。结果，与其根据高使用区域的气球状态简况操作时相比，气球在低使用区域中可接受来自低优先级订户的数目更大的带宽请求。其他示例也是可能的。

i.判定应当更新气球状态信息

在示范性方法500的方框502，气球可使用各种技术来判定其应当根据某个地理区域的气球状态简况更新其状态。

例如，气球可检测其何时从不与第一地理区域相关联(例如，在第一地理区域之外)的位置移动到第一地理区域内的位置。当检测到移动到第一地理区域中时，气球很可能正根据其先前位于的地理区域的气球状态简况操作。因此，当气球检测到其已移动到新的地理区域中时，气球在方框504可通过着手发送简况更新请求来作出响应。

在一些实现方式中，方框502可涉及气球检测到气球从不与第一地理区域相关联的位置(例如，从在边界区域之外并且在另一地理区域中的位置)移动到第一地理区域的边界区域中，例如上文参考图2所述。当气球移动到地理区域的边界区域中时，这可被解读为意味着气球正朝着该地理区域移动。因此，气球在方框504可通过发送简况更新请求来对移动到边界区域中作出响应。

注意，当气球移动到边界区域中时，气球也可检查其先前、当前和/或计划的移动方向来验证其正朝着不同的地理区域前进(例如，从另一地理区域前进到第一ga中)。另外，基于先前、当前和/或计划的移动方向，气球可确定其将移动到该不同地理区域中的概率。这样，当气球位于边界区域中时，气球可以使方框504处的简况更新请求的发送以确定移动到第一地理区域中的概率大于阈值概率为条件。

在另一方面中，为了确定何时更新其状态，气球可运行后台进程来监视其位置并且检测其何时移动到新地理区域中和/或其何时移动到边界区域中，并且因此应当根据一不同地理区域的气球状态简况来更新或者准备更新其状态。

ii.确定地理区域的气球状态简况

在方法500的方框504，气球可使用各种技术来确定给定的地理区域的气球状态简况。

在一些实施例中，气球可从在气球网络中操作的附近气球获取构成气球状态简况的一些或全部信息。在这种实施例中，方框504可涉及气球向一个或多个其他气球发送简况更新请求。气球随后可从接收到该简况更新请求的一个或多个气球接收所请求的第一地理区域的气球状态简况的至少一部分。

在一些实施例中，气球可额外地或替换地向与请求其气球状态简况的地理区域相关联的至少一个陆基台站发送简况更新请求。这样，气球可从位于该地理区域中或以其他方式与该地理区域相关联的一个或多个陆基台站获取构成气球状态简况的一些或全部信息。

在一些情况下，气球可从响应简况更新请求的单个附近气球接收地理区域的全部气球状态简况。在其他情况下，气球可从数个不同气球接收气球状态简况的不同部分。在另外的其他情况下，气球可从一个或多个附近气球接收气球状态简况的一个或多个部分，并且从一个或多个陆基台站接收另外的一个或多个部分。

在一些实施例中，在气球网络中操作的一些或全部气球可被配置为经由指定的通信信道来广播气球状态信号，该气球状态信号指示出与进行广播的气球相关联的地理区域(例如，该气球当前位于的地理区域或者该气球最近曾位于的地理区域)的气球状态简况的至少一部分。在这种实施例中，方框504可涉及寻求确定第一地理区域的气球状态简况的气球搜索指定的通信信道以寻找指示出第一地理区域的气球状态简况的至少一部分的气球状态信号。

图5b是图示出根据示范性实施例的方法550的流程图，该方法是图5a所示的方法500的延续。方法550可例如在气球已根据第一地理区域的气球状态简况更新了其状态之后、在气球从第一地理区域移动到第二地理区域时实现。

更具体而言，方法550涉及气球判定气球处于与气球网络的第二地理区域相关联的位置(例如，在第二地理区域内或者在第二ga的边界区域内的位置)，如方框552所示。气球随后可判定其应当根据第二地理区域的气球状态简况来更新其状态，如方框554所示。然后，响应于判定其应当更新其状态，气球可确定第二地理区域的气球状态简况，该气球状态简况包括在第二地理区域中操作的气球的一个或多个状态参数，如方框556所示。气球随后可根据第二地理区域的气球状态简况来操作，如方框558所示。

另外，气球网络中的给定气球每当其检测到其已移动到或即将移动到一不同地理区域中时就可重复方法500或者其一些部分(例如，通过执行方法550)。这样，给定气球可根据该气球位于和/或预期将位于其中的任何地理区域中的气球状态简况来调整其状态。

在另一方面中，数个气球当其在气球网络中的地理区域之间移动时可实现方法500和/或方法550，气球移入和移出地理区域这个事实可对地理区域中的最终用户基本上透明。具体地，当第一气球移出一地理区域时，经由第一气球通信的最终用户可被移交给在该地理区域中操作的第二气球。第二气球也可实现方法500和/或方法550，从而第二气球仍可根据该地理区域的气球状态简况来操作。另外，当其他气球移动到该地理区域中时，其他气球可实现方法500和/或方法550，从而可更新其各自的状态以便根据该地理区域的气球状态简况来操作。气球的这个功能可集体帮助提供地理区域中的服务和网络操作上的连续性，即使在该地理区域中操作的一个或多个气球随着时间而变化。

在另一方面中，可以有如下场景：不希望气球移出地理区域，除非至少一个其他气球在该地理区域中取代它。因此，气球还可操作来判定是否需要替代气球和/或采取步骤来找到替代计划。例如，气球可判定。

作为具体实施例，考虑如下实施例：方框502涉及气球判定其在边界区域中，并且有可能移动到一不同地理区域中。在这种实施例中，气球作为响应可确定有多少个其他气球位于该地理区域中(并且可推测是根据该ga的气球状态简况来配置的)。为此，气球可广播一消息，该消息请求附近气球指示出其是否位于该气球即将或预期会移出的地理区域中和/或根据该地理区域的气球状态简况操作。气球也可向陆基台站发送消息，请求指示出有哪些和/或有多少其他气球当前在地理区域中和/或根据该地理区域的气球状态简况操作的信息。额外地或替换地，附近气球的身份和/或气球状态可能已经被存储在该气球处。例如，气球可被配置为通过例如在彼此之间传达位置和/或气球状态信息和/或从陆基台站接收这种信息来维护和更新附近气球的数据库。

一旦气球识别出其即将移出的地理区域中的其他气球，气球就可判定是否另一气球应当在该地理区域中取代它。例如，可以为地理区域定义密度要求，该密度要求可指示出例如在给定时间点在该地理区域中应当提供服务的气球的最小和/或最大数目。这样，气球可比较在该地理区域中操作的其他气球的当前数目和该地理区域的最小数目，并且如果当前数目小于最小数目，则可采取行动来找到替代。例如，气球可向附近气球和/或与该地理区域相关联的陆基台站发送消息，该消息指示出：(a)该气球已移出或者即将或预期会移出该地理区域，和/或(b)另一气球应当移动到该地理区域中并且根据该地理区域的气球状态简况来更新其状态。其他示例也是可能的。

b.用于向其他气球提供气球状态简况的方法

图6是图示出根据示范性实施例的方法600的简化流程图。方法600可由气球网络中的气球实现来例如将地理区域的气球状态简况中的一些或全部移交给已进入或即将进入该地理区域的另一气球。

更具体而言，方法600涉及气球确定第一地理区域的气球状态简况，该气球状态简况包括在第一地理区域中操作的气球的一个或多个状态参数，如方框602所示。在示例实施例中，第一地理区域可以是该气球当前位于的地理区域。气球随后可生成气球状态信号，该气球状态信号指示出第一地理区域的气球状态简况的至少一部分，如方框604所示。气球随后可经由气球网络中的其他气球可访问的通信信道来发送气球状态信号，如方框606所示。

在方法600的一些实施例中，气球可经由通信信道广播气球状态信号，使得该气球状态信号对于监视该通信信道的任何气球都可用。例如，可在rf空中接口上定义网络协调信道。这样，气球状态信号可以是气球在网络协调信道上广播的rf信号。在这种示例中，其他气球可通过针对气球状态信号而监视和/或搜索网络协调信道来获取气球状态信号。其他类型的气球状态信号也是可能的。

在其他实施例中，气球可具体地向第二气球或者向多个其他气球发送气球状态信号。在这种实施例中，第一气球可最初确定应当用第一地理区域的气球状态简况来更新第二气球。这可简单地涉及第一气球接收来自第二气球的简况更新请求。或者，第一气球可发送请求第二气球指示出第二气球当前实现的气球状态简况的消息，并且判定第二气球的气球状态简况不是当前的(例如，与一不同地理区域而不是第二气球当前在其中操作的地理区域相关联)。在任一情况下，当第一气球判定应当更新第二气球的状态时，随后第一气球可作为响应向第二气球发送气球状态信号(其也可被称为“气球状态消息”)。在这种实施例中，利用来向第二气球发送气球状态信号的通信信道可在rf空中接口上、自由空间光链路上或者两个气球之间的另一无线链路或无线空中接口上定义。

iv.结论

附图中所示的特定布置不应当被视为限制性的。应当理解，其他实施例可包括更多或更少的给定附图中示出的每种元素。另外，一些图示的元素可被组合或省略。此外，示范性实施例可包括图中没有图示的元素。

此外，虽然本文已公开了各种方面和实施例，但本领域技术人员将清楚其他方面和实施例。本文公开的各种方面和实施例是为了说明，而并不打算进行限定，真实的范围和精神由所附权利要求指示。可以利用其他实施例，并且可以作出其他改变，而不脱离本文给出的主题的精神或范围。容易理解，如本文概括描述以及附图中图示的本公开的各方面可按许多种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在这里都被设想到了。