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。可替换地，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。
[0062]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。其它示例也是可能的。
[0063]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。可替换地，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。
[0064]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，从而使得其不依赖于网络的整体状态。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种能量函数时，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。
[0065]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屯至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，并且力的幅值与屯成比例。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。
[0066]可替换地，这个过程可指派这些虚拟力中的每一个的力幅值等于CliXdi,其中Cli例如与到第二近的邻居气球的距离成比例。为网状网络中的各个气球指派力幅值的其它算法是可能的。
[0067]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移动向量发送到其本地邻居。对每个气球的计划移动向量的更多轮精细化可基于其邻居的相应计划移动向量来进行。对于本领域技术人员将显而易见的是，在气球网络中可实现其它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。
[0068]d.示例气球配置
[0069]在示例气球网络中可包含各种类型的气球系统。如上所指明的，示例实施例可利用高空气球，这些高空气球通常可在18km到25km之间的高度范围中操作(高空气球也可在其它高度范围中操作)。图3根据示例实施例示出了高空气球300。如图所示，气球300包括气囊302、套罩(skirt) 304、有效载荷306和附接于气球302与有效载荷306之间的下切系统(cut-down system) 308ο
[0070]气囊302和套罩304可采取可以是当前公知或尚待开发的各种形式。例如，气囊302和/或套罩304可由包括金属化聚酯薄膜(Mylar)或双向拉伸聚酯薄膜(BoPet)的材料构成。额外地或可替换地，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。其它材料也是可能的。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。额外地，气囊302可被填充以各种不同类型的气体，诸如氦气和/或氢气。其它类型的气体也是可能的。
[0071]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，诸如存储器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。从而，处理器312与存储器314中存储的指令和/或其它组件相结合可充当气球300的控制器。
[0072]气球300的有效载荷306还可包括各种其它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322 (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340发送和/或接收RF通信。
[0073]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。在其它实施例中，电源326可以额外地或可替换地代表本领域中已知的用于产生电力的其它手段。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。
[0074]有效载荷306可额外地包括定位系统324。定位系统324可包括例如全球定位系统(GPS)、惯性导航系统和/或星体跟踪系统。定位系统324可以额外地或可替换地包括各种运动传感器(例如，加速度计、磁力计、陀螺仪和/或罗盘)。
[0075]定位系统324可以额外地或可替换地包括一个或多个视频和/或静止相机，和/或用于捕捉环境数据的各种传感器。
[0076]有效载荷306内的组件和系统中的一些或全部可在无线电探空仪(rad1sonde)或其它探测器中实现，该无线电探空仪或其它探测器可操作来测量例如压力、高度、地理位置(玮度和经度)、温度、相对湿度和/或风速和/或风向以及其它信息。
[0077]如所指明的，气球300包括超亮LED系统320，用于与其它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可实现有机械系统和/或硬件、固件和/或软件。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。光通信系统316和其它关联组件在下文更详细描述。
[0078]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。
[0079]在示例实施例中，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。可替换地，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。另夕卜，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去除气体的泵或其它特征。额外地或可替换地，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逸出的放气阀或其它特征。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。
[0080]在示例实施例中，气囊302可被填充以氦气、氢气或其它比空气轻的材料。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。在另一示例实施例中，通过向囊袋310中泵入空气(例如利用空气压缩机)以及从囊袋310中泵出空气，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。
[0081]在其它实施例中，气囊302可以基本上是刚性的并且包括围闭(enclosed)体积。在基本上维持该围闭体积的同时，可将空气从气囊302中排出。换言之，在该围闭体积内可以产生并维持至少部分真空。从而，气囊302和围闭体积可以变得比空气轻并提供浮力。在其它实施例中，可以可控地将空气或另外的材料引入到围闭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。
[0082]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。
[0083]另外，气球300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/或依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。可替换地，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。在其它实施例中，异质气球网络中的特定气球可被配置为为其它气球计算高度调整并向这些其它气球发送调整命令。
[0084]额外地，气球300可包括用于确定气球的位置的位置确定系统(未示出)。位置确定系统可被配置为确定已被配置为作为气球网络中的节点操作的气球的着陆位置。
[0085]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。下切系统308可至少包括将有效载荷306连接到气囊302的连接器，诸如气球绳，以及用于切断该连接器的手段(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。
[0086]可在需要在地面上访问有效载荷的任何时间利用下切功能，诸如当是时候将气球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。
[0087]在可替换布置中，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，从而不需要在地面上访问它。在其它实施例中，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检修飞行中的气球。
[0088]另外，气球300可包括控制系统，该控制系统可对应于处理器312。控制系统可被配置为检测与气球停止作为气球网络中的节点操作以及气球下降到着陆位置相对应的去除事件，这在下文进一步论述。额外地，响应于检测到去除事件，控制系统可被配置为发起回收协助