8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 1/23

US006366761B1

( 1 2 ) United S t a t e s Patent

M o n t p e t i t

( 1 0 ) P a t e n t N 0 . :

( 4 5 )

Date

o f

P a t e n t :

US 6 , 3 6 6 , 7 6 1 B1

A p r . 2 , 2 0 0 2

( 5 4 )

( 7 5 )

( 7 3 )

( * )

( 2 1 )

( 2 2 )

( 5 1 )

( 5 2 )

( 5 8 )

( 5 6 )

EP

EP

WO

PRIORITY-BASED

BANDWIDTH

ALLOCATION

AND

BANDWIDTH-ON-DEMAND IN A

LOW-EARTH-ORBIT

SATELLITE DATA

COMMUNICATION

I n v e n t o r :

( U s )

A s s i g n e e :

N o t i c e :

NETWORK

M a r i e - J o s e M o n t p e t i t ,

B e l l e v u e ,

WA

T e l e d e s i c

LLC,

K i r l a n d , WA

U S )

S u b j e c t t o

a n y d i s c l a i m e r , t h e t e r m o f t h i s

p a t e n t

i s

e x t e n d e d o r a d j u s t e d

u n d e r

3 5

U . S . C . 1 5 4 ( b )

b y

0 d a y s .

A p p l .

N o . :

F i l e d :

0 9 / 1 6 7 , 4 1 0

O c t . 6 , 1 9 9 8

Int.

Cl.7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

US. Cl.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

H04B 7/185

4 5 5 / 1 2 . 1 ,

4 5 5 / 4 2 8 ; 4 5 5 / 4 3 0 ,

4 5 5 / 4 5 3 ; 4 5 5 / 4 5 5 ; 3 7 0 / 2 3 0 ; 3 7 0 / 3 1 6 ; 3 7 0 / 3 4 1 ;

Field

of Search . . . . . . . . .

3 7 0 / 4 1 2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455/427, 428,

4 5 5 / 4 2 9 ,

4 3 0 ,

1 2 . 1 , 1 3 . 1 , 1 3 . 2 ,

4 3 4 , 4 4 5 ,

4 4 6 , 4 4 7 , 4 5 0 , 4 5 3 , 4 5 5 ,

3 7 0 / 2 3 0 ,

2 3 2 ,

2 3 6 , 3 1 6 , 3 2 1 , 3 2 2 , 3 4 7 , 3 4 8 , 4 1 2 — 4 1 8 ,

4 3 6 ,

4 4 2 4 4 4 ,

4 3 7 , 4 5 8 — 4 6 1

R e f e r e n c e s C i t e d

U . S . PATENT DOCUMENTS

5,132,964

A

*

5 , 2 5 1 , 2 0 9 A

5 , 3 6 3 , 3 7 4 A

5 , 5 9 2 , 4 7 0 A 1 / 1 9 9 7

5 , 6 9 9 , 3 5 5

A

* 12/1997

5 , 7 7 4 , 6 6 8

A

* 6/1998

5 , 8 2 6 , 1 6 9

A

* 10/1998

7 / 1 9 9 2

*

1 0 / 1 9 9 3

1 1 / 1 9 9 4

Esaki

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

370/418

Jurkevitch

et

a 1 .

. . . . . . . . . 370/468

Z e i n

Al Abedeen

e t

a 1 .

R u d r a p a t n a

e t

a l .

Natarajan . . . . . . . . . . . . . . . . .

. .

370/322

Choquier e t

a 1 .

709/223

Natarajan . . . . . . . . . . . . . . . .

.

455/13.1

( L i s t c o n t i n u e d o n n e X t p a g e . )

FOREIGN

PATENT DOCUMENTS

0

662 775

A 1

0

719 062

A2

WO 7 / 3 5 4 0 8

7 / 1 9 9 5

6 / 1 9 9 6

9 / 1 9 9 7

ma

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run: um m; um

ACKET

r 0 1 7

mmswssmu HROUGH

S A T E L L I T E

nxrmrx

sum

1; ASSIDN

P R I O R I T Y

S T A T U S N

11m

P A L ‘ K Z T

m2

1 0 5 /

T R A N S M I T

B A N D W I D T H a s v s s r

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r i m :

Aluminum

'

T I I A N A T H I T

11m

mm

DA,

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BAN/1mm

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OTHER PUBLICATIONS

A .

H u n g ,

M . — J . M o n t p e t i t , a n d

G .

K e s i d i s ,

ATM

i a

s a t e l

l i t e : A ramework a n d i m p l e m e n t a t i o n , ACM—BaltZer Wire

l e s s ,

S p e c i a l

I s s u e o n

H y b r i d a n d

S a t e l l i t e

C o m m u n i c a t i o n

N e t w o r k s , v o l . 4 ,

1 9 9 8 ,

p p . 1 4 1 — 1 5 3 .

A .

H u n g ,

M . — J . M o n t p e t i t , G . K e s i d i s , a n d P . T a k a t s , A

Framework

o r ATM i a S a t e l l i t e ,

P r o c e e d i n g s o f

t h e IEEE

Globecom

C o n f e r e n c e ,

L o n d o n , UK, N o v . 1 9 9 6 .

P r i m a r y

Examiner—Dwayne B o s t

A s s i s t a n t Examiner—Charles C r a v e r

( 7 4 ) A t t o r n e y ,

A g e n t ,

o r F i r m — C h r i s t e n s e n O ’ C o n n o r

Johnson & Kindness

PLLC

( 5 7 )

A B S T R A C T

A

a t a communication system and

method t h a t a l l o c a t e s

a n

amount o f bandwidth

t o

a ground t e r m i n a l

f o r

u p l i n k

t r a n s

mission

of

one o r more

d a t a packets

i n

a

low-Earth-orbit

(LEO) s a t e l l i t e d a t a c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k . A a n d w i d t h

r e q u e s t message s

g e n e r a t e d

a n d t r a n s m i t t e d t o a

bandwidth

a l l o c a t i o n

p r o c e s s i n g

u n i t i n t h e LEO a t e l l i t e d a t a

commu

n i c a t i o n

n e t w o r k . The

b a n d w i d t h

r e q u e s t m e s s a g e r e q u e s t s

a l l o c a t i o n

o f

an amount o f bandwidth t o a

ground

t e r m i n a l

f o r u p l i n k t r a n s m i s si o n

o f

one o r more d a t a p a c k e t s and

i d e n t i ? e s

a p r i o r i t y s t a t u s

o f

t h e

d a t a p a c k e t s

f o r which

b a n d w i d t h i s s o u g h t .

T h e

b a n d w i d t h

a l l o c a t i o n

p r o c e s s i n g

u n i t a l l o c a t e s bandwidth t o t h e ground t e r m i n a l i n a c c o r

d a n c e

w i t h

t h e

p r i o r i t y s t a t u s

i d e n t i ? e d

i n

t h e

b a n d w i d t h

r e q u e s t m e s s a g e . A l l o c a t e d b a n d w i d t h i s r e p o r t e d t o

t h e

ground t e r m i n a l i n a

bandwidth

a l l o c a t i o n r e s p o n s e . I f

s u f ? c i e n t

bandwidth

i s

n o t

a v a i l a b l e t o s a t i s f y a bandwidth

r e q u e s t message, t h e bandwidth r e q u e s t ma y b e d e n i e d o r a

p a r t i a l a l l o c a t i o n o f bandwidth may

b e

p e r m i t t e d .

F u r t h e r m o r e ,

b a n d w i d t h

a l l o c a t e d f o r t r a n s m i s s i o n o f d a t a

p a c k e t s h a v i n g a l o w e r p r i o r i t y s t a t u s

may

b e

p r e e m p t e d

i n

f a v o r o f

b a n d w i d t h

f o r

t r a n s m i t t i n g

d a t a p a c k e t s h a v i n g a

h i g h e r

p r i o r i t y

s t a t u s .

B a n d w i d t h a l l o c a t i o n i s m a n a g e d

u s i n g

a d a t a s t r u c t u r e

h a v i n g

a number o f s l o t s t h a t r e p r e s e n t

p o r t i o n s

o f

t h e

bandwidth which a r e

s e l e c t i v e l y

a l l o c a t e d t o

g r o u n d t e r m i n a l s f o r u p l i n k

t r a n s m i s s i o n

o f d a t a p a c k e t s .

2 7

C l a i m s , 1 0

Drawing

S h e e t s

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 2/23

US

6 , 3 6 6 , 7 6 1 B1

P a g e

2

US. PATENTDOCUMENTS 6,094,575 A * 7/ 2000 Anderson

e t

a 1 .

. . . . . . . . .

. . 4 5 5 / 4 2 2

_ 6 , 1 1 1 , 8 6 3

A

9/2000 Rostoker

e t a 1 . . . . . . . . . . . .

370/329

5,920,701

A * 7 / 1 9 9 9

Mllleretal-

- - - - - - - - - - - - - - - -

7 0 9 / 2 2 8

6 , 1 4 1 , 5 3 4 A * 10 / 2 000 Snell

e161.

. . . . . . . . . . . . . . . . 455/121

5,995,805

A

*

11/1999

Og asawara

e t

a 1 .

. .

455/13.1

6,058,307

A

*

5/2000 Garner

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . 4 5 5 / 4 2 8

* cited by

e xaminer

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 3/23

U.S. P a t e n t A p r . 2 , 2 0 0 2 S h e e t 1 0 f 1 0 U S 6 , 3 6 6 , 7 6 1 B1

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 4/23

U.S. P a t e n t A p r . 2 , 2 0 0 2 S h e e t

2

0 f 1 0 U S 6 , 3 6 6 , 7 6 1 B1

“ 5

i

w :E L

E g g

5 2 8

2

s :g g

m k m o k s m z

5

f

2 :

m a § § §

E § § § §U

g g‘ NN NE N3

5 2 5\i

5

5

w

t

a t

a t

6 :

m k m i s h z

: 2

g m

W 5 53 ?

E E M Q Q

2 3 2 5

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 5/23

U.S. P a t e n t A p r . 2 , 2 0 0 2 S h e e t 3 0 f 1 0 U S 6 , 3 6 6 , 7 6 1 B1

@ E E E E E2 5 3 5i g m g sQ E Q M E E

E q E S E E

3 5 E 5 5o i v g m s

m m g m mE e u5 5 i2 5

3 2

5 m gE E Q E E

m m m m m w

S I M / l l

v

/ /

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,

x

//

/ /

\

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l /

S S S S Qa g m a

QM;

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 6/23

U.S. P a t e n t A p r . 2 , 2 0 0 2 S h e e t 4 0 f 1 0 U S 6 , 3 6 6 , 7 6 1 B1

100M

R E C E I V E

D A T A

AT T S A

V

P L A C E D A T A I N T O D A T A

PACKET

102M

FOR

T R A N S M I S S I O N THROUGH

S A T E L L I T E NETWORK

ELEcT A N D

ASSIGN

PRIORITY , $3

' 0 4

S T A T U S T 0

D A T A P A C K E T 4?’ ‘ 5

I

105w P L A C E D A T A PACKET I N D A T A

P A C K E T

S E N D

Q U E U E

1 0 8

U P L I N K

BANDWIDTH

A L L O C A T E D

FOR

D A T A

P A C K E T

Y E S

V

i 1 1 4

T R A N S M I BAND WIDTH

RE

UEST

TO

SATELLITE

V I A

ONTENTION

CHANNEL

I 1 2 E X I S T I N G

U P L I N K B A N D W I D T H

WITH

S A

T E g L I

E

T R A N S M I T B A N D W I D T H RE U E S T

1 1 6 / \ _ /

T O S A T E L L I T E U S I N G E X I T I N G

BANDWIDTH

V

R E C E I V E

B A N D W I D T H A L L O C A T I O N

8 ESPONSE F R O M SATELLITE

M

I 2 0

BAND I D T H

A L L O g A T E D

INFORM

TSA O F

B A N D W I D T H

D E N I A L

Y E S

T R A N S M I T

D A T A

P A C K E T

T O

110M SATELLITE USING A L LO CA TE D ‘

B A N D W I D T H

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 7/23

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 8/23

U.S. P a t e n t A p r . 2 , 2 0 0 2 S h e e t

6

6 f 1 0 U S 6 , 3 6 6 , 7 6 1 B1

w t

g

M \6 “ .

. 8

E

E

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N E

1 5

1 5

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5

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8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 9/23

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 10/23

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 11/23

U.S. P a t e n t A p r . 2 , 2 0 0 2 S h e e t

9

0 f 1 0 U S 6 , 3 6 6 , 7 6 1 B1

2 0 0

R E C E I V E

D A T A PACKET

\

T

S A T E L L I T E

2 0 2

DECODE

DEMODULATE

\

A A PACKET

2 0 6

\FORWARD

T O

O B C

Q U E U E

2 1 2

/

ROUTE

D A T A

PACKET

T O W A R D

D E S T I N A T I O N

2 0 8

I N - B A N D

MESSAGE FOR

S A T E L L I T E

P R O C E g S S I N G

Y E S

210\ C O P Y T 0

O B C

Q U E U E

3 , )

£ 5 , 1 4 4 .

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 12/23

U.S. P a t e n t A p r . 2 , 2 0 0 2 S h e e t 1 0

0 f

1 0 U S 6 , 3 6 6 , 7 6 1

B1

5 6 ? .

/ / . . @

REFERENCE BANDWID TH A L L O C A T I O N

RE U E S T

I N

0 3 0 O U E U E F O R

2 1 8

H C R E S T P A C K E T P R I O R I T Y

[J

C A P A C I T Y

A V A I L ’ A B L E

‘ R E

g t g g f w c

-

TERMINAL

PREEMPTION

A V A I L A B L E A N D

1 5 5 g ” ;

1 7 2 1 ’

S U I T A B L E S L O R S )

R E U E b I T I N O G

2 2 6 F O U N D - ROUND

1 T E R M I N A L

2 2 4

S E N D B A N D W I D T H

A L L O C A T I O N RESPONSE

R E P O R T I N G

BANDWIDTH

D E N I A L

C

P R I O R ]

S T A g ' U S

NO

L A 2 2 2

§ 2 3 O

2 8

P A R T I A L

A L L O C A T E

B A N D W I D T I I S L O T E S ) T O

A R L R L ’ E

“ E A R N ”

? T E R M I N A L

NO

R E T A I N

B A N D W I D T I I

RE

UEST I N

O B C

UEUE

O R

R E P R O C E S

I N C

2 3 2

\

2 3 6

2 3 4

1

A

R E F E R E N C E B A N D W I D T H B A N D W I D T H

A A L L O C A T I O N REQUEST YES

REQUESTS

FOR

SAME

I N

O B C

U E U E

F O R

P A C K E T

S A M E

P A C E T P R I O R I T Y P R I O Q R I T Y

{ 2 4 2

4 0 x

2 3 8

O T H E R

S E N D

B A N D W I D T H

REFERENCE BANDEIDTH BANDWIDTH A L L O C A T I O N

__ ALLOCATION RE UEST RE

U E S T S FOR RESPONSE

FOR

NEXT

L O ER L O

ER

PACKET REPORTING

PACKET

P R I O R I T Y P R I O R I T Y

BANEWIDTH

?

A L L O C A T I O N

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 13/23

US 6 , 3 6 6 , 7 6 1

B1

1

PRIORITY-BASED

BANDWIDTH

ALLOCATION AND

BANDWIDTH-ON-DEMAND

IN

A

LOW-EARTH-ORBIT

SATELLITE DATA

COMMUNICATION NETWORK

F I E L D OF THE INVENTION

The i n v e n t i o n r e l a t e s t o d a t a

communication networks

a n d , more p a r t i c u l a r l y ,

t o

b a n d w i d t h

a l l o c a t i o n

i n d i g i t a l

s a t e l l i t e d a t a communication

n e t w o r k s .

BACKGROUND

OF THE

INVENTION

I n

r e c e n t

y e a r s

t h e n e e d f o r g l o b a l d a t a n e t w o r k i n g

c a p a b i l i t y h a s

r a p i d l y

e x p a n d e d .

B r o a d b a n d s a t e l l i t e d a t a

communication networks have been proposed

a s

a n

a l t e r

n a t i v e

t o

e x i s t i n g

l a n d - b a s e d d a t a

communication

n e t w o r k s .

One

t y p e o f s a t e l l i t e d a t a

communication network

i s

d e s c r i b e d

i n a

v a r i e t y o f US. p a t e n t s a s s i g n e d t o t h e

a s s i g n e e

o f

t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , i n c l u d i n g US. P a t . N o s .

5 , 3 8 6 , 9 5 3 ; 5 , 4 0 8 , 2 3 7 ; 5 , 5 2 7 , 0 0 1 ; 5 , 5 4 8 , 2 9 4 ; 5 , 6 2 1 , 4 1 5 ;

5 , 6 4 1 , 1 3 5 ; 5 , 6 4 2 , 1 2 2 ; 5 , 6 5 0 , 7 8 8 ; 5 , 7 3 6 , 9 5 9 a n d

5 , 7 4 0 , 1 6 4 .

T h e s e p a t e n t s

a n d

o t h e r

c o m m o n l y

a s s i g n e d p e n d i n g p a t e n t

a p p l i c a t i o n s d e s c r i b e

a

s a t e l l i t e

d a t a communication n e t

work

t h a t

i n c l u d e s

a c o n s t e l l a t i o n o f

l o w - E a r t h - o r b i t (LEO)

s a t e l l i t e s

c a p a b l e

o f

t r a n s m i t t i n g

d a t a

from

o n e

l o c a t i o n

on

t h e

E a r t h ’ s s u r f a c e t o

a n o t h e r

l o c a t i o n . More

s p e c i ? c a l l y ,

e a c h LEO

s a t e l l i t e

h a s

a

communication f o o t p r i n t t h a t

covers a p o r t i o n of t h e

E a r t h ’ s s u r f a c e

a s a s a t e l l i t e

passes

o v e r t h e E a r t h .

The communication

f o o t p r i n t de?nes t h e

a r e a

o f t h e

E a r th w i t h i n

which ground t e r m i n a l s c a n communi

c a t e w i t h t h e s a t e l l i t e .

D u r i n g

t h e

p e r i o d

o f t i m e

a g r o u n d

t e r m i n a l

r e m a i n s

w i t h i n t h e b o r d e r

o f a s a t e l l i t e ’ s

f o o t p r i n t ,

t h e

g r o u n d

t e r m i n a l

may

t r a n s m i t d a t a

t o

a n d

r e c e i v e d a t a

from t h e “ s e r v i c i n g ” s a t e l l i t e .

When

a s a t e l l i t e

r e a c h e s

t h e

e n d

o f

i t s

s e r v i c i n g

a r c a n d t h e

g r o u n d

t e r m i n a l

p a s s e s

o u t s i d e t h e s a t e l l i t e ’ s

communication

f o o t p r i n t , a n o t h e r s a t

e l l i t e i n

o r b i t

i s p o s i t i o n e d t o

s e r v i c e

t h e

g r o u n d

t e r m i n a l

p r e v i o u s l y c o v e r e d b y

t h e

s a t e l l i t e

r e a c h i n g

t h e

e n d o f

i t s

s e r v i c i n g

a r c .

Data t o

be

s e n t from

one

l o c a t i o n

t o

another l o c a t i o n on

t h e E a r t h i s t r a n s m i t t e d from a ground t e r m i n a l

t o

t h e LEO

s a t e l l i t e s e r v i c i n g t h e g r o u n d

t e r m i n a l

v i a

a n u p l i n k d a t a

c h a n n e l . The d a t a

i s

r o u t e d t h r o u g h

t h e

c o n s t e l l a t i o n o f LEO

s a t e l l i t e s t o t h e s a t e l l i t e s e r v i c i n g t h e

g r o u n d

t e r m i n a l

t h a t

i s

t o r e c e i v e t h e d a t a . The

l a t t e r s a t e l l i t e t r a n s m i t s

t h e

d a t a

t o

t h e r e c e i v i n g g r o u n d t e r m i n a l

v i a

a d o w n l i n k d a t a c h a n n e l .

T h u s ,

t h e c o n s t e l l a t i o n

o f

LEO

s a t e l l i t e s

a n d

t h e

g r o u n d

t e r m i n a l s

form

a s a t e l l i t e

d a t a communication

network

w h e r e i n t h e

g r o u n d

t e r m i n a l s

a n d

s a t e l l i t e s

f o r m

n o d e s

o f

t h e n e t w o r k .

E x i s t i n g d a t a

communication

n e t w o r k s t h a t u s e geosyn

chronous

s a t e l l i t e s

f o r

d a t a

t r a n s m i s s i o n a r e

s u b j e c t

t o

numerous

d i s a d v a n t a g e s i n comparison

t o

a

LEO a t e l l i t e

n e t w o r k . By t h e i r n a t u r e ,

g e o s y n c h r o n o u s

s a t e l l i t e s

a r e

l o c a t e d a t

a v e r y h i g h

a l t i t u d e

( 3 7 , 0 0 0

km) f r o m t h e E a r t h .

B e c a u s e o f t h e d i s t a n c e

i n v o l v e d ,

b o t h u p l i n k

a n d

t h e

d o w n l i n k

t r a n s m i s s i o n

t i m e s t o

t h e g e o s y n c h r o n o u s

s a t e l l i t e

a r e s i g n i ? c a n t . F o r many a p p l i c a t i o n s r e q u i r i n g

t i m e l y

d e l i v e r y o f d a t a

s i g n a l s ,

t h e

a m o u n t

o f d e l a y i n t r o d u c e d

b y

g e o s y n c h r o n o u s s a t e l l i t e c o m m u n i c a t i o n i s o f t e n d i s s a t i s f y

i n g

o r

u n a c c e p t a b l e .

G e o s y n c h r o n o u s

s a t e l l i t e

communica

t i o n a l s o r e q u i r e s a h i g h power g r o u n d

t e r m i n a l

t o b e a b l e t o

c o m m u n i c a t e

w i t h

t h e

g e o s y n c h r o n o u s s a t e l l i t e .

S i n c e

LEO

s a t e l l i t e s

o r b i t

t h e E a r t h

a t a much lower

a l t i t u d e

t h a n a g e o s y n c h r o n o u s s a t e l l i t e , d a t a s i g n a l s com

municated

v i a LEO a t e l l i t e s do n o t t r a v e l

t h e

same amount

10

1 5

20

25

30

35

40

45

50

55

60

6 5

2

o f

d i s t a n c e

and t h e r e f o r e do n o t e x p e r i e n c e a s much t i m e i n

t r a n s m i s s i o n . LEO a t e l l i t e s

a l s o c o s t much

l e s s t o

p u t

i n t o

o r b i t

and

a r e a b l e

t o

communicate w i t h l o w e r

power

ground

t e r m i n a l s . N e v e r t h e l e s s ,

c o m m u n i c a t i o n

v i a

L O

a t e l l i t e s

h a s i t s o w n

e t

o f

c h a l l e n g e s

t o a d d r e s s ,

p r i m a r i l y

d u e t o t h e

f a c t t h a t

t h e

o r b i t

o f

a

LEO

s a t e l l i t e

does

n o t

match

t h e

r o t a t i o n

o f

t h e E a r t h . The c o n s t a n t o r b i t a l motion

o f LEO

s a t e l l i t e s p a s s i n g i n a n d

o u t

o f r a n g e o f a p a r t i c u l a r

g r o u n d

t e r m i n a l

on t h e

E a r t h n o t

o n l y

a f f e c t s

t h e

a l l o c a t i o n o f

t r a n s m i s s i o n r e s o u r c e s a n d

s c h e d u l i n g o f

d a t a t r a n s m i s s i o n s

i n

t h e LEO

a t e l l i t e

n e t w o r k

b u t

a l s o

a f f e c t s

t h e

r o u t i n g o f

d a t a t r an s m i s s i o n s

b e t w e e n

s a t e l l i t e s a n d t h e r e c e i v i n g

g r o u n d

t e r m i n a l .

Problems

w i t h s c h e d u l i n g

a n d

r o u t i n g

o f d a t a

t r a n s m i s s i o n s , a s w e l l

a s i n e f ? c i e n t

a l l o c a t i o n o f t r a n s m i s

s i o n c a p a c i t y ,

a r e

p r e s e n t i n o t h e r e x i s t i n g d a t a

communi

c a t i o n n e t w o r k s . F o r

i n s t a n c e ,

w h i l e

t h e

g l o b a l i n t e r c o n n e c

t i o n o f

computer

networks kno w n a s t h e I n t e r n e t r o u t e s d a t a

p a c k e t s

w i t h t h e

a n t i c i p a t i o n

t h a t t h e

p a c k e t s

w i l l e v e n t u a l l y

b e

r e c e i v e d

by

t h e

i n t e n d e d

r e c e i v e r ,

i t

i s

n o t

uncommon

f o r

p a c k e t s t o b e l o s t

o r

d e l a y e d d u r i n g t r a n s m i s s i o n . T h e r e i s n o

g u a r a n t e e

i f o r

when

a p a c k e t w i l l b e a c t u a l l y d e l i v e r e d t o

a n i n t e n d e d r e c e i v e r .

Only

a

“ b e s t e f f o r t ”

i s g i v e n

t o

t h e

t r a n s m i s s i o n

o f

d a t a ,

r e g a r d l e s s o f

t h e r e l a t i v e i m p o r t a n c e

g i v e n

b y

t h e s e n d e r t o

t h e t r a n s m i s s i o n .

Moreover, t h e

c u r r e n t

I n t e r n e t d o e s n o t d i f f e r e n t i a t e

b e t w e e n d i f f e r e n t t y p e s o f

d a t a

b e i n g

t r a n s m i t t e d .

F o r

e x a m p l e , d a t a p a c k e t s r e q u i r i n g d e l i v e r y

w i t h i n

a c e r t a i n

time frame ( e . g . , f o r real-time video

o r

audio

communication) r e c e i v e no

p r e f e r e n c e

i n

t r a n s m i s s i o n

o v e r

p a c k e t s

t h a t

g e n e r a l l y d o n o t r e q u i r e

a

p a r t i c u l a r t i m e o f

d e l i v e r y ( e . g . ,

e l e c t r o n i c

m a i l ) . S i m i l a r l y ,

d a t a

p a c k e t s

c a r

r y i n g

i m p o r t a n t i n f o r m a t i o n f o r

w h i c h

p a c k e t

l o s s c a n n o t

b e

t o l e r a t e d

( e . g . ,

m e d i c a l i m a g e s)

r e c e i v e

n o g r e a t e r p r i o r i t y

t h a n o t h e r d a t a p a c k e t s . B e c a u s e a l l

d a t a

p a c k e t s

a r e viewed

a s e q u a l l y i m p o r t a n t i n

t e r m s

o f a l l o c a t i n g t r a n s m i s s i o n

r e s o u r c e s ,

l e s s

c r i t i c a l

t r a n s m i s s i o n s ,

s u c h a s e - m a i l ,

may

s e r v e

t o d e l a y o r d i s p l a c e more i m p o r t a n t and t i m e - s e n s i t i v e

d a t a .

F u r t h e r m o r e ,

c a p a c i t y

f o r d a t a t r a n s m i s s i o n i n e x i s t i n g

d a t a

c o m m u n i c a t i o n

n e t w o r k s

i s

o f t e n i n e f ? c i e n t l y a l l o

c a t e d . I n

some

i n s t a n c e s ,

t r a n s m i s s i o n

c a p a c i t y, o r

bandwidth, i s a l l o c a t e d

t o

a

p a r t i c u l a r u s e r a c c o r d i n g t o

a

?xed s c h e d u l e o r p a r t i c u l a r n e t w o r k s e t u p , b u t t h e band

width i s

n o t

a c t u a l l y u s e d .

I n

o t h e r i n s t a n c e s , a

u s e r i s

p r e c l u d e d

f r o m t r a n s m i t t i n g a b u r s t o f d a t a t h a t , f o r t h e

moment,

e x c e e d s

t h e u s e r ’ s

b a n d w i d t h

a l l o c a t i o n .

E x i s t i n g

d a t a communication n e t w o r k s h a v e l a c k e d mechanisms

whereby

b a n d w i d t h

may

b e

a l l o c a t e d

o n - d e m a n d .

SUMMARY

OF THE INVENTION

The

p r e s e n t i n v e n t i o n

i s a s y s t e m a n d method f o r a l l o

c a t i n g t r a n s m i s s i o n

c a p a c i t y ,

o r b a n d w i d t h , i n a LEO a t e l

l i t e

d a t a

c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k . More s p e c i ? c a l l y , t h e

p r e s e n t i n v e n t i o n p r o v i d e s

a p r i o r i t y - b a s e d

s y s t e m a n d

m e t h o d

o f a l l o c a t i n g

b a n d w i d t h

f o r u p l i n k

t r a n s m i s s i o n

o f

one

o r

more d a t a packets from a

ground

terminal

t o

a

s e r v i c i n g s a t e l l i t e

i n t h e LEO

a t e l l i t e

d a t a c o m m u n i c a t i o n

n e t w o r k . U p l i n k

bandwidth

i s a l l o c a t e d

b a s e d on

a

p r i o r i t y

s t a t u s

a s s i g n e d

t o

t h e

d a t a p a c k e t s t o b e

t r a n s m i t t e d .

I t i s

i n t e n d e d

t h a t

t h e

u p l i n k

b a n d w i d t h ,

o n c e

a l l o c a t e d f o r

t r a n s m i s s i o n

o f d a t a

p a c k e t s ,

w i l l

e n a b l e

t h e d a t a

t r a n s m i s

s i o n t o

meet o r

exceed a u s e r - s e l e c t e d standard of d a t a

t r a n s m i s s i o n

s e r v i c e

( o t h e r w i s e r e f e r r e d

t o

a s a

“ q u a l i t y

o f

s e r v i c e ” ) . D i f f e r e n t d a t a p a c k e t s i n a

d a t a

t r a n s m i s s i o n may

b e

a s s i g n e d d i f f e r e n t

l e v e l s o f p r i o r i t y

s t a t u s

s o

t h a t t h e

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 14/23

US 6 , 3 6 6 , 7 6 1

B1

3

o v e r a l l d a t a t r a n s m i s s i o n

meets

o r

exceeds t h e s e l e c t e d

q u a l i t y

o f

s e r v i c e .

P r i o r t o t r a n s m i t t i n g

a

d a t a p a c k e t

v i a

a n u p l i n k s i g n a l t o

a

s e r v i c i n g s a t e l l i t e

o v e r h e a d ,

t h e

g r o u n d t e r m i n a l

? r s t

o b t a i n s

a n a l l o c a t i o n

o f

u p l i n k s i g n a l b a n d W i d t h t o t r a n s m i t

t h e

d a t a

p a c k e t .

U p l i n k

b a n d W i d t h

i s

p r e f e r ab l y d i v i d e d

i n t o

s l o t s r e p r e s e n t i n g t i m e

a n d s i g n a l

f r e q u e n c y

a n d

i s a l l o c a t e d

f o r

t r a n s m i s s i o n

o f d a t a p a c k e t s i n

a c c o r d a n c e W i t h

t h e

a s s i g n e d p r i o r i t y s t a t u s o f t h e d a t a p a c k e t s . B a n d W i d t h f o r

t r a n s m i t t i n g h i g h e r p r i o r i t y

d a t a p a c k e t s

i s a l l o c a t e d b e f o r e

b a n d W i d t h

f o r

t r a n s m i t t i n g

d a t a p a c k e t s

W i t h

a l o W e r p r i o r i t y

s t a t u s .

T h e s y s t e m an d m e t h o d o f t h e p r e s en t i n v e n t i o n p r o v i d e

a

bandWidth-on-demand

f e a t u r e . BandWidth f o r u p l i n k

t r a n s m i s s i o n i s

a l l o c a t e d

o n r e q u e s t . L i k e w i s e , p r e v i o u s l y

a l l o c a t e d u p l i n k b a n d W i d t h may b e

d e a l l o c a t e d

on

r e q u e s t .

I n

one

embodiment o f t h e

i n v e n t i o n , a bandWidth a l l o c a t i o n

p r o c e s s o r

onboard a LEO s a t e l l i t e r e c e i v e s

and

p r o c e s s e s

bandWidth a l l o c a t i o n

r e q u e s t s

s e n t

t o t h e s a t e l l i t e . The

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

p r o c e s s o r

r e p o r t s

b a n d W i d t h

a l l o c a

t i o n s t o t h e r e q u e s t i n g g r o u n d t e r m i n a l s

s o

t h a t t h e g r o u n d

t e r m i n a l s

may

t r a n s m i t d a t a

p a c k e t s h a v i n g a

c o r r e s p o n d i n g

p r i o r i t y s t a t u s

a t

t h e a l l o c a t e d t i m e a n d f r e q u e n c y .

B R I E F DESCRIPTION

OF THE DRAWINGS

The

f o r e g o i n g

a s p e c t s

a n d

many o f t h e a t t e n d a n t

a d v a n

t a g e s

o f t h i s i n v e n t i o n W i l l become

more

r e a d i l y a p p r e c i a t e d

a s t h e same

becomes

b e t t e r understood by

r e f e r e n c e

t o t h e

f o l l o W i n g d e t a i l e d d e s c r i p t i o n , When t a k e n i n c o n j u n c t i o n

W i t h

t h e a c c o m p a n y i n g d r a W i n g s , W h e r e i n :

F I G .

1 i s a

p i c t o r i a l

d i a g r a m s h o W i n g t h e

o r b i t a l

p a t h s o f

a

c o n s t e l l a t i o n

o f l o W - E a r t h - o r b i t (LEO) s a t e l l i t e s

p o s i

t i o n e d t o

c o v e r t h e

s u r f a c e

o f

t h e E a r t h ;

F I G .

2

i s

a

p l a n

vieW

o f

a

p o r t i o n o f

t h e c o n s t e l l a t i o n

o f

LEO a t e l l i t e s

d e p i c t e d

i n

F I G . 1 W i t h

i n t e r c o n n e c t i n g

l i n e s

i l l u s t r a t i n g c o m m u n i c a t i o n p a t h s b e t W e e n

t h e

LEO s a t e l

l i t e s ;

F I G . 3 i s a p i c t o r i a l d i a g r a m

i l l u s t r a t i n g t h e

m a j o r

com

p o n e n t s o f a LEO

a t e l l i t e d a t a

communication

netWork W i t h

i n t e r c o n n e c t i n g l i n e s

i l l u s t r a t i n g

v a r i o u s c o m m u n i c a t i o n

p a t h s t h e r e b e t W e e n ;

F I G . 4 i s

a

p i c t o r i a l d i a g r a m

o f a d a t a

p a c k e t

formed i n

a c c o r d a n c e W i t h

t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n ;

F I G . 5 i s a How iagram o f a bandWidth a l l o c a t i o n method

a c c o r d i n g t o

t h e

p r e s e n t

i n v e n t i o n ;

F I G .

6 i s a

p i c t o r i a l d i a g r a m

o f a d a t a

p a c k e t

s e n d

q u e u e

s e g r e g a t e d

a c c o r d i n g

t o

d a t a

p a c k e t

p r i o r i t y

s t a t u s ;

F I G .

7

i s a p i c t o r i a l

diagram o f

a bandWidth

a l l o c a t i o n

t a b l e

f o r m e d

a c c o r d i n g t o

t h e

p r e s e n t

i n v e n t i o n ,

W i t h

s e l e c t e d

e n t r i e s s h o W n ;

F I G .

8 A

i s

a

p i c t o r i a l d i a g r a m

o f s e p a r a t e b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n r e q u e s t s

p r e p a r e d

b y a g r o u n d

t e r m i n a l

r e q u e s t i n g

b a n d W i d t h

f o r

t r a n s m i s s i o n

o f d a t a p a c k e t s h a v i n g d i f f e r e n t

p r i o r i t y s t a t u s ;

F I G . 8 B

i s

a p i c t o r i a l diagram

o f

a combined

bandWidth

a l l o c a t i o n r e q u e s t p r e p a r e d

b y

a

g r o u n d t e r m i n a l r e q u e s t i n g

b a n d W i d t h f o r t r a n s m i s s i o n o f d a t a p a c k e t s h a v i n g d i f f e r e n t

p r i o r i t y s t a t u s ;

F I G .

9

i s a

t i m e

l i n e i l l u s t r a t i n g a

t i m i n g o f e v e n t s

i n a

b a n d W i d t h a l l o c a t i o n

a n d u p l i n k t r an s m i s s i o n

p e r f o r m e d

i n

a c c o r d a n c e W i t h

t h e

p r e s e n t i n v e n t i o n ;

F I G . 1 0

i s

a b l o c k

d i a g r a m

i l l u s t r a t i n g

t h e m a j o r r o u t i n g

a n d

p r o c e s s i n g

c o m p o n e n t s

o n b o a r d a LEO

a t e l l i t e ;

FIGS. 1 1 A and

11B a r e

How

diagrams o f a

bandWidth

a l l o c a t i o n p r o c e s s

performed

onboard a

LEO

s a t e l l i t e i n

a c c o r d a n c e W i t h

t h e p r e s e n t i n v e n t i o n ;

10

1 5

25

35

45

55

6 5

4

F I G . 1 2 i s a p i c t o r i a l

d i a g r a m

i l l u s t r a t i n g a n e X a m p l e

o n b o a r d c o m p u t e r q u e u e W i t h t h r e e b a n d W i d t h a l l o c a t i o n

r e q u e s t s

c o n ? g u r e d

a s shoWn

i n F I G .

8 B ;

a n d

F I G . 1 3

i s

a p i c t o r i a l

d i a g r a m

o f

a n

eXample

l i s t o f

a c t i v e

g r o u n d

t e r m i n a l s

i n

t h e LEO s a t e l l i t e d a t a

c o m m u n i c a t i o n

n e t W o r k .

DETAILED

DESCRIPTION

OF

THE

PREFERRED EMBODIMENT

The p r e s e n t i n v e n t i o n

i s a s y s t e m a n d

method

f o r p r i o r i t y

b a s e d

u p l i n k

bandWidth a l l o c a ti o n i n a l o W - E a r t h - o r b i t

(LEO)

s a t e l l i t e d a t a

c o m m u n i c a t i o n n e t W o r k .

P r i o r

t o d i s

c u s s i n g

t h e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

s y s t em a n d

method o f

t h e

p r e s e n t i n v e n t i o n , a

b r i e f overvieW o f

a

LEO

a t e l l i t e d a t a

c o m m u n i c a t i o n

n e t W o r k i s p r o v i d e d .

A

EO

a t e l l i t e d a t a

communicati on netWork

i n c l u d e s

a

c o n s t e l l a t i o n

o f

s a t e l l i t e s o r b i t i n g t h e

E a r t h s u c h

t h a t

a

v a s t

m a j o r i t y

o f

t h e

E a r t h i s W i t h i n

t h e

t r a n s m i s s i o n

r a n g e o f a t

l e a s t

o n e s a t e l l i t e a t a n y

p o i n t

i n

t i m e .

One p r o p o s e d LEO

s a t e l l i t e d a t a

communication

netWork

employs

288

s a t e l l i t e s ,

p l u s s p a r e s ,

l o c a t e d

i n 1 2

p o l a r

o r b i t

p l a n e s .

E a c h

p l a n e i n c l u d e s

24

s a t e l l i t e s

a t a n a l t i t u d e

o f

a p p r o x i m a t e l y

1 , 3 5 0 k i l o m e t e r s . The p a t h

o f

t r a v e l o f

t h e s a t e l l i t e s

o f s u c h

a n e t W o r k

i s

g e n e r a l l y d e p i c t e d i n F I G . 1 . More

s p e c i ? c a l l y ,

F I G .

1 d e p i c t s

t h e E a r t h 1 1 s u r r o u n d e d

b y

a p l u r a l i t y o f

r i n g s

t h a t

d e p i c t

t h e

o r b i t a l

p l a n e s o f a p l u r a l i t y o f

s a t e l l i t e s

1 3 .

F I G . 2

i l l u s t r a t e s

a number o f t h e

s a t e l l i t e s 1 3 a , 1 3 b ,

13c 13 y

t h a t make up the constellat ion of s a t e l l i t e s i n a

LEO s a t e l l i t e d a t a

communication n e t W o r k

o f

t h e

t y p e

i l l u s t r a t e d i n FIG. 1 .

The

s a t e l l i t e s a r e shoWn

c l o s e

t o one

a n o t h e r

f o r

i l l u s t r a t i v e p u r p o s e s

o n l y .

F I G .

2 a l s o i l l u s t r a t e s

g r o u n d

t e r m i n a l s 1 6 a n d 1 8

i n

d a t a

c o m m u n i c a t i o n

W i t h

s a t e l l i t e s

1 3 f a n d

1 3 0 ,

r e s p e c t i v e l y .

T h e

s a t e l l i t e s

a n d

t h e

s a t e l l i t e

t e r r e s t r i a l i n t e r f a c e

o f

t h e g r o u n d t e r m i n a l s f o r m t h e

c o r e o f t h e LEO a t e l l i t e d a t a communication n e t W o r k .

I n t h e d a t a c o m m u n i c a t i o n shoWn i n F I G . 2 , t h e

g r o u n d

t e r m i n a l 1 6 t r a n s m i t s

a

d a t a

s i g n a l

1 5 a , c o n s i s t i n g

o f

one o r

more d a t a p a c k e t s ,

t o

a

? r s t

s a t e l l i t e

1 3 f

u s i n g

a n

u p l i n k

c o m m u n i c a t i o n f r e q u e n c y . The d a t a

p a c k e t s

a r e

t h e n

r o u t e d

i n d e p e n d e n t l y f r o m s a t e l l i t e

1 3 f

t h r o u g h

t h e

c o n s t e l l a t i o n o f

s a t e l l i t e s .

A umber o f f a c t o r s may a f f e c t t h e r o u t i n g p a t h

t a k e n ,

i n c l u d i n g n e t w o r k t r a f f i c p a t t e r n s

a n d p r i o r i t y s t a t u s

a s s i g n e d t o t h e d a t a

p a c k e t s .

F o r

e X a m p l e , a s shoWn n F I G .

2 , t h e

u p l i n k s a t e l l i t e

1 3 f

f o r W a r d s

o n e

o r

more

o f

t h e d a t a

p a c k e t s

t o

a

s e c o n d

s a t e l l i t e

1 3 1 ,

Which

f o r W a r d s t h e d a t a

p a c k e t s t o

a t h i r d s a t e l l i t e 13m, Which

f o r W a r d s t h e d a t a

p a c k e t s

t o

a

f o u r t h

s a t e l l i t e 1 3 1 1 .

The

r o u t i n g

c o n t i n u e s

u n t i l

t h e d a t a

p a c k e t s

r e a c h t h e

s a t e l l i t e

1 3 0 s e r v i c i n g t h e g r o u n d

t e r m i n a l 1 8 t h a t i s t o r e c e i v e

t h e

d a t a p a c k e t s . The s a t e l l i t e

130 t r a n s m i t s

t h e

d a t a p a c k e t s v i a a doWnlink s i g n a l

15b

t o

t h e

g r o u n d t e r m i n a l

1 8 . The

g r o u n d t e r m i n a l 1 8

may

t h e n

r o u t e t h e d a t a

t o

a n end u s e r ( n o t s h o W n ) .

F I G .

3 i l l u s t r a t e s t h e m a j o r components o f

a LEO a t e l l i t e

d a t a

c o m m u n i c a t i o n n e t W o r k

o f t h e t y p e

d e p i c t e d

i n

F I G S .

1 and 2 . The s a t e l l i t e s 13a, 13b, 13c 13j a r e shoWn With

i n t e r c o n n e c t i n g

l i n e s

d e p i c t i n g

i n t e r s a t e l l i t e c o m m u n i c a t i o n

p a t h s . I n t e r c o n n e c t i n g l i n e s a l s o s h o W c o m m u n i c a t i o n p a t h s

b et W een

t h e s a t e l l i t e s 13a, 13b,

13c

13j

and a p l u r a l i t y

o f

g r o u n d t e r m i n a l s

2 1 a , 2 1 b ,

2 1 c , a n d

21d l o c a t e d o n t h e

E a r t h .

E a c h

o f t h e g r o u n d

t e r m i n a l s

2 1 a , 2 1 b ,

2 1 c ,

a n d 2 1 d

u s e s

a

s a t e l l i t e t e r r e s t r i a l

i n t e r f a c e t o

send

d a t a

p a c k e t s

t o

a n d r e c e i v e d a t a p a c k e t s f r o m

t h e c o n s t el l a t i o n

o f s a t e l l i t e s

v i a

u p l i n k a n d

d o W n l i n k t r a n s m i s s i o n .

Anumber f e n d users 17a, 17b, 17c 17i

interface

With

t h e

LEO a t e l l i t e n e t W o r k

by W a y

o f a

p l u r a l i t y

o f t e r m i n a l

s e r v i c e a p p l i c a t i o n s

( T S A s ) 2 0 a , 2 0 b ,

2 0 c ,

a n d 2 0 d . T h e

e n d

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 15/23

US 6 , 3 6 6 , 7 6 1

B1

5

u s e r s

communicate

W i t h

t h e TSAs 2 0 a , 2 0 b , 20c a n d 2 0 d ,

e i t h e r

d i r e c t l y , o r

i n d i r e c t l y

t h r o u g h

n e t w o r k s

1 9 a

a n d 1 9 b .

D a t a

r e c e i v e d b y

t h e TSAs 2 0 a , 2 0 b ,

2 0 c ,

a n d 2 0 a ' f o r

t r a n s m i s s i o n t h r o u g h t h e LEO

a t e l l i t e

n e t W o r k

i s f o r m a t t e d

i n t o one o r

more

d a t a

p a c k e t s

f o r t r a n s m i s s i o n

by

t h e ground

t e r m i n a l s

2 1 a , 2 1 b ,

2 1 c ,

a n d

2 1 d .

I n

t e r m s

o f

a

p h y s i c a l

a r r a n g e m e n t , a TSA may b e implemented d i r e c t l y

W i t h i n

a

g r o u n d

t e r m i n a l ,

t h e r e b y p r o v i d i n g t h e g r o u n d

t e r m i n a l

W i t h

a u s e r s e r v i c e

i n t e r f a c e

i n a d d i t i o n

t o

t h e ground

t e r m i n a l ’ s

s a t e l l i t e t e r r e s t r i a l

i n t e r f a c e .

A umber

o f

r e s e r v a t i o n s e r v e r s

2 2 a ,

22b

and 22c

may

a l s o b e

i n c l u d e d i n t h e

s a t e l l i t e

d a t a

communicati on netW ork

t o c o o r d i n a t e r e s e r v a t i o n o f netW ork communicatio n c a p a c

i t y . F u r t h e r m o r e ,

n e t W o r k o p e r a t i o n s

a n d

c o n t r o l s y s t e m s

25a

and

25b a r e shoWn

i n communication W i t h t h e

s a t e l l i t e s

v i a s e p a r a t e s a t e l l i t e

n e t W o r k

management

a p p l i c a t i o n s

2 4 a

a n d 2 4 b , a n d g r o u n d t e r m i n a l s

2 3 a

a n d 2 3 b .

I n

a c c o r d a n c e W i t h

t h e p r e s e n t i n v e n t i o n ,

e a c h

d a t a p a c k e t

t o b e t r a n s m i t t e d t h r o u g h

t h e

LEO a t e l l i t e d a t a communi

c a t i o n

netWork i s a s s i g n e d a p r i o r i t y

s t a t u s .

The manner i n

W h i c h

t h e

d a t a p a c k e t i s c o m m u n i c a t e d t h r o u g h

t h e

LEO

s a t e l l i t e

n e t W o r k

i s b a s e d , i n p a r t ,

o n

t h e d a t a p a c k e t ’ s

a s s i g n e d p r i o r i t y s t a t u s .

O n e

d a t a

p a c k e t c o n ? g u r a t i o n

s u i t

a b l e f o r use

i n

a d a t a communication

netWork

formed

a c c o r d i n g t o t h e

p r e s e n t

i n v e n t i o n i s

i l l u s t r a t e d i n

F I G . 4 .

The d a t a

p a c k e t i l l u s t r a t e d

i n

F I G . 4 i n c l u d e s

a

h e a d e r

p o r t i o n 4 1 a n d a p a y l o a d p o r t i o n

4 3 .

T h e

h e a d e r

p o r t i o n

4 1

i n c l u d e s

a d d r e s s i n f o r m a t i o n 4 5 , a

t e r m i n a l

i d e n t i ? e r 4 7 ,

r o u t i n g

p o l i c y

i n f o r m a t i o n

4 9 ,

a n d d r o p i n f o r m a t i o n 5 1 . T h e

p a c k e t h e a d e r

4 1

f u r t h e r i n c l u d e s

p r i o r i t y

i n f o r m a t i o n

5 3

( t o

i n d i c a t e t h e p a c k e t ’s a s s i g n e d p r i o r i t y

s t a t u s ) ,

a c o p y i n d i

c a t o r 5 5 , a p r o c e s s i d e n t i ? e r ? e l d 57

( u s e d

i n

a d d r e s s i n g a n

a p p r o p r i a t e

p r o c e s s i n g

s e r v i c e

a t

t h e

d e s t i n a t i o n

g r o u n d

t e r m i n a l ) , a n d a

s i g n a l

?ag

5 9 .

T h o s e s k i l l e d i n t h e a r t o f d a t a

c o m m u n i c a t i o n

W i l l

a p p r e c i a t e

t h a t F I G . 4

i l l u s t r a t e s

m e r e l y

o n e

e x a m p l e

o f many p o s s i b l e d a t a p a c k e t c o n ? g u r a t i o n s

t h a t may b e

u s e d i n

a c c o r d a n c e W i t h

t h e

p r i n c i p l e s o f

t h e

p r e s e n t

i n v e n t i o n .

W h i l e t h e d a t a

p a c k e t h e a d e r 4 1

c o n t a i n s

a d d r e s s

a n d a s s o c i a t e d

c o n t r o l

i n f o r m a t i o n u s e d i n r o u t i n g

t h e d a t a p a c k e t t o

a

d e s i r e d

r e c i p i e n t ,

t h e p a y l o a d

4 3

c o n t a i n s

t h e

d a t a

b e i n g t r a n s m i t t e d .

D a t a

p a c k e t s

a r e

t r a n s m i t t e d

t h r o u g h t h e

LEO

a t e l l i t e

netWork

n a c c o r d a n c e W i t h

a p r i o r i t y s t a tu s

a s s i g n e d

t o e a c h

d a t a p a c k et , t h u s p e r m i t t i n g t h e n e t W o r k t o o f f e r a number

o f d i f f e r e n t q u a l i t i e s o f s e r v i c e

t o

a n end u s e r .

For

e x a m p l e ,

d a t a p a c k e t s

W i t h

a h i g h p r i o r i t y a r e q u i c k l y

r o u t e d t h r o u g h

t h e

n e t W o r k ,

a l l o W i n g

f o r a b e t t e r

q u a l i t y

o f

s e r v i c e

( e . g . ,

g u a r a n t e e d t r a n s m i s s i o n W i t h minimum t r a n s m i s s i o n d e l a y ) .

LoWer p r i o r i t y

d a t a

p a c k e t s

a r e

r o u t e d W i t h

a

l o W e r l e v e l o f

p r i o r i t y

t h a n

h i g h

p r i o r i t y

p a c k e t s ,

t h e r e b y

p r o v i d i n g

a

l o W e r

q u a l i t y

o f

s e r v i c e

( e . g . ,

“ b e s t

e f f o r t ”

t r a n s m i s s i o n

W i t h n o

g u a r a n t e e s ) .

End

s e r s

a r e

c h a r g e d d e p e n d i n g on t h e q u a l i t y

o f s e r v i c e

t h a t

i s s e l e c t e d f o r e a c h t r a n s m i s s i o n . F o r

e x a m p l e ,

t r a n s m i s s i o n

o f a

d a t a p a c k e t

d e s i g n a t e d W i t h

h i g h e r p r i o r i t y

may c o s t more

t h a n

a

l o W e r

p r i o r i t y t r a n s

m i s s i o n .

End

u s e r s

s e l e c t a q u a l i t y o f s e r v i c e a c c o r d i n g t o

t h e i r n e e d s and

t h e d a t a

p a c k e t s

s e n t by t h e

end

u s e r s

a r e

a s s i g n e d a n a p p r o p r i a t e p r i o r i t y s t a t u s t h a t e n a b l e s t h e

netWork

t o

t r a n s m i t

t h e

d a t a

p a c k e t s

i n a manner t h a t

meets

o r

e x c e e d s

t h e s e l e c t e d

q u a l i t y o f

s e r v i c e .

A p a r t i c u l a r

q u a l i t y

o f

s e r v i c e

may

b e

c h a r a c t e r i Z e d

by

a

W i d e v a r i e t y o f

m a r k e t

demands

a n d

s e r vi c e p a r a m e t e r s . I n

o n e p r o p o s e d

embodiment o f t h e

i n v e n t i o n ,

f o u r

q u a l i t y

o f

s e r v i c e c l a s s es a r e d e ? n e d . A i e r a r c h y o f p r i o r i t y s t a t u s

l e v e l s

i s

p r o v i d e d t o

a s s i s t

t h e n e t W o r k i n p r o v i d i n g t h e f o u r

q u a l i t y o f s e r v i c e c l a s s e s . I n o n e

p r o p o s e d

embodiment o f

10

1 5

25

35

45

55

6 5

6

t h e i n v e n t i o n , f o u r l e v e l s o f p r i o r i t y s t a tu s a r e

de?ned

a n d

d e n o t e d

a s

P 1 , P 2 ,

P3

a n d

P 4 .

D a t a

p a c k e t s d e s i g n a t e d W i t h P 1 p r i o r i t y s t a t u s r e c e i v e

t h e

h i g h e s t q u a l i t y o f

t r a n s m i s s i o n

s e r v i c e .

F o r

e x a m p l e , d a t a

p a c k e t s a s s i g n e d

P 1 s t a t u s

a r e

g u a r a n t e e d

d e l i v e r y

t h r o u g h

t h e

netWork

W i t h i n

a p a r t i c u l a r t i m e .

P1

d a t a p a c k e t s

a r e

t r a n s m i t t e d a t ?xed d a t a r a t e s a n d o v e r - s u b s c r i p t i o n

i s

n o t

p e r m i t t e d .

T h e

q u a l i t y

o f

s e r v i c e g u a r a n t e e s a s s o c i a t e d

W i t h

P1

p r i o r i t y s t a t u s

i n c l u d e

l i m i t s

on t h e

amount

o f

d e l a y ,

j i t t e r ,

a n d

l o s s i n t r a n s m i s s i o n c o n s i d e r e d a c c e p t a b l e .

B e c a u s e

p a c k e t s W i t h P 1 p r i o r i t y s t a t u s h a v e

g u a r a n t e e d

d e l i v e r y ,

a

p o r t i o n o f t h e P 1

t r a n s m i s s i o n

c a p a c i t y o f t h e

netWork may b e r e s e r v e d

t o

t r a n s m i t

a d m i n i s t r a t i v e

i n s t r u c

t i o n s

W i t h i n

t h e n e t W o r k .

T r a n s m i s s i o n

o f P 2

d a t a

p a c k e t s i s g i v e n

t o p p r i o r i t y

i n

t h e

a b s e n c e o f

P1

d a t a t r a n s m i s s i o n s . A

e s s e r d e g r e e

o f

q u a l i t y o f s e r v i c e i s

a s s o c i a t e d

W i t h

P2

t r a f ? c t h a n W i t h P 1

t r a f f i c .

F o r

i n s t a n c e , q u a l i t y

o f

s e r v i c e

g u a r a n t e e s W i t h

r e s p e c t

t o

d e l a y

o r j i t t e r

a r e

l e s s

s t r i c t .

A i g h e r

d a t a

p a c k e t

l o s s

r a t e

m a y

be

t o l e r a t e d .

P 2

t r a f ? c

ma y

a l s o have a

s t a t i s t i c a l

r o u t i n g component and a l e v e l

o f over

s u b s c r i p t i o n

may b e

p e r m i t t e d .

P3 d a t a p a c k e t s h a v e a l o W e r p r i o r i t y t h a n

P1

a n d P2

t r a f f i c b u t a r e g i v e n p r i o r t y

o v e r

P4 r a f ? c . T y p i c a l l y ,

q u a l i t y

o f s e r v i c e r e q u i r e m e n t s a s s o c i a t e d W i t h P3

t r a f ? c

d o n o t

i n c l u d e maximum

l e v e l s

o f

t r a n s m i s s i o n

d e l a y o r

j i t t e r .

I n

some i n s t a n c e s , a maximum o t e n t i a l t r a n s m i s s i o n l o s s

ma y

b e

s p e c i ? e d ,

t h o u g h

t h e

l e v e l

i s h i g h e r t h a n t h a t

f o r P1

o r P2

d a t a t r an s m i s s i o n . D e l i v e r y o f a P3 d a t a

p a c k e t i s

t y p i c a l l y

n o t g u a r a n t e e d , nor

i s

t h e r e

a guarantee Whe n a P3

t r a n s

m i s s i o n W i l l b e d e l i v e r e d . P3 d a t a t r a n s m i s s i o n s may b e

c h a r a c t e r i Z e d

a s

s t a t i s t i c a l ,

on-demand t r a f ? c .

L a s t l y ,

P4

d a t a

p a c k e t s

h a v e

t h e

l o W e s t

p r i o r i t y i n

t h i s

h i e r a r c h y . P 4

d a t a

t r a n s m i s s i o n s a r e

c h a r a c t e r i Z e d

a s

s t a t i s t i c a l , b e s t - e f f o r t t r a f ? c .

D e l i v e r y

o f P4

d a t a

p a c k e t s

i s

n o t

g u a r a n t e e d , n o r a r e

a n y q u a l i t y

o f s e r v i c e

p a r a m e t e r s

s p e c i ? e d

o r

e x p e c t e d .

The LEO a t e l l i t e n e t W o r k

may

a d m i t

P4

t r a f ? c b u t makes no commitment

t h a t

t h e d a t a t r a n s m i s

s i o n s W i l l a c t u a l l y

b e

c o m p l e t e d . T h e d e l i v e r y o f P4

t r a f ? c

i s

d e p e n d e n t

upon d a t a

t r a f f i c

H o w n

t h e

s a t e l l i t e

n e t W o r k .

W h i l e f o u r q u a l i t y

o f

s e r v i c e c l a s s e s a n d f o u r

p r i o r i t y

s t a t u s l e v e l s h a v e been d i s c u s s e d a b o v e ,

t h o s e

s k i l l e d i n t h e

a r t

o f

d a t a

c o m m u n i c a t i o n

W i l l

r e c o g n i Z e t h a t

t h e p r i n c i p l e s

o f t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n

a l l o W a n y number

o f q u a l i t y

o f

s e r v i c e c l a s s e s and p r i o r i t y s t at u s l e v e l s t o

b e

e s t a b l i s h e d .

F o r i n s t a n c e , m u l t i p l e c l a s s e s o f

s e r v i c e

may b e de?ned t o

c o r r e s p o n d

t o t h e

c l a s s e s

o f

s e r v i c e

s u p p o r t e d

b y

o t h e r

t r a n s m i s s i o n p r o t o c o l s ,

s u c h

a s

ATM r

I P v 6 .

Moreover, any

number

o f

p r i o r i t y s t a t u s

l e v e l s may b e

d e v e l o p e d

t o a s s i s t

t h e netWork i n p r o v i d i n g a d a t a tr a n s m i s s i o n t h a t meets

o r

e x c e e d s

a

s e l e c t e d q u a l i t y

o f

s e r v i c e .

A

e l e c t ed q u a l i t y

o f

s e r v i c e i s ma p p e d o n t o

one o r

more o f

t h e

p r i o r i t y s t a tu s

l e v e l s . Four l e v e l s o f p r i o r i t y s t a t u s ar e c o n s i d e r e d s u i t a b l e

f o r

t h e

embodiment

o f t h e i n v e n t i o n d i s c u s s ed h e r e i n .

As

n o t e d

e a r l i e r , b a n d W i d t h f o r u p l i n k

t r a n s m i s s i o n

o f a

d a t a p a c k e t t o a s e r v i c i n g s a t e l l i t e o v e r h e a d i s a l l o c a t e d

b a s e d o n t h e d a t a

p a c k e t ’ s

a s s i g n e d p r i o r i t y s t a t u s . Accord

i n g

t o a n o t h e r

a s p e c t

o f t h e

p r e s e n t

i n v e n t i o n ,

u p l i n k b a n d

W i d t h

i s

a l l o c a t e d

on

demand

i . e . ,

a t

t h e

t i m e d a t a p a c k e t s

a r e p r e p a r e d f o r t r a n s m i s s i o n ) . The s y s t em a n d method

o f

t h e

p r e s e n t i n v e n t i o n

f o r

a l l o c a t i n g

u p l i n k

b a n d W i d t h

i s

b e t t e r u n d e r s t o o d

i n

r e f e r e n c e

t o

F I G . 5 a n d t h e ? g u r e s t h a t

f o l l o W t h e r e a f t e r .

F I G .

5

i s a H o w d i a g r a m i l l u s t r a t i n g o n e p r o c e d u r e

p e r f o r m e d

i n

a c c o r d a n c e W i t h t h e p r e s e n t i n v e n t i o n f o r

r e c e i v i n g d a t a , r e q u e s t i n g u p l i n k

b a n d W i d t h ,

a n d t r a n s m i t

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 16/23

US 6 , 3 6 6 , 7 6 1

B1

7

t i n g t h e d a t a t o t h e s e r v i c i n g s a t e l l i t e o v e r h e a d . As n d i c a t e d

i n F I G . 5 , d a t a i s r e c e i v e d

a t a

t e r m i n a l

s e r v i ce a p p l i c a t i o n

( T S A ) f o r t r a n s m i s s i o n t h r o u g h

t h e

LEO s a t e l l i t e d a t a

c o m m u n i c a t i o n

n e t W o r k . ( S e e

b l o c k 1 0 0 ) . T h e d a t a r e c e i v e d

by

a TSA

may

b e a n y

t y p e

o f d a t a ,

i n c l u d i n g

r a W , u n f o r

m a t t e d

d a t a ,

a s

W e l l

a s

d a t a

i n

d a t a

p a c k e t s f o r m a t t e d

by

o t h e r

c o m p u t e r

n e t W o r k s .

The

d a t a

r e c e i v e d

by

a

TSA

s

p l a c e d i n t o t h e p a y l o a d

o f

one o r more d a t a

p a c k e t s

f o r m a t

t e d

b y

t h e

T S A o r

t r a n s m i s s i o n t h r o u g h t h e n e t W o r k

( b l o c k

1 0 2 ) .

A

e p r e s e n t a t i v e m e t h o d

f o r

f o r m a t t i n g p a c k e t s f o r

t r a n s m i s s i o n t h r o u g h

t h e netWork i s d i s c l o s e d i n t h e

com

m o n l y a s s i g n e d

US.

a t e n t

a p p l i c a t i o n

S e r .

N o .

0 9 / 1 5 1 , 9 9 4

e n t i t l e d

“Method o f Data

Transmission

i n

a

Data Commu

n i c a t i o n

N e t w o r k , ”

i n c o r p o r a t e d

h e r e i n

b y r e f e r e n c e . A t t h a t

s t a g e ,

t h e TSA

e l e c t s a n d a s s i g n s a p r i o r i t y s t a tu s t o e a c h

d a t a p a c k e t

( b l o c k

1 0 4 ) .

As d i s c u s s e d e a r l i e r ,

F I G . 4

i l l u s

t r a t e s

one example o f a d a t a

p a c k e t

f o r m a t t e d f o r t r a n s m i s

s i o n

t h r o u g h

t h e

LEO a t e l l i t e

n e t W o r k .

A r i o r i t y s t a t u s

a s s i g n e d t o

a

d a t a p a c k e t i s r e c o r d e d

i n

t h e

p r i o r i t y i n f o r

m a t i o n ? e l d 53

shoWn

i n F I G . 4 . B e c a u s e

t h e

p r e s e n t

i n v e n t i o n u s e s

f o u r

p r i o r i t y

l e v e l s , o n l y

tWo

b i t s

a r e n e c e s

s a r y

i n t h e

p r i o r i t y

i n f o r m a t i o n ? e l d

5 3

t o r e p r e s e n t t h e

p r i o r i t y

s t a t u s .

Once t h e d a t a i s o r g a n i Z e d

i n a

s a t e l l i t e netWork d a t a

p a c k e t

W i t h

a n

a s s i g n e d p r i o r i t y s t a t u s , t h e

d a t a p a c k e t

i s

p l a c e d i n

a

d a t a p a c k e t

s e n d

q u e u e

( b l o c k

1 0 6 ) t o

a W a i t

u p l i n k

t r a n s m i s s i o n t o

t h e s e r v i c i n g s a t e l l i t e o v e r h e a d . I n

o n e embodiment o f t h e i n v e n t i o n , t h e

d a t a

p a c k e t s e n d

queue

i s

m a i n t a i n e d

i n

t h e

memory

o f

a

ground t e r m i n a l

( e . g . ,

g r o u n d t e r m i n a l 2 1 a ,

2 1 b , 2 1 c o r

2 1 d )

a s s o c i a t e d

W i t h

t h e

T S A

r i g i n a t i n g t h e d a t a t r a n s m i s s i o n . A l t e r n a t i v e l y , t h e

d a t a p a c k e t s e n d q u e u e i s m a i n t a i n e d i n a memory

by t h e

TSA t s e l f .

P r e f e r ab l y , s e p a r a t e

d a t a p a c k e t s e n d q u e u e s a r e

de?ned

f o r

e a c h

o f

t h e

d i f f e r e n t p r i o r i t y s t a tu s

l e v e l s

t h a t

may b e

a s s i g n e d t o

a

d a t a p a c k e t .

F o r e x am p l e ,

F I G . 6

i l l u s t r a t e s

f o u r

d a t a p a c k e t s e n d

q u e u e s

1 3 0 , 1 3 2 , 1 3 4 ,

a n d

1 3 6

c o r r e s p o n d i n g t o

t h e

f o u r p r i o r i t y s t a t u s

l e v e l s

P 1 ,

P 2 ,

P3 a n d P 4 .

A a t a

p a c k e t

i s

p l a c e d

i n t o

t h e d a t a p a c k e t s en d

q u e u e t h a t

c o r r e s p o n d s

t o t h e

d a t a

p a c k e t ’ s

a s s i g n e d p r i o r i t y

s t a t u s .

Before

a ground

t e r m i n a l

can t r a n s m i t a d a t a

packet i n

a

d a t a p a c k e t

s e n d q u e u e

t o a

s e r v i c i n g

s a t e l l i t e o v e r h e a d ,

u p l i n k

b a n d W i d t h f o r t r a n s m i s s i o n o f

t h e d a t a p a c k e t

m u s t

b e

a l l o c a t e d

t o

t h e g r o u n d t e r m i n a l .

F o r t h i s p u r p o s e ,

b a n d W i d t h i s d i v i d e d i n t o s e g m e n t s o f

t i m e

a n d

s i g n a l

f r e q u e n c y . A a n d W i d t h a l l o c a t i o n p r o v i d e s

b o t h

t h e t i m e

a n d s i g n a l

f r e q u e n c y

a t W h i c h t h e g r o u n d t e r m i n a l may

t r a n s m i t

t h e

d a t a

p a c k e t s .

I n

o n e

embodiment o f

t h e

p r e s e n t

i n v e n t i o n , u p l i n k

t r a n s

m i s s i o n i s

d i v i d e d

i n t o

t i m e

p e r i o d s c a l l e d “ f r a m e s . ”

I n

e a c h

f r a m e , a

number

o f “ s l o t s ” a r e

de?ned t h a t

c o r r e s p o n d t o

d i f f e r e n t s i g n a l f r e q u e n c i e s

i n

t h e u p l i n k c o m m u n i c a t i o n

s p e c t r u m

a n d

d i f f e r e n t s u b d i v i s i o n s o f t i m e W i t h i n

t h e

f r a m e . A t a b l e i l l u s t r a t i n g

a n

e x a m p l e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

f o r a frame i s shoWn i n FIG.

7 .

The t a b l e

i s

i n d e x e d

h o r i Z o n t a l l y b y f r e q u e n c i e s i n

t h e

u p l i n k c o m m u n i c a t i o n

s p e c t r u m

a n d v e r t i c a l l y

b y

t i m e

s u b d i v i s i o n s .

E a c h

b o x

i n

t h e

t a b l e r e p r e s e n t s a s l o t ,

and

t h e t a b l e

a s

a

Whole

r e p r e s e n t s

a f r a m e . Each l o t

r e p r e s e n t s s u f ? c i e n t

t r a n s m i s s i o n

c a p a c i t y

t i m e a n d

s i g n a l

f r e q u e n c y ) f o r u p l i n k t r a n s m i s s i o n o f a t

l e a s t o n e d a t a p a c k e t . P r e f e r a b l y , e a c h s l o t c o r r e s p o n d s t o

s u f f i c i e n t

t r a n s m i s s i o n c a p a c i t y

f o r

u p l i n k t r a n s m i s s i o n o f

e x a c t l y o n e d a t a

p a c k e t .

A c c o r d i n g

t o

t h e

p r e s e n t

i n v e n t i o n ,

u p l i n k b a n d W i d t h

may b e a l l o c a t e d

i n

tWo d i f f e r e n t

f o r m a t s .

One f o r m a t o f

bandWidth

a l l o c a t i o n

i s f o r a s p e c i ? e d r a t e

o f d a t a

t r a n s m i s

s i o n ( i . e . , a number o f d a t a p a c k e t s t o b e t r a n s m i t t e d p e r

10

1 5

25

35

45

55

6 5

8

f r a m e ) . A c c o r d i n g l y , f o r a

r a t e - b a s e d b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n ,

a

ground t e r m i n a l

i s

a l l o c a t e d

a

s p e c i ? e d number o f s l o t s p e r

f r a m e f o r

t r a n s m i s s i o n o f

a

c o r r e s p o n d i n g

number o f d a t a

p a c k e t s . F o r e x am p l e , a g r o u n d t e r m i n a l may

b e

a l l o c a t e d

? v e s l o t s

p e r

f r a m e f o r t r a n s m i t t i n g ? v e

P 1

d a t a p a c k e t s .

A

a t e - b a s e d

bandWidth

a l l o c a t i o n

may

b e

p r o v i d e d

i n a

number

o f W a y s .

F o r

e x a m p l e ,

t h e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t may i n c l u d e a

?ag

t h a t

i n f o r m s

t h e

s a t e l l i t e t h a t t h e

s l o t s a l l o c a t e d i n

r e s p o n s e

t o t h e r e q u e s t i n t h e

c u r r e n t

f r a m e

s h o u l d

be a l l o c a t e d

t o t h e same

ground

t e r m i n a l i n

s u b s e

q u e n t f r a m e s .

I n t h a t r e g a r d , a

r a t e - b a s e d

bandWidth

a l l o

c a t i o n

r e m a i n s

a c t i v e

f o r a

g r o u n d t e r m i n a l u n t i l s p e c i ? c

s t e p s

a r e

t a k e n t o d e a l l o c a t e

t h e b a n d W i d t h .

I f

t i s

n e c e s s a r y

t h a t t h e

a l l o c a t e d

t i m e and f r e q u e n c y o f t h e s l o t s b e

r e a s

s i g n e d i n a s u b s e q u e n t f r a m e

( e . g . , When

d a t a

communica

t i o n i s

handed

over t o a

neW s e r v i c i n g s a t e l l i t e o r o t h e r

s i g n i ? c a n t e v e n t ) , t h e

g r o u n d

t e r m i n a l i s g i v e n a d v a n c e

n o t i c e o f t h e c h a n g e i n

s l o t

a l l o c a t i o n a n d t h e t i m e a t Which

t h e c h a n g e b e c o m e s e f f e c t i v e .

A l t e r n a t i v e l y ,

a r a t e - b a s e d

bandWidth a l l o c a t i o n may

b e

p r o v i d e d b y h a v i n g

a g r o u n d t e r m i n a l r e p e a t e d l y

s e n d

r e q u e s t s f o r b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

i n e a c h s u c c e s s i v e f r a m e .

T h i s

i m p l e m e n t a t i o n

may r e d u c e t h e

c o m p l e x i t y

o f m a i n

t a i n i n g

a r a t e - b a s e d a l l o c a t i o n , p a r t i c u l a r l y t h r o u g h s a t e l l i t e

communication

h a n d o v e r .

S t i l l

f u r t h e r , a

r a t e - b a s e d

a l l o c a

t i o n may

b e

p r o v i d e d b y h a v i n g t h e s a t e l l i t e p l a c e a b a n d

W i d t h a l l o c a t i o n

r e q u e s t

back

i n

i t s p r o c e s s i n g q u e u e

o n c e

i t

h a s p r o c e s s e d

t h e

r e q u e s t f o r t h e

c u r r e n t

f r a m e .

The s a t e l l i t e

Would c o n t i n u e

t o

r e p r o c e s s

t h e r e q u e s t i n e a c h

s u b s e q u e n t

frame u n t i l

a

d e a l l o c a t i o n

r e q u e s t i s r e c e i v e d .

Another

f o r m a t o f

bandWidth

a l l o c a t i o n

i s f o r a

s p e c i ? e d

volume

o f

d a t a p a c k e t s .

I n

a

volume-based bandWidth

a l l o c a t i o n , s l o t s i n a

frame

a r e a l l o c a t e d

o n l y once

f o r

t r a n s m i s s i o n

o f

a

s p e c i ? e d

number o f d a t a

p a c k e t s .

A

volume-based

bandWidth a l l o c a t i o n does n o t c o n t i n u e

i n d e ? n i t e l y .

S l o t s a l l o c a t e d i n one frame a r e open i n

t h e n e x t

frame

f o r a l l o c a t i o n

t o

o t h e r

ground

t e r m i n a l s .

C o n s e q u e n t l y , i t i s t y p i c a l l y

n o t

n e c e s s a r y

t o

s e n d

a s p e c i ? c

d e a l l o c a t i o n r e q u e s t

f o r a volume-based bandWidth

a l l o c a

t i o n .

I n some c i r c u m s t a n c e s , i t

i s

a c c e p t a b l e t o p r o v i d e a

v o l u m e - b a s e d b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

W i t h

p o r t i o n s o f t h e

r e q u e s t s a t i s ? e d o v e r a number o f f r a m e s .

For

example, a

b a n d W i d t h a l l o c a t i o n f o r

u p l i n k

t r a n s m i s s i o n

o f

t e n

d a t a

p a c k e t s

may i n c l u d e

a n

a l l o c a t i o n

o f tWo s l o t s i n

one f r a m e ,

a n

a l l o c a t i o n o f ?ve s l o t s

i n a s u b s e q u e n t

f r a m e , and a n

a l l o c a t i o n

o f

t h r e e

s l o t s i n

a

frame

t h e r e a f t e r .

A

olume

b a s e d b a n d W i d t h a l l o c a t i o n W i t h p a r t i a l a l l o c a t i o n s

p e r

f r a m e

i s p r e f e r a b l y

r e s t r i c t e d t o loW

p r i o r i t y

t r a n s m i s s i o n s

because

u n c e r t a i n t i e s e x i s t a s t o hoW

m a n y

s l o t s

m a y be

a s s i g n e d

i n a f r a m e . As n o t e d e a r l i e r , loW p r i o r i t y

t r a n s m i s

s i o n s t y p i c a l l y

d o n o t e n j o y a n y

g u a r a n t e e s

o f

m i n i m a l t i m e

d e l a y

i n

t r a n s m i s s i o n . Avolume-based b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

f o r

h i g h e r

p r i o r i t y d a t a p a c k e t s

i s

p r e f e r a b l y e x t e n d e d o n a n

a l l - o r - n o t h i n g

b a s i s

( i . e . , t h e r e q u e s t e d b a n d W i d t h m u s t b e

a l l o c a t e d

i n

a

s i n g l e frame o r t h e

bandWidth

i s n o t

a l l o c a t e d

a t a l l ) .

Due

t o i m p l e m e n t a t i o n c o n s t r a i n t s , a

g r o u n d

t e r m i n a l

t y p i c a l l y

c a n n o t

t r a n s m i t a t tWo d i f f e r e n t

f r e q u e n c i e s

a t t h e

same t i m e ,

n o r

can a ground

t e r m i n a l s h i f t q u i c k l y

from

t r a n s m i t t i n g

a t

o n e

f r e q u e n c y

t o

a n o t h e r f r e q u e n c y .

T h e s e

c o n s t r a i n t s a r e a c c o u n t e d f o r i n t h e

p r e s e n t i n v e n t i o n

by

l i m i t i n g g r o u n d

t e r m i n a l

b a n d W i d t h a l l o c a t i o n

t o o n e

s l o t

p e r time

s u b d i v i s i o n

and alloWing one o r more t i m e s u b d i

v i s i o n s t o

e l a p s e

b e t W e e n

a n y r e q u i r e d c h a n g e s

i n

a l l o c a t e d

t r a n s m i s s i o n f r e q u e n c y .

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 17/23

US 6 , 3 6 6 , 7 6 1

B1

9

I n

F I G .

6 ,

e a c h

o f t h e d a t a p a c k e t

s e n d

q u e u e s 1 3 0 , 1 3 2 ,

1 3 4 ,

a n d

1 3 6 i s shown

h a v i n g a

t h r e sh o l d 1 3 1 , 1 3 3 , 1 3 5 ,

a n d

1 3 7 . Wh en

a

d a t a p a c k e t

s e n t queue

t h r e s h o l d

i s

e x c e e d e d ,

a p r o c e s s f o r g e n e r a t i n g a bandWidth a l l o c a t i o n

r e q u e s t

message i s t r i g g e r e d . BandWidth a l l o c a t i o n

r e q u e s t

mes

s a g e s

a r e

t r a n s m i t t e d

by

a

ground

t e r m i n a l

t o a

bandWidth

a l l o c a t i o n

p r o c e s s i n g

u n i t o p e r a t i n g i n t h e LEO s a t e l l i t e

n e t W o r k .

E x c e e d i n g t h e t h r e s h o l d 1 3 1 , 1 3 3 ,

1 3 5 ,

a n d 1 3 7

t r i g g e r s

d i f f e r e n t b a n d W i d t h a l l o c a t i o n r e q u e s t s d e p e n d i n g

on

Whether

a r a t e - b a s e d

o r volume-based a l l o c a t i o n

i s u s e d .

For

i n s t a n c e ,

a

r a t e - b a s e d

bandWidth

a l l o c a t i o n may

b e used

W i t h t h e P 1 d a t a p a c k e t s e n d q u e u e

1 3 0 .

Once t h e g r o u n d

t e r m i n a l a s s o c i a t e d W i t h

t h e

d a t a

p a c k e t

s e n d q u e u e

1 3 0

h a s

obtained

a

bandWidth

a l l o c a t i o n f o r

a

c e r t a i n

r a t e

of

t r a n s m i s s i o n , d a t a p a c k e t s i n

t h e

d a t a p a c k e t s e n d

q u e u e

1 3 0

a r e

t r a n s m i t t e d t o t h e s e r v i c i n g s a t e l l i t e a t t h e

a l l o c a t e d

r a t e .

I f t h e d a t a p a c k e t s e n d

q u e u e

1 3 0 r e c e i v e s P 1 d a t a p a c k e t s

a t

a

r a t e g r e a t e r

t h a n

t h e

a l l o c a t e d t r a n s m i s s i o n

r a t e , t h e

number o f d a t a p a c k e t s i n t h e d a t a

p a c k e t s e n d q u e u e

W i l l

i n c r e a s e .

I f

t h e

number

o f

d a t a

p a c k e t s

i n

t h e d a t a

p a c k e t

s e n d

q u e u e

130 e x c e e d s

t h e

t h r e s h o l d 1 3 1 ,

a s shoWn by t h e

s h a d e d

p o r t i o n

i n

F I G . 6 , t h e g r o u n d t e r m i n a l

r e q u e s t s

a d d i t i o n a l u p l i n k b a n d W i d t h t o accommodate t h e i n c r e a s e d

r a t e

a t

Which t h e d a t a p a c k e t s e n d q u e u e i s

r e c e i v i n g d a t a

p a c k e t s .

I f ,

f o r a n o t h e r

e x a m p l e ,

a v o l u m e - b a s e d b a n d W i d t h

a l l o

c a t i o n i s

u s e d

W i t h t h e P4 d a t a p a c k e t

s e n d q u e u e

1 3 6 , d a t a

p a c k e t s e x c e e d i n g

t h e

t h r e s h o l d

1 3 7

t r i g g e r a r e q u e s t f o r

bandWidth

t o

t r a n s m i t a c e r t a i n number o r a l l o f t h e p a c k e t s

i n

t h e d a t a p a c k e t

s e n d q u e u e . F o r

i n s t a n c e , i f t h e

number o f

p a c k e t s

i n

t h e d a t a

p a c k e t

s e n d

q u e u e 1 3 6

e x c e e d s

t h e

t h r e s h o l d 1 3 7 ,

a s

shoWn by

t h e

s h a d e d p o r t i o n

i n

F I G .

6 ,

t h e

g r o u n d

t e r m i n a l

r e q u e s t s

a n

a l l o c a t i o n o f bandWidth

t o

t r a n s m i t

some

o r

a l l

o f

t h e

P4

d a t a p a c k e t s

i n

t h e

d a t a

p a c k e t

s e n d q u e u e 1 3 6 f o r Which b a n d W i d t h h a s n o t p r e v i o u s l y

b e e n a l l o c a t e d .

I t

W i l l b e a p p r e c i a t e d

t h a t

t h e t h r e s h o l d 137

may

b e a d a p t i v e l y

s e t

t o e q u a l

t h e

r e m a i n i n g

p a c k e t

v o l u m e

t h a t ma y b e t r a n s m i t t e d

i n a

volume-based bandWi dth

a l l o

c a t i o n .

The

bandWidth a l l o c a t i o n p r o c e s s i n g u n i t

a l l o c a t e s a

s a t e l l i t e ’ s

u p l i n k b a n d W i d t h i n r e s p o n s e t o b a n d W i d t h

a l l o

c a t i o n r e q u e s t s i t

r e c e i v e s .

I n

t h e

embodiment

o f

t h e

i n v e n

t i o n d i s c u s s e d W i t h p a r t i c u l a r i t y h e r e i n , t h e b a n d W i d t h a l l o

c a t i o n

p r o c e s s i n g u n i t i s

i m p l e m e n t e d

i n a c o m p u t e r s y s t e m

o n b o a r d

e a c h LEO s a t e l l i t e . A l t e r n a t i v e l y , t h e b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n p r o c e s s i n g u n i t i s i m p l e m e n t e d i n a b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n t e r m i n a l

l o c a t e d

on t h e E a r t h . T o

e n a b l e a

LEO

s a t e l l i t e t o

c o o r d i n a t e

i t s

u p l i n k

t r a n s m i s s i o n s ,

a

message

r e p o r t i n g

a l l o c a t e d b a n d W i d t h i s

p e r i o d i c a l l y tr a n s m i t t e d

t o

t h e s a t e l l i t e .

F o r

t h e

r e m a i n d e r

o f t h e

d e s c r i p t i o n

b e l o W ,

i t

i s

assumed t h a t t h e b a n d W i d t h a l l o c a t i o n p r o c e s s i n g u n i t i s

i m p l e m e n t e d o n b o a r d e ac h

s e r v i c i n g

s a t e l l i t e .

R e t u r n i n g noW

t o

F I G . 5 , a f t e r

t h e

d a t a p a c k e t

i s

p l a c e d

i n a

d a t a

p a c k e t

s e n d q u e u e

c o r r e s p o n d i n g t o

t h e

p a c k e t ’ s

p r i o r i t y s t a t u s ( b l o c k 1 0 6 ) ,

t h e

g r o u n d t e r m i n a l d e t e r m i n e s

W h e t h e r u p l i n k b a n d W i d t h h a s

p r e v i o u s l y

b e e n a l l o c a t e d f o r

t h e

d a t a p a c k e t ,

e i t h e r

by

a p r i o r

r a t e - b a s e d

a l l o c a t i o n

o r

v o l u m e - b a s e d a l l o c a t i o n

( b l o c k

1 0 8 ) .

I f s u f ? c i e n t

b a n d W i d t h

h a s a l r e a d y b e e n

a l l o c a t e d

f o r

t r a n s m i s s i o n

o f t h e d a t a

p a c k e t , t h e

g r o u n d

t e r m i n a l t r a n s m i t s t h e d a t a p a c k e t t o t h e

s e r v i c i n g

s a t e l l i t e

a t t h e

a l l o c a t e d t i m e

a n d

f r e q u e n c y ( b l o c k

1 1 0 ) . P r e f e r a b l y ,

d a t a

p a c k e t s

a r e

c o d e d a n d

m u l t i p l e x e d

i n t o

b i t

s t r e a m s

p r i o r t o

t r a n s m i s s i o n

t o t h e s a t e l l i t e . I f

s u f f i c i e n t u p l i n k bandWidth h a s

n o t

been a l l o c a t e d f o r t r a n s

m i s s i o n

o f

t h e d a t a

p a c k e t

( b l o c k 1 0 8 ) , t h e g r o u n d t e r m i n a l

must ? r s t

t r a n s m i t

a

bandWidth r e q u e s t

message

t o

t h e

s e r v i c i n g s a t e l l i t e

t o o b t a i n

u p l i n k b a n d w i d t h .

10

1 5

25

35

45

55

6 5

1 0

F o r t h e g r o u n d

t e r m i n a l

t o

t r a n s m i t

t h e b a n d W i d t h r e q u e s t

t o

t h e s e r v i c i n g s a t e l l i t e , t h e g r o u n d t e r m i n a l must

u s e

e i t h e r

e x i s t i n g b a n d W i d t h

a l r e a d y

a l l o c a t e d t o t h e g r o u n d t e r m i n a l

( e . g . ,

f o r

t r a n s m i s s i o n

o f

o t h e r

d a t a p a c k e t s i n one

o r

more

o f t h e

d a t a

p a c k e t s e n d

q u e u e s ) , o r

u s e a

c o n t e n t i o n c h a n n e l .

C o n s e q u e n t l y ,

p r i o r

t o

t r a n s m i t t i n g

t h e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t t o t h e

s e r v i c i n g s a t e l l i t e , t h e g r o u n d

t e r m i n a l

d e t e r

m i n e s

W h e t h e r

i t

h a s e x i s t i n g u p l i n k b a n d W i d t h W i t h t h e

s a t e l l i t e ( b l o c k

1 1 2 ) .

I f

t h e

g r o u n d t e r m i n a l d o e s

n o t

h a v e

a n

e x i s t i n g b a n d W i d t h a l l o c a t i o n , t h e g r o u n d

t e r m i n a l

t r a n s m i t s

t h e

bandWidth

a l l o c a t i o n

r e q u e s t “ o u t - o f - b a n d ” v i a a

con

t e n t i o n c h a n n e l ( b l o c k

1 1 4 ) .

A n

o u t - o f - b a n d

t r a n s m i s s i o n i n

t h i s r e g a rd i n v o l v e s

f o r m u l a t i n g a d a t a p a c k e t e x c l u s i v e l y

f o r

c a r r y i n g t h e b a n d W i d t h a l l o c a t i o n r e q u e s t .

A o n t e n t i o n c h a n n e l i s

a communication

f r e q u e n c y t h a t

remains

open

f o r

unscheduled d a t a

t r a n s m i s s i o n s

betWeen

a

s a t e l l i t e

a n d g r o u n d t e r m i n a l s

i n

i t s f o o t p r i n t . U s i n g

a

c o n t e n t i o n c h a n n e l , t h e r e

i s a

r i s k t h a t t h e s a t e l l i t e W i l l n o t

s u c c e s s f u l l y

r e c e i v e

a

d a t a p a c k e t s e n t by

a g r o u n d

t e r m i n a l .

For

i n s t a n c e ,

i f

tWo

o r

more

ground

t e r m i n a l s s i m u l t a

n e o u s l y t r a n s m i t p a c k e t s o n t h e c o n t e n t i o n c h a n n e l , t h e d a t a

s i g n a l s Wi l l

o v e r l a p

a n d t h e

s a t e l l i t e

may

n o t b e a b l e t o

d i s c e r n betWeen t h e s i g n a l s .

For

t h a t

r e a s o n ,

a f t e r a band

W i d t h

a l l o c a t i o n r e q u e s t

i s

t r a n s m i t t e d v i a

a c o n t e n t i o n

c h a n n e l ,

i t

i s

p r e f e r r e d

t h a t t h e s a t e l l i t e s e n d e i t h e r a

r e s p o n s e a l l o c a t i n g bandWidth o r a t l e a s t

a n

acknowledg

ment s i g n a l t o t h e r e q u e s t i n g

g r o u n d

t e r m i n a l t o con?rm

h a t

t h e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t Was s u c c e s s f u l l y r e c e i v e d .

I f , a t

d e c i s i o n b l o c k

1 1 2 , t h e g r o u n d t e r m i n a l

d e t e r m i n e s

t h a t

i t

a l r e a d y h a s a n e x i s t i n g

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

f o r

t r a n s m i s s i o n

o f o t h e r d a t a p a c k e t s , t h e

g r o u n d

t e r m i n a l

t r a n s m i t s t h e b a n d W i d t h a l l o c a t i o n r e q u e s t t o

t h e se r v i c i n g

s a t e l l i t e

u s i n g t h e e x i s t i n g b a n d W i d t h ( b l o c k 1 1 6 ) . I n t h a t

r e g a r d ,

t h e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t

may

b e p i g g y

b a c k e d

W i t h i n

a

d a t a p a c k e t a l r e a d y a l l o c a t e d t r a n s m i s s i o n

bandWidth

( a l s o knoWn a s “ i n - b a n d ”

d a t a t r a n s m i s s i o n ) a s

a

more e f f i c i e n t a l t e r n a t i v e t o t r a n s m i s s i o n i n a s e p a r a t e d a t a

p a c k e t

( i . e . ,

o u t - o f - b a n d t r a n s m i s s i o n ) .

R e g a r d l e s s

o f

W h e t h e r

a b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t i s

communicated i n - b a n d o r

o u t - o f - b a n d ,

t h e bandWidth

r e q u e st i n c l u d e s b o t h a n i d e n t i ? c a t i o n o f

t h e g r o u n d

t e r m i

n a l

r e q u e s t i n g t h e b a n d W i d t h a n d t h e p r i o r i t y s t a t u s o f

t h e

d a t a

p a c k e t s

f o r W h i c h u p l i n k b a n d W i d t h i s r e q u e s t e d .

T h e

b a n d W i d t h

r e q u e s t may a l s o i n c l u d e a ?ag i d e n t i f y i n g t h e

r e q u e s t a s “ r a t e - b a s e d , ” d e p e n d i n g on t h e

i m p l e m e n t a t i o n o f

r a t e - b a s e d bandWidth a l l o c a t i o n a s

e a r l i e r

d e s c r i b e d .

M o r e o v e r , a s e p a r a t e

b a n d W i d t h a l l o c a t i o n

r e q u e s t

may

b e

s e n t

f o r

e a c h

o f

t h e

d i f f e r e n t

d a t a

p a c k e t

p r i o r i t i e s .

T h u s ,

f o r

e x a m p l e , F I G . 8A l l u s t r a t e s

a ? r s t

bandWidth a l l o c a t i o n

r e q u e s t

1 5 0 i d e n t i f y i n g g r o u n d

t e r m i n a l

“ G T 1 ” a s

r e q u e s t i n g

a n amount C 1

o f u p l i n k bandWidth f o r

P1

s t a t u s

d a t a

p a c k e t s . S i m i l a r l y , b a n d W i d t h a l l o c a t i o n

r e q u e s t s

1 5 4 a n d

1 5 6 i d e n t i f y

GT1

a s

r e q u e s t i n g

t h e a m o u n t s

C 3

a n d C 4 o f

u p l i n k b a n d W i d t h f o r

P3

a n d P4

s t a t u s

d a t a p a c k e t s,

r e s p e c

t i v e l y . Asign i t i n c l u d e d i n t h e

b a n d W i d t h

r e q u e s t

i n d i c a t e s

W h e t h e r

t h e

r e q u e s t i s f o r

a l l o c a t i o n

o f b a n d W i d t h ( e . g . ,

u s i n g

a

p l u s

s i g n

o r

a

p o s i t i v e

number)

o r d e a l l o c a t i o n o f

b a n d W i d t h ( e . g . , u s i n g a m i n u s s i g n o r n e g a t i v e n u m b e r ) .

BandWidth r e q u e s t 152 t h e r e f o r e i n d i c a t e s a r e q u e s t

t o

d e a l l o c a t e u p l i n k bandWidth

i n

t h e amount

C 2

f o r

P2

s t a t u s

d a t a p a c k e t s .

A l t e r n a t i v e l y , a

g r o u n d

t e r m i n a l

may

combine b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t s

f o r

d i f f e r e n t

p a c k e t

p r i o r i t i e s i n t o a

s i n g l e

bandWidth a l l o c a t i o n

r e q u e s t 1 5 8 ,

a s

i l l u s t r a t e d i n F I G .

8 B .

I n t h e

e x a m p l e shoWn

n

F I G . 8 B ,

t h e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t

1 5 8

i d e n t i ? e s G T1 a s r e q u e s t i n g a n

a l l o c a t i o n

o f

t h e

r e s p e c t i v e a m o u n t s C 2 , C 3 , a n d C4

f

b a n d W i d t h

f o r

p a c k e t s

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 18/23

US 6 , 3 6 6 , 7 6 1

B1

1 1

h a v i n g P 2 , P 3 ,

a n d

P 4

p r i o r i t y

s t a t u s ,

a n d

r e q u e s t i n g

a

d e a l l o c a t i o n o f

t h e amount C 1

o f

b a n d w i d t h

f o r p a c k e t s

h a v i n g

P 1

p r i o r i t y

s t a t u s .

T h e

s e r v i c i n g s a t e l l i t e o v e r h e a d r e c e i v e s t h e p a c k e t w i t h

t h e b a n d w i d t h a l l o c a t i o n

r e q u e s t a n d p r o c e s s e s

t h e band

w i d t h

a l l o c a t i o n r e q u e s t , a s

d e s c r i b e d

below

i n

g r e a t e r

d e t a i l .

A f t e r w a r d ,

t h e s e r v i c i n g s a t e l l i t e

g e n e r a t e s

a b a n d

w i d t h a l l o c a t i o n

r e s p o n s e

t h a t

r e p o r t s

t h e outcome

o f

t h e

b a n d w i d t h a l l o c a t i o n p r o c e s s .

The s e r v i c i n g

s a t e l l i t e t r a n s

m i t s t h e b a n d w i d t h a l l o c a t i o n

r e s p o n s e t o

t h e

r e q u e s t i n g

g r o u n d

t e r m i n a l v i a

a d o w n l i n k

t r a n s m i s s i o n f r e q u e n c y .

R e t u r n i n g a g a i n t o F I G . 5 ,

a f t e r

r e c e i v i n g t h e b a n d w i d t h

a l l o c a t i o n r e s p o n s e f r o m t h e s a t e l l i t e ( b l o c k 1 1 8 ) , t h e g r o u n d

t e r m i n a l e v a l u a t e s

t h e

bandwidth a l l o c a t i o n r e s p o n s e

t o

d e t e r m i n e w h e t h e r b a n d w i d t h

h a s

b e e n a l l o c a t e d ( b l o c k

1 2 0 ) . I f t h e g r o u n d t e r m i n a l

? n d s

t h a t t h e r e q u e s t e d b a n d

w i d t h was a l l o c a t e d , t h e

g r o u n d

t e r m i n a l

t r a n s m i t s d a t a

p a c k e t s w i t h

t h e

c o r r e s p o n d i n g p r i o r i t y s t a t u s

a t t h e

a l l o

c a t e d t i m e

a n d

f r e q u e n c y

( b l o c k 1 1 0 ) .

I f t h e g r o u n d t e r m i n a l

?nds

t h a t

t h e

r e q u e s t e d

b a n d w i d t h

was

n o t

a l l o c a t e d

( e . g . ,

t h e bandwidth a l l o c a t i o n r e s p o n s e r e p o r t s a

“ Z e r o ”

amount

o f a l l o c a t e d

b a n d w i d t h ) ,

t h e g r o u n d t e r m i n a l p r e f e r a b l y

i n f o r m s

t h e

T S A

o r i g i n a t i n g

t h e d a t a p a c k e t s t h a t t h e

r e q u e s t e d b a n d w i d t h

h a s b e e n d e n i e d

( b l o c k

1 2 2 )

a n d

t h u s

t h e d a t a

p a c k e t s w i l l

n o t

b e

s e n t .

The bandwidth a l l o c a t i o n

r e q u e s t

may be r e s u b m i t t e d a t a l a t e r t i m e

i f

bandwidth

i s

d e n i e d .

B e f o r e p r o c e e d i n g

t o

d i s c u s s

a bandwidth

a l l o c a t i o n

p r o c e s s

p e r f o r m e d by

a

s e r v i c i n g

s a t e l l i t e

i n a c c o r d a n c e

w i t h

t h e p r e s e n t i n v e n t i o n ,

a n

e x a m p l e

t i m e l i n e

i s

p r o v i d e d

i n

F I G .

9 t o i l l u s t r a t e t h e

t i m i n g o f

a bandwidth r e q u e s t ,

a l l o c a t i o n , a n d

s u b s e q u e n t u p l i n k t r a n s m i s s i o n . F o r p u r

p o s e s

o f t h i s

d i s c u s s i o n ,

t h e e X a m p l e t i m e l i n e i s

n u m b e r e d

b e g i n n i n g w i t h

f r a m e Z e r o .

I n

frame

Z e r o ,

a

ground t e r m i n a l tr a n s m i t s

a bandwidth

a l l o c a t i o n

r e q u e s t t o t h e

s e r v i c i n g s a t e l l i t e .

The b a n d w i d t h

a l l o c a t i o n r e q u e s t i s

t r a n s m i t t e d

e i t h e r i n - b a n d

o r

o u t - o f

b a n d .

B e c a u s e p r o p a g a t i o n d e l a y i s g r e a t l y r e d u c e d

i n a

LEO

s a t e l l i t e

n e t w o r k

( a s

c o m p a r e d t o a g e o s y n c h r o n o u s

s a t e l l i t e n e t w o r k ) ,

t h e

b a n d w i d t h a l l o c a t i o n r e q u e s t i s shown

a s b e i n g r e c e i v e d by t h e

s e r v i c i n g s a t e l l i t e i n f r a m e o n e .

I n f r a m e

t w o ,

t h e

b a n d w i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t

i s

p r o

c e s s e d b y a

b a n d w i d t h

a l l o c a t i o n p r o c e s s i n g u n i t i m p l e

mented o n b o a r d t h e

s e r v i c i n g

s a t e l l i t e .

A

a n d w i d t h

a l l o c a

t i o n

p r o c e s s o r i s d i s c u s s e d i n g r e a t e r d e t a i l below i n

c o n n e c t i o n

w i t h F I G .

1 0 . As a

r e s u l t o f t h i s

p r o c e s s i n g ,

u p l i n k

t r a n s m i s s i o n

bandwidth

i s

e i t h e r

a l l o c a t e d o r d e n i e d .

Aresponse r e p o r t i n g t h e a l l o c a t i o n o r d e n i a l o f b a n d w i d t h

i s

s e n t

b a c k t o t h e r e q u e s t i n g g r o u n d t e r m i n a l i n f r a m e t h r e e .

I n f r a m e

f o u r ,

t h e

r e q u e s t i n g g r o u n d t e r m i n a l

r e c e i v e s t h e

r e s p o n s e .

Assuming

t h e

r e s p o n s e r e p o r t e d a n a l l o c a t i o n o f u p l i n k

b a n d w i d t h , i n

f r a m e ? v e t h e

g r o u n d

t e r m i n a l

t r a n s m i t s o n e

o r more

d a t a

p a c k e t s

a t

t h e a l l o c a t e d t i m e and

f r e q u e n c y t o

t h e s e r v i c i n g s a t e l l i t e . I n f r a m e s i X , t h e d a t a p a c k e t s a r e

r e c e i v e d b y

t h e

s e r v i c i n g

s a t e l l i t e ,

a n d i n s u b s e q u e n t f r a m e s ,

t h e d a t a p a c k e t s a r e

r o u t e d

t h r o u g h t h e c o n s t e l l a t i o n o f

s a t e l l i t e s t o

t h e

s a t e l l i t e t h a t s e r v i c e s

t h e

g r o u n d

t e r m i n a l

t h a t i s

t o

r e c e i v e t h e

d a t a

p a c k e t .

T h u s ,

a c c o r d i n g

t o t h e t i m e l i n e shown i n F I G .

9 ,

when

a

g r o u n d

t e r m i n a l t r a n s m i t s

a

b a n d w i d t h

a l l o c a t i o n r e q u e s t

d u r i n g

f r a m e

Z e r o , t h e

g r o u n d t e r m i n a l u n d e r s t a n d s t h a t

i f

bandwidth

i s

a l l o c a t e d i n

r e s p o n s e t o t h e r e q u e s t , t h e band

w i d t h w i l l b e

a l l o c a t e d f o r

f r a m e

?ve a t t h e e a r l i e s t .

I t s h o u l d

b e

u n d e r s t o o d t h a t e a c h o f t h e e v e n t s shown i n F I G .

9

i s

c o n s t a n t l y

r e p e a t e d

a s

b a n d w i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t s a r e

10

1 5

25

35

45

55

6 5

1 2

t r a n s m i t t e d from f r a m e t o

f r a m e .

F o r e x a m p l e , i n f r a m e o n e ,

w h i l e

t h e bandwidth a l l o c a t i o n r e q u e s t o f f r a m e Z e r o i s

b e i n g

r e c e i v e d b y

t h e

s e r v i c i n g

s a t e l l i t e , t h e g r o u n d t e r m i n a l

may

b e

t r a n s m i t t i n g y e t

a n o t h e r

b a n d w i d t h a l l o c a t i o n

r e q u e s t . L i k e w i s e ,

i n f r a m e t w o , w h i l e

t h e

b a n d w i d t h

a l l o

c a t i o n

p r o c e s s o r

i s

p r o c e s s i n g

t h e

b a n d w i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t

r e c e i v e d

i n f r a m e o n e ,

t h e se r v i c i n g s a t e l l i t e may

b e

r e c e i v i n g

a n o t h e r

b a n d w i d t h a l l o c a t i o n r e q u e s t s e n t

b y

t h e

g r o u n d

t e r m i n a l

i n

f r a m e

o n e .

A c c o r d i n g l y ,

t h e e v e n t s

i l l u s t r a t e d i n FIG.

9

a r e n o t

completed

a s a

c y c l e

f o r

one

b a n d w i d t h a l l o c a t i o n

r e q u e s t

b e f o r e a n o t h e r b a n d w i d t h

a l l o

c a t i o n r e q u e s t

can b e s e n t .

R a t h e r ,

a l l

o f t h e

e v e n t s i l l u s t r a t e d

i n F I G . 9 o c c u r

s i m u l t a n e o u s l y

i n

a p i p e l i n e

f a s h i o n f o r

bandwidth a l l o c a t i o n

r e q u e s t s

s e n t i n e a c h

f r a m e .

The manner i n

which

d a t a p a c k e t s a r e

handled

by a

s e r v i c i n g

s a t e l l i t e ,

i n c l u d i n g d a t a

p a c k e t s

w i t h

b a n d w i d t h

a l l o c a t i o n r e q u e s t s,

i s b e t t e r

u n d e r s t o o d i n r e f e r e n c e t o F I G .

1 0 . F I G . 1 0 i s a b l o c k d i a g r a m t h a t

i l l u s t r a t e s

t h e m a j o r

r o u t i n g

a n d

p r o c e s s i n g

c o m p o n e n t s

p r o v i d e d

o n b o a r d

e a c h

o f t h e LEO a t e l l i t e s o f t h e s a t e l l i t e d a t a communication

n e t w o r k .

A s

shown

i n F I G .

1 0 ,

a LEO

s a t e l l i t e r e c e i v e s d a t a

t r a n s m i s s i o n s

e i t h e r from

o t h e r s a t e l l i t e s v i a

a n

i n t e r s a t e l l i t e

l i n k

( I S L ) o r

f r o m

g r o u n d t e r m i n a l s v i a

a n u p l i n k

c h a n n e l .

Data p a c k e t s r e c e i v e d from o t h e r s a t e l l i t e s a r e forwarded

t o

t h e s a t e l l i t e ’ s

ISL

d e m o d u l a t o r / d e c o d e r 6 5 . D a t a p a c k e t s

r e c e i v e d from ground

t e r m i n a l s

a r e f o r w a r d e d

t o t h e

s a t e l

l i t e ’ s

u p l i n k d e m o d u l a t o r / d e c o d e r

6 9 . I n e i t h e r c a s e , a

p o r t i o n

o f

t h e d a t a p a c k e t s r e c e i v e d , s u c h a s t h e d a t a

p a c k e t s ’ h e a d e r s , o r

a l l

o f t h e d a t a p a c k e t s ,

i s d e m o d u l a t e d

a n d

d e c o d e d .

The

d e m o d u l a t e d / d e c o d e d

d a t a p a c k e t s

a r e

t h e n communicated t o a

f a s t

p a c k e t s w i t c h 6 7 f o r

r o u t i n g .

T h e f a s t p a c k e t s w i t c h

6 7

i n s p e c t s

t h e

a d d r e s s i n g

a n d

s i g n a l

i n f o r m a t i o n

i n

t h e

d a t a p a c k e t s ’

h e a d e r s

t o

d e t e r m i n e

w h e t h e r t h e

d a t a p a c k e t s s h o u l d

b e

r o u t e d t o a n o t h e r

s a t e l l i t e , downlinked

t o

a ground t e r m i n a l , o r forwarded

t o

a

p r o c e s s o r

i m p l e m e n t e d

o n b o a r d t h e s a t e l l i t e . D a t a p a c k e t s

t o

be routed

t o

a n o t h e r s a t e l l i t e

a r e

added

t o

one of t h e

s a t e l l i t e ’ s ISL q u e u e s 71 t h a t c o r r e s p o n d s t o t h e s a t e l l i t e t h a t

i s t o r e c e i v e

t h e

d a t a p a c k e t s . The d a t a p a c k e t s a r e encoded

a n d modulated a t

b l o c k

7 3 ,

and t r a n s m i t t e d t o

a n o t h e r

s a t e l l i t e

v i a

a n ISL

c h a n n e l . A

a r i e t y o f t e c h n o l o g i e s

may

b e u s e d f o r i n t e r s a t e l l i t e

c o m m u n i c a t i o n , i n c l u d i n g r a d i o

f r e q u e n c y

( R F ) a n d

l a s e r

i n t e r s a t e l l i t e l i n k s .

I f t h e f a s t p a c k e t s w i t c h 6 7 d e t e r m i n e s t h a t t h e r e c e i v e d

d a t a p a c k e t s

s h o u l d b e r o u t e d

f o r d o w n l i n k

t r a n s m i s s i o n

t o

a

g r o u n d t e r m i n a l , t h e

d a t a p a c k e t s a r e

e n t e r e d

i n t o

t h e

s a t e l l i t e ’ s

downlink q u e u e

7 5 .

From

t h e

downlink q u e u e

7 5 ,

t h e d a t a

p a c k e t s a r e encoded and

modulated a t

b l o c k

77

and

t r a n s m i t t e d

t o

t h e

ground t e r m i n a l

v i a

a downlink c h a n n e l .

Both t h e ISL queues 71 a n d t h e downlink queue 75

o f

t h e

s a t e l l i t e a r e implemented i n a memory. P r e f e r a b l y , t h e

memory f o r

e a c h

o f

t h e q u e u e s

i s s e g m e n t e d i n t o

f o u r

s e c t i o n s r e p r e s e n t i n g t h e f o u r

d i f f e r e n t

p a c k e t p r i o r i t i e s

i n

t h e p r i o r i t y

s t a t u s

h i e r a r c h y ( e . g . , P 1 , P 2 , P 3 , a n d P 4 ) . E a c h

o f

t h e f o u r memory s e c t i o n s may

be c o n s i d e r e d

a s e p a r a t e

q u e u e . Each memory s e c t i o n i s

s i Z e d t o

r e ? e c t t h e maXimum

amount o f d a t a

t r a n s m i s s i o n s

a n t i c i p a t e d a t a p o i n t i n t i m e

w i t h r e s p e c t

t o

e a c h o f

t h e f o u r

p r i o r i t i e s . The

s c h e d u l i n g

o f

t i m e a n d s i g n a l f r e q u e n c y

a t

which

d a t a

p a c k e t s

a r e t r a n s

m i t t e d t o o t h e r s a t e l l i t e s

o r

t o a

ground

t e r m i n a l

depends

u p o n

t h e

p r i o r i t i e s

a s s i g n e d

t o

t h e

p a c k e t s

a n d

t h e i r

p o s i t i o n

i n

t h e r e s p e c t i v e

q u e u e s .

H i g h e r p r i o r i t y

d a t a p a c k e t s

a r e

s c h e d u l e d f o r more

prompt

t r a n s m i s s i o n

t h a n

l o w e r p r i o r i t y

d a t a

p a c k e t s .

I f t h e

f a s t packet s w i t c h

67

determines t h a t

one o r more

o f t h e r e c e i v e d d a t a p a c k e t s s h o u l d b e f o r w a r d e d

t o

a

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 19/23

US 6 , 3 6 6 , 7 6 1

B1

1 3

p r o c e s s o r o n b o a r d t h e s a t e l l i t e , t h e

d a t a p a c k e t s

a r e e n t e r e d

i n t o a n o n b o a r d computer

queue

(O B C) 7 9 . F o r i n s t a n c e , a

d a t a p a c k e t

may b e d i r e c t l y

a d d r e s s e d t o

a n o n b o a r d p r o

cessor such a s a bandWidth a l l o c a t i o n processor 8 5 i n an

o u t - o f - b a n d t r a n s m i s s i o n . A l t e r n a t i v e l y , s i g n a l i n g

i n f o r m a

t i o n

may

be

i n c l u d e d

i n a

d a t a

p a c k e t h e a d e r

t o

i n f o r m

t h e

f a s t

p a c k e t

s W i t c h 6 7

t h a t t h e

d a t a

p a c k e t i n c l u d e s a n i n - b a n d

r e q u e s t f o r

u p l i n k

b a n d W i d t h a l l o c a t i o n . T h e

f a s t

p a c k e t

s W i t c h 67 f o r W a r d s a copy o f

t h e d a t a

p a c k e t

t o t h e OBC

q u e u e

7 9 . More s p e c i ? c a l l y i n

t h a t

r e g a r d , t h e

h e a d e r 4 1

i l l u s t r a t e d i n

F I G .

4 i s shoWn t o i n c l u d e a

s i g n a l ?ag

59

a n d

a copy i n d i c a t o r 5 5 . A

round

t e r m i n a l

s e t s

t h e copy

i n d i c a t o r

55 t o

i n d i c a t e

t h a t

t h e d a t a

p a c k e t c a r r i e s

a n

i n - b a n d

m e s s a g e .

The s i g n a l ? a g

5 9 i s

s e t

t o

s i g n a l t h e

e x i s t e n c e o f a bandWidth a l l o c a t i o n

r e q u e s t .

When h e f a s t

p a c k e t s W i t c h 6 7 r e c e i v e s a d a t a p a c k e t f r o m

t h e

u p l i n k

d e m o d u l a t o r / d e c o d e r 6 9 a n d r e c o g n i Z e s

a

s e t copy b i t

i n

t h e

d a t a p a c k e t h e a d e r , t h e f a s t p a c k e t s W i t c h

c o p i e s

t h e d a t a

p a c k e t

i n t o

t h e OBC

q u e u e

7 9 .

B e c a u s e

t h e d a t a p a c k e t

p a y l o a d

a l s o

i n c l u d e s d a t a

i n t e n d e d

f o r

r o u t i n g

e l s e W h e r e

i n

t h e s a t e l l i t e n e t W o r k , t h e

f a s t p a c k e t

s W i t c h

6 7 f o r W a r d s

t h e

d a t a p a c k e t

t o

e i t h e r t h e

i n t e r s a t e l l i t e l i n k

( I S L ) q u e u e 7 1 f o r

t r a n s m i s s i o n t o a n o t h e r s a t e l l i t e , o r doW nlink queue 7 5 , f o r

t r a n s m i s s i o n t o

t h e

E a r t h ,

W h i c h e v e r i s

a p p r o p r i a t e .

F u r t h e r m o r e , o n c e t h e p a c k e t

h a s b e e n c o p i e d i n t o

t h e

OBC

queue 7 9 , t h e copy

b i t

55 i s r e s e t s o no

f u r t h e r

c o p i e s a r e

made.

The

OBC

q u e u e 7 9 i s

p r e f e r a b l y

i m p l e m e n t e d

i n a

memory a c c e s s i b l e t o

t h e

s a t e l l i t e ’ s onboard p r o c e s s o r s . The

s a t e l l i t e ’ s

onboard

p r o c e s s o r s

i n c l u d e a doWnlink a l l o c a t i o n

p r o c e s s o r

(DAP)

8 1 , a s e r v i c e

a p p l i c a t i o n

p r o c e s s o r

( S A P )

8 3 ,

a n d a b a n d W i d t h a l l o c a t i o n

p r o c e s s o r

(BAP) 8 5 .

The

B A P 8 5 , i n p a r t i c u l a r , i s r e s p o n s i b l e f o r m a n a g i n g t h e

a l l o c a t i o n

o f u p l i n k b a n d W i d t h .

M u l t i p l e

OBC

u e u e s

may

b e p r o v i d e d ( e . g . , a d i f f e r e n t q u e u e f o r e a c h o f t h e o n b o a r d

p r o c e s s o r s ) d e p e n d i n g o n t h e n e t W o r k

d e s i g n

a n d t h e

n e e d s

o f t h e p r o c e s s o r s

i n

t h e o n b o a r d c o m p u t e r . M o r e o v e r , mul

t i p l e

q u e u e s

may b e p r o v i d e d

f o r

s e g r e g a t i n g b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n r e q u e s t s a c c o r d i n g t o

t h e

p r i o r i t i e s o f

t h e

d a t a

p a c k e t s t o b e t r a n s m i t t e d s o

t h a t

t h e BAP 5

may

e f ? c i e n t l y

p r o c e s s

t h e r e q u e s t s a c c o r d i n g

t o

t h e

a s s i g n e d p r i o r i t i e s .

As n o t e d

e a r l i e r

i n

r e f e r e n c e

t o F I G . 7 ,

u p l i n k

b a n d W i d t h

i s

p r e f e r a b l y

d i v i d e d i n t o

s l o t s r e p r e s e n t i n g

s e g m e n t s

o f

t i m e a n d

s i g n a l f r e q u e n c y . U p l i n k

b a n d W i d t h i s

a l l o c a t e d

b y

t h e BAP 5 a c c o r d i n g t o

programmed

r u l e s

t h a t

g o v e r n t h e

a s s i g n m e n t o f a v a i l a b l e

bandWidth

s l o t s . The r u l e s

a r e

implemented a s computer

program i n s t r u c t i o n s s t o r e d

i n a

BAP

memory

87

a n d

d i c t a t e

hoW

s l o t s

a r e

a s s i g n e d

f o r

e a c h

t y p e o f p a c k e t p r i o r i t y s t a t u s .

The

r u l e s a l s o d e t e r m i n e

Which s l o t s

p r e v i o u s l y a l l o c a t e d

f o r

t r a n s m i s s i o n

o f l o W e r

p r i o r i t y d a t a p a c k e t s ( e . g . , P 3 o r

P 4 )

may b e p r e e m p t e d i n

f a v o r o f p a c k e t s h a v i n g h i g h e r p r i o r i t i e s

( e . g . , P 1 o r P 2 ) .

T h e

a l l o c a t i o n

r u l e s may t a k e i n t o a c c o u n t a v a r i e t y o f

f a c t o r s ,

s u c h

a s t h e a v a i l a b l e u p l i n k

f r e q u e n c i e s a ss i g n e d t o

p a r t i c u

l a r

g r o u n d t e r m i n a l s , W h e t h e r t h e g r o u n d

t e r m i n a l

r e q u e s t

i n g u p l i n k

b a n d W i d t h

a l r e a d y h a s a n e X i s t i n g

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n , a n d W h e t h e r c o n g e s t i o n i s

p r e s e n t

i n n e t W o r k

communication l i n k s . The

bandWidth

a l l o c a t i o n r u l e s

a r e

programmed t o

form a

d a t a s t r u c t u r e r e p r e s e n t i n g

a l l o c a t e d

a n d a v a i l a b l e b a n d W i d t h ( s e e , e . g . , t h e b a n d W i d t h a l l o c a t i o n

t a b l e

i n F I G .

7 )

t h a t

i s

r e c o r d e d i n

t h e BAP memory 8 7 .

The

d o W n l i n k

a l l o c a t i o n

p r o c e s s o r

8 1 a n d

t h e s e r v i c e a p p l i c a t i o n

p r o c e s s o r

83 a l s o have

a

DAP

memory

91 and

a

SAP

memory 9 3 , r e s p e c t i v e l y , t o

a s s i s t

i n t h e i r

p r o c e s s i n g

t a s k s .

Because t h e bandWidth a l l o c a t i o n r u l e s

a r e

programmable,

t h e r u l e s

m a y

be r e W r i t te n o r r e v i s e d by a

netWork

admin

i s t r a t o r i n

r e s p o n s e

t o c h a n g i n g u s e r n e e d s , n e t W o r k

t r a f ? c

1 5

25

35

45

55

6 5

1 4

p a t t e r n s ,

o r d e v e l o p i n g t e c h n o l o g i e s . The n e t W o r k a d m i n i s

t r a t o r t r a n s m i t s t h e n e W r u l e s t o t h e

s a t e l l i t e

t o r e p l a c e

t h e

r u l e s i n use a t t h e t i m e .

The u p l i n k

b a n d W i d t h o f a

s a t e l l i t e

i s r e p r e s e n t e d

by

a

d a t a s t r u c t u r e t h a t i n c l u d e s

a p l u r a l i t y

o f s l o t s a s e a r l i e r

d e s c r i b e d .

T h e

s l o t s

r e p r e s e n t p o r t i o n s

o f

t h e

u p l i n k

b a n d

W i d t h .

One

d a t a s t r u c t u r e

s u i t a b l e

f o r u s e i n

t h i s

r e g a r d

i s

a

t a b l e a s shoWn i n

F I G . 7 .

The bandWidth a l l o c a t i o n t a b l e i n

FIG.

7 i n c l u d e s a number o f s l o t s indeXed

on

a v e r t i c a l a X i s

by s i g n a l

f r e q u e n c i e s

f 1 , f 2 , f 3 ,

f 4 .

. . f n , a n d

on

a h o r i Z o n t a l

a X i s

by t i m e s

o f t r a n s m i s s i o n t 1 , t 2 , t 3 ,

t 4 t p . The

s i g n a l

f r e q u e n c i e s f 1

t h r o u g h

f n a r e p o r t i o n s

o f

t h e c o m m u n i c a t i o n

s p e c t r u m a l l o t t e d

f o r u p l i n k t r a n s m i s s i o n . The t i m e d i v i

s i o n s t 1

t h r o u g h

t p r e p r e s e n t t h e t i m e

p e r i o d s

W i t h i n a f r a m e

i n Which a

d a t a p a c k e t

may b e t r a n s m i t t e d by a g r o u n d

t e r m i n a l . I n o t h e r

W o r d s , i n e a c h f r a m e , a t o t a l

number

o f n

p a c k e t s

may

b e s i m u l t a n e o u s l y t r a n s m i t t e d

b y

d i f f e r e n t

g r o u n d t e r m i n a l s t o

t h e

s e r v i c i n g s a t e l l i t e d u r i n g e a c h o f p

t i m e

p e r i o d s .

The

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

t a b l e

i s

u p d a t e d

b y

t h e

b a n d

W i d t h a l l o c a t i o n p r o c e s s o r f o r e a c h f r a m e

o f

u p l i n k

t r a n s

m i s s i o n .

As b a n d W i d t h i s

a l l o c a t e d

f o r u p l i n k

t r a n s m i s s i o n

o f d a t a p a c k e t s , e n t r i e s a r e made i n t o e a c h o f t h e s l o t s i n

t h e

b a n d W i d t h a l l o c a t i o n t a b l e t o i d e n t i f y b o t h t h e t r a n s m i t t i n g

g r o u n d t e r m i n a l

a n d

t h e p r i o r i t y s t a t u s a s s i g n e d t o t h e d a t a

p a c k e t

t o

b e t r a n s m i t t e d i n t h e s l o t . F o r e X a m p l e , i n F I G .

7 ,

t h e

s l o t s f o r f r e q u e n c y f 1 , a t t i m e s t 1 , t 2 , a n d t 3 a r e a l l o c a t e d

t o g r o u n d t e r m i n a l GT1 f o r u p l i n k t r a n s m i s s i o n o f t h r e e P 1

d a t a p a c k e t s . S i m i l a r l y , t h e

s l o t s i d e n t i ? e d

b y

f r e q u e n c y

f 2

a t t i m e s 1 a n d t 2

h a v e

b e e n

a l l o c a t e d t o

g r o u n d t e r m i n a l GT2

f o r t r a n s m i s s i o n

o f

tWo P2 d a t a p a c k e t s . S l o t s h a v i n g a Z e r o

e n t e r e d

t h e r e i n

( e . g . , a t

s l o t s f 1 t 4 , f 2 t 3 , f 4 t 3 , a n d f 4 t 4 ) h a v e

n o t

y e t

b e e n a l l o c a t e d .

W h i l e o n l y

a

p o r t i o n

o f

t h e

e n t r i e s i n

t h e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

t a b l e

o f

F I G . 7

i s

s h o W n ,

i t

i s

u n d e r

s t o o d t h a t

a l l

o f

t h e s l o t s h a v e

a n

e n t r y

t h e r e i n

( e . g . ,

a

bandWidth allocation

or

a

“Zero”

.

A s

n o t e d e a r l i e r , r a t e - b a s e d bandWidth a l l o c a t i o n s con

t i n u e f r o m

f r a m e t o f r a m e i n d e ? n i t e l y u n t i l s p e c i ? c a l l y

d e a l l o c a t e d

o r r e l e a s e d .

Thus, a s t h e

bandWidth

a l l o c a t i o n

p r o c e s s o r

u p d a t e s t h e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

t a b l e f o r

e a c h

f r a m e, p r e v i o u s l y

a l l o c a t e d r a t e - b a s e d s l o t s r e m a i n a l l o c a t e d

i n t h e t a b l e from f r a m e t o f r a m e . I n

t h a t

r e g a r d , a ?ag s e t

When t h e r a t e - b a s e d r e q u e s t i s r e c e i v e d may b e u s e d t o

prompt t h e

bandWidth

a l l o c a t i o n p r o c e s s o r t o a l l o c a t e

t h e

same s l o t s from f r a m e

t o

f r a m e .

A l t e r n a t i v e l y , t h e

s l o t s ma y

b e

a l l o c a t e d

i n e a c h f r a m e b y r e s p o n d i n g t o r e p e a t e d b a n d

W i d t h r e q u e s t s s e n t f r o m t h e

g r o u n d

t e r m i n a l o r

by

r e p e a t

e d l y r e p r o c e s s i n g

t h e

o r i g i n a l

b a n d W i d t h

r e q u e s t ,

a s

e a r l i e r

d e s c r i b e d . The o t h e r ,

n o n r a t e - b a s e d

s l o t s a r e opened up f o r

a l l o c a t i o n

a c c o r d i n g t o t h e b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t s i n

t h e o n b o a r d c o m p u t e r (OBC)

q u e u e .

F I G . 1 1 A s

a

H o w diagram t h a t

i l l u s t r a t e s o n e

p r o c e d u r e

f o r h a n d l i n g a d a t a

p a c k e t

r e c e i v e d a t a LEO a t e l l i t e

W h i l e

F I G .

11B i l l u s t r a t e s

one p r o c e d u r e

f o r

bandWidth

a l l o c a t i o n

p e r f o r m e d i n a c c o r d a n c e

W i t h

t h e

p r e s e n t i n v e n t i o n .

I n F I G .

11A,

a f t e r

a

s a t e l l i t e r e c e i v e s a n u p l i n k t r a n s m i s s i o n o f

a

d a t a p a c k e t

( b l o c k 2 00 ) ,

t h e s a t e l l i t e d e c o d e s an d demodu

l a t e s

a

p o r t i o n o r

a l l

o f t h e d a t a

p a c k e t ( b l o c k

2 0 2 ) .

At

d e c i s i o n b l o c k 2 0 4 ,

t h e

s a t e l l i t e ’ s f a s t p a c k e t

s W i t c h

d e t e r

mines

W h e t h e r t h e d a t a p a c k e t

i s

a n o u t - o f - b a n d

message

t r a n s m i s s i o n i n t e n d e d

f o r

p r o c e s s i n g by

o n e

o f t h e s a t e l l i t e ’ s

onboard

p r o c e s s o r s

( e . g . ,

t h e

bandWidth

a l l o c a t i o n

p r o c e s s o r ) . I f s o , t h e p a c k e t i s f o r W a r d e d t o t h e

OBC

u e u e

( b l o c k 2 0 6 ) t o b e p r o c e s s e d by o n e o r more o f

t h e

p r o c e s s o r s

i n t h e

o n b o a r d

c o m p u t e r . At d e c i s i o n

b l o c k

2 0 8 , t h e f a s t

p a c k e t s W i t c h d e t e r m i n e s W h e t h e r

t h e

d a t a

p a c k e t i n c l u d e s

a n i n - b a n d t r a n s m i s s i o n

f o r

p r o c e s s i n g

onboard t h e s a t e l l i t e .

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 20/23

US 6 , 3 6 6 , 7 6 1

B1

1 5

I f

s o ,

a

copy

o f

t h e d a t a

p a c k e t

W i t h t h e

i n - b a n d

t r a n s m i s s i o n

i s

f o r w a r d e d

t o t h e

OBC

u e u e

( b l o c k 2 1 0 ) . A

a t a p a c k e t

c a r r y i n g d a t a n o t

i n t e n d e d f o r o n b o a r d p r o c e s s i n g a r e r o u t e d

by t h e f a s t

p a c k e t s W i t c h t o W a r d

t h e

a d d r e s s e d

d e s t i n a t i o n

o f

t h e

d a t a p a c k e t ( b l o c k 2 1 2 ) .

I n t h a t r e g a r d , t h e

d a t a p a c k e t s

may

be

r o u t e d

t o

a n o t h e r

s a t e l l i t e

v i a

an

i n t e r s a t e l l i t e

l i n k

o r

doWnlinked t o a

ground

t e r m i n a l

on t h e E a r t h .

The

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n p r o c e d u r e

i l l u s t r a t e d

i n

F I G .

11B b e g i n s W i t h a

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n p r o c e s s o r (BAP)

r e f e r e n c i n g a b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t s t o r e d i n

t h e

O B C u e u e

( b l o c k 2 1 4 ) . A n e x a m p l e

O B C u e u e

i s d e p i c t e d

i n

F I G . 1 2 W i t h

t h r e e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n r e q u e s t s 2 5 0 ,

2 5 2 ,

a n d

2 5 4 . I n a c t u a l o p e r a t i o n , i t i s e x p e c t e d t h a t a n

OBC

queue Would c o n t a i n many more t h a n t h r e e bandWidth

a l l o c a t i o n r e q u e s t s .

T h e t h r e e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n r e q u e s t s 2 5 0 , 2 5 2 , a n d

2 5 4 a r e of a

format

a s shoWn

i n FIG.

8B Wherein a ground

t e r m i n a l

r e q u e s t s

b a n d W i d t h f o r

d i f f e r e n t p r i o r i t y d a t a p a c k

e t s i n a s i n g l e

combined

r e q u e s t . BandWidth a l l o c a t i o n

r e q u e s t

2 5 0 s h o W s

g r o u n d

t e r m i n a l

GT2

r e q u e s t i n g

b a n d

W i d t h f o r u p l i n k

t r a n s m i s s i o n

o f e i g h t p a c k e t s

h a v i n g P 1

s t a t u s , t h r e e p a c k e t s h a v i n g P2 s t a t u s , a n d s e v e n p a c k e t s

h a v i n g P4 s t a t u s . S i m i l a r l y , b a n d W i d t h a l l o c a t i o n r e q u e s t

2 5 2 s h o W s g r o u n d t e r m i n a l GT3 r e q u e s t i n g b a n d W i d t h

f o r

u p l i n k t r a n s m i s s i o n o f s i x P3

d a t a

p a c k e t s a n d b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t

2 5 4 s h o W s g r o u n d t e r m i n a l GT5

r e q u e s t

i n g

b a n d W i d t h

f o r

f o u r P 1

d a t a

p a c k e t s , t W o P3

d a t a

p a c k e t s ,

a n d

s i x P4 d a t a p a c k e t s .

R e t u r n i n g

t o F I G . 1 1 B , t h e BAP e f e r e n c e s t h e

p o r t i o n o f

a b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t r e q u e s t i n g b a n d W i d t h f o r

p a c k e t s W i t h t h e h i g h e s t p r i o r i t y s t a t u s ( b l o c k 2 1 4 ) . T h e

BAP

v a l u a t e s

t h e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t a n d d e t e r

m i n e s

W h e t h e r u p l i n k

t r a n s m i s s i o n

c a p a c i t y i s a v a i l a b l e f o r

t h e

a m o u n t

o f

b a n d W i d t h

r e q u e s t e d ( b l o c k

2 1 6 ) .

More

p a r t i c u l a r l y , t h e

BAP

e a r c h e s a c u r r e n t bandWidth a l l o c a

t i o n

d a t a

s t r u c t u r e ( e . g . , t h e t a b l e i n

F I G .

7 ) t o d e t e r m i n e

Whether

s u f ? c i e n t s l o t s a r e a v a i l a b l e t o be a l l o c a t e d t o

t h e

r e q u e s ti n g t e r m i n a l

f o r u p l i n k t r a n sm i s s i o n o f d a t a p a c k e t s

h a v i n g

t h e

p a r t i c u l a r d e s i g n a t e d p r i o r i t y s t a t u s . F o r e x am p l e ,

i n p r o c e s s i n g t h e b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t 2 5 0 ( F I G .

1 2 ) ,

t h e BAP e t e r m i n e s W h e t h e r e i g h t s l o t s

a r e

a v a i l a b l e

i n

t h e b a n d W i d t h a l l o c a t i o n t a b l e f o r G T 2 t o t r a n s m i t

e i g h t

P 1

d a t a

p a c k e t s .

F o r t h e

s a m p l e b a n d W i d t h a l l o c a t i o n

t a b l e

shoWn n F I G . 7 , a v a i l a b l e s l o t s

i n c l u d e

t h e

u n a l l o c a t e d s l o t s

i n d i c a t e d

W i t h a n

e n t r y

o f “ 0 . ” F u r t h e r m o r e , a s p a r t o f

d e t e r m i n i n g

W h e t h e r u p l i n k c a p a c i t y i s a v a i l a b l e , t h e B A P

a l s o

c h e c k s W i t h a

d e m o d u l a t o r c o n t r o l l e r

8 9

( F I G . 1 0 ) t h a t

c o n t r o l s

t h e

u p l i n k

d e m o d u l a t o r / d e c o d e r

6 9

t o

e n s u r e

t h a t

t h e d e m o d u l a t o r / d e c o d e r 6 9 W i l l b e c a p a b l e o f

h a n d l i n g

t h e

i n c o m i n g

u p l i n k t r a n s m i s si o n a t t h e t i m e

i t

a r r i v e s . I f

enough

s l o t s a r e

a v a i l a b l e t o accommodate t h e bandWidth

a l l o c a t i o n r e q u e st , t h e BAP l l o c a t e s th e

number o f

n e e d e d

s l o t s t o m e e t

t h e

r e q u e s t ( b l o c k 2 1 8 ) .

I n

t h a t

r e g a r d , i n f o r

m a t i o n i s e n t e r e d i n t o

t h e

t a b l e

i d e n t i f y i n g

t h e

g r o u n d

t e r m i n a l t o

Which

t h e

s l o t s a r e a l l o c a t e d and

t h e

p r i o r i t y

s t a t u s o f

t h e

d a t a p a c k e t s t o b e t r a n s m i t t e d i n t h o s e

s l o t s .

I f s u f ? c i e n t

u n a l l o c a t e d

s l o t s

a r e n o t

a v a i l a b l e

t o

s a t i s f y

t h e bandWidth

a l l o c a t i o n

r e q u e s t , t h e BAP d e t e r m i n e s

W h e t h e r s l o t s p r e v i o u s l y

a l l o c a t e d

f o r

t r a n s m i s s i o n

o f l o W e r

p r i o r i t y

d a t a

may b e

p r e e m p t e d

i n

f a v o r o f a c c o m m o d a t i n g

t h e

c u r r e n t

b a n d W i d t h a l l o c a t i o n r e q u e s t . F o r e x am p l e ,

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t

2 5 4 s h o W s

g r o u n d

t e r m i n a l

GT5

a s k i n g

f o r u p l i n k b a n d W i d t h t o t r a n s m i t f o u r P 1 d a t a

p a c k e t s . The

BAP p r o c e s s i n g

t h i s

r e q u e s t

may s c a n

t h e

bandWidth a l l o c a t i o n t ab l e d e p i c t e d i n

F I G .

7 and ?nd a n

i n s u f ? c i e n t number

o f u n a l l o c a t ed s l o t s

t o accommodate t h e

r e q u e s t e d b a n d W i d t h .

I f p r e e m p t i o n

i s

p e r m i t t e d , h o w e v e r ,

10

1 5

25

35

45

55

6 5

1 6

t h e BAP

may d e a l l o c a t e

t h e s l o t s

a s s i g n e d

t o g r o u n d

t e r m i

n a l

GT3

f o r P4 d a t a p a c k e t s a t s l o t s

f 4 t 1 ,

a n d

f 4 t 2 .

T h e s e

t W o

s l o t s a l o n g W i t h t h e

a v a i l a b l e

s l o t s a t

f 4 t 3

a n d f 4 t 4 ( i n d i c a t e d

W i t h

t h e number “ 0 ” ) a r e

t h e n

a l l o c a t e d t o G T 5 f o r t r a n s

m i s s i o n o f

f o u r

P1

d a t a p a c k e t s , a s r e q u e s t e d . I f

a n

a l t e r

n a t i v e

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

c a n n o t b e

f o u n d

f o r

GT3,

t h e

BAP

n f o r m s GT3

o f

t h e d e al l o c a t i o n . I n t h i s

m a n n e r ,

h i g h e r

p r i o r i t y

d a t a ( e . g . , d a t a d e s i g n a t e d W i t h P 1

p r i o r i t y s t a t u s )

ma y o b t a i n a bandWidth a l l o c a t i o n o v e r loWer p r i o r i t y d a t a

( e . g . , P 3 d a t a p a c k e t s ) . T h u s , i n F I G . 1 1 B , i f t h e b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r u l e s

g o v e r n i n g b a n d W i d t h a l l o c a t i o n p r o v i d e f o r

p r e e m p t i o n ( b l o c k 2 2 0 ) , a n d s u i t a b l e s l o t s a r e l o c a t e d f o r

p r e e m p t i o n ( e . g . , p r e e m p t i n g

a n

a l l o c a t i o n f o r

l o W e r

p r i o r i t y

d a t a i n

f av o r o f h i g h e r p r i o r i t y d a t a ) ,

t h e B A P l l o c a t e s

t h e

p r e e m p t e d

s l o t s ,

a l o n g

W i t h

s u i t a b l e o p e n , u n a l l o c a t e d

s l o t s ,

i f

a n y ,

t o

t h e

r e q u e s t i n g t e r m i n a l i n s a t i s f a c t i o n o f

t h e

b a n d W i d t h r e q u e s t ( b l o c k 2 2 2 ) .

B e c a u s e h i g h e r

p r i o r i t y

d a t a p a c k e t s

a r e

t y p i c a l l y t i m e

s e n s i t i v e , a b a n d W i d t h

a l l o c a ti o n f o r

h i g h p r i o r i t y

d a t a i s

p r e f e r a b l y

d o n e on

a n

a l l - o r - n o t h i n g b a s i s

( p a r t i a l

band

W i d t h a l l o c a t i o n i s n o t

p e r m i t t e d ) .

I n

t h a t

r e g a r d ,

i f

preemp

t i o n i s

n o t p e r m i t t e d a n d / o r

s u i t a b l e

s l o t s

f o r p r e e m p t i o n a r e

n o t

f o u n d , t h e BAP

e t e r m i n e s W h e t h e r t h e

r e q u e s t e d band

W i d t h Was f o r h i g h e r p r i o r i t y

( e . g . ,

P 1 o r P2 d a t a p a c k e t s

( b l o c k 2 2 4 ) . I f t h e

r e q u e s t W a s f o r

h i g h e r p r i o r i t y d a t a

p a c k e t s , a bandWidth

a l l o c a t i o n

r e s p o n s e i s

t r a n s m i t t e d

t o

t h e r e q u e st i n g t e r m i n a l i n d i c a t i n g t h a t t h e b a n d W i d t h a l l o

c a t i o n

r e q u e s t

h a s b e e n d e n i e d ( b l o c k

2 2 6 ) .

The BAP e t e r m i n e s W h e t h e r p a r t i a l b a n d W i d t h a l l o c a t i o n

i s a v a i l a b l e ( b l o c k 2 2 8 ) . As

n o t e d

e a r l i e r ,

p a r t i a l

a l l o c a t i o n s

a r e

g e n e r a l l y r e s e r v e d

f o r l o W e r p r i o r i t y d a t a

d u e

t o t h e

u n c e r t a i n t y o f When

t h e b a n d W i d t h

r e q u e s t

W i l l

b e f u l l y

s a t i s ? e d . I f p a r t i a l

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n i s

p e r m i t t e d a n d o n e

o r

more

s l o t s

a r e

found

i n

t h e c u r r e n t

bandWidth

a l l o c a t i o n

t a b l e , t h e BAP l l o c a t e s t h e

s l o t s

t o t h e r e q u e s ti n g t e r m i n a l

( b l o c k 2 3 0 ) . T h e b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t

i s r e t a i n e d

i n

t h e

OBC

u e u e

( b l o c k 2 3 2 ) s o t h a t

t h e

r e m a i n i n g p o r t i o n o f

t h e r e q u e s t e d b a n d W i d t h may b e a l l o c a t e d

i n

a s u b s e q u e n t

f r a m e .

P r e f e r a b l y ,

t h e r e t a i n e d b a n d W i d t h r e q u e s t i s a s s o c i

a t e d W i t h

a t i m e r

mechanism ( e . g . ,

a countdoWn

r e g i s t e r o r

o t h e r

s u i t a b l e

t i m e r ) s o t h a t

i f a

p r e d e t e r m i n e d

t i m e

p e r i o d

e x p i r e s

a n d

t h e

r e q u e s t h a s n o t b e e n

s a t i s ? e d ,

t h e b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n r e q u e s t i s

d e n i e d

a n d a r e s p o n s e i n d i c a t i n g s u c h

i s

s e n t t o t h e r e q u e s t i n g t e r m i n a l . I n

t h i s m a n n e r ,

bandWidth

a l l o c a t i o n

r e q u e s t s a r e

n o t

r e t a i n e d

i n d e ? n i t e l y .

As d i s c u s s e d a b o v e , b a n d W i d t h r e q u e s t s

f o r u p l i n k

t r a n s

m i s s i o n o f h i g h

p r i o r i t y d a t a

p a c k e t s

a r e

p r o c e s s e d b e f o r e

b a n d W i d t h

r e q u e s t s

f o r

loW

p r i o r i t y

d a t a p a c k e t s .

A c c o r d i n g l y , a f t e r a l l o c a t i n g ( o r d e n y i n g ) b a n d W i d t h

t o

a

r e q u e s ti n g t e r m i n a l f o r

u p l i n k t r a n sm i s s i o n o f d a t a p a c k e t s

h a v i n g a

p a r t i c u l a r

p r i o r i t y ,

t h e

B A P d e t e r m i n e s W h e t h e r

o t h e r b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t s i n

t h e

OBC

q u e u e

i n c l u d e

b a n d W i d t h

r e q u e s t s f o r d a t a p a c k e t s o f

t h e

same

p r i o r i t y ( b l o c k 2 3 4 ) . T h u s , c o n t i n u i n g W i t h t h e

e x a m p l e

a b o v e ,

a f t e r a s s i g n i n g b a n d W i d t h t o g r o u n d t e r m i n a l GT5 o r

f o u r

P1 d a t a p a c k e t s

i n

r e s p o n s e

t o

b a n d W i d t h a l l o c a t i o n

r e q u e s t 2 5 4 ( F I G .

1 2 ) ,

t h e

B A P

d e t e r m i n e s

W h e t h e r b a n d

Width

a l l o c a t i o n r e q u e s t

250 o r

252 i n c l u d e s

a bandWidth

r e q u e s t

f o r

P1 d a t a p a c k e t s . I f t h e

BAP ? n d s b a n d W i d t h

r e q u e s t s i n t h e OBC u e u e f o r

t r a n s m i s s i o n

o f d a t a p a c k e t s

h a v i n g t h e s a m e p r i o r i t y ( e . g . , t h e r e q u e s t

i n

b a n d W i d t h

a l l o c a t i o n

r e q u e s t

250

f o r

t r a n s m i s s i o n

o f

e i g h t

P 1

d a t a

p a c k e t s ) ,

t h e BAP e f e r e n c e s t h e same p r i o r i t y b a n d W i d t h

r e q u e s t s ( b l o c k 2 3 6 ) a n d p r o c e s s e s e a c h

o f

t h e

s a m e

p r i o r i t y

b a n d W i d t h r e q u e s t s ( s t a r t i n g a t b l o c k 2 1 6 ) a s d e s c r i b e d

a b o v e . O t h e r W i s e , t h e BAP r o c e e d s t o d e t e r m i n e

W h e t h e r

t h e

OBC q u e u e c o n t a i n s b a n d W i d t h r e q u e s t s f o r l o W e r

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 21/23

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 22/23

8/11/2019 US6366761-result

http://slidepdf.com/reader/full/us6366761-result 23/23