25km之间的海拔处操作(尽管其他海拔也是可能的)。该海拔范围由于若干原因是具有利的。具体地，平流层的该层通常具有微风和湍流(例如，每小时5到20英里(mph)之间的风)。进一步地，虽然17km和25km之间的风可以随海拔和季节而变化，但这种变化可以以合理准确的方式来建模。此外，17km以上的海拔通常在指定用于商用航空运输的最大飞行高度之上。因此，当气球被部署在17km和25km之间时，与商用飞机的干扰不是需要关心的问题。以下将更加详细讨论与该海拔范围相关的，尤其与定位相关的特征相结合的附加的优势。
[0033]为了向另一气球传输数据，给定气球102A至102F可以被配置为经由光链接104传输光信号。在示例性实施例中，给定气球102A至102F可以使用一个或多个高功率发光二极管(LED)来传输光信号。备选地，气球中的一些或全部气球102A至102F可以包括用于通过光链接104进行自由空间光通信的激光系统。其他类型的自由空间光通信也是可能的。进一步地，为了经由光链接104接收来自另一气球的光信号，给定气球102A至102F可以包括一个或多个光接收器。以下参照图3更详细地讨论示例气球的附加的细节。
[0034]在又一方面中，气球102A至102F可以利用各种不同的RF空中接口协议中的一种或多种RF空中接口协议来用于经由RF链接108与基于地面的站106和112进行通信。例如，气球中的一些或全部气球102A至102F可以被配置为使用在IEEE 802.11 (包括任何IEEE 802.11修订)中描述的协议、各种蜂窝协议(诸如GSM、CDMA、UMTS、EV_DO、WiMAX和/或LTE)和/或为气球到地面的RF通信开发的一种或多种适当协议来与基于地面的站106和112通信。
[0035]在再一方面中，可以存在其中RF链接108不为气球到地面的通信提供期望的链接容量的场景。例如，增加的容量可以是令人期望的，以提供从基于地面的网关的回程链接，并且在其他场景中也是如此。因此，示例网络还可以包括下行气球，该下行气球可以提供高容量空-地链接。
[0036]例如，在气球网络100中，气球102F可以被配置为下行气球。与示例性网络中的其他气球类似，下行气球102F可以可操作用于经由光链接104与其他气球进行光通信。然而，下行气球102F还可以被配置用于经由光链接110与基于地面的站112进行自由空间光通信。因此，光链接110可以用作气球网络100与基于地面的站112之间的高容量链接(与RF链接108相比)。
[0037]注意，在一些实施方式中，下行气球102F可以附加地可操作用于与基于地面的站106通信。在其他情况下，下行气球102F可以仅使用用于气球-地面通信的光链接。进一步地，虽然图1所示的布置仅包括一个下行气球102F，但示例气球网络还可以包括多个下行气球。另一方面，还可以实现不具有任何下行气球的气球网络。
[0038]在其他实施方式中，替代自由空间光通信系统或者除了自由空间光通信系统之夕卜，下行气球可以配备有用于气球到地面通信的专门的、高带宽RF通信系统。高带宽RF通信系统可以采用超宽带系统的形式，其提供基本上与光链接104相同容量的RF链接。其他形式也是可能的。
[0039]除了基于地面的通信链接之外或者作为基于地面的通信链接的备选方案，气球可以被配置为建立与基于空间的卫星的通信链接。
[0040]基于地面的站，诸如基于地面的站106和/或102，可以采用各种形式。通常，基于地面的站可以包括诸如收发器、发射器和/或接收器的部件，用于经由RF链接和/或光链接与气球网络的通信。进一步地，基于地面的站可以使用各种空中接口协议来通过RF链接108与气球102A至102F通信。如此，基于地面的站106和112可以被配置为接入点，各种设备可以利用该接入点连接至气球网络100。基于地面的站106和112可以具有其他配置和/或服务于其他目的而不偏离本发明的范围。
[0041]进一步地，一些基于地面的站，诸如基于地面的站106和112，可以被配置为气球网络100和一个或多个其他网络之间的网关。因此，这种基于地面的站106和112可以用作气球网络与互联网、蜂窝服务供应商的网络和/或其他类型的网络之间的接口。对基于地面的站106和112的这种配置和其他配置的变化也是可能的。
[0042]2a)网状网络功能
[0043]如注意到的，气球102A至102F可以共同作用为网状网络。更具体地，由于气球102A至102F可以使用自由空间光连接来相互通信，所以气球可以共同作用为自由空间光网状网络。
[0044]在网状网络结构中，每个气球102A至102F可以作用为网状网络的节点，该节点可操作为接收被导向它的数据并将数据路由至其他气球。如此，通过确定源气球和目的地气球之间的光链接的适当序列，数据可以从源气球被路由到目的地气球。这些光链接可以统称为“光路”用于源气球和目的地气球之间的连接。进一步地，光链接中的每个光链接可以被称为光路上的一“跳”。
[0045]为了操作为网状网络，气球102A至102F可以采用各种路由技术和自愈算法。在一些实施例中，气球网络100可以采用自适应或动态路由，其中当需要连接时，源气球和目的地气球之间的光路被确定和建立，并且在稍后的时间被释放。进一步地，当使用自适应路由时，可以根据气球网络的当前状态、过去状态和/或预测的状态来动态地确定光路。
[0046]此外，网络拓扑可以随气球102A至102F相对于彼此移动和/或相对于地面移动而改变。因此，示例气球网络100可以应用网状协议以随着网络拓扑的改变而更新网络的状态。例如，为了解决气球102A至102F的移动性，气球网络100可以采用和/或适应在移动自组网(MANET)中采用的各种技术。其他示例也是可能的。
[0047]在一些实施方式中，气球网络100可以被配置为透明网状网络。更具体地，在透明气球网络中，气球可以包括用于物理交换的部件，该物理交换是完全地光的，而没有光信号的物理路由中涉及的任何电操作。因此，在具有光交换的透明配置中，信号经过完全是光的多跳光路。
[0048]在其他实施例中，气球网络100可以实现不透明的自由空间光网状网络。在不透明配置中，一些或全部气球102A至102F可以实施光-电-光(OEO)交换。例如，一些或全部气球可以包括用于光信号的OEO转换的光交叉连接(OXC)。其他不透明配置也是可能的。此外，包括具有透明和不透明分段的路由路径的网络配置是可能的。
[0049]在再一方面中，示例气球网络100中的气球可以实现波分多路复用(WDM)，WDM可以帮助增加链接容量。当利用透明交换来实现WDM时，通过气球网络的物理光路可以受制于“波长连续性约束”。更具体地，因为透明网络中的交换完全是光的，所以可能必需为给定光路上的所有光链接指派相同的波长。
[0050]另一方面，不透明配置可以避免波长连续性约束。具体地，不透明气球网络中的气球可包括用于波长转换的OEO交换系统。作为结果，气球可以在沿着光路的每一跳处转换光信号的波长。备选地，光波长转换可以仅发生在沿着光路的所选跳处。
[0051]进一步地，可以在不透明配置中采用各种路由算法。例如，为了确定用于给定连接的主要光路和/或一个或多个不同的备份光路，示例气球可以采用或考虑最短路径路由技术(诸如Dijkstra算法和k最短路径)和/或边缘和节点不同或不相交路由(诸如Suurballe算法)。附加地或者备选地，当确定光路时可以采用用于维持特定服务质量(QoS)的技术。其他技术也是可能的。
[0052]2b)位置保持(Stat1n-Keeping)功能
[0053]在一个实施例中，气球网络100可以实现位置保持功能来帮助提供期望的网络拓扑。例如，位置保持可以包括每个气球102A至102F相对于网络中的一个或多个其他气球保持和/或移动到某个位置(并且可能在相对于地面的某个位置中)。作为该过程的一部分，每个气球102A至102F可以实现位置保持功能以确定其在期望的拓扑内的期望的定位，并且如果必要，以确定如何移动到期望的位置。
[0054]期望的拓扑可以根据特定实施方式而变化。在一些情况下，气球可以实现位置保持以提供基本一致的拓扑。在这种情况下，给定气球102A至102F可以实现位置保持功能以将其自身定位在与气球网络100中的相邻气球相距基本相同的距离处(或者在某个距离范围内)。
[0055]在其他情况下，气球网络100可以具有不均匀的拓扑。例如，示例实施例可以包括其中由于各种原因而将气球区域或多或少地密集地分布在某些区域中的拓扑。作为示例，为了帮助满足通常在城市区域中的更高的带宽要求，气球可以在城市区域之上更加密集地聚集。出于类似原因，气球的分布可以在陆地上比大水体上更密集。非均匀拓扑的许多其他示例也是可能的。
[0056]在再一方面中，示例气球网络的拓扑可以是可适应的。具体地，示例气球的位置保持功能可以允许气球根据网络期望的拓扑的改变而调整它们相应的定位。例如，一个或多个气球可以移动到新位置以增加或减小给定区域中气球的密度。其他实例也是可能的。
[0057]在一些实施例中，气球网络100可以采用能量函数以确定气球是否应该移动和/或应该如何移动气球来提供期望的拓扑。具体地，给定气球的状态以及一些或全部附近气球的状态可以被输入至能量函数。能量函数可以将给定气球和附近气球的当前状态应用于期望的网络状态(例如，对应于期望的拓扑的状态)。然后，可以通过确定能量函数的梯度来确定指示了给定气球的期望的移动的矢量。然后，给定气球可以确定采取的适当动作以便于完成期望的移动。例如，气球可以确定海拔调整使得风将以期望的方式移动气球。
[0058]2c)气球网络中的气球的控制
[0059]在一些实施例中，可以集中于网状网络和/或位置保持功能。例如，图2是图示了根据示例性实施例的气球网络控制系统的框图。具体地，图2示出了分布式控制系统，其包括中央控制系统200和数个区域控制系统202A-202B。这种控制系统可以被配置为协调用于气球网络204的某个功能，并且如此，可以被配置为控制和/或协调用于气球206A-206I的某些功能。
[0060]在所示实施例中，中央控制系统200