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GPS都要落伍了?替代它是超震撼的“太空网络”

图片滥觞:CNN

撰文 | Florian Meyer

翻译 | 刘博宇

审校 | 董子晨曦

新一代的低空飞行卫星有望组成“太空收集”,以致可以覆盖举世各个偏远地区。瑞士苏黎世大年夜学的谋略机学家正在发起一种新的收集设计,可以使此类系统的收集容量增添一倍。

今朝,卫星还尚未在世界的互联网举措措施中发挥紧张感化,但这种环境可能很快就会改变。苏黎世大年夜学收集设计与架构实验室的Ankit Singla教授信托,在未来十年中,新一代的卫星可以成为太空收集的根基。他的团队正在钻研若何前进大年夜型谋略机收集(包括互联网)的机能。

使用太空领域先辈的减少资源技巧,新的卫星系统将能应用数千颗卫星,而不是像之前的系统只能使用几十颗卫星。这些卫星可以经由过程激光彼此连接从而形成收集,可以完全覆盖今朝还没有收集或收集很差的偏远地区:这些地区不能或无法稳定连接到为当今互联网供给驱动的洲际光纤电缆上。

太空互联网之争

LEO卫星的能力激发了一场新的猛烈的太空争霸赛,一些重量级选手比如Elon Musk的SpaceX和Jeff Bezo的亚马逊都介入此中。这些公司在开拓大年夜型的卫星星座,此中包括了数以万记的卫星。这些卫星将在间隔地球500千米的轨道上,以27000km/h的速率绕地球飞行(对地静止卫星:35,768千米)。

例如,SpaceX已经发射了首批120颗卫星,并计划于2020年开始供给基于卫星的互联网办事。除了举世覆盖外,太空收集中应用的技巧还包管了高速度的数据传输,延迟征象也远低于传统的对地静止卫星,以致低于长间隔通信的地下光纤线路。

与Singla相助的博士候选人DEbopam Bhattacjerje说:“假如这些计划得到成功,那将是天下互联网根基举措措施的伟大年夜飞跃。”他正在优化设计基于卫星的宽带互联网收集,以确保高带速,无延迟的数据流畅。今年,他在佛罗里达州举办的新兴收集机能和技巧国际会议ACM CoNEXT 上展示他的钻研成果。

动态收集的新设计

与固定的“地面互联网”比拟,运动中的“太空互联网“也带来了新的钻研寻衅。卫星代表了数据在传输中颠末的节点。跟着卫星的移动,节点赓续改变彼此之间的相对位置,从而形成了高度动态的收集。相反,地面互联网节点的位置并不会改变。是以,组成“地面互联网”的大年夜量的静态布局不能满意“太空互联网”的要求。

“要实现基于卫星的宽带互联网,我们必须从新斟酌当前互联网设计运行的所有方面。”Singla说道。他解释说,因为卫星以密集群体的形式快速移动,太空互联网必要一种更有效的收集设计措施。纵然是用于高速的火车,无人机和飞机上的移动收集设计观点,也无法简单地迁移利用在卫星上。

Bhattacherjee和Singla已经钻研出一种数学模型,用于演示若何从根本上改良空间收集设计。他们已经应用SpaceX和Amazon的样本卫星测试了他们的设计措施,然则这个模型的利用范围不止这两家公司。

图片滥觞:CC0 Public Domain

流通的数据通报模型

Bhattacherjee和Singla提出的设计观点完全基于低地球轨道卫星的高短时动态。他们首先提出的关键问题是:若何将数千颗卫星连接在一路以实现最佳的收集机能?找到谜底并不轻易,由于每个卫星最多能与四个卫星建立连接。

直觉上,人们会觉得卫星该当始终与间隔近来的卫星连接。然而,根据Vhattacherjee的说法,这种猜想太过局限,这些卫星也可以稳定地连接到间隔较远的卫星。从最大年夜化数据传输效率的角度来看,假如数据的传输间隔更长然则颠末节点更少,实际上会更有效率。终究,经由过程节点时也会耗损资本,从而应用于其他连接的资本变少。

然则,在削减传输路径上节点数量的同时必须包管传输间隔不会过长,否则会使增添数据的延迟。此外,卫星之间的连接不能被频繁替换,由于建立新的连接可能花费数十秒的光阴,而在此时代无法传输数据。

Bhattacherjee和Singla的措施背后的新设法主见是,卫星之间的连接将采纳专门的、可重复的模式。而最恰当的模式还取决于卫星群的几何外形和收集的输入流量。关键点在于,收集中的每颗卫星上都重复连接的模式,且都以完全相同的要领连接,并随光阴推移持续稳定。

就SpaceX而言,新的设计理念使互联网传输效率与当前的措施比拟前进了54%。在Kuiper(Amazon)的测试中,其效率前进了45%。Bhattacherjee总结说:“我们的措施可以使基于卫星的互联网效率前进一倍。”

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