Die neuesten Entwicklungen der StarLink-Konstellation und das dynamische Routing von Inter-Satelliten-Netzwerken

Die neuesten Entwicklungen der StarLink-Konstellation und das dynamische Routing von Inter-Satelliten-Netzwerken

2020-06-24 11:50 Die
neuesten Entwicklungen der StarLink-Konstellation und das dynamische Routing von Inter-Satelliten-Netzwerken
Autoren | Liu Shuaijun, Xu Fanjiang, Liu Lixiang, Fan Yuanyuan, Wang Dapeng
(Institut für Software, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Schlüssellabor für weltraumgestütztes integriertes Informationssystem)

I. Überblick

Ab Juni 2020 hat sich der Bereitstellungsprozess für den Starlink-Start von SpaceX erheblich beschleunigt, von durchschnittlich weniger als einmal im Monat auf drei Starts in einem einzigen Monat. Im Laufe der Zeitentwicklung ändern sich durch den kontinuierlichen Start neuer Satellitenstapel, den Aufstieg oder Fall von Satelliten, die sich bereits im Orbit befinden, die Verteilung der Satelliten im Weltraumsegment ständig. Hat also jede Satellitencharge die vorgegebene Umlaufbahnhöhe erreicht? Ist die Verteilung aller Satelliten im Weltraum ausreichend gleichmäßig? Gleichzeitig werden die Zunahme der Anzahl der Starlink-Satelliten und die gleichmäßigere Verteilung der Satelliten die Netzabdeckung und die Servicefähigkeiten von Starlink verbessern. Wie viel Verbesserung wurde im Vergleich zum Vorjahr in Bezug auf Abdeckung und Latenz erzielt? Schließlich haben Starlink-Satelliten im Orbit derzeit keine Inter-Satelliten-Verbindungen. Wenn die geplanten Inter-Satelliten-Verbindungen bestehen, was sind die Verbesserungen der Netzwerkleistung? Welche Probleme müssen nach der Einführung der Inter-Satelliten-Verbindung gelöst werden? In Anbetracht dieser Fragen haben wir diese Arbeit durchgeführt und freuen uns häufig über Ihren Austausch und Ihre Diskussionen.

2. Aktuelle Verteilung und Leistungsanalyse der Starlink-Konstellation im Orbit

1 Verteilung im Orbit

Seit dem Start der ersten Charge von Starlink-Satelliten am 24. Mai 2019 am 21. Juni 2020 wurden insgesamt 9 Starts durchgeführt. Die ersten acht Starts waren 60 Sterne pro Pfeil und der neunte Start war 58 Sterne pro Pfeil. Startzeit und andere Informationen Wir haben einige Abschlussarbeiten durchgeführt, die in der folgenden Tabelle aufgeführt sind:
Tabelle 1: Startplan für Starlink-Satelliten
Hinweis
Anmerkung 1: Die Emissionszeit bezieht sich auf die Ortszeit in Peking, dh wenn die internationale Koordination UTC + 0800 ist;
Anmerkung 2: Die aktueller Start Die neun Satelliten sind alle mit Falcon 9 Block 5 ausgestattet.
Anmerkung 3: Die Datenreferenzzeit für die Analyse von Satelliten im Orbit in diesem Artikel ist 2020.06.21.

Die Höhenstatistik im Orbit von 538 Satelliten im Orbit ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Es ist ersichtlich, dass 274 Satelliten auf der vorgegebenen Umlaufbahnhöhe von 550 km operieren, was 51% entspricht. Die meisten anderen Satelliten befinden sich im Umlaufkletterprozess, und einige Satelliten befinden sich unter 300 km (kurz vor dem Ausfall).

Abbildung 1 Die Höhe des Starlink-Satelliten im Orbit

Bei einer weiteren Analyse der Umlaufbahnhöhe jeder Charge von Startsatelliten können wir feststellen, dass alle Satelliten in der ersten Charge unter 540 km liegen, 2/3 Satelliten (40 Satelliten) sich auf der Umlaufbahnhöhe von 500-540 km befinden und die 40 Satelliten befinden sich auf einer Umlaufbahnhöhe von 500-540 km. Der Satellit war vor mehr als einem Monat höher als 540 km (Datenreferenzzeit: 2020.04.30). Immerhin wurde dieser Satellitenstapel als Demoversion verwendet, und Es hat noch keine kontinuierliche und stabile Wartung im Orbit während des Betriebs erreicht. Im Vergleich dazu haben die zweite bis vierte Charge von Satelliten als offizielle Version im Grunde alle die geplante Umlaufbahn betreten. Die Startzeit der vierten Charge (Startzeit von 2020.01.29) betrug 144 Tage ab heute (2020.06.21) Die Analyse des Umlaufbahnänderungsprozesses des Starlink-Satelliten fasste auch grob zusammen, dass die Zeit vom Start bis zum Aufstieg auf die vorgegebene Umlaufbahnhöhe für alle Satelliten 125 Tage beträgt. Die fünfte bis sechste Charge von Satelliten, die in die vorbestimmte Umlaufbahn eintraten, machten etwa 2/3 aus. Seit dem Startdatum waren 125 Tage bzw. 95 Tage vergangen. Die Folgeanalyse zeigt, dass die letzte Gruppe der fünften Charge von Satelliten wird in Kürze kommen. Eintritt in die geplante Umlaufbahn, die siebte Charge von Satelliten, die in die geplante Umlaufbahn eintritt, machte 1/3 aus, und die verbleibenden zwei Chargen von Satelliten befanden sich aufgrund neuer Starts im Wesentlichen auf der Umlaufbahnhöhe von 300 bis 400 km.

Abbildung 2 Statistik der Höhe des Starlink-Satelliten im Orbit in Chargen

2 Spurwechsel

Die 9 Chargen von insgesamt 538 Starlink-Satelliten, die insgesamt gestartet wurden, wurden seit dem Startdatum (Zeitspanne: 1 Jahr und 29 Tage) auf den Prozess der Änderung der Umlaufbahnhöhe analysiert. Die Ergebnisse sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Einerseits ist zu sehen, dass die Bereitstellung der Starlink-Konstellation erheblich beschleunigt wurde. Andererseits ist ersichtlich, dass der Orbitalanstiegsprozess jeder Satellitencharge sehr geordnet ist (mit Ausnahme der ersten Charge von Demoversion). Die Analyse des relevanten Orbitalanstiegs wurde im vorherigen Artikel beschrieben. Die Analyse wird in durchgeführt, daher werde ich sie hier nicht wiederholen.

Abbildung 3 Änderung der Starlink-Satellitenumlaufbahn
Bei der Analyse aller Änderungen der Satellitenumlaufbahn in Abbildung 3 haben wir ein ziemlich "seltsames" Phänomen festgestellt: die sechste Charge von drei Satelliten mit den Nummern 45370, 45387, 45411, jeder Stern Es gibt eine Reihe von Satellitenumlaufbahnhöhen, berechnet von TLE zwischen 2200 und 2400 km (speziell berechnet basierend auf der Betriebsdauer in TLE). Die Simulationsergebnisse in der obigen Abbildung haben die Daten dieser drei Punkte ausgeschlossen. Der Grund für die Entfernung liegt darin, dass wir grundsätzlich feststellen können, dass bei diesen Datensätzen ein Problem vorliegt. Einerseits sind die Daten von SpaceTrack nicht vollständig korrekt. Wir haben zuvor einige Fehler darin entdeckt. Beispielsweise wurde der Starlink-Satellit 45181 im fünften Stapel gestartet (Startzeit ist 2020), aber er ist in mehreren markiert Gruppen von TLEs. Es wird im Jahr 2019 gestartet, andererseits werden diese Sätze von TLE-Daten von vorne und hinten bestätigt, und es ist unmöglich, eine solche Umlaufbahnhöhe zu haben.
Hinweis Die
problematischen Sätze von TLE-Daten lauten wie folgt:

Abbildung 3 zeigt die Änderung der Umlaufbahnhöhe über die Zeit, es ist jedoch nicht möglich, die Gleichmäßigkeit der Starlink-Satelliten im Orbit zu erkennen. Zu diesem Zweck analysieren wir die Beziehung zwischen dem RAAN des aufsteigenden Knotens und dem Orbital des aktuell umlaufenden Satelliten und der Umlaufbahnhöhe, wie in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4 Höhe des Starlink-Satelliten in der Umlaufbahn und RAAN-Verteilung des aufsteigenden Knotens nach rechts
Wie aus Abbildung 4 ersichtlich, war der Starlink-Satellit relativ gleichmäßig, und sein Ziel besteht darin, zunächst 18 gleich beabstandete Orbitalebenen fertigzustellen, was durch die 18 dargestellt wird graue vertikale gepunktete Linien in der Figur. Gegenwärtig ist die Verteilung von 15 Flugzeugen im Wesentlichen realisiert, von denen die zweite bis vierte Charge von Satelliten im Wesentlichen eingesetzt wurden, die fünfte Charge von Satelliten bald eingesetzt wird, die sechste Charge von Satelliten auf zwei Oberflächen eingesetzt wird und die Die siebte Satellitencharge wird auf einer Oberfläche eingesetzt. Die beiden Satellitenchargen befinden sich noch in der Umlaufphase des Orbitals. Gemäß dem zuvor von SpaceX vorgelegten Konstellationsplan werden nachfolgende Starts weiterer Satelliten schrittweise die erwarteten insgesamt 72 Umlaufflächen ausfüllen und die erste Phase der Satellitenkonstellation von 1584 bilden.
Hinweis
: In Bezug auf die Analyse der beiden Abschnitte (1) - (2) können Sie auch auf "Echtzeit-Follow-up und Analyse von Starlink-Konstellationssatelliten im Orbit" für detailliertere Informationen und Vorher-Nachher-Vergleiche verweisen.

3 Netzabdeckung

Die Methode zur Analyse der Abdeckungseigenschaften der StarLink-Konstellation ist im Wesentlichen dieselbe wie die vorherige. Das globale Terminal wird weiterhin als Abtastpunkt verwendet, und die Bereitstellung erfolgt in der Art von 2 Breitengraden * 2 Längengraden. Die Analyse der Abdeckungseigenschaften dauert einen eintägigen Simulationszyklus mit einer Schrittlänge von 60 Sekunden. Die globalen Abdeckungseigenschaften der 538 StarLink-Satelliten, die sich derzeit im Orbit befinden, sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Abbildung 5 Eigenschaften der Starlink-Satellitenabdeckung - Die Anzahl der sichtbaren Satelliten auf der Welt
ist aus Abbildung 5 ersichtlich. Die Starlink-Konstellation kann die beste Abdeckung in der Nähe von 53 Grad nördlicher und südlicher Breite bilden. Die durchschnittliche Abdeckungsvielfalt kann 5 erreichen und vor einem Monat (2020.05 .17-12: 00) Die Abdeckungsvielfalt beträgt 4, was bedeutet, dass die durchschnittliche Anzahl sichtbarer Sterne um 25% gestiegen ist. Für Gebiete mit hohen Breitengraden (über 60 Grad) kann noch keine Abdeckung bereitgestellt werden. Dieser Teil des Gebiets wird in der nachfolgenden Planung von Satelliten mit größeren Neigungswinkeln (einschließlich 74/70/81 Grad) abgedeckt, für mittlere und niedrige Breitengrade (unter 30 Grad) Grad) können grundsätzlich eine durchschnittliche Mehrfachabdeckung von 1,5 bis 3 bieten, was ebenfalls eine signifikante Verbesserung gegenüber der vorherigen darstellt.

4 Ende-zu-Ende-Verzögerung

In Anbetracht der Tatsache, dass die Starlink-Satelliten, die sich derzeit im Orbit befinden, derzeit keine Inter-Satelliten-Verbindungen haben, bieten die Gateway-Station und die Satelliten End-to-End-Dienste über Multi-Hop-Relais. Beispielsweise fließt der Kommunikationsdienst von New York nach Seattle ist New York-Access Star-Station -...- Access Star-Seattle. Unter Verwendung von 1 Tag als Simulationszeit ist die RTT-End-to-End-Umlaufverzögerung RTT in Abbildung 6 dargestellt:

Abbildung 6 Die RTT-Analyse der End-to-End-Roundtrip-Verzögerung
ist aus der oberen Abbildung in Abbildung 6 ersichtlich. Für die Kommunikationszeit zwischen New York und Seattle beträgt die Quote 77,6%, dh in 22,4% der Fälle gibt es immer noch keine erreichbare Verbindung. In der letzten Analyse (2020.05.17-12: 00) betrug die verfügbare Kommunikationszeit 59%, was einer Steigerung von 18,6 Prozentpunkten entspricht. Die End-to-End-RTT beträgt durchschnittlich 51,3 ms, und die RTT schwankt stark. In Bezug auf den Grund für die großen Schwankungen der RTT ging die vorherige Analyse davon aus, dass "die aktuelle StarLink-Konstellation immer noch nicht gleichmäßig verteilt ist". Diese Schlussfolgerung sollte nicht streng genug sein. Es scheint nun, dass die aktuelle Analyse von RTT nur den durchgängigen optimalen Übertragungsweg berücksichtigt, und dieser Übertragungsweg wird sich unvermeidlich mit der Bewegung des Satelliten während des Zeitvorschubs ändern. Was die Verringerung dieser RTT-Schwankung betrifft, sollte mehr berücksichtigt werden wird benötigt. Stationssatellitenzugang / -routing (wenn eine Inter-Satelliten-Verbindung besteht, sollte das Inter-Satelliten-Routing stärker berücksichtigt werden). In Bezug auf die End-to-End-Verzögerung ist sie im Vergleich zum vorherigen Durchschnitt von 51,8 ms nur um weniger als 1% reduziert. Dies ist auf die Zunahme der Anzahl der Satelliten und die gleichmäßigere Verteilung im Orbit zurückzuführen, die dies nicht kann Reduzieren Sie effektiv die End-to-End-Verzögerung, aber es kann effektiv sein. Erhöhen Sie den Prozentsatz der Zeit, in der Kommunikationsdienste eingerichtet werden können, da die Gewährleistung einer 100% igen Verfügbarkeit das erste Ziel ist.
Hinweis
Bezüglich der Analyse der beiden Abschnitte (3) - (4) können Sie auch auf "StarLink Constellation Coverage and Delay Analysis" für detailliertere Informationen und Vorher-Nachher-Vergleiche verweisen.

Vorteile und Herausforderungen von Links zwischen Samsung

Die Hauptfunktion der Inter-Satelliten-Verbindung besteht darin, die Kommunikations- und Abdeckungsprobleme des Einsatzgebiets der unabhängigen Hafenstation zu lösen, da für die Einrichtung der Station eine umfassende Berücksichtigung vieler Faktoren wie Topographie, Niederschlag, nationales Gebiet und bald. Die Inter-Satelliten-Verbindung kann die Benutzer- und Feeder-Seite des Satelliten entkoppeln, um die Bereitstellung von Gateway-Stationen zu optimieren. Beispielsweise können durch die Bereitstellung von Stationen nur in einigen Bereichen global ausgerichtete Dienste oder durch die Bereitstellung von Stationen in kleineren Bereichen wie der Regenabschwächung realisiert werden.

1 Vorteil

01 Globale Servicefähigkeit

Nehmen Sie die 1.584 Sterne in der ersten Phase des Starlink Phase I-Systems als Beispiel, um die Verbesserung der Netzwerkdienstfähigkeiten der Inter-Satelliten-Verbindung zu veranschaulichen. Beispielsweise kann die Starlink-Konstellation globale (tatsächlich nur innerhalb von 60 Grad nördlicher und südlicher Breite) Internetzugangsdienste über die in den USA eingesetzte Inter-Satelliten-Verbindung + 26-Ka-Gateway-Stationen bereitstellen.
Über die Inter-Satelliten-Verbindung kann der Satelliten-Internetdienst realisiert werden, der dem globalen Raum zugewandt ist. Die oben erwähnte Analyse der End-to-End-Hin- und Rückflugverzögerung RTT von New York nach Seattle in den Vereinigten Staaten wurde durchgeführt, und Dieser Teil wird weiter ausgebaut. Weitere Analyse der RTT der Umlaufverzögerung des Station-to-End-Dienstes für die globale Verteilung. Die Vorwärtsverbindung ist das Forschungsszenario, und die RTT der Round-Trip-Umlaufverzögerung der Station wird analysiert, wie in Abbildung 7 dargestellt:

Abbildung 7 : 1584 Sterne in der ersten Phase der Starlink-Konstellationsphase 1. RTT (Station-to-End-Roundtrip-Verzögerung RTT
im Szenario) Abbildung 7 zeigt, dass die Starlink-Konstellation globale Inter-Services innerhalb von 60 Grad nördlicher und südlicher Breite durch Inter erreichen kann -satellitenverbindungen. Da in den USA 26 Gateways bereitgestellt werden, befinden sich die entsprechenden in der Nähe der USA. Die RTT für die Hin- und Rückfahrt von Station zu Ende ist relativ gering, was im Grunde genommen innerhalb von 20 ms erreicht werden kann. Die RTT-Umlaufverzögerung von Station zu Ende ist in anderen Bereichen relativ groß und schwankt zwischen 20 und 160 ms. Gleichzeitig ist ersichtlich, dass die Dienstverzögerung der Starlink-Konstellation auf derselben Breitengradlinie (Ost-West-Verkehr) relativ gering ist. Dies ist auf die Verwendung der geneigten Umlaufbahnkonstellation + Intersatellitenkette zurückzuführen. - Der größte Faktor der Geschäftsnachfrage zwischen 45 Grad. Im Vergleich dazu ist der Dienst auf der Längengradlinie (der Dienstfluss in Nord-Süd-Richtung) schlecht und es müssen mehr Routingsprünge zwischen Satelliten und eine größere Ausbreitungsentfernung auftreten. Dieses Problem wird in der nachfolgenden Planungskonstellation gelöst von Starlink.
Vorteil

02 Entkopplung von Gateway-Stationen und Business-Service-Bereichen

Darüber hinaus kann die Inter-Satelliten-Verbindung eine größere Zeitspanne für die Übertragung von Diensten über Satelliten erreichen, was die Bereitstellung von Gateway-Stationen bequemer macht, z. B. das Vermeiden von Gebieten mit stärkerer Regenabschwächung. Die Regendämpfung hat einen großen Einfluss auf Hochbandverbindungen. Für das von Starlink geplante Ka-Band bei 28,5 GHz und 1% Verfügbarkeit der Regendämpfung kann der globale Regendämpfungsbereich bei starker Regendämpfung 17 dB erreichen Abbildung unten:

Abbildung 8 Der
globale Regendämpfungswert (dB) unter der Ka-Band-Trägerfrequenz von 28,5 GHz und die Verfügbarkeit von 1% Regendämpfung
sind aus der obigen Abbildung ersichtlich. Der Niederschlag im Äquator und in Regionen mit niedrigem Breitengrad hat schwerwiegende Auswirkungen auf die Satellitenverbindung. Es ist erwähnenswert, dass dieser Ort im Grunde auch ein dicht besiedelter Ort mit größeren potenziellen Geschäftsanforderungen ist. Wenn das Netzwerk über Satellitenverbindungen verfügt, können Gateways an geeigneten Stellen bereitgestellt werden, um den Servicebereich zu erweitern. Nehmen wir zum Beispiel mein Land als Beispiel: In der südöstlichen Küstenregion, wo die Bevölkerung dicht ist und die wirtschaftliche Entwicklung hoch ist, sind die potenziellen Geschäftsanforderungen groß. Für die Bereitstellung von Gateway-Stationen in Shanghai ist jedoch eine Verbindungsspanne von at erforderlich Im Gegensatz dazu kann die regionale Bereitstellung diesen Overhead erheblich reduzieren, wenn Sie sich in der zentralen oder westlichen Region befinden.

2 Fragen

01 Dynamisches Zeigen und Verfolgen von Verbindungen zwischen Satelliten

Die 1584 Sterne, die für die erste Phase der Starlink-Konstellation geplant sind, sind typische Walker-Schrägbahnkonstellationen. Jeder Stern verfügt über vier Satellitenverbindungen, die mit der Vorder- und Rückseite derselben Umlaufbahn + links und rechts in verschiedenen Umlaufbahnen verbunden sind. Die relative Position der Inter-Satelliten-Verbindungen auf derselben Umlaufbahn der Starlink-Konstellation bleibt im Wesentlichen unverändert, während sich die relative Position der Inter-Satelliten-Verbindungen auf den verschiedenen Umlaufbahnen mit der Zeit ändert. Der Azimut, die Höhe und die Entfernung der Inter-Satelliten-Verbindungen Satellitenverbindungen auf derselben Umlaufbahn und verschiedenen Umlaufbahnen (Azimut, Höhe, Reichweite, VRE) zur Analyse, wie in Abbildung 9 und Abbildung 10 dargestellt:

Abbildung 9 Die VRE und die Änderungsrate der ISL zwischen Satellitenketten auf derselben Umlaufbahn Ebene

10 in der ersten Phase der Starlink-Konstellation mit 1584 Sternen . Abbildung 10 Die erste Phase der Starlink-Konstellation Die VRE und die Änderungsrate der ISL zwischen Satelliten auf der verschiedenen Umlaufbahnoberfläche unter dem Szenario von 1584 Sternen
sind zu sehen dass die relative räumliche Position der Inter-Satelliten-Verbindung auf derselben Orbitaloberfläche festgelegt ist, während die relative räumliche Position der Inter-Satelliten-Verbindung zwischen den verschiedenen Orbitaloberflächen mit der Zeit variiert. Für Inter-Satelliten-Verbindungen in verschiedenen Umlaufbahnen beträgt die maximale Azimutänderungsrate der Verbindung etwa 0,07 Grad / s, und die Winkeländerung ist immer noch relativ gering (geringfügig niedriger als die maximale Änderungsrate von 0,1 Grad für die Inter-Satelliten-Verbindung im Oneweb Konstellation. / s). Die Unterstützung des dynamischen Richtens und Verfolgens von Verbindungen zwischen Satelliten, um eine zuverlässige und schnelle Übertragung zwischen Satelliten unter Bedingungen wie Leistungsbegrenzung, Plattformjitter und Relativbewegung zu erreichen, ist jedoch der Engpass vieler aktueller Konstellationen.
Problem

02 Entwurfsprobleme des Routing-Protokolls für dynamische Netzwerke zwischen Satelliten

Angesichts der Netzwerkanforderungen zwischen Satelliten ist das Design und die Bereitstellung von Netzwerkprotokollen ein zentrales Thema. Die Realisierung einer End-to-End-Datenübertragung über große Entfernungen erfordert die Unterstützung von Netzwerkroutingprotokollen, um effiziente Übertragungswege für Daten zu finden. Bei Starlink-Netzwerken zwischen Satelliten in großem Maßstab müssen die folgenden Faktoren berücksichtigt werden:

• 1 Dynamisches Routing erzeugt einen großen Netzwerk-Overhead.
  Dynamische Routing-Protokolle können Änderungen in der Netzwerktopologie schnell erkennen, Pfade rechtzeitig neu suchen, Daten umleiten und Paketverluste reduzieren. Der Betrieb des dynamischen Routing-Protokolls erzeugt die Interaktion von Protokollpaketen zwischen Satellitenknoten. Wenn die Netzwerkskala groß und die Anzahl der Knoten groß ist, multipliziert sich die Anzahl der Protokollpakete, was zu einem großen Netzwerk-Overhead führt und Netzwerkressourcen belegt. Herkömmliche Routing-Protokolle wie OSPF und AODV vor Ort weisen häufige Protokollpaketinteraktionen auf, und die oben genannten Probleme treten auf, wenn sie in solchen Netzwerken ausgeführt werden. Anders als beim selbstorganisierenden Bodennetz ist der Konstellationsbetrieb des Inter-Satelliten-Netzwerks regelmäßig und vorhersehbar, und die Inter-Satelliten-Topologie ist relativ fest. Statisches Routing hat bestimmte Vorteile im Inter-Satelliten-Netzwerk, kann es jedoch nicht effektiv erfassen Netzwerkfehler. Daher muss überlegt werden, wie statisches Routing und dynamisches Routing kompromittiert oder zusammengeführt werden können.
• 2 Routenkonvergenzzeit großer Netzwerke Die Routenkonvergenzzeit
  bezieht sich auf die Zeit, zu der die gesamte Netzwerkroute nach Änderungen der Netzwerktopologie wiederhergestellt wird. Während der Routenkonvergenzzeit werden für Satelliten ohne Speicher- und Weiterleitungsfunktionen Datenpakete erstellt verworfen. In einem dynamischen Routing-Protokoll wird die Netzwerktopologie normalerweise durch Verbindungserkennung und das Überfluten von Verbindungsstatusinformationen im gesamten Netzwerk erhalten, und das Routing wird wiederhergestellt. Die Routenkonvergenzzeit setzt sich hauptsächlich aus der Verbindungserkennungszeit, der gesamten Netzwerküberflutungszeit und der Berechnungszeit des Routing-Algorithmus zusammen. Die Starlink-Konstellation ist eine Gittertopologie mit einem großen Netzwerkmaßstab. Es muss analysiert werden, wie lange es dauert, bis das gesamte Netzwerk aufgrund lokaler Netzwerkausfälle oder Verbindungsunterbrechungen überflutet ist, und wie die durch lokale Turbulenzen verursachten Turbulenzen des gesamten Netzwerks verringert werden können ist ein Problem, das berücksichtigt werden muss.
• 3 Zentralisierte oder verteilte Bereitstellung von Routing-Protokollen
  Verteiltes Routing bezieht sich auf die Verbreitung von Verbindungsstatusinformationen, Topologie-Nachrichten usw. zwischen Satellitenknoten, um die Netzwerktopologie zu lernen. Jeder Knoten speichert relevante Informationen und berechnet Routing-Berechnungen für sich. Zentralisiertes Routing bedeutet, dass ein einheitlicher Knoten Netzwerkstatusinformationen sammelt, das Routing basierend auf der gesamten Netzwerktopologie berechnet und Routinginformationen auf Satellitenknoten hochlädt, die nur für die Datenverarbeitung und Weiterleitung verantwortlich sind. Satelliten im verteilten Routing verfügen über autonome Rechenfunktionen, sind nicht auf einheitliche Steuergeräte angewiesen, es gibt keinen einzigen Fehlerpunkt und es gibt keine Engpassverbindungen zwischen Satellit und Boden mit Bodensteuerungsgeräten und Sicherheitsproblemen. Es ist jedoch ein hoher Speicher erforderlich Für große Netzwerke sind die Netzwerkkosten für die Fehlerbehebung relativ hoch und langsam. Jeder Knoten im Netzwerk muss ein einheitliches Routing-Protokoll ausführen, für das das Protokoll einen einheitlichen Standard verwenden muss, was nicht einfach ist aktualisieren und warten. Zentralisiertes Routing ist das Gegenteil. Die Kombination der Vor- und Nachteile von zentralem und verteiltem Routing und designoptimiertem Routing ist ein Problem, das berücksichtigt werden muss.
  Darüber hinaus sollte der Entwurf des Routing-Protokolls auch auf die Anwendungsanforderungen der Konstellation ausgerichtet sein, wobei der Lastausgleich und die QoS-Anforderungen zu berücksichtigen sind.

Vier Zusammenfassung und Ausblick

In diesem Artikel wird die Starlink-Konstellation als Forschungsobjekt verwendet, die neueste Leistung bei der Verteilung im Orbit und bei der Verzögerung der Netzwerkabdeckung analysiert und auf die dynamischen Änderungseigenschaften der Inter-Star-Verbindungen und die Probleme beim Entwurf des dynamischen Netzwerkroutings verwiesen. Folgende Schlussfolgerungen werden gezogen:

• (1) Analysieren Sie die Verteilung auf der Umlaufbahn und den Umlaufbahnänderungsprozess der 538 Starlink-Satelliten, die sich derzeit in der Umlaufbahn befinden. Die Gesamtkonstellationsoperation und die Umlaufbahnänderung entsprechen im Wesentlichen den vorherigen Regeln, was auch zeigt, dass die autonomen Steuerungsfähigkeiten der Satellitenplattform relativ sind Die Abdeckung und die Zeitverzögerung sind beide eine signifikante Verbesserung. Der Anteil der Zeit, die für End-to-End-Dienste in den USA zur Verfügung steht, ist von 59% auf 77,6% gestiegen.
• (2) Analysierte die Änderungen der Verbindungen zwischen den 1584 Sternen in der ersten Phase der Starlink-Konstellation. Die relative Änderungsrate der Verbindungen zwischen derselben Umlaufbahn und verschiedenen Umlaufbahnebenen ist relativ langsam und der Azimutwinkel liegt im Wesentlichen innerhalb von 0,07 Grad / s; für den globalen Süden Im Gebiet mit 60 Grad nördlicher Breite liegt die RTT-Umlaufverzögerung von Station zu Ende zwischen 20 und 160 ms, und die Verzögerung kann durch rationelle Bereitstellung von Stationen in anderen Gebieten erheblich verringert werden.
• (3) Analysierte die Betrachtungsfaktoren des dynamischen Routings in der Starlink-Konstellation zwischen Satelliten und vernetzte den Entwicklungstrend des dynamischen und statischen Routings sowie der zentralisierten und verteilten Integration in zukünftige Inter-Satelliten-Netzwerke, bei denen es sich um groß angelegte Inter-Satelliten-Netzwerke handelt und dynamisches Routing. Schlagen Sie Designideen vor.
• (4) Bei der Analyse der in SpaceTrack veröffentlichten Starlink-Satelliten-TLE-Daten wurde festgestellt, dass einige TLE-Einträge Fehler in der Startnummer, der Betriebsdauer und anderen Daten aufwiesen. Wie der TLE-Datenfehler auftrat, wurde den interessierten Parteien zur Untersuchung überlassen später. Wir Follow-up wird weiterhin darauf achten.

Auf der Grundlage der obigen Arbeiten werden wir Arbeiten in den folgenden zwei Aspekten durchführen:

• (1) Angesichts der größeren Anforderungen an die Vernetzung und das Routing zwischen Satelliten konzentrieren Sie sich in der ersten Phase auf die Untersuchung des 4409-Satellitenverbindungsaufbaumodus, einschließlich der Frage, ob eine Verbindung zwischen gemischten Konstellationen hergestellt werden soll und wie eine Verbindung aufgebaut werden soll.
• (2) Analysieren Sie die Routing-Konvergenzzeit und die andere Leistung der Routing-Protokolle wie OSPF im traditionellen terrestrischen Netzwerk, berücksichtigen Sie deren Nachteile und Optimierungsmethoden, kombinieren Sie den Konstellationsanwendungsmodus und die globalen unausgeglichenen Geschäftsanforderungen und berücksichtigen Sie das optimierte Routing-Protokolldesign .

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