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计算机科学 > 网络与互联网架构

arXiv:2508.14335 (cs)
[提交于 2025年8月20日 ]

标题: 低轨卫星覆盖之下的小世界:多层壳星座中的地面枢纽

标题: The Small-World Beneath LEO Satellite Coverage: Ground Hubs in Multi-Shell Constellations

Authors:Hailong Su, Jinshu Su, Yusheng Xia, Haibin Li
摘要: 近年来,大规模低地球轨道(LEO)卫星星座的出现为全球连接带来了前所未有的机遇。 然而,在多层架构中,路由效率和层间通信仍然是关键挑战。 本文研究了一个由10,956颗卫星和198个网关站(GSs)组成的典型六层巨型星座的结构特性和网络动态。 利用复杂网络分析工具,我们发现了几个关键结论:(1) 该星座表现出强大的小世界特性,即使在网络直径较大的情况下也能实现高效的路由;(2) GS中继在增强层间连通性方面起着关键作用,通过连接原本不相连的组件;(3) 馈线链路显著减少了平均路径长度,使远距离通信更加可行;(4) 中介分析揭示了GS之间的负载不平衡,表明需要采用流量感知的管理策略;(5) 该架构提供了出色的空域覆盖和弹性,在GS故障的情况下仍能保持连接性和低路由成本。 这些见解不仅解释了当前如SpaceX Starlink等巨型星座的设计原理,也为未来卫星网络基础设施的发展提供了有价值的指导。
摘要: In recent years, the emergence of large-scale Low-Earth-Orbit (LEO) satellite constellations has introduced unprecedented opportunities for global connectivity. However, routing efficiency and inter-shell communication remain key challenges in multi-shell architectures. This paper investigates the structural properties and network dynamics of a representative six-shell mega-constellation composed of 10,956 satellites and 198 gateway stations (GSs). Leveraging tools from complex network analysis, we identify several critical findings: (1) the constellation exhibits strong small-world characteristics, enabling efficient routing despite large network diameters; (2) GS relays play a pivotal role in enhancing inter-shell connectivity by bridging otherwise disconnected components; (3) feeder links significantly reduce average path length, making long-haul communication more feasible; (4) betweenness analysis reveals load imbalances among GSs, indicating the need for traffic-aware management strategies; (5) the architecture offers excellent spatial coverage and resilience, maintaining connectivity and low routing costs even under GS failures. These insights not only explain the design rationale behind current mega-constellations like SpaceX Starlink, but also provide valuable guidance for the evolution of future satellite network infrastructures.
主题: 网络与互联网架构 (cs.NI) ; 社会与信息网络 (cs.SI)
引用方式: arXiv:2508.14335 [cs.NI]
  (或者 arXiv:2508.14335v1 [cs.NI] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.14335
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Hailong Su [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 8 月 20 日 01:18:49 UTC (6,898 KB)
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