卫星还没有在世界互联网基础设施中扮演重要角色。然而，这种情况可能很快就会改变。苏黎世联邦理工学院网络设计与架构实验室教授安吉特•辛拉认为，在未来10年内，新一代卫星可能为“来自太空的互联网”奠定基础。他的团队正在研究如何提高包括互联网在内的大型计算机网络的性能。

利用空间部门成本削减技术的进展，新的卫星系统将使用数千颗卫星，而不是过去系统中使用的数十颗卫星。这些卫星可以通过激光相互连接，形成一个网络。这些卫星提供的覆盖范围将覆盖到目前无法或非常有限地接入互联网的偏远地区，因为它们没有或只有很少连接到为当今互联网提供动力的洲际光纤电缆。

争夺互联网的天空

狮子座卫星的能力引发了一场新的、有争议的“太空竞赛”，埃隆·马斯克(Elon Musk)的SpaceX和杰夫·贝佐斯(Jeff Bezos)的亚马逊(Amazon)等重量级企业纷纷加入角逐。这些公司正在开发具有成千上万颗卫星的大型卫星星座。这些卫星将以27000公里/小时的速度在500公里左右的高度绕地球运行(地球同步卫星:35768公里)。

例如，SpaceX已经发射了首批120颗卫星，并计划从2020年开始提供基于卫星的宽带互联网服务。除了覆盖全球,技术中使用的“网络空间”承诺高数据传输速率没有重大transmission-the延迟延迟数据,计算机科学家称这些延迟,明显低于传统的地球同步卫星,甚至地下光纤线的远距离通讯。

“如果这些计划成功了，那将是世界互联网基础设施的一个巨大飞跃，”德波帕姆·巴塔切尔吉(Debopam Bhattacherjee)说。与Singla合作的博士生正在研究卫星宽带网络的优化设计，以保证高带宽、无延迟的数据流。他将于今天在佛罗里达举行的ACM CoNEXT 2019会议上展示他的研究成果，该会议是关于新兴网络实验和技术的国际会议。

联邦理工学院的计算机科学家德博帕姆·巴塔切尔吉和安吉特·辛格拉如何从太空改进互联网。资料来源:苏黎世联邦理工学院/ Bhattacherjee, D & Singla, A
动态网络的新设计

与“地面因特网”相比，“太空因特网”带来的新的研究挑战是由于卫星处于运动状态。卫星代表的是数据传输的节点。随着基于卫星的节点不断改变彼此之间的位置，它们形成了一个高度动态的网络。相反，属于“地面因特网”的过境节点不改变它们的位置或位置。因此，基本静态的“地面互联网”基础设施不能满足与“太空互联网”相同的需求。

“为了实现基于卫星的宽带互联网，我们必须重新思考当前互联网运作方式的所有方面，”Singla说。他解释说，由于卫星飞行速度非常快，而且密集成群，卫星互联网需要更有效的网络设计方法。即便是高速列车、无人机和飞机上用于移动网络的设计概念，也无法轻易转移到卫星上。

Bhattacherjee和Singla现在已经开发了一个数学模型来证明如何从根本上改善空间网络设计。他们以SpaceX和亚马逊(Amazon)为例，测试了自己的设计方法，但它可以独立于特定公司的技术应用。

模式确保平稳的数据流量

Bhattacherjee和Singla设计的设计概念完全基于低地球轨道卫星的高时间动力学。他们首先提出的关键问题是:如何将数千颗卫星连接在一起，以实现最佳的网络性能?答案并不容易，因为每个卫星与其他卫星的连接不能超过4个。直觉上，人们可能认为卫星总是只连接最近的卫星。然而，巴塔切尔吉认为，这种假设过于严格。这些卫星可以很好地连接到更远的卫星上。为了最大限度地提高数据传输效率，如果数据使用更长的连接，但跨越更少的节点(卫星)，实际上效率会更高。毕竟，数据通过节点的行为也会消耗资源，从而减少其他连接可用的资源。

但是，为了提高效率而减少on-path节点的数量一定不能影响端到端路径的长度。否则，这将恶化延迟。此外，重要的是卫星间的连接不要改变得太频繁，因为建立新连接可能需要几十秒，在此期间无法交换数据。

Bhattacherjee和Singla方法背后的新想法是，卫星之间的连接将建立在专门的、重复的模式上。最合适的模式取决于卫星星座的几何形状和网络的输入流量。关键的一点是，连接模式在网络中的每个卫星上重复，所有卫星都以完全相同的方式连接，并且随着时间的推移连接保持稳定。