通过新的伙伴关系为卫星星座建立网络基础设施
为地球上最偏远的地区提供高速卫星互联网的竞赛正在进行中。
Starlink，One Web和亚马逊的Kuiper等新技术公司正在与Thuraya和Inmarsat等传统的老牌“卫星通信”公司竞争，在全球范围内提供全球高速，低延迟的卫星互联网。
这些新的巨型星座依赖于数以万计的小型低地球轨道卫星在几百英里的高度飞行。
网络互连是为最终用户提供最快、更可靠的覆盖范围的基本构建块。虽然所有这些巨型星座都是为了提供高质量的服务，但它们目前没有相互连接或交互。
弗吉尼亚理工大学和乔治梅森大学的合作伙伴已获得美国国家科学基金会(NSF)的2万美元赠款，以改变这种情况。
在由美国国家科学基金会资助的一个项目中，研究人员将开发开源网络基础设施和新的天基网络技术，旨在在全球卫星网络之间建立联系。
通过该机构的计算机和信息科学与工程社区研究基础设施(CCRI)计划，研究人员将开发分布式移动空间和地面网络基础设施，以实现多星座共存。
首席研究员乔纳森·布莱克(Jonathan Black)和弗吉尼亚理工大学工程学院的同事与乔治梅森大学(George Mason University)合作，为互联网卫星星座背后的行业标准技术开发了一个名为SpaceNet的网络测试台。
该项目建立在最初的跨大西洋试验台上，该项目是通过英联邦网络倡议支持的项目与英国萨里大学合作开发的。
“NSF的拨款将支持开源网络基础设施的发展，并能够研究创造一种新的天基网络技术，将网络从地球表面连接到月球，”Kevin T. Crofton航空航天与海洋工程系教授布莱克说。
“我们的目标是向所有人开放这些网络，联合独立的星座，并鼓励广泛采用这项技术。
研究小组将研究各种卫星星座及其托管的网络直接与他人和自己通信的方法，协议，标准和新技术，为星座间和星座内通信创建一个通用框架。目前正在早期开发的硬件在环测试台将为互联网卫星星座设定行业标准技术，优化路由协议，并确保对用户和通信的保护。
你现在能听到我的声音吗?
虽然有数十亿的互联网用户，但大多数人不会三思而后行他们的连接如何路由或他们使用什么网络 - 当然，除非信号很弱或完全消失。在陆地上，如果一个蜂窝塔或接入点的需求量很大，流量会自动重新路由到附近的另一个信号塔或提供的数据速率下降以容纳其他用户。
与此形成鲜明对比的是，天基通信是孤立的。巨型卫星星座遵循自己的运营模式和标准，具有独特的通信协议，并且根本不连接到其星座之外的卫星。
巨型星座由在几百英里高度轨道上运行的小型低地球轨道卫星组成，而不是上一代大型地球静止通信卫星，范围超过22，000英里。较短的距离允许低功耗设备直接连接到卫星和网络，以实现更低的平均延迟。
然而，低地球轨道位置意味着一颗卫星平均只能在头顶上空停留几分钟，每小时需要建立数十次新链路。这种快速变化的网络拓扑结构以及不断变化的连接和延迟给路由和传输协议带来了挑战，需要近乎实时地重新架构。
通过探索巨型星座如何在不泄露私有星座或网络数据的情况下互连，我们朝着为空间网络创建等效的域间路由更近了一步。
“通过开发核心基础设施和实施网络安全协议，我们希望展示开源星座间网络的价值和实用性，在全球范围内受益，”布莱克说。
伸出手触摸某人
今年早些时候，在英联邦网络倡议的支持下，弗吉尼亚理工大学的团队与萨里大学合作建造了世界上第一个硬件在环测试台，可以大规模模拟巨型星座不断变化的连接性。
第一阶段包括一个带有两所大学的硬件的初始原型，能够测试和验证彼此之间以及与虚拟卫星的通信。
展望未来，NSF的拨款将支持第二阶段的测试台，称为SpaceNet，并在三年内进一步发展网络基础设施。
研究团队将建立一个测试环境，准确模拟网络和动态;动态执行路由和重新路由数据链路表，可扩展为多重冗余算法和架构;为测试平台节点开发类似卫星的实验室硬件;并为政府、行业和学术研究人员整合虚拟节点和远程访问。
为了确保未来的空间通信免受黑客攻击或网络威胁，该团队还将调查软件漏洞以及卫星、地面站和其他空间基础设施组件的物理安全性，并制定空间基础设施的管理策略。
根据研究助理Samantha Kenyon的说法，该团队计划建立基础设施，并将跨领域的多学科专家和技术引入测试台。
弗吉尼亚理工大学布拉德利电气和计算机工程系的一个研究小组Wireless@VT的教师将带来通信网络，协议和5G网络实施方面的专业知识。航空航天和海洋工程系的教师将在试验台上对空间可追溯的硬件和系统动力学进行研究。
乔治梅森大学的教师将帮助整合基于硬件的5G地面网络测试台和虚拟星座网络。这些能力将大大增强SpaceNet平台，并允许用户和研究人员进行多星座网络和卫星 - 地面实验。
“虽然我渴望看到我们将能够在我们的试验台技术中实现什么，但令人兴奋的部分是我们如何组织和形成一个研究人员联盟，不仅在弗吉尼亚理工大学的各部门，而且与英联邦各大学的合作者，”凯尼恩说。
“作为一个团队，我们可以解决所有这些复杂的研究问题，让更多的人参与基础设施的发展。