Time-Dependent Network Topology Optimization for LEO Satellite Constellations

星座 卫星星座 卫星 拓扑(电路) 拓扑优化 计算机科学 计算机网络 电信 物理 数学 天文 组合数学 热力学 有限元法
作者
Dara Ron,Faisal Ahmed Yusufzai,Sebastian Kwakye,Satyaki Roy,Nishanth Sastry,Vijay K. Shah
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2501.13280
摘要

Today's Low Earth Orbit (LEO) satellite networks, exemplified by SpaceX's Starlink, play a crucial role in delivering global internet access to millions of users. However, managing the dynamic and expansive nature of these networks poses significant challenges in designing optimal satellite topologies over time. In this paper, we introduce the \underline{D}ynamic Time-Expanded Graph (DTEG)-based \underline{O}ptimal \underline{T}opology \underline{D}esign (DoTD) algorithm to tackle these challenges effectively. We first formulate a novel space network topology optimization problem encompassing a multi-objective function -- maximize network capacity, minimize latency, and mitigate link churn -- under key inter-satellite link constraints. Our proposed approach addresses this optimization problem by transforming the objective functions and constraints into a time-dependent scoring function. This empowers each LEO satellite to assess potential connections based on their dynamic performance scores, ensuring robust network performance over time without scalability issues. Additionally, we provide proof of the score function's boundary to prove that it will not approach infinity, thus allowing each satellite to consistently evaluate others over time. For evaluation purposes, we utilize a realistic Mininet-based LEO satellite emulation tool that leverages Starlink's Two-Line Element (TLE) data. Comparative evaluation against two baseline methods -- Greedy and $+$Grid, demonstrates the superior performance of our algorithm in optimizing network efficiency and resilience.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
碳水化合物完成签到,获得积分10
刚刚
魁梧的凌瑶完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
1秒前
1秒前
2秒前
崔洪瑞完成签到,获得积分10
3秒前
花鸟风月evereo完成签到,获得积分10
3秒前
wwwww发布了新的文献求助10
3秒前
爆米花应助mimilv采纳,获得10
4秒前
4秒前
5秒前
YY本Y应助胖头鱼please采纳,获得20
5秒前
高贵的思天完成签到,获得积分10
5秒前
2877321934发布了新的文献求助10
5秒前
zz完成签到,获得积分10
6秒前
情怀应助好HAO采纳,获得10
6秒前
6秒前
降龙没有十八掌应助yyy采纳,获得10
6秒前
yi111发布了新的文献求助10
6秒前
小香草发布了新的文献求助20
6秒前
Longer完成签到,获得积分10
7秒前
chenbin发布了新的文献求助10
7秒前
突突兔完成签到 ,获得积分10
8秒前
未来可期发布了新的文献求助10
8秒前
cuigao应助xiaowang采纳,获得10
8秒前
Xdz发布了新的文献求助10
9秒前
瑶瑶酱完成签到,获得积分10
9秒前
Felix完成签到,获得积分10
9秒前
hri完成签到 ,获得积分10
9秒前
情怀应助lin采纳,获得10
9秒前
10秒前
Wmin完成签到,获得积分10
10秒前
磊磊磊发布了新的文献求助100
11秒前
乐观姒发布了新的文献求助10
11秒前
anyilin发布了新的文献求助10
11秒前
aniu完成签到,获得积分10
12秒前
所所应助MS903采纳,获得10
12秒前
罗成完成签到,获得积分10
12秒前
高分求助中
【请各位用户详细阅读此贴后再求助】科研通的精品贴汇总(请勿应助) 10000
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 3000
The Mother of All Tableaux: Order, Equivalence, and Geometry in the Large-scale Structure of Optimality Theory 3000
Research on Disturbance Rejection Control Algorithm for Aerial Operation Robots 1000
Global Eyelash Assessment scale (GEA) 1000
Maritime Applications of Prolonged Casualty Care: Drowning and Hypothermia on an Amphibious Warship 500
Comparison analysis of Apple face ID in iPad Pro 13” with first use of metasurfaces for diffraction vs. iPhone 16 Pro 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4050659
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3588955
关于积分的说明 11405008
捐赠科研通 3315278
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1823634
邀请新用户注册赠送积分活动 895517
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 816871