Mega-constellation networks (MCNs) are transforming global internet access by providing ubiquitous connectivity to millions of users worldwide. The design of MCNs is crucial for achieving high-performance space-based internet, yet presents a significant challenge due to the large scale and tightly coupled parameters of these systems, which result in a high-dimensional combinatorial optimization problem. To address this challenge, we propose the Structured Motif Lattice (SML) paradigm, which decomposes the MCN design space into two orthogonal dimensions: topological connectivity and geometric layout. This decomposition reduces the original high-dimensional problem to a tractable bi-dimensional. Under the SML paradigm, we formalize the High-Availability and Low-Latency MCN Design (HALLMD) problem and develop the Lattice and Motif Search (LAMS) algorithm to find near-optimal MCN configurations. Experimental results demonstrate that the LAMS under the SML paradigm achieves substantially higher network availability and lower average traffic latency than the structures generated by current state-of-the-art methods, confirming the effectiveness of our approach.


翻译:巨型星座网络(MCNs)正在通过为全球数百万用户提供无处不在的连接,彻底改变全球互联网接入方式。MCNs的设计对于实现高性能天基互联网至关重要,但由于这些系统规模庞大且参数紧密耦合,导致高维组合优化问题,因此带来了重大挑战。为解决这一挑战,我们提出了结构化基序格(SML)范式,该范式将MCN设计空间分解为两个正交维度:拓扑连接性和几何布局。这种分解将原始高维问题简化为可处理的二维问题。在SML范式下,我们形式化了高可用性与低延迟MCN设计(HALLMD)问题,并开发了格与基序搜索(LAMS)算法以寻找接近最优的MCN配置。实验结果表明,在SML范式下,LAMS相较于当前最先进方法生成的结构,实现了显著更高的网络可用性和更低的平均流量延迟,证实了我们方法的有效性。

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