📘 《AI 時代系列（6）：進階通訊工程——邁向2035年太空星鏈網路時代》
📘 第 12周: ☁️ 星鏈雲原生架構：LEO × vGateway × O-SAT × Kubernetes
111／150單元： vSAT 與虛擬化地面閘道站（vGateway）
☁️ 地面站雲端化，提升布署彈性**
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🎯 單元導讀
LEO「太空網路」要真正成為全球通訊基礎建設，
必須做到三件事：
1. 快速部署（Deployment Agility）
2. 全球伸縮（Elastic Scaling）
3. 軟體定義（SD-SAT）
這三件事的核心便是：
⭐ vSAT（Virtualized Satellite Terminal）
⭐ vGateway（Virtualized Ground Gateway）
兩者共同把地面站的基帶、MAC、流量控制、路由、QoS
全部移進：
🌥 Edge Cloud / Regional Cloud / Public Cloud
（依照 NTN 拓樸與流量需求彈性運算）
這一章將帶你看見：
✔ 地面站如何雲原生化
✔ 為何 vGateway 是 Starlink Phase II 的必要演進
✔ vSAT 如何替 UE 與 Enterprise SATCOM 減輕硬體負擔
✔ Kubernetes 如何管理衛星網路
✔ 地面站雲端化帶來的全新架構
一句話：
☁️ LEO 星鏈 = 天空光纖網路 + 雲原生地面站。
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🧠 一、衛星地面站的傳統問題
傳統 GEO/MEO 衛星地面站：
• 必須建在固定位置
• 要求大型天線、固定基帶設備
• 每個站只服務特定區域
• 流量尖峰無法彈性處理
• 基帶設備（BBU）難以升級
• 建置昂貴 + 建置時間長
• 遇到戰場、災害無法快速應對
LEO 完全不同：
✔ 覆蓋範圍移動很快
✔ 每個地面站必須服務多個衛星
✔ 流量動態性比 5G 還劇烈
✔ 需要邊緣運算與全球雲平台支撐
因此，地面站不能再是「硬體」，
而必須成為：
⭐ 可動、可調度、可垂直擴張、可橫向擴張的雲原生節點。
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🧠 二、什麼是 vSAT（Virtualized Satellite Terminal）？
vSAT =
把 衛星終端（SAT Terminal）的 L1/L2/L3 全部虛擬化。
物理 SAT 終端（Dish）只保留：
✔ 天線
✔ RF/IF 模組
其餘全部搬到雲：
✔ L1 – 解調、同步、FFT、LDPC/Polar
✔ L2 – MAC / HARQ
✔ L3 – PDCP / Routing
✔ Flow/QoS 管理
✔ Security（IPSec、SAT-AUTH）
SAT PHYRF⟶vSAT (Cloud L1/L2/L3)
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🧠 三、什麼是 vGateway（虛擬化地面閘道站）？
vGateway = 將「地面站」分成兩部分：
▶ 實體端（Gateway Site）
• 天線陣列（Phased Array）
• RF Front-end
• 光纖/微波回傳
→ 責任：將 RF 變成數位 I/Q
▶ 雲端端（Gateway Cloud）
• vL1（虛擬化實體層）
• vMAC
• vRLC
• Routing
• Gateway Orchestration
• NAT / CGNAT
• Flow Steering
• QoS
這些都跑在：
⭐ Kubernetes（K8s）
⭐ Telco Cloud
⭐ Multi-Cloud
⭐ Edge DC
也就是：
地面站 = 軟體
天線 = 硬體
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🧠 四、vSAT × vGateway：星鏈式「地面站雲化架構」
ASCII 示意圖：
🛰 LEO Satellite
|
v
RF Downlink
|
┌───────────────────────┐
│ Gateway Antenna Site │ (僅天線+RF)
└───────────────────────┘
|
RF-over-Fiber / eCPRI
|
┌───────────────────────┐
│ ☁ vGateway (K8s) │
│ vL1 | vL2 | Routing | QoS │
└───────────────────────┘
|
v
Edge Cloud / Core / Internet
如果是企業用戶（Enterprise SATCOM），還會再接：
→ Private Cloud
→ Multi-Cloud
→ VPN / SD-WAN
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🧠 五、為什麼 LEO 必須走 vGateway？（核心理由）
✔ 1. LEO 衛星太多（數萬顆）
傳統地面站不可能跟上密度。
虛擬化能讓數百地面站由數十座資料中心管理。
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✔ 2. 大流量需要自動伸縮（Auto Scaling）
晚上北美負載變高 →
● K8s 自動增加更多 vGateway Pod
早上負載下降 →
● 自動收縮
像 5G vRAN 的 scaling 一樣。
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✔ 3. 全球動態路由（Laser Link × Cloud）
vGateway 不固定位置 →
連接哪個資料中心都可以
→ 支援跨國可移動地面站
→ 不受政治阻隔影響
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✔ 4. 更新速度快
SAT protocol、LDPC、MAC 改動只要滾動更新
無需拆硬體。
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✔ 5. 成本大量降低
不需買大量 gateway 伺服器 → Cloud Pay-as-you-go。
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🧠 六、技術基礎：vSAT/vGateway 的四大雲原生組件
⭐ (1) NFV（Network Function Virtualization）
把 L1~L3 做成軟體模塊（VNF/CNF）。
⭐ (2) C-RAN / CU-DU 分離理念
衛星版：
• SAT-RF（現場）
• SAT-DU（Edge Cloud）
• SAT-CU（Regional Cloud）
⭐ (3) Telco-grade Kubernetes（K8s）
要支援：
• Real-time scheduling
• NUMA pinning
• SR-IOV
• Multi-region cluster
⭐ (4) SD-SAT（軟體定義衛星）
衛星協定、路由、回傳全部軟體化。
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🧠 七、AI-native × vGateway
AI 在地面站虛擬化扮演以下角色：
✔ Unified routing（衛星 Mesh × Cloud Mesh）
✔ Beam assignment
✔ Predictive scaling（預測負載自動伸縮）
✔ Fault prediction（故障預測）
✔ vL1 解調參數自動調優
✔ 雲/衛星流量編排
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🧠 八、模擬題
1️⃣ 模擬 vGateway 的 auto-scaling（高負載 vs 低負載）。
2️⃣ 計算不同 Edge Cloud 位置導致的 E2E latency 變化。
3️⃣ 設計一個 NTN vGateway K8s cluster 架構。
4️⃣ 比較「實體 Gateway vs vGateway」的 CAPEX 與 OPEX。
5️⃣ 模擬 vSAT 將 L1 移到雲後，RF Fronthaul 的頻寬需求。
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🧠 九、小結
✔ vSAT = 衛星終端的基帶／MAC／路由進入雲端
✔ vGateway = 地面站模組化、軟體化、可隨時部署
✔ Kubernetes = 全域 NTN 架構的調度核心
✔ O-SAT = 衛星版 Open RAN
✔ 雲原生化讓 Starlink 具備真正的全球化彈性
一句話：
☁️ vSAT × vGateway = 讓 LEO 太空網路成為「可在雲端運作的電信系統」。
