📘 《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 15周: 🧠 🚀 星鏈 通訊工程實作
148／150單元：Mini-LEO-Core（Laser-Link Routing） 🔗
打造縮小版的 LEO 星鏈核心網，並模擬 Laser Link 多跳路由
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🎯 單元導讀
在上一單元，我們用 Docker 建立了可重現的「vStarlink 基礎環境」。
這一單元，我們要更往「真實星鏈核心」靠近 ——
⭐ 建立縮小版星鏈核心網：Mini-LEO-Core
它具備：
• LEO 衛星間的 光鏈路（Laser Link）
• 拓樸持續變化的 時變 Routing
• 多跳傳輸（SAT1 → SAT2 → SAT3 → Gateway）
• 動態最短路徑 + 負載平衡
• 支援 AI Routing / 強化學習訓練
一句話：
Mini-LEO-Core 是讓你能在筆電模擬「小型星鏈星座」的核心模擬器。
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🧠 一、Mini-LEO-Core：一句話版
小型星鏈核心網，由多顆 LEO 衛星 + Laser Link + 動態 Routing 組成的雲端可重現環境。
可模擬：
✔ Laser Link（光鏈路）
✔ 星間多跳（ISL routing）
✔ 拓樸變化
✔ Delay / jitter / loss
✔ OSPF / BGP / AI Router
Mini-LEO-Core 是做「LEO Routing 研究」的最低可行模型（Minimum Working Model）。
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🧠 二、為什麼需要 Mini-LEO-Core？
真實 LEO 星座動態太快，無法用固定拓樸研究。
Mini-LEO-Core 讓你能：
✔ 1️⃣ 用最小資源模擬「星間多跳」
例如 3 顆衛星：
SAT-A ↔ SAT-B ↔ SAT-C
全部用 Laser Link 串起來。
✔ 2️⃣ 模擬 “拓樸瞬間改變”
真實 LEO 改變頻率：
約 5–15 秒 topology 變一次。
Mini-LEO-Core 讓你每 5–10 秒重新載入 Routing Policy。
✔ 3️⃣ AI Routing 的最佳訓練場
AI Router 或 RL Agent 必須：
• 選最快路徑
• 避免壅塞
• 適應拓樸變化
Mini-LEO-Core 就是這種 AI 的理想 Playground。
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🧠 三、小型星鏈核心網的基本三元素
✔ ① LEO 節點（Satellite Nodes）
每顆衛星是一個 Docker Container：
• FRR routing daemon
• laser-link interface
• netem 延遲（25–40ms）
✔ ② Laser Link（ISL：Inter-Satellite Link）
模擬衛星間的光鏈路：
• 超低 BER
• 固定或動態延遲
• 雙向 full-duplex
✔ ③ Routing 更新機制（Dynamic Routing）
可以用：
• OSPF cost 更新
• BGP local-pref 更新
• 或 AI-based routing
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🧠 四、ASCII 圖：Mini-LEO-Core 拓樸
<─────── Laser ISL ───────>
┌────────┐ 35 ms ┌────────┐
│ SAT-A │──────────────│ SAT-B │
│ (LEO) │ │ (LEO) │
└────┬───┘ └───┬────┘
│ 40 ms 30 ms │
│ │
▼ ▼
┌────────┐ 28 ms
│ UT │────────── ──▶│ Gateway │
│ (UE) │ via SAT-C │ (Ground) │
└────────┘
▲
│
┌────────┐
│ SAT-C │
│ (LEO) │
└────────┘
UT → LEO Multi-Hop (SAT-C / SAT-A / SAT-B) → Gateway → Internet / Cloud
這張 Mini-LEO-Core 示意圖展示的是一個「可教學、可實驗」的低軌星鏈核心網路縮影：
使用者終端 UT 的封包首先上行至最近的 LEO 衛星（SAT-C），再依據當下的延遲、負載與路由策略，經由 SAT-A 與 SAT-B 等多個 LEO 節點 透過 雷射星間鏈路（ISL） 進行多跳轉送，最終下行至地面 Gateway 接入 Internet／Cloud；圖中標示的 28–40 ms 代表各鏈路的等效延遲，用來幫助讀者理解 LEO 網路並非固定路線，而是隨拓樸與條件動態選擇最佳路徑，這正是星鏈與 6G 太空網路路由設計的核心概念。
⭐ 小型但包含星鏈核心所有元素：
• 多跳 (A → B → C → GW)
• 不等延遲
• 光鏈路為主
• 路徑會依延遲/成本自動切換
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🧠 五、Mini-LEO-Core 的三大核心技術
1️⃣ Laser Link 模擬
用 Docker network + netem 模擬：
tc qdisc add dev eth0 root netem delay 30ms
延遲視衛星距離而變：
• 低緯度：20ms
• 中緯度：30–35ms
• 高緯度：40ms
2️⃣ Routing Policy 更新
OSPF 方式：
interface eth0
ip ospf cost 50
每隔 5 秒更新 cost → 模擬拓樸移動。
3️⃣ 拓樸重編譯（Topology Recompile）
使用 Python / Shell script 每 N 秒動態調整連結：
docker exec satA vtysh -c "conf t" -c "ip ospf cost 20"
等同於「衛星移動 → 路由更新」。
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🧠 六、Mini-LEO-Core 與真實 Starlink 的對應
🚀 真實 Starlink 的行為
• 衛星高速移動
→ 拓樸與最佳路徑隨時間持續變化
• 雷射星間鏈路（Laser ISL）
→ 衛星之間形成高速骨幹網路
• 多跳動態路由
→ 封包依即時條件選擇最佳多跳路徑
• 拓樸頻繁變動
→ 連線建立、切換、失效都可能發生
• 延遲隨軌道位置改變
→ 距離不同，RTT 與頻寬表現不固定
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🧪 Mini-LEO-Core 的對應模擬方式
• 重新載入 OSPF／BGP Routing Policy
→ 等效模擬衛星移動造成的路由改變
• Docker point-to-point Network
→ 邏輯等效模擬 Laser ISL 的星間連結
• FRR / Static / AI Routing
→ 重建多跳路由決策與策略比較
• Shell Script + NetEm
→ 主動觸發拓樸切換與鏈路狀態變化
• NetEm Delay 動態調整
→ 模擬因軌道與距離變化造成的延遲浮動
⭐ 核心理解
Mini-LEO-Core 雖然只有真實 Starlink 約 1/10,000 的規模，但在「多跳、ISL、動態路由、時變延遲」等核心網路邏輯上，與真實星鏈是功能等效的。
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🧠 七、模擬題
1️⃣ 專業題
說明 Laser Link（ISL）在 LEO 星鏈中的角色為何？
📜 答案：
Laser Link 用於衛星與衛星之間的高速資料交換，形成星鏈的「空中核心網」。
它使資料能在空中直接多跳，不必每次都落地至 Gateway。
因此是 Starlink 達成全球覆蓋的關鍵技術。
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2️⃣ 應用題
若 SAT-A → SAT-B 的延遲 30ms，SAT-A → SAT-C 的延遲 40ms，Routing 會偏好哪條 Laser Link？
A. SAT-A → SAT-C
B. SAT-A → SAT-B
C. 隨機選
D. 需要 8×8 MIMO 才能決定
📦 答案：B
延遲較短的 Laser Link（30ms）會被選為 OSPF 最短路徑。
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3️⃣ 情境題
若拓樸每 5 秒變化一次，但 OSPF 反應太慢導致路徑長期 sub-optimal，應改善什麼？
A. 提高 MCS 等級
B. 降低 OSPF hello/hold timer
C. 增加頻寬
D. 使用更大的 dish
📡 答案：B
降低 OSPF 的 hello / dead timer 可以更快適應拓樸變化。
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🛠 八、實務演練題
1️⃣ 建立三衛星 Mini-LEO-Core（SAT-A/B/C）
2️⃣ 為每條 Laser Link 設定不同 delay
3️⃣ 實作 OSPF routing + cost 動態調整
4️⃣ 觀察切換點（routing switchover）
5️⃣ 設計 Python Script 自動調整 cost
6️⃣ 測試 AI-based routing（Q-learning or DQN）
7️⃣ 觀察不同策略對 throughput / delay 的影響
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✅ 九、小結與啟示
✔ Mini-LEO-Core 是縮小版的星鏈核心網模型
✔ Laser Link（ISL）是多跳路由的基礎
✔ 動態 Routing 是 LEO 網路本質
✔ 用 Docker + FRR 可以重建星鏈邏輯
✔ 適合作為 AI Routing 的訓練環境
一句話：
⭐ Mini-LEO-Core 讓你真正「理解」星鏈核心網的運作，而不只是了解架構圖。
