衛星演演算法革命：即時資料處理即將覆蓋全球每個角落

近年來，低軌道衛星星座的快速擴張，讓衛星通訊再度成為科技焦點。無論是為偏遠地區提供網路服務，或是實現跨洋即時資料傳輸，這些衛星網路在未來都將扮演更關鍵的角色。

隨著SpaceX的星鏈（Starlink）等星座計畫的衛星數量突破數萬顆，這些衛星已不再只是單純的訊號中繼站。越來越多衛星開始配備機載運算硬體，能夠直接在軌道上處理和分析資料。

這項技術突破開啟了革命性的應用可能，包括即時環境監測、物體追蹤和智慧農業等。但同時也帶來重大挑戰：如何在龐大且不斷變動的網路中，有效排程運算與通訊資源？傳統方法通常僅適用於小規模系統或容許延遲的任務，難以應付當今所需的即時動態需求。

「低軌道衛星網路移動速度極快，連線狀態也不斷變化。」新加坡科技設計大學助理教授熊澤輝博士解釋道：「排程策略不僅要即時應對這些變化，還必須同時平衡運算與通訊資源。這比傳統衛星管理複雜得多。」

在發表於《IEEE車輛技術匯刊》的研究論文中，熊教授團隊開發出兩種基於圖論的演演算法，大幅提升太空中的即時運算服務能力。這兩種方法建立在能捕捉衛星網路動態特性的時序圖模型上，提供互補的任務排程方案。

第一種「基於k最短路徑」（KSP）的方法優先考慮通訊需求，快速搜尋符合傳輸需求的無迴圈路徑，再確認沿線是否有足夠運算資源。第二種「運算感知最短路徑」（CASP）方法則採取不同策略，先鎖定具備所需運算能力的衛星，再找出最有效率的通訊路徑，必要時甚至允許非簡單路徑。

「這兩種方法都設計成能實際應用於現有衛星星座。」熊教授補充說明：「當運算資源充足但通訊頻寬有限時，KSP表現較佳；而CASP則適用於機載運算資源稀缺的情況。衛星營運商可根據網路狀況自由選擇。」

基於全球最大衛星系統星鏈的模擬測試顯示，即使在高度動態且資源受限的環境中，這些演演算法仍能支援即時應用。透過最佳化衛星資源共享與分配方式，研究團隊的方法能有效降低端到端延遲、提升網路韌性，並最大化系統能處理的即時任務數量。

這項研究將使多種關鍵應用成為可能，從更快速的災害監測到全球物流即時追蹤等。「許多新興服務，如遙感探測或智慧農業，都需要衛星在數秒內完成資料收集、處理並傳遞可執行資訊。」熊教授表示：「這些服務要求極高，但我們的方法能幫助實現這個願景，進而造福全球產業、政府與社羣。」

展望未來，研究團隊正致力擴充套件演演算法以支援多衛星協同運算，並探索如何運用機器學習進一步強化資源管理。他們也期待能為未來6G網路的衛星通訊標準制定做出貢獻。

在全球各地追求更佳連線能力的同時，衛星網路將是消弭數位落差的重要關鍵。「目前地球表面仍有超過70%的區域缺乏可靠的地面網路覆蓋。」熊教授強調：「若能妥善管理，衛星網路將能填補這個缺口，實現隨時隨地與任何人通訊的目標。我們的使命就是開發能讓這個全球願景成真的技術。」

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