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A First Look at Starlink’s Impact on Internet Equity

本文出发点:

低轨卫星(LEO)旨在消除连接障碍,但 Starlink 目前的部署是否真正改善了全球互联网接入的公平性?它是否达到了美国(BEAD)、欧盟(CEBF)等政府宽带计划设定的性能目标?

尽管 LEO 卫星公司(如 Starlink)旨在通过提供快速、可负担的宽带服务来消除连接障碍,但目前缺乏对其如何改善接入公平性和缩小宽带差距的定量分析

本文迈出了第一步,旨在评估最大的 LEO 提供商 Starlink 在实现各种政府互联网接入计划目标方面的有效性

核心结论:

  1. 目前的部署情况显示,大多数样本未能达到美国和欧盟建立的性能目标
  2. Starlink 目前在低收入和中低收入国家不可用
  3. Neighbor Effect: 一些低收入地区 (e.g. 斐济) 的表现远超预期, 因为它们在地理上邻近富裕地区 (e.g. 澳大利亚)
    • 原理: LEO 卫星覆盖半径大,贫困地区的用户可以“搭便车”,利用为邻近富裕地区部署的地面基础设施
  4. 使用 ISLs 可以极大地增加覆盖范围
LEO有利于促进扁平化市场

笔者认为 "结论3" 非常有意思, 可以积累一下, 其他倒是本身就很显然 :)

  1. 对于 TN 而言, 高收入地区的网络性能一般更好

  2. 对于 LEO 而言, "收入-区域网络性能"相关程度降低

    • 因为由于sat的覆盖范围,低收入的终端设备也可以走高收入地区的网关

实验工具积累:

NDT vs SpeedTest

M-Lab NDT: "科研级显微镜"

来自 google 独家维护, 纯粹、可控、透明

Ookla Speedtest: "广角相机"

海量、宏观、覆盖广

Cloudflare 真是个好东西

以后有时间得试着上手 Cloudflare Developers

学习绘图手法

本文关于地理位置, 范围覆盖的绘图手法, 非常值得学习:

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简单学一学, 看看效果:

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代码重点 plot_coverage_map()
Python
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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import cartopy.crs as ccrs
import cartopy.feature as cfeature
from matplotlib.patches import Rectangle
from matplotlib.collections import PatchCollection
import warnings

warnings.filterwarnings("ignore")

plt.rcParams["font.sans-serif"] = ["Arial Unicode MS", "DejaVu Sans", "SimHei"]
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False


def create_sample_data():
    np.random.seed(42)

    regions = {
        "north_america": {
            "lon_range": (-130, -60),
            "lat_range": (25, 55),
            "n_points": 150,
            "speed_bias": 100,
        },
        "europe": {
            "lon_range": (-10, 40),
            "lat_range": (35, 65),
            "n_points": 120,
            "speed_bias": 80,
        },
        "australia": {
            "lon_range": (110, 155),
            "lat_range": (-45, -10),
            "n_points": 80,
            "speed_bias": 100,
        },
        "south_america": {
            "lon_range": (-80, -35),
            "lat_range": (-55, 10),
            "n_points": 60,
            "speed_bias": 50,
        },
        "africa": {
            "lon_range": (10, 50),
            "lat_range": (-30, 30),
            "n_points": 40,
            "speed_bias": 30,
        },
        "asia": {
            "lon_range": (70, 140),
            "lat_range": (20, 60),
            "n_points": 80,
            "speed_bias": 60,
        },
    }

    all_lons = []
    all_lats = []
    all_speeds = []

    for region_name, region_data in regions.items():
        n = region_data["n_points"]
        lon_min, lon_max = region_data["lon_range"]
        lat_min, lat_max = region_data["lat_range"]
        bias = region_data["speed_bias"]

        lons = np.random.uniform(lon_min, lon_max, n)
        lats = np.random.uniform(lat_min, lat_max, n)

        speeds = np.random.exponential(bias, n)
        speeds = np.random.exponential(bias, n)

        all_lons.extend(lons)
        all_lats.extend(lats)
        all_speeds.extend(speeds)

    return np.array(all_lons), np.array(all_lats), np.array(all_speeds)


def get_speed_category(speeds):
    colors = []
    categories = []

    for speed in speeds:
        if speed < 25:
            colors.append("#7FC8F8")
            categories.append("slow")
        elif speed < 100:
            colors.append("#FFA500")
            categories.append("medium")
        else:
            colors.append("#90EE90")
            categories.append("fast")

    return colors, categories


def plot_coverage_map(
    lons,
    lats,
    speeds,
    title="Average throughput at each distinct location\nof Starlink NDT speed tests",
    figsize=(14, 8),
    save_path=None,
):
    """绘制地理覆盖图

    参数:
    - lons: 经度数组
    - lats: 纬度数组
    - speeds: 速度数组(Mbps)
    - title: 图表标题
    - figsize: 图表大小
    - save_path: 保存路径(可选)
    """

    fig = plt.figure(figsize=figsize)
    ax = plt.axes(projection=ccrs.PlateCarree())

    # 设置地图范围(全球)
    ax.set_global()

    # 添加地图特征
    # 添加陆地(浅灰色填充)
    ax.add_feature(cfeature.LAND, facecolor="#F5F5F5", edgecolor="none", zorder=1)

    # 添加海洋(白色)
    ax.add_feature(cfeature.OCEAN, facecolor="white", zorder=0)

    # 添加国家边界(黑色细线)
    ax.add_feature(cfeature.BORDERS, linewidth=0.5, edgecolor="#333333", zorder=2)

    # 添加海岸线
    ax.coastlines(linewidth=0.8, color="#333333", zorder=2)

    # 获取颜色分类
    colors, categories = get_speed_category(speeds)

    # 绘制散点: 使用较小的点和一定的透明度来处理重叠
    scatter = ax.scatter(
        lons,
        lats,
        c=colors,
        s=20,  # 点的大小
        alpha=0.6,  # 透明度
        edgecolors="none",
        transform=ccrs.PlateCarree(),
        zorder=3,
    )

    # 添加图例
    from matplotlib.patches import Patch

    legend_elements = [
        Patch(facecolor="#7FC8F8", label="[0,25) Mbps"),
        Patch(facecolor="#FFA500", label="[25,100) Mbps"),
        Patch(facecolor="#90EE90", label="[100,∞) Mbps"),
    ]

    # 将图例放在左下角
    ax.legend(
        handles=legend_elements,
        loc="lower left",
        frameon=True,
        facecolor="white",
        edgecolor="black",
        fontsize=10,
        title="Mbps",
    )

    # 添加标题
    plt.title(title, fontsize=14, fontweight="bold", pad=20)

    # 调整布局
    plt.tight_layout()

    # 保存图形
    if save_path:
        plt.savefig(save_path, dpi=300, bbox_inches="tight", facecolor="white")
        print(f"图形已保存到: {save_path}")

    return fig, ax

def main():
    lons, lats, speeds = create_sample_data()

    print(f"生成了 {len(lons)} 个测试点")
    print(f"速度范围: {speeds.min():.2f} - {speeds.max():.2f} Mbps")

    fig1, ax1 = plot_coverage_map(
        lons, lats, speeds, save_path="./starlink_coverage_detailed.png"
    )

    plt.show()


if __name__ == "__main__":
    main()