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Exploring the 5G Digital Divide in the Non-Contiguous US: LEO Satellites to the Rescue?

这是一篇来自 SIGMETRICS 2025 的论文, 很显然重在"测量". 根据测量结果, 有一些很有意思的观点积累一下!

这篇论文通过在美国阿拉斯加(AK), 夏威夷(HI)和美国本土(作为基准)进行的超过 4200 公里的路测, 首次详细评估了 5G 蜂窝网络和 Starlink 在这些地区的覆盖范围和性能

核心结论: 数字鸿沟确实存在

研究证实, 美国本土与非本土地区(阿拉斯加和夏威夷)之间存在显著的"数字鸿沟"

  • 蜂窝网络覆盖差: 与美国本土相比, 非本土地区的 5G 覆盖率显著较低

  • 阿拉斯加 (AK): 5G 部署令人失望

    • Verizon 完全没有 5G 服务
    • AT&T 仅有 30% 的覆盖率且仅限于低频段 5G (5G-low), 没有高速的中频段 (Mid-band) 或毫米波部署

  • 夏威夷 (HI): 虽然比阿拉斯加好, 但除了 T-Mobile 提供 56% 的中频段覆盖外, 其他运营商覆盖仍不及本土

  • 频繁的无服务状态: 农村地区的网络连接经常完全中断(即"无服务"状态), 这在本土的路测路线中几乎不存在

    • 造成这一差距的主要原因之一是: 频谱可用性
    • 由于现有卫星服务的干扰, C-Band(3.7-3.98 GHz, 5G 中频段的关键频段)并未在阿拉斯加和夏威夷进行拍卖

虽然 Starlink 通常被视为偏远地区的解决方案, 但它在这些地区也面临独特的挑战.

  • 性能对比(本土 vs. 非本土): Starlink 在美国本土的表现优异(几乎完美的连接性, 延迟低), 但在阿拉斯加和夏威夷的表现显著下降

  • 阿拉斯加的问题: 卫星覆盖稀疏

    • 服务该地区的极地轨道仅有数百颗卫星, 而服务本土的轨道有 7000 多颗卫星, 导致覆盖缺口和高延迟

  • 夏威夷的问题: 地形阻挡

    • 尽管卫星覆盖较好, 但茂密的热带雨林和地形导致农村地区的信号中断率高达 11.8%

  • 延迟都比本土高

    • 由于用户终端到地面站(PoP)的物理距离较远, Starlink 在非本土地区的往返时延(RTT)显著高于本土
    • AK 为 100ms, HI 为 109ms, 而本土仅为 56ms

尽管面临挑战, Starlink 在非本土地区依然有其优势:

  • 下行速度优势: 在农村地区, Starlink 的下行吞吐量通常优于蜂窝网络

    • 例如在阿拉斯加农村, Starlink 中位数速度为 64 Mbps, 而 AT&T 仅为 11 Mbps

  • 可靠性: Starlink 的零吞吐量(完全无法传输数据)发生频率低于蜂窝网络

  • 上行短板: Starlink 的上行 TCP 性能较差, 经常低于蜂窝网络, 且容易出现丢包

解决方案: 网络协同 (Multipath TCP)

论文提出利用 多路径传输协议 (Multipath TCP, MPTCP) 来弥合数字鸿沟.

  • 显著提升: 模拟测试表明, 将 Starlink 与蜂窝网络结合使用, 可以极大地提高可靠性
    • 例如在阿拉斯加, 这种组合将中断时间减少到了 1% 以下
  • 最佳策略: 结合"Starlink + 蜂窝网络"的效果优于结合"两个蜂窝网络"
    • 因为这两种技术的故障模式互不相同, 互补性更强