In this work, we investigate resource allocation strategy for real time communication (RTC) over satellite networks with virtual network functions. Enhanced by inter-satellite links (ISLs), in-orbit computing and network virtualization technologies, large-scale satellite networks promise global coverage at low-latency and high-bandwidth for RTC applications with diversified functions. However, realizing RTC with specific function requirements using intermittent ISLs, requires efficient routing methods with fast response times. We identify that such a routing problem over time-varying graph can be formulated as an integer linear programming problem. The branch and bound method incurs $\mathcal{O}(|\mathcal{L}^{\tau}| \cdot (3 |\mathcal{V}^{\tau}| + |\mathcal{L}^{\tau}|)^{|\mathcal{L}^{\tau}|})$ time complexity, where $|\mathcal{V}^{\tau}|$ is the number of nodes, and $|\mathcal{L}^{\tau}|$ is the number of links during time interval ${\tau}$. By adopting a k-shortest path-based algorithm, the theoretical worst case complexity becomes $O(|\mathcal{V}^{\tau}|! \cdot |\mathcal{V}^{\tau}|^3)$. Although it runs fast in most cases, its solution can be sub-optimal and may not be found, resulting in compromised acceptance ratio in practice. To overcome this, we further design a graph-based algorithm by exploiting the special structure of the solution space, which can obtain the optimal solution in polynomial time with a computational complexity of $\mathcal{O}(3|\mathcal{L}^{\tau}| + (2\log{|\mathcal{V}^{\tau}|}+1) |\mathcal{V}^{\tau}|)$. Simulations conducted on starlink constellation with thousands of satellites corroborate the effectiveness of the proposed algorithm.


翻译:在这项工作中,我们调查对具有虚拟网络功能的卫星网络的实时通信(RTC)资源分配战略。通过卫星间链路(ISLs)、轨道内计算和网络虚拟化技术,大规模卫星网络有望在低纬度和高带宽度下覆盖具有多种功能的 RTC 应用程序。然而,通过间歇 ISL 实现具有特定功能要求的 RTC, 需要快速响应时间的高效路由方法。 我们确定, 时间流流转图中的这种路由问题可以被描述成一个整数线性编程问题。 分支和绑定方法在时间间隔( mathcal{O}(macal{L_toau})\cdown- cloaddwority (calcalcalcal_cal{Vácal{V_lal_lation__lal_lation_lational_axal_l_l_lation_ral_ral_ral_ral_ral_l_ral_ral_ral_ral_ral_ral_ral_ral_l_r_a_r_r_r_a_r_r_r_r_r_r_l_r_ral_r_r_r_r_r_ral_ral_ral_ral_r_r_r_ral_ral__r_r_r_r_r_r____ral_ral_r_r________________________r_ral_r_r_r_r_r_r_r_r_____________r_____ral_ral_r_r_r______________________ral_ral_ral_r__________________________________________________________

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