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IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM)是IEEE通信协会的旗舰会议之一，计算机网络CCF C类会议，每年的录用率在30~40%，其中2022年录用率为39.6%，2021年录用率为29.62% (908/2292)，2020年录用率为38.45% (914/2377)。最近GLOBECOM 2022的论文上线了IEEE Xplore，从中整理了与卫星通信相关的论文，包括40篇论文，希望对相关领域的小伙伴有所帮助。获取这些论文的全文可以私信回复20230116，仅供大家交流学习。欢迎转发和关注！
目录
[1] A Dynamic Multicast Tree Selection Algorithm in LEO Satellite Networks
[2] A New Batch Access Scheme with Global QoS Optimization for Satellite-Terrestrial Networks
[3] A Novel Navigation-Communication Integrated Waveform for LEO Network
[4] A Novel Preamble Design for 5G Enabled LEO Non-Terrestrial Networks
[5] A NTRU-Based Access Authentication Scheme for Satellite Terrestrial Integrated Network
[6] Adaptive and Cooperative Resource Scheduling for Satellite-Terrestrial Networks
[7] Adaptive Beam Pattern Selection and Resource Allocation for NOMA-Based LEO Satellite Systems
[8] Aerial Assistant: Safeguarding Ground-to-Satellite Communication Networks
[9] Age-Aware Task Scheduling Scheme in Hybrid GEO-LEO Satellite Networks
[10] Age-oriented Access Control in GEO/LEO Heterogeneous Network for Marine IoRT
[11] AI-Based Ground Station-as-a-Service for Optimal Cost-Latency Satellite Data Downloading
[12] CMOR can see more: Centralized Optical Routing in Multi-layer Space Networks
[13] Coherent Communications for Free Space Optical Low-Earth Orbit Downlinks
[14] Collaborative Computation Offloading and Resource Allocation in Satellite Edge Computing
[15] Computation Offloading and Energy Harvesting Schemes for Sum Rate Maximization in Space-Air-Ground Networks
[16] Content-Aware Routing based on Cached Content Prediction in Satellite Networks
[17] Deep Q Networks with Centralized Learning over LEO Satellite Networks in a 6G Cloud Environment
[18] Efficient Seamless Coverage of High Throughput Satellites with Irregular Coverage Shapes
[19] Enabling Ubiquitous and Efficient Data Delivery by LEO Satellites and Ground Station Networks
[20] FL-Task-aware Routing and Resource Reservation over Satellite Networks
[21] Intelligent Gateway Selection and User Scheduling in Non-Stationary Air-Ground Networks
[22] Joint Computation Offloading, UAV Trajectory, User Scheduling, and Resource Allocation in SAGIN
[23] Joint Subchannel Allocation and Beamforming for Multicast in Ultra-Dense LEO Backbone Network
[24] LISP-LEO: Location/Identity Separation-based Mobility Management for LEO Satellite Networks
[25] Load-Adaptive and Energy-Efficient Topology Control in LEO Mega-Constellation Networks
[26] LoS-Aware Handover Uplink NOMA Transmissions for Multi-Layer LEO Satellite Constellation
[27] Mega Satellite Constellations Analysis Regarding Handover: Can Constellation Scale Continue Growing?
[28] Multi-Group Multicast Beamforming in LEO Satellite Communications
[29] Non-Orthogonal Multicast and Unicast Robust Beamforming in Integrated Terrestrial-Satellite Networks
[30] Rate Splitting Multiple Access for Cognitive Radio GEO-LEO Co-Existing Satellite Networks
[31] Real-time Optimal Multibeam and Power Allocation in 5G Satellite–Terrestrial IoT Networks
[32] Sensor Deployment and Link Analysis in Satellite IoT Systems for Wildfire Detection
[33] SFC Enabled Data Delivery for Ultra-Dense LEO Satellite-Terrestrial Integrated Network
[34] Stackelberg Game Based Secure Transmission Strategy for Cognitive Satellite Terrestrial Networks
[35] Symbol Error Rate Analysis of Satellite Communication Systems with SAG-FSO/SH-FSO/RF Transmission
[36] The Converged Scheduling for Time Sensitive Mission in Satellite Formation Flying
[37] Towards Coverage-Aware Cooperative Video Caching in LEO Satellite Networks
[38] Towards Spatial Location Aided Fully-Distributed Dynamic Routing for LEO Satellite Networks
[39] TPT: A Scalable Traffic Path Tracking Scheme Using Improved Viterbi Algorithm in Satellite Internet
[40] ZTEI: Zero-Trust and Edge Intelligence Empowered Continuous Authentication for Satellite Networks
具体内容
[1] A Dynamic Multicast Tree Selection Algorithm in LEO Satellite Networks
作者：Ke-Jun Zheng; Jang-Ping Sheu
摘要：卫星网络是提供无处不在的网络服务访问的有前途的方式。但由于卫星的移动性，传统的路由方案无法直接适配星座。本文研究了卫星网络上多播路由的挑战。卫星的移动性使得地面用户的服务卫星随时间发生变化。在星座组播时，服务卫星的变化导致链路切换控制消息较多。最小化控制消息开销是NP-hard问题。因此，本文提出了一种称为动态多播树选择(DMTS)的基于动态规划的算法，以找到具有多项式时间复杂度的次优结果。此外，我们提出了一种称为LMBBSP和DMTS的树生成算法，以避免网络负载不平衡时的链路拥塞。仿真结果表明，我们提出的方案在链路切换和请求拒绝率方面优于基准方法。
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A Dynamic Multicast Tree Selection Algorithm in LEO Satellite Networks
[2] A New Batch Access Scheme with Global QoS Optimization for Satellite-Terrestrial Networks
作者：Xiangjun Li; Qimei Cui; Qiulin Xue; et al
摘要：增强型移动宽带、机器对机器和物联网不断增加的需求对5G通信构成了越来越大的威胁。与5G及更高版本集成的卫星对于实现全球覆盖、可靠和持续的服务访问以及蓬勃发展的低轨道卫星(LEO)星座至关重要。虽然以前的工作主要集中在农村或偏远地区，但轨道卫星均匀地覆盖了地面。然后，本文对大规模接入产生的城市热点中未服务或服务不足的用户感兴趣。针对星地链路的大时延和卫星的动态特性，提出星地协同、地理分散、区域集中的批量接入控制方案。提出了一种数据驱动的QoS指标响应度，以从网络的角度补充半在线批处理方案。它将LEO卫星对地面的下行接入控制与LEO卫星资源相结合，为响应度相对较高的用户提供辅助接入。我们将按需批量访问机制建模为由混合遗传算法解决的多维背包问题(MKP)。协作批处理机制共同压缩信令传输并减少可选功耗。仿真结果表明，与现有方法相比，新指标在频谱效率和全局OoS之间取得了更好的平衡。
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A New Batch Access Scheme with Global QoS Optimization for Satellite-Terrestrial Networks
[3] A Novel Navigation-Communication Integrated Waveform for LEO Network
作者：Mingyi Wang; Gongliang Liu; Ruofei Ma.; et al.
摘要：针对日益强烈的低轨导航增强需求，提出了一种用于低轨星座的新型导航和通信集成(NAVCOM)波形，可以同时进行通信和导航。将功率可控的Zadoff-Chu (ZC)序列叠加在频域的通信信号上作为定位信号。此外，可以使用时域相关检测(TDCD)和频域相位估计(FDPE)进行定位，以便从ZC序列的傅里叶不变性中获得更高的测距精度。分析了定位和通信部件之间的干扰，给出了测距误差的Cramer-Rao下限(CRLB)。性能评估表明，新型波形可以在不显着影响通信性能的情况下实现高精度定位。
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A Novel Navigation-Communication Integrated Waveform for LEO Network
[4] A Novel Preamble Design for 5G Enabled LEO Non-Terrestrial Networks
作者：Hua–Min Chen; Peng Wang; Sijia Li; et al.
摘要：本文提出了一种新颖的随机接入(RA)前导码格式，以支持支持5G NR的卫星系统，该系统是基于低地球轨道(LEO)的非地面网络(NTN)。考虑到传统的RA前导码设计由于卫星与地球终端距离较远，无法满足链路预算，还会导致PRACH检测错误或失败，或者上行同步时序估计错误。卫星与终端相对移动速度较大下的频率偏移也会增加PRACH（物理随机接入信道）的故障检测。因此，设计了一种新颖的RA前导码格式，即具有多个长度的Zadoff-Chu (ZC)序列。为了减少RA前导码的模糊估计，分析了所提出的前导码的对称传输。此外，提出了两种检测算法（算法1和算法2）来检测PRACH。仿真结果验证了所提出的RA前导码能够满足基于LEO的NTN性能要求。根据仿真结果，可以证明算法2在考虑定时误差和频率偏移的情况下更加稳健。
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A Novel Preamble Design for 5G Enabled LEO Non-Terrestrial Networks
[5] A NTRU-Based Access Authentication Scheme for Satellite Terrestrial Integrated Network
作者：Shanshan Wang; Guofeng Zhao; Chuan Xu; et al.
摘要：卫星地面综合网络(STIN)已经成为未来网络不可或缺的一部分。但是SGIN资源有限、通信时延长、通道暴露度高等特点容易受到网络攻击，使得接入认证方案成为网络安全的第一道防线。现有接入认证方案大多基于离散对数和大整数分解问题，无法抵抗量子攻击，实体间交互次数过多。为此，我们提出了一种基于格的轻量级无证书匿名访问认证方案来解决该问题。我们在密钥生成过程中引入数论研究单元(NTRU)方案，以提高设备资源的利用率，保证通信实体的合法性。性能评估结果表明，我们的方案只需两次星地交互即可完成相互认证。
链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10001544
[6] Adaptive and Cooperative Resource Scheduling for Satellite-Terrestrial Networks
作者：Yixin Wang; Di Zhou; Min Sheng; et al.
摘要：由卫星段和地面段组成的卫星地面网络（STN）被认为是6G的理想解决方案。高效的协作资源调度策略，包括卫星段协作进行数据中继和卫星段与地面段协作进行数据下载，对提高STN的系统性能起着举足轻重的作用。由于动态信道状况和能量馈送对网络状态有很大影响，协作资源调度应该适应未来的环境波动。在本文中，我们将STN中的协作资源调度问题建模为资源受限的马尔可夫决策过程(MDP)。考虑到卫星无法感知未来的环境状态，传统的静态优化方案是行不通的。因此，我们提出了一种基于深度强化学习(DRL)的协同存储中继资源调度算法(CSR-RSA)，其中利用星间链路与间歇性星地链路进行协调，以提高网络的传输性能。通过利用所提出的CSR-RSA，可以获得训练有素的神经网络，以在不知道未来环境状况的情况下生成自适应和协作的资源调度策略。与传统算法相比，仿真结果验证了所提算法的有效性。
链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10000848
[7] Adaptive Beam Pattern Selection and Resource Allocation for NOMA-Based LEO Satellite Systems
作者：Anyue Wang; Lei Lei; Xin Hu; et al.
摘要：低地球轨道(LEO)卫星系统是为未来集成LEO-6G网络提供宽覆盖区域宽带服务的有前途的解决方案之一，用户的需求随时间和地理位置而变化。具有固定波束模式和足迹规划的传统卫星可能无法满足这种动态要求和不规则的流量分布。随着具有波束成形能力的灵活卫星有效载荷的发展，具有灵活尺寸和形状的点波束被认为是该问题的潜在解决方案。作为早期调查，在本文中，我们考虑了卫星有效载荷配备多个波束模式的场景，并研究了最佳波束模式选择。我们利用LEO卫星系统中自适应波束模式和非正交多址接入(NOMA)之间的联合资源优化的潜在协同作用，其中NOMA用于减少波束内干扰，并采用灵活的波束模式来减轻卫星间干扰。制定的问题是最小化终端的容量需求差距，属于混合整数非凸规划(MINCP)。为了解决离散变量和非凸性问题，我们设计了一种联合方法来分配功率和选择波束模式。数值结果表明，与传统的正交多址接入(OMA)相比，所提出的方案实现了容量需求差距减少37.8%，与固定波束模式方案相比减少了42.5%。
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https://ieeexplore.ieee.org/document/10000986
[8] Aerial Assistant: Safeguarding Ground-to-Satellite Communication Networks
作者：Hao Wang; Qubeijian Wang; Wen Sun; et al.
摘要：地对星通信网络(G2SN)凸显了构建泛在无缝网络对下一代通信系统的重要意义。然而，在存在秘密窃听者的情况下，保护海量传输链路对G2SN提出了巨大挑战。在本文中，我们提出了一种空中辅助方案来保护G2SN中的合法传输，其中在地面用户和卫星之间部署了多个无人驾驶飞行器(UAV)。借助灵活的无人机和定向天线的方向性，构建的链路可以显着降低窃听风险，从而提高安全性。此外，为了评估G2SN的性能，我们引入了窃听概率和链路连接性作为指标。通过与非保护方案的比较，我们验证了我们的空中辅助方案的有效性。最后，我们通过揭示性能与其他参数（例如天线波束宽度、部署高度和无人机密度）之间的关系，对实际部署提出了有用的见解。
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Aerial Assistant: Safeguarding Ground-to-Satellite Communication Networks
[9] Age-Aware Task Scheduling Scheme in Hybrid GEO-LEO Satellite Networks
作者：Dongqing Li; Shaohua Wu; Jian Jiao; et al.
摘要：在本文中，我们考虑了远程物联网场景(IoRT)中新鲜度关键服务的任务调度问题。在IoRT场景中，网关从周围设备收集状态更新，然后做出调度决策，其中状态更新将卸载到特定卫星进行在轨处理。我们的目标是提出一种可以最小化系统信息年龄的任务调度方案。为此，我们使用有前途的混合地球同步地球轨道和低地球轨道（混合GEO-LEO）卫星网络，并设计一种年龄感知任务调度方案，以利用异构通信和处理资源。任务调度问题被认为是网关关联和资源管理问题之间的协作。为了应对这个复杂的问题，我们将其制定为最小峰值年龄的马尔可夫决策过程并将其分解为两个子问题，即具有固定网关关联索引的资源管理和网关关联的调度决策。利用凸优化算法得到最优的资源管理结果，利用深度强化学习网络得到最优的网关关联指标。广泛的模拟结果表明，所设计策略的峰值年龄比其他参考策略具有优势。
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Age-Aware Task Scheduling Scheme in Hybrid GEO-LEO Satellite Networks
[10] Age-oriented Access Control in GEO/LEO Heterogeneous Network for Marine IoRT
作者：Yi Cai; Shaohua Wu; Jiping Luo; et al.
摘要：卫星通信被认为是一种在偏远地区提供连接的有前途的技术，它为海洋远程物联网(IoRT)网络中的数据收集和传输创造了机会。卫星访问控制领域的现有研究大多集中在通信吞吐量和传输延迟上。然而，很少考虑信息的新鲜度和卫星网络的异构性。为此，我们首先提出了一个基于卫星的海洋IoRT系统，其中GEO/LEO异构网络被认为可以利用现有卫星系统的全部潜力，并引入信息时代(AoI)来表征新鲜度IoRT设备生成的状态更新信息。然后，制定了一个最优的面向年龄的访问控制问题，以长期保持信息的新鲜度。我们将这个非凸顺序决策问题转化为无模型马尔可夫决策过程(MDP)问题，并利用深度强化学习(DRL)框架解决它。仿真结果表明，所提出的策略在长期AoI性能方面明显优于最先进的策略。此外，所提出的策略可以做出合作接入决策，并在不同层的卫星之间获得极好的权衡。
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Age-oriented Access Control in GEO/LEO Heterogeneous Network for Marine IoRT
[11] AI-Based Ground Station-as-a-Service for Optimal Cost-Latency Satellite Data Downloading
作者：Gandhimathi Velusamy; Ricardo Lent
摘要：卫星技术的最新进展和空间数据即服务商业模式的引入吸引了人们对该平台在广泛应用中的使用兴趣，这些应用包括地球观测、5G集成、航空和海上跟踪与通信、资产跟踪、传感器数据收集等。在这种新情况下，不仅要根据货币成本选择地面站提供商，还要考虑具有普遍大气条件的下载功能，以实现高可靠性和低数据传输延迟。为此，认知空间网关方法用于在地面站即服务上下文中与多个提供商路由数据包，以在数据延迟和地面站货币成本之间找到合适的平衡点，尽可能利用站点多样性有空的时候。该方法使用NASA的高速延迟容忍网络(HDTN)进行了实验测试。
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AI-Based Ground Station-as-a-Service for Optimal Cost-Latency Satellite Data Downloading
[12] CMOR can see more: Centralized Optical Routing in Multi-layer Space Networks
作者：Rui Li; Baojun Lin; Yingchun Liu; et al.
摘要：随着激光通信和空间网络的激增，不断增加的通信请求、任务和流量负载给激光空间网络(LSN)的数据路由带来了新的挑战。现有的路由策略在单层网络上以分布式方式执行。但它们在高度动态的LSN中存在信息更新延迟的问题，会遇到激光链路不稳定和流量分布不均匀的问题。在本文中，我们首先提出了一种多层LSN架构。它由高轨卫星进行路由规划的路由层和低轨卫星进行数据传输的转发层组成。进一步设计了集中式多层光路由策略，即CMOR。期望根据路由层全局视图实时激光链路状态和转发层流量负载，提供数据转发方案。与单层分布式路由相比，大规模卫星仿真证明CMOR具有更低的丢包率和传输时延。
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https://ieeexplore.ieee.org/document/10001225
[13] Coherent Communications for Free Space Optical Low-Earth Orbit Downlinks
作者：Balázs Matuz; Ayman Zahr; Alexander Sauter
摘要：这项工作解决了从低地球轨道卫星到地面的相干自由空间光学下行链路的物理层设计问题。推导和评估可实现的信息速率，包括分集、整形、比特度量解码、重复编码和自动重复请求与最大比率组合的可用性。提出了一种接近1dB以内的理论限制的信道编码方案。自由空间光衰落信道的外部信息传递分析表明，针对加性高斯白噪声信道量身定制的代码设计对于具有各种参数的衰落信道具有鲁棒性。
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Coherent Communications for Free Space Optical Low-Earth Orbit Downlinks
[14] Collaborative Computation Offloading and Resource Allocation in Satellite Edge Computing
作者：Ruisong Wang; Weichen Zhu; Gongliang Liu; et al.
摘要：在本文中，我们通过允许计算任务由具有计算能力的多颗卫星执行来研究卫星边缘计算中的协同计算卸载方法。主要目的是优化资源分配以最小化网络的能量消耗，这被表述为非凸优化问题。为了有效地解决它，我们首先提供最优任务分配方案，然后基于替代优化方法将原始优化问题划分为两个子问题。虽然两个子问题仍然是非凸的，但我们可以应用逐次凸逼近的方法来处理它们，并设计一个迭代算法来解决它们。最后，仿真结果证明了我们提出的算法的优越性和有效性。
链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10000770
[15] Computation Offloading and Energy Harvesting Schemes for Sum Rate Maximization in Space-Air-Ground Networks
作者：Yongkang Gong; Haipeng Yao; Zehui Xiong; et al.
摘要：天空地(SAG)融合网络将在第六代(6G)移动网络中发挥重要作用，该网络将为多个地面物联网(IoT)设备提供全球覆盖、全连接和无所不在的智能服务。此外，大量计算任务可以由本地设备执行，也可以卸载到边缘服务器，例如低轨道卫星、高空平台(HAP)和远程基站。然而，由于大规模的状态空间、时变网络场景和有限的电池容量，联合计算和通信资源分配解决方案变得越来越具有挑战性。在本文中，我们提出了一种SAG集成的三层异构网络模型，以最大化地面物联网设备的总速率，进一步增强通信和计算资源的深度集成。此外，我们开发了一种Lyapunov辅助多代理近端策略优化算法来处理任务调度、HAP选择、电池收集和CPU循环频率优化。广泛的仿真结果证实，与最先进的基线相比，所提出的方法在剩余电池容量、能耗和最大平均总和率方面具有优越的性能增益。
链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10001418
[16] Content-Aware Routing based on Cached Content Prediction in Satellite Networks
作者：Jin Tang; Jian Li; Lan Zhang; et al.
摘要：作为对地面蜂窝网络（如5G/6G）的有前途的补充，卫星网络最近受到越来越多的关注。然而，面对用户对多媒体内容需求快速增长的挑战，如何在动态环境中实现高效的数据传输成为一个关键而又棘手的问题。为了从路由的角度提供有效的解决方案，在本文中，我们考虑了以信息为中心的网络体系结构并提出了一种内容感知路由方案。所提出的路由方案的基本思想是利用启用缓存的卫星上的缓存内容，找到具有最大净收益的最佳路由解决方案，即减少多少延迟。考虑到卫星网络中周期性信令收集的局限性，我们还设计了缓存内容预测模型，该模型可以根据内容的历史流行度信息推断出某个内容被缓存的概率，为衡量净收益提供必要的信息。广泛的仿真结果表明，所提出的内容感知路由方案优于传统路由方案，在内容检索延迟和流量消耗方面减少了20%。
链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10001143
[17] Deep Q Networks with Centralized Learning over LEO Satellite Networks in a 6G Cloud Environment
作者：Tiago Koketsu Rodrigues; Nei Kato
摘要：借助6G网络，我们可以期待更多设备开始在远离传统网络基础设施的偏远地区运行。随着设备数量的增加，我们也应该看到更多需要处理和分析的数据。对这种情况的适当反应是使用卫星网络连接远程设备，并将它们生成的大数据传输到云服务器中，通过机器学习模型进行分析。然而，虽然这是一个很好的数据分析解决方案，但它可能会遇到在卫星网络有限信道中传输时间长而造成的瓶颈。在本文中，我们将对这种服务模型进行建模和分析，从而确定卫星网络集中学习的局限性。这项研究设法确定何时使用远程设备进行集中学习是一种可行的解决方案，以及何时由于长传输和过载的通信通道导致的性能不佳而需要其他技术作为补充。
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Deep Q Networks with Centralized Learning over LEO Satellite Networks in a 6G Cloud Environment
[18] Efficient Seamless Coverage of High Throughput Satellites with Irregular Coverage Shapes
作者：Jinlong Hu; Menghua Cao; Yiqing Zhou; et al.
摘要：高吞吐量卫星(HTS)具有覆盖面广的特点，被认为是天空地一体化网络(SAGIN)实现全球覆盖的有效延伸和补充。与目前关于HTS无缝覆盖的文献认为多点波束覆盖区域的形状是规则的不同，本文考虑了一个实用的HTS系统，其中讨论了具有不规则覆盖区域的多点波束，以及HTS的局限性考虑了点波束资源和覆盖重叠。为了实现HTS的高效无缝覆盖，提出了一种基于网格划分的多点波束足迹规划(GD-MBFP)方案，在给定最大覆盖重叠率的情况下，旨在最小化点波束的数量。同时，针对GD-MBFP方案，提出了一种基于网格划分的单点波束覆盖计算(GD-SBCC)方法，以准确获取点波束的不规则覆盖区域。数值结果验证了所提出的GD-MBFP方案的有效性。给定最大覆盖重叠率ηmax=30%，所提出的GD-MBFP方案实现无缝覆盖的点波束数量仅为蜂窝波束足迹规划(CBFP)方案实现无缝覆盖的37.9%。同时，采用所提出的GD-MBFP方案的UT的平均SINR是采用CBFP方案的1.58倍。提出的GD-MBFP方案的点波束平均吞吐量比CBFP方案提高了30.4%。
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Efficient Seamless Coverage of High Throughput Satellites with Irregular Coverage Shapes
[19] Enabling Ubiquitous and Efficient Data Delivery by LEO Satellites and Ground Station Networks
作者：Weisen Liu; Qian Wu; Zeqi Lai; et al.
摘要：新兴的低地球轨道(LEO)卫星和地理分布式地面站网络可以帮助在全球范围内实现普遍有效的互联网数据传输。然而，虽然很有前途，但入口卫星选择(ISS)和星间路由(ISR)的不当集成可能会导致传播延迟显着增加和网络利用率降低。在本文中，我们提出了AeroPath，这是一种地面站驱动的数据传输架构，可在保持低延迟的同时实现高吞吐量数据传输。具体来说，为了实现传输效率，地理分布式地面站与ISR协作独立调度地面-卫星链路上的流量，并协同选择星间路径以避免不同地面站之间的带宽竞争。最后，我们通过由现实星座信息驱动的广泛模拟来评估AeroPath的有效性。评估结果表明，在最先进的星座模式下，AeroPath在平均系统吞吐量和地面站利用率方面分别比其他方法提高了24.1%和18.5%。
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https://ieeexplore.ieee.org/document/10001411
[20] FL-Task-aware Routing and Resource Reservation over Satellite Networks
作者：Peng Wang; Hongyan Li; Binbin Chen
摘要：使用异步地面辅助联邦学习(FL)的地球观测卫星可以避免将大量原始图像数据传输到地面。然而，目前的FL方法仅使用卫星到地面站的链路，导致模型参数传输的长时间延迟。减少延迟的一个有前途的方向是使用星间链路。我们发现地面辅助异步FL需要卫星将其模型参数的所有数据发送到地面，然后地面站才能开始更新模型。这一新功能阻止了当前的路由算法（例如CGR）的应用。因此，我们提出了一种FL任务感知路由和资源预留(FLRRS)方案来优化FL模型参数传输的延迟。首先，我们将问题表述为整数线性规划(ILP)问题，该问题是非凸的且难以处理。为此，我们增强了存储时间聚合图对卫星网络计算、存储和传输资源的建模，并提出了一种基于图的路由和资源预留算法。基于真实世界卫星网络的数值模拟表明，FLRRS的运行速度比CVXPY求解器快得多。此外，与当前的路由算法相比，FLRRS还显着改善了平均延迟和完成任务的数量。
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FL-Task-aware Routing and Resource Reservation over Satellite Networks
[21] Intelligent Gateway Selection and User Scheduling in Non-Stationary Air-Ground Networks
作者：Youkun Peng; Gang Feng; Fengsheng Wei; et al.
摘要：天空地一体化网络(SAGIN)具有空间、空中和地面多层，已成为一种有前途的技术，可以提高移动用户的覆盖范围和服务质量(QoS)。由于SAGIN中不同层的非同质接入技术，联合网关选择和用户调度(GSUS)对提高QoS和系统性能起着至关重要的作用。然而，移动的空中接入点导致高度动态的层间链路，并且在解决GSUS问题时捕获动态具有挑战性。在本文中，我们采用非平稳马尔可夫决策过程(MDP)公式在动态SAGIN中做出智能GSUS决策。不幸的是，传统的强化学习(RL)不适用于解决非平稳MDP问题。为此，我们使用动态参数马尔可夫决策过程(DP-MDP)将非平稳MDP分解为一系列静止MDP，然后使用潜在参数对其进行编码，以促进相似MDP之间的策略传递。最后，GSUS问题通过使用包括表示学习和RL的在线学习框架来解决。仿真结果表明，所提出的框架在网络吞吐量和丢包率方面优于已知的基准方案。
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Intelligent Gateway Selection and User Scheduling in Non-Stationary Air-Ground Networks
[22] Joint Computation Offloading, UAV Trajectory, User Scheduling, and Resource Allocation in SAGIN
作者：Minh Dat Nguyen; Long Bao Le; André Girard
摘要：在本文中，我们研究了空地一体化网络(SAGIN)中的计算卸载问题，其中对部分计算卸载、无人机(UAV)轨迹控制、用户调度、计算和资源分配进行了联合优化。具体而言，所考虑的SAGIN采用多个无人机安装的边缘服务器，无人机轨迹可控，地面用户(GU)可以通过多跳低地球轨道(LEO)卫星通信到达云服务器。该设计旨在最小化GU和UAV的加权能耗，同时满足底层计算任务的最大延迟约束。为了解决底层的非凸混合整数非线性优化问题，我们使用交替优化方法迭代解决五个子问题，即用户调度、部分卸载控制和时隙比特分配、计算资源、带宽分配、和多无人机轨迹控制直到收敛。此外，采用逐次凸近似(SCA)方法凸化求解非凸带宽分配和无人机轨迹控制子问题。通过广泛的数值研究，我们说明了我们提出的设计与不同网络设置下的基线相比的有效性。
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Joint Computation Offloading, UAV Trajectory, User Scheduling, and Resource Allocation in SAGIN
[23] Joint Subchannel Allocation and Beamforming for Multicast in Ultra-Dense LEO Backbone Network
作者：Ting Ma; Bo Qian; Xiaohan Qin; et al.
摘要：如今，超密集低地球轨道(LEO)卫星网络已成为下一代移动通信网络中有前途的范例。随着以内容为中心的通信的发展，组播技术也备受关注。在本文中，我们考虑了超密集LEO卫星网络中的下行链路多播传输。多个LEO卫星为其覆盖范围内的多个地面用户(GU)组提供多播服务，其中每个GU组请求相同的内容。为了提高多播性能，我们提出了一种最优子信道分配和波束成形方案，以最大化GU的系统最大最小公平(MMF)容量。通过利用多对多匹配模型，我们获得了最优的子信道分配方案，并且我们提出了一种基于逐次凸逼近(SCA)的算法用于匹配过程中的下行链路波束形成。多对多匹配算法在有限迭代后收敛到稳定解。仿真结果表明，与其他基线方案相比，所提出的子信道分配和波束形成方法具有优越性和有效性。
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Joint Subchannel Allocation and Beamforming for Multicast in Ultra-Dense LEO Backbone Network
[24] LISP-LEO: Location/Identity Separation-based Mobility Management for LEO Satellite Networks
作者：Jun Hu; Tian Pan; Yujie Chen; et al.
摘要：在天地一体化网络中，LEO卫星与地面终端之间的相对运动不可避免，会触发终端IP地址的重新分配，中断正在进行的TCP连接。传统的移动IP协议可以通过使用家乡代理和隧道机制来解决这个问题。然而，对于天地一体化网络，移动IP效率低下，因为它引入了(1)向远程家乡代理注册时增加的延迟，(2)由于注册延迟大导致的高数据包丢失，(3)到远程家乡的三角路由代理人。为了解决上述问题，我们提出了LISP-LEO，一种用于LEO卫星网络的基于位置/身份分离的移动性管理协议。具体来说，（1）我们将地球表面划分为分区，并根据卫星运动的规律实时维护一个分区-卫星映射表，（2）我们始终通过查询分区将流量路由到目标终端上方的卫星-卫星映射表，它消除了三角路由和相关的性能开销，（3）我们通过提出最后一跳中继来处理多颗卫星出现在目的地终端上方的极端情况。评估结果表明，对于LEO-48星座，与移动IP相比，LISP-LEO在最差路由情况下的RTT减少了55.0%，转发跳数减少了45.8%。
链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10001352
[25] Load-Adaptive and Energy-Efficient Topology Control in LEO Mega-Constellation Networks
作者：Long Chen; Feilong Tang; Linghe Kong; et al.
摘要：近地轨道(LEO)巨型星座网络通过提供低延迟和高速通信，正在成为未来六代(6G)架构不可或缺的基础设施。因此，必须以高能效自适应地控制由数千颗配备寿命有限电池的卫星组成的拓扑结构。然而，现有工作缺乏能源效率和负载适应的共同考虑。在本文中，我们首先提出了视线条件来确定候选ISL集。接下来，我们对LEO巨型星座网络的能耗进行建模。沿着这个方向，我们制定了LEO巨型星座网络中的负载自适应和节能(LAEE)拓扑控制问题，并证明了其NP难。最后，我们提出了基于摊销能量的拓扑控制(AETC)算法来解决LAEE问题，它对波动负载有很好的适应性，并保证任意两颗卫星之间的连通性。大量仿真结果表明，AETC算法在能耗方面优于相关方案，并具有良好的拓扑稳定性。
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Load-Adaptive and Energy-Efficient Topology Control in LEO Mega-Constellation Networks
[26] LoS-Aware Handover Uplink NOMA Transmissions for Multi-Layer LEO Satellite Constellation
作者：Qifan Hu; Jian Jiao; Shaohua Wu; et al.
摘要：巨型低地球轨道(LEO)高吞吐量卫星(HTS)星座被工业界和学术界视为下一代移动通信系统最重要的发展转变之一。考虑到LEO HTS的短视距(LoS)链路持续时间和高动态拓扑，我们提出了一种用于多层LEO HTS星座的切换上行链路非正交多址接入(Hu-NOMA)传输方案。首先，我们制定了一个实用的双层LEO HTS星座，其中高层LEO HTS具有更长的LoS链路持续时间但并不总是可见，而下层LEO HTS具有更短的LoS链路持续时间并且可以持续支持上行链路通过频繁切换传输。然后，我们推导出NOMA和正交多址接入(OMA)方案的遍历容量(EC)和中断概率(OP)的封闭式表达式。此外，我们提出了一种改进的遍历容量(IEC) NOMA算法，地面用户设备(UE)可以根据其指数分布的随机服务时间执行我们的IEC Hu-NOMA传输，可以获得更高的EC，并且与传统的OMA方案，但减少了一半的传输时隙。仿真结果验证了我们理论推导的准确性，并表明我们的IEC Hu-NOMA可以优于最先进的方案。
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LoS-Aware Handover Uplink NOMA Transmissions for Multi-Layer LEO Satellite Constellation
[27] Mega Satellite Constellations Analysis Regarding Handover: Can Constellation Scale Continue Growing?
作者：Sijing Ji; Di Zhou; Min Sheng; et al.
摘要：当前低地球轨道(LEO)卫星网络中的卫星数量持续增长，形成了巨型LEO卫星星座(MLSC)。这种大规模组网有效地提高了网络覆盖和容量。然而，更密集的卫星部署给卫星切换带来了更严峻的挑战，例如频繁切换，在考虑固有切换失败时会成倍降低系统性能（例如服务成功概率（PSS））。为了保证业务的连续性，本文重点研究了无缝覆盖下星座规模与切换次数的关系。具体来说，我们首先进行空间几何分析和概率分析，推导出MLSC无缝覆盖的三个新条件。然后，我们分析了在给定的星座尺度下切换时间和卫星覆盖持续时间之间的权衡关系。此外，我们构建了星座规模、切换时间和PSS之间的数学关系，表明了星座规模和系统性能之间的权衡。分析有效指导了根据系统性能要求设计或调整星座规模、卫星高度、卫星覆盖角、切换策略等，对MLSC系统设计和未来研究具有重要的理论价值。
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Mega Satellite Constellations Analysis Regarding Handover: Can Constellation Scale Continue Growing?
[28] Multi-Group Multicast Beamforming in LEO Satellite Communications
作者：Dapeng Wu; Chen Qin; Yaping Cui; et al.
摘要：本文研究了多波束低地球轨道(LEO)卫星通信(SATCOM)系统中的用户分组和波束形成设计。为了以有限数量的波束服务大量用户终端(UT)并提高系统性能，我们制定了加权和速率(WSR)最大化问题，该问题受UT分组、卫星总功率和最小值的约束UT的速率要求。为了解决这个问题，我们提出了一种多组多波束成形(MGMBF)方案。在该方案中，首先基于信道相关系数对所有UT进行自适应分组。此外，确定波束中心以确保覆盖所有UT。在UT分组后，引入松弛变量将波束形成设计转换为凸差分(DC)规划问题。此外，提出了一种迭代算法来解决基于凸凹过程(CCP)的问题，其中通过求解凸子问题联合更新波束形成向量和松弛变量。仿真结果表明，与MBIM算法相比，MGMBF方案的WSR提高了25.1%，验证了所提方案的显着优势。
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Multi-Group Multicast Beamforming in LEO Satellite Communications
[29] Non-Orthogonal Multicast and Unicast Robust Beamforming in Integrated Terrestrial-Satellite Networks
作者：Deyi Peng; Stavros Domouchtsidis; Symeon Chatzinotas; et al.
摘要：本文研究了当发射机(CSIT)的信道状态信息不完善时，综合地面和卫星网络(ITSN)的非正交组播和单播协调波束形成设计。为了减轻同时多播和单播链路以及用于集成地面和卫星传输的频谱共存机制引起的干扰，我们考虑双层分层复用(LDM)结构，其中提供多播和单播服务不同的层。我们制定了协调波束成形问题，目标是在个人服务质量(QoS)约束下最小化传输功率。针对发射功率最小化问题的未知凸性，利用S过程和半定松弛(SDR)方法，将原来的不可行优化转化为具有线性矩阵不等式(LMI)的确定性优化形式。然后，我们引入惩罚函数并提出一种保证收敛的迭代算法以获得最优解。仿真结果证明了所提出的协调波束形成方案的优越性，特别是对于不完善的CSIT的情况，而我们基于LDM的协调波束形成方案在和速率方面明显优于传统方案。
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https://ieeexplore.ieee.org/document/10000878
[30] Rate Splitting Multiple Access for Cognitive Radio GEO-LEO Co-Existing Satellite Networks
作者：Wali Ullah Khan; Zain Ali; Eva Lagunas; et al.
摘要：低地球轨道(LEO)卫星通信最近因其高数据速率服务和低往返延迟而受到特别关注。发射成本低，覆盖全球。然而，频谱稀缺可能是低轨卫星发展面临的关键挑战之一，严重制约了地空一体化网络的发展。为了解决这个问题，我们提出了用于认知无线电(CR)启用的非地球静止轨道(GEO)-LEO共存卫星网络的速率拆分多址(RSMA)。特别是，这项工作旨在通过同时优化LEO卫星通信的功率分配和子载波波束分配，同时限制对GEO卫星用户的干扰温度来最大化系统的总速率。和速率最大化问题被表述为非凸的，并且难以获得全局最优解。因此，我们首先采用逐次凸逼近技术来降低复杂度并使问题更易于处理。然后对于功率分配，我们利用Karush-Kuhn-Tucker (KKT)条件并采用基于贪婪方法的高效算法进行子载波波束分配。我们还提出了两种以固定功率分配和随机子载波波束分配为基准的次优方案。结果表明，与基准方案相比，拟议方案具有优势。
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Rate Splitting Multiple Access for Cognitive Radio GEO-LEO Co-Existing Satellite Networks
[31] Real-time Optimal Multibeam and Power Allocation in 5G Satellite–Terrestrial IoT Networks
作者：Trung Q. Duong; Long D. Nguyen; Tinh T. Bui; et al.
摘要：在本文中，我们为支持卫星的物联网(IoT)网络提出联合大规模资源分配和优化多波束设计。为了克服卫星通信中的长延迟问题，提出了一种新的游戏优化框架，该框架在实时场景中得到解决。首先，物联网设备使用联盟博弈进行聚类，该博弈旨在同时考虑传输时间最小化和信道增益最大化。然后，使用非常低复杂度的二分搜索来最大化封闭式功率分配中的网络能量效率。数值结果证明，我们的方法优于传统方法，适用于具有实时物联网场景的大规模网络。
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https://ieeexplore.ieee.org/document/10001491
[32] Sensor Deployment and Link Analysis in Satellite IoT Systems for Wildfire Detection
作者：How-Hang Liu; Ronald Y. Chang; Yi-Ying Chen; et al.
摘要：气候变化已被确定为对人类文明和可持续发展的最严重威胁之一。产生大量碳排放的野火既是气候变化的驱动因素，也是气候变化的结果。早期和及时的野火探测系统可以将火灾限制在短期和小型火灾中，并显着减少碳排放。在本文中，我们建议利用卫星无处不在的全球覆盖范围，使用地面传感器部署和卫星物联网(loT)技术进行野火检测。我们首先基于火灾点火和检测模型制定最佳物联网传感器放置策略。然后，我们分析了窄带物联网(NB-IoT)无线电接口下的上行链路卫星通信预算和野火检测所需的带宽。最后，我们对加州野火数据库进行模拟，并通过考虑碳减排量和传感器/带宽成本来量化潜在的经济效益。
链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10001073
[33] SFC Enabled Data Delivery for Ultra-Dense LEO Satellite-Terrestrial Integrated Network
作者：Xiaohan Qin; Ting Ma; Zhixuan Tang; et al.
摘要：最近，发展迅速的巨型低地球轨道(LEO)卫星星座在与地面网络合作提供无缝全球连接和高速数据速率服务方面显示出巨大潜力。然而，物理资源的异构性和服务需求的多样性对在超密集低轨卫星地面综合网络(LTIN)中以高效方式提供服务提出了挑战。在实现业务交付时，业务数据一般需要进行一系列的机载处理，然后下载到地面网络以供进一步应用。在本文中，我们引入了服务功能链(SFC)一系列网络功能，以处理船上数据，并在LTIN中提出了一种高效的多服务交付方案，以最大限度地减少总交付完成时间。考虑到多个SFC之间的异构资源共享和竞争，我们将该问题表述为非合作博弈，并进一步证明为加权潜在博弈。我们设计了一种具有快速收敛性的改进响应(IR)算法和一种自适应游戏(AP)算法来找到最佳纳什均衡(NE)。大量的仿真结果验证了所提出算法的收敛性和有效性。
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SFC Enabled Data Delivery for Ultra-Dense LEO Satellite-Terrestrial Integrated Network
[34] Stackelberg Game Based Secure Transmission Strategy for Cognitive Satellite Terrestrial Networks
作者：Xiting Wen; Yuhan Ruan; Yongzhao Li; et al.
摘要：最近，认知卫星地面网络(CSTN)中的安全传输受到了广泛关注，其中利用来自地面网络的干扰来增强卫星网络的安全性，前提是这两个网络共享频谱。在现有文献中，假设卫星和地面网络自然愿意相互合作以提高整个CSTN系统的性能。然而，这两个网络在实践中一般属于不同的主管部门，如果自身利益受到损害，则不会合作。从这个角度出发，我们为CSTN提出了一种基于Stackelberg博弈的安全传输策略来激励合作，其中卫星网络充当领导者，地面网络充当跟随者。具体来说，我们将卫星网络的效用函数建模为地面网络辅助的保密率。此外，地面网络的效用函数被建模为其获得的传输速率减去总传输能量的成本。在此基础上，我们采用逆向归纳法确定Stackelberg均衡，从中卫星和地面网络的效用都最大化。最后，给出了仿真结果来验证我们的理论结果。
链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10001151
[35] Symbol Error Rate Analysis of Satellite Communication Systems with SAG-FSO/SH-FSO/RF Transmission
作者：Ramy Samy; Hong-Chuan Yang; Tamer Rakia; et al.
摘要：卫星通信(Satcom)社区正在探索免许可光谱，以经济高效的方式支持不断增长的流量需求。然而，自由空间光(FSO)通信容易受到大气湍流、指向错误和天气影响的影响。天空地(SAG) FSO传输和混合单跳(SH) FSO/射频(RF)传输是提高FSO链路性能的有前途的解决方案，可以集成到卫星通信系统中。在这项工作中，我们对由此产生的集成SAG-FSO/SH-FSO/RF卫星通信系统进行了全面的错误率分析，其中Gamma-Gamma和莱斯分布分别用于表征FSO和RF链路。精确的解析表达式是通过蒙特卡洛模拟导出和验证的。数值结果突出了集成SAG-FSO/SH-FSO/RF卫星通信系统相对于现有解决方案的巨大潜力。
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https://ieeexplore.ieee.org/document/10000929
[36] The Converged Scheduling for Time Sensitive Mission in Satellite Formation Flying
作者：Yuan Xing; Guofeng Zhao; Chuan Xu; et al.
摘要：搭载功能载荷的卫星编队飞行可以通过星内有线和星间无线通信系统的协作，为时间敏感的任务提供灵活、实时的服务。然而，有线和无线调度机制的差异会增加卫星转发时延的不稳定性。为了解决这个问题，我们提出了一种有线和无线融合的调度方案。首先，我们分别构建了描述星间链路的传输速率和时分多址调度模型，以及描述有线链路的IEEE 802.1Qbv调度模型。其次，分析分组在不同时隙中的位置对转发时延的影响，对收敛调度与转发时延之间的关系进行建模。最后，我们将收敛调度问题表述为抖动最小的零一规划问题，并采用遗传禁忌搜索算法对其进行求解。仿真结果表明延迟降低了20%，抖动不高于40μs。
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The Converged Scheduling for Time Sensitive Mission in Satellite Formation Flying
[37] Towards Coverage-Aware Cooperative Video Caching in LEO Satellite Networks
作者：Ruili Zhao; Yongyi Ran; Jiangtao Luo; et al.
摘要：由于互联网社交媒体平台的快速发展，短视频分享等视频服务呈现爆发式增长。缓存卫星上的视频片段，有效缩短服务时延，加快视频分享，尤其是对于没有地面互联网接入的用户。然而，将什么视频放在哪里以及如何及时更换绝非易事，需要仔细考虑许多因素，例如卫星覆盖、视频流行度和有限的缓存资源。在本文中，我们提出了一种覆盖感知协作视频缓存算法(CACVC)，该算法考虑了覆盖区域中视频的普遍性和相邻卫星之间的协作。在CACVC中，我们将视频的缓存放置问题建模为部分可观察马尔可夫决策过程(POMDP)，以优化接入卫星、相邻卫星或地面站提供的视频服务延迟。我们利用具有集中训练和分布式执行范例的多代理深度确定性策略梯度(MADDPG)算法推导出最佳缓存策略。仿真结果表明，缓存命中率可提高4%~18%，平均服务延迟可降低1%~14%。
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Towards Coverage-Aware Cooperative Video Caching in LEO Satellite Networks
[38] Towards Spatial Location Aided Fully-Distributed Dynamic Routing for LEO Satellite Networks
作者：Guoliang Xu; Yanyun Zhao; Yongyi Ran; et al.
摘要：由于低地球轨道(LEO)卫星具有极高的移动速度和有限的组网资源，设计动态路由已成为提高卫星通信性能的有前途的方法。由于星座内的数百颗卫星以及每颗卫星的复杂属性，传统的基于集中范式推导的路由策略面临着越来越复杂的挑战。为了解决这些问题，本文提出了一种基于深度强化学习的全分布式路由算法，共同优化排队延迟和传播延迟。每颗卫星根据周围节点的空间位置和队列长度建立部分可观测马尔可夫决策过程(POMDP)模型，通过计算相邻卫星与目的卫星之间的估计剩余传播延迟来自适应选择下一跳。仿真分析表明，我们提出的方法具有巨大的优势和有效性。
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Towards Spatial Location Aided Fully-Distributed Dynamic Routing for LEO Satellite Networks
[39] TPT: A Scalable Traffic Path Tracking Scheme Using Improved Viterbi Algorithm in Satellite Internet
作者：Wei Guo; Jin Xu; Yukui Pei; et al.
摘要：卫星互联网(SI)是6G的重要组成部分，是未来地面互联网的有效补充。由于其处理能力和带宽相对有限，分布式拒绝服务(DDoS)攻击可能会造成重大损失。此外，由于SI在支持各种应用时不断变化的拓扑规模，也增加了防御的复杂性和难度。因此，必须在不同尺度上保持高精度的路径跟踪，以实现边界保护。然而，标记率限制了传统的数据包标记方法，导致拓扑扩展时跟踪精度下降。因此，我们提出了一种可扩展的流量路径跟踪(TPT)方案。首先，通过改进多维流量特征消化方法，实现对全网恶意流量的轻量级描述。其次，基于网络拓扑和攻击场景的隐马尔可夫模型建模得到节点的连接关系稀疏矩阵。这些生成了传统维特比算法的观测概率矩阵B和转移概率矩阵A。最后，我们通过添加次大概率值的索引矩阵来优化维特比算法以消除跟踪循环，从而实现对不同尺度拓扑的高跟踪精度。Keysight Ixia平台用于在实验中生成恶意流量。结果表明，该方案可以在不同规模的拓扑结构中对各种DDoS攻击保持99%以上的跟踪精度，比现有方法更加准确和可扩展。
链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10001063
[40] ZTEI: Zero-Trust and Edge Intelligence Empowered Continuous Authentication for Satellite Networks
作者：Peiyu Fu; Jun Wu; Xi Lin; et al.
摘要：卫星通信技术与地面基础设施的融合导致覆盖全球的网络服务空前增加。卫星网络快速增长的主要影响是内外部系统之间更广泛的数据交换和业务交互，使得网络边界变得模糊甚至消失。因此，传统的基于划分网络边界的被动安全机制无法提供足够的保护。为了解决这个问题，在本文中，我们提出了一种零信任和边缘智能(ZTEI)支持的卫星网络连续身份验证。我们为卫星网络构建改进的零信任架构(ZTA)，将传统的零信任概念扩展到关注主体、客体、环境、行为和物理实体的多维零信任。然后，我们在所提出的零信任架构中提出了一个连续的身份验证方案，通过在整个请求生命周期中定期监视和重新评估变量属性来实现主动和连续的身份验证。此外，在该方案中，我们还设计了一种基于神经支持决策树(NBDTs)的边缘智能算法来提高身份验证的准确性。最后，我们构建了一个测试平台来评估所提出架构的性能。与传统零信任架构下的基于属性的访问控制(ABAC)相比，我们提出的架构可以将动态非法请求的认证准确率提高约27%。此外，根据标准的网络性能评估标准，我们的方案造成的处理性能损失也在可接受范围内。
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ZTEI: Zero-Trust and Edge Intelligence Empowered Continuous Authentication for Satellite Networks
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发表于 2023-1-18 19:17:19