Distance-Based Back-Pressure Routing for Load-Balancing LEO Satellite Networks

计算机科学 计算机网络 负载平衡(电力) 网络延迟 网络拓扑 分布式计算 布线(电子设计自动化) 传输延迟 地理 大地测量学 网络数据包 网格
作者
Xia Deng,Le Chang,Shouyuan Zeng,Lin Cai,Jianping Pan
出处
期刊:IEEE Transactions on Vehicular Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:72 (1): 1240-1253 被引量:12
标识
DOI:10.1109/tvt.2022.3206616
摘要

Featuring wide coverage and high data rate, LEO satellite networks will be an important supplement to the traditional terrestrial networks, enabling the space-air-ground integrated network service. However, effective load balancing routing strategies for LEO satellite networks need to be designed, due to the bursty characteristic of the network traffic and imbalanced regional communication load. To achieve that, we propose a Distance-based Back-Pressure Routing (DBPR) strategy for LEO satellite networks. DBPR calculates the link weights based on a novel distance-based metric, which can select uncongested short-distance paths to the destinations and distribute network traffic dynamically with low delay. To control the number of forwardings in the network, we restrict the transmission range to a rectangle region between each source-destination pair. We design DBPR in the distributed fashion without collecting the global network load information, which is suitable for LEO satellite networks with limited resources, long propagation delay, dynamic topology, etc. We analyze the network stability and prove the throughput optimality of DBPR. Simulation results demonstrate that DBPR can achieve higher throughput and lower delay, compared with the state-of-the-art strategies, especially in the environments with limited cache resource.
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