software-defined satellite network, control link, cross layer optimization, power-efficient control link algorithmThe low earth orbit (LEO) satellite network can benefit from software-defined networking (SDN) by lightening forwarding devices and improving service diversity. In order to apply SDN into the network, however, reliable SDN control links should be associated from satellite gateways to satellites, with the wireless and mobile properties of the network taken into account. Since these characteristics affect both control link association and gateway power allocation, we define this new cross layer problem as an SDN control link problem. The problem is discussed from the viewpoint of multilayers such as automatic repeat request (ARQ) and gateway power allocation at the Link layer, and split transmit control protocol (TCP) and link scheduling at the Transport layer. A centralized SDN control framework constrained by maximum total power is introduced to enhance gateway power efficiency for control link setup. Based on the power control analysis of the problem, a power-efficient control link algorithm is developed, which establishes low latency control links with reduced power consumption. Along with the sensitivity analysis of the proposed control link algorithm, numerical results demonstrate low latency and high reliability of control links established by the algorithm, ultimately suggesting the feasibility, both technical and economical, of the software-defined LEO satellite network.open1. INTRODUCTION 1
1.1 Software-Defined Satellite Network 1
1.2 Wireless SDN Control Link Problem Statement 4
1.3 Contributions and Overview of Theses 5
1.4 Related Works 6
2. MODELING AND FORMULATION 8
2.1 Control Link Association 8
2.1.1 Graph Model 8
2.1.2 ARQ and Split TCP 9
2.1.3 Link Association Variable 10
2.2 Control Link Reliability and Expected Latency Formulation 12
2.2.1 Control Link Reliability and Gateway Power 12
2.2.2 Expected Latency Formulation 13
2.3 SDN Control Link Problem 16
2.3.1 Expected Latency Minimization Problem 16
2.3.2 Power-Efficient SDN Control Link Problem 17
3. SDN CONTROL LINK ALGORITHM 22
4. NUMERICAL RESULTS AND ANALYSIS 25
4.1 Latency Analysis and Feasibility of the Software-Defined Satellite Network 27
4.2 Sensitivity Analysis and Selection of the Maximum Total Power 33
5. CONCLUSION 37
APPENDIX 38
REFERENCES 40저궤도(LEO) 위성 네트워크는 데이터 전달 장치를 간소화하고 서비스 다양성을 향상시키는 등, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)로부터 다양한 이점을 얻을 수 있다. 그러나 SDN을 위성 네트워크에 적용하기 위해서는, 신뢰성 있는 SDN 제어 링크가 위성 게이트웨이로부터 위성까지 연결되어야 하며, 위성 네트워크의 무선 특성과 이동성이 동시에 고려되어야 한다. 이러한 특성들은 제어 링크 연결과 게이트웨이 전력 할당 모두에 영향을 미치기 때문에, 우리는 이러한 교차 계층 문제를 SDN 제어 링크 문제로 새롭게 정의한다. 이 문제는 전송 계층의 자동 재전송 요구(ARQ) 및 전송 제어 프로토콜(TCP), 네트워크 계층의 라우팅, 물리 계층의 전력 할당과 같은 다중 계층의 관점에서 논의된다. 본 논문에서는 제어 링크 설정에 필요한 게이트웨이 전력 효율을 높이기 위해 최대 총 전력을 제한하는 중앙집권화 SDN 제어 프레임워크를 도입한다. 제안된 문제에 대한 전력 할당 분석을 기반으로, 전력 소비가 적으면서도 지연이 적은 제어 링크를 연결하는 전력 효율적인 제어 링크 알고리즘이 제안된다. 제안된 제어 링크 알고리즘의 민감도 분석과 함께, 시뮬레이션 결과는 알고리즘에 의해 설정되는 제어 링크의 낮은 지연과 높은 신뢰성을 보여주며, 궁극적으로 소프트웨어 정의 LEO 위성 네트워크의 기술적 및 경제적 타당성을 제시한다.MasterdCollectio
