Routing Strategy with Minimal Signaling Overhead for Link Failure in LEO Satellite Networks

Abstract

The unique characteristics of satellites cause frequent topology difference in the LEO satellite network. Frequent topology differences cause massive signaling overhead occurs to converge frequent routing topologies. Frequent exchange of link states wastes the limited onboard power of the LEO satellite, impairing the end-to-end transmission of the network. Therefore, we propose a distributed detour routing scheme to detour link failures caused by topology differences. The proposed scheme consists of swift detour, target flooding, and link recovery. Swift detour reroutes packets detecting link failures directly to their destination without delay. Swift detour operates solely based on precomputed routing tables without additional information exchange. Target flooding is a technique that selectively floods link state information up to a designated target point by discovering that point. Packets that are selectively flooded in this way allow each node to create a detour table and establish pre-detour paths for detour link failures. In order to revert to the original shortest path upon link failure recovery, recovery packets are transmitted to the location where the detour table was established. Simulation results show that our proposed scheme achieves a signaling overhead reduction of 89.53% compared by n-hop based flooding.|저궤도 위성이 가지는 고유한 특성들로 저궤도 위성 네트워크는 잦은 네트워크 토폴로지의 변화를 갖는다. 잦은 토폴로지 변화는 라우팅 테이블의 수렴을 위해 상당한 신호정보 오버헤드를 발생시킨다. 잦은 링크 상태 패킷 교환은 저궤도 위성의 제한된 온보드 전력을 낭비시켜 네트워크의 종단 간 전송의 신뢰성을 감소시킨다. 따라서 잦은 토폴로지 변화로 인해 발생하는 장애 링크를 최소한의 신호정보 오버헤드만으로 우회할 수 있는 우회 경로 라우팅 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 신속 우회 기법과 타겟 플러딩 기법으로 구성된다. 신속 우회 기법은 장애 링크를 인식한 패킷을 즉시 우회 경로를 통해 목적지까지 전송시키는 기법이다. 사전에 계산된 라우팅 테이블만을 활용하여 우회하기 때문에 추가적인 신호정보 오버헤드가 발생하지 않는다. 타겟 플러딩은 최소한의 오버헤드로 최대한 많은 노드가 우회할 수 있는 지점인 타겟 지점을 탐색하여 선별적으로 장애 링크 정보를 전송하는 기법이다. 신속 우회 기법과 타겟 플러딩 기법으로 우회 라우팅 테이블을 생성하여 지연시간의 손해 없는 사전 우회로를 구성할 수 있다. 장애 링크가 회복되면서 기존의 최단 경로로 전환할 수 있는 링크 회복 절차 기법을 정의하여 우회 경로로 인해 발생하는 지연시간을 최소화한다. 링크 회복에 따라 우회 라우팅 테이블로 구성된 사전 우회 경로를 갖는 위성에게 링크 회복 패킷을 전송하여 기존 최단 경로로 전환 시킨다. 제안하는 기법은 시뮬레이션을 통해 홉 수 기반 플러딩 기법과 비교하여 89.53%의 감소한 신호정보 오버헤드를 감소하는 것을 확인하였다.