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Cooperative multigroup multicast beamforming for cache-enabled ultra-dense low earth orbit satellite constellation networks
International Journal of Satellite Communications and Networking ( IF 0.9 ) Pub Date : 2022-05-18 , DOI: 10.1002/sat.1445 Jianfei Tong 1 , Cheng Wang 1 , Xiaoyan Zhao 1 , Gaofeng Cui 1 , Weidong Wang 1
International Journal of Satellite Communications and Networking ( IF 0.9 ) Pub Date : 2022-05-18 , DOI: 10.1002/sat.1445 Jianfei Tong 1 , Cheng Wang 1 , Xiaoyan Zhao 1 , Gaofeng Cui 1 , Weidong Wang 1
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The ultra-dense low earth orbit (LEO) satellite constellation (UD-LSC) networks are expected to be incorporated in future wireless networks, particularly 6G networks, to provide global wireless access with enhanced data rates. This paper investigates the downlink multigroup multicast transmission for UD-LSC networks, in which LEO satellites provide the multicast service for ground users with full frequency reuse. Moreover, in-network caching, as a key enabling technology of information-centric networking, is brought into UD-LSC networks to achieve both bandwidths saving and delay reduction. However, the multicast capacity is constrained by the signal to interference and noise ratio (SINR) of bottleneck users in each multicast group. Besides, the high-speed movement of LEO satellites makes cache placement and updating more challenging than ground networks with immobile base stations. To track these problems, we first propose a cache-enabled multi-satellite cooperation framework and formulate the multicast transmission problem and the content caching problem. Then, to reduce the average content delivery delay (CDD) of ground users, we propose a cooperative multicast beamforming and transmission-aware dynamic caching (CMB-TDC) algorithm based on the sample average approach and successive convex approximation. Simulation results show that the proposed CMB-TDC algorithm can improve the multicast capacity, and then the average CDD is reduced for UD-LSC networks.
中文翻译：
用于支持缓存的超密集低地球轨道卫星星座网络的协作多组多播波束成形
超密集低地球轨道 (LEO) 卫星星座 (UD-LSC) 网络有望融入未来的无线网络，尤其是 6G 网络，以提供具有更高数据速率的全球无线接入。本文研究了UD-LSC网络的下行多组多播传输，其中LEO卫星为地面用户提供全频率复用的多播服务。此外，网内缓存作为以信息为中心的组网的关键使能技术，被引入UD-LSC网络，实现了节省带宽和减少延迟的双重目的。然而，组播容量受到每个组播组中瓶颈用户的信干噪比（SINR）的限制。除了，LEO 卫星的高速移动使得缓存放置和更新比具有固定基站的地面网络更具挑战性。为了跟踪这些问题，我们首先提出了一个支持缓存的多卫星协作框架，并制定了组播传输问题和内容缓存问题。然后，为了减少地面用户的平均内容交付延迟（CDD），我们提出了一种基于样本平均方法和逐次凸逼近的协作组播波束成形和传输感知动态缓存（CMB-TDC）算法。仿真结果表明，所提出的CMB-TDC算法可以提高组播容量，进而降低UD-LSC网络的平均CDD。我们首先提出了一个支持缓存的多卫星合作框架，并制定了多播传输问题和内容缓存问题。然后，为了减少地面用户的平均内容交付延迟（CDD），我们提出了一种基于样本平均方法和逐次凸逼近的协作组播波束成形和传输感知动态缓存（CMB-TDC）算法。仿真结果表明，所提出的CMB-TDC算法可以提高组播容量，进而降低UD-LSC网络的平均CDD。我们首先提出了一个支持缓存的多卫星合作框架，并制定了多播传输问题和内容缓存问题。然后，为了减少地面用户的平均内容交付延迟（CDD），我们提出了一种基于样本平均方法和逐次凸逼近的协作组播波束成形和传输感知动态缓存（CMB-TDC）算法。仿真结果表明，所提出的CMB-TDC算法可以提高组播容量，进而降低UD-LSC网络的平均CDD。我们提出了一种基于样本平均方法和逐次凸逼近的协作组播波束成形和传输感知动态缓存（CMB-TDC）算法。仿真结果表明，所提出的CMB-TDC算法可以提高组播容量，进而降低UD-LSC网络的平均CDD。我们提出了一种基于样本平均方法和逐次凸逼近的协作组播波束成形和传输感知动态缓存（CMB-TDC）算法。仿真结果表明，所提出的CMB-TDC算法可以提高组播容量，进而降低UD-LSC网络的平均CDD。
更新日期：2022-05-18
中文翻译：
用于支持缓存的超密集低地球轨道卫星星座网络的协作多组多播波束成形
超密集低地球轨道 (LEO) 卫星星座 (UD-LSC) 网络有望融入未来的无线网络，尤其是 6G 网络，以提供具有更高数据速率的全球无线接入。本文研究了UD-LSC网络的下行多组多播传输，其中LEO卫星为地面用户提供全频率复用的多播服务。此外，网内缓存作为以信息为中心的组网的关键使能技术，被引入UD-LSC网络，实现了节省带宽和减少延迟的双重目的。然而，组播容量受到每个组播组中瓶颈用户的信干噪比（SINR）的限制。除了，LEO 卫星的高速移动使得缓存放置和更新比具有固定基站的地面网络更具挑战性。为了跟踪这些问题，我们首先提出了一个支持缓存的多卫星协作框架，并制定了组播传输问题和内容缓存问题。然后，为了减少地面用户的平均内容交付延迟（CDD），我们提出了一种基于样本平均方法和逐次凸逼近的协作组播波束成形和传输感知动态缓存（CMB-TDC）算法。仿真结果表明，所提出的CMB-TDC算法可以提高组播容量，进而降低UD-LSC网络的平均CDD。我们首先提出了一个支持缓存的多卫星合作框架，并制定了多播传输问题和内容缓存问题。然后，为了减少地面用户的平均内容交付延迟（CDD），我们提出了一种基于样本平均方法和逐次凸逼近的协作组播波束成形和传输感知动态缓存（CMB-TDC）算法。仿真结果表明，所提出的CMB-TDC算法可以提高组播容量，进而降低UD-LSC网络的平均CDD。我们首先提出了一个支持缓存的多卫星合作框架，并制定了多播传输问题和内容缓存问题。然后，为了减少地面用户的平均内容交付延迟（CDD），我们提出了一种基于样本平均方法和逐次凸逼近的协作组播波束成形和传输感知动态缓存（CMB-TDC）算法。仿真结果表明，所提出的CMB-TDC算法可以提高组播容量，进而降低UD-LSC网络的平均CDD。我们提出了一种基于样本平均方法和逐次凸逼近的协作组播波束成形和传输感知动态缓存（CMB-TDC）算法。仿真结果表明，所提出的CMB-TDC算法可以提高组播容量，进而降低UD-LSC网络的平均CDD。我们提出了一种基于样本平均方法和逐次凸逼近的协作组播波束成形和传输感知动态缓存（CMB-TDC）算法。仿真结果表明，所提出的CMB-TDC算法可以提高组播容量，进而降低UD-LSC网络的平均CDD。
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