無線 LAN アクセスポイントのチャネル内競合と チャネル間

一般社団法人 電子情報通信学会
THE INSTITUTE OF ELECTRONICS,
INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS
信学技報
IEICE Technical Report
無線 LAN アクセスポイントのチャネル内競合と
チャネル間干渉を同時に考慮したチャネル割当手法
熊谷 菜津美†
磯村 美友†
村瀬 勉‡
小口 正人†
†お茶の水女子大学 〒112-8610 東京都文京区大塚 2-1-1
‡NEC 〒211-8666 神奈川県川崎市中原区下沼部 1753
E-mail: †{natsumi, mitomo}@ogl.is.ocha.ac.jp, ‡[email protected], †[email protected]
あらまし 近年，モバイルルータやテザリングなど移動無線 LAN システムが増加している．このことから，従
来の想定以上の多くの無線 LAN システムが近距離にひしめく環境が多くなってきた．多くの無線 LAN システムが
存在する環境で，全体の高性能化を計るためには適切なチャネル割当が必須である．本稿では，まず従来のような
チャネル間干渉を考慮したチャネル選択のみならず，チャネル内競合(コリジョンによる性能低下)も考慮する必要
があるといった基本的な割当規則について述べる．さらに，干渉と競合のメカニズムを分析し，それらの影響度合
いを決定している具体的な要因を列挙する．また，実機を用いて，干渉と競合の定量評価を実機により行い，無線
LAN 全体のスループットが極度に低下することを示す．一方，現状を把握するため，市販の実機に具備されている
自動チャネル選択(ACS)機能を用いた場合の割当性能を評価した結果も示す．これに対して，割当規則を考慮した
結果，少しの工夫で，ACS よりも高いスループットを得る割当ができたことも報告する．
キーワード チャネル割当，無線 LAN，干渉，衝突
Optimal channel assignment with considering contention and interference
in intra-channel and inter-channel in massive multiple wireless LANs
Natsumi KUMATANI†
Mitomo ISOMURA† Tutomu MURASE‡
and Masato OGUCHI†
†Ochanomizu University Otsuka 2-1-1, Bunkyo-ku, Tokyo, 112-8610 Japan
‡NEC Corporation 1753 Shimonumabe, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa, 211-8666 Japan
E-mail: †{natsumi, mitomo}@ogl.is.ocha.ac.jp,
‡[email protected],
†[email protected]
Abstract Recently, the numbers of the mobile wireless LAN systems that are composed of mobile APs or
tethering-smartphones and mobile terminals are increasing. This suggests the possibility that the channels for IEEE802.11 are
not suitably assigned to the each LAN when many wireless LANs come closed each other. In order to obtain higher
performance such as total throughput of the WLANs, the channel assignment is supposed to be a key technology. This paper
explains basic rules of an optimal channel assignment. The assignment should be with considering both contention and
interference in intra-channel and inter-channel interference. From the analysis of the contention and interference mechanisms,
factors deciding effectiveness of performance degradation are described. Evaluations by using real APs and terminals showed
that contention and interference severely affected total throughputs of all WLANs. Also, ACS(automatic channel selection)
mechanism, which is equipped in almost all APs were shown to be never optimized for many WLANs. Instead of the ACS
assignment, a small change from the assignment, based on the assignment rules, improved total throughput.
Keyword channel assignment, channel selection, wireless LAN, interference, collision
1. は じ め に
ス ポ イ ン ト (AP)と し て ， 個 人 の 端 末 を イ ン タ ー ネ ッ ト
近年，モバイルルータやテザリングなど移動無線
に接続する機能のことである．このモバイルルータや
LAN シ ス テ ム が 増 加 し て い る ． モ バ イ ル ル ー タ と は ，
テ ザ リ ン グ の 普 及 は ，個 人 が 移 動 無 線 LAN シ ス テ ム を
イ ン タ ー ネ ッ ト と の 接 続 に は 3G や Wimax な ど の 無 線
持 つ こ と を 意 味 し ，多 く の 無 線 LAN シ ス テ ム が 一 時 的
通信技術を使い，パソコンやゲーム機などの無線対応
に あ る い は 恒 久 的 に 密 集 す る こ と に つ な が る ．つ ま り ，
機 器 は IEEE802.11[1]の 無 線 LAN で 接 続 す る ル ー タ で
従 来 の 想 定 以 上 の 非 常 に 多 く の 無 線 LAN シ ス テ ム が
ある．またテザリングとは，スマートフォンをアクセ
近距離にひしめく可能性を示唆している． このとき，
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by IEICE
各 無 線 LAN へ の チ ャ ネ ル 割 当 次 第 で ，制 御 対 象 と し て
あ り ， 古 く は [2]の よ う な 無 線 ATM シ ス テ ム で ， す で
い る 全 て の 無 線 LAN の 合 計 ス ル ー プ ッ ト (ト ー タ ル ス
に 考 え ら れ て い た ． さ ら に ， チ ャ ネ ル へ の 無 線 LAN
ル ー プ ッ ト )が 大 き く 変 わ っ て く る た め ，割 当 方 法 が 重
多重度と干渉の影響を考慮した理論的なチャネル割当
要 で あ る ．す な わ ち ，他 の チ ャ ネ ル の 無 線 LAN か ら の
制 御 方 法 に よ り ，新 規 無 線 LAN が チ ャ ネ ル を 選 択 す る
「 干 渉 」と 同 チ ャ ネ ル の 無 線 LAN と の「 競 合 」で あ る ．
と き の 新 規 無 線 LAN の 期 待 獲 得 帯 域 を 最 大 に す る 最
干 渉 と は ， 主 と し て 他 の チ ャ ネ ル の 無 線 LAN か ら の
適 チ ャ ネ ル 選 択 制 御 の 大 枠 は 明 確 に な っ て き た [6]．
cross-talk (チ ャ ネ ル 間 干 渉 と 呼 ぶ )で あ り ， 競 合 と は ，
し か し な が ら ，多 く の 無 線 LAN 全 体 を 制 御 対 象 と し ，
同 じ チ ャ ネ ル で CSMA/CA に て 帯 域 を 共 有 し ，衝 突 (コ
全体のチャネル割当を最適に編成するような制御方法
ン テ ン シ ョ ン )制 御 を 共 有 す る 無 線 LAN か ら の 影 響 (チ
については，未だ知られておらず ，電波資源の有効利
ャ ネ ル 内 競 合 と よ ぶ )で あ る ．
用という点からもこの検討が重要になる．さらには，
従 来 ，無 線 LAN の AP チ ャ ネ ル 割 当 に 関 す る 研 究 に
実機において，このような理論的割当 方法がどの程度
おいては，主として干渉を考慮した割当が行われてき
妥当であるかどうかの調査も，必須である．各チャネ
た ． し か し な が ら ， 移 動 せ ず 固 定 の AP に 対 し て は 有
ルからの干渉は，理論のように均質ではないものと予
効 な 手 法 も ， 移 動 す る AP に 関 し て ， あ る い は ， 固 定
想 さ れ る ．ま た ，各 機 器 の デ バ イ ス の 特 性 な ど に よ り ，
AP 群 の 中 に 新 し く 持 ち 込 ま れ る AP に よ り 常 に 変 動 す
デバイスからの送出波自体が，理論のように均質では
る干渉状況に追随するのが困難である ．これらの問題
な い 可 能 性 が あ る ．ま た ，制 御 対 象 外 の 無 線 LAN の 存
点に対して，集中あるいは分散処理かつダイナミック
在といった要因も考慮する必要がある ．
に 最 適 な チ ャ ネ ル を 割 り 当 て る (DCA) 研 究 が な さ れ
て い る [2][3]．
こ れ ら の 要 因 は ，無 線 LAN の 数 が 少 な い 場 合 に も 考
慮 す べ き で あ る ．一 方 ，無 線 LAN の 数 が 多 い 場 合 に は ，
従 来 の DCA 研 究 に お い て は ， 資 源 で あ る チ ャ ネ ル
多 く の 無 線 LAN が 1 つ の チ ャ ネ ル を 共 有 す る こ と か ら
数 と ユ ー ザ で あ る 無 線 LAN シ ス テ ム 数 は 同 数 程 度 ，と
チャネル内競合によるスループット低下が起こる．し
の前提で方式が検討されていた．しかしながら，前述
かしながら，このチャネル内競合とチャネル間干渉を
の よ う に 無 線 LAN 数 が 多 く な っ て く る と ，同 じ チ ャ ネ
同時に考慮した図 1 のようなモデルにおけるチャネル
ル に 多 数 の 無 線 LAN シ ス テ ム を 多 重 せ ざ る を 得 な く
割当およびスループット特性調査については，従来研
なる．従って，従来研究においては考慮されていなか
究ではなされていなかった ．
った干渉と競合を同時に考慮したチャネル割当が必要
となる．
そ こ で 本 研 究 で は ，多 く の 無 線 LAN が 近 づ く 環 境 に
お い て ，チ ャ ネ ル を 最 適 に 割 り 当 て る 方 法 を 検 討 す る ．
本 稿 で は ，ま ず ，チ ャ ネ ル 間 干 渉 お よ び チ ャ ネ ル 内 競
今回の報告では，チャネル間干渉とチャネル内競合の
合の特性を基に，チャネル割当の基本方針 について述
影響がどの程度，通信品質を劣化させるかを調べるた
べ る ．ま た ，こ の チ ャ ネ ル 割 当 を 考 慮 す る に 当 た っ て ，
め ，ス ル ー プ ッ ト を 測 定 し た ．さ ら に ，AP が 自 動 で 選
現 状 で AP が ど の よ う な 自 動 チ ャ ネ ル 割 当 (ACS)を 行
択するチャネル割当は，どの程度 最適に割り当てられ
い，どの程度の最適さを提供可能であるのかを 把握す
ているかを評価した結果を示す．
る ． 筆 者 ら は 既 に 市 販 実 機 を 用 い て 多 く の 無 線 LAN
WLAN
WLAN
が近接する場合のチャネル選択傾向の調査を行ってい
WLAN
WLAN
WLAN
WLAN
る [4]．本 稿 で は ，さ ら に ，チ ャ ネ ル 間 干 渉 お よ び チ ャ
ch2
ネル内競合の影響を実機にて計測する．最後に，数種
ch1
ch4
ch3
ch6
ch7
ch5
ch10
ch8
ch9
ch11
ch12
ch13
の割当例のトータルスループットを比較し ，チャネル
割当方針とトータルスループットの関係を 定量評価す
る．
WLAN
WLAN
WLAN
WLAN
WLAN
WLAN
WLAN
WLAN WLAN
WLAN
図1
チャネル利用状況と干渉
2. 従 来 研 究
無線チャネルは限られた資源であるため，これを有
3. 干 渉 と 競 合
効 活 用 す る 必 要 が あ る ．例 え ば ，利 用 希 望 の 無 線 LAN
無 線 LAN の 性 能 (本 稿 で は ス ル ー プ ッ ト )を 劣 化 さ せ
を漏れなく収容し，なおかつ最大のスループットを得
るものとして，干渉と競合が挙げられる．すなわち，
ることが求められる．このとき，有効なのが，チャネ
無 線 LAN は ， 他 の チ ャ ネ ル の 無 線 LAN か ら の 干 渉 と
ル 割 当 制 御 [2][3][5]で あ る ．
同 チ ャ ネ ル の 無 線 LAN か ら の 競 合 が 起 こ る ．ま ず ，こ
チ ャ ネ ル 割 当 制 御 で は ，各 無 線 LAN に 特 定 の チ ャ ネ
ルを割り当てる．割当は，干渉などを考慮する必要が
の 干 渉 と 競 合 に つ い て ，劣 化 の メ カ ニ ズ ム を 説 明 す る ．
3.1. 干 渉
4.1. 競 合 のみの場 合
干 渉 と は ，他 の チ ャ ネ ル の 無 線 LAN の 電 波 が 自 チ ャ
2.4GHz 帯 に お け る 干 渉 し な い チ ャ ネ ル の み を 用 い
ネ ル の 無 線 LAN の 電 波 に 重 な り ，受 信 電 波 特 性 を 劣 化
る 場 合 ，あ る い は 5GHｚ 帯 を 用 い る 場 合 に は ，競 合 の
さ せ る こ と で あ る ． IEEE802.11 無 線 LAN に 許 可 さ れ
みの影響を考慮して割当を行う．競合の度合いは，コ
て い る 2.4GHz 帯 で は ，あ る チ ャ ネ ル を 使 用 す る 場 合 ，
リジョンの度合いであるため，コリジョンの特性を考
出力される電波はチャネルに対応した周波数を中心と
慮 し た 割 当 に な る ． コ リ ジ ョ ン は ， 端 末 や AP が 送 信
して広がるため，実際には隣接するチャネルに相当す
を同時に行う場合に発生する．同時送信の可能性は，
る周波数帯も利用する．そのため，隣接するチャネル
送信する端末が多いほど大きくなり，また，コンテン
同士を利用すると，どちらも同じ周波数帯を使用する
シ ョ ン ウ イ ン ド ウ (CW)が 小 さ い ほ ど 大 き く な る ．本 稿
た め 無 線 LAN フ レ ー ム に ，他 の チ ャ ネ ル の 電 波 が 重 な
で は ，多 少 と な る 全 て の 無 線 LAN が デ フ ォ ル ト 設 定 の
ってフレームが破壊される．あるいは，信号が受信に
CW を 使 用 し て い る と 仮 定 す る ． こ れ に よ り ， 送 信 す
十分であれば，キャリアとして見なされるため ，送信
る 端 末 数 (ア ク テ ィ ブ 端 末 数 )が 競 合 の 度 合 い を 決 め る
待 ち が 発 生 す る ．た だ し ，同 じ く 許 可 さ れ て い る 5GHz
こ と に な る ． ア ク テ ィ ブ 端 末 数 は ， AP も 含 め て 無 線
帯では，隣接チャネルで干渉は発生しない ．
LAN 内 の ，送 信 す べ き デ ー タ を 持 っ て い る 端 末 数 で あ
普 及 し て い る IEEE802.11g の 2.4GHz 帯 に お い て は ，
る ．TCP ACK 待 ち で パ ケ ッ ト を 送 る こ と が 出 来 な い 端
無 線 LAN チ ャ ネ ル は ，5Hz 間 隔 で 13 の チ ャ ネ ル (米 国
末 や ，VoIP の よ う に ，定 期 的 か つ リ ン ク 容 量 に 比 べ て
で は 11 の チ ャ ネ ル )が 配 置 さ れ て い る ． こ れ ら を 周 波
低速でパケットを送信する端末がパケットを送らない
数 の 低 い ほ う か ら チ ャ ネ ル 1～ チ ャ ネ ル 13 と 呼 ぶ ．干
期間にいる端末などの場合は，アクティブ端末数には
渉は，チャネル 1 と 6 といったようにチャネル差が 5
計上されない．
以上では起こらず，4 以下では起こり，またその干渉
従 っ て ，ア ク テ ィ ブ 端 末 が 多 い 無 線 LAN ほ ど ，競 合
の強さは，チャネル差が小さいほど大きい ．図 1 の←
に 大 き な 影 響 を 与 え る ．ま た ，UDP の よ う な 片 方 向 通
は，チャネル差とチャネル間干渉の大きさの違いを表
信 の 場 合 よ り も ，TCP の よ う な 送 達 確 認 を 行 う 双 方 向
し た も の で あ る ． 端 の チ ャ ネ ル (例 え ば チ ャ ネ ル 1 と
通信のほうが，アクティブ端末を増やす．アクティブ
13)は 隣 接 す る チ ャ ネ ル が 少 な い た め 干 渉 が 少 な い チ
端末数の大きさと競合によるスループット低下の関係
ャ ネ ル と な る ．一 般 的 に ，無 線 LAN は ，有 限 の チ ャ ネ
は ，単 純 で は な い ．そ の た め ，端 末 の ト ラ ヒ ッ ク 特 性 ，
ルを最大限に利用し，干渉を避けるようなチャネル割
AP と TE 間 の 距 離 と い っ た 要 因 を 考 慮 し て チ ャ ネ ル 割
当を行うため，両端のチャネルと真ん中のチャネルつ
当を行う必要がある．
ま り ， 1, 6, 11(あ る い は 11 の 代 わ り に 13)を デ フ ォ ル
また，一般的に考えて，チャネルを有効に利用する
ト で 使 用 す る こ と が 多 い [7][8][9]．
ような割当も重要である．チャネルの利用効率を上げ
3.2. 競 合
るために，次のような割当規則が適用可能である．
次 に ， 競 合 と は ， 同 じ チ ャ ネ ル で CSMA/CA を 行 い
各チャネルの利用率を 出来るだけ均等化する．すな
有限の帯域を共有する メカニズムにより，品質劣化の
わ ち ，端 末 の ト ラ ヒ ッ ク 量 が 異 な る 無 線 LAN が あ る 場
原 因 と な る フ レ ー ム 衝 突 (コ リ ジ ョ ン )が 発 生 す る こ と
合 ， ト ラ ヒ ッ ク 量 の 少 な い (unsaturated)無 線 LAN を 複
である．衝突により，待ち時間が長くなり ，またフレ
数用いて 1 つのチャネルに割り当てるといったように，
ーム再送が行われるため，スループットは低下する．
無 線 LAN の ト ラ ヒ ッ ク 量 の 合 計 と チ ャ ネ ル の リ ン ク
こ の 衝 突 は ，チ ャ ネ ル を 共 有 す る 無 線 LAN が 増 加 す る
容量との差が小さくなるようにする． これにより，チ
ほ ど 多 く な る ．こ の 現 象 は ，2.4GHz 帯 お よ び 5GHz 帯
ャネルのリンク容量が最大限使用されるため，無線
において，同一チャネル内で発生する．また，コリジ
LAN の ト ー タ ル ス ル ー プ ッ ト を 大 き く す る こ と が で
ョンが発生した場合でも，競合相手の電波が弱い等の
き る ．し か し な が ら ，1 つ の チ ャ ネ ル に 無 線 LAN を ま
場合にはキャプチャーエフェクトにより，正常なフレ
とめるとアクティブ端末数が増えるため，衝突が起こ
ーム受信が行われる．
りやすくなるというデメリットもある ．一方，トラヒ
ック量の少ない場合は，衝突も起こりにくいため，ど
4. チ ャ ネ ル 割 当
以上の干渉と競合の特性を考慮して，チャネル最適
の程度のトラヒック量 とアクティブ端末数 が最も最適
であるかの検討は，今後の課題である．
割 当 の 基 本 方 針 を 決 定 す る ． ま ず ， 5GHz 帯 の よ う な
ま た 次 に ，AP と TE 間 の 距 離 が 異 な る な ど 異 な る 伝
チャネル間干渉が起こらない，つまり競合のみの場合
送 レ ー ト を 用 い て い る 複 数 の 無 線 LAN へ の チ ャ ネ ル
と ，2.4GHz 帯 の よ う な 干 渉 も 競 合 も 同 時 に 起 こ り う る
割 当 方 法 に つ い て 説 明 す る ．AP と TE 間 の 距 離 が 大 き
場合とに分けて考える ．
くなった場合などに，伝送レートは自動的に低下する
ような仕組みが通常取り入れられている．伝送レート
5. 競 合 と 干 渉 の ス ル ー プッ ト 特 性
が 小 さ く な る と ，無 線 LAN の ス ル ー プ ッ ト は 伝 送 レ ー
干渉と競合の影響を調べるために ，まずは，競合お
ト 以 下 と な っ て し ま う ．伝 送 レ ー ト の 低 い 端 末 (あ る い
よび干渉のみの影響をそれぞれ調査する．一方，市販
は 無 線 LAN)と 高 い 端 末 で １ つ の チ ャ ネ ル を 共 有 し た
の 無 線 機 器 を 用 い て ， 自 動 チ ャ ネ ル 選 択 (ACS)機 能 に
場合，スループットが著しく低下するという特性があ
チ ャ ネ ル 選 択 さ せ た 結 果 を 示 し ，そ の ACS が あ る 程 度
る ．そ の た め ，伝 送 レ ー ト が 小 さ い 無 線 LAN に は ，複
の競合と干渉を考慮しているが，最適ではないことを
数でチャネルを共有させ，できるだけ伝送レートが大
計測値例に基づいて示す．
き い 無 線 LAN を 別 の チ ャ ネ ル に 割 り 当 て る こ と で ，無
5.1. 実 機 実 験 モデル
線 LAN 全 体 の ス ル ー プ ッ ト を 増 加 で き る ．
4.2. 競 合 も干 渉 も起こる場合
実験にて使用した機材や設定について説明する．本
実 験 は ， 移 動 無 線 LAN シ ス テ ム を 想 定 し て い る た め ，
競合に加えて，干渉も起こる場合には ，干渉の影響
AP に は ポ ー タ ブ ル ル ー タ (PLANEX MZK-MF300N)を
と競合の影響の双方を 考慮する必要がある ．まず，干
使用した．モバイル環境ではスマートフォンを利用す
渉について述べ，ついで，干渉と競合を同時に考慮す
る こ と が 多 く な っ て い る た め ， 送 信 端 末 に は Android
る割当方法について述べる．
携 帯 端 末 (Nexus S, Galaxy S)を 用 い た ．ス ル ー プ ッ ト 測
干渉において，注目すべきは，トラヒック量の影響
で あ る ． 電 波 的 な 干 渉 に つ い て は ， 3.1 節 で 述 べ た と
おりチャネル差に依存する ．さらに，干渉の影響は，
定 に は ア プ リ ケ ー シ ョ ン Iperf を 用 い ，無 線 LAN に は ，
現 在 最 も 使 用 さ れ て い る IEEE802.11g を 用 い た ．
以 下 に 実 験 機 器 の 構 成 を 示 す ． 1 つ の 無 線 LAN は ，
トラヒック量に依存する．干渉は，近隣のチャネルか
AP と 1 台 の 携 帯 端 末 で 構 成 し た ．本 実 験 で は ，多 く の
らの干渉波すなわち，フレーム送信により 発生するた
無 線 LAN が 近 接 す る 場 合 の 通 信 品 質 に 与 え る 影 響 の
め，トラヒック送出時間の大小が干渉の時間の大小と
大 き さ を 評 価 す る た め に ， AP を お お む ね 互 い に 50cm
合致するはずである．フレーム送信をどの端末が行っ
以 内 の 距 離 に 充 分 近 接 さ せ た ．移 動 無 線 LAN を 利 用 す
たかには関係ないため，競合の説明で述べたような無
る 場 合 ，AP と AP に 接 続 す る 端 末 間 の 距 離 は 比 較 的 近
線 LAN 数 や ア ク テ ィ ブ 端 末 数 に は 依 存 し な い ．
い と 考 え ら れ る た め ，AP と 所 属 す る 端 末 間 の 距 離 も お
干渉が無い場合のスループットは送信トラヒック
お む ね 50cm 程 度 に し た ．AP の パ ラ メ ー タ 設 定 は ，チ
量に応じて増加し，干渉はトラヒック量に応じて増加
ャ ネ ル 番 号 設 定 を ACS に し ，WMM(Wifi Multi Media)，
する．従って，干渉を最小にするトラヒック量が存在
IAPP(Inter Access Point Protocol) 等 の 特 殊 機 能 を 全 て
する可能性があり，その可能性は，いくつかの近隣チ
無 効 に し た ． 端 末 は ， WMM な ど が 無 効 に な っ て い る
ャネルの送信トラヒック量により決まるはずである．
デフォルトの設定で用いた ，また，暗号は使用せず，
競合と上記干渉の特性を考慮すると，次のような割
オ ー プ ン な 無 線 LAN 通 信 を 行 っ た ．本 実 験 は ，通 常 の
当 規 則 が 妥 当 で あ ろ う ．ま ず ，基 本 規 則 は ，無 線 LAN
オ フ ィ ス に て 行 っ た た め ，ノ イ ズ や 他 の 無 線 LAN の 影
数が比較的少ないときには ，干渉の影響を主として考
響 が 多 少 は 含 ま れ る が ． Android ア プ リ ケ ー シ ョ ン の
え て ， 割 当 を 行 う ． 例 え ば ， チ ャ ネ ル 1,6,11 の よ う な
Wifi Analyzer[10]な ど で の 計 測 で は ， 検 知 さ れ た 無 線
干渉が起こらないチャネルのみを用いる．実際の干渉
LAN は ，チ ャ ネ ル 4 を 使 用 し て い る 1 台 の み で あ っ た ．
度合いを考慮すると，チャネル差 4 でもほとんど干渉
ま た ，該 無 線 LAN は ，1 時 間 に 数 100 パ ケ ッ ト 程 度 の
が 起 こ ら な い と の 報 告 が あ る の で ， チ ャ ネ ル 1,5,9,13
非常に低レートのトラヒックであったため ，ビーコン
という組み合わせも有効であろう ．一方，競合の影響
以外の干渉は，ほとんど実験結果に影響が無いと考え
が 現 れ る よ う な 多 さ の 無 線 LAN 数 の 場 合 に は ，敢 え て ，
ら れ る ． こ の 環 境 に お い て ， 無 線 LAN 単 独 で Iperf で
干 渉 の あ る チ ャ ネ ル を 用 い て ，競 合 の 影 響 を 緩 和 す る ．
計 測 し た UDP ス ル ー プ ッ ト ( 端 末 → AP 方 向 ) は ，
競合の影響を緩和するため ，アクティブ端末数，ト
21Mbps で あ っ た ． こ こ で の ス ル ー プ ッ ト と は ， Iperf
ラヒック量，伝送レートといった ，コリジョンの発生
の計測値のことであり，実際にどれくらいの情報量を
率に寄与するパラメータを考慮して，バランス良く，
転 送 で き た か を 示 し て い る た め ，無 線 LAN の MAC フ
チャネルに割り当てることが重要である．詳細な割当
レームの再送などは除外した数値である． この計測値
方法については，今後の課題である．
は ， 文 献 [11][12] 等 の 実 験 結 果 と 比 較 し て も ，
次 章 で は ，多 く の 無 線 LAN を チ ャ ネ ル に 割 り 当 て る
IEEE802.11g に お い て 通 常 観 測 さ れ る 数 値 で あ る た め ，
に当たって，競合と干渉がスループットに与える影響
に実験系以外のノイズなどの問題は軽微であると判断
を実機により計測した結果を報告する ．
した．
5.2. トータルスループット
300
チャネル内競合による性能低下については ，2 つの
も 述 べ ら れ て い る が ，よ り 多 数 の 無 線 LAN が 競 合 し た
場 合 に つ い て 調 査 し た ．以 下 で は ，UDP 通 信 を 行 っ た
結 果 に つ い て 述 べ る ．図 3 は ，1 セ ッ ト の 無 線 LAN を
1 チ ャ ネ ル で 通 信 さ せ た と き の ス ル ー プ ッ ト (a)と 18
セ ッ ト の 無 線 LAN で 1 チ ャ ネ ル (チ ャ ネ ル 1)を 共 有 し
(図 2(a))，通 信 を 行 っ た と き の 18 セ ッ ト の ス ル ー プ ッ
250
WLAN13セットの
トータルスループット (Mbps)
無 線 LAN が 競 合 し た 場 合 の 詳 細 結 果 が 文 献 [11][12]に
200
150
100
50
0
(a) 1chを1セットの
WLANで使用×13ch
(b) 各chに1つずつ
WLANを繋ぐ
ト の 合 計 値 (b)で あ る ．18 セ ッ ト の 合 計 が 1.27Mbps と
いう劣悪な通信品質となることが分かった．単独の無
線 LAN で は ， 21Mbps の ス ル ー プ ッ ト が 得 ら れ る こ と
と比較すると，チャネル内競合による品質劣化が非常
に大きいことがわかった．
図4
チャネル間干渉
5.3. 自 動 チャネル選 択のスループット評価
AP が 自 動 チ ャ ネ ル 選 択 (ACS)を 行 っ た と き ，チ ャ ネ
ル内競合とチャネル間干渉について，どれくらい考慮
次に，チャネル間干渉による性能低下について調査
したチャネル割当を行っているのかを検証するため，
し た ．図 4 は ，13 セ ッ ト の 無 線 LAN が 各 チ ャ ネ ル を 1
自 動 チ ャ ネ ル 選 択 時 の 無 線 LAN の ト ー タ ル ス ル ー プ
つ ず つ 利 用 し (図 2(b))，通 信 を 行 っ た と き の 13 台 の ス
ットを計測することで 明らかにした．
ル ー プ ッ ト の 合 計 値 (b） で あ る ． も し 仮 に 干 渉 が 無 か
自動チャネル選択においては，実験の度に選択する
っ た と し た と き に ，13 チ ャ ネ ル の 合 計 で 得 ら れ る は ず
チャネルが多少変化する．これは，チャネル決定時の
の 計 算 値 (21Mbps×13=273Mbps)を (a)に 示 し た ．そ の 結
信号の強さや何らかの ランダム性を入れて決定してい
果 ， こ の 場 合 も 12.7Mbps と い う 劣 悪 な 通 信 品 質 に 低
る た め と 推 測 し て い る ．従 っ て ，ACS の 平 均 的 な デ ー
下してしまうことが分かった．チャネル間干渉が通信
タ を 取 る た め ， 18 セ ッ ト の 無 線 LAN の 自 動 選 択 を 10
品質に与える影響も非常に大きく，スループットが大
回試行し，各回のスループットを平均した数値をプロ
きく低下することが分かった．
ッ ト し て い る ．18 セ ッ ト の 無 線 LAN の 各 AP を 順 に 起
動 さ せ て ， 全 て の AP が 自 動 で チ ャ ネ ル 選 択 を 行 っ た
後 に ，端 末 を 通 信 さ せ た ．な お ，AP を 起 動 さ せ た 直 後
18セット
WLAN WLAN WLAN WLAN WLAN WLAN
WLAN WLAN WLAN WLAN WLAN WLAN WLAN
WLAN … WLAN
ch1
ch2
行うという方法でも試したが，チャネル選択結果もス
ch3
ch4
ch5
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ch7
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ch9
ch10
ch11
ch12
ch13
ch1
ch2
WLAN
WLAN
ch3
ch4
ch5
ch6
ch7
WLAN
x2
ch8
WLAN
x3
ch9
図2
ch6
ch5
ch7
ch8
ch9
ch10
ch12
ch11
ch13
ch2
い て ，ACS が 選 択 し た チ ャ ネ ル の 一 例 を 挙 げ る と ，図
WLAN
x6
x6
ch1
ループット計測値もほぼ同じであった ．この実験にお
WLAN
WLAN
x6
ch10
ch12
ch11
ch13
ch3
ch4
ch5
ch6
ch7
x6
ch8
ch9
ch10
ch12
ch11
ch13
(d) 最適を目指したチャネル割当の一例
(c) 自動チャネル選択させた場合
チャネル割当
2 の (c)の よ う に (チ ャ ネ ル 1 の 無 線 LAN 数 ，チ ャ ネ ル 2
の 無 線 LAN 数 ，．．．， チ ャ ネ ル 13 の 無 線 LAN 数 )＝
(2,0,0,0,0,5,0,2,0,0,3,0,6)で あ っ た ．
18 セ ッ ト の 無 線 LAN の ト ー タ ル ス ル ー プ ッ ト 計 測
値 を 図 5 の 左 側 に 示 す ．ス ル ー プ ッ ト は ，12.8Mbps 程
度であった．前述のように，干渉が発生するチャネル
25
を選択していることや，同じチャネルを用いる無線
20
WLAN18セットの
トータルスループット (Mbps)
ch2
ch4
WLAN
x5
x2
ch3
(b) 各チャネルに1つのWLANを割り当てた場合
(a) 1つのチャネルを18セットのWLANで共有した場合
ch1
に 端 末 か ら の 通 信 を 行 う と い う こ と を 各 AP 毎 に 順 に
LAN 数 に ば ら つ き が あ る こ と な ど に よ り ，チ ャ ネ ル 内
競合とチャネル間干渉についてあまり精度良く考慮し
15
ているとは考えにくい．
10
そ こ で ，こ の ACS よ り も ス ル ー プ ッ ト が 改 善 さ れ る
5
であ ろ うチ ャネ ル 割当(最 適を 目 指し たチ ャ ネル 割当
0
(a) 1chを1セットの
WLANで使用
図3
(b) 1chを18セットの
WLANで共有
チャネル内競合
と 呼 ぶ (図 2(d)))を 考 え ， 実 際 に ス ル ー プ ッ ト を 計 測 し
た．この最適を目指したチャネル割当では，チャネル
間 干 渉 が 起 こ ら な い 組 み 合 わ せ で あ る チ ャ ネ ル 1,6,11
を利用し，チャネル内競合の度合いを同じにするため
に 各 チ ャ ネ ル に 6 台 ず つ 無 線 LAN を 共 有 さ せ た ．す な
わ ち ， (6,0,0,0,0,6,0,0,0,0,6,0,0)で あ る ． 18 セ ッ ト の 無
線 LAN の ト ー タ ル ス ル ー プ ッ ト は ， 13.6Mbps と ， 少
少 し 工 夫 す る こ と で ，ACS の 場 合 よ り も 性 能 を 向 上 で
しであるが向上した．これらのことから，自動チャネ
きることも確認した．
ル選択では，チャネル 内競合とチャネル間干渉を考慮
今後は，より詳細な評価と具体的な割当方法を検討し
したチャネル選択ができていない こと，さらに干渉を
ていく．
避けるだけの割当では，それほどの性能向上が得られ
ないということが判明した．
謝 辞
本研究は一部，独立行政法人情報通信研究機構の委
今後，スループットの最大化には ，チャネル間干渉
託研究「新世代ネットワークを支えるネットワーク仮
とチャネル内競合の影響も 同時に考慮したチャネル割
想化基盤技術の研究開発・課題ウ
当の具体的方法の検討 が必要である．
クアプリケーションの研究開発」によるものである．
新世代ネットワー
また本研究を進めるにあたり大変有用なアドバイスを
WLAN18セットの
トータルのスループット (Mbps)
13.8
頂いた神戸大学の太田能准教授に深く感謝致します．
13.6
13.4
文
13.2
13
12.8
12.6
12.4
(a) 自動チャネル選択
図5
(b) 最適を目指した
一例のチャネル割当
自動チャネル選択及び最適を目指したチャネ
ル割当のトータルスループット
6. お わ り に
多 く の 無 線 LAN が 近 接 し ，有 限 の チ ャ ネ ル を 共 有 せ
ざ る を 得 な い 場 合 に ，無 線 LAN 全 体 で 高 い 性 能 を 出 す
には，適当なチャネル割当 が必須である．本稿では，
無 線 LAN 全 体 の ス ル ー プ ッ ト を 最 大 に す る 最 適 割 当
に つ い て 議 論 し た ．最 適 割 当 の 基 本 方 針 は ，無 線 LAN
が 少 な い 場 合 と 5GHz 帯 を 用 い る 場 合 と を 除 き ， チ ャ
ネル間の干渉に加えて同一チャネル内の競合の影響も
考慮して割当を行うことである．さらに，干渉，競合
のメカニズムを分析することで，基本的な割当ルール
を定めた．特に，チャネルごとの利用度合いの平滑化
を計ることが重要であり，このため，端末のトラヒッ
ク 特 性 ，AP 間 の 距 離 ，伝 送 レ ー ト と い っ た 要 因 を 考 慮
して，割り当てるべきである．
実際の干渉や競合の影響を調べるために，市販の実
機 を 用 い て 定 量 評 価 を 行 っ た ． 13 セ ッ ト の 無 線 LAN
で の 干 渉 ， お よ び 18 セ ッ ト の 無 線 LAN で の 競 合 を 評
価 し た 結 果 ，無 線 LAN 全 体 の ス ル ー プ ッ ト が そ れ ぞ れ ，
12.7Mbps と 1.27Mbps と い う 極 め て 低 い 値 に な っ た ．
非 常 に 極 端 な 場 合 で は あ る が ，多 数 の 無 線 LAN を 扱 う
場合には，干渉と競合の影響が大きくなる危険性があ
ることを示した．
次 に 実 機 の 自 動 チ ャ ネ ル 選 択 (ACS)機 能 が 選 択 し た
チ ャ ネ ル 割 当 の 妥 当 性 を 評 価 し た ． 市 販 の AP の 自 動
モ ー ド (機 器 独 自 に 最 適 チ ャ ネ ル を サ ー チ )で は ， 全 体
を 見 渡 し た 最 適 化 が 困 難 で あ る た め ，無 線 LAN 群 全 体
の最適化は，計れないことを確認した．また，割当を
献
[1] IEEE 802.11: Wireless LAN Medium Access Control
(MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications,
IEEE 802, June 2007.
[2] G.F. Marias, D. Skyrianoglou, L. Merakos, “A
centralized approach to dynamic channel assignment
in wireless ATM LANs,” IEEE INFOCOM ‘99, vol.2,
pp.601-608 vol.2, 21-25 Mar 1999.
[3] 松 村 祐 輝 , 熊 谷 慎 也 ,小 原 辰 徳 ,山 本 哲 矢 ,安 達 文 幸 ,
“無 線 LAN シ ス テ ム に お け る チ ャ ネ ル 棲 み 分 け
に 基 づ く 動 的 チ ャ ネ ル 配 置 の 適 用 効 果 ,” 信 学 技
報 , vol. 112, no. 89, RCS2012-64, pp. 123-128, 2012
年 6 月.
[4] 熊 谷 菜 津 美 ， 村 瀬 勉 ， 小 口 正 人 ， ”多 く の AP が
近 接 す る 場 合 の 通 信 品 質 評 価 ,” 信 学 技 報 , NS 研
究 会 , NS2012-94, Oct. 2012.
[5] Experimentation
on
interference,
http://www.itmedia.co.jp/enterprise/articles/0810/28/
news006_2.html, as of 19 September 2012.
[6] Jihoon Choi, Kyubum Lee, Sae Rom Lee, Jay
(Jongtae) Ihm, “Channel selection for IEEE 802.11
based wireless LANs using 2.4GHz band,” IEICE
Electronics Express (ELEX), Vol. 8 (2011) No. 16 P
1275-1280, 2012.
[7] Default channel setting in WiFi access point,
http://compnetworking.about.com/od/wifihomenetwo
rking/qt/wifichannel.htm, as of 19 September 2012.
[8] Default channel setting in Netgear WiFi access point,
http://documentation.netgear.com/dg834n/enu/202-1
0197-02/Wireless.4.3.html, as of 19 September 2012.
[9] Recommended channel setting in Netgear WiFi
access
point,
http://documentation.netgear.com/reference/fra/wirel
ess/WirelessNetworkingBasics-3-05.html, as of 19
September 2012.
[10] Wifi
Analyzer,
https://play.google.com/store/apps/details?id=com.fa
rproc.wifi.analyzer&hl=ja
[11] Remi Ando, Tutomu Murase, Masato Oguchi,
“Characteristics of QoS-Guaranteed TCP on Real
Mobile Terminal in Wireless LAN,” IEEE Sarnoff
Symposium 2012, May 2012.
[12] 安 藤 玲 未 ,村 瀬 勉 ,小 口 正 人 , "無 線 LAN 環 境 に お
けるモバイルルータユーザ間の公平性制御手法
の 提 案 ," デ ー タ 工 学 と 情 報 マ ネ ジ メ ン ト に 関 す
る フ ォ ー ラ ム (DEIM)2012, C2-1, Mar. 2012