研究紹介

千葉大学大学院　工学研究科　建築 ・ 都市科学専攻　都市環境システムコース　都市情報工学教育研究領域
マルチホップ無線 LAN における QoS 制御技術
QoS Control Technology on Multi-hop Wireless LANs
Multi-hop Wireless LAN
マルチホップ無線 LAN
アドホックネットワークの一種
アクセスポイントをマルチホップ接続することでネッ
トワーク規模を容易に拡大可能
既存の無線端末が使用可能
シングル無線 LAN に比べて実効帯域が小さい
音声通話（VoIP）の通信品質を保証することが難しい
Cross Layer QoS Control
クロスレイヤ QoS 制御
基本的な考え方
ネットワークリソースを優先フローと非優先フロー用に分割し，アクセス
ポイントにおいて非優先フローのトラヒック量を制御
インターネット層：Priority Queue
バッファを優先 / 非優先に分け，優先パケットを常に優先して送信
トランスポート層：TCP Congestion Window Control
Priority Queue によって ACK が停滞し TCP がパケット送信を抑制
MAC 層：動的 MAC フレーム受信機会制御（ROC）
各アクセスポイントのキューサイズ（Q）を観測し，キューサイズ
が一定値以下になるように，ROC 拒否確率（R）を調整
非優先端末の送信機会が減少し優先端末の送信機会が相対的に増加
動的 ROC のアルゴリズム
Priority Queue
Voice
ROC
Congestion Window Control
UDP
TCP/IP Model
TCP
Application
TCP Congestion Window Control
Transport
Priority Queue
MAC Frame Receiving Opportunity Control
Internet
前回の変動は「＋」：
前回の変動は「-」：
Qn > Qn 1
Qn > 4Fn
4Fn
Qn
Network Interface
Rn = Rn 1 + R,
Rn = Rn 1
Qn
R;
2Fn
Rn = Rn 1 + R,
Rn = Rn 1
※　n：第 n 回サンプルすることを意味；
F：VoIP の本数； ΔR：拒否確率の変動刻み
Hardware
R;
Simulation Evaluation
シミュレーション評価
シミュレーショントポロジー
シミュレーション条件
物理層：IEEE802.11g 54Mbps
優先フロー（VoIP）
UDP 200byte 64kbps 双方向
非優先フロー
TCP
TCP
TCP Reno 1500byte
Saturated UDP 1500byte 双方向
動的 ROC
拒否確率は 5% 刻みで調整（ΔR=0.05）
ROC 拒否確率調整期間：1 秒
UDP
UDP
1e-03
1e-04
VoIP 2
VoIP 4
VoIP 6
VoIP 8
VoIP 10
1e-05
0
2
4
6
Number of TCP Stations
8
Queue Size [packet]
TCP Average Throughput [Mbps]
Packet Loss Rate
1e-02
1
0.8
0.6
0.4
0
10
2
4
6
1e-03
VoIP 2
VoIP 4
VoIP 6
VoIP 8
VoIP 10
4
6
Number of TCP Stations
8
100
40
0
10
20
50
60
70
80
90
100
Time [s]
110
120
130
140
150
VoIP 2
VoIP 4
VoIP 6
VoIP 8
VoIP 10
1
0.6
0.4
10
4
6
8
Number of TCP Stations
10
1e-02
1e-03
1e-03
1e-04
100
80
150
60
maxQsize
dis_P
maxQsize(control OFF)
100
40
50
2
1e-02
1e+00
0
dynamic
50
40
30
OFF
1e-04
1e+00
Packet Loss Rate
Delay
1e-01
1e-01
1e-02
1e-02
1e-03
1e-03
20
0.2
0
1e-01
ロス率と遅延（4hop）
200
0.8
0
1e+00
Packet Loss Rate
Delay
1e-01
キュー長と拒否確率（4hop）
Queue Size [packet]
TCP Average Throughput [Mbps]
1e-02
2
60
Throughput（TCP）
1.2
1e-01
8
Number of TCP Stations
1.4
0
80
150
0.2
1e+00
1e-05
100
50
ロス率（制御 OFF）
1e-04
1e+00
maxQsize
dis_P
maxQsize(control OFF)
200
Packet Loss Rate
1.2
1e-01
1e-06
VoIP 2
VoIP 4
VoIP 6
VoIP 8
VoIP 10
Packet Loss Rate
1.4
ロス率と遅延（3hop）
Disrupt Probability [%]
1e+00
キュー長と拒否確率（3hop）
Delay [s]
Throughput（TCP）
Disrupt Probability [%]
ロス率（制御 ON）
非優先フローが UDP の場合
50
60
70
80
90
100
Time [s]
110
120
130
140
150
0
1e-04
dynamic
100
90
80
OFF
1e-04
Delay [s]
非優先フローが TCP の場合 （4hop）
Packet Loss Rate
Dept. of Urban Environment Systems, Shioda Lab.
定義と特徴