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IEEE 802.11e における無線伝送速度の 変化に応じた最適な EDCA パラメータの設定

IEEE 802.11e における無線伝送速度の 変化に応じた最適な EDCA パラメータの設定. 早稲田大学理工学部 コンピュータ・ネットワーク工学科 後藤研究室　学部 4 年 1G06R156-6 　野間敬太. 研究の背景・目的. IEEE 802.11e. 既存の無線 LAN 規格をベースに MAC 層に QoS 機能を追加する規格 優先度による QoS 制御方式 (2 種類 ) EDCA (Enhanced Distriuted Access) 自立分散制御に基づいた優先制御

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IEEE 802.11e における無線伝送速度の 変化に応じた最適な EDCA パラメータの設定

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Presentation Transcript

  1. IEEE 802.11eにおける無線伝送速度の変化に応じた最適なEDCAパラメータの設定 早稲田大学理工学部 コンピュータ・ネットワーク工学科 後藤研究室　学部4年 1G06R156-6　野間敬太 卒業論文発表

  2. 研究の背景・目的 卒業論文発表

  3. IEEE 802.11e • 既存の無線LAN規格をベースにMAC層にQoS機能を追加する規格 • 優先度によるQoS制御方式 (2種類) • EDCA (Enhanced Distriuted Access) • 自立分散制御に基づいた優先制御 • HCCA (Hybrid Coordinator Function Controlled Channel Access) • アクセスポイントによるポーリングを用いた集中制御 卒業論文発表

  4. EDCA • CSMA/CA方式を拡張したアクセス制御方式 • 送信を行う際に優先度に基づき優先制御 • 優先度の異なる４種類のAC(Access Category) 卒業論文発表

  5. EDCA (2) • 優先度ごとに設定される3種類のパラメータ • AIFS (Arbitration IFS)フレームの送信間隔を表すパラメータ。値が小さいほど優先度は高い。 • CW (Contention Window)送信待ち時間を決定するための乱数用のパラメータ。待ち時間＝乱数値×一定時間乱数値は０～ＣＷで生成される。 • TXOP(Transmission Opportunity)アクセス権を取得後、チャネルを排他的に使用できる時間を表す。 卒業論文発表

  6. R値 • VoIP (Voice over Internet Protocol) の通信品質の評価指標 • 音声品質クラス 卒業論文発表

  7. 実験 シミュレーション開始後15秒で一つの端末（STA1)の無線伝送速度を11Mbps→2Mpbsに変更。 このときのSTA1のR値を観測対象とする。 卒業論文発表

  8. シミュレーション環境 有線端末１台 (映像) 有線端末６台 (音声) ・・・ ＋ 音声 64Kbps/本 映像 300Kbps/本 11Mbps 2Mbps 11Mbps 11Mbps 無線伝送速度 11Mbps ・・・ STA1 通信への影響は？ 無線端末１台 (映像) 無線端末６台（音声） 卒業論文発表

  9. 評価方法 • 「0秒～15秒での平均R値」「15秒～30秒での平均R値」を評価の指標とする • 輻輳状態においてR値は安定しない。伝送速度変更点（15秒）直前・直後で比較しても、それが伝送速度の変化によるものか、もしくは通信状態（輻輳による低下）によるものか判断が難しい。 卒業論文発表

  10. 実験1: AIFSの変更 15秒以降のR値の低下が大きい 15秒以降のR値の低下が小さい ⇒　AIFSの値を“1”に設定することでR値の向上が見られる。 卒業論文発表

  11. 実験2: CWの変更（上りトラヒック） CWmax=63 以上でR値最大 卒業論文発表

  12. 実験2: CWの変更（下りトラヒック） CWmax=63 以上でR値最大 卒業論文発表

  13. 実験3: TXOPの変更 • TXOPに設定する値 • 1632, 3264(default), 6528, 13056, 26112, 52224 STA1の変更 APの変更 卒業論文発表

  14. 実験4: 最適なEDCAパラメータの検討 • 各EDCAパラメータを組み合わせ、最もR値が向上するパラメータの組み合わせを検討する。 • 最も良かったパラメータの組み合わせ これを提案パラメータとする。 卒業論文発表

  15. 提案パラメータの検証 改善 卒業論文発表

  16. まとめ＆課題 • 障害物等で無線伝送速度が変化する環境である場合、提案したパラメータが有効である。 • 課題 • 無線伝送速度を一つの端末のみ変更したが、複数の端末の無線伝送速度が変化することが考えられる。その際に、同じパラメータを適応していいのか否か検討すべきである。 • 最適なパラメータを見つけるためには、網羅的にパラメータを組み合わせる必要がある。 • トラヒックのアクセスカテゴリが限られた環境で実験を行ったが、様々なアクセスカテゴリが流れる環境を想定すべきである。 卒業論文発表

  17. ご清聴ありがとうございました。 卒業論文発表

  18. HCCAの動作概要図 QoS CF-Pollで指定されたTXOP QoS CF-Pollで許可された送信期間 QoS CF-Poll SIFS ACK ACK ACK SIFS SIFS QoS データ QoS データ QoS データ 卒業論文発表

  19. （補足）CSMA/CA • Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance • 無線LANにおける、基本的な通信手順 • Carrier Sense • 通信を開始する前に、現在通信をしているホストが他にあるかどうか確認する。 • Multiple Access • 複数のクライアントは同じ回線を共用し、他者が通信をしていなければ自分の通信を開始する。 • Collision Avoidance • 他のホストの送信終了を検知した場合は自分が送信を開始する前にランダムな長さの待ち時間をとる。 卒業論文発表

  20. （補足）EDCAシミュレータ • DESMO-Jライブラリを利用し、IEEE 802.11e環境を実装したシミュレータ • IEEE 802.11b上に802.11eを実装。 卒業論文発表

  21. EDCAシミュレータシミュレーションモデル PC + シナリオ PC + シナリオ 無線LAN アクセス・ポイント ステーション (無線ＬＡＮ　カード) PC + シナリオ 無線空間 ステーション (無線ＬＡＮ　カード) PC + シナリオ 卒業論文発表

  22. （補足）EDCA default parameter 卒業論文発表

  23. （補足）EDCAを選んだ理由 卒業論文発表

  24. （補足）R値の計算式 • R値= R0 – Is – Id – Ie + A • R0: 回線雑音、送受話室内雑音による劣化 • Is: 音量、側音 (送話口から受話口へ伝わる音)、量子化歪による劣化 • Id: 送話者エコー、受話者エコー、絶対遅延による劣化 • Ie: 低ビットレートコーデック、パケット損失による劣化 • A : モバイル通信など利便性による影響を補完 卒業論文発表

  25. R値を選んだ理由 • 利点 • 主観評価指標であるMOS値と相関関係がある。 • R値とMOS値を対応させたグラフがG.107に掲載 • IPネットワーク内で発生するパケットの遅延を評価に反映出来る。 • 同じ客観評価である、PSQM、PESQは遅延を考慮していない 卒業論文発表

  26. 音声通信の品質指標 • MOS (Mean Opinion Score) • 主観的手法。評価者に５段階で評価させる。 • PSQM (perceptual Speech Quality Measure) • 客観的手法。音声データの符号化、復号化の際に生じる歪みの影響を、人間の感覚に合わせて数値化する。 • PAMS (Perceptual Analysis Measurement System) • MOS評価手法を機械化した手法。 • PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality) • PSQM＋PAMS • R値 卒業論文発表

  27. ネットワーク構成 Voice6台 Video 1台 ・・・ 有線 IEEE 802.11e 無線LAN アクセスポイント 無線 STA1 ・・・ Voice6台 Video 1台 卒業論文発表

  28. (補足)実験1: AIFSの変更 STA1=UP, AP=DOWN 卒業論文発表

  29. （補足）実験1～AIFS=1（UP・DOWN）とした際の周囲への影響～（補足）実験1～AIFS=1（UP・DOWN）とした際の周囲への影響～ • STA2～STA6（音声）の平均R値 • UP側 83.46404 • DOWN側 88.84418 • STA7（映像）の最大Delay • UP側 11.5586(ms) • DOWN側 11.0614(ms) ※ITU-T G.1010 勧告 卒業論文発表

  30. 補足）　CWの効果 • CWの変更 • CWの設定値による効果 CWは送信待ち時間を決定する乱数用のパラメータ 優先度の高い通信に対してCWmaxを低く設定 送信待ち時間が少なくなり、送信機会が増える 卒業論文発表

  31. （補足）実験2考察 • R値が良かったパラメータは、他の端末のパラメータ (Default：CWmin=3, CWmax= 7)の範囲外を設定している。 • CWは待ち時間を決める乱数であるから、小さい方が優先的にアクセス権を取れるが、競合しないことで結果的にR値の低下を抑えることが出来る。 卒業論文発表

  32. （補足）実験4 : パラメータの組み合わせ • ○ : 実験1～3で得られたR値が最も高くなったパラメータ • UP : AIFS=1, CWmin=0, CWmax=63, TXOP=6528 • DOWN : AIFS=1, CWmin=0, CWmax=63, TXOP=6528 • × : 実験1～3で得られたR値が最も低くなったパラメータ • UP : AIFS=2, CWmin=1, CWmax=1, TXOP=3264 • DOWN : AIFS=2, CWmin=0, CWmax=3, TXOP=1632 • D: デフォルトパラメータ • UP : AIFS=2, CWmin=3, CWmax=7, TXOP=3264 • DOWN : AIFS=2, CWmin=3, CWmax=7, TXOP=3264 卒業論文発表

  33. 組み合わせパターン 卒業論文発表

  34. 提案パラメータを用いた場合の他の端末への影響提案パラメータを用いた場合の他の端末への影響 シミュレーション全体での平均R値 卒業論文発表

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