出岡雅也旭健作鈴木秀和渡邊晃名城大学理工学部

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みそらおいもり
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( ) Study of Access Control Method in Ad-hoc Networks that Prevents Hidden Terminal Problems using Strong Busy Tone Masaya Izuoka, Kensaku Asahi, Hidekazu Suzuki, Akira Watanabe(Meijo University) 1 2

2 Operation of SBT-RC Operation of SBT-D 3 SBT ( BT) SBT <3 1 >SBT-RC [1] Fig.

1 ( ) Study of Access Control Method in Ad-hoc Networks that Prevents Hidden Terminal Problems using Strong Busy Tone Masaya Izuoka, Kensaku Asahi, Hidekazu Suzuki, Akira Watanabe(Meijo University) 1 2 IEEE RTS(request to send)/cts(clear to send) ( SBT:Strong Busy Tone) SBT 2 RTS/CTS RTS/CTS DATA RTS CTS DATA RTS CTS RTS Fig. 1 Fig. 2 Operation of SBT-RC Operation of SBT-D 3 SBT ( BT) SBT <3 1 >SBT-RC [1] Fig.1 SBT-RC(SBT with RTS/CTS) SBT-RC RTS/CTS SBT A B C D 1 A B DATA RTS SBT 3 CTS SBT 2 C D SBT C CTS NAV D RTS CTS DATA SBT-RC RTS CTS <3 2 >SBT-D [2] Fig.2 SBT-D Fig.2 A B DATA A DATA SBT 2 SBT C SBT RTS/CTS NAV RTS/CTS SBT-D RTS/CTS <3 3 > [1] SBT-RC CSMA/CA ( t) t SBT-D <3 4 >ACK CSMA/CA ACK DATA ACK SBT 4 BT SBT [1] Tomohiro Ito, et:researches and Evaluation of Strong Busy Tone that Improves the Performance of Ad-hoc Networks The 7th International Conference on Mobile Computing and Ubiquitous Networking(ICMU2014) No.2014 pp Jan 2014 [2] (MBL) Vol.2013-MBL-68 No.10 pp

2 出岡雅也旭健作鈴木秀和渡邊晃名城大学理工学部

3 無線 LAN 技術の急速な普及スマートフォンタブレット端末の普及通信速度の向上無線 LAN 技術の課題通信端末の増加による干渉隠れ端末問題さらし端末問題の発生パケット衝突によるスループットの低下 SBT(Strong Busy Tone) を用いてパケット衝突を防止しスループットを改善させる方式を検討 1

4 隠れ端末問題無線 LAN 環境では電波到達範囲外の端末を認識できない同じ端末を対象に通信を開始するパケット衝突が発生しスループットが低下してしまう 2

5 IEEE では RTS/CTS 方式による送信予約によって隠れ端末問題を解決している 3

6 A DIFS RTS DIFS Back off RTS SIFS DATA B Collision SIFS CTS SIFS ACK C DIFS RTS NAV D NAV RTS/CTS DATA 同時に送信を開始すると衝突が発生端末 D に無駄な待機時間が発生する ( さらし端末問題 ) 4

7 A DIFS RTS SIFS DATA B SIFS CTS Collision C Collision SIFS CTS D DIFS RTS DIFS Back off RTS RTS/CTS DATA 5

8 RTS/CTS の課題パケット交換方式である為制御に時間がかかる周辺端末に無駄な待機時間が発生する ( さらし端末問題 ) 衝突後再送にかかるオーバヘッドが大きい隠れ端末問題を完全には解決できていない 6

9 ビジートーンとは単一周波数の電波データを一切含まないため瞬時に制御可能小さな送信電力でも広範囲に受信可能受信中は通信を開始できないビジートーンの電波到達範囲を拡大させ広範囲の端末の制御をする遠隔の端末を制御することが可能隠れ端末問題さらし端末問題の双方を防止できる 7

10 A DIFS RTS SIFS DATA B SIFS SIFS CTS ACK C NAV D SBT(RTS) SBT(CTS) RTS/CTS DATA 遠隔の端末 D まで即座に制御する 8

11 DIFS SIFS A DATA B ACK C D SBT DATA ACK SBT 受信中は送信を行わない 9

12 SBT を利用すると大幅にパケット衝突を削除できるメリットデメリット SBT-RC 既存の方式と共存できる RTS/CTS のオーバヘッド SBT-D スループットの大幅な向上オーバヘッドがない既存の方式と共存不可 10

13 スロットタイム (Δt) の値を短縮する待機時間を最適化することで通信性能を向上できる SBT の特徴を利用することにより可能になる乱数の生成を工夫する提案は多いが Δt は固定バックオフ時間衝突後の再送タイミングをずらすための待機時間 Δt の値を最適化することにより短縮可能 11

14 バックオフ時間の演算式 Backoff = {(CWmin+1) 2^n-1} Δt Δt(802.11g):9μs Δt の内訳 CCATime (4μs) AirPropagationTime (1μs) RxTxTurnaroundTime (2μs) MacProcessingDelay (2μs) CCATime: 端末の状態判定時間 AirPropagationTime: 伝搬時間 RxTxTurnaroundTime: 端末の送受信切り替え時間 MacProcessingDelay: 通信処理時間 12

15 SBT を適用することで不要となる要素情報を一切含まないため処理時間は非常に小さい (MacProcessingDelay) 状態判定時間は SBT の送信の時間だけ考慮すればよいので 1μs に短縮できる CCATime(1μs) と AirProgationTime(1μs) と RxTxTurnaroundTime(2μs) の値のみ考慮すればよい Δt の値を 4μs と決定 13

16 検討方式の効果測定 SBT の衝突防止効果 Δt 短縮による影響 SBT RTS/CTS Δt Case1(RTS/CTS 方式 ) 無有 9μs Case2(SBT-RC) 有有 9μs Case3(SBT-D) 有無 9μs Case4(SBT-RC+Δt 短縮 ) 有有 4μs Case5(SBT-D+Δt 短縮 ) 有無 4μs 14

17 90m 試行回数アドホックネットワーク台数 20 回 37 台 TCP 通信 1 対背景負荷通信 1~60 対

18 802.11g を想定 TCP は FTP を想定 UDP は VoIP を想定電波到達範囲 SBT3 電波到達範囲 SBT2 電波到達範囲 SBT-D 電波到達範囲計測時間 100(m) 300(m) 200(m) 200(m) 330(s) 通信方式 g 無線帯域 54(Mbps) 通信タイプトランスポートプロトコルパケットサイズ通信タイプトランスポートプロトコルパケットサイズパケット発生率 FTP TCP 1000(byte) CBR UDP 200(byte) 64(kbps) 16

19 TCP Throughput(Mbps) RTS/CTS 方式 SBT-RC SBT-RC(4μs) SBT-D SBT-D(4μs) 0 The number of terminal pairs SBT を用いることによりスループットが向上 Δt の短縮により更なるスループットの向上が可能 17

20 Number of collision(time/sec) RTS/CTS 方式 SBT-RC SBT-RC(4μs) SBT-D SBT-D(4μs) 0 The number of terminal pairs SBT-D を用いた場合 SBT-RC よりも衝突が増加単位時間における衝突機会の増加が原因 18

21 Total UDP Volume(Mbps) RTS/CTS 方式 SBT-RC SBT-RC(4μs) SBT-D SBT-D(4μs) 0 The number of terminal pairs ネットワーク全体においてもスループットを向上させるパケット衝突の防止効果は大きい 19

22 検討方式の効果を確認大幅な衝突数の削減 SBT による送信抑制効果を上回るスループット向上 SBT-D による大幅なスループットの向上 Δt の短縮により更なるスループットの向上 20

23 パケット衝突を防止するために SBT を用いた方式を検討した検討方式の有用性スループットの増加衝突数の大幅な削減 Δt 短縮による更なるスループットの増加 21

24 補足 22

25 アドホックネットワーク多数の端末をアクセスポイントの介在なく相互に接続する形態をとっているアドホックモードにルーティングプロトコルを追加した方式 23

26 SBT は通常の周波数帯ではなくガードバンドを使用ガードバンドとは 2 つの通信チャネルの間にある未使用周波数帯 11b/g は周波数帯が被っており双方の未使用周波数帯を確認する必要がある 11a では周波数帯が整備されているので問題はない 24

1 RTS/CTS 1 Fig. 1 One example of the issue in RTS/CTS LAN CSMA/CA IEEE [11] [12] [13] [14] (SBT: Strong Busy Tone) [9] [10] SBT RTS/CTS

1 RTS/CTS 1 Fig. 1 One example of the issue in RTS/CTS LAN CSMA/CA IEEE [11] [12] [13] [14] (SBT: Strong Busy Tone) [9] [10] SBT RTS/CTS THE INSTITUTE OF ELECTRONICS, INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS TECHNICAL REPORT OF IEICE. 468-8502 1-501 E-mail: tomohiro.ito@wata-lab.meijo-u.ac.jp, {asahi,hsuzuki,wtnbakr}@meijo-u.ac.jp IEEE802.11,

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