第3回卒業論文進捗報告

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ゆたかこけい
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1 IEEE e 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 2010/2/1 卒業論文発表 1

2 研究の背景目的ワイヤレスブロードバンド時代の進展モバイル端末による音声動画通信の利用サービスに適した QoS (Quality of Service) Best Effort IEEE e 通信の優先制御によって QoS を保証しかし IEEE e を実装した無線 LAN アクセスポイントの多くが使用環境に関係なくデフォルトパラメータを用いている無線伝送速度が変化した場合通信品質が保たれるのか? 無線伝送速度の変化に対応したパラメータを検証 2010/2/1 卒業論文発表 2

3 IEEE e 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 2010/2/1 卒業論文発表 3

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) アクセスカテゴリ AC_VO AC_VI AC_BE AC_BK 用途音声通信映像通信 Best Effort Background 2010/2/1 卒業論文発表 4

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 2010/2/1 卒業論文発表 5

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クラス R 値遅延クラス A 80 超 100ms 未満クラス B 70 超 150ms 未満クラス C 50 超 400ms 未満 2010/2/1 卒業論文発表 6

7 実験 1 AIFS の変更実験 2 CW の変更実験 3 TXOP の変更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実験 4 最適なパラメータの検討検証 2010/2/1 卒業論文発表 7

8 シミュレーション環境有線端末 6 台 ( 音声 ) 有線端末 1 台 ( 映像 ) + 音声 64Kbps/ 本映像 300Kbps/ 本 11Mbps 2Mbps 11Mbps 11Mbps 無線伝送速度 11Mbps STA1 通信への無線端末 1 台 ( 映像 ) 影響は? 無線端末 6 台 ( 音声 ) 2010/2/1 卒業論文発表 8

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 2010/2/1 卒業論文発表 9

10 R 値 R 値実験 1 : AIFS の変更 STA1 の AIFS=2, AP の AIFS=2 (Default) STA1 の AIFS=1, AP の AIFS= 秒以降のR 値の低下が大きい down up 秒以降のR 値の低下が小さい down up time time AIFS の値を 1 に設定することで R 値の向上が見られる 2010/2/1 卒業論文発表 10

11 実験 2 : CW の変更 ( 上りトラヒック ) (UP) CWmin=0, CWmax=α (UP) CWmin=1, CWmax=α CWmax=255 CWmax=127 CWmax=63 CWmax=31 CWmax=15 CWmax=7 CWmax=3 CWmax=1 CWmax= R 値 (UP) CWmin=3, CWmax=α CWmax=127 CWmax=63 CWmax=31 CWmax=15 CWmax=7 CWmax=3 CWmax=1 CWmax=0 CWmax=63 以上で R 値最大 R 値 (UP) CWmin=7, CWmax=α CWmax=255 CWmax=127 CWmax=63 CWmax=31 CWmax=15 CWmax=7 CWmax= CWmax=255 CWmax=127 CWmax=63 CWmax=31 CWmax=15 CWmax= /2/1 卒業論文発表 R 値 R 値

12 実験 2 : CW の変更 ( 下りトラヒック ) (DOWN) CWmin=0, CWmax=α (DOWN) CWmin=1, CWmax=α CWmax=255 CWmax=127 CWmax=63 CWmax=31 CWmax=15 CWmax=7 CWmax=3 CWmax=1 CWmax= CWmax=255 CWmax=127 CWmax=63 CWmax=31 CWmax=15 CWmax=7 CWmax=3 CWmax= R 値 (DOWN) CWmin=3, CWmax=α CWmax=63 以上で R 値最大 R 値 (DOWN) CWmin=7, CWmax=α CWmax=255 CWmax=127 CWmax=63 CWmax=31 CWmax=15 CWmax=7 CWmax= CWmax=255 CWmax=127 CWmax=63 CWmax=31 CWmax=15 CWmax= /2/1 卒業論文発表 R 値 R 値

13 実験 3 : TXOP の変更 TXOP に設定する値 1632, 3264(default), 6528, 13056, 26112, STA1 の変更 TXOP 15 秒までの平均 R 値 15 秒以降の平均 R 値 AP の変更 TXOP 15 秒までの平均 R 値 15 秒以降の平均 R 値 /2/1 卒業論文発表 13

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 AIFS CWmin CWmax TXOP STA AP これを提案パラメータとする 2010/2/1 卒業論文発表 14

15 R 値提案パラメータの検証 down (default) down (proposal) up (default) up (proposal) 改善 time 上りトラヒック 0-15 秒の平均秒の平均デフォルト提案下りトラヒック秒の平均秒の平均デフォルト提案 /2/1 卒業論文発表 15

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 2010/2/1 卒業論文発表 16

17 ご清聴ありがとうございました 2010/2/1 卒業論文発表 17

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 A C K A C K A C K QoS データ SIFS QoS データ SIFS QoS データ 2010/2/1 卒業論文発表 18

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 1. 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 2. 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 3. 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 2010/2/1 卒業論文発表 19

20 ( 補足 )EDCA シミュレータ DESMO-J ライブラリを利用し IEEE e 環境を実装したシミュレータ IEEE b 上に e を実装 2010/2/1 卒業論文発表 20

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 PC + シナリオステーション ( 無線 LAN カード ) 無線空間ステーション ( 無線 LAN カード ) PC + シナリオ 2010/2/1 卒業論文発表 21

22 ( 補足 )EDCA default parameter アクセスカテゴリ AIFS CWmin CWmax TXOP AC_BK AC_BE AC_VI AC_VO /2/1 卒業論文発表 22

23 ( 補足 )EDCA を選んだ理由音声トラヒックの優先度を上げることで品質向上を目指すアクセスカテゴリごとに優先度を変更することが可能 EDCA 2010/2/1 卒業論文発表 23

24 ( 補足 )R 値の計算式 R 値 = R 0 I s I d I e + A R 0 : 回線雑音送受話室内雑音による劣化 I s : 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 I d : 送話者エコー受話者エコー絶対遅延による劣化 I e : 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 2010/2/1 卒業論文発表 24

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 2010/2/1 卒業論文発表 25

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) R 値 PSQM+PAMS 2010/2/1 卒業論文発表 26

27 ネットワーク構成 Voice 6 台 Video 1 台有線無線 IEEE e 無線 LAN アクセスポイント STA1 Voice 6 台 Video 1 台 2010/2/1 卒業論文発表 27

28 ( 補足 ) 実験 1 : AIFS の変更 UP=1, DOWN=1 UP=2, DOWN=1 UP=1, DOWN=2 UP=2, DOWN=2 0~15 秒と15~30 秒の平均 R 値 STA1=UP, AP=DOWN up(15-30) down(15-30) up(0-15) down(0-15) 2010/2/1 卒業論文発表 28

29 ( 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 DOWN 側 STA7( 映像 ) の最大 Delay UP 側 (ms) DOWN 側 (ms) 映像品質双方向通信 (16-384kbit/s) 一方向通信 (16-384kbit/s) クラス R 値遅延 A 80 以上 100ms 未満 B 70 以上 150ms 未満 C 50 以上 400ms 未満遅延 150ms 以下推奨 400ms 以下 10s 以下 ITU-T G.1010 勧告 2010/2/1 卒業論文発表 29

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 2010/2/1 卒業論文発表 30

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 2010/2/1 卒業論文発表 31

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= /2/1 卒業論文発表 32

33 組み合わせパターンパターン AIFS CW TXOP D D 9 D D 10 D D 11 D 12 D 13 D 2010/2/1 卒業論文発表 33

34 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 Down up sta sta sta sta sta /2/1 卒業論文発表 34

IEEE e

IEEE e 2007 IEEE 802.11e LAN VoIP 2008 2 4 3606U075-2 1 5 1.1...................................... 5 1.2...................................... 5 1.3..................................... 6 2 IEEE 802.11e LAN