A Study on Routing/Transport Protocols
on Ad Hoc Networks
for High-speed Data Service
アドホックネットワークにおける
高速データ通信プロトコルに関する研究
山本 貴之
大阪大学 大学院基礎工学研究科
情報数理系専攻 村田研究室 博士前期課程
発表内容
無線アドホックネットワークとは
システム概要
フレキシブル無線ネットワークに関する研究
プロトコルの評価と、性能向上のための提案
TCPを用いたエンドホスト間通信に関する研究
生存時間の短いTCPコネクション向けのルーティング
手法の提案
これまで提案されたルーティング手法との比較
まとめと後期課程での研究計画
Feb. 19 2002
修士論文発表会
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無線アドホックネットワークとは
パケット中継機能を備えた複数台の無線端末に
よって構成されるマルチホップネットワーク
端末の追加、削除、移動に対応
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修士論文発表会
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システムの特徴
-利点設置、撤去が簡単で素早く行える
既設のインフラストラクチャに依存しない
(協調動作させることも可能)
-問題点ルーティングに必要なリソースが大きい
有線ネットワークに比べてパケットロス率が高い
Feb. 19 2002
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フレキシブル無線ネットワーク
㈱富士電機により開発された
情報収集システム
信頼性を高めることを主眼に
置いた独自のプロトコル
アプリケーション適用例
プラントの電力消費量の収集
自動販売機の売上集計
スキーリフトのゲートからのデータ集計
http://www.fujielectric.co.jp/
Feb. 19 2002
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システム概要
隣接端末との経路表交換による経路探索
(Proactive routing protocol)
目標端末に対して複数の経路を管理
中継エコー方式により、ホップごとのパケット受領
確認と再送制御を行う
無線チャネルは固定時間でスロットに分割される
パケットにはスロット単位の最大生存時間が設定さ
れる
Feb. 19 2002
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性能向上手法の提案
適切な最大生存時間を設定する手法
送信元端末でパケット最大生存時間を設定する際
パケットごとに目標ノードまでのホップ数を考慮する
シミュレーションでは一例として計算式 L(h)=6h+12 を
用いて評価を行う
パケット複製の原因となる、パケット衝突を
抑える手法
パケット再送までの時間をランダムに決定する
生存時間が足りなくなると予想されるパケットを棄却する
Feb. 19 2002
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性能向上手法を適用した時の
パケットロス率
パケットロス率 = 目標ノードに届かなかったパケットの割合
Load
= 1スロットあたり発生する平均パケット数
L(h)
= パケット最大生存時間
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TCP on Ad Hoc Networks
アドホックネットワーク上のトランスポート層プロトコルとして
TCPが使用される
無線アドホックネットワークと有線ネットワークの統合
センサネットワークへの適用
これまで行われてきた研究のアプローチ
長時間続くTCPコネクションの定常状態を対象とし、スループットで
性能評価を行う
本研究のアプローチ
生存時間の短いTCPコネクションを対象とする
有線ネットワークとの統合を考えると、TCPに変更を加える性能向上
手法は適用しにくい
ルーティングプロトコルの改善による性能向上
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既存のルーティングプロトコル
に対する考察
Proactive protocol
隣接端末との経路表交換による経路探索
既知の経路は素早く探索可能
端末数が増えるとオーバーヘッドが増大する
リンク切断時に素早く新しい経路を探索できない
On-demand protocol
ブロードキャストパケットによる経路問い合わせ
最適な経路を発見する可能性が高い
リンク切断に対して再度経路探索が可能
経路探索のため、コネクション確立に時間がかかる
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提案
LHR (Low-latency Hybrid Routing protocol)
短生存時間TCPコネクションに適したルーティング手法
送信データが少量の場合、ルーティングのための遅延
がコネクション時間全体に占める割合が大きくなる
ルーティング遅延を小さくすることで、TCPコネクションの
確立・データ転送を素早く行い、性能を向上させる
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初期経路探索
RREQ (Route Request) メッセージと
RREP (Route Reply) メッセージによる
オンデマンド経路探索
D
D
RREP broadcast
TCP SYN
S
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TCP SYN
S
RREQ broadcast
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経路探索とコネクション確立
の統合
経路探索とコネクション確立を統合した方式での
TCPコネクション確立までの流れ
1. RREQ with TCP SYN送信 (src.)
2. RREP with TCP SYN+ACK送信
(dst.)
(1) RREQ with TCP
SYN broadcast
D
S
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(2) RREP with TCP
SYN+ACK broadcast
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リンク切断からの素早い回復
使用中のリンクが途中で切れた場合、素早く
別経路で回復できなければならない
複数経路を管理し、素早く別経路に切り替える
代替経路が無い場合、ブロードキャストで経路探索を開始する
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1
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プロトコル性能評価環境
ネットワークシミュレータ ns-2 を使用
500m x 2000mのフィールド、50ノード
端末移動は最大0, 5, 20 m/secのrandom
waypoint model
TCPコネクション開始要求は平均5本/secの
ポアソン分布に従って発生する
各コネクションのデータ量は、最大10パケットまで
比較対象のルーティング手法
Proactive protocol (DSDV)
On-demand protocol (DSR)
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評価結果
端末移動 なし
端末移動最大速度 20m/sec
横軸:コネクション確立時間
縦軸:時間内に確立できたコネクションの累積度数分布
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まとめ
アドホックネットワークの性能評価と
性能向上手法の提案
商用システム「フレキシブル無線ネットワーク」を対象と
した評価と性能向上手法の提案
システムパラメータ(パケット最大生存時間)とネットワーク性能
の関係に注目
提案手法がネットワーク性能を向上できることを示した
センサネットワーク等を対象とした、短生存時間TCPコネ
クションに適したルーティング手法 LHR の提案
アドホックネットワーク特有のルーティング遅延の低減により
素早いコネクション確立と、リンク切断時の経路再構築を実現
様々なネットワーク環境下で比較対象としたプロトコルよりも多く
のコネクションを短時間で確立できることを示した
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後期課程での研究計画
モバイル環境を対象としたピアツーピア
情報共有基盤
インフラストラクチャとしてアドホックネットワークを適用
モバイルデバイスからの情報発信
有線ネットワークからモバイル環境上の資源への
アクセス
データリンク、ルーティングプロトコル
位置登録、資源登録、資源探索、ゲートウェイ
アプリケーション
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後期課程での研究計画
有線ネットワーク
との統合
資源名による
経路探索
資源のキャッシュ
クラスタヘッド選定
集団移動を考慮した
経路制御や
ゲートウェイ設定
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ppt - 先進ネットワークアーキテクチャ研究室