有線・無線統合化ネットワークアーキテクチャに関する研究

近年の無線技術の進展に伴って、無線ネットワークをラストホップとして、無線／有線ネットワークをいかにシームレスに統合するかが重要な課題になっている。また、モバイル端末からの情報発信や、有線側からモバイル端末へのアクセスが可能な、モバイル環境下におけるP2P (Peer-to-Peer)ネットワークへの関心も高まっている。本研究テーマでは、無線通信を含んださまざまなネットワークを実現するための設計論に主眼においた研究を進めている。まず、インターネットの発展に伴って、無線ネットワークにおけるデータ通信への要求が増していることに着目し、無線環境におけるTCPの性能向上に関する研究を行なっている。また、モバイル環境におけるP2P (Peer-to-Peer) ネットワークを実現するための基本技術として、無線端末が自律分散的にネットワークを構成するアドホックネットワークについても、経路制御やTCPの性能向上手法などの観点から研究を進めている。また、非常に小型で省電力の無線端末と各種のセンサを組み合わせた無線センサネットワークが実用化されてきており、さまざまな応用が考えられている。われわれはセンサネットワーク製品であるクロスボー社のMOTE/MICAを用いて、人間の行動やその環境を把握するためのシステムを構築した。

無線環境下におけるTCPの性能向上に関する研究

本研究では、無線セルラーネットワークにおいて、データリンク層プロトコルと無線回線上での通信誤りの影響を考慮したTCPの性能評価モデルを提案する。このモデルにより評価を行なった結果，データリンク層でのスループットの向上が、必ずしもTCP層のスループットを向上にはつながらないことを明らかにした。そして、データリンク層／TCP層のそれぞれに対する影響を考慮してパラメータを定めることで、TCPスループットを向上できることを示した。また、無線回線上の通信誤りに対してFECとARQを適用した結果、FECの方がARQよりもTCPスループットの劣化に効果があることを明らかにした。また，無線回線の品質に応じて，適切な誤り訂正能力を持つFECを適用することで、さまざまなノイズレベルにおいてTCPスループットが改善されることを示した。

また、無線端末のTCP層の変更のみでスループットを向上させる方式として、伝送誤りによるパケット損失率がある閾値より大きくなった場合に、ACKの個数を増加させることでACKの損失に対する耐性を高め、TCPスループットを向上させる手法を提案した。本提案方式による効果を解析的手法によって評価し、TCPセグメントそれぞれに対して、ACKパケットを2パケット送信することでTCPスループットが向上することを示した。 さらに、無線回線でのパケット損失を抑えるためにFECが用いられるが、固定的にFECを適用した場合には、刻々と変化する無線回線の状態を反映させることができず、効率が良いとはいえない。そこで本研究では、無線回線における誤り発生を送信ノードに伝達する方式であるELN (Explicit Loss Notification)により、送信側でFECの誤り訂正符号を動的に切りかえる方式を提案した。シミュレーションを用いて、パケット損失の発生状態に応じて、最適なFECの誤り符号を切りかえることによって、性能が向上できることを示した。

[関連発表論文]

アドホックネットワークの性能向上に関する研究 (富士電機社との共同研究)

本研究では、まず、アドホックネットワークの製品であるフレキシブル無線ネットワーク(FRN) に着目し、その評価と性能向上を行なった。FRNには、各ホップでパケットの受領確認を行ない、送信に失敗した場合はそのパケットを再送する機構が実装されている。この機構はパケットの到着率を高める効果をもっているが、同時にパケットの複製をまねくことでネットワーク性能を劣化させてしまうことが明らかとなった。そこで、このようなパケット複製の過程を明らかにし、これを考慮した性能向上手法を提案した。提案方式を実装したシミュレーションを通して、提案手法が複製パケットの発生を抑え性能を改善できることを示した。

また、有線ネットワークとの統合によって、アドホックネットワーク上でのTCPの重要性が増している。本研究で対象としたFRNの上位層としてTCPを適用した場合の特性は明らかではなく、性能改善の余地があると考えられる。そこで、アドホックネットワークにおけるTCPの性能向上手法として提案されているELFN (Explicit Link Failure Notification) 手法をFRNに適用することによって、性能向上を目指した。その際、FRNが保持している経路情報を利用することにより、ELFNをさらに改良することが可能となる。提案手法を実装したシミュレーションにより、FRNにおけるTCPのスループットが向上できることを示した。

[関連発表論文]

アドホックネットワークにおける低遅延ルーティングプロトコルに関する研究

従来のアドホックネットワーク上のTCPに関する研究のほとんどは、TCPコネクションは永続的なものであると仮定し、定常状態でのスループットを測定するものであった。しかしながら、Webトラヒックやセンサネットワークの特性を考えると、コネクション時間の短いTCPトラヒックが数多く発生する。このような環境では、ルートの探索やコネクションの確立に必要な時間が占める割合が大きくなり性能に大きな影響を及ぼす。そこで本研究では、生存時間の短いTCPコネクションが多く用いられるアドホックネットワーク環境における性能向上を実現するルーティングプロトコルであるLHR (Low-latency Hybrid Routing protocol) を提案し、その評価を行なった。シミュレーションを通して、LHRは、これまで提案されているいくつかの代表的なルーティングプロトコルよりも短時間でTCPコネクションを確立できる能力があることが確かめられた。また、その結果として、一定時間内に処理できるコネクション数を増やすことができることを示した。

[関連発表論文]

CDMAセルラーネットワークにおけるソフトハンドオフの影響に関する研究

CDMA方式では、端末が複数の基地局と同時に接続するソフトハンドオフが可能であり、ハードハンドオフのような通信の瞬断を避けるなどの利点がある。その一方で、ソフトハンドオフによる干渉電力の増加や、有線部分の負荷の増大の影響を考慮する必要がある。本研究では、ＣＤＭＡ上でのデータ通信を対象とし、ソフトハンドオフがＴＣＰのスループットに与える影響を明らかにした。シミュレーションにより、ネットワーク負荷などのパラメータに応じて、最適なソフトハンドオフマージンを調べた。また、端末がランダムに移動しハンドオフを繰り返す場合には、ソフトハンドオフによってコネクションの切断を避ける効果があることを示した。

[関連発表論文]

センサネットワークによる人間の行動・環境把握システムの構築に関する研究

非常に小型で省電力の無線ユニットとセンサを結びつけた、アドホックセンサネットワークが開発されている。これらは有線のインフラストラクチャを必要とせず、容易にネットワークを構成できるので、さまざまな利用が考えられている。本研究では、U. C. BerkeleyのSMART DUSTプロジェクトの成果であるMOTE/MICAを利用した人間の行動・環境把握システムを構築する。本システムは、アドホックネットワークの経路情報を用いて、端末を所持した人が建物内のどこにいるかを追跡することができる。また、MICAの温度センサを用いれば、その人がいる環境の気温を知ることができる。さらに、メールシステムと統合することによって、位置や環境の情報からのフィードバックを行なうことも可能とした。

[関連発表論文]