IEEE 802.11e 動的パラメータによる双方向トラフィックの通信品質向上

IEEE 802.11e 動的パラメータによる双方向トラフィックの通信品質向上早稲田大学大学院　基幹理工学研究科　情報理工学専攻後藤研究室　修士２年 5108B032-0　栢沼　圭輔 <kaya@goto.info.waseda.ac.jp >

2 研究の背景 • IEEE 802.11e • 使用環境に限らずデフォルトパラメータが使われる • 必ず通信品質が保たれるとは限らない[1] • 動的にパラメータを調整することで品質が向上 [2] • 品質改善において上下トラフィックが考慮されていない • 無線通信の需要増加 • 音声・映像通信などコンテンツは多種多様 • Best Effort 型インターネット • サービスに適したQoS（Quality of Service）が必要

3 研究の目的 IEEE 802.11e 動的パラメータによる双方向トラフィックの通信品質向上 • 通信内容の変化に対して、上下トラフィック毎に品質低下がみられたトラフィックのＥＤＣＡパラメータを変更する事でＱｏＳを保証 • パラメータ変更が他のトラフィックに与える影響を最小限に抑えられるようパラメータ調整

4 IEEE 802.11e • IEEE 802.11a/bがベース • セキュリティ機能、QoS機能を追加 • ２種類のQoS技術 • EDCA • ４つのカテゴリにより優先制御 • HCCA • ポーリング制御技術による帯域割り当て制御　　　　ＥＤＣＡを使用

5 ＥＤＣＡ • CSMA/CAを拡張したアクセス制御方式 • 優先度の高いフレームを先に送る • ４種類のAC（Access Category）に分解　　 ⇒　優先順位を付ける

6 ＥＤＣＡパラメータ表. デフォルトパラメータ • ＣＷ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ　Ｗｉｎｄｏｗ） • 送信待ち時間を決める乱数パラメータ • ＡＩＦＳ（Ａrbitration IFS） • フレーム送信間隔を表すパラメータ • ＴＸＯＰ（Transmission Opportunity） • チャネルを排他的に使用できる時間

実験シミュレータによる実験

提案手法 VIDEO トラフィックＶＯＩＰトラフィックＶＯＩＰトラフィック増加通信品質が低下したトラフィックを発見他のトラフィックに影響がでないよう品質を向上させる劣化の生じたACのトラフィック（上下トラフィック毎）のパラメータを動的に変更

9 評価手法音声通信 TTC標準JJ-201.01 映像通信 ITU-T G.1010

実験１～３ ＡＩＦＳの値を変更

11 実験１～３　概要 VIDEO トラフィック！！！ＶＯＩＰトラフィックＶＯＩＰトラフィック通信品質が低下したトラフィックを発見パラメータの変更＜パラメータ変更ルール＞品質低下がみられたカテゴリのトラフィックのAIFSを２→１へ変更・　実験時間：３０ｓ・　トラフィック（0～9s） - 音声： 384kbps - 映像：3000kbps（3Mbps） - トラフィック変化（10s） --- 実験１音声：+128kbps --- 実験２映像：+1000kbps --- 実験３音声：+128kbps 映像：+1000kbps ・　ＥＤＣＡパラメータ - default（0～19s） - パラメータ変更（20s）

12 実験１、２　結果 • 共に上り音声通信トラフィックのR 値がクラスCとC以下を行き来するまで品質低下 • 上り音声通信トラフィックのAIFSを2 ⇒ 1へ変更 • クラスC基準まで向上 # 他トラフィックへの影響なし • 実験１ • 音声通信 +128kbps • 実験2 • 映像通信 +1000kbps（1Mbps）

13 実験３（音声 +128kbps、映像 +1000kbps）遅延400msを大幅に超えてしまうクラスＣとＣ以下を行き来下り映像通信のAIFSを2⇒1へ 150ms以下に向上クラスＣ以下に劣化

14 実験３　結果、考察 • 音声通信 +128kbps、映像通信 +1000kbps • 映像通信 • 下りトラフィックの遅延は150ms以下まで向上 • 音声通信 • 上下トラフィック共にクラスC以下に品質劣化他トラフィックへ影響 • 優先度を高くした下り映像通信トラフィックが他トラフィックを圧迫 • 優先度を高く設定する事が必ずしも良いとは限らない • 良くなり過ぎてしまい他のトラフィックに影響

実験４ 各種パラメータの変更 ⇔実験３ではAIFSのみ

16 実験４　概要（１/２） VIDEO トラフィックＶＯＩＰトラフィック＜パラメータ変更ルール＞品質低下がみられたカテゴリのトラフィックの各パラメータ（AIFS、CW、TXOP）を変更・　実験時間：３０ｓ・　トラフィック（0～9s） - 音声： 384kbps - 映像：3000kbps（3Mbps） - トラフィック変化（10s）音声：+128kbps 映像：+1000kbps ・　ＥＤＣＡパラメータ - default （0～19s） - パラメータ変更（20s）

17 実験４　概要（２/２） • 下り映像通信のAIFS：２に固定 • TXOPの値を変更する • 品質に向上が見られない場合 • 他パラメータ（CW）の優先度を高くする • 品質は向上するが他トラフィックに影響がある場合 • 　　他パラメータ（CW）の優先度を低くする • （参考）各パラメータの優先度について • CW：送信待ち時間 • 値が小さいほど優先度が高い • AIFS：フレーム送信間隔 • 値が小さいほど優先度が高い

18 実験４　提案パラメータ概要で説明したルールによりパラメータ変更　　＃　発表時間の都合上、途中経過は省略

19 実験４（defaultとの比較）クラスＢ基準まで向上クラスＣ基準まで向上 150ms以下まで向上 150ms以下

20 実験４　結果、考察（1/2）劣化の生じた通信の各種パラメータ変更実験目的（他トラフィックへの影響を最低限に抑えたQoS保証）を満たす • 映像通信 • 下りトラフィックの遅延は150ms以下まで向上 • 音声通信 • 下りトラフィックはクラスＢ、上りトラフィックはクラスＣまで向上

21 実験４　結果、考察（2/2）劣化の生じた通信の各種パラメータ変更 • 下り映像通信トラフィックのパラメータ変更に伴い、上下音声通信トラフィックの品質が向上 • ＣＷ（送信待ち時間）を大きく（優先度を低く）設定することで、他トラフィックとの競合を避けられる　　　　他のトラフィックの品質にも改善が見られた # CWの値が小さい方が優先的にアクセス権を取れる

実験５ 複数カテゴリのパラメータ変更（優先度を高くする変更） ⇔実験３、４では劣化の生じたカテゴリのトラフィックのみ

・　実験時間：３０ｓ • ・　トラフィック（0～9s） - 音声： 384kbps - 映像：3000kbps（3Mbps） - トラフィック変化（10s）音声：+128kbps 映像：+1000kbps ・　ＥＤＣＡパラメータ • - default （0～19s） - パラメータ変更（20s） 23 実験５　概要 VIDEO トラフィックＶＯＩＰトラフィック＜パラメータ変更ルール＞・複数カテゴリのトラフィックに着目・優先度を高くする変更のみ・パラメータ変更後、劣化して　　いるトラフィック数が -- ２つ以上の場合　 ⇒他のパラメータを変更 -- １つの場合　 ⇒劣化したトラフィック　　のパラメータを変更

24 実験５　提案パラメータ defaultパラメータ新パラメータ概要で説明したルールによりパラメータ変更＃　発表時間の都合上、途中経過は省略

25 実験５（defaultとの比較）クラスＣ基準クラスC基準まで向上 150ms以下まで向上 400ms以下

26 実験５　結果、考察複数カテゴリのパラメータ変更実験目的（他トラフィックへの影響を最低限に抑えたQoS保証）を満たさない実験４（劣化の生じた通信の各種パラメータ変更）手法の方が有効 • 音声通信 • 上りトラフィックはクラスＣ基準まで向上 • 映像通信 • 下りトラフィックの遅延は150ms以下まで向上 • しかし、上りトラフィックの遅延が増加（defaultに比べ）

結論 • 提案手法によるQoS保証 • 環境の時間的変化に対応したQoSを実現 • 上下トラフィック毎の優先制御は有効 • 他のトラフィックに影響を与えないQoSを実現 • 通信の内容に合ったパラメータの最適化が必要 • 時にはパラメータにて優先度を低く設定することが重要 • パラメータ設定により他トラフィックとの競合を避けることは有効

ご清聴ありがとうございました

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