無線環境におけるマルチホーム Mobile IPv6 の通信品質分析

1. 無線環境におけるマルチホームMobile IPv6の通信品質分析 早稲田大学大学院 基幹理工学研究科 情報理工学専攻　修士2年 後藤滋樹研究室 名倉俊哉 修士論文　審査発表

2. 研究背景① • 「いつでもどこでも」ネットワークにアクセスできるユビキタス社会の到来 • モバイル端末への通信継続性や　　　　IPモビリティが求められるように Mobile IPv6 ・ネットワーク層のプロトコル ・移動によるIPアドレスの変化を上位層から隠蔽 • 移動透過性 • 着信可能性 ノードが移動しても確立されたコネクションが維持できること ノード識別子が移動によって変化しない 修士論文　審査発表

3. 研究背景② • 実際は、HoA (Home Address)から CoA (Care of Address)に切り替える　ときにHandoverが生じる • SCTPへの注目 • 様々な無線環境 • 無線LAN、WiMAX、Bluetoothなどの混在 • 異なる無線環境での品質改善 修士論文　審査発表

4. SCTP • Stream Control Transmission Protocol • 輻輳制御を行い、到着順序を保証する　信頼性のあるメッセージ転送を行う • 利点 • マルチホーミング • 複数のIPアドレスを持つことができ、障害時にフェイルオーバーが可能 プライマリパス Network0 if0 if0 if1 if1 Network1 修士論文　審査発表 セカンダリパス

5. SCTPを利用したMobile IPv6 MN HA CN Binding Update Binding Update ACK Session Established SCTP association change to Addr 0 Binding Update Binding Update ACK IF 0 IF 1 修士論文　審査発表 Addr0 HoA-CoA

6. SCTPパラメータ (デフォルト値) • Path.Max.Retrans • 再送を行った回数を数えるエラーカウンタ • H.B.Intereval • HeartBeatを送る間隔 • RTO.MIN • 再送タイムアウト (RTO) の下限値 • RTO.MAX • 再送タイムアウト (RTO) の上限値 • RTO.Initial • 初期再送タイムアウト (RTO) 値 • MaxInitRetransmits • SCTP 終端が INIT チャンクの再送信位置で行う最大試行回数 修士論文　審査発表

7. 研究目的 • 片桐友之助、2009年度修士論文 • マルチホームMobile IPv6における　　　　通信品質の分析 • Mobile IPv6 + SCTP + QoS • SCTPのパラメータ: RTO.MAX, PMRを　　　 　変化させて実験 (802.11b環境) • 実際には様々な無線環境が存在 様々な無線環境でさらなる通信品質の向上 修士論文　審査発表

8. 提案手法 • 様々な無線環境でMobile IPv6 + SCTPを実行し通信品質を分析 (IEEE802.11a, pで検証) • 様々な無線環境でMobile IPv6 + SCTPを実行した際に通信品質が向上する　パラメータを検討 (IEEE802.11a, pで検証) 修士論文　審査発表

9. シミュレーション開始時の　　マシン配置座標とシナリオシミュレーション開始時の　　マシン配置座標とシナリオ • Network Simulator 2によるシミュレーション • 6秒後 • CNがMNにパケット送信:1500 byte • 10秒後 • MNが異なるネットワークへ移動開始 • 300秒間のシミュレーション 修士論文　審査発表

10. 実験① • IEEE802.11bからIEEE802.11bへの移動 　　　　　　　と • IEEE802.11aからIEEE802.11aへの移動 • をMobile IPv6上で比較 • MNの移動速度を3m/sとして実験 • 測定項目 • シーケンス番号 修士論文　審査発表

11. 実験①結果 赤：11b 緑：11a Sequence Number Time(sec) 修士論文　審査発表

12. 実験② • IEEE802.11aからIEEE802.11aへの移動 • MNの移動速度を変化させて実験 • 3,10m/s • Mobile IPv6とMobile IPv6＋SCTPで比較 • SCTPのパラメータ • RTO.MIN 1.0 [sec] • RTO.MAX 60.0 [sec] • PMR 5.0 [回] • 評価項目 • MN側のスループット、シーケンス番号　　　ハンドオーバー 修士論文　審査発表

13. 実験②結果 (11a, 3m/s) Throughput(bps) Throughput(bps) Time(sec) Time(sec) Mobile IPv6 Mobile IPv6＋SCTP 修士論文　審査発表

14. 実験②結果 (11a, 10m/s) Throughput(bps) Throughput(bps) Time(sec) Time(sec) Mobile IPv6 Mobile IPv6＋SCTP 修士論文　審査発表

15. 赤：Mobile IPv6 緑：Mobile IPv6＋SCTP 実験②結果 (3m/s,10m/s) Sequence Number Sequence Number Time(sec) Time(sec) シーケンスナンバーの推移 3m/s 10m/s MNが3m/sで移動するときハンドオーバーに要した時間 修士論文　審査発表

16. 実験③ • IEEE802.11pからIEEE802.11pへの移動 • MNの移動速度を変化させて実験 • 3,27m/s • Mobile IPv6とMobile IPv6＋SCTPで比較 • SCTPのパラメータ • RTO.MIN 1.0 [sec] • RTO.MAX 60.0 [sec] • PMR 5.0 [回] • 評価項目 • MN側のスループット、シーケンス番号　　　ハンドオーバー 修士論文　審査発表

17. 実験③結果 (11p, 3m/s) Throughput(bps) Throughput(bps) Time(sec) Time(sec) Mobile IPv6＋SCTP Mobile IPv6 修士論文　審査発表

18. 実験③結果 (11p, 27m/s) Throughput(bps) Throughput(bps) Time(sec) Time(sec) Mobile IPv6＋SCTP Mobile IPv6 修士論文　審査発表

19. 赤：Mobile IPv6＋SCTP 緑：Mobile IPv6 実験③結果 (3m/s,27m/s) Sequence Number Sequence Number Time(sec) Time(sec) 27m/s 3m/s シーケンスナンバーの推移 MNが3m/s、27m/sで移動するときハンドオーバーに要した時間 修士論文　審査発表

20. 実験④ • IEEE802.11aからIEEE802.11aへの移動 • MNの移動速度は3m/s • Mobile IPv6＋SCTP • SCTPのパラメータ • RTO.MIN 1.0 [sec] • RTO.MAX 60.0 [sec] • PMR 5.0 [回] • パラメータを変化させて実験 • 評価項目→ハンドオーバー 修士論文　審査発表

21. 実験④結果 8秒の短縮 →PMRを小さく設定＝再送回数を少なくする →RTO.MAXを小さく設定＝再送タイムアウトを短くする 修士論文　審査発表

22. 実験⑤ • IEEE802.11pからIEEE802.11pへの移動 • MNの移動速度は27m/s • Mobile IPv6＋SCTPで比較 • SCTPのパラメータ • RTO.MIN 1.0 [sec] • RTO.MAX 60.0 [sec] • PMR 5.0 [回] • パラメータを変化させて実験 • 評価項目→ハンドオーバー 修士論文　審査発表

23. 実験⑤結果 3秒の短縮 →PMRを小さく設定＝再送回数を少なくする →RTO.MAXを小さく設定＝再送タイムアウトを短くする 修士論文　審査発表

24. 結論 • IEEE 802.11a, pにおいてもMobile IPv6　環境でSCTPを用いたほうが安定した通信ができるようになった • SCTPのパラメータであるPMR, RTO.MAXは値が小さいほうがハンドオーバーにかかる時間が小さくなる 課題 • 複数の無線規格間の移動を想定して実験をする必要 • 様々なシミュレーション環境の想定 • 実機での検証 修士論文　審査発表

25. 　　ご清聴ありがとうございました 修士論文　審査発表

26. 補足 修士論文　審査発表

27. ネットワーク構成 Network A MN CN 100Mb ,1.80ms Network B HA 修士論文　審査発表

28. Mobile IPv6 2010.02.05 修士論文審査発表 • 2004年7月：RFC3775 • 通信を継続したままネットワーク間の移動が可能 • ノードの移動透過性をネットワーク層において保障するプロトコル→移動を隠匿 • HoA (Home Address) • MNに割り当てられる不変のアドレス • CoA (Care of Address) • MNが移動先のネットワークで使用するアドレス • Home Agent （HA） • Foreign Link上のMNに対し、パケットを転送する • TCP、UDP • エンドポイントの識別にIPアドレスを利用 • IPアドレスが変わると通信を一時的に継続できない

29. Mobile IPv6用語１ 2010.02.05 修士論文審査発表 • Mobile Node （MN） • ネットワーク間を移動するノード • Correspondent Node （CN） • MNの通信相手となるノード • Home Address （HoA） • MNに割り当てられる不変のIPアドレス • Care of Address （CoA） • MNが移動先のサブネットで使用する一時的なアドレス • Home Link • MNがもともと接続しているネットワーク

30. Mobile IPv6用語２ 2010.02.05 修士論文審査発表 • Foreign Link • MNの移動先のネットワーク • Binding • HoAとCoAの関係を示す情報 • Binding Update • Bindingの登録および更新

31. Mobile IPv6用語３ 2010.02.05 修士論文審査発表 • Dynamic Home Agent Address Discovery • 動的にHAを探索するAnycast通信 • Home Test Init （HoTI） • MNが行う、HAを経由する冗長経路を用いたCNに対する経路認証要求 • Care of Test Init （CoTI） • MNが行う、CoAによる直接経路を用いたCNに対する経路認証要求

32. Mobile IPv6用語４ 2010.02.05 修士論文審査発表 • Home Test （HoT） • CNが行う、HAを経由する冗長経路を利用したHoTIに対する経路認証応答通信 • Care of Test （CoT） • CNが行う、CoAによる直接経路を利用したCoTIに対する経路認証応答通信 • Binding Refresh Request (BRR) • CNが行う、MNに対するBinding情報の更新要求 • Return Routability Procedure (RRP) • MN、CN間で行う、一連の経路認証処理全体

33. Mobile IPv6の通信 HA HoA Home Link Binding Update INTERNET CN Foreign Link Binding Update CoA MN 2009/02/04 卒業論文発表資料 33

34. パスのスイッチオーバーメカニズム1 2010.02.05 修士論文審査発表 プライマリパス：データ転送用 セカンダリパス：バックアップ用経路 プライマリパスを利用中にデータチャンクがロスし、SACKチャンクを受信せずにいると、直前のデータチャンク送信からRetransmission Timeout (RTO) が経過してから再送される バイナリバックオフアルゴリズムに従い、RTOを前回の2倍に設定する エラーカウンタがPath Max Retransmission (PMR) を超えると、プライマリパスを到達不能状態（INACTIVE）とし、到達可能状態（ACTIVE）のセカンダリパスを介した通信に切り替える。

35. パスのスイッチオーバーメカニズム2 2010.02.05 修士論文審査発表 • プライマリパスへの切り替え • プライマリパスをINACTIVE と判断すると、ホストはHEARTBEATチャンクを送信し、パスの到達性を確認する • HEARTBEATチャンクを送信する間隔Hi • パスがACTIVE かつIDLE 状態の場合 • Hi = RTOi + H.B.Interval(1 + α) • パスがINACTIVE 状態の場合 • Hi = RTO.Initial + H.B.Interval(1 + α) ＃αは-0.5 ～ 0.5 の範囲のランダムな値

36. SCTPのパラメータ 2010.02.05 修士論文審査発表 • ハンドオーバーに影響を与えるパラメータ • RTO (Retransmission Time Out) • TCPの再送タイムアウトと同じ • PMR (Path Max Retransmission) • 再送回数の最大値 • PMRの値に達すると、宛先のアドレスをinactiveにする