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無線ネットワークの模擬 （ 1j ）

無線ネットワークの模擬 （ 1j ）. タン　スウファー 湯　　　素華. 授業概要. 概要 無線 LAN によく使用されている CSMA/CA （搬送波感知多重アクセス / 衝突回避 ）を 学び、それを実装して複数端末がチャネルを共有して通信できる無線 ネットワークを模擬 キーワード：チャネルアクセス 制御 　　　　　　　　搬送波 感知多重アクセス / 衝突回避 説明 CSMA/CA は無線 LAN のみならず、 分散的 なネットワークにもよく 使用 されているチャネルアクセス制御手法 勉強の上、実装.

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無線ネットワークの模擬 （ 1j ）

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Presentation Transcript

  1. 無線ネットワークの模擬（1j） タン　スウファー 湯　　　素華

  2. 授業概要 • 概要 • 無線LANによく使用されているCSMA/CA（搬送波感知多重アクセス/衝突回避）を学び、それを実装して複数端末がチャネルを共有して通信できる無線ネットワークを模擬 • キーワード：チャネルアクセス制御 　　　　　　　　搬送波感知多重アクセス/衝突回避 • 説明 • CSMA/CAは無線LANのみならず、分散的なネットワークにもよく使用されているチャネルアクセス制御手法 • 勉強の上、実装 CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance

  3. 授業予定 • 実験場所：CED室　エリア５ • 授業予定 • １０月３日、１０月１５日、西９－１１５ • ほかの日、CED室で個別指導 • 質問について • 西9-437号室へ直接聞きに行く • メールベース、shtang＠uec.ac.jpへメールを送信 • 次の授業タイミングで、CED室に行って回答 • 授業資料 • http://www.tang.cs.uec.ac.jp/teaching.html • 宿題 • CSMA/CAで端末間の通信を実現できるよう、実装・レポート提出

  4. 提出資料 • １回目 • 実装予定（電子ファイル：PPT, Word, PDFのいずれ） • メールで提出、〆切：１０月１３日（土）夜１２時 • ２回目 • ソースコード：Matlab, C/C++, C#, Java, Pythonなどのいずれ • readmeファイル（コンパイル・実行に関する説明） • レポート：Word, PPT, PDFのいずれ • メールで提出、〆切：１１月７日（水）夜１２時 • 件名：実験第二1j（2回目）--名前（学籍番号） • メール提出先：shtang＠uec.ac.jp • 学籍番号・名前がわかるように

  5. レポートに含まれる内容 • CSMA/CAを理解したうえで、その概要を書く • フローチャート及びソースコードとの関係（主要関数の説明） • 動作確認 • 使用するネットワークに対して、CSMA/CAの動作シーケンスを書く • CWの動的調整結果を書く • CSMA/CAの利点と欠点、及びその理由 • 感想（難易度・面白さ・応用性など）

  6. シーケンス シーケンス • 一つのデータフレームを送信するために、フレームのシーケンス（DATA/ACK、または、RTS/CTS/DATA/ACK）が送信される • フレームのシーケンスの間に、最小DIFSのスペースが必要 • SIFSは同じシーケンスにおけるフレームを区別するためのスペース • DIFS/SIFSの間に、バックオフカウンタを減少しない • tSLOT= 9us, tSIFS = 16us, tDIFS= tSIFS + tSLOT * 2 • レポートにbackoffと送信時間を一例書くこと tACK tACK Busy ACK ACK tSIFS tSIFS tDIFS tDIFS AP tSLOT tSLOT A 7 6 5 4 3 2 1 Start (BOA=8) tDATA B 3 2 1 0 PB Start (BOB=4) tDATA Start (BOC=3) C 2 1 0 PC

  7. CWの調整 • CWの初期値はCWmin • ACKを受信できなければ、衝突によるパケットロスと判断 　→ CWを2倍に 　→（統計的に）より長い待ち時間を設定 • チャネルがidleになったら、新しいCWでバックオフカウンタを設定し再送 • ACKを受信できれば、CWを最小値CWminに設定 • レポートにCWの調整を一例書くこと • CW ← min{2×CW+1, CWmax} 0～15 CWmin=15 0～31 0～63 0～127 CWmax=127

  8. 実装予定について

  9. 状態遷移 (例) CH BUSY、CH IDLEの判断はRSSIを元に NAV終了 WF_NAV WF_DIFS CW調整、再送 BO==0, DATA CHIDLE BO==0, NO DATA BO!=0 他端末宛ﾌﾚｰﾑを受信 CH BUSY CH BUSY BO==0, DATA BACK OFF StartTX Data CH BUSY BO==0, NO DATA X_BROADCAST IDLE X_RTS X_RTS RTS受信 CTS無 WF_CTS X_CTS X_CTS X_UNI CAST WF_DATA X_DATA 送信後 SIFS間隔 DATA受信（RSSI計算） 受信後 SIFS間隔 X_ACK ACK無 X_ACK WF_ACK CW調整

  10. Flowchart（例） idle 受信 BO!=0 BO==0 送信 閾値 以下 CWを用いて BOを初期化 RSSI計算 CH busy DIFS待つ CS閾値以上 CH busy BO==0 BOを減少 DATA送信 DATA受信 SIFS待つ SIFS待つ ACK無 CWを倍増 ACK待つ ACK送信 ACK有 CWをReset

  11. 宿題について • チャレンジしたい人 • 端末をAPとの距離が400mになるまで移動 • 送信レートの動的調整 • 隠れ端末問題の調査 AP (100,100) A D B C (110,95) (90,95) (105,90) (95,90)

  12. IEEE 802.11に係る面白い研究

  13. Power Save Mode(PSM) • Wi-FiのPower Save Mode(PSM) • Wi-Fiモジュールは通常スリープ • ビーコン周期に合わせてWi-Fiモジュールを起動 • ビーコンは端末宛のデータの有無に関する情報を持つ • データがある時にはデータを受信するまで待機 通常モード

  14. IoTへの応用（１） • たくさんの端末から共通のシンクノードへ • 普通のCSMA/CA • 自端末のパケットが送信されるまで、待機 • 衝突が多い、消費電力も多い • 802.11ahにおけるrestricted access window (RAW) • 端末をスロットに割り当て、割り当てられたスロットにのみ起きる CSMA/CA RAW

  15. Wi-Fi装置のさらなる省電力化（２） • 上りリンク：複数の端末は競合でチャネルを共有 • 他端末の送信が終了するまで待機 • 送信待ち状態でのパケット長さ程度のアイドル • 積み重なると消費電力量の浪費が大 • より消費電力の小さいモジュールでチャネルを監視 • ウェイクアップ受信とWi-Fiの統合設計　→　短期間のアイドルをなくす A B CS: carrier sense A CS TXA CS Re-TXA AP C B CS Re-TXB TXB CS Multiple access uplink C TXC CS Wait for the channel to be idle

  16. 802.11pに基づく車車間通信（３） • 車両間定期的な位置情報の交換 • 車両台数が増える場合の対応 • 道路・交通情報の共有 • 効率的なマルチホップ配信 • 緊急ブレーキ情報の送信：優先送信制御 2015 Security (IEEE 1609.2) Safety mess. (SAE J2735) Min. Perf. Req. (SAE J2945) Non-safety app DSRC WSMP with safety sublayer (IEEE 1609.3) TCP / UDP IPv6 2015 DSRC upper-MAC (IEEE 1609.4) 2015 DSRC PHY+MAC (IEEE 802.11p) 2010 2015

  17. 歩行者測位（４） S3 • 歩行者の測位 • 内蔵のGPS受信機 • 都市部での精度劣化 • 建物の遮蔽・反射 • 測位精度の改善 • 多衛星システム • 歩行者推測航法（PDR） • 自動運転：車両位置精度高 • マップマッチングなどを併用 • カメラ・LiDARによる車線検知 • 衝突事故回避：車車間通信 • IEEE802.11p信号 • 車両を擬似衛星とする • 車両からの信号を傍受・測距 S2 S1 S4 C B A 直接見える車両の位置情報・電波を利用して、 正確な位置を求め、見えない車両へ送信

  18. ヘルスケア（５） 周波数 • ウェアラブル装置による健康管理：呼吸、脈拍 • Wi-Fi信号による非接触型センシング • 胸の起伏により無線チャネルが周期的に乱れる 電波の強さ 電波の強さ 時間 受信機 電波の強さ 送信機 周波数 特定の周波数 時間 特定の時刻 一つの周波数上の信号強度の時間変化

  19. 研究室公開 • ネットワークに興味があれば、研究室公開説明会へようこそ • より詳細な紹介 • 調布祭期間中（11/25）公開 • 西9号館511号室 • メールによる連絡があれば • 日時：11/28（17:00～18:00）、11/30（17:00～18:00） • 場所： 西9号館511号室 • なお、日時・場所は変更となる場合がありますので、その都度、研究室のホームページで確認してください

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