小室 信喜

IEEE802.11に準拠した無線LANのアクセスポイント(AP)の省電力化を目的としたRadio-On-Demand Networks (ROD)が提案されている.RODのスリープ状態は,無線LAN APの消費電力を著しく抑えることができる反面,端末からの通信要求を受けてから通信開始までの間に起動処理に起因する待ち時間と電力が発生する.そのため,データ通信の際に起動させるAPが増加すると,消費電力が増大し,待ち時間が長くなるという課題がある.本稿では,APが正方格子状に配置された無線LANメッシュネットワークにおいて,データを送受信する時の消費電力と端末における待ち時間を削減する経路制御方式を提案する.解析評価より,省電力かつ待ち時間を短縮した通信が可能であることを示す.

In this paper, we introduce a novel Vehicular Communication Network (VCN) structure which is designed with an integration of the Vehicular Ad-hoc Networks (VANETs) Domains based on standard IEEE 802.11p and IEEE 802.11s Wireless LAN Mesh Networks (WMNs). Additionally, static and dynamic admission control mechanisms based on IDle time Ratio (IDR) of Physical Channels monitored in real-time manner are also designed and applied to the proposed VCN model. Simulation experiments are intensively investigated for evaluating the proposed vehicular network model as well as the admission control mechanisms applied for video flow delivery between content servers and cars. The simulation results showed feasibility of the proposed novel integrated network structure based on IEEE 802.11 family standards for supporting communication between vehicles and the content delivery servers. Moreover, the effectiveness of the designed admission control mechanisms for assuring the communication quality in the VANETs integrated with WMNs is also proved. In cases that there are many accesses requested by cars concurrently, the dynamic admission control mechanism outperforms compared to the static admission control mechanism. The selection of suitable IDR values are also analyzed to find out the optimum IDR value for the admission control mechanism to take effect assuring communication quality of video flows in terms of throughput and packet delivery ratio (PDR) metrics.

IEEE802.11に準拠した無線LANのアクセスポイント(AP)の省電力化を目的としたRadio-On-Demand Networks (ROD)が提案されている.RODのスリープ状態は,無線LAN APの消費電力を著しく抑えることができる反面,端末からの通信要求を受けてから通信開始までの間に起動処理に起因する待ち時間と電力が発生する.そのため,データ通信に先立って宛先までの起動させるAPが増加すると,消費電力が増大し,平均待ち時間が長くなるという課題がある.本稿では,数10オーダのAPがメッシュ状に配置されたネットワークにおいて,総消費電力の低減を考慮し,各APに異なる役割を与えることで,通信先のAPを探索する時の消費電力と平均待ち時間を削減するAP起動制御方式を提案する.解析評価より,省電力かつ待ち時間を短縮した通信が可能であることを示す.

近年,スマートホーム/スマートオフィスの実現が現実味を帯びてきているが,その役割は環境センサと家電の協調による生活利便性の向上だけでなく,省電力化のためのHEMS (Home Energy Management System) / BEMS (Building Energy Management System)としての働きも求められるようになった.このような状況の中で,スマートタップはホームセンサネットワークを構成する重要なセンサになると考えられる.一般に電池駆動が求められる環境センサに対し,スマートタップは電源に接続され,電池残量を考慮する必要がない.そのためスマートタップのような電源供給ノードを中継ノードとして選択すれば,ネットワークライフタイムは最大化出来ると考えられる.我々は以前,スマートホームのIPv6無線センサネットワークにおいて,スマートタップのような電源供給ノードを優先的に中継ノードに選択する経路決定方法を提案した.本稿では,実際のスマートホームを想定したトポロジによる計算機シミュレーションと実機実験により提案手法を評価し,既存の手法よりもネットワークライフタイムが増加することを示す.

無線センサネットワークの代表的な通信方式である,IEEE802.15.4ビーコンモードでは,周期的にアクティブ期間とスリープ期間を繰り返す.アクティブ時に通信を行い,スリープ時には送受信回路をオフにすることで,低消費電力を実現している.しかし,IEEE802.15.4では,アクティブ期間が初期値で固定されるため,ノード数が変化した場合,遅延の増加や必要以上の電力消費が考えられる.また,アクティブ期間は2のべき乗倍でしか変化させられず,細かな調整が困難なため,冗長なアクティブ期間を設ける可能性がある.本稿では,IEEE802.15.4ビーコンモードにおいて,ノード数の変化により,アクティブ期間を動的に変更し,低遅延,低消費電力を実現する方式を提案する.シミュレーション評価により,提案方式が有効であることを示す.

近年,モバイルアドホックネットワークにおいて,QOS向上を目的としたルーティング方式が多く提案されている.その例として,高配信率の点で優位であるCM (Cross-layered Multipath)-AODVと低遅延の点で優位であるAODV-Dがある.しかし,これらの方式には,マルチフローの場合通信品質が低下する,ネットワーク内に制御パケットが氾濫する,などの問題がある.本稿では,マルチフローに対応させるために従来方式を組み合わせ,闘値設定により制御パケットを削減し,リアルタイム通信では低遅延,ノンリアルタイム通信では高配信率・高スループットを目指しかつ,低消費電力化とその平均化によりネットワークライフタイムを改善する方式を提案する.シミュレーション評価により,提案方式が有効であることを示す.

無線LANを利用した通信が広く普及し,無線端末は複数のアクセスポイント(AP)の通信範囲に入ることが一般的になっている,無線端末は複数のAPの中から無線通信を行うために1つを選択し接続する.この時,どのようにAPを選択するかが重要になっている.これまでに無線端末が自身のスループットを最大化する選択方式が提案されているが,マルチレート環境ではその他のAPに接続した場合と比べ,全端末の合計スループットが最大でない場合がある.以前著者らは ACKフレームを返信しない受信機会制御を用いた選択方式を提案した.しかしこの方式では無線端末の新規参入のみ取り扱っていたため,切断や移動が発生すると全端末の合計スループットが最大でない場合が発生する.そこで本論文では,以前提案した方式を切断や移動に対応した方式を提案する.この合計スループットを最大にする提案方式と,新規参入端末の得られるスループットを最大にする選択方式をシミュレーションにより評価することで提案方式の有効性を示した.

無線LANによる通信がより身近になり,それに伴い通信量が急速に増加することが考えられる.また,災害時などに通信インフラを用いずに通信が可能な無線マルチホップネットワークの重要性が高まっている.よって,シングルホップネットワークだけでなくマルチホップネットワークにおいても,どの通信を優先し,どの通信を抑制するかといった優先制御が必要と考えられる.本稿では,マルチホップ環境において,優先フローのスループットを確保するQoS制御方式を提案する.提案方式ではMAC層において,フレームを中継するAPが非優先フローの通信量をトークンを用いて制御することで,優先フローの要求スループットを確保する.シミュレーションにより,提案方式の有効性を示す.

IEEE 802.11e EDCA (Enhanced Distributed Channel Access)では,フレームに4つの優先度を設けることで,通信品質を要求されるデータを優先的に送信する QOS (Quality of Service)制御を実現している.しかし,EDCAで構成されるネットワーク内にDCF (Distributed Coordination Function)で動作する端末が混在すると,EDCAのQoS制御機能の低下する問題がある.本稿では,DCFで動作する端末に対してAP (Access Point)の機能変更のみで導入が可能なQoS制御方式 ROC (Receiving-Opportunity Control in MAC Frame)を用いることで,EDCAのQoS制御機能低下を防止する方式を提案する.さらに,任意の混在環境において,フロー数,パケット長,データレート等のパラメータを基に解析的に適切なROC制御を行う方法を示し,EDCAだけでは満たすことのできないQoS要求にも対応できる方式を提案する.シミュレーションにより提案方式の有効性を示す.

無線監視センサネットワークにおいて,緊急時に正確なセンシング情報(カメラからの画像)を迅速に収集するために,遅延の抑制は重要な課題である.また,画像の品質については高スループットであることが求められる.センサネットワーク向けの通信プロトコルとしてIEEE 802.15.4が挙げられるが,画像を扱う環境は想定されていない.そのため,衝突が多発し,遅延の増大,スループットの低下が避けられない.そこで本稿では,IEEE 802.15.4ビーコンモードにおいて,Duty Cycleに関するパラメータの適切な設定と,カメラ画像の送信抑制によって,平常時に低消費電力を維持するとともに,緊急時に高スループット,高配信率な画像通信を実現する方式を提案する.シミュレーションによる性能評価を行い,提案方式の有効性を示す.

無線LANアクセスポイント(AP)の省電力化を目的としたRadio-On-Demand Networks(ROD)を提案している.RODでは,APがトラフィックを処理しない時間にできるだけ多くスリープ状態とすることで,消費電力量を大幅に抑えることができる.しかし,短期間にスリープ状態から稼動状態への遷移を繰り返すと,端末からの通信要求を受けてから通信開始までの間に生じる処理待ち時間が発生するため,得られる消費電力量削減効果に対して処理待ち時間が長くなるという問題がある.本稿では,我々の提案する処理待ち時間の増加を抑制する自動スリープ制御方式の有効性を,実際の無線LAN通信トラフィックを用いてシミュレーション評価により検証し,提案方式を導入しない場合と比較して,消費電力量削減効果を保ったまま処理待ち時間を半減できることを確認した.

近年,スマートホーム/スマートオフィスの実現が現実味を帯びてきているが,その役割として環境センサと家電の協調による生活利便性の向上だけでなく,省電力化のためのHEMS(Home Energy Management System)/BEMS (Building Energy Management System)としての働きも求められるようになった.このような状況の中で,スマートタップはホームセンサネットワークを構成する重要なセンサになると考えられる.一般に電池駆動が求められる環境センサに対し,スマートタップは電源に接続され,電池残量を考慮する必要がない.そのためスマートタップのような電源供給ノードを中継ノードとして選択すれば,ネットワークライフタイムは最大化出来ると考えられる.本稿では,スマートホームのIPv6無線センサネットワークにおいて,スマートタップのような電源供給ノードを優先的に中継ノードに選択する経路決定の評価方法を提案する.また計算機シミュレーションにより提案手法を評価し,既存の手法よりもネットワークライフタイムが増加することを示す.

In this research, we proposed a rate adaptation method in multi hop ad hoc network based on RSSI (Received Signal Strength Indicator) as a link quality parameter. We combine the rate adaptation scheme with the AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector) routing protocol. The RREQ (Route Request) packet that is sent by the source node will be used to determine the Received Signal Strength (RSS) of the transmission signal. The minimum RSS value will be sent to the source node by using RREP (Route Reply) packet. Based on the RSS value in RREP, the source node will determine the data rate for sending data to destination node. In this research, we used IEEE 802.11a wireless LAN standard, so there are eight data rates between 6Mbps to 54Mbps that is possible to be selected. Since the wireless links in ad hoc network are not completely reliable, the routing metric uses the link quality information (RSSI) for choosing the most reliable route. Source node will choose the path between source and destination that offers the highest value of RSSI compared with the other paths. In this study, the performance of proposed scheme is evaluated by simulation. Performance metrics are delivery ratio and throughput. Consequently, simulation results show the effectiveness of the proposed scheme.

DS/SSMA (Direct Sequence/Spread Spectrum Multiple Access)ALOHA方式のスループットを向上する方式として,非直交CSK/SSMA (Code Shift Keying/Spread Spectrum Multiple Access)ALOHA方式が提案されてる.非直交CSK/SSMA ALOHA方式は,非直交フレームを長くすることによって,スループットを改善することができる.しかし,ユーザ数が比較的少ないネットワークにおいて,長いフレームを割り当てることは非効率である.非直交CSK/SSMA ALOHA方式に干渉除去を導入することによって,フレーム長を長くすることなくスループットの改善が期待できる.本稿では,蓄積一括型干渉除去を用いる非直交CSK/SSMAのスループットが理論解析により導出されている.数値結果より,非直交CSK/SSMA ALOHA方式は,最大スループットが1.0を越える方式であることが示されている.

複数の無線LANの利用が可能な環境において,新規参入端末が自身のスループットを最大化するアクセスポイント(AP)を選択した場合,その他のAPに接続した場合と比べ,全端末の合計スループットが最大でない場合がある.この問題を解決するために,確率的にACKフレームを返信しない受信機会制御を用いたAP選択方式を提案する.本方式では,新規参入端末及び各APによるスループット測定時に,全端末の合計スループットが最大でない選択結果となる場合,APが新規参入端末または自身の全既接続端末に受信機会制御を適用する.新規参入端末の測定スループット値は,前者に適用した場合は減少し,後者に適用した場合は増加する.その結果,新規参入端末は,前者の場合他のAPへ,後者の場合当該APへ,すなわちいずれの場合も全端末の合計スループットが最大になる接続へと導びかれる.この合計スループットを最大にする提案方式と,新規参入端末の得られるスループットを最大にするAP選択方式をシミュレーションにより評価し,比較することで提案方式の有効性を示した.

衛星を利用する GPS（Global Positioning System） が使用できない屋内の測位手法としてセンサネットワークの利用が考えられ，消費電力やコストの面から受信信号強度 （RSSI：Received SignalStrengthIndicator） を利用する手法が数多く提案されている．しかし，RSSI は他の電子機器が発する電波の影響や，電波伝搬を遮る様々な障害物によるマルチパスフェージング等の影響を強く受けるため，到達時間や到来角度を利用した他の手法に比べて位置推定精度が低い．本稿では，取得した RSSI 情報を基に通信の品質を決定し，それらを利用して，高い位置推定精度を得る手法を提案する．本提案手法では，通信の品質を決定することにより，より安定した電波環境にあるノードの選択を行い，更に選択されたノードに対して重み付けを行う．また，シミュレーションによりその評価を行い，提案手法の有効性を示す．Although Global Positioning System (GPS) employing radio information from multiple satellites has been widely used, the system is not available in indoor environments. Wireless sensor networks are considered as indoor positioning techniques instead of GPS, and many RSSI (Received Signal Strength Indicator)-used schemes have been proposed because of its low power and low cost. RSSI is, however, affected by radio emitted from other electronic devices and multipath fading caused by physical objects. The positioning accuracy of RSSI-used method is much lower than other methods using arrival time and arrival angle of radio signals. This paper proposes a method which achieves the high estimation accuracy by using communication quality determined by RSSI. In this method, nodes at stable radio conditions are selected based on the determined quality, and appropriate weights are assigned to those nodes for position estimation. Simulation results show the effectiveness of the proposed method.

衛星を利用するGPS(Global Positioning System)が使用できない屋内の測位手法としてセンサネットワークの利用が考えられ,消費電力やコストの面から受信信号強度(RSSI:Received SignalStrengthIndicator)を利用する手法が数多く提案されている.しかし,RSSIは他の電子機器が発する電波の影響や,電波伝搬を遮る様々な障害物によるマルチパスフェージング等の影響を強く受けるため,到達時間や到来角度を利用した他の手法に比べて位置推定精度が低い.本稿では,取得したRSSI情報を基に通信の品質を決定し,それらを利用して,高い位置推定精度を得る手法を提案する.本提案手法では,通信の品質を決定することにより,より安定した電波環境にあるノードの選択を行い,更に選択されたノードに対して重み付けを行う.また,シミュレーションによりその評価を行い,提案手法の有効性を示す.

CSMA/CA方式を用いた無線ネットワークにおいてスループットを低下させる要因として隠れ端末問題がある.特にマルチホップネットワークにおいてはこの隠れ端末問題の影響が顕著に表れる.これまでに無線ネットワークにおける最大スループットについては多くの解析がなされている.マルチホップネットワークにおいて,特定の条件の時において隠れ端末同士の送信に依存関係が生じる連成効果の発生が指摘されている.本稿では直線状双方向無線マルチホップネットワークにおける連成効果による生じるフレーム破棄を考慮した最大スループット解析を行い,シミュレーションとの比較により妥当性を示す.

通信の高信頼化を実現するための誤り回復技術については,ARQ, FEC,およびこれらを組合せたハイブリッド方式があり,有線,無線ネットワークを対象に様々な研究がなされてきた.しかし,無線ネットワークを対象とした従来研究ではシングルホップを想定し,マルチホップにおいては,これらの誤り回復技術に関する検討が十分になされていない.そこで,本稿では,無線マルチホップネットワークにおけるARQ, FECの性能を表す一般式を導出し,link-by-linkとend-to-end,およびレイヤ間で各方式を組合せて適用した場合の性能を,シミュレーションにより定量的に評価する.さらに,配信率や遅延などのアプリケーションの要求を満たす最適な方式を選択するための評価方式を提案し,その有効性を示す.

無線センサネットワークのIEEE 802.15.4ビーコンモードにおいて,タイムスロット(Guaranteed Time Slot:GTS)を効果的に用いることで,トラフィック増大時でも総スループットを向上させることができる.以前,筆者らはセンサノードからのトラフィックに応じて,GTSへのセンサノードの割当て方(割当てパターン)を決定し,総スループットを向上させる方式を提案した.アルゴリズムは,GTS数0からインクリメンタルにGTS数を増加させていき,その都度求めた総スループットを比較して,向上しなくなるまで継続する.しかし,総スループットはランダムアクセス制御の影響を受けるため,GTSを最大数まで用いることができない問題がある.本稿では,割当てパターンの候補を絞り込むことによって比較回数を小さく抑え,GTSを最大数まで用いることで総スループットを向上させる方式を提案する.シミュレーション評価により,従来方式と比較して,GTS割当てパターン決定までの処理手数を小さく抑え,総スループットを向上させることを示した.

アドホックネットワークマルチキャストプロトコルODMRPでは,定期的に経路の再構築を行うが,特にノードの移動や端末数の増減などによるネットワークトポロジの変化がある場合,経路再構築時間に関して配信率と制御パケット数(オーバーへッ ド)の間のトレードオフが顕著となる.本稿では,端末がGPSなどから得られる位置情報を用いることで経路構築間隔をトポロジの変化によって動的に設定するとともに,局所的に代替リンクを構築することで配信率の低下を防ぎつつ制御パケットを削減する方式を提案する.シミュレーション評価により,提案方式の有効性を示す.

センサネットワーくでは,シンクノードが全てのセンサデータを収集するトラフィックが主体である.代表的なセンサネットワーく通信規格であるZigBeeのMACプロトコルIEEE 802.15.4ノンビーコンモードでは,親ノードによるブロードキャストで周期的に送信されるデータ送信要求に対し,センサノードからユニキャスト応答が一斉に返信されるため,パケット衝突によるパケットロスが生じやすい.その結果,遅延と消費電力が増大する.本稿では,空間利用効率を高めることにより,パケット衝突を抑えつつ,低遅延を実現するタイムスロット割当てアルゴリズムを提案する.提案方式では,各ノードは2ホップ範囲内の近隣ノードの情報に基づき,スロット予約を行う.空間的に離れたノードを同じスロットに割当てることで同時通信を行い,End-to-End遅延を抑える.シミュレーション評価により,提案方式の有効性を示す.

マルチホップセンサネットワークは環境モニタリング,セキュリティ,家電制御など,幅広い環境への適用が期待されている技術である.そのため,ネットワーク内に優先度の違うデータが混在する環境が想定される.このような環境では,QoS制御の実現が課題どなる.本稿ではIEEE 802.15.4ビーコンモードにおいて,経路切替,タイムスロット割当,バックオフタイム制御を用いて,高優先データのQoS保証を実現する方式を提案する.シミュレーション評価により,提案方式が従来方式と比較して優先フローのQoS保証に対する効果が大きいことを示す.

IEEE 802.11準拠のアクセスポイントの省電力化を目的としたRadio-On-Demand Networks(ROD)が提案されている.RODのスリープ状態は,特に家庭用の無線LANの消費電力を著しく抑えることができる反面,端末からの通信要求を受けてから通信開始までの間に待ち時間が発生するという課題がある.本稿では,通信トラフィックをWebアクセスやP2P通信などの各アプリケーションに対応するフローの単位に識別し,フローのトラフィック特性を考慮し次のフローの到達を予測することによりスリープするか否かの判断を行う自動スリープ制御方式を提案する.シミュレーションにおいて省電力効果と待ち時間を評価し,その効果を実証した.

IEEE802.11DCFべースの無線LANを共有するTCPフロー間には様々な不公平性が生じることが知られている.本稿では,無線LANを共有するTCPフロー間の不公平性を解消するバッファマネジメント方式を提案する.提案手法は以前我々が提案した「ACKプッシュアウト」の改良版に相当し,アクセスポイントの無線LAN側の送信バッファを利用中のフロー数に応じて,プッシュアウトされるパケットを選択する方式である.コンピュータシミュレーションにより提案手法が既存手法より高い公平性を実現することを示す.