2018 Fiscal Year Research-status Report
エラスティック無線LANシステム構成法に関する研究
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16K00127
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
舩曵 信生 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (70263225)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 無線LAN / IEEE802.11n / スループット / 電波干渉 / モデル / チャネル / Raspberry Pi / 出力パワー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．研究の背景：無線LANでは，ホスト（PC，スマートフォンなど）と無線アクセスポイント（AP）間の配線が不要となるため，低コストで柔軟なLAN構築が可能となるが，有線LANに比べ，通信帯域が限定されると共に，通信需要や機器動作といったネットワーク環境の影響が大きく，これらの変動要因を考慮した，無線LANの高性能化・高信頼化・低コスト化が必須である．
２．研究の目的：本研究では，ネットワーク環境の変動に応じて， 動作するAPの構成を動的に変化させる，エラスティック無線LAN（E-WLAN）システムの構成法を明らかにする．高速無線通信プロトコルIEEE802.11n，11acの効果的利用（チャネル・送信パワー・チャネルボンディング最適化），小型コンピュータRaspberry PiのAP利用の適正化などを行う．
３．研究の方法：まず，APにRaspberry Pi，サーバ・ホストにノートPCを用いたE-WLANテストベッドを実装した．次に，テストベッドを用いて，様々な条件下（フィールド，トポロジー，機器台数，チャネル，AP送信パワー）で，スループット，受信電波強度の測定実験を行った．その結果を解析し，様々な条件に対応するスループット推定モデルを提案した．このモデルでは，単一APリンクのスループット推定に加え，複数APリンク間における干渉電波によるスループット低下量予測を可能とした．
４．研究の成果：テストベッド実装後，単一リンクでは，出力パワーを変えた場合のスループット推定モデルを確立した．また，本モデルとPIフィードバック制御を併用した，AP出力パワーの最小化手法を明らかにした．次に，複数リンクでは，干渉電波のチャネルと受信強度を用いた，スループット低下量の予測モデルを確立した．また，本モデルを用いた，干渉する複数リンクでのチャネル・チャネルボンディング割当手法を明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記の研究成果に示すように，まず，APにRaspberry Pi，サーバ・ホストにノートPCを用いたエラスティック無線LANのテストベッドを実装した．次に，本テストベッドを用いて，単一APリンク，および，複数APリンクにおける，スループット，受信電波強度の測定実験を行った．前者では，実験結果を用いて，出力パワーを変えた場合のスループット推定モデルを確立すると共に，AP出力パワーの最小化手法を明らかにした．また，後者では，実験結果を用いて，干渉電波のチャネルと受信強度を用いた，スループット低下量の予測モデルを確立すると共に，本モデルを用いた，互いに干渉する複数リンクでのチャネルおよびチャネルボンディング割当手法を明らかにした．更には，これらの実験を通じて，単一APと複数ホスト間の複数リンクの同時通信時において，それらのリンク間で，スループットの不公平性が生じることを明らかにした．これらの成果を複数のジャーナル論文，国際会議論文などで発表している．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．AP出力パワー最小化手法の検証：これまでの研究で提案した，AP出力パワー最小化手法の有効性を，エラスティック無線LANテストベッドを用いて，従来とは異なる，様々なフィールド，トポロジー，機器，通信プロトコルにおける有効性を検証する．これまでの研究では，岡山大学の1つの建物内で，1リンクを用いた実験のみを実施してきた．今後は，異なる建物内，複数リンクの同時通信，Raspberry Pi以外のAP用デバイス，IEEE802.11n以外のプロトコルなどを用いた実験などを実施し，本提案手法の普遍性を検証する．
２．複数AP構成最適化手法の検証：１．と同様，これまでの研究で提案した，干渉範囲にある複数のAPに対するAP構成（チャネル，チャネルボンディング）の最適化手法を，テストベッドを用いて，様々なフィールド，トポロジー，機器，プロトコルでの有効性を検証する．
３．スループット公平性制御手法の確立：これまでの研究でも明らかとなっている，単一APと複数ホスト間の同時通信時におけるスループットの不公平性の対処法を提案する．この不公平性は，APでの各ホストからの受信電波強度の違いによって生じる，MCS（変調符号方式）やTCPウインドウサイズの違いによって生じするものと推定されている．本研究では，高速ホストへの通信時に，意図的に遅延を付与することで，スループット公平性を制御する手法を検討している．その確立が今後の研究課題である．
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