2019 Fiscal Year Research-status Report
Studies on Success Prioritized Random Access Protocols
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18K04140
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
梅原 大祐 京都工芸繊維大学, 情報工学・人間科学系, 教授 (50314258)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 成功優先確率 / ランダムアクセスプロトコル / IEEE 802.11 DCF / 非持続型CSMA / バックオフアルゴリズム / 伝送効率向上 / エネルギー効率向上 / スケーラビリティ向上 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
送信成功した無線端末が定められた確率で競合なく送信できる成功優先のコンセプトをランダムアクセスプロトコルである非持続型CSMA（NP-CSMA）に適用したときの性能解析モデルにおける問題点を解消しました．前年度までに発明した成功優先NP-CSMAの性能解析モデルには非線形方程式を数値解析で解くときに解の不安定性があり，無線端末数が少ないところではスループット値が発散するケースが観測されました．これは，無線端末が自身のパケットの送信を控える待ち時間におけるバックオフ状態のモデルが複雑になったことが要因の一つとして挙げられました．成功優先NP-CSMAのバックオフ時の動作を深く洞察することにより，解の不安定性につながっていたバックオフ状態を削除することができ，スループット値が発散する現象を解消することができました．その結果，性能解析モデルに基づく数値解析結果と計算機シミュレーション結果がほぼ一致することを確認しました．
一方，物理的な無線端末の位置情報を含む，実機実験に近い特性を示すシミュレータとしてOMNeT++を成功優先IEEE 802.11 DCFの評価に導入しました．このシミュレータの導入により，トランスポート層のプロトコルとしてTCPが利用できるようになりました．TCP/IPネットワークにおける成功優先IEEE 802.11 DCFの性能を検証するために，OMNeT++上で一つのアクセスポイントに多数の無線LAN端末がデータフレームを送信する状況における成功優先DCFの性能評価を実施しました．その結果，成功優先確率を高くしたときに，アクセスポイントからのTCP-ACKパケットによるバッファオーバーフローが観測されました．この問題は，アクセスポイントの成功優先確率をより高くすることで解消することを示しています．
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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
非持続型CSMA（NP-CSMA）の性能解析モデルにおいて，無線端末数が少ないときに数値解析値が定まらない問題点を解消しました．実装面においては，物理的な無線端末の位置情報を含む，実機実験に近い特性を与えるシミュレータであるOMNeT++を導入しました．OMNeT++上に成功優先IEEE 802.11 DCFを実装することにより，実際のTCP/IPネットワーク上の成功優先IEEE 802.11 DCFの性能を評価することが可能となりました．OMNeT++への実装により，TCP-ACKパケットのオーバーフローという新たな問題を発見でき，その問題を解消するための一つの方策を示すことができました．以上の通り，本研究課題は当初の計画の通り，おおむね順調に進展していると言えます．
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| Strategy for Future Research Activity |
シミュレータOMNeT++上に実装されているTCPのバージョンはNew Renoのみです．TCPの新しいバージョンであるCUBICとBBRを実装することで，これらの新しいバージョンのTCPにおける成功優先IEEE 802.11 DCFの性能評価を進めていきます．また，他のシミュレータであるNS3を導入することで，結果の信頼性を高めていきます．理論面では，無線端末の送信バッファが空になることを許容する非飽和状態の性能解析モデルを考案していきます．
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