Advanced Network Architecture Research Group

研究の背景• 災害時ネットワーク，監視システム

マルチインタフェースアドホックネットワークにおけるチャネル使用状態を考慮した経路制御手法の提案と実装– 音声，映像などの情報のリアルタイム伝送
帯域，遅延などのQoS制御が必要
経路制御のメトリックに利用可能帯域およびパケット転送遅延を用いることで，パケット棄却率が半減 [3]梶岡慎輔† 若宮直紀† 佐藤弘起††
林正人†† 松井進†† 村田正幸†

無線通信資源の有効活用，通信容量の向上が必須†大阪大学 大学院情報科学研究科††株式会社 日立製作所 システム開発研究所

複数の無線チャネルの組み合わせ，切り替えによりチャネルあたりのスループットが向上 [6–9]August 23, 2007

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Advanced Network Architecture Research Group2

Advanced Network Architecture Research Group

研究の対象およびアプローチ

提案手法の主な機能• 研究の対象

通信容量の向上• チャネル制御– チャネルごとに送信データ量を集計，利用可能帯域を推定

複数の無線チャネルが利用可能なノードで構成されるネットワーク（設置したノードはほぼ静止）– 送信パケットごとに最も空いているリアルタイム通信チャネルを選択，パケット送信• 本研究のアプローチ
アプリケーションのQoS要求を考慮した経路制御手法• マルチチャネルの統合的利用• OLSRによる帯域使用状態に関する情報収集・管理• オーバレイによる柔軟なQoS経路制御

低オーバヘッドな帯域情報管理• 拡張OLSRv2– 経路制御メッセージに帯域情報を付加，データ通信チャネルを用いて送信
QoSを考慮した柔軟な経路制御• 論理ルーティング– 拡張OLSRv2によって管理される物理トポロジ情報，帯域情報をもとにQoSを満足する論理経路を決定

ノード

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3

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4

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提案手法の主な機能: チャネル制御

提案手法の主な機能: 拡張OLSRv2• チャネル割り当て

ノード3
ノード2
ノード1
チャネル0 （経路制御・データ通信） 192.168.0.1/24 192.168.0.2/24 192.168.0.3/24
チャネル1 （リアルタイム通信）
192.168.1.1/24 192.168.1.2/24 192.168.1.3/24
チャネル2 （リアルタイム通信）
192.168.2.1/24 192.168.2.2/24 192.168.2.3/24• 利用可能帯域の推定（総チャネル数 K ）– ノード k におけるチャネル c (1 ≤ c ≤ K − 1) の利用可能帯域 Bk (c )• 帯域情報付き物理トポロジ情報の管理– チャネル制御から得た帯域情報（自ノードの総利用可能帯域）とトポロジ情報をあわせて管理– 論理ルーティングに帯域情報付きトポロジ情報を通知• HELLOメッセージの交換

Bk (c) = W (c) − B(c) / T .

– 隣接ノード同士で帯域情報付きトポロジ情報を交換• TCメッセージの交換

W (c) チャネル c の理想的な通信容量（例: 54Mbps）
T
推定周期
B(c) 推定周期内にノード k がチャネル c にて送信した総データ量– ノード k における全てのリアルタイム通信チャネルの利用可能帯域 Bk– 帯域情報付きトポロジ情報を広告，ネットワーク全体で帯域情報を共有

K −1

Bk = ∑ Bk (c).
c =1August 23, 2007

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5

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6

1

Advanced Network Architecture Research Group

Advanced Network Architecture Research Group

提案手法の主な機能: 論理ルーティング
E

提案手法の実装• 実装システムのモジュール構成– LRモジュール： 論理ルーティングFS

D OLSRv2による物理トポロジ

AB– SWモジュール： チャネル制御（利用可能帯域の推定，パケット転送）

ソースノード（S）で論理メッシュネットワークを構築

1
E– OLSRモジュール： 利用可能帯域の広告，物理ルーティングFS

D 論理メッシュネットワーク

A

Real-time applications

B

E

F

S
A

LR (Logical Routing)

論理ネットワーク上でQoS要求に応じた論理経路を決定
例： 利用可能帯域が最大の論理経路

2

E
D 決定した論理経路

B
D B

DA

論理パス
物理パス

OLSR

B

物理経路に従ったパケット転送

August 23, 2007

SW (Switcher)

FS

3

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7UDP/IP

UDP
/IP

UDP
/IP

UDP/IP

Ch_0

Ch_1

Ch_2

Ch_3

August 23, 2007

実装: LRモジュールの動作（トポロジ情報取得）

Advanced Network Architecture Research Group• リアルタイムアプリケーションデータの転送– セッションごとに論理経路を設定• セッション状態はLRで管理– 論理経路をLRヘッダに格納し，データをカプセル化して，SWに転送

Real-time applications

Real-time applications
実装システムLR (Logical Routing)SW (Switcher)

UDP
/IP

UDP
/IP

UDP
/IP

UDP
/IP

Ch_0

Ch_1

Ch_2

Ch_3

August 23, 2007

OLSR

Application Data flow
OLSR Message flow

AN研究会

9

UDP/IP

UDP
/IP

UDP
/IP

UDP
/IP

Ch_0

Ch_1

Ch_2

Ch_3

August 23, 200771523

タイプ

論理経路長

メッセージ長受信側ポート番号

送信側ポート番号
フラグ#1

IPアドレス#1（送信側）

AN研究会

31

ヘッダ情報
例
送信側ノードフラグ: 1
受信側ノードフラグ: 0
既達フラグ: 1• リアルタイムアプリケーションデータの中継，受領– SW送出パケットのLRヘッダを参照，自ノードのフラグを取得• 受信側ノードフラグがセットされている場合: 受領処理
リアルタイムアプリケーションにアプリケーションデータを転送• 受信側ノードフラグがセットされていない場合: 中継処理
既達フラグをセットして，SWに転送
Real-time applications

LR (Logical Routing)

実装システム

論理経路情報OLSR:

SW (Switcher)

例

フラグ#n
IPアドレス#n（受信側）
アプリケーションデータ
August 23, 200710

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フラグ#2
IPアドレス#2（中継ノード）

Application Data flow
OLSR Message flow

実装: LRモジュールの動作（中継，受領）

ヘッダ識別子メッセージ

実装システムSW (Switcher)

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実装: LRヘッダの構造08

実装: LRモジュールの動作（経路制御，データ転送）• 帯域情報付き物理トポロジ情報の取得– OLSRモジュールから帯域情報が付加された物理トポロジ情報を定期的に取得
Æ論理ルーティングに利用

OLSR

Application Data flow
OLSR Message flow

AN研究会

Advanced Network Architecture Research GroupLR (Logical Routing)

実装システム

AN研究会

送信側ノードフラグ: 0
受信側ノードフラグ: 1
既達フラグ: 0
11

August 23, 2007

UDP/IP

UDP
/IP

UDP
/IP

UDP
/IP

Ch_0

Ch_1

Ch_2

Ch_3

AN研究会

Application Data flow
OLSR Message flow

122Advanced Network Architecture Research Group

Advanced Network Architecture Research Group

実装: SWモジュールの動作（送信）実装: SWモジュールの動作（中継，受領）• パケットの送信– LR送出パケットのLRヘッダを参照し，論理経路の次ノードのIPアドレスを取得– システムの経路表を参照し，論理経路の次ノードに対応する物理経路の次ノードを決定– 利用可能帯域がもっとも大きいチャネルを選択，送信• パケットの中継，受領– 受信パケットのLRヘッダから，論理経路の次ノードのIPアドレスを取得• 自ノードの場合: 受領処理 LRに転送• 自ノードでない場合: 中継処理 次ホップにパケット送信

Real-time applications

LR (Logical Routing)

OLSR

Real-time applications
実装システムLR (Logical Routing)SW (Switcher)

UDP
/IP

UDP
/IP

UDP
/IP

UDP
/IP

Ch_0

Ch_1

Ch_2

Ch_3

August 23, 2007

OLSR

Application Data flow
OLSR Message flow

AN研究会

13

SW (Switcher)

UDP
/IP

UDP
/IP

UDP
/IP

UDP
/IP

Ch_0

Ch_1

Ch_2

Ch_3

August 23, 2007

実装システムApplication Data flow
OLSR Message flow

AN研究会

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14

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動作検証実験の構成

実装: OLSRモジュールの動作• 帯域情報付きトポロジ情報の管理• 日立情報通信エンジニアリング製
小型アドホック中継端末（右図）に組み込み– 4つの独立した無線インタフェースのうちアドホック通信では3つを使用– 利用可能帯域に関する情報を管理するテーブルを追加• SWから通知される自ノードの利用可能帯域• 制御メッセージにより取得される他のノードの利用可能帯域– LRからの要求に応じてLRに通知

アドホック中継端末の仕様S– HELLOメッセージでの交換

A

無線インタフェース IEEE 802.11b/g x 4（うち アドホック通信用 x 3）

• 隣接ノード同士で帯域情報付きトポロジ情報を交換– TCメッセージでの交換• MPRノードによって帯域情報付きトポロジ情報を広告

B

DCPUSH4RAM

DDR-SDRAM (64 MB)OS

Linux Kernel 2.6

4ノードからなるネットワーク

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Advanced Network Architecture Research Group実験による動作検証

まとめと今後の課題• データ送信実験 – 送信ノード（S），受信ノード（D）• まとめ– チャネル使用状態を考慮した経路制御手法の提案– 1,024バイトのアプリケーションデータを500ミリ秒おきに送出– 実装実験により動作を確認• 実験により動作を確認した事項– LRモジュール• 今後の課題

帯域情報にもとづいた論理ルーティング，論理経路にもとづくパケット転送– SWモジュール
利用可能帯域推定，空きチャネルの選択とパケット送信– OLSRモジュール
帯域情報の交換，管理，帯域情報を付加したトポロジ情報の生成
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SBA

D
OLSRの経路
LRによる論理経路

17– 実機を用いて実際に使用される環境を想定した実験，
提案手法の効果の測定• 実装システムの処理オーバヘッドの測定• 64Kbps音声データの伝送を想定したエンド間遅延の測定，収容可能セッション数の測定– 経路制御手法，チャネル制御手法の改良

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