多数の近接した無線  におけるコンテキストに応じたマルチレート制御による品質向上
理学専攻・情報科学コース

はじめに近年，モバイルルータやテザリングなど移動無線  システムが増加している．多くの移動無線  を密集して使うことで，これまで想定していなかった干渉の影響が現れ，効率的に電波利用ができなくなり，スループットが低下することが懸念される．しかしながら， がどの程度低下するのかといった定量的な特性や低下を軽減するための方策については，明らかではなかった．
本研究では，このような状況での通信性能向上を課題と設定し，実機実験などを通して，次のようなことを明らかにした．まず，無線  同士の干渉がスループットに大きく影響を及ぼす．これは，干渉と競合を避けるような適切なチャネル選択が行われず，チャネル選択制御による干渉回避が困難になるからである   ．また無線  あたりの端末数がスループットを決める大きな要因となる．
これは，キャプチャエフェクト， のバッファ量が無線 実効容量及び  輻輳制御に影響するからである  ．さらに，端末数が多い場合には，特に著しい性能劣化が引き起こされる現象     が現れる．本稿ではこの現象に関して，原因である適応的マルチレート制御     ! の問題点を指摘し，さらにこれに対して，提案する " #$%  方式がスループットを向上させることを示す．

 方式& フレーム送達時のエラーの原因には，コリジョンとノイズがある．コリジョンの場合は，バイナリバックオフ制御を，ノイズの場合はバックオフに加えてレートを低下させるべきである．しかしながら，エラー時に，このエラー原因を区別することは容易ではない．そのため，エラー回数などの情報を基にしてレートを最適に調整する機能である
 では，どちらのエラーが発生しても，バイナリバックオフ制御とレートを低下させる制御が同時に行われる．しかしながら，コリジョンエラーの場合， でレートを低下させても，同時送信を防げず，この不必要なレート低下により却って  を引き起こす．本稿で想定しているような， と端末が高々数十  といった非常に近距離にある移動無線  の場合，ノイズエラーよりもコリジョンエラーが発生する確率のほうが断然高い．コリジョンエラーは， つの無線  内の端末数が多い場合，あるいは他の近接する無線  の端末数が多い場合，増加する．従って，多数の無線  が存在する場合には，  が引き起こされやすくなる．
これを回避するため， を提案する．図 に示すように， はコンテキストに応じて， と本研究における提案方式である % '(')%*+  を使い分ける．テザリングやモバイル  に接続するなど，熊谷 菜津美

と端末間距離が近距離にある場合は， % を用いる．
公衆ホットスポットにある  に接続するなど，遠距離の場合には， を用いる． % は， が用いている& フレームの送信成功率ではなく，スループット値を基にして伝送レート調整を行う．そのため，スループットに大きな影響が出ないようなコリジョンエラーを無視して，最適な伝送レートを選択することができる．すなわち，  を回避し，高スループットを達成できる．ただし，スループットを測定できないほど小さなトラヒックの場合は，  を用いる．コンテキストには，ノイズエラーの特性が異なる
 %端末間距離と，スループット計測の可否によるトラヒック量との つの属性を用いている．

図,  における  使い分け

スループット改善効果 の制御効果を調べるために， 種類の実験シナリ「 %端末間距離」「ノオにて，「端末数」「無線  間距離」
イズ」の変化に対するスループット変動について，実機 端末："* ， ： " &-.%&// 01112/ 3 (を用いた評価実験を行った． % における最適な伝送レートの選択制御については本研究では議論せず，本稿では， % の一部として用いられる伝送レート固定の場合に比べて， がどのような特性を示すかを比較した．
図 に， と端末間距離が近距離通信かつトラヒック量が大きい場合の，無線  あたりの端末数に対するトータルスループット特性を示す． と端末間の距離は ! とし， つの無線  内に接続する端末数を 〜2 と変化させた．複数無線  の場合には，無線  間距離を とした．トラヒックは，45 で )$ 方向に送信させた．
無線  あたりの端末数が増えるほど，コリジョンエラーが増加するため， では，レート低下が起こってしまい， によりトータルスループットが著しく低下した．一方，!&)* 固定では，コリジョンエラーが起こってもレートを下げないため，  を防ぐことができ，トータルスループッ
トは高く， に比べて，約  倍も高いスループットを獲得できた．また，無線  数が多くなると，無線  あたりの端末数が同じでも，周辺からの干渉 ノイズ が大きくなるため，キャプチャエフェクトが弱くなる．そのため，コリジョンエラーが起こりやすくなり， でトータルスループットが低くなった．
伝送レート固定の場合と  の場合それぞれに，コリジョンエラーが及ぼす影響を示すため， と端末間距離を固定し，無線  間距離を変化させた場合の，トータルスループット特性を図  に示す． と端末間距離は ! とした．無線  は セット用いた．無線  あたりの端末数は，自無線  内ではコリジョンエラーによる  が起こりにくく，無線  同士が近づくときに起こりやすい
ような台数 今回の設定では 台 とした．
まず，レートを !&)* 固定にした場合と  を比較する．距離比が大きい 無線  間距離が大きい 場合は，コリジョンが起きても，キャプチャエフェクトが効くため，コリジョンエラーになりにくい．そのため，どちらも同程度のトータルスループットが得られた．距離比が小さくなる 無線  間距離が小さくなる に連れて，キャプチャエフェクトが効かなくなるため，コリジョンエラーが増加する．そのため， ではレートが低下し，  が発生して，トータルスループットが低下する．!&)* 固定は に比べて，約  倍も高いトータルスループットを獲得できた．次に，固定する伝送レートを低くした場合  &)*と  を比較する．距離比が大きいときには， に比べて，スループットが低くなってしまう．従って， %端末間距離が小さいときには， % の制御としては !&)*
固定が望ましい．
図  に，ノイズ環境における  とレート固定を比較するため，無線  間距離を固定し， と端末間距離を変化させた場合の，トータルスループット特性を示す．無線 間距離は干渉が強すぎず，適度な近さである !/ とした．距離比が大きい  と端末間距離が大きい 状況では，信号とノイズの強度が同じくらいになるので，コリジョンの時にキャプチャエフェクトが効きにくくなるため，コリジョンエラーが増加する．さらに自然ノイズも大きくなる
ため， 比も劣化する．伝送レートを !&)* や 6&)*に固定した場合は， 比の劣化により，スループットが劣化し，これは伝送レートが高いほど，距離比が小さい所で起こる． の場合は， 比劣化に加えて，コリジョンエラーにより，レートを低下させてしまうため，スループットの低下が大きくなる．そのため今回は，!&)* 固定と は，距離比＝ ! でスループットがほぼゼロになった．
同距離で，6&)* 固定は，スループットがゼロではなかった，つまり  よりもスループットが高かったことから， はうまくレートを選択できていなかった，ということができる．すなわち， % において適度な伝送レートを選ぶことができれば，ノイズ環境でも  と同じ性能を得られる可能性がある．
以上のことから，多数の移動無線  が存在するような状況における品質の向上には，& フレーム単位で伝送レートを変動する  ではなく，ある程度固定する% が有望だと考える．

おわりに多数の近接した移動無線  においては，適当なチャネルを選択し，適当な端末数を維持し，適当なレート制御方法 を用いることが全体のスループット向上につながることを示した．提案する  は，従来の  に比べ図,  と伝送レート固定のスループット比較

図 , 距離比とスループット %端末間距離固定

図 , 距離比とスループット 無線

 間距離固定て，最大で約  倍もの性能向上があることを実機実験により示した．

参考文献





熊谷菜津美，村瀬 勉，小口正人， 多くの  が近接する場合の通信品質評価 信学技報  研究会 / %7 83 / 3

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アクセスポイントのチャネル内競合とチャネル間干渉を同時に考慮したチャネル割当手法 信学技法，
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