 端末におけるアプリケーションに依存するカーネル内の通信特性
指導教員：小口 正人

熊谷 菜津美はじめにニタ関数を挿入し再コンパイルすることで，輻輳ウィパラ
ンドウサイズ，スロースタート閾値などのメータがモニタ可能になる．本研究では，このカーネ環境に移植したツールを用いた．
ルモニタを

 

近年，従来の携帯電話からスマートフォンへのシフトが急速に進んでいる．従来の携帯電話の機能に加えて，スマートフォンはコンピュータとしての機能を併せ持つため，いつどこでも手軽にインターネット接続を利用できるようになった．現在，スマートフォンの中でトップシェアを占めているものが社開である．
はソースコードが発の無償で提供されているため，誰でも自由に開発を進められる点から注目されている．そこで本研究ではこのを研究対象とし，その無線通信性能に着目して研究を行い，アプリケーション実行時の通信の振舞を解析する．

 

 

 通信性能の可視化ツール  

また独自に開発した通信性能の可視化ツールを利用し，カーネルモニタによって得られた輻輳ウィンドウ端末上でサイズがどのように遷移するかを，可視化し解析した．

 



実験環境と実験対象アプリケーション !" アーキテクチャ 

 の中心部分は   であり，この部分も併せて  から提供されている．基礎部分には  カーネルを採用しており，この  に各種コンポーネントを追加し   というプラットフォームを構築している．  カーネルの上には  ランタイムと各種ライブラリが存在する．   ランタイムは   アプリケーションの実行環境であり，  独自の仮想マシンである   と基本的な  を提供するコアライブラリで構成されてい研究目的 表#$% &' ( + ') &% ' &%            !"#$"%$$"&'   ()*+ ,-.
& ,/)0(12  '(

これまでのに関する研究で，複数台の端末を同一アクセスポイントに接続し通信させた際に，本来なら安定して通信帯域を確保できる状況にもかかわらず，不安定な通信を行う場合があることが確認されている．このような場合に，輻輳ウィをンドウサイズの上限値を切替えられる独自の用いることで全端末が安定した通信を行えるための方式が研究されている．
端末上のアプリケーションを利用ユーザはするため，各アプリケーションの通信特性にも応じて通信制御を行うことで，より良く通信帯域を利用して安定した通信を行えると考えられる．そこで本研究では各アプリケーションの通信傾向の違いに着目し，端末上でアプリケーションを実行した際のカーネル内部の振舞を調べて，通信特性に応じた制御を行うこと通信環境の実現を目指す．
で，より良い無線 *$ ) る．またライブラリには機能別に汎用性の高いプログラム群がまとめられており，アプリケーションフレームワークを経由して，複数のアプリケーションから利用される．ライブラリの上にはアプリケーションフレームワークがあり，その上にアプリケーションが乗っている．

   !

表 に本実験で使用した実験環境を示す．
端末はをベースとしたであるが，前述のようにカーネルモニタを組込んで再コンパイルしたカーネルを用いている．また本研究で使用するアプリケーションとしては，通信傾向の違いに着目し，リアルタイム通信アプリケーションにはを用い，ファイル転送アプリケーションにはとを用いた．本研究ではカーネ部分を対象としておル内のトランスポート層のり，輻輳ウィンドウを測定している．輻輳ウィンドウ
は送信側が通信するデータ量を制限するパラメータであることから，使用するアプリケーションにはデータのアップロード機能を利用して実験を行った．

 

実験概要

   端末  台の通信 ServerrouterAPAndroid  端末通信時の実験環境
図 に，各アプリケーション実行時の   端末台のみを通信させた場合の実験環境を示す．#$% &図 +台のを用いて 分間のストリーム配信を行ったところ，輻輳ウィンドウは 程度まで上昇した．
を用いて自分で設定した接続先のローカルサーバへのファイル転送を行ったところ，輻輳ウィンド程度まで上昇した．
を用いてウェウは枚の程度の画像ファイルを転送ブサーバへ程度まで上昇した．
したところ，輻輳ウィンドウは,-オリジナルシステムツール

./0
-

 カーネルモニタ
カーネルモニタは，カーネル内部の情報を記録し出ソースにモ力できるオリジナルツールである．

 !"-' ( ) /0

 *$ "   端末 台の通信イル転送時間を短縮できるといえる．

 通信状況のわからない他端末との協調した通信

Android1

ServerAndroid2

AndroidrouterServerrouter

APAP
Ubuntu9.04
Ubuntu11.4,+   端末と 3 $$  による実験環境
次に通信状況の分からない端末と   を同時通信させて実験を行った．実験環境を図 , に示す．既存
研究より $  の   より 4-! の   のほうがパケット送出の積極性が弱い   であることが確認されていることから，通常の   の $  より 4-! のカーネルを移植した $  を同時通信させた場合のほうが， 台の  と協調して通信を行えることが考えられる．そこで   端末に通常の   の $ ，4-! のカーネルを移植した
$ ，4-! のカーネルを移植し輻輳ウィンド
ウの上限値を - に抑えた $  を用いて，それぞれ，  台と通信させた場合と   台のみで通信を行う場合の性能を比較した．このとき   端末では #$% & を実行し，スループットの測定には ) 5
-, を使用した．図 " に測定結果を示す．どちらの も 4-! のカーネルを移植した $  を用い

Android3 Android4

+ , 台の   端末通信時の実験環境
次にアプリケーションが混在した複数台の  
端末を同一  に接続し通信させて実験を行った．図 に , 台の   端末による通信時の実験環境を示す．
  のみリアルタイム通信を行い，  1 !1, では ' ( )  を用いてファイル転送を行った．

図図

この結果ファイル転送を行う全端末の輻輳ウィンドウサイズは常に程度まで上昇し安定した通信を行えるが，リアルタイム通信端末では，輻輳ウィンドウサまで上昇できる場合イズが 台通信の時と同じ約までしか上昇できない場合に分と，その半分の約かれることがわかった．

-,-

-



 を適用した場合ファイル転送端末に独自の輻輳ウィンドウが上がりきらない状況が確認されたことから，リアルタイム通信端末が優先的に通信を行うために，図 の実験環境において，ファイル転送端末の輻輳ウィンドウの上限値を抑えて実験を行った．の上限値を に設定した時の図 にの測定結果を示す．安定して輻輳ウィンドウサイズを保てる時と同程度まで上昇していることが確認され，リアルタイム通信端末の輻輳ウィンドウサイズが低下する際には，ファイル転送実行端末の輻輳ウィンドウサイズの上限値を抑えることは有用であると確認できた．しかしファイル転送端末の輻輳ウィンドウサイズの上限値を抑えたことで， 台全ての端末が通常ののときよりも程度ファイル転送に時間が掛かることが確認された．

 !-,
-$ ᵔᵓᵲᶆᶐᶍᶓᶅᶆᶎᶓᶒᵆᵫᶀᶎᶑᵇ!   1 !1 , ることでスループットが向上し，さらに上限値を抑え台通信の場合と同程度までスループッることでトが向上することが確認された．

 ᵒᶂᶃᶄᵿᶓᶊᶒᵲᵡᵮỉᵬᶃᶖᶓᶑᵱᵑᵦᵲᵋᵎᵑᵟửᆆౡẲẺᵬᶃᶖᶓᶑᵱᵦᵲᵋᵎᵑᵟửᆆౡẲᵊᴾ ɥᨂ͌ᵐᵎỉᵬᶃᶖᶓᶑᵱᵐᵟᶌᶂᶐᶍᶇᶂễẲᵏᵎᶓᶀᶓᶌᶒᶓᵏᵏᵌᵎᵒ図ᶓᶀᶓᶌᶒᶓᵗᵌᵎᵒ"+ スループット比較

まとめと今後の課題図!+   の輻輳ウィンドウサイズ

リアルタイム通信端末に独自のた場合

 を適用し 

そこでファイル転送時間を短縮するために，図 の実のま験環境において，ファイル転送端末は通常のまで，リアルタイム通信端末の輻輳ウィンドウの上限の上限値を にした場合，ファ値を抑えた．
端末がイル転送にかかる時間は， 台全てので輻輳ウィンドウが まで上昇した場合通常の程度速くなることが確認された．また動画よりも上に流れるまでの時間や配信動画の配信してから見え方に違いがないことが確認されたことから，本研
究の実験環境ではリアルタイム通信端末の輻輳ウィンドウの上限値を抑えても，動画の品質に問題なくファ  
2$ 

アプリケーションを実行する端末を通信させた際の輻輳ウィンドウの測定を行った．異なる通信傾向のアプリケーションを同時通信させた場合に，リを用いることでファアルタイム通信端末に独自のイル転送にかかる時間を縮められることが確認できた．のような通信状況を確認できない端末とも協また調して通信を行えることが確認できた．
しかし，一般にファイル転送とリアルタイム通信を比較すると，ファイル転送に多少時間がかかっても，より早く良い画質でストリーム配信できることのほうの配が望まれると考えられる．そこで今後は信動画の品質に影響を及ぼす環境を調べ，通信性能を向上させていきたい．

,

-,-

#$% &

 

参考文献

   +6%%)+77888*9)7&: 7 
 熊谷菜津美，平井弘実，三木香央理，山口実靖，小口正人+アプリケーションに依存する   通信
制御パラメータの振舞の解析，'/- ，- 年 ! 月発表予定!