 近接 通信環境における公平性制御方法
森内 彩加Ý

村瀬勉ÝÝ

小口正人Ý

〒   東京都文京区大塚  ÝÝ  〒   神奈川県川崎市中原区下沼部
 Ý  ÝÝ  !"!  ÝÝÝ !  
Ý お茶の水女子大学

あらまし近年，モバイルルータの普及によって，個人が 

ネットワーク  システム を自由に持ち運ぶことが可能となった．そのため，複数の  システムが近接する場合があり，互いの干渉が品質上の問題になっている．複数の  システムが近接する環境においては，同一もしくは近接チャネルを使用した際のフロー毎の品質特性評価がすでに行われている．これにより，端末数や通信規格などが異なる，ヘテロジニアスな通信状況

では，自局の  の通信特性は，干渉相手の  との距離に大きく左右されると共に，相手の属性あるいは通信特性にも大きく左右されることが明らかになっている．このため，ユーザが望む品質公平性を得るためには，任意のスループット比率に調整可能な公平性制御を行うことが重要である．しかし，の機能を大きく変更するような制御や，全ての端末に特殊なソフトウェアを導入することは現実的ではない．そこで，本稿では，簡易に実現できる制御を用いて，公平性を制御する方法を提案し，その有効性について述べる．

，モバイルルータ，干渉，，公平性制御

キーワード



                   Ý  ÝÝ    Ý

Ý #" $ %"&! #   '" ( )   *"ÝÝ    "+ " ,!    (- ("-   *" Ý  ÝÝ  !"!  ÝÝÝ !  を制御する方法を提案し，その評価結果について述べる．

 はじめに近年，モバイルルータやスマートフォンのテザリングなどの普及によって，個人が  ネットワーク（システム）を自由に持ち運ぶことが可能となった．そのため，複数の システムが近接する環境が増加し，互いに干渉しポータブルなアクセスポイント（バイル端末で構成される移動 ）とそれに接続するモを対象とした研究はすでに行われている．例えば，文献  ， ， では，ヘテロジニアスな通信環境における 

あうことが品質上の問題となっている．
すでに我々は，複数の移動  従来研究とその課題間の距離に応じたフローごとの間の距離と通信品質の関品質特性評価として，端末数やチャネル差，通信規格が異なる係を調査してきた  ， ， ， ．端末数や通信規格などが異な際の  特性（スループット）が明らかにされている．同文

るヘテロジニアスな通信状況では，自局の 

献では，スループット特性は，多様な属性や通信特性をもったは，干渉相手の無線 の通信特性との距離に大きく左右されると共に，

システムの構成によって決められてしまい，これが必相手の属性，あるいは通信特性にも大きく左右される．このたずしも，公平であるとは限らないことが示されている．また，め，品質公平性を高めるためには，その品質特性を把握し，公端末単位，無線 単位など，スループット公平の定義は，平性制御を行うことが重要である．しかしながら， の機状況に応じて異なるものが利用されるであろう．そこで，本稿

能を大きく変更するような制御や，全ての端末に特殊なソフト

では，無線 ウェアを導入する制御が，不可能な状況も存在する．そこで，標とした制御について検討する．ポータブルなアクセスポイ

本稿では，付加的な機材にて実現できる制御を用いて，公平性ント（のスループット比を任意に設定することを目）とそれに接続するモバイル端末で構成される移動

  



を対象とした研究はすでに行われている．例えば，文接するようになると，まずそれぞれの通信が相手にとってノイ

献  ， ， では，ヘテロジニアスな通信環境における ズ源となるために，お互いの通信がビットエラーにより劣化し，間の距離に応じたフローごとの品質特性評価として，端末数やその結果スループットが低下する 状態  ．次に，お互いのキャチャネル差，通信規格が異なる際の  特性（スループット）リアセンスに関わるレベルまで近接すると，今度は  つのシスが明らかにされている．同文献では，スループット特性は，多テムは  つの 

様な属性や通信特性をもった 

実際に図  の環境において，このような通信特性が得られるのシステムの構成によってドメインとして通信を行う 状態．

 と送信端末には市販の実決められてしまい，これが必ずしも，公平であるとは限らないかについて詳しい検証を行った．

ことが示されている．また，端末単位，無線 単位など，機機器を使用した．今回は，実験場所の制約により，電波強度スループット公平の定義は，状況に応じて異なるものが利用さを実機最大値の !％ に落として実験しているため，スケールれるであろう．そこで，本稿では，無線 は小さくなっているが，電波強度を最大にしても，同様の特性のスループット比を任意に設定することを目標とした制御について検討する．

が得られるはずである．結果を図  に示す．

 通信モデル
本稿では，ユーザがデータの送受信をしながら， 間を動き回るような実環境に合わせ，ルータも端末も移動するような  つの が混在するモバイルな通信環境を想定している．無線 環境において，通信性能は電波環境の変動に大きく左右される．モバイル通信環境では，

システム同士の距離がダイナミックに変動するため，それに伴い，電波環境も常に変動する．キャリアセンスイメージを図  に示す．図 において， と ムで，それぞれの  は独立した システ

システムは  台のモバイルルータと接続する送信端末群，有線接続する  台の受信端末で構成され図ている．点線は，キャリアセンスドメインのイメージを示す．
各無線端末は  方向（端末からう．

スループットの実機評価

 の方向）に通信を行状態は  を用いている．

では，コリジョンが増え，互いの の電波が干渉になる確率が高く，キャリアセンス可能率も高い．そのため，キャリアビジーや再送率は最も高くなるはずである．
また，間距離が離れるにつれて，送受信端末の合計のキャリアビジーはほぼ一定になる再送率は，が離れるにつれて一つの 間距離で通信している状態になっていくため，低下していく．実際に，キャリアビジーと再送率にについても検証を行った．結果をキャリアビジーの結果を図に，再送率の結果を図  に示す．また，本稿においてキャリアビジーとは，送受信端末のキャリアビジー時間が占める割合の平均である．

複数  通信時の干渉イメージ図

システム間の距離がルータ間距離に応じて，お互い干渉を与えない程度に十分離れている状態を状態 ，他のシステムと干渉し，お互いのスループットに影響を及ぼす距離にある状態を状態 ，各 つの 態ドメインとなる程度に近距離にある状態を状とする．
通常，お互いに干渉しない  つの る時，互いの システムが完全に システムが近接すが十分離れていて干渉が無い状況 状態と比較し，各端末のスループットは減少する．

図 間距離とキャリアビジ―率

 同士が近  図複数 

再 送率

図

キャリアビジーの変化

通信時の性能として，自局の通信特性は干渉相

また，本研究における評価モデルを決めるため，送信端末数手の通信にも大きく左右されるため， 状態の場合分けには，に応じたスループット特性の評価を行った．その結果，送信端キャリアビジーが大きく関係しているといえる．そこで，相手末台数の多い の のキャリアがどの程度の距離まで届くのかを突き止小さくなり，キャリアビジーも多くなる 図 $， 参照 ．そのめるため，図 ! のような評価モデルにおいて，キャリアビジーため，本研究においては，最も端末数の少ない状態として，各計測を行った．

システムの方がトータルスループットがの送信端末数を  台として検証を行った．

その際，電波遮断袋という袋の外と内の通信を遮断する袋を使用して比較を行った．そのような機材を使うと，既存の外部の通信を実験系の通信と区別することが出来るため，実験端末の通信時のキャリアビジ―のみを計測できる．その結果を図 "に示す．図 " において，「電波遮断袋あり」というのは，全体を電波遮断袋で覆い，送信端末がない状態でのキャリアビジーを表している．一方，「電波遮断袋なし」というのは，電波遮断袋は使わず，送信端末がない状態でのキャリアビジーを表している．つまり，「電波遮断袋あり」と「電波遮断袋なし」のキャリアビジーの差が，評価に使用した端末以外のキャリアビジーの合計である．さらに，「通常」と「電波遮断袋なし」の結果を比較することにより， 

間距離 # 付近からはすでに干渉相手のキャリアはほぼ認識できなくなり，# 地点では，

図

端末数とスループット

図

端末数とキャリアビジー

通信端末がない時と変わらないまでに，相手のキャリアを認識できなくなっていることが分かる．

図

キャリアビジー評価モデル

また，このような通信特性をもつ，複数  !

通信時の間距離に応じたスループット特性を，シミュレータにを使用し，モデル化した " ．モデルには，%&'(  制御 モデルを使用している．
シミュレーション結果を図 ) に示す．

制御 とは，指向性アンテナを使用した別 置することにより，優先側 を行わせず，非優先 （（行わせることで，優先 を配）とは ）のみと をのスループットを改善させる制御方法である．非優先側が，制御 の送信中によるキャリアビジーのために待機している時間帯にも，優先側は，（キャリアビジーにならないため）送信が可能である．この差がスループット差を生み出す．制御 
不要な通常の 端末と自体は，特殊な機能が のペアであり，容易に実現できる．また，通信トラヒック量を調整することで，制御強度を変更することができる．ただし，指向性アンテナによる優先側と非優先側の区別を厳密に行えるかどうかが効果を左右する．
図 シミュレーションと実機における制御効果評価スループットのシミュレーション評価  
このような通信特性をもつモバイル通信環境において，シミュレータには を使用し，*+ 制御効果を確認する．

間距離に応じて，要求帯域を得るための制御を検討する．制御

近距離では，非優先側の には *+ と制御 分，優先側の を使用する．以下，制御の詳細と制御効果について述べる．には，近距離でも 

 制御ポリシー

 のスループットが低下する は，スループットが増加する．理想的 のスループットを下げないように制御したいが，*+ の特性により，限界がある．
図  の評価モデルの構成で，*+ で実現した 

本稿において，間距離とスループットは何らかの方

  フレーム廃棄率をパラメータとして，各 法で把握可能と仮定し，制御はネットワーク的に中立的な立場

プットと から第三者が行うものとする．本稿では，説明の簡単化のため，端末のスループット，横軸は  つの 間の制御について記すが，本稿で示す制御方法

は， つ以上の 間の公平性制御にも容易に拡張可能でのスルー間距離の関係を図  に示す．縦軸は各送信

また，実線は，非優先  の間距離# としている．

 のスループット，点線は優先 のスループットをそれぞれ意味する．

ある．

 提案する優先制御方法  優先制御方法
無線 

のスループットを無線 

外から制御するには，のキャリアセンス制御か，受信確認制御（バイナリバックオフ制御）をねらうのが効果的である．そこで，提案
方法では，*+ と指向性アンテナ付き制御専用 
下，単に制御 （以）とのいずれか，あるいは両方を使用す
図る． 以下，各制御の詳細を述べる．

 制御評価モデル

  
*+（*,-,., +/001 0/  

 2/&#,）について述べる $ ．*+ は，既存の  端末に変更を加えることなく，ある割合の  フレームの送達を制御することで，優先制御を行うことが可能である．これは，例えば， の 方式である において，させることで，実現される．この3 をノイズエラー

3 エラーにより，がもともと持っている再送制御とバイナリバックオフ制御機能が働くため，非優先端末の送信機会が他に譲られることで，優先制御が実現される．端末ごと，あるいは ごとに 

フレーム廃棄率をコントロールすれば，端末ごとにも ごとにも制御可能である．
図 制御によるスループット変化  でも，優先 状態のスループットは，非優先 よりも大きくなっており，また，

 フレーム廃棄率を変化させることで，スループットの差も変化している．このことは，任意のスループット比が得られるであろうことを示している．

図 

図 

 制御時の  つの  システムの合計スループット

また，図  に，間距離に応じた  つの 制御  評価モデル

システムの合計スループットを示す．これにより，オーバヘッドの影響は小さく，本提案公平性制御は有効であることが分かる．
図  の評価結果から，システム間の距離を認識している状態で，要求帯域を得るには，どの程度の強さで フ

レーム廃棄をかければよいのかということが明らかになった．
一例として，一方のユーザが相手の たいとする．このとき，相手の 
ときには *+ の強さを の  倍の帯域を得が 〜"# 離れている フレーム廃棄率＝ ％，また倍の帯域を得たいとすると 〜# 離れているときには％かければよい．そこで，実際の環境で，このような制御が可能

図 なことを実機実験により示した．モバイル通信環境を想定しているため，送信端末にはスマートフォン  ， にはモバイルルータ ) を使用した．図  と同じ，つまりシミュレーションと同じ条件で実機での評価を行った結果，シミュレーションとを使用した際の制御結果についても検証する．

図  の評価モデルにおいて， 側に制御 を追加する．評価モデルは，図  に示すように，制御 は，

 と共に移動し，指向性アンテナを用いて，にはキャリアを送らないようにする．評価結果を図  に示す．
ではシミュレーションプログラムの都合上，制御 が， とも干渉 してしまっているため， の優先効果が低下してしまっている．プログラムの改造は今後の課題である．しかしながら，状態 ， では，制御効果を発揮して，優先制御が達成されている．

 お わ り に
本稿では，相手の 必要帯域割合に応じた ごとの公平性制御が可能であるの実機評価を進める予定である．

  制御 状態について，効果をシミュレーションと実機実験により確認し，ことを示した．今後，制御 同じ制御効果を得られることが確認できた．
制御 

制御  によるスループット変化との属性・構成の違いによる不公平を是正するために， *+ と制御 を使用する方法を提案した．本提案公平性制御の中の *+ を使用した制御手法

文献      !" #! $"$"  % &'()$ *  + ,"+ -"+ " "+.$$"+ --" $"
#，*  ./// &+"$0  +","+"$0 1!2 3&
4 森内彩加，村瀬勉，小口正人， .///  ,5 異種 システムの近接時におけるスループット特性 ，情報処理学会第 回全国大会，6(，  " !"   !" 7" ''".'1  80 !!" #-$ '$0 %
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 森内彩加，村瀬勉，小口正人， 異種規格無線  近接時の特性
解析 ，マルチメディア，分散，協調とモバイル 38. 4
シンポジウム，)(， 22
(，ホテル大平原， ．
 ;       神田正則 甲藤二郎 村瀬勉 < 及び '5 制御ア
クセスポイント混在時の特性評価 電子情報通信学会総合大会

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