Transcript 既存の無線ネットワーク

TaskA:
異種無線ネットワークのシームレスな連合儀技術
現在の通信環境
有線環境から無線環境へ
これからの無線ネットワーク
身近な機器端末で構築されるネットワーク
無線端末
有線ではなく無線による通信
無線デバイスの種類は多く存在する
無線デバイス
IEEE 802.11a
IrDA
IEEE 802.11b
Bluetooth
ZigBee
小電力無線
使用用途
無線LAN
データ通信
無線LAN
データ通信，機器制御
センサ情報の伝送，
家電制御
センサ情報の伝送
転送性能
54Mbps
16Mbps
11Mbps
2.1Mbps
250kbps
200kbps以下
使用用途により適切な無線デバイスが異なる
現状のセンサデバイス
標準化がなされてない
→ メーカ，研究所によって無線も制御も全てバラ
バラ
Mote
センサデバイス例
Mica Mote (CrossBow)
 u-Part (Teco)
 Sensor Web (NASA)
 Smart Dust (U.C.Berkley )

u-Part
Sensor Web
Smart Dust
既存の無線ネットワーク
Bluetooth
802.11b
携帯電話
センサー
IrDA
各無線デバイス毎に独立したネットワーク
ホモジーニアスなネットワーク
問題点
異種無線デバイス間による相互接続性の欠如

各無線デバイスでネットワークが分断され透過的な
相互接続が考慮されていない
Heterogeneous Wireless Network (HWN)
HWN
Bluetooth
802.11b
携帯電話
センサー
IrDA
ホモジーニアスなネットワークから
ヘテロジーニアスなネットワークへ
既存の無線ネットワーク研究 (1)
単一無線内のネットワーク効率化が一般的

通信プロトコルの改良，物理層の改良，アプリケーシ
ョン
ヘテロジニアスなネットワークについてはハンド
オーバに関するものが一般的
ネットワークA
ネットワークB
既存の無線ネットワーク研究 (2)
多
無
線
デ
バ
イ
ス
の
種
類
本タスク
Hand Over
Mobile IP
MANET
Mesh Network
少
既存の無線研究
プロトコル改良，
MAC改良
無
有
既存のインフラストラクチャ
本研究が対象とする領域
処理性能
衛星基地局
無線ＬＡＮ搭載機器
小型無線機器
携帯電話・Bluetooth機器
家電機器
既存研究のターゲット
センサデバイス
本研究のターゲット
転送性能
本研究が対象とする領域
ノードの数
本研究のターゲット
転送性能
ノードの処理能力
Heterogeneous Wireless Network (HWN)
HWN
Bluetooth
802.11b
携帯電話
センサー
IrDA
ホモジーニアスなネットワークから
ヘテロジーニアスなネットワークへ
実現アプローチの候補 (物理層)
全ての無線メディアを所持する

コスト、端末の性能
ソフトウェア無線
アプリケーションの親和性が高い
 現段階では難しい
 消費電力が大きいため，小型化が困難

Application
Application
Application
Kernel
Kernel
Kernel
PHY
PHY
PHY
実現アプローチの候補 (データリンク層)
制御経路で解決する
アプリケーションとの親和性が高い
 端末の処理能力があまり必要ない
 カーネルなどを改変する必要がある

Application
Application
Application
Kernel
Kernel
Kernel
PHY
PHY
PHY
実現アプローチの候補 (アプリケーション層）
オーバーレイネットワーク
 既存のアプリケーションの改変が必要
 実装が容易
 オーバヘッドが高い
 中間ノードも全てのプロトコルスタックが必要
Application
Application
Application
Kernel
Kernel
Kernel
PHY
PHY
PHY
実装アプローチの比較
カーネルレイヤ層 (静的ルーティング)
Application
Application
Application
Kernel
Kernel
Kernel
PHY
PHY
PHY
(実測値)TCPスループット3.3Mbps： (実測値) RTT：0.5msec
Application
Kernel
PHY
Application
Kernel
PHY
Application
Kernel
PHY
(理論値)TCPスループット1.9Mbps： (実測値) RTT：0.88msec
実現アプローチ
小型端末との 既存アプリケーショ
親和性
ンとの親和性
アプリケーション層
データリンク層
物理層
△
○
×
×
○
○
実装の容易性
○
△
×
本研究では経路制御で実現
データリンク層アプローチの利点
アプリケーションの変更が必要ない
中間ノードはプロトコルをフルスタックサポートす
る必要がない
ノードにかかる負荷が低い
ソフトウェアでのサポートのみで，リモートから対
応可能

HWの追加は1ノードのみ．全ノードに対し物理的に
HWを追加する必要がない
異種無線ネットワーク間の
透過的な接続に関する研究
Interchangeable Wireless Network Routing
(IWNR) の提案
Layer 2 での解決を試みる
IWNRが仮想的なデバイスを提供し，HWNの
構築を行う
Application A Application B Application C Application D
Protocol A
Protocol B
Protocol C
Protocol D
仮想802.11b
IWNR
仮想Bluetooth
IWNR
仮想IrDA
IWNR
仮想Zigbee
IWNR
UWB Device
データの配送手法
直接接続するのは不可能
IrDAアプリ
IrDAアプリ
仮想IrDA
IWNR
仮想IrDA
IWNR
Bluetooth
IrDA
他のノードを経由しデータ配送を行う
IrDAアプリ
IrDAアプリ
仮想IrDA
IWNR
IWNR
Bluetooth
Bluetooth
IWNR
Bluetooth
IrDA
仮想IrDA
IWNR
IrDA
経路の構築
ノードの移動に適応
動的かつ自律的な経路の構築
 経路の途切れを感知し，経路の再構築を行う

物理的なブリッジノードの発見

発見後，送信元→ブリッジノード→あて先までIWNR
でデータを配送する
Mobile Ad-Hoc Network (MANET) の技術を
RAVDに組み込む
物理的なブリッジノード
IrDAアプリ
仮想IrDA
IWNR
IWNR
Bluetooth
Bluetooth
IWNR
Bluetooth
IrDA
IrDAアプリ
仮想IrDA
IWNR
IrDA
経路制御
MANETの制御プロトコルは数多くある
WPNは身の回りにある機器端末
機器端末の数は膨大ではない
 端末の移動も多くはない

Dynamic Source Routing (DSR) を用いる
A
A,B,C,D
A,B,C,D
A,B,C,D
data
data
data
B
C
D
論理的なブリッジノード
IWNRが前提とする端末は組み込み機器
IWNRを搭載できない端末(非IWNR端末)でも
IWNRに参加できる
RAVD構築機構を搭載する端末(IWNR端末)と
非RAVD搭載端末とをブリッジする端末
ブリッジノード
非IWNRネットワーク
IWNRネットワーク
実装概要
リンクレベルでの実装

デバイスの特性を吸収する
Coreモジュール：デバイスに依存しない部分
Depモジュール：デバイスに依存する部分
IP
Dep
モジュール
Bluetooth
Stack
Dep
モジュール
IｒDA
Stack
Dep
モジュール
携帯電話
Stack
Dep
モジュール
Coreモジュール
RAVD
Dep
モジュール
Dep
モジュール
Dep
モジュール
Dep
モジュール
802.11x
Bluetooth
IrDA
携帯電話
実装機能
Coreモジュール
経路表管理
 経路発見
 データ送受信
 経路維持
 非WPN端末との接続

Depモジュール
デバイスに依存する情報の管理
 データ送受信
 仮想APIの提供

実装環境
Linux-2.6.17.1 上に実機にて実装
全てLKM (Loadable Kernel Module) として実
装
対応デバイス
802.11b
 Bluetooth
 IrDA

Depコードの実装箇所
802.11b

リンクレイヤにて実装
Bluetooth

HCIレイヤにて実装
IrDA

IrPHYレイヤにて実装
ネットワーク層
RAVD
物理層
L2CAP
RAVD
HCI
IrLAP
RAVD
IrPHY
802.11bとBluetoothの転送性能
802.11b と BluetoothにてHWNを構築し，
l2testにて転送性能を測定
データ送信ノードが1台，2台それぞれ転送性能
を測定する
送信元A
宛て先B
Bluetooth
802.11b
送信元B
宛て先A
802.11bとBluetoothの転送性能（結果）
450
MAX, MIN
AVG
400
Throughput(kbps)
350
300
250
200
150
100
50
0
No-Cross-Traffic
Cross-Traffic
（IEEE 802.11b・Bluetooth）
No-Cross-Traffic
Cross-Traffic
（Bluetooth）
異種無線間での透過的な通信が可能
物理的なブリッジノードがボトルネックとなる
802.11bとIrDAのRTT
802.11bとIrDAのネットワークを構築
Irdapingプログラムを用いてRTTの測定を行う
No IWNR
IWNR
IrDA
802.11b
802.11bとIrDAのRTT（結果）
200
180
160
RTT (msec)
140
120
100
MAX・MIN
AVG
80
60
40
20
0
No IWNR
IWNR (1hop)
IWNR (2hop)
異種無線間での透過的な通信が可能
802.11bのホップの追加はほぼ性能に影響がない
アプリケーション例
災害時およびフィールドワークのシナリオに関して
デバイスＢ
IWNR
IWNR
IWNR
IWNR
デバイスＢ
ユーザ（デバイスＡ）
災害時およびフィールドワークのシナリオに関して
デバイスＢ
IWNR
IWNR
IWNR
IWNR
デバイスＢ
ユーザ同士の通常の通信
災害時およびフィールドワークのシナリオに関して
デバイスＢ
IWNR
IWNR
IWNR
IWNR
デバイスＢ
ユーザと基地との通信
災害時およびフィールドワークのシナリオに関して
デバイスＢ
IWNR
IWNR
IWNR
IWNR
デバイスＢ
ユーザと基地との通信
本タスクによって実現可能となる世界
Device C
Device D
D
C
B
A
Device A
Device B
D
C
B
A
それぞれのデバイスが必要
横のつながりは皆無
D
C
B
A
本タスクによって実現可能となる世界
Device C
Device D
Device B
A
C
D IWNR
B
D
B
C
Device A
コード量
Coreコード : 2059 行
Depコード
802.11b : 879行
 Bluetooth : 2588 行
 IrDA : 1127行
