アドホックネットワークに関する研究開発は、基本機能に関しては現在検討が進み確定 してきているという状況といえる。ここでいう基本機能とは、レイヤ2技術である無線ノ ード間の直接通信機能と、レイヤ3技術であるマルチホップのためのアドホックルーチン グ技術のことである。このため現在ではアドホックネットワークの高機能化、実用化に向 けた検討が行われている。そこで、本論文では、アドホックネットワークを実際の環境で 使用することを想定して以下の二つの項目に関する研究を行った。
(1) 無線LANと AODVルーチングを用いたアドホックネットワークの実環境における 性能評価実験
(2) ノード数の多い高密度環境に適したAODVルーチング方式の提案 以下に上記2つの研究に対する結論を述べる。
• 無線LANと AODVルーチングを用いたアドホックネットワークの実環境における性 能評価実験
第一の研究ではアドホックネットワークを実際に構築しその性能評価を行った。ネット ワーク環境としては、災害時などの消防支援ネットワークの構築に、アドホックネットワ ークを適用する場合を想定し、以下の二通りの実験環境を採用した。
・ 地下街でのアドホックネットワークの構築
¾ 東京駅丸の内地下街において実施
¾ 直線的な通路、曲がり角のある通路、広場など様々な状況を利用
・ 建物内でのアドホックネットワークの構築
¾ 大学構内の研究棟において実施
¾ フロアーや階段のある構造を利用
実験には直接無線 LAN 通信を行った際の性能評価と、送信ノードと受信ノードの間に 中間ノードを設置しマルチホップ通信を行った際の性能評価を行った。実験の方法は信頼 性のある TCP を利用することを想定し、FTP を用いた。性能パラメータとしては TCP、
MAC、物理レイヤの各動作を詳細に解析し、相互にどのような影響があるかを調べた。性 能評価の結果を以下に記す。
・ 直接通信においてノード間の距離が一定距離を越えると通信状況が急激に悪化し、TCP およびMACレイヤにおいて、再送が急増しスループットが劣化する。
・ 送信ノードと受信ノードの間に階段等がない様な平面上の通信においてはノード間の 距離が200メートル程度の場合でも直接通信が可能であった。
・ ただし、平面状の通信でも曲がり角などノード間に遮蔽物があるような環境において は急激にスループットが減少することが確認できた。
・ また一定の距離を越えると通信状況が急激に悪化し、TCPおよびMACレイヤにおいて、
再送が急増し通信スループットが劣化することを確認した。
・ ノード間に遮蔽物がない場合でも、ノードが床と面しているような状況で通信を行う ことはできなかった。
・ 平面上にマルチホップのための中継ノードを配置すると、最大 290 メートルの3 ホッ プ通信が可能であった。
・ 建物の階段を通して通信を行うような、垂直線上に無線LAN通信を行う場合は、水面 上の通信に比べて通信可能な距離が短くなることが確認できた。
・ ただし、垂直線上の通信においても中継ノードを使うことによって 1階から 7 階まで マルチホップに通信を行うことが可能であった。
• ノード数の多い高密度環境に適したAODVルーチング方式の提案
ノード数の多い高密度なアドホックネットワーク上でデータ通信を行うと、経路確立/ 維持のための制御メッセージのオーバヘッドが大きくなってしまうという課題点が存在す る。そこで本論文では無線伝播範囲にいる離れたノードにのみRREQメッセージを送信さ せる方法と、経路が確立したノードにのみHelloメッセージを送信させる方法を提案した。
また、これらの方式を導入することにより、到達不可能なノードが存在しないための検討 も行ってきた。無線伝播範囲で新たにノードが起動した場合、無線伝播範囲内にノードが 移動してきた場合、無線伝播範囲の外にノードが移動した場合を考慮することで高密度な アドホックネットワークに適したルーチングを行うことが可能となった。
また、本方式の性能評価を行うために、ソフトウェアシミュレータns2上で本方式を実 装し従来のAODVと比較評価を行うことで性能を確かめた。シミュレーションでは高密度 なアドホックネットワーク環境をモデリングするために、無線伝播範囲に平均して無線ノ ード 8 個から 30個ほどいるようなノード配置を使った。性能評価のパラメータとして、
RREQメッセージの送信数、Helloメッセージの送信数、受信データパケットの総数、発信
元ノードから宛先ノードまでのホップカウント、経路を確立するまでに要した時間を測定 した。これら全てのパラメータにおいて提案方式の方が良い結果を得ることができた。ま た、無線ノードが移動する場合も考慮してシミュレーションを行った。具体的には無線ノ ードを持っている人が歩行もしくは走行する場合を想定し、0m/sから 5m/s の間のランダ ムな速度で移動した。ノードが移動するモデルにおいても提案方式では効率的に経路制御 メッセージの送信を行うことができた。一方、従来のAODV方式では経路制御メッセージ のオーバヘッドが大きくなり、データパケットを送ることが難しい状況になっていた。
以上の研究を通して、アドホックネットワークを実環境で用いる際に必要な検討を行っ てきた。具体的には、実際にアドホックネットワークのテストベッドを構築し、TCP、MAC、 物理レイヤの各動作を詳細に解析することで、各レイヤでどのような振る舞いをするかを みることができた。また、高密度なアドホックネットワークに適したAODVルーチングプ ロトコルを導入し、その性能評価を行った。評価結果によると、高密度なアドホックネッ トワーク環境下では、従来のAODVでは経路制御メッセージのオーバヘッドが大きく、通 常のデータパケットを転送することが難しい状況になっていた。一方で、提案方式では送 信される経路制御メッセージの数を抑えることによって、効率的にデータパケットの転送 を行うことができた。このように、アドホックネットワークを実環境で利用するためには、
本論文で研究してきた内容の貢献度は大きいと考えられる。
関連図書
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