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無線環境におけるマルチホーム無線環境におけるマルチホームMobile IPv6Mobile IPv6 の通信品質分析の通信品質分析
早稲田大学大学院 基幹理工学研究科情報理工学専攻 修士 2 年
後藤滋樹研究室名倉俊哉
2011/2/4 1修士論文 審査発表
研究背景①研究背景①「いつでもどこでも」ネットワークにアクセスできるユビキタス社会の到来
モバイル端末への通信継続性や IP モビリティが求められるように
2011/2/4 2修士論文 審査発表
Mobile IPv6
移動透過性着信可能性
ノードが移動しても確立されたコネクションが維持できること
ノード識別子が移動によって変化しない
・ネットワーク層のプロトコル・移動による IP アドレスの変化を上位層から隠蔽
実際は、 HoA (Home Address) から CoA (Care of Address) に切り替える ときに Handover が生じる◦SCTP への注目
様々な無線環境◦無線 LAN 、 WiMAX 、 Bluetooth などの混在
◦異なる無線環境での品質改善
研究背景②研究背景②
2011/2/4 修士論文 審査発表 3
Stream Control Transmission Protocol◦輻輳制御を行い、到着順序を保証する 信頼性のあるメッセージ転送を行う
利点◦マルチホーミング
複数の IP アドレスを持つことができ、障害時にフェイルオーバーが可能
2011/2/4 4修士論文 審査発表
SCTPSCTP
if0
if1
if0
if1
Network0
Network1
プライマリパス
セカンダリパス
SCTPSCTP を利用したを利用した Mobile Mobile IPv6IPv6
2011/2/4 修士論文 審査発表 5
MN HA CN
IF 0 IF 1Addr0 HoA-CoA
Binding Update
Binding Update ACK
Binding UpdateBinding Update ACK
SCTP association change to Addr 0
Session Established
パラメータ デフォルト値
PMR (Path.Max.Retrans) 5 回
H.B.Interval 30secRTO.MIN 1secRTO.MAX 60secRTO.Initial 3sec
MaxInitRetransmits 8 回
SCTPSCTP パラメータ パラメータ (( デフォルトデフォルト値値 ))
2011/2/4 修士論文 審査発表 6
•Path.Max.Retrans•再送を行った回数を数えるエラーカウンタ
•H.B.Intereval•HeartBeat を送る間隔
•RTO.MIN•再送タイムアウト (RTO) の下限値
•RTO.MAX•再送タイムアウト (RTO) の上限値
•RTO.Initial•初期再送タイムアウト (RTO) 値
•MaxInitRetransmits•SCTP 終端が INIT チャンクの再送信位置で行う最大試行回数
片桐友之助、 2009 年度修士論文◦マルチホーム Mobile IPv6 における 通信品質の分析
◦Mobile IPv6 + SCTP + QoS SCTP のパラメータ : RTO.MAX, PMR を 変化させて実験 (802.11b 環境 )
実際には様々な無線環境が存在
研究目的研究目的
2011/2/4 修士論文 審査発表 7
様々な無線環境でさらなる通信品質の向上
様々な無線環境で Mobile IPv6 + SCTP を実行し通信品質を分析
(IEEE802.11a, p で検証 )
様々な無線環境で Mobile IPv6 + SCTP を実行した際に通信品質が向上する パラメータを検討
(IEEE802.11a, p で検証 )
提案手法提案手法
2011/2/4 修士論文 審査発表 8
シミュレーション開始時の シミュレーション開始時の マシン配置座標とシナリオマシン配置座標とシナリオ
2011/2/4 修士論文 審査発表 9
Network Simulator 2 によるシミュレーション 6 秒後
◦ CN が MN にパケット送信 :1500 byte 10 秒後
◦ MN が異なるネットワークへ移動開始 300 秒間のシミュレーション
IEEE802.11b から IEEE802.11b への移動
とIEEE802.11a から IEEE802.11a への移動◦を Mobile IPv6 上で比較
MN の移動速度を 3m/s として実験測定項目
◦シーケンス番号
実験①実験①
2011/2/4 修士論文 審査発表 10
実験①結果実験①結果
2011/2/4 修士論文 審査発表 11
Time(sec)
Seq
uenc
e N
umbe
r赤:11b緑:11a
IEEE802.11a から IEEE802.11a への移動MN の移動速度を変化させて実験
◦3,10m/sMobile IPv6 と Mobile IPv6 + SCTP で比較◦SCTP のパラメータ
RTO.MIN 1.0 [sec] RTO.MAX 60.0 [sec] PMR 5.0 [ 回 ]
評価項目 MN 側のスループット、シーケンス番号 ハンドオーバー
実験②実験②
2011/2/4 修士論文 審査発表 12
実験②結果 実験②結果 (11a, 3m/s)(11a, 3m/s)
2011/2/4 修士論文 審査発表 13Mobile IPv6 Mobile IPv6 +SCTP
Time(sec)Time(sec)
Thro
ughp
ut
(bps
)
Thro
ughp
ut
(bps
)
実験②結果 実験②結果 (11a, 10m/s)(11a, 10m/s)
2011/2/4 修士論文 審査発表 14
Mobile IPv6 Mobile IPv6 + SCTPTime(sec)Time(sec)
Thro
ughp
ut
(bps
)
Thro
ughp
ut
(bps
)
実験②結果 実験②結果 (3m/s,10m/s)(3m/s,10m/s)
2011/2/4 修士論文 審査発表 15
シーケンスナンバーの推移3m/s 10m/sTime(sec)Time(sec)
Seq
uenc
e N
umbe
r
Seq
uenc
e N
umbe
r赤: Mobile IPv6緑: Mobile IPv6 +SCTP
3m/s 10m/sMobile IPv6 174.3355(sec) 71.8260(sec)Mobile IPv6+SCTP
14.4556(sec) 14.4374(sec)
MN が 3m/s で移動するときハンドオーバーに要した時間
IEEE802.11p から IEEE802.11p への移動MN の移動速度を変化させて実験
◦3,27m/sMobile IPv6 と Mobile IPv6 + SCTP で比較◦SCTP のパラメータ
RTO.MIN 1.0 [sec] RTO.MAX 60.0 [sec] PMR 5.0 [ 回 ]
評価項目 MN 側のスループット、シーケンス番号 ハンドオーバー
実験③実験③
2011/2/4 修士論文 審査発表 16
実験③結果 実験③結果 (11p, 3m/s)(11p, 3m/s)
2011/2/4 修士論文 審査発表 17Mobile IPv6 Mobile IPv6 +SCTP
Time(sec)Time(sec)
Thro
ughp
ut
(bps
)
Thro
ughp
ut
(bps
)
実験③結果 実験③結果 (11p, 27m/s)(11p, 27m/s)
2011/2/4 修士論文 審査発表 18
Time(sec)
Mobile IPv6
Time(sec)Mobile IPv6 + SCTP
Thro
ughp
ut
(bps
)
Thro
ughp
ut
(bps
)
実験③結果 実験③結果 (3m/s,27m/s)(3m/s,27m/s)
2011/2/4 修士論文 審査発表 19
3m/s 27m/sTime(sec)
Seq
uenc
e N
umbe
r
Seq
uenc
e N
umbe
r
赤: Mobile IPv6 +SCTP緑: Mobile IPv6
Time(sec)
3m/s 27m/sMobile IPv6 174.3355(sec) 25.2819(sec)Mobile IPv6+SCTP
25.2017(sec) 5.7420(sec)
MN が 3m/s 、 27m/s で移動するときハンドオーバーに要した時間
シーケンスナンバーの推移
IEEE802.11a から IEEE802.11a への移動
MN の移動速度は 3m/sMobile IPv6 + SCTP
◦SCTP のパラメータ RTO.MIN 1.0 [sec] RTO.MAX 60.0 [sec] PMR 5.0 [ 回 ]
パラメータを変化させて実験 評価項目→ハンドオーバー
実験④実験④
2011/2/4 修士論文 審査発表 20
RTO.MAX60 50 40 30 20 10 1
[sec]PMR 5 [ 回 ] 14.45
565.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
4 5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
3 5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
2 5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
1 5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
0 5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
5.7639
実験④結果実験④結果
2011/2/4 修士論文 審査発表 21
8 秒の短縮→PMR を小さく設定=再送回数を少なくする→RTO.MAX を小さく設定=再送タイムアウトを短くする
IEEE802.11p から IEEE802.11p への移動
MN の移動速度は 27m/sMobile IPv6 + SCTP で比較
◦SCTP のパラメータ RTO.MIN 1.0 [sec] RTO.MAX 60.0 [sec] PMR 5.0 [ 回 ]
パラメータを変化させて実験 評価項目→ハンドオーバー
実験⑤実験⑤
2011/2/4 修士論文 審査発表 22
実験⑤結果 実験⑤結果
2011/2/4 修士論文 審査発表 23
RTO.MAX60 50 40 30 20 10 1
[sec]PMR 5 [ 回 ] 5.742
05.7420
5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
2.4622
4 5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
2.4622
3 5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
2.4622
2 5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
2.4622
1 5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
2.4622
0 5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
5.7420
2.4622
3 秒の短縮→PMR を小さく設定=再送回数を少なくする→RTO.MAX を小さく設定=再送タイムアウトを短くする
IEEE 802.11a, p においても Mobile IPv6 環境で SCTP を用いたほうが安定した通信ができるようになった
SCTP のパラメータである PMR, RTO.MAX は値が小さいほうがハンドオーバーにかかる時間が小さくなる
結論結論
2011/2/4 修士論文 審査発表 24
複数の無線規格間の移動を想定して実験をする必要 様々なシミュレーション環境の想定 実機での検証
課題
ご清聴ありがとうございました
2011/2/4 修士論文 審査発表 25
補足補足
2011/2/4 修士論文 審査発表 26
ネットワーク構成ネットワーク構成
2011/2/4 修士論文 審査発表 27
MN
HA
Network A
Network B
CN
100Mb ,1.80ms
Mobile IPv6Mobile IPv6
2010.02.05 修士論文審査発表 28
2004 年 7 月: RFC3775通信を継続したままネットワーク間の移動が可能ノードの移動透過性をネットワーク層において保
→障するプロトコル 移動を隠匿HoA (Home Address)
◦ MN に割り当てられる不変のアドレスCoA (Care of Address)
◦ MN が移動先のネットワークで使用するアドレスHome Agent ( HA )
◦ Foreign Link 上の MN に対し、パケットを転送するTCP 、 UDP
◦ エンドポイントの識別に IP アドレスを利用◦ IP アドレスが変わると通信を一時的に継続できない
Mobile IPv6Mobile IPv6 用語1用語1
2010.02.05 修士論文審査発表 29
Mobile Node ( MN )◦ ネットワーク間を移動するノード
Correspondent Node ( CN )◦ MN の通信相手となるノード
Home Address ( HoA )◦ MN に割り当てられる不変の IP アドレス
Care of Address ( CoA )◦ MN が移動先のサブネットで使用する一時的な
アドレスHome Link
◦ MN がもともと接続しているネットワーク
Mobile IPv6Mobile IPv6 用語2用語2
2010.02.05 修士論文審査発表 30
Foreign Link◦MN の移動先のネットワーク
Binding◦HoA と CoA の関係を示す情報
Binding Update◦Binding の登録および更新
Mobile IPv6Mobile IPv6 用語3用語3
2010.02.05 修士論文審査発表 31
Dynamic Home Agent Address Discovery◦動的に HA を探索する Anycast 通信
Home Test Init ( HoTI )◦MN が行う、 HA を経由する冗長経路を用
いた CN に対する経路認証要求Care of Test Init ( CoTI )
◦MN が行う、 CoA による直接経路を用いた CN に対する経路認証要求
Mobile IPv6Mobile IPv6 用語4用語4
2010.02.05 修士論文審査発表 32
Home Test ( HoT )◦ CN が行う、 HA を経由する冗長経路を利用した
HoTI に対する経路認証応答通信Care of Test ( CoT )
◦ CN が行う、 CoA による直接経路を利用したCoTI に対する経路認証応答通信
Binding Refresh Request (BRR)◦ CN が行う、 MN に対する Binding 情報の更新要
求Return Routability Procedure (RRP)
◦ MN 、 CN 間で行う、一連の経路認証処理全体
2009/02/04 卒業論文発表資料 33
Mobile IPv6Mobile IPv6 の通信の通信
INTERNET
HA
MN
Home Link
Foreign Link
CN
HoA
CoA
Binding Update
Binding Update
パスのスイッチオーバーメカニパスのスイッチオーバーメカニズムズム 11
2010.02.05 修士論文審査発表 34
プライマリパス:データ転送用セカンダリパス:バックアップ用経路プライマリパスを利用中にデータチャンクがロス
し、 SACK チャンクを受信せずにいると、直前のデータチャンク送信から Retransmission Timeout (RTO) が経過してから再送される
バイナリバックオフアルゴリズムに従い、 RTOを前回の 2 倍に設定する
エラーカウンタが Path Max Retransmission (PMR) を超えると、プライマリパスを到達不能状態( INACTIVE )とし、到達可能状態( ACTIVE)のセカンダリパスを介した通信に切り替える。
パスのスイッチオーバーメカニパスのスイッチオーバーメカニズムズム 22
2010.02.05 修士論文審査発表 35
プライマリパスへの切り替えプライマリパスを INACTIVE と判断す
ると、ホストは HEARTBEAT チャンクを送信し、パスの到達性を確認する
HEARTBEAT チャンクを送信する間隔Hi◦パスが ACTIVE かつ IDLE 状態の場合
Hi = RTOi + H.B.Interval(1 + α)◦パスが INACTIVE 状態の場合
Hi = RTO.Initial + H.B.Interval(1 + α)
# α は -0.5 ~ 0.5 の範囲のランダムな値
SCTPSCTP のパラメータのパラメータ
2010.02.05 修士論文審査発表 36
ハンドオーバーに影響を与えるパラメータ
RTO (Retransmission Time Out)◦TCP の再送タイムアウトと同じ
PMR (Path Max Retransmission)◦再送回数の最大値◦PMR の値に達すると、宛先のアドレスを
inactive にする