萬代 雅希

TCPの改良プロトコルとして一つのコネクション内で複数IPアドレスによる複数TCPフローを用いた通信を行うMultipath TCP(MPTCP)が注目されている.スマートフォンやタブレットなどのモバイル端末はWi-Fiと3G/LTEのように複数のネットワークインタフェイスを有していることが多い.MPTCPはTCPフローを多重化することで耐障害性とスループット性能の向上が期待される.しかし,MPTCPは性質が異なる通信経路を同時に利用するとき,TCPフローにおけるパケット送信が停止し,MPTCPコネクション全体のスループット性能が低下する問題がある.そこで本研究では,性質の異なる複数通信経路を利用するMPTCPにおけるパケット送信停止早期解消のためのMPTCP-ACK拡張方式を提案する.シミュレーションによる評価の結果,提案方式を用いることでパケット送信停止を早く解消,スループット性能を改善できることを明らかにした.

RFID(Radio Frequency IDentification)においてバックスキャッタ通信が用いられる.バックスキャッタ通信は,受信者であるリーダと送信者であるタグとの間の無線通信技術である.バッテリレスを前提としたバックスキャッタ通信にはデータ伝送を行うための搬送波をタグに伝送するリーグが必要である.近年,搬送波に環境波を用いたバックスキャッタ通信(Ambient Backscatter)が注目されている.Ambient Backscatterは,バックスキャッタ通信の搬送波としてテレビ放送やWi-Fi等の環境波を用いることで,リーダが搬送波を発生させなくても通信が可能になる.しかし,搬送波に環境波を用いると伝送距離が制限されるという問題がある.そこで本研究では,伝送距離の延長を目的とした環境波を用いたバックスキャッタ通信のためのデータ伝送手法を提案する.提案手法では,データ送信を共有フェーズと送信フェーズの二つのフェーズに分けて行う.共有フェーズでは送信データを複数のタグで共有する.送信フェーズでは,データ共有を行ったタグが共有したデータを一斉に送信する.提案手法をシミュレーションにより評価し,伝送距離延長効果があることを示す.

本研究では,コンテンツ指向型ネットワークにおいて,コンテンツ誘導が長くなることでユーザへのコンテンツ到着が遅延する問題を解消することを目的とし,従来型コンテンツ指向型ネットワークの機構に加え,キャッシュ情報の通知を行う拡張方式であるProactive型コンテンツ指向型ネットワーク(CON)とReactive型CONの二方式を提案する.Proactive型CONは,ユーザからのコンテンツ要求パケットであるinterestの誘導前に,コンテンツルータ(CR)が近隣ノードとコンテンツの所有に関する情報を通知する.Reactive型CONは,interestを誘導する際に,CRが近隣ノードとコンテンツの所有に関する情報を通知する.両方式はinterestの誘導経路を短くすることで,ユーザへのコンテンツ到着時間を短縮する.計算機シミュレーションにより,両提案方式が従来方式と比較して,ユーザへのコンテンツ到着時間を短縮できることを示す.

本研究では,あらかじめ設定したSLA(Service Level Agreement)基準を守りながら,サーバ仮想化を用いてデータセンターのサーバ電源をオフにし省電力化を実現するアルゴリズムを提案する.ここでSLA基準は,ユーザがサーバに対してサービスを要求してからその応答が返ってくるまでのレスポンスタイムと定める.提案方式が典型的なTreeトポロジのデータセンターにおいて,定めたSLAを守りながらサーバの電源をオフにすることが可能で,データセンター省電力化に有効であることを計算機シミュレーションで確認する.

無線センサーネットワークとは、無線通信技術を内蔵した複数の<br />センサーノードが観測した情報をシンクで収集するネットワークである。<br />無線センサーネットワークでは省電力化が重要な課題であり、<br />解決方法の1つとしてデータ集約が提案されている。<br />データ集約は伝送する総パケット数を削減する方法であるが、<br />中継ノードでは集約対象の複数のパケットを待つ必要があるため、<br />遅延が増加する問題点がある。<br />本研究では、中継ノードでパケットを待つ時間に上限を設定し、<br />これを超えた場合は集約せずに送信する方式を提案する。<br />評価により、省電力効果と遅延時間の改善を示す。

Recently, multi-view video that is taken by multiple cameras from different positions and angles to provide the real world experience has attracted more attentions. It allows the users freely change their viewpoints. On the other hand, the traffic of multi-view video is several times larger than traditional multimedia, which brings much more increment in the bandwidth requirement. Compression technologies, such as MPEG and MVC, can greatly decrease the traffic of multi-view video. However, as all the views should be encoded and transmitted, even with MVC bit-rate of multi-view video is still high. In this paper, we analyze users' switch models which are classified into random access model and successive motion model. We find that in the successive motion model only part of frames are possible to be displayed in a period of time. According to the analytical result, we propose a user-driven scheme which can significantly decrease the traffic of multi-view video. In the proposed scheme, only those frames that are possible to be displayed are encoded and transmitted. In order to support this scheme, we also propose a prediction structure as a substitute of the prediction structure in MVC. Evaluation proves that this proposed scheme reduces the average bit-rate for the transmission of multi-view video.

Ethernetを利用したLANでは、スイッチングハブをカスケード接続することによって拡張が行われるのが一般的である.このトポロジーでは接続ポイントとなるポートに他ポートからの通信が集中し、輻輳が発生しやすいという問題点がある.この問題に対し、全二重Ethernetでは送信側のフレーム送出を一時的に停止させるための制御フレームであるポーズフレームが規定されている.また、より上位層においてはTCPのウインドウ制御による輻輳制御に加え、ルータ支援型の輻輳制御方式であるXCP(eXplicit Control Protocol)やVCP(Variable-structure congestion Control Protocol)に関する研究が盛んである.しかし、これらの輻輳制御方式では送信レートの抑制を行うことによって輻輳回避を行うため、ネットワークのスループットは低下する.一方で通信効率を向上させるために複数のパケットを排他的論理和(XOR)で多重化するネットワークコーディングが注目されている.本研究では、ネットワークの輻輳時におけるフレーム処理方法にネットワークコーディングを利用し、スループットの向上と輻輳の緩和を同時に可能とする輻輳制御方式を提案する.実験環境として本提案方式をアプリケーション層に実装し、提案方式の優位性を立証する.

Recently, wireless sensor networks attract researcher's attention due to its applicability to many fields for effective collection of sensing data with less cost. In wireless sensor networks, due to battery-powered nodes, energy saving is important issue. As one of techniques for energy saving, the data aggregation has been proposed. In this paper, we discuss the trade off between communication delay and energy consumption of the technique. At first, we analyze the full aggregation, non-aggregation and partial aggregation with Markovian chain. Analytical results show that non-aggregation method suffers large energy consumption while full aggregation suffers large transmitting delay. And our proposed partial aggregation method called WRP (Waterfalls Random partial aggregation) can trade off the energy and delay. For getting the better balance of energy and delay, we get several groups of random pushing vectors and investigate them on two criteria based on delay energy products. We find that less arrival data should be aggregated for small data generation rate at nodes to minimize both criteria, and vice versa. For moderate generation rate we must choose a sophisticated random pushing vector depending on the criterion.

キャリアセンスによる待機時間について,現行のIEEE802.11DCF(Distributed Coordination Function)による2進指数バックオフアルゴリズムでは,特に再送時の待機時間が長くなり,スループットへの影響が大きい.そこで,送信成功や再送に係わらず,周辺端末の台数と電波環境を考慮する方式を提案する.電波環境の指標としては,受信信号の強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)やエラーレートとし,実環境において,スループットを高くするバックオフ時間の最適値を実験により求める.実験の結果,2wayのDATA/ACK方式と,4wayのRTS/CTS/DATA/ACK方式の両ケースについて,CWによるスロット競合だけでなく,電波環境によるパケットロスも含まれるために,比較的小さなCW値でスループットが最大となることを示す.特に,2wayの場合には,4wayの様な隠れ端末対策が無いので,周辺端末台数が少なくCW値が小さくてスロット競合が起こりやすい場合には,この傾向がより顕著となることを示す.

本稿では,スター型無線ネットワークにおけるユニキャストパケット転送に,ネットワークコーディングを適用する場合のスループット特性について検討を行う.無線ネットワークコーディング方式としては,中継ノードが,受信・復号したパケットに対してXOR処理を施しパケット転送を行うXORベース方式と,複数のノードが同時送信した信号を中継ノードが増幅・転送する物理層ネットワークコーディング方式を取り上げる.本稿では,両方式のスループット特性を評価するため,まず、それぞれの方式をスター型ネットワークで用いるためのパケット送信スケジューリング法を定義する.そして,両方式を用いてユニキャストパケット転送を行う場合のスループット特性を計算機シミュレーションにより評価する.その結果,ネットワーク内のリンク品質や想定するトラフィックパターン,ノード数に応じて優れた特性を示す方式が変化することを示す.また,無線ネットワークコーディングを用いてユニキャスト転送を効率的にサポートするためには,スケジューリング法が重要な役割を果たすことを示す.

データ集約は無線センサーネットワークにおいてデータ量を削減する方法として注目されている。データ量削減により消費電力を抑えられるものの遅延が大きくなる。本稿では、データ集約方式の遅延と消費電力のトレードオフ関係を議論する。まず、CSMAを前提としてデータ集約を行う方式と行わない方式をマルコフ解析とシミュレーションによってその特性を明らかにする。その後、部分的に集約するRP(Random Push)方式とWRP(Water falls RP)を提案する。RPでは配信の遅延を抑えるためにランダムに選択されたパケットを集約せずに送信する方式である。WRPはRPを一般化したものであり、ノード毎に非集約パケットの選択確率を変える方式である。特に、シンクから遠いノードでは低い確率で集約して遅延を軽減し、シンクに近づくほど高い確率で集約を行いシンク付近の輻輳を避ける。RPおよびWRPをマルコフ解析およびシミュレーションによって評価し、その有効性を論じる。For energy saving of sensor networks due to power restriction, the data aggregation technique has been proposed. In this paper, we discuss the trade off between communication delay and energy consumption of the technique. For the tandem sensor networks the analytic results as well as simulation results shows that although for the power saving the full aggregation where all data are aggregated is effective, the delay is very large compared with non-aggregation method when a sensing event occurs sparsely in time. Based on the results, to suppress the delay, this paper proposes two partial aggregation methods. One is called RP (random partial aggregation) where some waiting data randomly can be transmitted to the lower node without the sensing data arrival according to the random pushing rate. When the rate equals to zero, the method is equivalent to full data aggregation, while it is non-aggregation when the rate is infinite. The other technique is more sophisticated method called WRP (waterfalls RP). In WRP, each node has its independent random pushing rate. Farther nodes from the sink have larger random pushing rate to suppress the delay. The nodes nearer the sink have less rates and tend to achieve aggregation to suppress the congestion around the sink. The simulation results show the efficiency of WRP.

本研究では耐遅延マルチメディアセンサネットワーク(DTMSN)におけるデータ蓄積方法を検討する.DTMSNでは,センサノードに設置されているカメラ等から発生した大量のデータをシンクに収集する.センサノードは,ハードウェアの制限からバッファサイズと電力消費の制約を受ける,バッファサイズの制約により,単体のセンサノードで全データを蓄積するのは困難である,従って,バッファサイズ制約を満たしつつ電力消費の少ないデータ蓄積方式の開発がDTMSNの重要な課題である.本研究では,この課題を解決するための方策として,Cooperative Buffering(CB)を提案する.CBではデータ発生源の近傍のセンサノードが協調してデータを分散して蓄積することによって,単体のセンサノードでは蓄積できないサイズのデータを蓄積する.CBによって,複数のセンサノードに分散蓄積されたデータをシンクが移動して回収する.本稿では,既存のCBに加え,移動シンクのデータ回収のしやすさを考慮したCBを提案する.方式ごとに計算機シミュレーションを用いて消費電力を評価し,さらにデータの回収時間について議論する.その結果,発生データを全てシンクへ送信するまでの全コストを削減するためには,利用するシンクの移動特性やアプリケーションに応じて蓄積方式を選択するべきであることを示す.