実環境を考慮した無線LANとAODVルーチングを用いたアドホックネットワークに関する研究

摘要

近年、無線通信技術の発展に伴い、その場に集まったノード間が無線インタフェースを用いて簡易にネットワークを構築するアドホックネットワークに関する研究が注目されている。アドホックネットワークの適用例としては、センサーネットワーク、ITS (IntelligentTransport System)における車車間通信、通信インフラが存在しない災害時などのネットワーク構築などが考えられており、実用化に向けた研究開発段階にあると考えられる。「アドホック」に関する研究開発としては、レイヤ2 におけるアクティビティと、レイヤ3 におけるアクティビティが存在する。レイヤ2 における研究開発としては、IEEE 802.11ワーキンググループが行っている無線LAN における無線ノード間の直接通信を行うための技術検討がある。一方レイヤ3 における研究開発としては、直接無線通信を行うことができないノード間の通信を、他のノードがルータとして動作しパケットをマルチホップに中継するためのアドホックルーチングに関する検討が行われている。例えば、アドホックルーチングプロトコルの一つであるAODV (Ad hoc On-demand Distance Vector)では、通信時に通信相手への経路を要求するメッセージを隣接ノードへブロードキャストし、それを受信したノードも同様に隣接ノードへ再ブロードキャストしていき、宛先ノードもしくは宛先への経路を知っているノードがそれに応答するメッセージを発信元ノードへ送信することによって、宛先との間の経路を確立する方法を用いている。これらレイヤ2 およびレイヤ3 のアドホックネットワークの基本的機能すなわち端末間の直接通信機能と、アドホックルーチング機能については、検討が進み方式が確定してきたという状況である。このため現在では、アドホックネットワークの基本的な機能に加えて、その高機能化、実用化に向けた検討も行われている。そこで、筆者は研究の初期から、実環境での利用を想定したアドホックネットワークの研究に取り組んでおり、以下の研究を行った。 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 ノード数の多い高密度環境に適したアドホックルーチング方式の提案第一の研究では、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。既存のインフラを使わない災害時の消防支援ネットワークを想定した。すなわち、大深度地下や地下鉄線路のような通常の携帯電話の電波が受信できない場所で802.11 無線LAN とAODV ルーチングを用いた通信端末を導入し、消防士に持たせたまま火災現場と消防基地の間に設置することにより、基地と消防士との間でマルチホップネットワークを行うことが考えられる。実験では、信頼性を提供するTCP によるデータ通信を対象とした。無線LAN アドホックネットワークでは無線リンク上でのフレームロスによりMAC レイヤの再送が発生し、さらにMAC レイヤのリトライアウトにより、TCP レイヤの再送が発生し、これによりTCPのスループットを低下させる。また、無線リンク上でのフレームロスは物理レベルのRSSやSNR といった性能に大きく関係すると考えられる。このため、TCP レイヤ、MAC レイヤ、物理レイヤの性能パラメータをそれぞれ評価することを実験の特徴とした。第二の研究内容としては、実際にアドホックネットワークが普及した時点を想定し、高密度なアドホックネットワークの構築に適したアドホックルーチングプロトコルの提案を行った。このような高密度なアドホックネットワークでは、経路を発見・維持するためのルーチング用の制御メッセージのオーバヘッドが大きくなるという問題が生ずる。そこで本論文では、AODV ルーチングを拡張し、無線伝播範囲の離れたノードにのみ経路制御メッセージを中継させることにより、経路制御のオーバヘッドを削減する方式を提案する。これらの研究により、以下のことが明らかとなった。 第一の研究により、地下街や建物内などの遮蔽された空間において、100 から150 メートルの無線LAN による直接通信で、2 から3 ホップの200 メートルを超えるマルチホップ通信が可能であることを明らかにした。また、直接通信において、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、通信するープットが劣化することを確認した。 第二の研究で提案した高密度なアドホックネットワークに適したルーチングプロトコルを用いることにより、従来方式のAODV に比べて効率的に経路制御メッセージの送信を行えることを明らかにした。さらに、送信される経路制御メッセージの数を抑えたことによって、効率的にデータパケットの転送を行うことができることを示した。