次世代移動通信ネットワークにおけるTCP通信の高速化に関する研究

摘要

インターネットの発展に伴って，無線ネットワークにおけるデータ通信への要求が増加している．また，現在スマートフォンブームにより，モバイル端末からインターネットに接続するユーザ数が急激に増加している．そのため，無線ネットワークにおけるデータ通信を高速化する必要性が高まっている．これらのデータ通信では，情報の欠落のない配信を目的としてTCPが使用されている．TCPは有線ネットワーク向けに設計されており，セグメントの損失を検出すると，輻輳が発生していると解釈され，輻輳制御を行う．しかし，無線ネットワークでは，有線ネットワークと異なり雑音や干渉などの影響を受けやすく，伝送誤りによるセグメント損失も発生する．また，移動通信ネットワークにおいてはハンドオフによるパスの切り替えの影響により，バースト的なセグメント損失も発生する．これらがTCPのパフォーマンスを低下させる．すなわち，このような無線ネットワーク上でのセグメント損失は，ネットワークの輻輳状態とは無関係に発生するため，輻輳制御を行う必要はない．しかしながら，TCPはセグメント損失の原因を区別することができず，不必要に輻輳ウィンドウcwnd (Congestion Window)を減少してしまうため，スループットが非常に低下するという問題が発生する．この問題に対して，現在いくつかのTCP輻輳制御アルゴリズムが提案さている．しかし，現在提案されている輻輳制御アルゴリズムは，移動通信ネットワーク環境において，十分な有効性の評価がなされていないと考えられる．そこで本研究では，現在提案されている複数の輻輳制御アルゴリズムを持つTCPを，次世代の移動通信ネットワークである LTE ネットワーク上で分析した．本研究では特にハンドオフが生じた場合の性能に着目し，次の3つの項目を実施した．まず，ハンドオフによる遅延がどの程度かRTTの測定を行った．測定結果から，LTEネットワークにおけるハンドオフを模擬した遅延エミュレータを作成し，各TCP輻輳制御アルゴリズムの評価を行った．さらに，エミュレータにおける評価結果の検証と実際のハンドオフ時の状況を評価するため，LTEネットワークを利用し，JR山手線の車内でiPhone5を用いてFTP通信のダウンロードの実験を行った．その結果，エミュレータによる実験では，CUBIC，illinoisが高いデータ伝送量を示した．実ネットワーク環境では，CUBICが高いスループットを示した．これらから，ハンドオフ時のLTE網でのTCP高速化のためには，積極的なcwndの増加を行う方式が有効であると考えられる．