無線環境におけるマルチホーム Mobile IPv6の通信品質分析

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1 無線環境におけるマルチホーム Mobile IPv6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 修士論文　審査発表

2 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
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 Mobile IPv6 ・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 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 2011/2/4 修士論文　審査発表

3 研究背景② 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 2011/2/4 修士論文　審査発表

4 SCTP Stream Control Transmission Protocol 利点
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 プライマリパス Network0 if0 if0 if1 if1 Network1 2011/2/4 修士論文　審査発表 セカンダリパス

5 SCTPを利用したMobile IPv6 MN HA CN Binding Update Binding Update ACK
Session Established SCTP association change to Addr 0 Binding Update Binding Update ACK IF 0 IF 1 2011/2/4 修士論文　審査発表 Addr0 HoA-CoA

6 SCTPパラメータ (デフォルト値) パラメータ デフォルト値 PMR (Path.Max.Retrans) 5回 H.B.Interval
30sec RTO.MIN 1sec RTO.MAX 60sec RTO.Initial 3sec MaxInitRetransmits 8回 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 2011/2/4 修士論文　審査発表

7 研究目的 片桐友之助、2009年度修士論文 実際には様々な無線環境が存在 様々な無線環境でさらなる通信品 質の向上
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 様々な無線環境でさらなる通信品 質の向上 2011/2/4 修士論文　審査発表

8 提案手法 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)
2011/2/4 修士論文　審査発表

9 シミュレーション開始時の マシン配置座標とシナリオ
シミュレーション開始時の　　マシン配置座標とシナリオ 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 2011/2/4 修士論文　審査発表

10 実験① IEEE802.11bからIEEE802.11bへの移動 と IEEE802.11aからIEEE802.11a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 2011/2/4 修士論文　審査発表

11 実験①結果 赤：11b 緑：11a Sequence Number Time(sec) 2011/2/4 修士論文　審査発表

12 実験② 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/s Mobile 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 2011/2/4 修士論文　審査発表

13 実験②結果 (11a, 3m/s) Throughput (bps) Throughput (bps) Time(sec)
Mobile IPv6 Mobile IPv6＋SCTP 2011/2/4 修士論文　審査発表

14 実験②結果 (11a, 10m/s) Throughput (bps) Throughput (bps) Time(sec)
Mobile IPv6 Mobile IPv6＋SCTP 2011/2/4 修士論文　審査発表

15 実験②結果 (3m/s,10m/s) 赤：Mobile IPv6 緑：Mobile IPv6＋SCTP Sequence Number
Time(sec) Time(sec) 3m/s シーケンスナンバーの推移 10m/s MNが3m/sで移動するときハンドオーバーに要した時間 3m/s 10m/s Mobile IPv6 (sec) (sec) Mobile IPv6+SCTP (sec) (sec) 2011/2/4 修士論文　審査発表

16 実験③ 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/s Mobile 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 2011/2/4 修士論文　審査発表

17 実験③結果 (11p, 3m/s) Throughput (bps) Throughput (bps) Time(sec)
Mobile IPv6 Mobile IPv6＋SCTP 2011/2/4 修士論文　審査発表

18 実験③結果 (11p, 27m/s) Throughput (bps) Throughput (bps) Time(sec)
Mobile IPv6＋SCTP Mobile IPv6 2011/2/4 修士論文　審査発表

19 実験③結果 (3m/s,27m/s) 赤：Mobile IPv6＋SCTP 緑：Mobile IPv6 Sequence Number
Time(sec) Time(sec) 27m/s 3m/s シーケンスナンバーの推移 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 3m/s 27m/s Mobile IPv6 (sec) (sec) Mobile IPv6+SCTP (sec) 5.7420(sec) 2011/2/4 修士論文　審査発表

20 実験④ IEEE802.11aからIEEE802.11aへの移動 MNの移動速度は3m/s Mobile IPv6＋SCTP
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 2011/2/4 修士論文　審査発表

21 実験④結果 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 RTO.MAX
60 50 40 30 20 10 1 [sec] PMR 5 [回] 5.7639 4 3 2 1 2011/2/4 修士論文　審査発表

22 実験⑤ IEEE802.11pからIEEE802.11pへの移動 MNの移動速度は27m/s Mobile IPv6＋SCTPで比較
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 2011/2/4 修士論文　審査発表

23 実験⑤結果 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 RTO.MAX
60 50 40 30 20 10 1 [sec] PMR 5 [回] 5.7420 2.4622 4 3 2 1 2011/2/4 修士論文　審査発表

24 結論 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 課題 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 2011/2/4 修士論文　審査発表

25 　　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

26 補足 2011/2/4 修士論文　審査発表

27 ネットワーク構成 Network A MN CN 100Mb ,1.80ms Network B HA 2011/2/4 修士論文　審査発表

28 Mobile IPv6 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 修士論文審査発表

29 Mobile IPv6用語１ Mobile Node （MN） Correspondent Node （CN）
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 修士論文審査発表

30 Mobile IPv6用語２ Foreign Link Binding Binding Update MNの移動先のネットワーク
HoAとCoAの関係を示す情報 Binding Update Bindingの登録および更新 修士論文審査発表

31 Mobile IPv6用語３ 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 修士論文審査発表

32 Mobile IPv6用語４ Home Test （HoT） Care of Test （CoT）
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 修士論文審査発表

33 Mobile IPv6の通信 33 HA HoA Home Link Binding Update INTERNET CN
Foreign Link Binding Update CoA MN 2009/02/04 卒業論文発表資料 33

34 パスのスイッチオーバーメカニズム1 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。 修士論文審査発表

35 パスのスイッチオーバーメカニズム2 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 修士論文審査発表

36 SCTPのパラメータ 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 修士論文審査発表