SN比を考慮した 無線スケジューリング方式

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1 SN比を考慮した 無線スケジューリング方式
慶應義塾大学 間　博人, 田村陽介，徳田英幸 <

2 発表の流れ 研究の背景 無線環境の問題点 SNR based Packet Scheduling（SPS） 関連研究との比較 設計 性能評価
まとめと今後の課題

3 研究背景 しかし無線ネットワークでは…． 無線ネットワークの急速な普及 無線ネットワークを構成する新しい規格の登場
周波数資源が制限されている 位置により回線品質が変動する 無線資源を効率的に利用する回線品質に適応した枠組みの提供の必要性 しかし無線ネットワークでは…． （AirPort） （IEEE802.11, Bluetooth, IMT2000 )

4 無線ネットワーク（IEEE802.11）における問題
非適応型フローでは 無駄が生じる Ｅｒｒｏｒ ２ １ 無線端末１ ２ １ 無線端末２ ２ １ 無線端末３ ４ ４ ４ ３ ３ ３ ‥‥ 無線端末の位置により回線状態が異なるため 送信できる量が異なる

5 本研究のアプローチ SPS：SNR-based Packet Scheduling
無線端末の回線品質を基に帯域を割り当てる 回線品質の指標であるSN比を利用する ＳＮ比（Signal-to-Noise Ratio） 受信信号電力と雑音電力の比から計算する 高いSN比のフローに割当て帯域を大きくする SN比とウェイトは定義したスケジューリングポリシーにより柔軟に割り当て可能

6 関連研究 チャネル状態依存パケットスケジュ－ラ
CSDPS : Channel State Dependent Packet Scheduler 基地局が無線端末とのチャネル状態を予測 チャネル状態がGood であれば送信しBadであれば送信しない 補償アルゴリズム CSDPSでは チャネル状態の善し悪しによる資源割り当ての不公平が生じる チャネル状態の回復後，チャネルエラーによる損失分を補償する　 CSDPS（メリーランド大学）　　IWFQ (イリノイ大学）　　CIF-Q（CMU）　LTFS（ウィスコンシン大学）

7 SPSとCSDPSとの比較 無線端末チャネル状態はGood or Badの2通り 無線端末のSNRを基に細かく閾値を定めることが可能
Good 状態であれば送信しBad 状態であれば送信しない 無線端末のSNRを基に細かく閾値を定めることが可能 複数の割り当て方式を柔軟に適用可能 SPS 粒度と柔軟性

8 ＳＰＳの構成 一つ後のスライドとの用語の統一

9 Scheduling Policy SPS G/B (SPS-GB) SPS Piece-wise linear (SPS-PW)
閾値 D 以上であれば　weight を 1, D以下であれば　weight を 0　とする SPS Piece-wise linear (SPS-PW) 複数の閾値を設定し各閾値間を linear に結ぶ SPS G/B SPS Piece-wise linear Good Good 縦軸　横軸の説明　　L はチャネルコンディションのレベル Bad Bad

10 実験環境 ＣＨからＭＨへＵＤＰデータフローをCBRで送信 (2000Kbps, 1470byte, 14.7M)
AP 100Mbps Ether net MH 1 ＣＨからＭＨへＵＤＰデータフローをCBRで送信 (2000Kbps, 1470byte, 14.7M) APにおいて　FIFO, SPS-GB, SPS-PW をそれぞれ適用する． CH 2Mbps Wave LAN Good Condition MH 2 Bad Condition 効率的な帯域制御を行うことで，無線ネットワーク環境の性能がどの程度改善するか？ SPSの実装が間に合わなかったので,　SPSと同等の 次に評価であることを言う。

11 G/B と Piece-wise linear の Snapshot
SPS-GB 閾値D以上のMHで 帯域が平等に分配される SPS-PW SNRの変化によりスムーズに 割り当て帯域が変化する

12 G/B と Piece-wise linear の性能比較
PW: (D1=3, D2=5, D3=7, D4=9) GB1: D=3 GB2: D=6 GB3: D=9 MH1: 24.5db MH2: 5.9db FIFO GB1 GB2 GB3 PW FIFO と PW を比較すると20%程度 Total Throughput が向上する

13 まとめと今後の課題 ＳＮ比を考慮したパケットスケジューリング方式SPSを提案した ＳＰＳの性能評価 割り当て方式の閾値の決定方法
FIFOと比較し20％のThroughput の性能向上 SNRと割当て帯域の関係を柔軟に定義できる ＳＰＳの性能評価 MHが増加した場合の評価 フィードバック頻度と性能の関係 割り当て方式の閾値の決定方法 補償アルゴリズムの追加

14 Q and A

15 TCP Throughput と SNRの関係
こんな感じって言う例です♪ 縦軸: Throughput (Kbps) 横軸: ＳＮＲ (db) 無線基地局から無線端末へ3分間のTCP Throughput FreeBSD3.4 + NCR WaveLan

16 SNRの推移 縦軸: SNR(ｄｂ) 横軸: 時間(sec） 同地点においてもSNRは±２位の範囲で変動する。 15分間SNRを測定した結果
X軸が時間で、Y軸がSNR。 3秒毎にSNRをプロット、 縦軸: SNR(ｄｂ) 横軸: 時間(sec） 同地点においてもSNRは±２位の範囲で変動する。

17 SPS と WirEdge の違い SPS は WirEdge を発展しさせたもの WirEdge は 静的に帯域を制限する評価に留まる
SPSではSNRに合わせて動的に割り当て帯域を変更可能 WirEdge ではSNRからどのように帯域を割り当てるかの考察は無い (SNR が13以下には600kbps 割り当てる)　 SPSでは スケジューリングポリシーを導入し柔軟な割り当て方式を適応可能

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19 考察 FIFO と PW を比較すると20%程度 Total Throughput が向上する
FIFO は, MH1, MH2 に500Kbps ずつ送信するが，そのうちMH2 に送った200Kbps 分は無駄になる．SPSではこの無駄を効率よく他のホストに分配する GB1 は閾値が低すぎてほとんど帯域制御していないためFIFOに近いパフォーマンス GB3 は Total Throughput はPWと同等だが, 閾値が高すぎるため，MH2の帯域を必要以上に制限している GB2 はバランスはGB3 より良いが，パフォーマンスはPW より劣る．

20 既存研究における チャネル推定例 ACKの利用
　RTS / CTS (Request to send / Clear to send) の利用

21 実装２ ＳＮＲ報告フレームのフォーマット

22 電波状態と通信性能の測定 測定環境 ＣＨ から ＭＨ１へＴＣＰフローを3分間送信し 転送速度とSNR を同時に測定
　転送速度は　Netperf を用い測定 　ＳＮＲは　ＭＨ１側で3秒おきに測定

23 帯域制御による性能の向上 片方のＳＮＲが低い場合
SNR：高 SNR：低 合計 1028 789 244 197 784 592 FIFO ALTQ＋CBR MH１　SNR：２５ MH２　SNR：６ またThroughput のばらつきが少なくなる．　 箱ひげ図であることを明言する 低いところの Throughput も上昇しているが,　誤差の範囲 帯域制御を行う事で　 無線ネットワーク全体で21%　通信効率が上昇した

24 既存研究 チャネル状態依存パケットスケジューラCSDPS: Channel State Dependent Packet Scheduler
Ｅｒｒｏｒ 無線端末１ ３ ２ 無線端末２ ３ ２ 無線端末３ 無線環境における 既存のスケジューリング方式 Bad ５ ４ ３ ２ １ Good ６ ５ ４ Good 状態のホストだけに スケジューリング Good ６ ５ ４