無線環境におけるマルチホーム無線環境におけるマルチホームMobile IPv6Mobile IPv6 の通信品質分析の通信品質分析

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 1修士論文　審査発表

研究背景①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

2011/2/4 2修士論文　審査発表

Mobile IPv6

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

・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

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

研究背景②研究背景②

2011/2/4 修士論文　審査発表 3

Stream Control Transmission Protocol◦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

2011/2/4 4修士論文　審査発表

SCTPSCTP

if0

if1

if0

if1

Network0

Network1

プライマリパス

セカンダリパス

SCTPSCTP を利用したを利用した Mobile Mobile IPv6IPv6

2011/2/4 修士論文　審査発表 5

MN HA CN

IF 0 IF 1Addr0 HoA-CoA

Binding Update

Binding Update ACK

Binding UpdateBinding Update ACK

SCTP association change to Addr 0

Session Established

パラメータ デフォルト値

PMR (Path.Max.Retrans) 5 回

H.B.Interval 30secRTO.MIN 1secRTO.MAX 60secRTO.Initial 3sec

MaxInitRetransmits 8 回

SCTPSCTP パラメータ パラメータ (( デフォルトデフォルト値値 ))

2011/2/4 修士論文　審査発表 6

•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

片桐友之助、 2009 年度修士論文◦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

研究目的研究目的

2011/2/4 修士論文　審査発表 7

様々な無線環境でさらなる通信品質の向上

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 )

様々な無線環境で Mobile IPv6 + SCTP を実行した際に通信品質が向上する　パラメータを検討

(IEEE802.11a, p で検証 )

提案手法提案手法

2011/2/4 修士論文　審査発表 8

シミュレーション開始時の　　シミュレーション開始時の　　マシン配置座標とシナリオマシン配置座標とシナリオ

2011/2/4 修士論文　審査発表 9

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

IEEE802.11b から IEEE802.11b 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

実験①実験①

2011/2/4 修士論文　審査発表 10

実験①結果実験①結果

2011/2/4 修士論文　審査発表 11

Time(sec)

Seq

uenc

e N

umbe

r赤：11b緑：11a

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/sMobile 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

実験②実験②

2011/2/4 修士論文　審査発表 12

実験②結果 実験②結果 (11a, 3m/s)(11a, 3m/s)

2011/2/4 修士論文　審査発表 13Mobile IPv6 Mobile IPv6 ＋SCTP

Time(sec)Time(sec)

Thro

ughp

ut

(bps

)

Thro

ughp

ut

(bps

)

実験②結果 実験②結果 (11a, 10m/s)(11a, 10m/s)

2011/2/4 修士論文　審査発表 14

Mobile IPv6 Mobile IPv6 ＋ SCTPTime(sec)Time(sec)

Thro

ughp

ut

(bps

)

Thro

ughp

ut

(bps

)

実験②結果 実験②結果 (3m/s,10m/s)(3m/s,10m/s)

2011/2/4 修士論文　審査発表 15

シーケンスナンバーの推移3m/s 10m/sTime(sec)Time(sec)

Seq

uenc

e N

umbe

r

Seq

uenc

e N

umbe

r赤： Mobile IPv6緑： Mobile IPv6 ＋SCTP

3m/s 10m/sMobile IPv6 174.3355(sec) 71.8260(sec)Mobile IPv6+SCTP

14.4556(sec) 14.4374(sec)

MN が 3m/s で移動するときハンドオーバーに要した時間

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/sMobile 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

実験③実験③

2011/2/4 修士論文　審査発表 16

実験③結果 実験③結果 (11p, 3m/s)(11p, 3m/s)

2011/2/4 修士論文　審査発表 17Mobile IPv6 Mobile IPv6 ＋SCTP

Time(sec)Time(sec)

Thro

ughp

ut

(bps

)

Thro

ughp

ut

(bps

)

実験③結果 実験③結果 (11p, 27m/s)(11p, 27m/s)

2011/2/4 修士論文　審査発表 18

Time(sec)

Mobile IPv6

Time(sec)Mobile IPv6 ＋ SCTP

Thro

ughp

ut

(bps

)

Thro

ughp

ut

(bps

)

実験③結果 実験③結果 (3m/s,27m/s)(3m/s,27m/s)

2011/2/4 修士論文　審査発表 19

3m/s 27m/sTime(sec)

Seq

uenc

e N

umbe

r

Seq

uenc

e N

umbe

r

赤： Mobile IPv6 ＋SCTP緑： Mobile IPv6

Time(sec)

3m/s 27m/sMobile IPv6 174.3355(sec) 25.2819(sec)Mobile IPv6+SCTP

25.2017(sec) 5.7420(sec)

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

シーケンスナンバーの推移

IEEE802.11a から IEEE802.11a への移動

MN の移動速度は 3m/sMobile IPv6 ＋ SCTP

◦SCTP のパラメータ 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

実験④実験④

2011/2/4 修士論文　審査発表 20

RTO.MAX60 50 40 30 20 10 1

[sec]PMR 5 [ 回 ] 14.45

565.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

4 5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

3 5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

2 5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

1 5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

0 5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

5.7639

実験④結果実験④結果

2011/2/4 修士論文　審査発表 21

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

IEEE802.11p から IEEE802.11p への移動

MN の移動速度は 27m/sMobile 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 ]

パラメータを変化させて実験 評価項目→ハンドオーバー

実験⑤実験⑤

2011/2/4 修士論文　審査発表 22

実験⑤結果 実験⑤結果

2011/2/4 修士論文　審査発表 23

RTO.MAX60 50 40 30 20 10 1

[sec]PMR 5 [ 回 ] 5.742

05.7420

5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

2.4622

4 5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

2.4622

3 5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

2.4622

2 5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

2.4622

1 5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

2.4622

0 5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

5.7420

2.4622

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

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

結論結論

2011/2/4 修士論文　審査発表 24

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

課題

　　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 25

補足補足

2011/2/4 修士論文　審査発表 26

ネットワーク構成ネットワーク構成

2011/2/4 修士論文　審査発表 27

MN

HA

Network A

Network B

CN

100Mb ,1.80ms

Mobile IPv6Mobile IPv6

2010.02.05 修士論文審査発表 28

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

Mobile IPv6Mobile IPv6 用語１用語１

2010.02.05 修士論文審査発表 29

Mobile Node （ MN ）◦ 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

Mobile IPv6Mobile IPv6 用語２用語２

2010.02.05 修士論文審査発表 30

Foreign Link◦MN の移動先のネットワーク

Binding◦HoA と CoA の関係を示す情報

Binding Update◦Binding の登録および更新

Mobile IPv6Mobile IPv6 用語３用語３

2010.02.05 修士論文審査発表 31

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

Mobile IPv6Mobile IPv6 用語４用語４

2010.02.05 修士論文審査発表 32

Home Test （ HoT ）◦ 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

2009/02/04 卒業論文発表資料 33

Mobile IPv6Mobile IPv6 の通信の通信

INTERNET

HA

MN

Home Link

Foreign Link

CN

HoA

CoA

Binding Update

Binding Update

パスのスイッチオーバーメカニパスのスイッチオーバーメカニズムズム 11

2010.02.05 修士論文審査発表 34

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。

パスのスイッチオーバーメカニパスのスイッチオーバーメカニズムズム 22

2010.02.05 修士論文審査発表 35

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

SCTPSCTP のパラメータのパラメータ

2010.02.05 修士論文審査発表 36

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