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アドホックネットワークにおける ATIM WINDOW 開閉制御による省電力手法. 電気通信大学大学院 情報工学専攻 阿部研究室 四本 哲也. 目次. アドホックネットワーク PSM(Power Saving Mode) 関連研究 提案手法 実験結果 まとめ. 無線 LAN. 無線でデータの送受信をするネットワーク 現在の利用形態 複数のノードがアクセスポイントを経由してネットワークに参加（インフラストラクチャネットワーク）. インターネット. アドホックネットワーク (1). ノード同士が直接通信を行い、ネットワークを形成する
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アドホックネットワークにおけるATIM WINDOW開閉制御による省電力手法 電気通信大学大学院 情報工学専攻 阿部研究室 四本 哲也
目次 • アドホックネットワーク • PSM(Power Saving Mode) • 関連研究 • 提案手法 • 実験結果 • まとめ
無線LAN • 無線でデータの送受信をするネットワーク • 現在の利用形態 • 複数のノードがアクセスポイントを経由してネットワークに参加（インフラストラクチャネットワーク） インターネット
アドホックネットワーク(1) • ノード同士が直接通信を行い、ネットワークを形成する • 柔軟なネットワーク構成が可能
アドホックネットワーク(2) • 電池で駆動するノードがネットワークに参加する • 電力消費を抑えることは重要 • IEEE802.11無線LAN規格では端末に低消費動作モードであるPSM(Power Saving Mode)が規定されている IEEE802.11 IEEE(米国電気電子学会)でLAN技術の標準を策定している802委員会が定めた無線LANの標準規格
アドホックモードにおけるPSMの動作(1) • PSMではふたつの状態を規則的に遷移する • Awake状態 : データの送受信が可能 • Sleep状態 : 電力消費を抑えた状態、データの送受信は不可能 • 通信を行う時はAwake状態、通信が行われないときはSleep状態で過ごし省電力を行う • PSMでない通常動作モードでは常にAwake状態 • 常にSleep状態では通信ができないので通信要求を確かめるために周期的にAwake状態に遷移する
アドホックモードにおけるPSMの動作(2) • PSMにおけるデータの送受信方法 • PSMではデータを送信する前にATIM(Announcement Traffic Indication Message)という送信予告信号を送る • ネットワークに参加する全ての端末はビーコン送信間隔(Beacon interval)ごとに一定時間Awake状態を続けてATIMの送受信を行う、この時間をATIM Windowという • ATIM Windowの間にATIMを受け取った端末はAwake状態を続けてデータの受信を行う • ATIMを受け取らなかった端末は次のATIM WindowまでSleep状態に遷移し、電力消費を抑える
アドホックモードにおけるPSMの動作(3) • 動作例 : ノードAがノードBへデータを送信 Beacon interval Beacon interval ATIM Window ATIM Window Sleep Node A (Awake) ATIM DATA ACK ACK Sleep Node B (Awake) Sleep Sleep Node C
PSMの改善点 • 通信が行われない期間も毎回ATIM Windowを開いている • 通信が行われない場合は無駄なAwake • ATIM Windowを開かない期間も作る 提案手法
関連研究 • FQEC[3] • 毎回ATIM Windowを開くのではなく、規則に従ってATIM Windowを開くBeacon intervalを決め、ばらばらにATIM Windowを開く • ATIM Windowを開く回数を減らし省電力 • 参加ノードが増大した際のビーコンの競合を緩和 • 異なるBeacon interval中にATIM Windowを開くと通信はできないため、かみあわないATIM Window同士は全くの無駄 • ブロードキャストパケットを送りづらい
毎回ATIM WINDOWを開かないと • すれ違いが発生 ATIM Window ATIM Window A ATIM ATIM ATIM ATIM B ATIM Window ATIM Window Beacon interval
提案手法(1) • N回のBeacon intervalに一度、ネットワークに参加する全ノードが必ずATIM Windowを開く期間を設定する • その間にあるN-1個のBeacon intervalにおいて通信頻度によりATIM Windowの開閉を制御する • 通信が行われないBeacon intervalではATIM Windowを開かずにSleep状態を続けることができ無駄な電力消費を減らすことができる
提案手法(2) • N=3の提案手法 <LEVEL1 Awake> 3回に１回だけATIM Windowを開く <LEVEL2 Awake> ２回ATIM Windowを開き１回休む <LEVEL3 Awake> ３回ともATIM Windowを開く Beacon interval ATIM Window LEVEL 1 LEVEL 2 LEVEL 3
N=3の時のAWAKE LEVELの判定方法 • ATIM Windowの終り毎に調整 • Dn= Dn-1 · α+ A • Dn < S₁ の時 LEVEL 1Awake • S₁ ≤ Dn ≤ S₂ の時 LEVEL 2 Awake • S₂ < Dnの時 LEVEL 3Awake • DnATIM数による新しく比較に用いる値 • Dn-1 前回比較した値 • A 今回のATIM Window期間中に受け取った総ATIM数 • α 重み • S₁ 閾値その１ • S₂ 閾値その２
実験環境 • N=3（3回のBeacon intervalの間で開閉を制御） • ネットワークシミュレータQualNetを使用 • シミュレーション時間 30s • Beacon interval 102.4ms • ATIM Window 20.24ms • 固定ノードを10m間隔でグリッド状に25配置 • 307.2ms（Beacon interval３回分）ごとにCBR(Constant Bit Rate)パケットの送信 • 307.2msごとの通信数を変えることで通信量を調整
ノード配置 １ ２ ３ ４ ５ • １通信の例（１番から２０番へパケットを送信） ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７ １８ １９ ２０ １０ｍ ２１ ２２ ２３ ２４ ２５ １０ｍ
実験方法 • 提案手法は閾値と重みにより実験結果が異なる • 評価係数 γを用いて６パターンの実験結果を抽出 ( γ＝0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 ) 提案手法の消費電力 提案手法の通信遅延 × γ ＋ × ( γ － １ ) 従来手法の消費電力 従来手法の通信遅延 ★γ が小さいほど遅延重視の提案手法 ★ γ が大きいほど電力重視の提案手法
比較対象 • nopsm : PSMを用いない通常動作モード • psm : 従来手法 • γ=0.5~1.0 : 提案手法 • psm3 : Beacon intervalが３倍の従来手法 Awake状態 Beacon interval nopsm ATIM Window psm γ = 0.5~1.0 psm3
通信発生時の動作 通信 Awake状態 Beacon interval ATIM window PSM PSM（通信発生時） 提案手法（LEVEL 1 Awake） 提案手法（LEVEL 2 Awake） 提案手法（LEVEL 3 Awake） beacon interval 3倍のPSM interval 3倍（通信発生時）
考察 • 提案手法は従来手法よりも消費電力を抑えていて、通信組数が少ないほど効果が高い • 通信量が多い時、処理効率の悪いpsm3は電力と遅延が共に上昇してしまっているが、提案手法はATIM Windowを開く回数を多くすることで処理効率の低下を防ぎ、電力と遅延が共に上昇することはない • 通信組数１組/307.2msの時、提案手法は従来手法に比べて電力を重視して閾値と重みを設定したγ＝1.0で電力は約54％、遅延は約2.7倍になり、遅延を重視して閾値と重みを設定したγ＝0.5で電力は約69％、遅延は約1.8倍になった
おわりに • ATIMの数を通信頻度を表す指標として用い、閾値と重みにより、通信が行われない期間にはATIM Windowを開かないことで、無駄なAwake状態への遷移を減らす手法を提案した。 • 従来手法と比べると、遅延は増加するが大幅な電力削減効果があり、通信量が少ないほど多く電力を削減できる。 • 今後の課題として、閾値と重みの最適値を設定する手法の考案などがあげられる。
