[論文レビュー] Delay Analysis of Hybrid WiFi-LiFi System

Sihua Shao, Abdallah Khreishah+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 2, 2015

Optical Wireless Communication Technologies参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、混合WiFi-LiFiシステムにおける遅延性能を分析し、非集約（リクエストが2つのネットワークのいずれかにルーティングされる）と集約（リクエストが両方に分割される）構成を比較する。ポisson到着および指数分布するリクエストサイズの下で、帯域幅集約が最小平均システム遅延を低減することを解析的に証明し、最適分割比に対して3%未満の遅延ペナルティで済む効率的な近似法を提案する。

ABSTRACT

Heterogeneous wireless networks are capable of effectively leveraging different access technologies to provide a wide variety of coverage areas. In this paper, the coexistence of WiFi and visible light communication (VLC) is investigated as a paradigm. The delay of two configurations of such heterogeneous system has been evaluated. In the first configuration, the non-aggregated system, any request is either allocated to WiFi or VLC. While in the second configuration, the aggregated system, each request is split into two pieces, one is forwarded to WiFi and the other is forwarded to VLC. Under the assumptions of Poisson arrival process of requests and the exponential distribution of requests size, it is mathematically proved that the aggregated system provides lower minimum average system delay than that of the non-aggregated system. For the non-aggregated system, the optimal traffic allocation ratio is derived. For the aggregated system, an efficient solution for the splitting ratio is proposed. Empirical results show that the solution proposed here incurs a delay penalty (less than 3\%) over the optimal result.

研究の動機と目的

• さまざまな構成下での混合WiFi-LiFiネットワークにおけるシステム遅延を評価すること。
• 平均システム遅延の観点から、非集約型と集約型のシステムアーキテクチャを比較すること。
• 非集約システムにおける最適なトラフィック割り当て比を導出すること。
• 集約システムにおける最適リクエスト分割比の効率的な近似法を提案すること。
• 帯域幅集約の遅延利点を実験的に検証すること。

提案手法

• ポisson到着および指数分布するリクエストサイズの下で、WiFiおよびVLCリンクにM/D/1キューを用いてシステムをモデル化する。
• トラフィック割り当て比αの関数として、非集約システムの平均システム遅延を導出する。
• 集約システムの平均システム遅延をE[max(D_WiFi, D_VLC)]として定式化し、順序統計を用いてE[min(D_WiFi, D_VLC)]を表現する。
• 実用的制約下で遅延を最小化するように、集約システムにおける最適分割比αを推定する近似手法を提案する。
• シミュレーションと解析的モデリングを用いて、さまざまなパラメータ（λ, μ, B₁, B₂, N）の下で、近似された集約システムと非集約システムを比較する。
• 性能指標として、集約システムにおける近似された最小遅延と非集約システムにおける最小遅延の比を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 混合WiFi-LiFiシステムにおいて、帯域幅集約は非集約ルーティングと比較して最小平均システム遅延を低減するか？
• RQ2 非集約システムにおける平均システム遅延を最小化する最適なトラフィック割り当て比は何か？
• RQ3 集約システムにおける最適リクエスト分割比の効率的な近似法を開発でき、最小限の遅延ペナルティで実現できるか？
• RQ4 トラフィック負荷（λ）、リクエスト処理速度（μ）、帯域幅（B₁, B₂）といったシステムパラメータは、集約型および非集約型システムの遅延性能にどのように影響するか？
• RQ5 VLCアクセスポイント数（N）の変化が、集約による遅延低減効果に与える影響は何か？

主な発見

• 順序統計を用いた解析的証明により、集約システムが非集約システムよりも低い最小平均システム遅延を達成することが示された。
• 集約システムにおける最適分割比の近似法は、理論的最適解と比較して3%未満の遅延ペナルティに留まる。
• VLCアクセスポイント数（N）を1から10に変化させた場合、近似による最大遅延増加は2.7%にとどまる。
• WiFi帯域幅が小さく、VLC帯域幅が大きい場合に集約による遅延低減が顕著であり、Nの増加やλおよびμの上昇に伴いその効果は薄れる。
• テストされたシミュレーションパラメータ下で、集約システムの近似最小平均システム遅延は非集約システムと比較して少なくとも16%低い。
• 遅延ペナルティが最小となるのはλ ≈ 0.33、μ ≈ 58、B₁ ≈ 70のときであり、近似法の最適動作点を示している。