[論文レビュー] Measuring Data and VoIP Traffic in WiMAX Networks

Iwan Adhicandra|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2010

Advanced Wireless Network Optimization参考文献 2被引用数 30

ひとこと要約

本稿は、実際の無線WiMAXネットワーク環境において、VoIPトラフィックのQoSパフォーマンスを評価し、UGSとertPSの2つのサービスクラスを比較する。セルラーWiMAXテストベッドを用いて、バースト性が高く遅延に敏感なVoIPトラフィックを効率的に処理するため、best-effort (BE) トラフィックと帯域幅を共有できるようにするertPSがUGSを上回ることを実証した。これにより、リアルタイムアプリケーションの全体的なネットワーク利用効率とQoSが向上する。

ABSTRACT

Due to its large coverage area, low cost of deployment and high speed data rates, WiMAX is a promising technology for providing wireless last-mile connectivity. Physical and MAC layer of this technology refer to the IEEE 802.16e standard, which defines 5 different data delivery service classes that can be used in order to satisfy Quality of Service (QoS) requirements of different applications, such as VoIP, videoconference, FTP, Web, etc. The main aim of the paper is to examine a case of QoS deployment over a cellular WiMAX network. In particular, the paper compares the performance obtained using two different QoS configurations differing from the delivery service class used to transport VoIP traffic, i.e. UGS or ertPS. Results indicate that for delay-sensitive traffic that fluctuates beyond its nominal rate, having the possibility to give back some of its reserved bandwidth, ertPS has the advantage to permit the transmission of BE traffic.

研究の動機と目的

• 実世界のトラフィック条件下でのセルラーWiMAXネットワークにおけるQoSの展開を評価すること。
• IEEE 802.16eの2つのサービスクラス（UGSとertPS）がVoIPトラフィックに与えるパフォーマンスを比較すること。
• 帯域幅の予約と再割り当てが、VoIP品質およびベストエフォート（BE）トラフィックとの共存に与える影響を評価すること。
• 名目レートを超えて変動する遅延に敏感なトラフィックをより効果的にサポートできるサービスクラスを特定すること。
• WiMAXネットワークにおけるVoIPに最適なQoS設定を実証的に明らかにすること。

提案手法

• ライブデータおよびVoIPトラフィックを用いて、実際のセルラーWiMAXネットワーク環境で測定を実施した。
• 2つのQoSプロファイルを設定：1つはUGS（不正なゲート制御サービス）クラス、もう1つはertPS（拡張リアルタイムポーリングサービス）を用いたVoIP用。
• 遅延、ジッタ、パケット損失、帯域幅利用率などのネットワークパフォーマンス指標をモニタリングした。
• VoIPトラフィックが名目レートを超えた場合に、各サービスクラスがBEトラフィックの送信を可能にする能力を評価した。
• IEEE 802.16e標準が定義する5つのサービスクラスを用いて、VoIPおよびデータアプリケーションのQoS要件をマッピングした。
• トラフィックトレースを収集・分析し、ertPSにおける動的帯域幅割り当てと回収の特性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WiMAXネットワークにおいて、変動するビットレートを持つVoIPトラフィックを処理するにあたり、UGSとertPSの性能はどのように異なるか？
• RQ2 VoIPトラフィックが名目レートを超えた場合、帯域幅の予約がベストエフォート（BE）トラフィックの送信に与える影響は何か？
• RQ3 ertPSは未使用帯域幅を動的に回収でき、ネットワーク効率を向上させるとともにBEトラフィックのサポートを可能にするか？
• RQ4 遅延に敏感なVoIPアプリケーションにおいて、どちらのサービスクラスがより優れたエンドツーエンドの遅延およびジッタパフォーマンスを提供するか？
• RQ5 サービスクラスの選択が、混合トラフィック環境下での全体的なQoSおよびリソース利用効率にどのように影響を与えるか？

主な発見

• VoIPトラフィックが名目レートを超えて変動する状況において、ertPSは動的帯域幅回収を可能にすることでUGSを上回った。
• VoIPトラフィックが予約済みレートを超えた場合、ertPSはベストエフォート（BE）トラフィックの送信を可能にしたが、UGSはそれを行わなかった。
• ertPSが未使用帯域幅を解放できる能力のおかげで、全体のネットワーク利用効率が向上し、リアルタイムおよび非リアルタイムトラフィックの共存が可能になった。
• UGSはトラフィックの変動に関係なく固定された帯域幅割り当てを維持していたため、柔軟性と効率性が制限された。
• 結果から、バースト性が高く変動するレートのトラフィック（例：VoIP）を扱うには、ertPSがより適していることが確認された。
• トラフィックバースト時における遅延およびジッタの指標は、UGSに比べてertPS下でより安定していた。