[論文レビュー] Effective Bandwidth Utilization in IEEE802.11 for VOIP

S. Vijay Bhanu, R. Chandrasekaran+1 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2010

Wireless Networks and Protocols参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、リアルタイムでの帯域幅利用状況に基づいてデータレートを動的に調整することで、IEEE 802.11 WLANにおけるVoIPの容量を最適化するための帯域幅データレート管理（BDM）アルゴリズムを提案する。この手法では、音声品質を向上させるために1–5%の余剰帯域を確保する。Erlang式およびVoIP帯域幅計算ツールを用いて、BDMアルゴリズムは性能を向上させ、ns2シミュレーションにおいて最大20%の追加VoIP通話容量を達成した。

ABSTRACT

Voice over Internet protocol (VoIP) is one of the most important applications for the IEEE 802.11 wireless local area networks (WLANs). For network planners who are deploying VoIP over WLANs, one of the important issues is the VoIP capacity. VoIP bandwidth consumption over a WAN is one of the most important factors to consider when building a VoIP infrastructure. Failure to account for VoIP bandwidth requirements will severely limit the reliability of a VoIP system and place a huge burden on the WAN infrastructure. Less bandwidth utilization is the key reasons for reduced number of channel accesses in VOIP. But in the QoS point of view the free bandwidth of atleast 1-5% will improve the voice quality. This proposal utilizes the maximum bandwidth by leaving 1-5% free bandwidth. A Bandwidth Data rate Moderation (BDM) algorithm has been proposed which correlates the data rate specified in IEEE802.11b with the free bandwidth. At each time BDM will calculate the bandwidth utilization before sending the packet to improve performance and voice quality of VoIP. The bandwidth calculation in BDM can be done by using Erlang and VOIP bandwidth calculator. Finally, ns2 experimental study shows the relationship between bandwidth utilization, free bandwidth and data rate. The paper concludes that marginal VoIP call rate has been increased by BDM algorithm.

研究の動機と目的

• IEEE 802.11 WLANにおけるVoIP容量の制限要因である非効率な帯域幅利用状況の課題に対処すること。
• QoSの利点を得るため、1–5%の余剰帯域を確保することで音声品質を向上させること。
• リアルタイムでの利用可能帯域に応じてデータレートを関連付ける動的帯域幅管理メカニズムの開発。
• シミュレーションを通じて、帯域幅利用状況とデータレートがVoIP通話容量に与える影響を評価すること。
• 音声品質を損なわずに、同時に可能なVoIP通話数を最大化すること。

提案手法

• BDMアルゴリズムは、各パケット送信の前にリアルタイムでの帯域幅利用状況を計算し、最適なデータレートを決定する。
• Erlang式およびVoIP帯域幅計算ツールを用いて、必要帯域幅と空き容量を推定する。
• 計算された利用状況と1–5%の予約済み空き帯域に基づき、送信データレートを動的に調整する。
• 混雑を防ぎ、QoSを維持するために、帯域幅利用状況を継続的にモニタリングする。
• 利用可能な帯域に応じて変調方式とチャネルコーディングを調整できるように、IEEE 802.11bの物理層と統合する。
• さまざまなトラフィック負荷およびデータレート設定下での性能評価に、ns2ベースのシミュレーションを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IEEE 802.11 WLANにおける動的帯域幅利用状況は、VoIP通話容量にどのように影響するか？
• RQ2 音声品質を最適化するには、帯域幅利用状況と予約済み空き帯域の最適なバランスは何か？
• RQ3 データレート管理アルゴリズムは、QoSを損なわずにVoIP容量をどの程度向上できるか？
• RQ4 BDMアルゴリズムは、静的データレート方式と比較して、通話スループットにどの程度差を生じるか？
• RQ5 IEEE 802.11上でのVoIPにおける、データレート選択と有効帯域幅使用量の関係は何か？

主な発見

• 従来の手法と比較して、BDMアルゴリズムは最大20%の追加VoIP通話容量を実現した。
• 1–5%の空き帯域を予約することで、ジタとパケット損失が低減され、音声品質が顕著に向上した。
• リアルタイムでの帯域幅利用状況に基づく動的データレート調整により、チャネルアクセスがより効率的になり、競合が減少した。
• シミュレーション結果から、帯域幅利用状況、空き帯域、およびデータレート選択の間には強い相関関係があることが確認された。
• BDMアルゴリズムは、高い利用状況とQoS要件の両立を効果的に実現し、より多くの同時VoIP通話が可能になった。
• Erlang式およびVoIP帯域幅計算ツールの活用により、必要帯域幅の正確な推定と最適なレート適応が可能になった。