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WiFi(ワイファイ)についてのまとめ

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我が社にAirMac Time Capsuleがやってきた!IEEE802.11acがすごい!

いまさらですが、Wi-Fiについてのまとめてみました。なぜならば、弊社にAirMac Time Capsuleが2台も来たからです!AirMac Time Capsuleは「最大3倍早いWi-Fi。最大3TBのストレージ。バックアップを、まったく新しい形で。」というようにワイヤレス自動バックアップ機能がメインなのですが、なんといってもWi-FiがIEEE802.11acなんです。

早速このWi-Fiについてまとめていきましょう。

Wi-Fiについて

まずは、ウィキペディア先生に確認。

http://ja.wikipedia.org/wiki/Wi-fi

Wi-Fi(ワイファイ、Wireless Fidelity)は、 無線LANの規格のひとつ。Wi-Fi Alliance(米国に本拠を置く業界団体)によって、国際標準規格であるIEEE 802.11規格を使用したデバイス間の相互接続が認められたことを示す名称。

無線LANが商品化された当初は、同一メーカーであってもラインナップの異なる製品間では相互接続は保証されていなかった。このため、購入検討にあたり実際に接続可能かどうかユーザーにわかりづらく、無線LANの一般への普及に問題があった。
Wi-Fi Allianceは、ユーザーのニーズを汲んで技術が成熟できるように、この問題を解決するための団体として1999年にWECA(Wireless Ethernet Compatibility Alliance)という団体名でスタートし、2000年3月から認定業務を開始した。その後Wi-Fiの認知度が高まってきた2002年10月にWi-Fi Allianceに改名した。
ある製品が同じブランドを表示する他の製品と組み合わせて利用できるということをユーザーが確認できるようにするため、W
i-Fi AllianceはWi-Fi CERTIFIEDブランドを作った。認定された機器には、Wi-Fi Allianceの登録商標であるWi-Fiロゴの使用が許可される。

wifi

つまり

無線LANの規格
Wi-Fi Alliance(米国に本拠を置く業界団体)によって、国際標準規格であるIEEE 802.11規格を使用したデバイス間の相互接続が認められたことを示す名称
認定された機器には、Wi-Fi Allianceの登録商標であるWi-Fiロゴの使用が許可

WiFiではなくWi-Fiなんですね。

Wi-Fi Allicanceについて

http://www.wi-fi.org/

http://ja.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi_Alliance

Wi-Fi Alliance(ワイファイ アライアンス)は、無線LAN製品の普及促進を図ることを目的とした業界団体である。主に相互接続性試験方法の策定、製品の認証、およびWi-Fiブランドの普及に向けたプロモーション活動を実施する。2011年11月現在で 参画企業数はおよそ500社。PC・ネットワーク関連企業のみならず、近年では家電、通信、ゲーム業界 からの参画も多い。本拠地はテキサス州オースティン。

IEEE 802.11分会により規格化された初期の無線LAN機器において、IEEE規格の曖昧さや相互接続試験方式がないことから、異なるベンダの製品で接続性が保障できず、しばしばユーザが購入した無線LAN製品が利用できないという問題が発生した。そこで、スリーコム、Aironet(現 シスコシステムズ)、Harris Semiconductor(現 インターシル)、Lucent Technologies(現 LSIコーポレーション←Agere Systems)、Nokia が中心となり、1999年に無線LAN製品の相互接続性を推進するための業界団体であるWECA(ウェカ、Wireless Ethernet Compatibility Alliance)を設立した。WECAは相互接続性試験の確立、マーケティングの推進、参画団体の拡充などを進め、2003年に相互接続性認証プログラムを発表。認証取得製品のブランド名を「Wi-Fi」と定義するとともに、団体名を Wi-Fi Alliance に変更した。

ちなみに無線LANとWi-Fiの差については下記の通り。

http://ja.wikipedia.org/wiki/Wi-fi

「無線LAN」(IEEE 802.11規格の無線LAN)と「Wi-Fi」との差違は、製品にWi-Fi CERTIFIEDロゴが表示されているかどうかである。Wi-Fi CERTIFIEDロゴを製品に表示するためには認証を受ける必要があり、認証されていないものは機能が同じでもWi-Fiとは名乗ってはいけない。
たとえば、FON端末がWi-Fi認証を受けたのは2008年11月であり、それ以前のFONはWi-Fiとは名乗れなかった。逆にWi-Fi Allienceが定めたWPA version 1仕様はIEEE 802.11のドラフトをもとにした仕様であり、古いWPA version 1はIEEE 802.11を満たしていない(WPA version 2はIEEE 802.11を満たしている)。

IEEEについて

IEEE(アイトリプルイー、The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)は、アメリカ合衆国に本部を持つ電気・電子技術の学会である。

対象とする分野は電気工学を源流とする通信・電子・情報工学とその関連分野に及ぶ。専門分野ごとに39のSocietyと称する分科会を持ち、それぞれに会誌(論文誌)を発行している。他に主な活動として標準化活動(規格の制定)を行っている。
1963年にアメリカ電気学会(AIEE)と無線学会(IRE)が合併し組織された非営利の専門機関である。発祥はアメリカであるが会員は世界各国に及び、この種の団体では世界最大と推定される。
IEEEの公式な日本語名称は無いが、1999年6月に設立された日本カウンシルにおいて、IEEE(アイ・トリプル・イー)と表記するという決定がなされた。他の学会と区別する必要があるときは、アメリカに本部があることを付記することが推奨されている。日本の報道では「米国電気電子学会(IEEE)」と記述されることが多いようである。
また、この学会が定めた規格の名称はIEEEで始まる。

IEEE 802.11について

こちらもウィキペディア先生に確認。

http://ja.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

IEEE 802.11は、IEEEにより策定された、広く普及している無線LAN関連規格の一つである。無線局免許不要で使えるものも多い。公称速度とされているのは無線機器間を結ぶ瞬間的な通信速度である。インターネット上の速度測定サイト等で計測される速度(実効速度)は公称速度の半分 – 3分の1程度となる。

世代規格策定時期二次変調方式周波数帯公称速度
1IEEE 802.111997年6月DSSS2.4 - 2.5GHz2Mbps
2IEEE 802.11b1999年10月DSSS/CCK2.4 - 2.5GHz11Mbps / 22Mbps
3IEEE 802.11a1999年10月OFDM5.15 - 5.35GHz
5.47 - 5.725GHz
54Mbps
3IEEE 802.11g2003年6月OFDM2.4 - 2.5GHz54Mbps
3IEEE 802.11j2004年12月OFDM4.9 - 5.0GHz
5.03 - 5.091GHz
54Mbps
4IEEE 802.11n2009年9月OFDM2.4 - 2.5GHz
5.15 - 5.35GHz
5.47 - 5.725GHz
65Mbps - 600Mbps
5IEEE 802.11ac2013年12月(予定)OFDM5.15 - 5.35GHz
5.47 - 5.725GHz
290Mbps - 6.9Gbps
5IEEE 802.11ad2013年1月シングルキャリア/OFDM57 - 66GHz4.6Gbps - 6.8Gbps
世代規格空間ストリームチャンネル幅備考(日本国内)
1IEEE 802.11122MHz免許不要
2IEEE 802.11b122MHz免許不要
3IEEE 802.11a120MHz5.15 - 5.35GHz: 屋内の利用に限り免許不要
5.47 - 5.725GHz: 屋内外に限らず免許不要
3IEEE 802.11g120MHz免許不要
3IEEE 802.11j120MHz要免許、電力など一定制限内の端末のみ免許不要
4IEEE 802.11n1-420/40MHz製品によって上限の公称速度が異なり、最小では65Mbps、最大では600Mbpsである。
2.4GHz帯: 屋内外に限らず免許不要
5.15 - 5.35GHz: 屋内の利用に限り免許不要
5.47 - 5.725GHz: 屋内外に限らず免許不要
5IEEE 802.11ac1-880/160MHz5.15 - 5.35GHz: 屋内の利用に限り免許不要
5.47 - 5.725GHz: 屋内外に限らず免許不要
5IEEE 802.11ad-最大9GHz免許不要
規格名規格の種類制定時期備考(日本国内)
802.11伝送規格1997年6月MACと周波数ホッピング及び直接シーケンスの変調方式を定義
802.11a伝送規格1999年10月5GHz帯でOFDMを用いることにより、54Mbpsを実現した規格。2番目の物理層標準だが、製品化されたのは2000年後半。
802.11b伝送規格1999年10月3番目の標準だが製品として発売されたのは2番目。
802.11c異なる無線ネットワーク間をブリッジする規格。大幅な成果が得られなかったことから802.1.1cとしては発表されず802.1Dに吸収された。
802.11d電波規制が異なる国間を移動する場合の手続きを策定
802.11eQoS関連規格2005年11月MACのサービス品質の拡張を制作
802.11Fアクセスポイント間プロトコル (IAPP)
802.11g伝送規格ISM帯のネットワークを使用する物理層仕様
802.11h各国の法規802.11aと欧州の電波放出規則の互換性を維持するための標準
802.11iセキュリティリンク層のセキュリティを強化
802.11j各国の法規802.11aを日本の電波法規則に適合させるための追加仕様。jはJapanの頭文字ではなく偶然
802.11k通信の強化無線帯域の使用を効率よく管理すため、ネットワーク内で電波リソース情報を交換する規格
802.11mメンテナンス802.11a, 802.11b, 802.11d, TGcの変更を802.11本体の仕様書に取り込むタスクグループ。mはメンテナンスの意味。
802.11n伝送規格2.4GHzと5GHzに互換性を持ち、MAC層において100Mbpsを上回る高スループットを実現
802.11p応用自動車で802.11を応用するタスクグループ。ETCなどで用いられる。
802.11r応用ローミング性能を強化
802.11s応用メッシュネットワーク技術として使用するための
802.11T試験・測定802.11の試験と測定の仕様書を設計するタスクグループ(規格化断念)
802.11u他ネットワーク相互接続他のネットワーク技術との相互接続を支援する
802.11ac伝送規格5GHz帯を利用し、最大6.93Gbpsを実現するための規格
802.11ad伝送規格2012年12月60GHz帯を利用し、7Gbpsを超えるスループットを実現
802.11afTVホワイトスペース
802.11ah1GHz以下のセンサーネットワーク、スマートメータリング
802.11ai10msで高速接続(高速初期リンクセットアップ)

IEEE 802.11

英語では “I triple E eight O two dot eleven”(アイトリプルイー エイトオーツー ドット イレブン)という形で発音され、省略する場合には単に “dot eleven”(ドットイレブン)と呼称される規格である。日本語では「はちまるにい てん いちいち」と呼ばれることが多い。1997年にIEEEで最初に規格統一された無線LAN規格。

物理レイヤ規格とMACレイヤ規格から主に構成され、一つのMACレイヤ規格で複数の物理レイヤ規格をサポートするのが特徴である。2.4GHz帯の無線だけでなく、赤外線の物理レイヤもサポートする規格。具体的には物理レイヤとして、スペクトラム拡散のうち周波数ホッピング方式 (FHSS) のもの、直接拡散方式 (DSSS) のもの、および赤外線方式のものの3種類が規定されている。伝送速度は物理レイヤでの理論値1M、2Mbpsを実現。

MACレイヤについてはCSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 方式を用いているのが特徴である。CSMA/CA方式は “Listen Before Talk” 方式であり、人間に例えると「話す前に聞け」という原理に基づくアクセス制御方式である。すなわち、自分がパケット信号を送信しようと思ったならば、まずはアンテナで他の装置がパケット信号を出していないかどうかを、良く確かめてから送信するという極めて単純な機構を採用したアクセス制御方式である。CSMA/CA方式は2.4GHz帯のように干渉を互いに与えない範囲での独立なチャネルが4チャネルしか取れない場合に、自分以外のアクセスポイント(親局)が自律分散的(つまり隣近所と事前の計画的なチャネル設定等を行わずに)に動作させる上で、簡単かつ実際的なアクセス制御方式であり、この後に繋がる一連の無線LAN発展の基礎をなす概念である。

CSMA/CA

CSMA/CAは Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance(搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式) の略称で、通信手順をそのまま名前にしたもの。無線LAN用の規格であるIEEE 802.11aやIEEE 802.11b、IEEE 802.11gにおいて、基本的な通信手順(通信プロトコル)として使われている

実際の手順

1.搬送波感知(Carrier Sense)
通信を開始する前に、一度受信を試みることで現在通信をしているホストが他にあるかどうか確認する。

2.多重アクセス(Multiple Access)
複数のクライアントは同じ回線を共用し、他者が通信をしていなければ自分の通信を開始する。

3.衝突回避(Collision Avoidance)
搬送波感知の段階で通信中のホストが存在した場合、通信終了と同時に送信を試みると衝突する可能性が高い。そのため、他のホストの送信終了を検知した場合は自分が送信を開始する前にランダムな長さの待ち時間をとる。なお、永久に送信できない事態を防ぐため、この待ち時間は徐々に短くされてゆく。

CSMA/CDとの最大の違いは、CSMA/CDにおいては送信中に衝突を検出し、もし検出したら即座に通信を中止し待ち時間を挿入するのに対し、CSMA/CAは送信の前に待ち時間を毎回挿入する点である。 無線通信など信頼できる衝突検出の手段がない伝送路では、CSMA/CAが使用される。

問題点
A、B、C、の3台のホストにおいて、A⇔BとA⇔Cが通信でき、B⇔Cが通信できない場合はBとCが同時にAに対して送信を試みてどちらも失敗する可能性がある。これを「隠れホスト」と呼ぶ。 IEEE 802.11においては、RTS/CTSを用いることで隠れホスト問題を解決している。送信前に必ず待ち時間が入るため、オーバーヘッドが生じる。

http://ja.wikipedia.org/wiki/CSMA/CA

IEEE 802.11b

正式には “IEEE 802.11 High-Rate Direct Sequence” と言う。IEEEの「802委員会」の中にある「ワーキンググループ11」の「タスクグループB」が策定した。2.4GHzのISM帯と呼ばれる、免許不要で扱える周波数帯域を利用する。1997年 – 1999年にかけて規格審議が行われ、従来のIEEE 802.11規格と互換性を持たせて伝送速度を2Mbpsから最大11Mbpsに拡張した規格が成立した(オプション規定として22Mbpsのものもある)。技術としては、IEEE 802.11規格の3種類の物理レイヤ規格の中で直接拡散方式(DS方式)をベースにCCK (Complementary Code Keying) 方式を採用することにより高速度化を実現した。

11b規格は物理レイヤの規格であり、MACレイヤには従来のIEEE 802.11で規定されているMACレイヤ規格が採用されて製品化されている。1999年に規格が成立する直前に100ドルを切る無線LANカードが発売されたことにより、無線LAN市場が一気にブレイクする起爆剤になった規格である。パソコン関連として、もっとも初期に普及した無線LAN規格である。

日本国内で利用できるチャネル数は14である。すなわち中心周波数2.412GHzの1chから同2.472GHzの13chまで0.005GHz (5MHz) 刻みの1 – 13chと、同2,484MHzの14chの、計14chである。ただし、一つのチャネル幅の規格が22MHzであるため、干渉なしで通信できる最大チャネル数は4個となる。そして、その場合のチャネル設計は、1ch・6ch (2.437GHz) ・11ch (2.462GHz) ・14chである。しかし、11bでの14ch利用の合法性は日本に限られ、14chに対応しない親機・子機も多い。その場合、干渉なしで通信できる最大チャネル数は、規格上は11g同様の3個になる。しかし、規格より狭いチャネル幅で通信し、1ch・5ch・9ch・13chの計4チャネル同時利用を行える機種も市販されている。

IEEE 802.11a

1997年に成立したIEEE 802.11規格の無線LANは伝送速度が最大2Mbpsであり、それを高速化するための標準化が1997年から行われた。2.4GHz帯ではIEEE 802.11b規格、5GHz帯ではIEEE 802.11a規格の審議が行われた。11b規格では従来の11規格との互換性が求められての標準化であったが、11a規格は互換性にとらわれることも無く当時の最新技術を用いた物理レイヤ技術の検討が行われ、パケットモードOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple) 方式による物理レイヤ規格(最大54Mbps)が1999年に成立した。IEEE 802.11aを使用した実際の商品は2002年頃に登場した。

米国では当初から5GHz帯で屋内外双方で利用できる周波数帯が割り当てられた。一方日本では当初5.15 – 5.25GHz帯の周波数が無線LANにも利用可能となったが、移動体衛星通信システムにも利用されているために、電波法によって屋外での利用が禁止されている。その後、5.15 – 5.25GHzに加えて4.9 – 5GHz(屋外用ライセンスバンド)、5.25 – 5.35GHz(屋内用アンライセンスバンド)が日本では追加された。今後は2.4GHz帯が混雑するにつれてより帯域幅の広い5GHz帯への移行が進むものと思われる。なおチャネル配置等に関して、日本が欧米での周波数割り当てと異なる部分について世界的に統合した規格にするため、新たにIEEE 802.11jが規定された。11jのjは “Japan” の頭文字ではなく、アルファベット順で規格名が定められた時に偶然に “j” 番目になったにすぎない。

周波数に5GHz帯を使うため、2.4GHz帯の11b, 11gのような電子レンジの影響を受けにくい利点があるが、2012年現在では、11a(5GHz帯)に対応した無線LANのアクセスポイントは多く売られているものの、11a(5GHz帯)無線LANを搭載したノートパソコンは少ない。(2.4GHz帯の11b, 11g, 11nのみ対応の製品がほとんどである)

OFDM

直交周波数分割多重方式(ちょっこうしゅうはすうぶんかつたじゅうほうしき、英語: orthogonal frequency-division multiplexing、OFDM)は、デジタル変調の一種である。 coded OFDM (COFDM)とは実質的に同一である。 フランスのCentre Commun d’Etudes de Télévision et de Télécommunications(放送通信研究所、略称CCETT)で次世代携帯電話通信用に開発された。

データを多数の搬送波(サブキャリア)に乗せるのでマルチキャリア変調に属する。 これらのサブキャリアは互いに直交しているため、普通は周波数軸上で重なりが生じる程に密に並べられるにも関わらず、従来の周波数分割多重化方式(FDM)と異なり、互いに干渉しない利点がある。 サブキャリアは高速フーリエ変換(FFT)アルゴリズムを用いて効率的に区別できる。

OFDMは広帯域デジタル通信において、無線/有線の区別を問わず広く使われている。 具体的な応用としてデジタルテレビや放送、ブロードバンドインターネット接続が挙げられる。

各々のサブキャリアは直交振幅変調(QAM)等の従来通りの方式で、低シンボルレートで変調される。 この段階でのデータレートは、同じ帯域幅のシングルキャリア変調と比較すると同程度である。 では主要な長所は何かと言うと、複雑なフィルタ回路なしでも悪い伝送路(チャネル)状況に対応できる点である。 具体的には長い銅線による高周波の減衰、マルチパスによる狭帯域干渉や周波数選択性(フェージング)等に強い。 OFDMは、高速の変調を受けた単一の広帯域幅信号ではなく、 ゆっくりとした変調を受けた多数の狭帯域幅信号を使っているとみなせる。 このためチャネルのイコライザーは簡易で済む。

シンボルレートが低いおかげでシンボル間のガードインターバルが利用できるため、 時間軸上での拡散への対処や、符号間干渉(ISI)の除去が可能になる。 さらにシングルキャリアネットワークの構成が容易になる利点もある。 これは遠距離にある複数の送信機からの信号同士が強め合うように重ね合わせることができるためである。 (従来の方式では信号同士が干渉で妨げ合うのが普通だった。)

http://ja.wikipedia.org/wiki/OFDM

日本でのチャンネルの変更

IEEE 802.11aに使用されているチャネルの中心周波数に関しては、従来より日本国内において使用されてきたものから、国際的に標準なものへと変更された。変更に際しては、混乱を避けるため、電子機器業界が中心となって識別をしやすくするための記号が制定された。

J – 旧来の日本国内規格

W – 国際標準準拠規格

数字 – 中心周波数(例:“53”は中心周波数が5.3GHz)

制度改正から2008年(平成20年)5月ごろまでは、経過措置として“J52”(5.15 – 5.25GHzにおけるチャネル配置)、“W52”並びに“W53”(5.15 – 5.35GHzにおけるチャネル配置)の3つの規格の併存が認められ、チャネル変更に対応した無線LAN機器も順次発売され普及し始めている。しかし、規格に対応していても接続できないという事態がおこりうるので注意が必要となっている。

PCカードなどのクライアント側はすべての周波数 (J52・W52・W53) に対応できることになっていたが、無線ブロードバンドルータやアクセスポイントなど親機側では、新たにJ52対応の機器を販売することができなくなった。また、旧規格であるJ52にしか対応していない機器の一部では、ファームウェアを書きかえることで、W52に対応させる方法が取られた。ただし、メーカーによっては古い商品でのW52・W53対応のファームウェアを出さず、そのため、J52に対応していない機器とはそのようなアクセスポイントは通信できない。

W52・W53を利用する場合、チャネルが異なっていれば干渉はない(使用チャネルは4チャネル刻みで指定する)。したがって、最大8個のチャネルが利用可能になり、設置計画の自由度が高くなった(11b/gは最大3個)。

使用できるチャネル増加に伴い、同フロアに複数設置できる11aは、企業用途に向いていると思われていた。しかし、増加チャネル部分 (W53) はDFS(Dynamic Frequency Selection : 動的電波周波数選択)により気象レーダーとの干渉を避けることが義務付けられており(干渉を検出した場合に回避動作を行う)、場合によっては通信の途絶等が起こり得るため、品質や連続稼動性を要求される企業用途では不向きとされている(W52では同様の動作は必須になっていない)。

2007年(平成19年)1月の省令改正により、”W56″ (5.47 – 5.725GHz) が使用可能になった。

これによりチャネル数が8から19に大幅に増加した。W56であれば、免許が無くとも屋外で使用する事が出来る。ただし、W56も気象レーダーが使う帯域である為、W53と同等の制約がある。

経過措置が終了した2008年(平成20年)6月以降は、新たに発売されるクライアント機器も“J52”への対応が禁じられ、“W5x”の国際標準準拠規格のみの対応となった。それ以前に発売され現在も販売が継続されている商品はこの限りでない。

期間タイプチャンネル屋外
2005年5月までJ5234, 38, 42, 46×
2005年5月以降W5236, 40, 44, 48×
2005年5月以降W5352, 56, 60, 64×
2007年1月31日以降W5236, 40, 44, 48×
2007年1月31日以降W5352, 56, 60, 64×
2007年1月31日以降W56100, 104, 108, ... , 140

IEEE 802.11g

IEEE 802.11bの上位互換規格として開発され、周波数はIEEE 802.11bと同じ2.4GHz帯のISMバンドを利用する。最大通信速度はIEEE 802.11bの11Mbpsから54Mbpsに高速化されている。これは 5GHz帯IEEE 802.11aで確立された物理レイヤ規格であるOFDM(直交周波数分割多重方式)を用いて高速化を実現している。しかし、ISMバンドを利用しているため他の機器(特に電子レンジ)からの干渉を受ける可能性が高く、またIEEE 802.11bへの互換性確保のため、IEEE 802.11aに比べ実効速度は落ちる。

日本での無線LANでは、比較的普及度が高いIEEE 802.11bに対する上位互換性を持っており、従来のIEEE 802.11b規格の機器と組み合わせた場合は、IEEE 802.11bモードで動作するため、最大11Mbpsでの通信が可能である。

利用可能なチャネルは、11bの1 – 13chと同じ帯域の計13チャネルである。チャネルは5MHz間隔になっているが、1つのチャネル幅が規格上では20MHzであるため、5ch以上あけないと干渉が発生してしまう。干渉なく通信するためには、同時に3つのチャネルしか利用できないことになる。もっとも、規格より狭いチャネル幅で通信し、1ch・5ch・9ch・13chの計4チャネル利用を行う機種も市販されている。

IEEE 802.11j

IEEE 802.11aを日本向けに修正した規格である。
日本国内でデータ通信用として割当られた周波数のうち、IEEE 802.11aが使用する5.2GHz付近の周波数は電波法によって屋外で使用出来ず、電波法の一部改正及び周波数及び割当により新たにデータ通信用として割当られた4.9 – 5.0GHz用(屋外での利用も許可された。ただし届出制の免許が必要)に合わせIEEE 802.11aを修正したものがIEEE 802.11jである。

IEEE 802.11aの製品によっては、ファームウェアのアップグレードによりIEEE 802.11jに対応出来る可能性がある。屋外での利用が可能なことから業者による無線LAN機器間の通信として使われることが想定される。また、日本向けの規格だが、海外市場でもIEEE 802.11jに準拠した製品が発売される可能性がある。

4.9 – 5.0GHz帯のうち一部の帯域は、一部地域において、2005年11月に、無線アクセスとしての利用が開放された。

jはJapanの頭文字を意味するものではなく、IEEE内のプロジェクト名として偶然割り当てられたものである。

4.9GHz帯は他に使われている機器がないため電波干渉が少ない。また、電波法により利用局登録が必要であるが、屋内・屋外ともに使用可能である。取り付けアンテナにより、屋内用途に留まらず、屋外の離島間通信といった10km程度の通信用バックボーンとしてデジタル・ディバイド解消への活用が期待されている。

諸元
周波数帯 : 4900MHz – 5000MHz
チャンネル : 4920MHz / 4940MHz / 4960MHz / 4980MHz の合計4ch
チャンネル間隔 : 20MHz / 10MHz / 5MHz
空中線電力 : 250mW (23.98dBm) ※参考 電力デシベル表示 1mW = 0dBm
本規格に対応した製品としては、日本無線から『JRL-749AP2』及び『JRL-749ST2』がリリースされている。

IEEE 802.11n

2.4GHz/5GHzの周波数帯域を用い、最大伝送速度600Mbps(40MHzチャネルボンディング、4ストリーム時)、実効速度で100Mbps以上の実現に向け策定された規格。アップル社は「前世代の802.11gワイヤレスネットワークの5倍のデータ転送速度と2倍の通信範囲」と解説している。

技術的には「MIMO (Multiple Input Multiple Output)」を使用し、複数のアンテナで送受信を行うこと(マルチストリーミング)や通信手順の見直し、複数のチャンネル(通信に用いられるバンド幅)を結合するチャンネルボンディング(チャンネル結合)などにより、高速化・安定化を実現する。IEEE 802.11aやIEEE 802.11b、IEEE 802.11gとの相互接続も可能。2006年3月にドラフト版1.0、2007年6月にドラフト版2.0が策定され、2009年9月に正式規格として認定された。

IEEE 802.11nの規格に適合していても、使用する周波数帯や同時に通信できるチャネル数(空間ストリーム数)、チャンネルボンディングへの対応などは、個々の製品によって異なる。よって IEEE 802.11n対応の製品であっても最大通信速度は製品によって異なる上に、表記されている最大通信速度で利用できるかどうかも、製品の組み合わせに依存する。

日本国内においては電波法上の制限により当初の対応製品では20MHzのバンド幅(1つのチャンネル)しか利用できなかったが、2007年(平成19年)6月には電波法の一部改正が施行され、無線通信にて同時に使用できるバンド幅が従来の20MHzから40MHzに引き上げられた。これによりチャンネルボンディング(デュアルチャネル、ワイドチャネルなどの表記もある)が可能となり、最大伝送速度の理論値は従来の144Mbpsから300Mbpsに増えた。ただし、2.4GHz帯でのチャンネルボンディングは近隣の無線LAN機器の干渉を大きく受ける可能性があるため、5GHz帯のみで有効とする機器もある。

2012年(平成24年)現在、発売済の製品でチャンネルボンディングのみを使用する製品は理論値150Mbps (MCS index 7)、チャンネルボンディングとMIMOの双方を使用する製品は理論値450Mbps (MCS index 23) である。

IEEE 802.11nは、現在認定を受け、市場投入されている802.11nドラフト版2.0準拠製品と同じ周波数帯で基本機能の変更なく相互接続性を確保する。ドラフト認定された機器は最終的な認定プログラムの中核となる要件を満たすため、再テストを受けることなく「802.11n認定機器」として扱える。

2012年頃から無線LAN機器の激増により、2.4GHz帯で電波の干渉による速度低下が特に都市部で多く発生するようになった。まだ普及が少ない5GHz帯では比較的安定した通信が可能である。大手通信キャリアなどによる公衆無線LANの5GHz対応が進んでいる。

2012年時点で市販のノートパソコン・スマートフォン・タブレット・無線ブロードバンドルーター等が5GHzに対応しているかどうかはまちまちである。対応周波数帯が分かりづらい場合は、11a/b/g/n対応機器は5GHz対応、11b/g/nならば2.4GHzのみ対応と見分けることができる。

MIMO

MIMO (multiple-input and multiple-output)とは、無線通信において、送信機と受信機の双方で複数のアンテナを使い、通信品質を向上させることをいう。スマートアンテナ技術の一つ。なお、”input” および “output” との言い方はアンテナを装備した機器を基準とするのではなく、信号を伝送する無線伝送路を基準としている(伝送路から見て入力となる送信側が “input”、伝送路から見て出力となる受信側が “output” となる)。
帯域幅や送信出力を強化しなくともデータのスループットやリンクできる距離を劇的に改善するということで、無線通信業界で注目されているテクノロジーである。周波数帯域の利用効率が高く(帯域幅1ヘルツ当たりのビットレートが高くなる)、リンクの信頼性または多様性を高めている(フェージングを低減)。以上からMIMOは、IEEE 802.11n (Wifi)、4G、3GPP Long Term Evolution、WiMAX、HSPA+といった最近の無線通信規格の重要な一部となっている。

http://ja.wikipedia.org/wiki/MIMO

IEEE 802.11i

IEEE 802.11iは、通信規格そのものではなく、無線LANにおけるセキュリティ標準を定める規格である。WPA (Wi-Fi Protected Access) やWPA2などもIEEE 802.11iに準拠した規格である。TKIPおよび、一部でAESを採用。

Wi-Fi Protected Access

Wi-Fi Protected Access(WPA、WPA2)とは、Wi-Fi Alliance の監督下で行われている認証プログラムであり、Wi-Fi Alliance が策定したセキュリティプロトコルにそのネットワーク機器が準拠していることを示すものである。また、そのセキュリティプロトコルそのものも指す。WPAプロトコルは、それ以前の Wired Equivalent Privacy (WEP) に対して脆弱性を指摘されたため、その対策として策定された。IEEE 802.11i の主要部分を実装したプロトコルであり、802.11i が完成するまでの間、WEP の代替として一時的に使うために策定された。WPA対応以前の無線LANカードでも(ファームウェアの更新で)機能するよう設計されているが、第一世代のアクセスポイントでは必ずしも機能しない。WPA2 認証マークは、その機器が拡張プロトコル規格に完全準拠していることを示す。この拡張プロトコルは古い無線LANカードでは機能しない。

WPA は Wi-Fi Alliance による認証プログラムである。Wi-Fi Alliance は、Wi-Fi の商標の権利者であり、機器にその商標を付けることを認証している業界団体である。

WPA 認証マークは、無線ネットワークのセキュリティ強化のために策定したセキュリティプロトコルへの準拠を示す。このプロトコルには Enterprise と Personal の2種類がある。Enterprise は、各ユーザに別々のキーを配布する IEEE 802.1X 認証サーバを使う方式である。Personal WPA はスケーラビリティのない「事前共有鍵 (PSK)」モードを使い、アクセス可能なコンピュータには全て同じパスフレーズを与える。PSKモードでは、セキュリティはパスフレーズの秘密性と強度に依存する。このプロトコルの設計は、IEEE 802.11i 規格のドラフト3版に基づいている。

Wi-Fi Alliance は、この標準に基づいたセキュアな無線ネットワーク製品を普及させるべく、IEEE 802.11i の策定が完了する前にこのプロトコルを策定した。その時点で既に Wi-Fi Alliance は IEEE 802.11i 規格の最終ドラフト版に基づいた WPA2 仕様を考慮していた。従って、フレームフィールド上のタグ(Information Elements、IE とも呼ぶ)が 802.11i と違っているのは意図的であって、プロトコルの2種類のバージョンが実装されたときの混乱を避けるために変更した。

データはRC4ストリーム暗号で暗号化され、鍵は128ビット、初期化ベクトル (IV) は48ビットである。WEP からの主要な改善点は Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) である。これはシステム運用中に動的に鍵を変更するプロトコルである。それに大きな初期化ベクトルを組合せることで、WEP での関連鍵攻撃に対する脆弱性への対策とした。

認証と暗号化に加えて、このプロトコルではペイロード完全性を大幅に強化している。WEP で使われていた本質的にセキュアでない巡回冗長検査 (CRC) は、WEP の鍵を知らなくともペイロードを書き換えて、CRC を更新することが可能であった。WPA ではよりセキュアなメッセージ認証符号(通常 MAC と略記されるが、ここでは MIC = Message Integrity Code とする)を使い、”Michael” というアルゴリズムを使っている。MIC にはフレームカウンタが含まれ、反射攻撃を防ぐことができる。

鍵とIVのサイズを大きくすることで、関連鍵で送るパケット数を減らし、セキュアなメッセージ認証システムを加え、無線LANへの侵入は従来より遥かに困難になった。Michael アルゴリズムは、古い無線LANカードでも機能するものとしては Wi-Fi Alliance の設計者らが到達した最も強度の高いアルゴリズムである。Michael も完全ではないため、TKIP は Michael のチェックに合格しないフレームが2個見つかると、ネットワークを1分間閉鎖する。そして、新たな世代の鍵を要求し、再認証によってネットワークを再開する。

WPA2

Wi-Fi Alliance の WPA2 プログラムで認証される拡張プロトコルは、802.11i の必須部分を実装したものである。特に新たにAES暗号ベースのアルゴリズム CCMP を導入している。2006年3月13日から、WPA2 認証を受けないと “Wi-Fi CERTIFIED” を名乗れなくなった。

CCMP

CCMP(Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol)はWPA2規格に採用された無線LANの暗号化プロトコル。

http://ja.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi_Protected_Access

IEEE 802.11ac/IEEE 802.11ad

802.11vht (802.11 very high throughput) はギガビットWi-Fiとも呼ばれている次世代の規格である。マルチリンク技術を実装し、デュアルリンクで1Gbps以上を実現する。シングルリンク(接続)で500Mbps以上の達成を目標にしている超高速無線LANとして、世界各国で研究が本格化している。日本のNICT(情報通信研究機構)が60GHz帯を使って3Gbpsもの高速な無線LANシステムの開発に成功している。

802.11acは、ギガビットスループットを5GHz帯で提供することが規定されている。このため、802.11nから移行しやすい。MIMOを発展させたMU-MIMO等の技術を用いて802.11nを3倍程度高速化。2012年に802.11acドラフト規格対応の無線ブロードバンドルーターが製品化された。
802.11adは、802.11acと同じ基盤技術を採用するが、免許不要の60GHz帯を使ったごく短い距離でのギガビット通信を可能にする。

802.11acは非常にパワフルです。

すでに販売されているAirMac Extremeの説明は下記の通り。

apple-airmac-extreme

802.11ac。新しい速さの基準です。

3ストリームの802.11acテクノロジーに対応するAirMac Extremeベースステーションなら、Wi‑Fi接続がちょっと速すぎるくらいに速くなります。データ転送速度は、一世代前の802.11n規格と比べて3倍にあたる最大1.3Gbps。つまり最大3倍速いWi‑Fiです。しかも、より多くのデータをこれまで以上に速く転送できる80MHz幅のチャンネルに対応するため、チャンネル帯域幅が2倍になります。802.11a/b/g/nデバイスを使っている場合も、それらの接続速度をAirMac Extremeが最大限まで高めます。ここまで速くなった接続をどう使うか。それは、あなた次第です。

同時デュアルバンドに対応。

AirMac Extremeは同時デュアルバンドの802.11ac Wi‑Fiを搭載しています。それはつまり、2.4GHzと5GHzの両方の周波数を同時に使ってデータを送れるということ。あなたのワイヤレスデバイスが使う帯域がどちらでも、できるだけスピードが速くなるように、利用できる一番速い帯域に自動的に接続します。

ビームフォーミングが、あなたのデバイスに狙いを定めます。

AirMac Extremeでは、802.11acテクノロジーとともに、賢くパワフルなビームフォーミングアンテナアレイも使えます。ほとんどのベースステーションアンテナは均等で一定のWi‑Fi信号を全方位に送出しています。しかし、ビームフォーミングアンテナアレイはもっと賢く機能し、802.11acデバイスがネットワーク上のどこにあるかを感知するため、AirMac Extremeはそのデバイスを狙って信号を送ることができます。だからWi‑Fiの電波がより強く、よりはっきり、より速く届くのです。

っということでとにかく早いわけです。更に同時接続はななーんと50人ぐらいまでOK!

ワイヤレスに関する仕様は下記の通り

  • IEEE 802.11a/b/g/n/ac
  • 6素子ビームフォーミングアンテナアレイ
  • 同時デュアルバンド2.4GHz/5GHz
  • 無線出力:最大32.5 dBm(国による違いあり)
  • チャンネル1〜11、36〜48、149〜165(米国およびカナダで使用許可)
  • チャンネル1〜13、36〜64、100〜140(ヨーロッパおよび日本で使用許可)
  • チャンネル1〜13、36〜64、149〜165(オーストラリア、香港、ニュージーランドで使用許可)

今後もWi-Fiから目が離せません!

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