IEEE 802.11

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IEEE 802.11(アイトリプルイー 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。

一覧[編集]

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[1][2]

世代 規格 策定時期 二次変調方式 周波数 公称速度 空間ストリーム チャンネル幅 備考(日本国内)
1 IEEE 802.11 1997年6月 DSSS 2.4 - 2.5GHz 2Mbps 1 22MHz 免許不要
2 IEEE 802.11b 1999年10月 DSSS/CCK 2.4 - 2.5GHz 11Mbps / 22Mbps 1 22MHz 免許不要
3 IEEE 802.11a 1999年10月 OFDM 5.15 - 5.35GHz
5.47 - 5.725GHz
54Mbps 1 20MHz 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
IEEE 802.11g 2003年6月 OFDM 2.4 - 2.5GHz 54Mbps 1 20MHz 免許不要
IEEE 802.11j 2004年12月 OFDM 4.9 - 5.0GHz
5.03 - 5.091GHz
54Mbps 1 20MHz 要免許、電力など一定制限内の端末のみ免許不要
4 IEEE 802.11n 2009年9月 OFDM 2.4 - 2.5GHz
5.15 - 5.35GHz
5.47 - 5.725GHz
65Mbps - 600Mbps 1 - 4 20/40MHz 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
5 IEEE 802.11ac 2014年1月 OFDM 5.15 - 5.35GHz
5.47 - 5.725GHz
290Mbps - 6.9Gbps 1 - 8 80/160MHz 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
IEEE 802.11ad 2013年1月 シングルキャリア/OFDM 57 - 66GHz 4.6Gbps - 6.8Gbps - 最大9GHz 免許不要

IEEE 802.11タスクグループの一覧[編集]

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802.11c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
802.11e QoS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 2003年 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
802.11af TVホワイトスペース
802.11ah 1GHz以下のセンサーネットワーク、スマートメータリング
802.11ai 10msで高速接続(高速初期リンクセットアップ)
  • 「L」「O」「Q」はLが数字の1、O・Qが数字の0と間違いやすいため欠番
  • a → z の順番に作られ、z の次は aa となった。aa → az の順番に作られている。
  • 802.11Fや802.11Tが大文字なのは完結した独立文書であることを示す。IEEE 802.1Xと同じ考え。

IEEE 802.11[編集]

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。

IEEE 802.11b[編集]

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[編集]

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)

日本でのチャンネルの変更[編集]

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[3]。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。

802.11aのチャンネル
期間 タイプ チャンネル 屋外
2005年5月まで J52 34, 38, 42, 46 ×
2005年5月以降 W52 36, 40, 44, 48 ×
W53 52, 56, 60, 64 ×
2007年1月31日以降 W52 36, 40, 44, 48 ×
W53 52, 56, 60, 64 ×
W56 100, 104, 108, ... , 140

IEEE 802.11g[編集]

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[編集]

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[4]

IEEE 802.11n[編集]

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[5]」と解説している。

技術的には「MIMO (Multiple Input Multiple Output)」を使用し(MIMOについては多元接続の項を参照)、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 802.11aIEEE 802.11bIEEE 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[6]。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帯でチャンネルボンディングを利用すると、近隣の無線LAN機器の干渉を受けずに利用出来るチャンネルが2つだけになってしまう[7]ので、注意を要する。

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[8][9][10][11]

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[12]

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[13]。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。

なお、市販の無線LAN機器が5GHzに対応しているかどうか不明な場合、11a/b/g/n対応機器と記されていれば5GHz対応、11b/g/nならば2.4GHzのみ対応というように見分けることが出来る。

IEEE 802.11i[編集]

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。脆弱性が指摘されるWEPに代わり、標準暗号規格として、WPAではTKIP(WEPの改良版)を、WPA2ではCCMP(暗号化アルゴリズムとしてAESを利用)を採用している。

IEEE 802.11ac/IEEE 802.11ad[編集]

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)で実効速度500Mbps以上の達成を目標にしている[14]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[15]

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、60GHzという高い周波数帯を使うため、壁や障害物のない、30m程度の近距離でのギガビット通信を想定している[16]

脚注[編集]

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  1. ^ 悩ましい無線LANの速度表記日経BP社、ITpro)
  2. ^ 「■最高通信速度と最高実効速度(実効スループット)の違いについて」(au公式サイト)
  3. ^ 「5GHz 帯無線 LAN の周波数変更」に関するガイドライン 第三版 (PDF)
  4. ^ JRC日本無線 ニュース 2010.1.26 4.9GHz帯 無線LANブリッジ「JRL-749AP2/ST2」を受注開始 - 電波干渉が少なく、高品質な無線ネットワークを構築可能に-
  5. ^ アップル - 802.11”. Apple Inc.. 2008年7月24日閲覧。
  6. ^ 総務省、無線LANを高速化するために電波法を改正 - ITpro(2007年6月29日) 2013年11月15日閲覧。
  7. ^ 今が買い時! IEEE802.11n対応無線LAN機器 ― 第1回 IEEE802.11nはどうして一気に300Mbpsの速度になったの? - ASCII.jp(2010年1月14日) 2013年11月15日閲覧。
  8. ^ http://www.pro.logitec.co.jp/pro/g/gLAN-WH450NGR/
  9. ^ IEEE 802.11nでPCも家電もゲームもおまかせ!高速&お手軽な最新無線LANルーターに買い換えよう INTERNET Watch 2010年3月1日
  10. ^ IEEE 802.11n-2009(英語版)を参照
  11. ^ 2011年(平成23年)現在、最大伝送速度が300Mbpsの無線LANルーターは「11n準拠」、150Mbpsの無線LANルーターは「n (11n) テクノロジー対応」としてそれぞれ販売されている。
  12. ^ http://www.wi-fi.org/pressroom_overview.php?newsid=835
  13. ^ 金子寛人 (2012年5月2日). “これでいいのか“汚れた”無線LAN”. 日経BP PC Online. http://pc.nikkeibp.co.jp/article/trend/20120329/1044715/ 2012年12月18日閲覧。 
  14. ^ 解剖! ギガビット無線LAN(1):11nの10倍以上! 次世代無線LANの802.11acとは? - @IT(2013年03月11日) 2013年11月15日閲覧。
  15. ^ 60GHz帯を使って最大3Gbps、NICTらが超高速無線LANシステム - INTERNET Watch(2008年11月4日) 2013年11月15日閲覧。
  16. ^ <<図解で分かる無線通信>>【IEEE 802.11ad/WiGig】60GHz帯を使い近距離の機器間で高速通信 - PC Online(2012年8月6日) 2013年11月15日閲覧。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]