Wi-Fi(ワイファイ)とは?

2016年5月31日 17:40
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開発チームの畠山です。
不定期での社内勉強会「シンポシオン」で、勤怠管理システムのお客様もお使いのWi-Fiについて取り上げましたので、その時の資料をベースに記事にさせていただきたいと思います。

Wi-Fi (ワイファイ)とは?
電波による無線通信を利用してデータの送受信を行うネットワークシステムである「無線LAN」の規格の一つです。「無線LAN」と同義で使われることも多いです。厳密には、Wi-Fi Allianceという団体が認めたもののみがWi-Fiと呼べます。例えば、BluetoothによるLANは無線LANに含まれますがWi-Fiには含まれません。Wi-Fi という名称は何かの略称というわけではなく、

Wireless
Hi-Fi (ハイファイ、High Fidelity、高忠実度、高再現性、高性能オーディオ)

をもじって作られた造語です。

Wi-Fiの規格
国際標準規格であるIEEE 802.11規格が基本になっています。(IEEEの読み方は、アイ・トリプルイーです)
よく使われるものは、以下の6つです。

  • IEEE802.11b 2.4GHz帯 11Mbps
  • IEEE802.11a 5GHz帯 54Mbps
  • IEEE802.11g 2.4GHz帯 54Mbps
  • IEEE802.11an 2.4GHz帯 600Mbps
  • IEEE802.11gn 5GHz帯 600Mbps
  • IEEE802.11ac 5GHz帯 6.9Gbps

周波数帯域と最大リンク速度を軸に表にまとめると以下の通りになります。

↓最大リンク速度 周波数帯域
2.4GHz帯
周波数帯域
5GHz帯
11Mbps b
54Mbps g a
600Mbps gn an
6.9Gbps ac

Wi-Fiで利用される電波の周波数帯域
2.4GHz帯 (2,401MHz~2,495Mhz)
IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11gnで使用します。幅約20MHzのチャンネルを94MHzの帯域に詰め込んでいます。全14チャンネルありますが、各チャンネルは周波数が重なる部分があるため、近接する親機で近いチャンネルを使うと電波干渉を起こして通信品質が低下することがあります。また、電子レンジ・コードレス電話・Bluetoothもこの周波数帯域を使用しているため電波干渉が起こりやすいです。 Wi-Fiで利用される電波の周波数帯域(2.4GHz帯)

5GHz帯 (5,170MHz~5,330Mhz + 5,490MHz~5,710Mhz)
IEEE802.11a、IEEE802.11an、IEEE802.11acで使用します。チャンネル幅は2.4GHz帯と同様20MHzです。全19チャンネルありますが、帯域が広いため各チャンネルの周波数は重なりません。また、Wi-Fi以外では使用されていないため電波干渉は比較的起こりにくいです。波長が短いため、2.4GHz帯よりは壁や床などの障害物に弱いです。以前は電波法により屋外での使用が禁止されていましたが、現在は使用可能です。 Wi-Fiで利用される電波の周波数帯域(5GHz帯)


Wi-Fiの歴史
  • 1997年  IEEE802.11の規格を策定。2.4GHz帯、速度は2Mbps、親機は約20万円、子機は約5万円。
  • 1999年  IEEE802.11b (2.4GHz帯、11Mbps)、IEEE802.11a (5GHz帯、54Mbps) を策定。Apple社がAirMac (海外ではAirPort) を発表。親機は38,000円、子機は12,800円。ADSLサービスが開始。
  • 2000年  Buffalo社がAirStation WLA-L11を出荷。親機33,000円。
  • 2001年  Wi-Fi内蔵のThinkPad s30発売。FTTHサービス (10MbpsのBフレッツ) が開始。
  • 2002年  Yahoo!BBがADSLモデムを「無料配布」。公衆無線LANがサービス開始。100MbpsのFTTHがサービス開始。
  • 2003年  IEEE802.11g (2.4GHz帯、54Mbps) を策定。
  • 2004年  1GbpsのFTTHがサービス開始。
  • 2005年  ADSL加入者数のピーク、以降減少。
  • 2009年  IEEE802.11gn (2.4GHz帯、600Mbps)、IEEE802.11an (5GHz帯、600Mbps) を策定。
  • 2014年  IEEE802.11ac (5GHz帯、6.9Gbps) を策定。

Wi-fiのセキュリティ
  • 暗号化
    事前共有鍵(Pre-Shared Key)を使って通信を暗号化します。WEP・WPA-PSK(TKIP)・WPA2-PSK(TKIP)・WPA-PSK(AES)・WPA2-PSK(AES)があります。(右ほど強い。WEPは暗号解読ツールが出回っています)
  • MACアドレスフィルタリング
    Wi-Fiに接続できる端末のMACアドレスを登録しておき、未登録の端末を接続させない仕組みです。
  • SSIDステルス機能
    周囲のWi-Fiを探索し一覧に表示する端末の仕組みに応答しないようにする機能です。

親機と子機の簡易セットアップ技術
  • WPS (Wi-Fi Protected Setup)
    Wi-Fi Allianceが策定したものです。親機に搭載されているWPSボタンを数秒押すと、1~2分間、子機に対してSSIDと暗号キーが送信されます。子機となるパソコンやゲーム機器などがこれを受信すると、難しい設定をする必要なく通信ができます。
  • AOSS (AirStation One-Touch Secure System、Buffalo社)
    国内でのシェアは幅広く、特にゲーム機器の分野ての搭載率が高いのが特徴です。
  • らくらく無線スタート (NEC社)
    AOSS同様、NECが販売している親機に搭載されている簡易設定技術です。

Wi-Fiのモード
Wi-Fiの接続方法には、インフラストラクチャモードと、アドホックモードという2種類があります。
  • インフラストラクチャモード
    インフラストラクチャモードは、無線アクセスポイントをネットワーク内に設置し、多数の無線端末を接続できる方式です。有線LANとの接続や、インターネットへの同時接続も可能で一般的な接続方法です。
  • アドホックモード
    アドホックモードは、無線アクセスポイントを使用せず、無線LANアダプタを持つ端末同士のみ接続する方式です。1対1の通信専用で用途は限定的です。

電波干渉の回避
Androidアプリ「Wifi Analyzer」で南紀オフィスの周辺の電波状況を調べてみました。やはり、2.4GHz帯の方が混雑しています。5GHz帯も複数チャンネルを束ねて高速化していると干渉しやすくはなりますが、それでも干渉回避は5GHz帯の方がしやすそうです。

2.4GHz帯

南紀オフィスにおける2.4GHz帯の電波状況調査(グラフ)

5GHz帯

南紀オフィスにおける5GHz帯の電波状況(グラフ)

オフィスや自宅のWi-Fiが遅いな?繋がりづらいな?と思ったら
「これさえやっておけばOK」という特効薬はないのですが、以下のようなことで改善することがあります。

  • より高速な5GHz帯(a / an / ac)を試してみる。
    ただし、壁や床などの障害物で強度が弱い場合は2.4GHz帯の方が速度が出ることもあります。最近は5GHz帯・2.4GHz帯両方に対応している子機が増えてきました。親機は5GHz帯・2.4GHz帯両方に対応している機種でも、切り替え式でいずれかを選択して使用するものと、両方を常時利用できるものがあります。
  • 使用チャンネルの設定を変えてみる。
    親機の設定で、使用チャンネルを「自動」と「手動」とで切り替えられるものがあります。「自動」で調子が悪かったら「手動」に、または「手動」で調子が悪かったら「自動」や別のチャンネルに変更してみると改善することがあります。電波が非常に混雑している状況で「自動」にしていると、空きチャンネルを探す動作が頻繁に起きすぎて不調になることがあるようです。
  • アンテナの向きに注意してみる。
    アンテナの向きを変えられる親機では、アンテナの角度の調整で改善することがあります。電波はアンテナの棒を軸とした円盤状に広がっていきます。逆にアンテナの棒の先が向いている方向にはあまり飛びません。

(畠山 裕)

  • バイバイ タイムカード日記

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