学内向け Wi-Fi 環境観測システムを用いた Wi-Fi 環境の調査と改善
岩瀬 雄祐 1), 山口 由紀子 2) , 川瀬 友貴 1), 石原 正也 1), 嶋田 創 2)
1) 名古屋大学 全学技術センター
2) 名古屋大学 情報基盤センター
iwase@nagoya-u.jp, yamaguchi@itc.nagoya-u.ac.jp,{kawase, ishihara}@icts.nagoya-u.ac.jp,
shimada@itc.nagoya-u.ac.jp

Wi-Fi Environment Survey and Improvement by
Campus Wi-Fi Environment Survey System for Campus
Yusuke Iwase 1), Yukiko Yamaguchi 2), Yuki Kawase 1),
Masaya Ishihara 1), Hajime Shimada 2)
1) Technical Center, Nagoya University
2) Information Technology Center, Nagoya University
概要
名古 屋大学で は全学的 な無線 LAN サ ー ビスとして名 古屋大学 無線ネッ トワー ク（NUWNET）を提供している。無線アクセスポイントの更新・増設による Wi-Fi 環境の改善を進めてきたが、「NUWNET が途切れる」「NUWNET が遅い」等の問い合わせが多く、ユーザ側からの通信状態を把握するため、Raspberry Pi を用いた学内向け Wi-Fi 環境観測システムを構築した。本稿では、学内向け Wi-Fi 環境観測システムを用いた Wi-Fi 環境の調査と改善の事例として、NUWNET バックボーンネットワークの改善、 学生寮におけるNUWNET 環境の改善の試み、ハイブリッド型 Wi-Fi センサの追加について報告する。

1

ベントネットワークにて運用・評価した事例[2]、はじめに多数の無線クライアント接続による Wi-Fi 環境の名古屋大学では本学構成員およびゲストユー評価を、Raspberry Pi を集積した Wi-Fi センサによザ向けの全学的な無線 LAN サービスとして名古って低コストで実現した事例[3]が報告されている。

屋大学無線ネットワーク（NUWNET）を提供してまた、観測データの収集について、スマートフォいる。講義や研究において学生が積極的に ICT をンによる Wi-Fi 環境の観測データをクラウドサー活用できる環境の提供を目標として、キャンパスバに集約し、それらの観測データを用いて、内の全講義室への無線アクセスポイント（以下、Wi-Fi の受信電波強度の推定を行うシステムが提無線 AP）設置を実施した[1]。無線 AP の更新・増案されている[4]。

設 に よ る Wi-Fi 環 境 の 改 善 を 進 め て き た が 、

我々は NUWNET の電波状況と通信状況の改善「NUWNET が途切れる」「NUWNET が遅い」等ののための基礎データ収集を目的として、Raspberry

問い合わせが多く、ユーザ側からの通信状態を把Pi を利用した学内向けの Wi-Fi 環境観測システム握するため、利用実態に即した Wi-Fi 環境の調査を構築した[5]。本システムは NUWNET の実環境が必要となった。に設置し、電波強度調査による Wi-Fi 改善効果のWi-Fi 環境の調査方法として、スマートフォン確認、接続断調査による Wi-Fi 問題の原因切り分やノート PC 向けの Wi-Fi アプリケーション、専用け等、ユーザサポートに役立てている。また、デバイスの Wi-Fi テスタが挙げられる。しかしな

Wi-Fi 環境観測システム用の VPN を構築し、学外がら、これらのツールは複数同時かつ継続的にデにおいて Wi-Fi センサとサーバをセキュアに通信ータ収集することが難しい。その一方、Raspberryできるようにすることで、学外向け Wi-Fi センサ

Pi を利用して Wi-Fi センサを作成して小規模なイを作成し、AXIES2022 会場にてデモ展示した[6]。

1

学生が戻ってきたことにより、NUWNET に関す

1

https://www.raspberrypi.com

398

2023 年度から対面講義が再開され、キャンパスに

Wi-Fi環境無線AP

バックエンドヘルスデータ、観測データ

バックアップ
サーバ

観測データ
観測データの長期保管

Wi-Fiセンサ(wss-xxxxx)

NUWNETの接続、ヘルスデータの確認・転送、
Wi-Fi環境の観測※電源投入するだけで自動的に開始

WSS
サーバ

観測データ

可視化
サーバ

観測データをデータベースへ投入、可視化

Wi-Fiセンサの管理、観測データの収集・整形

Wi-Fi環境観測システム

図１ Wi-Fi 環境観測システムとデータの流れるさまざまな問題が顕在化した。
本稿では、学内向け Wi-Fi 環境観測システムを用いた Wi-Fi 環境の調査と改善の事例として、
NUWNET バックボーンネットワークの改善、学生寮における NUWNET 環境の改善の試み、ハイブリッド型 Wi-Fi センサの追加について報告する。

2

Wi-Fi 環境観測システム

2.1 システム概要
我々の構築した Wi-Fi 環境観測システム（Wi-Fi

図２ Wi-Fi センサ

environment Survey System、以下 WSS）[5]はユー

表１ Wi-Fi センサの諸元

ザ側から Wi-Fi 環境の観測を行い、観測データを集めるシステムである（図１）。Wi-Fi 環境として（NUWNET の無線 AP が存在する）Wi-Fi 利用可能エリアを想定する。WSS は複数台の Wi-Fi センサと WSS サーバによって構成される。Wi-Fi セ

型番

Raspberry Pi 4 model B

OSRaspbian 11

メモリ

4GB

MicroSD カード

32GB
内蔵 Wi-Fi（IEEE 802.11 b/g/n/ac）

ンサを観測場所へ設置して電源投入すると、NUWNET に接続し、Wi-Fi センサ内に観測データを生成する。WSS サーバは Wi-Fi センサのヘルス

Wi-Fi

外付け Wi-Fi アダプタ
（BUFFALO WI-U2-433 DHP、IEEE 802.11 a/b/g/n/ac）

データに基づいて観測データを収集・整形する。
WSS サーバ内の観測データは、外部の可視化サ実行して表２に示したデータを収集する電波強度

ーバにおいて可視化を行い、バックアップサーバ調査型と、表３のデータを収集する接続断調査型において長期保管する。の 2 タイプを作成した。

Wi-Fi センサは Raspberry Pi のキットを利用して

WSS サーバは Wi-Fi センサの管理を行う。定期作成した（図２）。諸元を表１に示す。Raspberry Pi

的にヘルスデータを読み込み、Wi-Fi センサのには Wi-Fi が内蔵されているが、キットのアルミping 応答を確認し、Wi-Fi センサに接続する IP ア

ケースが Wi-Fi 電波の測定に影響する可能性を考ドレスを含む死活管理情報等を更新する。また、え、USB 接続の Wi-Fi アダプタを追加した。Wi-Fi

WSS サーバは観測データの収集・整形を行う。

センサはヘルスチェック、Wi-Fi 環境の観測、ログ

Wi-Fi センサの死活管理情報に基づいて、Wi-Fi セ管理、Wi-Fi 再接続の機能を実装した。Wi-Fi セン

ンサにログインし、観測データを収集し、収集しサは、Wi-Fi 調査コマンド「iwlist wlanX scan」をた RAW ファイルをパースして CSV ファイルへ整399

Wi-Fiセンサと帯域を選択

日時のレンジを選択

使用チャンネル

電波強度

SSID一覧

図３ 可視化サーバのダッシュボード画面の例（電波強度調査）
表２ 電波強度調査の Wi-Fi 調査コマンド
Wi-Fi 調査コマンド
利用可能な無線 AP のスキャン

プリケーションは様々なデータソースからクエリ、可視化、アラートの発生等ができる Grafana 3を用観測データ（単位）「iwlist wlanX scan」 BSSID
コマンドの実行周波数（GHz）

いた。
WSS サーバ上には Wi-Fi センサから収集・整形チャンネル（ch）された観測データ（CSV ファイル）が存在していSSIDる。可視化サーバは定期的に WSS サーバから観電波強度（dBm）測データを収集し、ヘッダ項目によりパーサを選

表３ 接続断調査の Wi-Fi 調査コマンド
Wi-Fi 調査コマンド
wget を 用 い て
10MB の フ ァ イ ル
を 5 回ダウンロー
ド

ダウンロードスピード（MB/s）

ping 応答

5 回の ping 実行

ping 応答におけるパケットロス（%）

Wi-Fi
再接続

Wi-Fi アダプタの強制切断と再接続（wpa_supplicant とdhclient プロセスの再起動）

所要時間（秒）スピード
テスト

択することで、Wi-Fi 調査コマンドによってフォ観測データ（単位）ーマットが変わる CSV ファイルを JSON 型式へ変換して、Elasticsearch へデータ投入する。Grafana
において、データソースとして Elasticsearch のイ

実行回数（回）

ンデックスを指定し、観測データを可視化するためのダッシュボードとパネルを作成する。可視化
サーバのダッシュボード画面の例を図３に示す。

3 WSS を利用した Wi-Fi 環境の調査・改善形する。古い観測データ（RAW ファイル、CSVファイル）は定期的に削除し、バックアップサーバへ保存される。

2023 年 4 月から本学においても対面講義が再開され、キャンパスで NUWNET を利用する学生が格段に増加した。そのような状況下で、中央図書館、学生寮、全学教育棟で行った WSS を用いた

2.2 観測データの可視化
WSS で得られた観測データを分析して Wi-Fi 環
境の問題解決に利用するため、可視化サーバを構築した。可視化サーバはデータベースと可視化アプリケーションをインストールした。WSS では
観測データが膨大になる可能性があるため、デー調査、改善について報告する。以下の評価結果について、電波強度調査は 2.4 と 5GHz 帯の両方、接続断調査は Wi-Fi 再接続後に接続できた 2.4 と5GHz 帯のどちらか一方の結果を示している。
3.1 NUWNET バックボーンネットワークの改善

タベースとして分散型 RESTful 検索・分析エンジ

中央図書館は、地下 1 階、地上 5 階建、地階とンとなる Elasticsearch 2を用いた。また、可視化ア

1 階には集密書架、2 階には玄関と各種ラーニング

23

https://www.elastic.co/jp/elasticsearch/400

https://grafana.com/oss/grafana/5F エッジスイッチ
T

5F 集約スイッチ

5F コアスイッチTT

5F エッジスイッチ
TT

TT

T

AP×7

4F エッジスイッチ
T

5F エッジスイッチ
T5F エッジスイッチ

AP×93F エッジスイッチ
TT

AP×6

T×2

2F エッジスイッチ
T

AP×1

AP×7

T×2

4F エッジスイッチ

T×23F エッジスイッチ

TT
T×2T
T×2

AP×6

AP×8

1F エッジスイッチ
T

AP×2

AP×92F エッジスイッチ

AP×81F エッジスイッチ
T5F 集約スイッチ

TT

AP×1

5F コアスイッチT

AP×2

図４ NUWNET バックボーンネットワーク（中央図書館、左：変更前、右：変更後）

開架図書エリア

4F
開架図書エリアwss-00008

wss-00008 : 前室(412室)

ラーニングエリア

2F
ラーニングエリア
wss-00006※は無線AP、 はWi-Fiセンサ

wss-00006 : カウンターホール(211室)

図５ Wi-Fi センサの設置状況（中央図書館）
エリア、3 と 4 階には開架図書エリアが存在してした。

。NUWNET の無線 AP は全館で使えるよう

中央図書館の NUWNET バックボーンネットワに設置されているが、今年度から全面的に対面講ークの変更前後の構成を図４に示す。無線 LAN の義が再開され、中央図書館にも多くの学生が訪れ性能がまだ低い 802.11g 世代時に部局で独自に設るようになり、ラーニングエリアにあるカウンタ置したバックボーンネットワークであったため、ーに「NUWNET がつながりにくい」といった問い

複数の EPS（Electric Pipe Space / Shaft）間をまたが合わせが寄せられていると相談を受けた。中央図

る配線の新設を避けて複雑にカスケード接続（多書館は NUWNET の無線 AP が比較的充実していた段接続）されたエッジスイッチに無線 AP が収容が、WSS を用いて Wi-Fi 環境を調査すると通信速されていた。今回、5 階と各フロアに別途配線工度が極端に遅くなることが分かり、ネットワーク事を行い、複雑なカスケード接続を解消した。ま構成を含めた調査によって、原因はバックボーンた、スイッチ間は 1000Base-T の 1 本でしか接続しにあることを突き止めた。そこで、NUWNET バッておらず、帯域が不足していた。そこで、1～4 階クボーンネットワークを変更し、改善効果を確認のエッジスイッチと 5 階の集約エッジスイッチといる

44の接続を LAG 化（1000Base-T×2 本）した上、上https://www.nul.nagoya-u.ac.jp

401

（a）スピードテスト（4 階、wss-00008）（b）スピードテスト（2 階、wss-00006）

図６ 接続断調査の結果（中央図書館）
流のコアスイッチとの接続も LAG 化した。また、戸、2～8 階の個室 224 戸（1 フロア 32 戸×7 フロ

3 階のエッジスイッチを増強している。

ア）、合計 228 室が存在する学生寮であり、南北に中央図書館における Wi-Fi センサの設置状況を長く、東西に個室が並び、中央に廊下が通る。

図５に示す。Wi-Fi センサは 2 階のカウンターホ

NUWNET の無線 AP は全館で使えるように設置さールと 4 階の前室に設置した（設置期間 2023 年 4れているが、建物中央の廊下にある無線 AP の電

月 20 日～、Wi-Fi センサは全館で 2 台）。カウンタ

波が、個室のベランダ側にあるデスクとベッドまーホールの Wi-Fi センサは、来館者から見えないで十分に届かなかったため、Wi-Fi 中継器の貸出をように、カウンターの裏側に平置きした。前室の行っていた。しかしながら、入居している学生か

Wi-Fi センサは、関係者以外は立ち入りできないエら「個室で NUWNET が使えない」「中継器を使っリアのため、セキュリティワイヤー等による固定ても NUWNET が使えない」
といった相談を受け、は行わず、平置きせずに、AC アダプタを台にしてWSS を用いて NUWNET の通信状況を調査し、電源コンセントに設置した。

Wi-Fi 環境の改善を試みた。

中央図書館における接続断調査の結果を図６にレジデンス大幸の NUWNET の改善の試みとし示す。各図はネットワーク変更前（2023 年 4 月 24て以下の 2 つを実施した。1 つ目は、3 階の南側の日（月）～4 月 30 日（日））と変更後（2023 年 5エ リアに おいて、 無線 AP を 古い機種 （ Cisco

月 15 日（月）～5 月 21 日（日））のスピードテス

Aironet1702 ） か ら 電 波 出 力 が 高 い 新 し い 機 種トの結果を重ねて示している。4 階はネットワー（Aruba AP-515）へ交換した（2023 年 7 月 3 日～9ク変更前後で変化が見られない一方、2 階は、平月 7 日）。また、2 つ目として、無線 AP 交換とは日日中時間帯に極端に速度が遅くなって全く通別に、建物間をつなぐ上流接続を 1000Base-SX か信できていない状況であったのが、ネットワー

ら 1000Base-SX×2 へ増速した（2023 年 9 月 7 日

ク変更後に改善されていることが分かった。

～）。

3.2 学生寮における NUWNET 環境の改善の試み

レジデンス大幸における Wi-Fi センサの設置状

インターナショナルレジデンス大幸（以下、レ況を図７に示す。Wi-Fi センサは無線 AP 交換を行ジデンス大幸）は、地上 8 階建、1 階の夫婦室 4

う 3 階にある 2 つの個室（301 室、311 室）に設置

402

wss-00014
無線AP交換wss-00014 :個室F(311室)

3F※※は無線AP
はWi-Fiセンサ

wss-00015 :個室B(301室)

wss-00015

図７ Wi-Fi センサの設置状況（インターナショナルレジデンス大幸）（a）スピードテスト（301 室、wss-00015）（b）スピードテスト（311 室、wss-00014）

図８ 接続断調査の結果（レジデンス大幸）した（設置期間 2023 年 6 月 21 日～、Wi-Fi センられた。また、上流増速については、上流のみのサは全館で 2 台）。相談してきた学生が入居する個増速は改善効果が低く、フロア間の増速による改室は 301 室となり、フロアの西側中央のエレベー善の余地を残した。

タホール近くに位置する。

3.3 ハイブリッド型 Wi-Fi センサの追加

レジデンス大幸における接続断調査の結果を図

全学教育棟は教養科目を受講する建物で、地上８に示す。各図は、初期状態（2023 年 6 月 26 日

4 階建、多くの学生が利用する建物である。

（月）～7 月 2 日（日））、無線 AP 交換後（2023NUWNET の無線 AP の更新・増設、また、集中制

年 7 月 10 日（月）～7 月 16 日（日））、上流増速

御型無線 LAN コントローラを導入して Wi-Fi 環境後（2023 年 9 月 11 日（月）～9 月 17 日（日））のの改善を進めている。以前から「NUWNET が切れ調査結果を重ねて示している。301 室（図８ -（a））る」という問い合わせが寄せられており、講義室は、初期状態の方が通信速度が高いが、無線 APに Wi-Fi センサを設置、Wi-Fi 環境を調査している交換によって極端に速度が遅くなるタイミングが[5]。しかしながら、2023 年度になって、新たに「お減った。311 室（図８ -（b））は、上流増速におい昼休みになると NUWNET が遅い」
「学生ホールのて通信速度が若干上がった。無線 AP 交換の効果

NUWNET も調べて欲しい」との問い合わせがあり、は限定的であり、建物全体へ展開することは見送

複数の調査を同時に行えるハイブリッド型 Wi-Fi403

※
※
※
※

は無線AP
は電波強度調査型（既設）は接続断調査型（既設）はハイブリッド型（新設）
1F 全体

C158室
wss-00007

C157室
wss-00009

C156室
学生ホール
wss-00013
wss-00002

講義室

wss-00002 : 学生ホールEPS

図９ Wi-Fi センサの設置状況（全学教育棟）

図１０ 接続断調査の結果（全学教育棟 1F、スピードテスト）センサを追加して、Wi-Fi 環境の調査を行った。

ることなく、ダッシュボードを切り替えるだけで既存の Wi-Fi センサは、電波強度調査と接続断電波強度調査と接続断調査の両画面が表示できる。

調査のどちらか一方しか実施できない。そこで、2

全学教育棟における Wi-Fi センサの設置状況をつの調査を同時に行えるハイブリッド型の Wi-Fi

図９に示す。既存の Wi-Fi センサは中央 1 階にあセンサを作成した。新しい Wi-Fi センサでは、コる講義室に設置されている（設置期間 2022 年 5、電波強度調査

月 26 日～、Wi-Fi センサは全館で 3 台） 6。今回、と接続断調査の 2 つの Wi-Fi 調査コマンドを同時

新たに Wi-Fi センサを中央 1 階にある学生ホールに実行し、実行結果を 1 つの RAW ファイルに保に追加した（設置期間 2023 年 7 月 26 日～、Wi-Fi存する。WSS サーバでは、パーサを変更し、1 つセンサは全館で 4 台となった）。講義室に設置しての RAW ファイルから、電波強度調査と接続断調

いる Wi-Fi センサは AV 卓など施錠された場所に設査の 2 つの CSV ファイルを生成するようにした。

置しているが、学生ホールにはそのような場所がマンドの実行間隔を分単位とし5

そのため、可視化サーバでは、処理方法を変更す
5 スピードテストと Wi-Fi 再接続は既存のセンサと同様に 5 分毎とした。

404

6

設置当時、全ての Wi-Fi センサを接続断調査型としてたが、その後、一部の Wi-Fi センサを電波強度調査型へ変更している。

時に行うことができ、また、学生ホールの Wi-Fi

表４ 全学教育棟の電波強度比較
wss-00009
設置場所

講義室(C157)

環境について、講義室と比べて大きく変わらず、

wss-00002

異常が発生していないことが分かった。

学生ホール

2.4GHz

5GHz

2.4GHz5GHz

強-38 dBm-35 dBm-35 dBm-35 dBm-38 dBm-35 dBm-37 dBm-35 dBm-38 dBm-35 dBm-40 dBm-36 dBm

学内向け Wi-Fi 環境観測システムを用いた、-38 dBm-35 dBm-42 dBm-36 dBm-38 dBm-35 dBm-42 dBm-36 dBm

Wi-Fi 環境の調査と改善の事例として、NUWNET-42 dBm-42 dBm-43 dBm-49 dBm-47 dBm-42 dBm-43 dBm-49 dBm-51 dBm-42 dBm-43 dBm-49 dBm-51 dBm-42 dBm-43 dBm-49 dBm

今後の課題として、Wi-Fi 環境の調査項目の充-51 dBm-42 dBm-43 dBm-49 dBm

実、観測用 Wi-Fi アダプタの更新による 802.11ax

BSSID 毎の電波の強さ（上位 10 件）

周波数帯

弱4

おわりにバックボーンネットワークの改善、学生寮における NUWNET 環境の改善の試み、ハイブリッド型
Wi-Fi センサの追加について報告した。

※2023 年 7 月 27 日 7～19 時のデータ。■は NUWNET、■は利用者側が持ち込んだ Wi-Fi ルータ。2.4GHz と 5GHz 帯のBSSID について電波の強い上位を電波強度と種類で表示。

（Wi-Fi6）への対応、リアルタイムな可視化等が挙げられる。また、同様の悩みを持つ他の大学等の組織でも利用できるように、システム構成の汎ない。そこで、盗難防止のため、Wi-Fi センサを学生ホールに隣接する EPS 内に設置した。Wi-Fi 環
境の観測に用いる外付け Wi-Fi アダプタは USB 接
続であることを利用して、EPS の扉の上部にある通気用の穴に結束バンドで固定し、Wi-Fi センサ本
体は AC アダプタを台にして EPS の扉近くの電源コンセントに設置した。外付け Wi-Fi アダプタとWi-Fi センサ本体が離れているため、外付け Wi-Fiアダプタと Wi-Fi センサ本体を USB 延長ケーブルでつないだ。
全学教育棟の接続断調査において、講義室（C158、C156）と学生ホールにおいて、春学期の最後（2023 年 7 月 27 日（木）～28 日（金））に観測されたスピードテストの結果を図１０に示す。
日中時間帯は速度低下が発生し、夕方にかけて通信速度が戻っており、学生ホールだけが講義室と比較して大きく速度低下するようなことはないことが分かった。講義室（C157）と学生ホールの観測データに基づいて作成した、全学教育棟の電波強度の比較を表４に示す。この表は、2.4 と 5GHz帯の BSSID について、電波の強い上位を電波強度と種類で示したものである。2.4GHz 帯については、利用者が持ち込んだ Wi-Fi ルータ（デザリング等）の電波が観測された一方、5GHz 帯についてはNUWNET の Wi-Fi 電波が良好であった。ハイブリッド型の Wi-Fi センサで 2 つのタイプの調査を同405

用性を高めたい。

参考文献[1] 石原 正也、岩瀬 雄祐、川瀬 友貴、川田 良
文、名古屋大学無線ネットワークにおける新Web 認証システム導入とゲスト専用ネットワークの展開について、令和 3 年度東海国立大学機構第 1 回技術発表会、P2、2022 年．
[2] 北口 善明、石原 知洋、高嶋 健人、田川 真樹、田中 晋太朗、Raspberry Pi を用いた無線ネットワーク状態評価手法の提案、情報処理学会研究報告、インターネットと運用技術（IOT）、Vol. 2014-IOT-25、No. 8、pp. 1-6、2014 年．
[3] 石原 知洋、北口 善明、阿部 博、金子 直矢、IoT コンピューティングデバイスを用いた低コストな無線 LAN 環境計測システム、情報処理学会論文誌デジタルプラクティス（TDP）、Vol. 2、No. 3、pp. 1-10、2021 年．
[4] 天野 辰哉、梶田 宗吾、山口弘純、東野 輝夫、高井 峰生、クラウドソーシングと 3 次
元電波伝搬シミュレーションの併用による効率的な Wi-Fi 電波データベース構築、情報処理学会論文誌、Vol. 59、No. 2、pp. 450-461、2018 年．
[5] 岩瀬 雄祐、山口 由紀子、川瀬 友貴、石原正也、嶋田 創、 学内向け Wi-Fi 環境観測システムの構築、大学 ICT 推進協議会 2022 年
次大会論文集、pp. 229-236、2022 年.
[6] 岩瀬 雄祐、山口 由紀子、川瀬 友貴、石原正也、嶋田 創、 学内向け Wi-Fi 環境観測シ
ステムの学外利用のための機能拡張、情報処
理学会研究報告、インターネットと運用技術（IOT）、Vol. 2023-IOT-60、No. 2、pp. 1-8、2023 年．