SuperKEKB加速器トンネル内
無線LANシステムの構築
2013/8/5
岩崎昌子, 佐藤政則,中村達郎, 古川和朗, 三川勝彦
（高エネルギー加速器研究機構）
青山智寛, 田中直樹, 中村卓也, 藤田誠, 吉井兼治
（三菱電機システムサービス（株））

SuperKEKB加速器計画

KEKB加速器
1kmSuperKEKB加速器計画
KEKでは、Bファクトリー実験用KEKB電子・陽電子ビーム衝突型加速器の高輝度化を目的としてSuperKEKB加速器計画を進めている
KEKB加速器：１１年の運転で1ab-1のデータを収集
世界最高のルミノシティを記録

SuperKEKBはさらに40倍高いルミノシティを目指す
KEKB加速器
1kmSuperKEKB加速器計画
KEKでは、Bファクトリー実験用KEKB電子・陽電子ビーム衝突型加速器の高輝度化を目的としてSuperKEKB加速器計画を進めている
KEKB加速器：１１年の運転で1ab-1のデータを収集
世界最高のルミノシティを記録

SuperKEKBはさらに40倍高いルミノシティを目指す
SuperKEKB加速器KEKB加速器
1km

KEKB から SuperKEKBへ• 2010年6月KEKB運転終了• 2015年1月運転開始に向け、SuperKEKB建設中

M.Masuzawa

KEKB から SuperKEKBへ• 2010年6月KEKB運転終了• 2015年1月運転開始に向け、SuperKEKB建設中

M.Masuzawa

KEKB から SuperKEKBへ• 2010年6月KEKB運転終了• 2015年1月運転開始に向け、SuperKEKB建設中

SuperKEKB加速器建設・メンテナンスのためSuperKEKB加速器全域に無線LANを構築した

KEKB制御ネットワーク無線LANシステム
2007年3月から2009年3月にかけて、トンネル内と電源棟にアクセスポイントを設置
KEKB 電源棟制御室 10ヵ所
トンネル直線部 11カ所
AR  6ヵ所 Linac  13ヵ所
40台のAPはAPコントローラーで一括管理されている

KEKBトンネル内アクセスポイント

直線部のみ。アーク部にはなし。

KEKB制御ネットワーク無線LANシステム‐漏洩ケーブルアンテナによる無線LAN-

2011年末、KEKB南トンネル(富士‐大穂間)富士側アーク部に試験的に無線LAN用漏洩同軸ケーブル(LCX)を敷設

長さ200m漏洩同軸ケーブル(LCX：Leaky CoaXial cable)- 外部導体に規則的なスロット（穴）を設けた同軸ケーブル- 電波を送受信するアンテナと信号を伝送するケーブルを兼ねている- 線上アンテナのため、ケーブルに沿って均一な電磁波強度を形成

電磁波
ケーブルサイズ：5D型（短尺 ~10m） 10D型（中間長 ~70m） 20D型（長距離 ~100 - 200m）

LCXを利用した無線LANの特徴- 閉空間での無線LAN構築が可能- 安定した無線通信が可能- 技術基準適合証明が必要

ケーブル型アンテナなので、曲がりくねった空間でも可能
アンテナと端末の距離が短く、空間ノイズの影響が少ない
証明を受けたAPとLCXの組み合わせのみ使用可

制御ネットワーク無線LANシステムの更新
１．SuperKEKB建設、およびそのメンテナンスのため、SuperKEKBトンネル内全域に、 無線LANシステムを導入したい
ここで、アーク部は SR光による放射線レベルが高い
トンネル内に電波の届く距離が短い
電源供給設備が少ない
ため、LCXアンテナを用いた無線LANシステムを導入したい
２．KEKBで使用してきた無線LANシステムは、2016年2月メーカーサポートが終了するので、それらの更新も必要
 漏洩ケーブル用APと、通常のAPを一括管理したいので、通常のAPも、LCXシステムと同じものに更新していきたい
LCXを用いた無線LANシステムは、技術適合認証を取得したAP＋LCXの組み合わせのものしか使用できない 特定のAPしか使用できない

無線LANシステムの選定：
ネットワーク通信試験
無線LAN通信における現場環境の影響を検討するため、既設LCXを利用してネットワーク通信試験を行った
１．既設LCXの電波受信レベル測定
LCXのAPの位置を基準とし、0m, 100m, 150m, 200m の地点で測定した
測定位置は（ノートPCの位置）は、LCXケーブルから約1.5m（LCX直下）
LCXケーブル電気特性
測定チャンネル

ケーブル損失量 7.1dB/100m 結合損失量 70dB
1ch (IEEE802.11g)

測定結果
測定ポイント1234LCX地点

0m100m

150m

200m

受信レベル-68dB

-75dB

-77dB

-81dB

机上設計値

-70dB

-77dB

-81dB

-85dB

測定値と机上設計がほぼ合致  測定データは妥当な値であると判断できる

無線LANシステムの選定：
ネットワーク通信試験
無線LAN通信における現場環境の影響を検討するため、既設LCXを利用してネットワーク通信試験を行った
２．既設LCXのネットワーク速度測定
LCXのAPの位置を基準とし、0m, 50m, 100m, 150m, 200m の地点で測定した
測定位置は（ノートPCの位置）は、LCXケーブルから約2m離れた所測定したアクセスポイント(AP)は２種類
AP A :既設20D型LCXとの組み合わせで技術適合認証を取得しているもの
AP B :20D型LCXとの組み合わせで技術適合認証取得が可能なもの
上記の速度試験に加えて以下の通信試験も行った
３．直線部で、 外付けコリニアアンテナを用いたネットワーク速度測定

ネットワーク速度測定結果
1) LCX実効伝送速度測定（AP A）
25

LCX実効伝送速度(平均速度 Mbps)
20

制御ネットと分離(Local)

15制御net接続 up
制御net接続 down
Local up

10Local down

制御ネットに接続したとき(10-30Kbps)
5

00m

50m

100m

150m

200m

APからの距離（ｍ）

制御ネットワークに接続すると、ネットワーク速度が極端に落ちる
 UDPブロードキャストによる影響
LCX長さ150mを超えると安定したネットワーク速度が得られないネットワーク速度測定結果
2) LCX実効伝送速度測定（AP B）
25

LCX実効伝送速度(平均速度 Mbps)
20

制御ネットと分離(Local)

15

制御net接続 up
制御net接続 down
Local up

10Local down

5

制御ネットに接続したとき

00m

50m

100m

150m

200m

APからの距離（ｍ）

制御ネットワークに接続しても、ネットワーク速度が極端に落ちない
 APのリソースの差だと考えられる
LCX長さ150mを超えるとネットワーク速度が落ちる

外付けアンテナ速度試験
AP B ＋ 10mアンテナ延長ケーブル＋コリニアアンテナを富士直線部端部に設置アンテナの高さ  床面から３ｍ

外付けアンテナ速度試験
AP B ＋ 10mアンテナ延長ケーブル＋コリニアアンテナを富士直線部端部に設置アンテナの高さ  床面から３ｍ
外付けアンテナ実効伝送速度(平均速度 Mbps)
252015up
down
10500m

20m

40m

50m

60m

70m

80m

90m

片側50mの範囲で、十分なネットワーク速度(~15Mbps以上）が得られた

100m

APからの距離（ｍ）

ネットワーク通信試験まとめ
１）アーク部 LCXのネットワーク速度測定-LCXの長さ150mを超えると、ネットワーク通信速度が劣化する
AP Aは、制御ネットワークに接続すると、通信性能が極度に劣化する
AP Bは、制御ネットワークに接続しても、安定に動作し、通信性能もあまり劣化しない

 KEKBトンネルアーク部(500m)をカバーするLCXアンテナは125m x 4本とした
 使用するアクセスポイントは B に選定した

２）直線部 外付けコリニアアンテナネットワーク速度測定- 片側50mの範囲であれば、十分なネットワーク速度(~15Mbps以上）が得られた
 KEKBトンネル直線部(片側125m x 2)をカバーするコリニアアンテナは（2本 x2）

無線LANシステムの導入- 無線機器のトンネル内配置 LCXアンテナ
LCX用アクセスポイント
コリニアアンテナ
小電源棟

１つのアーク部にLCXアンテナ125m x 4本
１つの直線部には、コリニアアンテナ4本

無線LANシステムの導入- 無線機器のトンネル内配置 LCXアンテナ
LCX用アクセスポイント
コリニアアンテナ
小電源棟

１つのアーク部にLCXアンテナ125m x 4本
１つの直線部には、コリニアアンテナ4本
アーク部中点のアクセスポイントへの給電は地上部小電源棟に設置したPoEモデムから行う

無線LANシステムの導入
アーク部へLCXケーブルを敷設

SuperKEKBアーク部に設置した
LCXアンテナとアクセスポイント
アクセスポイントLCXSuperKEKBトンネル内へLCXアンテナ16本を設置（計2000m）

アクセスポイントは鉛箱へ収納
ケーブルコネクタは鉛シートで覆い
PEEK材インシュロックで固定

SuperKEKB直線部に設置したコリニアアンテナとアクセスポイント

アクセスポイントコリニアアンテナ

SuperKEKB直線部へコリニアアンテナ16本を設置
アクセスポイントは鉛箱へ収納
コネクタは鉛シートで覆い
PEEK材インシュロックで固定Linacに設置した外付けアンテナ
APは地上部へ設置

AR加速器の無線LANシステムを更新

コリニアアンテナ

アクセスポイント電源棟へ設置した
アクセスポイント電源棟へ設置した
アクセスポイント

通常のアンテナKEKBトンネル内無線LAN通信速度測定
トンネル 全周で~18Mbpsのネットワーク速度が得られるように調整
LCX実効伝送速度

TsukubaOho
この区間の測定結果

Tsukuba

Oho

概ね~18Mbpsの通信速度が得られた（筑波近辺はチャンネル干渉のため通信性能劣化）

まとめSuperKEKB制御ネットワーク無線LANシステムを導入・更新した- 我々のネットワーク環境に適したアクセスポイントの機種を選定した
加速器内は耐放射線性を考慮して、無線LANシステムを構築した- SuperKEKB アーク部 AP+LCXアンテナ１６本(2000m)を設置
SuperKEKB 直線部、AR、LinacにAP+コリニアアンテナ３２本を設置
SuperKEKB 電源棟電源室・制御室にAPを２２台設置
７０台のアクセスポイントは１台のAPコントローラーで管理されている- トンネル内・電源棟内で約18Mbpsの通信速度が得られた

今年の夏からSuperKEKB建設のために、今回導入した無線LANシステムを本格的に使用する予定