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おさえておきたい基本や、最新動向を解説するコーナーです。

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次世代無線LAN規格
Wi-Fi 6/IEEE802.11axとは〜その特徴と利点〜

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無線 LAN とWi-Fi
無線 LANとは、ケーブル無しでネットワークに接続する技術の一してのネットワーク技術へと進化させる改善が盛り込まれています。

つです。本稿では、無線 LAN 技術であるIEEE802.11シリーズを取り上げます。

802.11シリーズといっても、電波の周波数帯や変調方式の低レイヤから、認証や暗号などの比較的高いレイヤまでにわたる規格でWi-Fiとは、IEEE802.11（以下802.11）シリーズの機器のうち、業界団体 Wi-Fi Allianceによって相互接続性試験にパスした認証機器に対して用いられる名称です。無線 LAN 機器として一般向けに販売されているもののほとんどには Wi-Fiロゴが付いており、消費者としての側面からは「802.11シリーズの無線LAN= Wi-Fi」と考えて差し支えありません。

あり、下位互換性を持って進化していることもあって複雑になっています。 図 1
消費者にとって、無線LANは唯一の「Wi-Fi」という分かりやすいブランドでしたが、一方でどの802.11シリーズか分かりづらいということで、Wi-Fi Allianceは802.11axに対して「 Wi-Fi 6 」という名称を策定しました。Wi-Fi Allianceによる認証とIEEEに無線 LAN は、現代のスマートデバイスにとって欠かせないもの

よる標準化は、技術的要件は若干異なる部分があります。になりました。一方で、セルラー網のように電波リソースが厳しく管理されている技術とは違い、免許不要でカジュアルに設置です。次世代規格Wi-Fi 6（802.11ax）
では、過密化するデバイスや2014年に制定された802.11ac以前の課題が「Wi-Fiは有線より速 度 が 出 ない 」だとすれば 、8 0 2 . 1 1 a x には 速 度 競 争よりも「Wi-Fiは不安定」「Wi-Fiは混雑する」
といった課題に対応する内インフラとIoT機器に対応するために、ネットワーク効率を重視した、容が色濃く見受けられます。

きてしまう無線 LAN は、根本的に安定運用が難しい面もありま

1997

1999

2003

IEEE802.11

最大データレート

IEEE802.11n
Wi-Fi 4

IEEE802.11b

規格IEEE802.11a
2Mbps

2014
IEEE802.11ac
Wi-Fi 5

2019
IEEE802.11ax
Wi-Fi 6

IEEE802.11

11Mbps（11b）54Mbps65〜600Mbps

290〜6934Mbps 600〜9607Mbps

54Mbps（11a）
DSSS

技術

OFDMA

OFDM

MIMO

CCK
セキュリティ2009

WEP

ISM 2.4Ghz
周波数帯（日本）

WPA（TKIP）
WPA2（CCMP）

MU-MIMO（DL）

MU-MIMO（DL/UL?）BSS Color
WPA3（SAE/CNSA）

J52
W52,W53
W56
Wi-Fi 6E?
図 1 無線 LAN に関する規格の推移

28 J P N I C N e w s l e t t e r N o . 7 4 M A R C H 2 0 2 02Wi-Fi 6/IEEE802.11ax の特徴
802.11axでは、大量の無線LAN機器が密集するようなスタジアムやクセスポイントが集中コントローラにて管理されている場合、また空港での、スループット低下を改善する技術が盛り込まれています。

繁華街のように大量のアクセスポイントがバラバラに点在する場合など、さまざまなケースが考えられます。802.11axはいずれの従来の無線LAN 規格では、例えば干渉のない1 対 1の通信のようケースでも、パフォーマンス向上につながる技術が盛り込まれていな、理想的な環境においての通信速度向上を主眼とした改善が行ます。802.11acでは混雑した2.4GHz帯はサポートから外されてわれてきました。
しかし、802.11axの標準化に向けた議論では、クいましたが、802.11axでは混雑していてもうまく通信できること

ライアントが密集するような一般的なネットワーク全体のパフォーを目標としたこともあり、2.4GHz帯は再度サポートされました。

マンス向上が議題に登りました。理想的な条件下での最大速度向上より、一般的な条件下でのパフォーマンスを底上げした方が1台のクライアントのピーク速度よりも、全体の伝送効率を重視すユーザー体験の向上につながるという考え方です。

るアプローチとなった802.11axは、無線LANが単なる有線LANの代替ではなくインフラとして定着した証であり、大きな転換ポイ

大量の無線LAN機器といっても、1台のアクセスポイントに多数のントと言えるでしょう。

クライアントが接続されている場合、スタジアムのように多数のア3OFDMA（直交周波数分割多元接続）用し、他のクライアントが通信中は待ち時間になります。802.11ax
で採用されたOFDMAでは、この一つのチャネルをさらに分割してOFDM複数のクライアントが同時に通信可能とし、一つのチャネルで1対多周波数１チ ャ ネ ルの通信を実現します。

端末 1

この20MHz幅
もう少し詳しく説明すると、802.11acと違うのは、の1チャネルを最大で8個のクライアントに対して分割して割り当て

端末 2

ることです。必要に応じてクライアントごとに使用する帯域幅を変端末 3更できるので、無駄な空きも抑えられます。もちろん、分割の必要

端末 4が無い時には、従来のように一つのチャネルすべての帯域を1台の時間

クライアントに割り当てることも可能です。

OFDMA
待ち時間によるオーバーヘッドが大きく、従来の802.11シリーズは、周波数１チ ャ ネ ル

クライアントが高密度になればなるほど待ち時間が長くなるため、周

端末 1。
波数利用効率が低下していました（BSSカラーリングの項で後述）
一般的な無線LAN通信におけるトラフィックでは小さなサイズのIPパケットがかなりの割合を占め、小さなサイズのパケットを大量にや端末 2りとりする際の待ち時間が無視できなくなっていました。
OFDMAで

端末 3

複数のクライアントにチャネルを細分化して割り当てるということは、

端末 4

しかし、当然クライアント1台あたりで利用できる帯域は減少します。

時間

図2

待ち時間の方がはるかに悪影響があるため、このOFDMAにより大OFDM と OFDMA の違い幅な低遅延化、混雑時のパフォーマンス向上が期待できます。
低遅延

2009年制定の802.11nまでの無線LANにおいては、1台のアクセスポイントに対して複数のクライアントが接続している場合、順番待あたかも複数のクライアンちのように1台ずつ通信をしていました。
トが同時に通信できているように見えていても、あくまでも無線リ
ソー ス を 時 間 で 区 切 って 割 り 当 て て い ると いうことで す 。

を要求するトラフィックには、なるべく多くの送信機会を割り当てることも容易になります。
遅延が問題になりやすい音声トラフィックなどでの信頼性向上にもつながるでしょう。
一つのチャネルで同時に複数のクライアントと通信すると言えば、802.11ac が普及した今日でも、この基本は変わっていません。
802.11axでは、これが大きく変わります。

802.11acで採用されたMU-MIMOを連想するかもしれません。
MU-MIMOは複数のアンテナと複数の伝搬経路を使い、周波数としては同じものを使います。対してOFDMAはあくまでもチャネル

従来の802.11シリーズでは、無線の占有帯域幅を最小20MHz単せん。空間の状況や電波信号品質に大きく依存するMU-MIMOと位でチャネルを割り当てます。無線機器はこのチャネルを1対1で利内の帯域を分割しており、同じ周波数を同時に使うわけではありま比較しても、OFDMAは安定した高い実効性が見込めます。

10 分講 座 次世代無線LAN規格Wi-Fi 6/IEEE802.11axとは 〜その 特 徴と利 点 〜

JPNIC Newsletter No.74 MARCH 202029

4

アップリンクMU-MIMO
アップリンク方向もササポートでしたが、802.11ax Wave2では、前述のように MU-MIMO（ Multi User MIMO ）とは、一つのチャネルで1対多の通信を実現する技術です。
ビームフォーミング

ポートされます。
クライアントが応答する制御フレームも同時に送信で空いた場所に位置する無線機器には複数同時に送信しても干できるようになります。

渉しにくいことを利用して、空いたMIMOストリームのアンテナを使って同時に複数のクライアントへ送信します。802.11acではダOFDMAと比較した場合、MU-MIMOはより帯域を稼ぐことがウンリンクMU-MIMO（アクセスポイントからクライアント）のみのできます。

5

BSSカラー
境では、クライアントからは同一チャネルに複数のアクセスポイント自身 が 利 用中 のアクセス ポイントが観測されることがあります。
そのクライアントにとっての通信相

隣 接アクセス ポイント

「隣接ア
手は1台のアクセスポイントだけにもかかわらず、無関係なOverlapping BSS

My BSS

クセスポイント」の電波が送信されている時間も待たなければなりません。
さらに、アクセスポイント同士が十分に離れていて、アクセス私の端末ポイント同士では干渉が問題にならないケースでは、この待ち時間は不必要かもしれません。

図3

BSS カラーによる空き判定

比較的遠くの無関係な隣接アクセスポイントの弱い電波であれ802.11シリーズは一つのチャネルを共有する半二重通信である

ば、「 他の電 波が 出ていない」として扱っても衝 突にならない

ため 、衝 突 回 避 のためのプロトコル「 C S M A / CA（ C a r r i e r

ケースもあるでしょう。自身が通信しようとしている相手との電Sense MultipleAccess/Collision Avoidance）」が存在し波信号品質が高ければなおさらです。BSSカラーと呼ばれる技ます。まず「 私 の 端 末 」自 身 が 送 信 する 前 には C C A（ C le a r

術では、物理層のフレームにカラーコードと呼ばれる識別子を持Channel Assessment ）と呼ばれる空きチャネル判定を行いたせます。通信中の電波を検出したら、フレーム全体を受信するます。他の通信中の電波が存在すれば待機し、その電波の通信終ことなく直ちに、その電波が自身と関係あるものか否かを識別

了を検知後さらに一定時間待機して、ようやく自身が送信できるするためにカラーコードを利用します。自身と無関係な電波であようになります。
この送信機会の獲得は、高密度環境であるほどれば CCA 閾値を高くし、弱い電波が検出されていても待機せずに送信します。その際、自身の送信出力も下げ、自身と無関係な難しくなっていきます。

セルへの妨害をなるべく抑制します。
こうすることで、アクセスポ

802.11axでは「他の通信中の電波が存在する」と判断するCCAイントが高密度に配置された環境でも、待ち時間を少なくして遅閾値を柔軟に制御します。多数のアクセスポイントが設置される環延の改善が見込まれます。

6チャネルボンディング
W52

無線の占有帯域幅を20MHz
従来の無線LANでは、単位で割り当てており、802.11n以降ではこれを複数束ねてスループットを向上させる、チャネルボンディングと呼ばれる技術が使用されています。

802.11axでは最大8チャネル（計160MHz幅）を20MHz

3640MHz

36-40

80MHz40

W53

4448

52

44-48

56

52-56

36-48

W56

60

64

60-64

100

100-104

52-64

160MHz

104

108

112

108-112116

120124116-120100-112

128

124-128132

132-136

116-12836-64

100-128

束ねることができます。広大だと考えられていた5GHz 帯も、チャネルボンディングによって同時利用できるチャネルが減少し、多数の AP が設置されるケースではチャネルが不足するようになりました。さらに、ボンディングによってチャネル幅が広がれば、干渉を受ける幅も広がってしまうことになり、隣接アクセスポイントの影響を受けやすくなります。

30 J P N I C N e w s l e t t e r N o . 7 4 M A R C H 2 0 2 01 2626 2 2626 1 26 1 26152

1102+4 pilots

252

526 1 DC1 26

26 2 26

1 26 152

1 26 1102+4 pilots

242+3DC252

26 2 26

26 2 26

26 1 26 1 26

26 151 DC
15252

1 26 152

51 DC
1102+4 pilots

1 26 1102+4 pilots

25DC242+3DC

4 0MHzOFDMAで の サ ブキャリア 割 当 例

図 4 チャネルボンディングによる広帯域化

25213611140従来このようなケースでは、チャネルボンディングで束ねる帯域を減BSSカラーによって、高密度環境でのチャネルボンディング利用がらして全体のチャネル数を稼ぐことが行われていますが、せっかくの促進される可能性があります。

チャネルボンディングのメリットを捨てることになってしまいます。

7高速化技術
これまで紹介してきた技術は主に高密度環境での速度を底上げす

ト向上、屋外環境での長いマルチパスへの耐性向上、OFDMAサブるものでしたが、高速化技術も盛り込まれています。

チャネルの効率的な割り当てのために変更されました。

まずOFDMシンボル長（≒最小通信時間）を従来の4倍（3.2μs→さらに変 調 方 式として、新たに 1024Q AM（ 802.1 1ac では12.8μs）とし、長いガードインターバル（0.8μs〜3.2μs）もサポー256QAM ）が追加されました。最大データレートは 9.6Gbps

トします。
ガードインターバルのオーバーヘッド減少によるスループッ（802.11acでは6.8Gbps）となっています。

8バンドの拡大
Wi-Fi Allianceは、新しい 6GHz 帯を利用したWi-Fi 6 の拡張よる性能低下がありません。後方互換性の悩みもないでしょう。

規 格 で ある「 W i - F i 6 E 」を 発 表しました 。W i - F i 6 E で はもちろん、新しい帯域はクリーンで広大です。Wi-Fi 6E が一般

5935MHz 〜 7125MHz を利用するとされ、今後まもなく世界消費者の手に行き渡るにはまだ時間が必要かと思われますが、各 国の規 制 当 局が 利 用を承 認すると言われています。新しい非常に楽しみな拡張です。

6GHz 帯にはレガシーな無線 LAN が存在せず、それらの 干 渉に

9

新しいセキュリティWPA3
Wi-Fi 6では「WPA3」と呼ばれる新しいセキュリティ規格がサポートされます。WPA3-Personalでは、PSK に代わって SAE（Simultaneous Authentication of Equals; 同等性同時認証）によって保 護されます。WPA3 SAEでは、辞 書 攻撃への耐性、比較的弱いパスワードでの安全性向上、前方秘匿性（もしパスワードが解読された場合でもそれ以前にパケットキャプチャされたパケットは 復 号 不可能）が 実 現されます。この SAE はWPA2 を前 提とした従 来 の端 末との互 換 性はありませんが、WPA3-Transition modeによりWPA2 相当のセキュリティでの接続は可能です。

PMF（Protected Management Frames）は必須となり、管理フレームは簡単に覗き見されなくなります。
WPA3-Enterprise

10

では新たに192bit CNSA（Commercial National SecurityAlgorithm）セキュリティモードが定義されました。
WPA 3 からは 最 終 的 に外 さ れ ました が、新たに Enhanced
Openと呼ばれるセキュリティ規格が定義されたので、トピックとして紹介しておきます。
従来、公衆無線 LANなどで不特定多数へサービスを提供する場合は、PSKや暗号化なしでの実装が多くみられ、第三者による傍 受の可能性がありました。Enhanced
Openでは、現在のパスワードなしの Openと同 様に利用者 がSSIDを選ぶだけで、端末ごとに独立した鍵を生成し第三者による 傍 受 から保 護します。この モ ードで は 端 末 も Enhanced
Open に対応していなければ 接 続できませんが、Transitionmodeにより従来のOpenと共存させることが可能です。

終わりに2015 年 11 月発行の61 号で、私は「環境によっては干渉を抑える手にすることができるでしょう。

ことが難しいこともありますが（中略）無線 LANでも近隣のアクうな、そんな時代が来るかもしれません」と書きましたが、まさにWi-Fi 6 関係では他にも、TWTによる省電力化や狭帯域利用での IoT 対応などの機能がありますので、もしご興味があれば調べその時代が到来しようとしていると思います。てみてください。

セスポイントや端末同士が互いに協調してリソースを制御するよ

近い将来、
Wi-Fi 6に対応した端末が普及し、Wi-Fi 5（802.11ac）（株式会社 KADOKAWA Connected 熊谷 暁）の端末が減ってきた頃、私達は高密度でも快適な無線LAN環境を

10 分講 座 次世代無線LAN規格Wi-Fi 6/IEEE802.11axとは 〜その 特 徴と利 点 〜

JPNIC Newsletter No.74 MARCH 202031