チュートリアルDay

Wi-Fiの混雑に向き合う基本的知識とオフィスWi-Fi提供時の課題
Internet Week ShowCase in Sendai 2019-05-30

株式会社 KADOKAWA Connected
Akira KUMAGAIこの資料の目的• 混雑解消 〜電波とはなんなのか〜• オフィスや公衆 WiFi 設計サンプル• トラブルシューティングに使える機材と読みかた

2

無線LANの特徴•

操作に免許不要
• 安価
• 不安定
•
•

•

他人の電波干渉源を排除できない
故意の妨害は、その行為自体は違法でないこともある

セキュリティ
••安定運用が難しいのに社会インフラ扱い

他人が何をしているかよくわからないリソース(電波)が国に管理されていない•

よそからの電波による干渉など、解決できない問題もある

3

電波ってなに周 波 数 (ν) 高い→

この辺がWi-Fi

ν (Hz)
長波

マイクロ波

赤外線紫外線X 線 , γ線

短 波λ (m)波 長 (λ) 短い→

電波

一 般 的な無 線 通 信可視光線

電磁波と周波数

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:EM_spectrum.svg

電波と呼ばれる範囲はけっこう広い• 耳では聞こえない・音波は別のもの(音は空気の弾性波)•

4伝送媒体としての電波••

空間を媒体とする共有メディア•

空間だから共有せざるを得ない•

まったく別規格の無線通信でも、ノイズでも共有•品質が予測しにくい•

究極品質の無線通信は、送信機と受信機をシールドされた媒体で接続 (有線通信)

半二重通信「こちらは〜です、どうぞ」が基本

伝送媒体(空間)5速く・安く・遠くまで

Photo CC BY cea+ https://www.flickr.com/photos/centralasian/4534292595/“良い・安い・早い
これらのうちから 2つを選べます”
6

速く・安く・遠くまで速く←→遠く
宇宙探査機

速く

遠く

は両立できないシャノンの定理• 通信路容量の限界はチャネル幅と信号品質で決まる
フリスの伝達式• 同じ周波数なら信号強度は距離自乗に反比例

困難
JJY(1bps)
GPS(25 - 50bps)

Wi-Fi

Bluetooth
NFC

安く安くなると• 誰でも使える小さな設備(低性能)• 自分と関係ない信号（ノイズ）が増える→ 信号品質の低下

物理的に接触しなくても情報が取得できる
受信してみないとそれが何の情報なのか分からない（受信行為自体の法規制が不可能）

7周波数(Hz)と性質
周波数

低波長
アンテナ

長い

短い

大きい
障害物を貫通導体、水分を貫通しない

飛び方
いろいろある

通信路容量

高

小容量

指向性

作りにくい

減衰

小無線
L
A
N
はこのあたり小さい
障害物に反射/吸収

光っぽい
直進性が高い
大容量
作りやすい
大
8

光として考える

なんとなく光に近い特性があるので電波を光に見立ててイメージする。
無線アクセスポイントは電球。

9

光として考える

効率を考えると、カサがあったほうがいい
上方への光は無駄だし、よそに干渉する
10

光として考える

使いたいところが決まっていれば、スポットでビームにするのが一番よい
強力なうえ、干渉も防げる
11

光として考える•

電球はすべて同じものだとしても、明るさはかなり変わる•

カサやスポット器具自体に、電球の電力を高める効果はない
四方八方へ散らばっているエネルギーを狭い方向へまとめるだけ•

アンテナも、アンテナの指向性が電力を増幅することはない
アンテナのゲインはエネルギーを狭い範囲へ集中させた結果の利得12光として考える

天井の照明

床置きの照明低いところに設置すると陰ができやすい13実際のアンテナ(1)異なるビームパターンのアンテナを2つ内蔵している機種
右は小さいセル向けアンテナのイメージ※部屋の絵は正確ではありません14

実際のアンテナ(2)仮想アンテナ(アイソトロピック アンテナ)

完全無指向性のアンテナは作りにくい
完全ではないが家庭用APはこれに近い

ダイポールアンテナ
水平方向に無指向性
似た照明器具はない

パッチアンテナ

八木アンテナパラボラアンテナ
複数のアンテナを内蔵し指向性を電気的に制御(ビームフォーミングなど)

15
http://www.cisco.com/web/JP/product/hs/wireless/airoa/prodlit/product_data_sheet09186a008008883b.html
https://webresources.ruckuswireless.com/datasheets/r510/ds-ruckus-r510.html

光として考える
天井から照らすと影ができにくいが、遠くまで届きすぎて、たくさん設置すると干渉する可能性がある
天井の照明器具は全部同じ色のため、それぞれの光を区別できず、混ざって干渉してしまう

16

チャネルの違い

光の色（周波数）の違い
電波の場合でもチャネルの違いのようなもの

17

チャネルの違い

混ざった場合、空間が共有されてしまい、大きなコリジョンドメインになってしまう(半二重通信です)18チャネルの違い
同じ色 同じ場所
チャネル 電波到達範囲

端末を収容できる空間の最小単位“セル”
セル 2個セルあたりの収容能力は物理的な上限がある
ボトルネックになりやすい、空間を共有している限りAPを増設しても改善されない
高密度Wi-Fi環境では、これをいかに分割していくかがカギとなる

セル 1個
19

空間の分割例
同じ面積を分割してみる3分割

APあたり30端末

合計90端末8分割

APあたり30端末

合計240端末20

空間の分割例
カバー範囲優先(低密度) 収容端末数優先(高密度）
何がネックになるか電波の到達範囲

電波干渉

APの数少ない (大セル)

多い (小セル)アンテナの指向性

無指向性

指向性

電波の到達範囲

できるだけ遠くまで狭い範囲で止める

障害物

少ないほうがよい

多いほうがよい

周波数帯

低いほうがよく飛ぶ

高いほうが広帯域

ユースケース

家庭、IoT等

オフィス、スタジアム等

21

電波を遠くまで飛ばしすぎない•

電波が必要以上に飛びすぎると干渉が起きる•

遠くまで飛んだとしても、AP 1台あたりに収容できる端末数は限られているから、遠くまで飛ばしてもかえってパフォーマンスは悪化する••

たとえば AP 1台あたり端末の収容数を40台で設計しようとしても、数十メートルも電波が届いてしまうとこれを超えてしまう•

同時利用できるチャネルが、2.4GHz帯では最大でも3つ、5GHz帯でもチャネル ボンディングによって減少。チャネルの重複は避けにくい到達させたいところまで届いて、それ以上は漏れないようにピタッと止まるのが理想だが、困難• 指向性の鋭いアンテナは高コスト

22APを設置してみる

23無線中継器の罠
中継器なし

中継器あり
色は電波の到達範囲2倍以上のエアタイムを占有

24

無線中継器の罠（さらに・・）

APとPC-1は互いに電波が届かず、見えないため、同時に送信してフレームが壊れてしまうかもしれない
色は電波の到達範囲

ユーザ数の少ない環境では有効な中継器も混雑している環境に導入すると破滅することも25

電波の強さとデータレート26

電波の強さと速度(距離)•(bps)

転送速度は、電波の強度によってリアルタイムに変更されている

だいたい自由空間を想定したシミュレーション

27電波の強さと速度(bps)macOS では option + Wi-Fi アイコン
で現在の速度を確認できます。リアル
タイムに変化する様子がわかります28

電波の強さと速度(bps)•

電波の品質が低い場合（信号が弱い、ノイズが多い）、速度(bps)を自動的に下げるようになっている•

電波の状況は、ほとんどの場合何らかのエラーがあり、無線LANはそれを前提にエラー訂正をしながら動いている•

伝送媒体が空間そのものであるため、品質の予測がしにくい29

ノイズと速度(bps)

ああ、その時です。背後の兵舎のほうから、誰やら金槌で釘を打つ音が、幽か吾輩は猫である。名前はまだ無い。に、トカトントンと聞えました。それを聞いたとたんに、眼から鱗が落ちるとは吾輩は猫である。名前
どこで生れたかとんと見当がつかぬ。何であんな時の感じを言うのでしょうか、悲壮も厳粛も一瞬のうちに消え、私は憑きも薄暗いじめじめした所でニャーニャー泣いはまだ無い。
ものから離れたように、きょろりとなり、なんともどうにも白々しい気持で、夏ていた事だけは記憶している。吾輩はここで始めて人間というものを見た。しかもあとでの真昼の砂原を眺め見渡し、私には如何なる感慨も、何も一つも有りませんでし
どこで生れたかとんと聞くとそれは書生という人間中で一番獰悪なた。 見当がつかぬ。何でも薄種族であったそうだ。この書生というのはそうして私は、リュックサックにたくさんのものをつめ込んで、ぼんやり故郷時々我々を捕えて煮て食うという話である。
暗いじめじめした所でに帰還しました。
しかしその当時は何という考もなかったから別段恐しいとも思わなかった。ただ彼の掌にあの、遠くから聞えて来た幽かな、金槌の音が、不思議なくらい綺麗に私からニャーニャー泣いていた
載せられてスーと持ち上げられた時何だかフミリタリズムの幻影を剥ぎとってくれて、もう再び、あの悲壮らしい厳粛らしいワフワした感じがあったばかりである。掌の事だけは記憶している。
悪夢に酔わされるなんて事は絶対に無くなったようですが、しかしその小さい音上で少し落ちついて書生の顔を見たのがいわゆる人間というものの見始であろう。この時は、私の脳髄の金的を射貫いてしまったものか、それ以後げんざいまで続いて、吾輩はここで始めて人間妙なものだと思った感じが今でも残ってい私は実に異様な、いまわしい癲癇持ちみたいな男になりました。
る。第一毛をもって装飾されべきはずの顔がというものを見た。しかと言っても決して、兇暴な発作などを起すというわけではありません。その反つるつるしてまるで薬缶だ。その後猫にもだもあとで聞くとそれは書いぶ逢ったがこんな片輪には一度も出会わし対です。何か物事に感激し、奮い立とうとすると、どこからとも無く、幽かに、た事がない。のみならず顔の真中があまりにトカトントンとあの金槌の音が聞えて来て、とたんに私はきょろりとなり、眼前生という人間中で一番獰突起している。そうしてその穴の中から時々の風景がまるでもう一変してしまって、映写がふっと中絶してあとにはただ純白ぷうぷうと煙を吹く。どうも咽せぽくて実に悪な種族であったそう
弱った。これが人間の飲む煙草というものでのスクリンだけが残り、それをまじまじと眺めているような、何ともはかない、ある事はようやくこの頃知った。
ばからしい気持になるのです。
だ。この書生というのはこの書生の掌の裏でしばらくはよい心持にさいしょ、私は、この郵便局に来て、さあこれからは、何でも自由に好きな勉坐っておったが、しばらくすると非常な速力
時々我々を捕えて煮て食強ができるのだ、まず一つ小説でも書いて、そうしてあなたのところへ送って読で運転し始めた。書生が動くのか自分だけがうという話である。しかんでいただこうと思い、郵便局の仕事のひまひまに、軍隊生活の追憶を書いてみ
ノイズ（他の通信）に埋もれたら遅いほうが有利
30

ノイズと速度(bps)

ああ、その時です。背後の兵舎のほうから、誰やら金槌で釘を打つ音が、幽か吾輩は猫である。名前はまだ無い。に、トカトントンと聞えました。それを聞いたとたんに、眼から鱗が落ちるとは吾輩は猫である。名前
どこで生れたかとんと見当がつかぬ。何であんな時の感じを言うのでしょうか、悲壮も厳粛も一瞬のうちに消え、私は憑きも薄暗いじめじめした所でニャーニャー泣いはまだ無い。
ものから離れたように、きょろりとなり、なんともどうにも白々しい気持で、夏ていた事だけは記憶している。吾輩はここで始めて人間というものを見た。しかもあとでの真昼の砂原を眺め見渡し、私には如何なる感慨も、何も一つも有りませんでし
どこで生れたかとんと聞くとそれは書生という人間中で一番獰悪なた。 見当がつかぬ。何でも薄種族であったそうだ。この書生というのはそうして私は、リュックサックにたくさんのものをつめ込んで、ぼんやり故郷時々我々を捕えて煮て食うという話である。
暗いじめじめした所でに帰還しました。
しかしその当時は何という考もなかったから別段恐しいとも思わなかった。ただ彼の掌にあの、遠くから聞えて来た幽かな、金槌の音が、不思議なくらい綺麗に私からニャーニャー泣いていた
載せられてスーと持ち上げられた時何だかフミリタリズムの幻影を剥ぎとってくれて、もう再び、あの悲壮らしい厳粛らしいワフワした感じがあったばかりである。掌の事だけは記憶している。
悪夢に酔わされるなんて事は絶対に無くなったようですが、しかしその小さい音
上で少し落ちついて書生の顔を見たのがいわゆる人間というものの見始であろう。この時は、私の脳髄の金的を射貫いてしまったものか、それ以後げんざいまで続いて、吾輩はここで始めて人間妙なものだと思った感じが今でも残ってい私は実に異様な、いまわしい癲癇持ちみたいな男になりました。
る。第一毛をもって装飾されべきはずの顔がというものを見た。しかと言っても決して、兇暴な発作などを起すというわけではありません。その反つるつるしてまるで薬缶だ。その後猫にもだもあとで聞くとそれは書いぶ逢ったがこんな片輪には一度も出会わし対です。何か物事に感激し、奮い立とうとすると、どこからとも無く、幽かに、た事がない。のみならず顔の真中があまりにトカトントンとあの金槌の音が聞えて来て、とたんに私はきょろりとなり、眼前生という人間中で一番獰突起している。そうしてその穴の中から時々の風景がまるでもう一変してしまって、映写がふっと中絶してあとにはただ純白
ぷうぷうと煙を吹く。どうも咽せぽくて実に悪な種族であったそう弱った。これが人間の飲む煙草というものでのスクリンだけが残り、それをまじまじと眺めているような、何ともはかない、ある事はようやくこの頃知った。
ばからしい気持になるのです。
だ。この書生というのはこの書生の掌の裏でしばらくはよい心持にさいしょ、私は、この郵便局に来て、さあこれからは、何でも自由に好きな勉坐っておったが、しばらくすると非常な速力
時々我々を捕えて煮て食強ができるのだ、まず一つ小説でも書いて、そうしてあなたのところへ送って読で運転し始めた。書生が動くのか自分だけがうという話である。しかんでいただこうと思い、郵便局の仕事のひまひまに、軍隊生活の追憶を書いてみ
自分の通信は他者の通信にとってノイズとなる

しその当時は何と31

ノイズと速度(bps)

信号電力
信号の品質(S/N)＝
ノイズ電力
信号電力を高めるには両立がむずかしそう•送信機をハイパワーなものにする•受信機の感度を高める•アンテナの指向性を高めて無駄な方向に電波を送らない
ノイズ電力を下げるには•無関係な他の無線局をローパワーにしてもらう•アンテナの指向性を高めて無駄な方向のノイズを拾わない•受信機内部や自然界で発生するノイズを低減する

32

電波の強さと速度(bps)

通常は壁などがあるので、こういう電波強度になり、
33

電波の強さと速度(bps)

速度はこんな感じ、左下の部屋はちょっとつらい
34

まとめ
•

電波は半二重メディアで、空間を共有•

光のような伝搬特性•

同じ周波数の電波が混ざると干渉を起こす•

チャネル利用率を低く保つためにはセル設計が重要•

電波の品質が悪いとデータレートが低下する•

ノイズが多いのと電波が弱いのは同じ•

35

チャネル利用率36

混雑とは？
• 無線通信は時空間(エアタイム)を占有して行なう
スイッチングしない•

同時に複数の端末が通信できてるように見えるけどその瞬間では、通信は必ず1:1で行われていてほかの端末は待機している37

チャネル利用率
無線は、誰かが送信しているときは他の端末は送信できない

Good チャネル利用率が高まると衝突が発生しやすくなるので、低く保つのが理想衝突が発生しやすくなるとチャネル利用率が更に高まり、他の誰も送信する隙間がなくなってしまい、制御フレームも送信できず、破滅する

Poor

38

一台のアクセスポイントと複数の端末が時間で区切って順番にデータを転送する
ある一瞬では APと端末はチャネルを占有している39

占有時間、順番などもばらばら
通信内容がないこともある
40

たとえば、5台の端末に10KBずつ、計50KB転送することを考える(全部54Mbpsで転送)
41

転送レート(bps)は電波強度によって変わる
オレンジの端末の転送速度が2Mbpsに下がった場合、
42

43

端末が一台遅いと全体が遅くなる•

同じ50KBを転送するのに、遅い端末が一台いるだけで時間(エアタイム)が5倍くらい無駄になった•

遅い端末の通信が終わるのを、みんな待っている•

遅い端末の存在はリソースを食い潰す

44

電波を遠くまで飛ばしすぎない
遅いレートで通信させない

遅いレートをDisableにしてみましょう45遅いデータレートを制限すると•電波が遠くまで飛ばないようになる(セルサイズが小さくなる)•下のオレンジ色のようなことが起こりにくなる

46

まとめ•

遅いデータレートで接続している端末は、全体の足を引っ張る•

チャネル利用率が高くて不安定な場合、遅いデータレートを無効にすることで改善できる可能性がある•

ただし遅いデータレートを無効にすると電波の届く範囲は狭くなる

47実際のAP配置例

48

オフィスの例• 5GHz帯をメインに• 席数からAP1台当たりの収容数を決める• チャネルが不足するのであれば、チャネル ボンディングをせず20MHz幅にしたほうが良い結果が得られることも• どうしてもDFSを受けたくない場所があればW52から割り当てる• DFSをの影響を受けやすい方角とチャネルがあるので、しばらく運用してみてそのようなチャネルの利用を除外する

49

APの配置と収容端末数
AP1台あたり最大でも30端末ほどを想定
この架空のオフィスの場合、壁などが少なくセルのサイズを小さくしにくい。同じチャネルを使う可能性があるAP同士が相互に見えるとセルの結合が起こる架空の平面図

50

壁でどれくらい減衰するか実験

時間

かなり重いドア12dBくらい?
扉扉を開閉している

時間

会議室間の壁
意外、3dB程度

中央の凹みが 中(壁越し)へ運び込んだ瞬間
本当はもうちょっと離して測るべき

51

公衆WiFi シェアオフィスの例• 電波的にはオフィスと同じと考えてよい• 端末同士の通信を禁止する
インターネット• AP内での設定(P2P Blocking Actionなど)
ルータ• 収容スイッチの設定(switchport protectedなど)

非保護ポート

○

保護ポート

保護ポート

AP1

AP2

×
PC1

○

でも端末同士の通信ができないといけない
場合もある(アプリ開発など)

×
PC2

PC3

端末同士の通信を防ぐ構成

52

公衆WiFi ライブハウス• 外国人観光客などにニーズがある• 地下など、携帯電話が入りにくい場所では非常に高密度になる• 2.4GHz帯を利用する無線LAN以外の機器を考慮すべき• ワイヤレスマイクや音響機器と干渉を起こすとインパクトが大きい• b/g は提供しないことも考えたい• 演者用の必須のものと、来場者用のものはセル(AP, チャネル)ごと分ける

ワイヤレス

iPadで操作する卓インターネット接続を使うVJ

53

公衆WiFi 喫茶店の例• 店の目的からして、端末の密度はあまり高くない• なるべくならAPの台数を少なく済ませたい• 遠くまで電波を飛ばしたいのでデータレート制限はゆるめに• Wi-Fi提供者向けセキュリティ対策の手引き
http://www.soumu.go.jp/main̲sosiki/joho̲tsusin/security/cmn/wi-ﬁ/Wi-Fi̲manual̲for̲AP.pdf

54

QandAQ

一つのAPにどれくらいの端末数を収容できる?

A

チャネル利用率がボトルネックとすると、多くても40台程度か。端末が多く接続していても、ユーザ トラフィックが小さければ80台程度でも問題ないことも。ファイルサーバや高画質な動画などの利用はチャネ
ル利用率を下げにくく、収容数はさらに減る。802.11axに期待。

Q

チャネル割当や送信出力は手動で指定するほうがよいか?

A

APが3-4台なら手動でも可能かもしれないが、それ以上になると現実的でないと思う。外来波も変化するため、丁寧にサーベイしてチャネル割当をしても意味が薄いこともある。どうしても固定したいエリア(気象レーダによるDFSを受けたくない等)のみ手動で指定し、自動割当がよい。運用中に問題が多いチャネルが見つかれば手動で除外や固定をする。運用中に変更されないようなチャネル幅(20/40/80MHz等)は手動でもよいかも。コントローラは充分に利巧です。

55

QandA
Q

チャネルが外来波とどうしてもかぶってしまうが…
同じチャネルに別のAPが見えていても、チャネル利用率が高くなければインパクトは小さい。外来波のAPのチャネル利用率が高まる

Aと、自営APの通信に衝突する可能性が高まる。逆も同じで、外来波のチャネル利用率が一定でも自営APのチャネル利用率が高まると衝突の可能性も高くなる。

Q

設計といっても、まず何から始めたらよいのかさっぱりわからないA

最初に、端末の密度(1㎡あたり0.5台あたりが高密度かどうかの境界か)、アプリケーション(一般オフィス/動画/セルラーオフロード等)、APの取付可能な位置を調査する。一般的なオフィスなど、端末の密度が高密度とまでいかないケース
では、アプリケーションが必要なスループットを充分に満たせる端末収容数を計算し(端末一台あたり5Mbps 必要、APあたりのスループットが実効300Mbpsであれば300/5 == 60台、しかし端末が多ければそうもいかないため 2 倍の安全率で 30台 など)、それを満たせる送信出力(APのデータシートに掲載されていることが多い)を想定した距離(20m~等)でAPを配置し、最低限の設定を行なえばよいだろう。それより高密度になると急に厳しくなる。AP同士だけでなく端末が送信する電波でノイズ増大、端末によりチャネル 56

トラブルシューティング
測定器で見てみる

57

どんな測定器がある?
スペクトラムアナライザ✅飛んでいる電波そのものを見る✅WiFi以外の電波も見える⚠復号はできない

WiFi アナライザ✅電波そのものではなくIEEE802.11 復号後を見る✅WiFi の中身を詳しく追うことができる⚠WiFi 以外の電波が干渉源になっていても見えない58

どんな測定器がある?
•

WiFiアナライザ - WiFiだけを見る✅WiFi の中身を詳しく追うことができる⚠WiFi 以外の電波が干渉源になっていても見えない••

Metageek inSSIDer (Windows, macOS)
WiFi Analyzer (Android)✅安価 or 無料。アプリをインストールするだけ⚠WiFiのビーコンしか見えない 干渉などはわかりにくい•

AirMagnet WiFi Analyzer (Fluke Networks→NetScout Systems)✅中身まで詳しく分析できる⚠高価59

どんな測定器がある?
•

スペクトラムアナライザ - 電波そのものを見る✅WiFi 以外の電波も見える✅高速⚠電波の形をそのままグラフにするだけなので、読み取るのには慣れが必要•

Metageek Wi-Spy+Chanalzer (Windows)
WiFi用に特化したスペクトラムアナライザ✅USB接続で小形✅設定項目が少なく扱いやすい✅WiFi ビーコンをスペクトラムに重ねて表示ができる⚠超高価ではないが ご家庭向きの価格とはいいがたい60

Wi-Spy + Chanalyzer の例⚠電子レンジのノイズを受けているhttps://www.youtube.com/watch?v=vYj1U_YR0YU
61

Wi-Spy + Chanalyzer の例✅変なノイズもなく、チャネル利用率も高くない62

Wi-Spy + Chanalyzer の例⚠108, 112ch のチャネル利用率が高すぎる
63

Wi-Spy + Chanalyzer の例⚠2.4GHz帯全域に広がる非WiFiによるノイズ
64

Wi-Spy + Chanalyzer の例✅同一チャネルに複数のAPがいるが、まだ大丈夫そう65

Wi-Spy + Chanalyzer の例⚠2.4GHz帯では適切な間隔をあけて(ch 1, 6, 11 など)チャネル割当をすべきだが、そうなっていない状態
66

AP 内蔵のスペアナ

APに内蔵されている機種もある
現地にいなくてもよいので便利67

AirMagnet WiFi Analyzer の例

あるチャネルにおいて、どれくらいの変調レートでどれくらいのエアタイムを占有しているか(左)、その結果のスループット

68遅い端末がいる状態ってどんなの?

某所 改善前•チャネルの使用率 74.67%（高すぎる）•

それなのにスループットが769Kbしか出ていない
69

遅い端末ってどれくらい邪魔?

•横軸は同じ時間•

矢印のタイミングで、赤(1Mbps)はチャネル利用率をすごく上昇させているのに、スループットが全然出ていない
70

遅いデータレートを禁止するとどうなる?

某所 改善後

•最低を36Mbpsに設定、それ未満を禁止•

チャネル使用率を約75%→2.5%まで改善
71

inSSIDer, Wi-Fi Analyzer などの簡易なソフト

結構混んでいるように見えるけど……
72

inSSIDer, Wi-Fi Analyzer などの簡易なソフト

AirMagnetで見ると実はそれほどでもないことも…
73ビーコンとチャネル利用率•

inSSIDerなどは「ここにAPがありますよ」というAPからのビーコンの電波強度だけを計測している•

実際にそのAPがどれくらい使われているかは分からない。あまり使われていなければ影響は少ない

74

どれくらい使われている？

WiSpy+Chanalyzer

右端のチャネル(11ch)に大量のAPが見えるが、利用率が高いのは左端の1ch75

ビーコンとチャネル利用率•

PCのソフトだけでは無線LANの状況を正確に把握することは困難•

でも、APがたくさん存在するということは、混雑している可能性もそれなりに高いかもしれない

76

DFS
レーダーの電波が存在したら送信してはいけない• 5GHz帯には先客である気象レーダーがあるため、レーダーがいたら別のレーダーがいないチャネルに変更する義務がある• レーダーがいないことを最低1分間は確認する義務があり、1分間以上何も送信できなくなるため、接続が途切れる原因となる• 802.11a, 20MHz幅で使っていたときはチャネルに余裕があったが、チャネルボンディングによってバンド幅を広く使うようになり、DFSの影響を受けやすくなった• 最近の製品ではレーダー波が検出されたらチャネル ボンディングをフォールバックして縮退しつつ停波は避けるようになっていたり、レーダー波を検出する前から他のチャネルをスキャンしておき、できるだけ停波しないでチャネルを変更する技術が用いられている
77

DFSの頻度
Nov 01 00:03:48 srv1234-vm001-rsyslogd snmptrapd[1347]: 2017-11-01 00:03:48 <UNKNOWN>[UDP: [10.1.1.1]:56575->[10.1.1.2]:162]:#012DISMAN-EXPRESSION-MIB::sysUpTimeInstance= Timeticks: (2377551800) 275 days, 4:18:38.00#011SNMPv2-MIB::snmpTrapOID.0 = OID:
SNMPv2-SMI::enterprises.14179.2.6.3.81#011SNMPv2-SMI::enterprises.14179.2.2.1.1.1.0 =Hex-STRING: A0 E0 AF 00 00 00 #011SNMPv2-SMI::enterprises.14179.2.2.2.1.1.0 =INTEGER: 1#011SNMPv2-SMI::enterprises.14179.2.2.2.1.4.0 = INTEGER: 52#011SNMPv2SMI::enterprises.14179.2.2.1.1.3.0 = STRING: "AP_NAME"

AP(WLC)のログからDFSが起きたチャネルとAP名を拾って、チャネルごとに集計
AP(=場所)ごとにも偏りがあり、それも役立つ
awk とエクセルなど、道具はなん
でもいい

78

DFSの頻度

https://twitter.com/n_kane/status/935742496524656645

DFS対象レーダー局マップ (by @n̲kane)

https://www.google.com/maps/d/viewer?mid=1HN0HXt1HLAMVClb2YfaTzyM_hLM0QVjS

79無線LANの技術

80

MIMO

電波を波紋としてイメージしてみる

送信アンテナ1つ

送信アンテナ2つ

送信アンテナ2つ(壁あり)

ひとつのチャネルにて、複数のアンテナを使用して複数のストリームを同時に送信するのがMIMO
でも同じチャネルで同時に通信できるのは1:1だったのでは…?
どうして同じチャネルで複数送信できるのか?
81

MIMO2つの信号(s1, s2)を同時に送受信したい
s1

h11

h11s1＋h12s2

h21s2

h12h22h21s1＋h22s2

1.受信側のアンテナでは s1, s2 が混ざって受信される
2.伝送路が4つあり、その応答を調べておく
3.伝送路が既知なら s1, s2 に関する連立方程式を解ける
4.端末で s1, s2 が分離できる
5.帯域幅が2倍になった、めでたし

82

MIMO

もしアンテナが物理的に離れていなかったら? (伝送路の空間相関高)s1h11h21s2

h11s1＋h12s2
h21s1＋h22s2

h12h22アンテナが近いと•相互に回り込みが発生して分離が難しくなり、特性が劣化する• 0.5λくらいは離したい•でもアンテナを離すと端末の小型化が難しくなる•MIMOストリーム数(アンテナ数)を増やすとさらに小型化が難しい
そもそも分離の計算がけっこう大変なのですよね…それならば…?
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MIMO

2つの信号(s1, s2)を同時に送受信したい その2
s1

h11s1h21s2h12h22s2[H]

1.伝送路が4つあり、端末はその応答を調べてAPに送り返す
2.APは伝送路の応答がわかっているので、端末のそれぞれの受信アンテナで s1, s2 が分離ずみになるように*、データ送信前に事前加工してから送信する
3.端末側で分離の計算をしなくてよいので省電力化に有利*端末のアンテナのうち、受信対象でないほうのアンテナで電力が最小(null)になるように加工する
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ビーム フォーミング
干渉や反射の合成を味方につけて波が強くなるところを作る
壁の反射s1s2s1s2s3[H]

1.伝送路が多数あり、端末はその応答を調べてAPに送り返す
2.APは伝送路の応答がわかっているので、端末のそれぞれの受信アンテナで s が最大の電波強度になるように事前加工してから送信する*
干渉や壁の反射で波の濃淡をうまく作って、端末の存在する場所の波が強くなるようにする*MIMOのように複数の送信機から同時送信するのではなく、アレイアンテナをアナログ的にスイッチングして指向性を作る方法もあります。
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MU-MIMO
ビームフォーミングで空いた地点、空いたなら使ってしまう
壁の反射

s1
s2

s1
s2
s3

1.複数いる端末はその応答を調べてAPに送り返す
2.APはそれぞれのフレームが、宛先の端末で電波強度最大になり、宛先でない端末では最小になるように事前加工する
3.事前加工したフレームを同時に複数宛に送信する
4.端末はひとつずつACKを返す
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おまけ87

オフィス街と郊外を測定しながら走ってみた

metageek Wi-Spy88

オフィス街と郊外を測定しながら走ってみた

https://www.youtube.com/watch?v=ACEFav1c9O889

オフィス街と郊外を測定しながら走ってみた

無線LANの電波の例
チャネルの中央に凹み

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オフィス街と郊外を測定しながら走ってみた

無線LAN以外のデータ通信か91

オフィス街と郊外を測定しながら走ってみた
お台場
有明
豊洲
銀座
大手町
秋葉原

秋葉原〜神田〜大手町〜銀座〜豊洲〜有明〜お台場
繁華街から海へ向かうにつれ電波が減っていくオフィス街と郊外を測定しながら走ってみた•

無線LANではないと思われる電波がかなり多い•

繁華街では少し移動しただけで状況が大きく変わる••

一般的に「こうなっている」とは言いにくい無線LANの電波だけを拾うツールでは分からない

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