4-3

ネットワーク1

Wi-Fi の最新技術動向

2
人見 高史

●シスコシステムズ合同会社

テクニカルソリューションアーキテクト

IEEE 802.11ac はドラフト規格で導入・普及フェーズに。TV ホワ
イトスペースを活用するスーパー Wi-Fi は検討段階。Hotspot2.0
はサムスンとアップルが対応し本格導入へ。

34■無線 LAN と IEEE 802.11、Wi-Fi の送距離：5km 程度

関係4）IEEE 802.22 WRAN（無線 RAN：Regional

2013 年 11 月に発売された iPad Air の仕様には、
「Wi-Fi（802.11a/b/g/n）、デュアルチャンネArea Network）：中長距離地域無線。伝送距離：100km 程度

ル（2.4GHz/5GHz）と MIMO」との記載がある。

一方「Wi-Fi」とは、業界団体 Wi-Fi Alliance

ラップトップ PC への標準実装と近年のスマー（WFA）の認証試験に合格した製品につけられるトフォンの急速な普及に伴い、「無線 LAN」や認証ブランドの名称である。無線 LAN 製品が出

「Wi-Fi」という言葉の認知度は高まってきた。し始めた当初、IEEE 802.11 規格の仕様の曖昧さ

かし、その正確な意味を知るには IEEE 802 委員や、相互接続試験の仕組みがなかったことから、会と Wi-Fi Alliance について理解しなければなIEEE 802.11 に準拠しながら異なるベンダー間でらない。の接続性が担保されないという問題が発生した。

さまざまな無線の伝送規格を規定するために、そのため 2003 年、WFA は無線 LAN 製品の相IEEE 802 委員会は、無線の伝送距離に応じて互接続性認証プログラム「Wi-Fi CERTIFIED」を以下のようなワーキンググループを設置してい発表し、Wi-Fi 認証を取得した製品に Wi-Fi CER-る。「無線 LAN」とは、IEEE 802.11 の伝送規格

TIFIED ロゴの使用を許可するマーケティングをに従った比較的近距離伝送を目的とした無線技推進した。この Wi-Fi 認証によりユーザーは安心術の総称である。

して各ベンダーの無線 LAN 製品を購入できるよ

1）IEEE 802.15 WPAN（無線 PAN：Personal Area

うになり、無線 LAN が世界中に普及する大きなNetwork）：Bluetooth、ZigBee、Wi-SUN 等。伝

原動力となった。

送距離：10m 程度

WFA が 実 施 し て い る 認 証 プ ロ グ ラ ム に は 、2）IEEE 802.11 WLAN（無線 LAN）
：Wi-Fi 等。

Wi-Fi（802.11a/b/g）in single or multi-band

伝送距離：150m 程度（2.4GHz、5GHz）、Wi-Fi-n（802.11n）、Wi-Fi-ac

3）IEEE 802.16 WMAN（無線 MAN）／ BWA（802.11ac）、WPA ／ WPA2 -Enterprise ／ Per-（Broadband Wireless Access）：WiMAX 等。伝sonal のコア認証プログラムがある。それに加第4部

製品・技術動向20151234

え、Passpoint（Hotspot2.0）や、Miracast（Wi-■ IEEE 802.11 規格

Fi Display）、WMM（Wi-Fi Multimedia）などのIEEE 802.11 ワーキンググループは、さらにタオプション認証プログラムがある。また 2013

スクグループに分かれている。各タスクグループ

年 9 月には、60GHz 帯無線を使用する「WiGig

では、802.11a/b/g/n/ac などの伝送の高速化や、（802.11ad）」を発表し、2014 年にその認証プロ802.11e/h/k/p/r/s/u などの高機能化、802.11i のグラムの開始を予定している。

ような情報セキュリティといった規格を定めてWFA の認証プログラムの技術仕様は、IEEEいる。

802.11 規格に準拠しているとはいえ、実装上の主なタスクグループとその規格内容を、資料明確化や WFA 独自の機能拡張を行った仕様もあ

4-3-5 に示す。「標準活動」の欄に「ACTIVE」とり、無線 LAN 実装における事実上の標準規格に記載されているもの以外は、標準化活動が完了しなっている。

たタスクグループである。

資料 4-3-5 IEEE 802.11 委員会の主なタクスグループ（2013 年 10 月時点）

5

出典：筆者作成

802.11 の伝送規格は物理層とデータリンク

・802.11a/g：OFDM による周波数効率向上（伝層の MAC 副層からなる。2.4GHz と 5GHz の周

送速度：54Mbps）

波数帯における無線 LAN の物理層の伝送高速化

・802.11n：マルチパスを利用した高速化（伝送は、次のように発展してきた。

速度：600Mbps）

・802.11：2.4GHz 帯のスペクトラム拡散（伝送・802.11ac：下りの MultiUser-MIMO（伝送速速度：2Mbps）

度：1.3Gbps ／ 6.9Gbps）

・802.11b：CCK による DSSS の高速化（伝送速い 。た だ し 、ほ ぼ 仕 様 が 確 定 し た こ と か ら 、

度：11Mbps）

202

802.11ac 規格の標準化はまだ完了していな

第4部

製品・技術動向2013 年 6 月 に WFA が 802.11ac の ド ラ フ ト 規認した。スーパー Wi-Fi とは、「Wi-Fi よりも長い格（D5.0 以降）に基づく Wi-Fi CERTIFIED ac の伝送距離、速い通信速度、高い信頼性を持つ、免認証プログラムを開始した。これにより、2013許不要」の新しい無線ブロードバンドサービスの年夏頃から 802.11ac（draft）準拠のスマートフォことを指す。

2ンやラップトップ PC が続々と市場に登場してき日本においても、総務省ホワイトスペース推進た。無線 LAN 高速化の動きは、すでに 802.11ac会議が「TV ホワイトスペースを利用した無線ブの導入・普及フェーズに入ったといえる。

ロードバンド」の実現に向けて技術検討や運用調資料 4-3-5 にあるように、IEEE 802.11 委員会整の検討を行っている。

において現在アクティブな活動としては、1 つにIEEE 802 委 員 会 は TV ホ ワ イ ト ス ペ ー ス をは、802.11af「Wireless LAN in the TV White

活用するための 3 つの規格を策定している。

Space」や、802.11ah「Sub 1GHz」、802.11ak「En-冒 頭 で 述 べ た 無 線 RAN 向 け の「802.22」と 、hancements For Transit Links Within Bridged

TV ホワイトスペースの Wi-Fi 利用を目的とすNetworks」のような、無線 LAN の適用領域を広る「802.11af」、802.15.4 のセンサー系システげる取り組みがある。また、802.11ai「Fast Ini-ム を TV ホ ワ イ ト ス ペ ー ス で 運 用 す る た め のtial Link Set-up」や 802.11aq「Pre-Association「802.15.4m」である。

Discovery」のように、無線 LAN 利用の利便性を3 つのうち、802.22 は、人口密度の低いルー向上させる動きもある。さらに、新たな活動とラルエリア向けのブロードバンドサービス用にして、駅や繁華街など無線 LAN 端末の密度が高設計された規格だ。地方のディジタルディバイい環境においても高い伝送効率を実現する HEWドを解消することを目的とする。無線を使うた（High Eﬃciency WLAN）タスクグループの立ちめ、ケーブル回線を引き回すのに比べると投資コ上げ準備も行われている。

ストを低く抑えられる。さらに、テレビ放送用の本稿では、このような最近の IEEE 802.11 委電波を使うため、最大 100 キロメートル程度まで員会の活動の中から、TV ホワイトスペースの広範囲にサービスを提供できる。既存のテレビ活用技術として注目を集めているスーパー Wi-放送への電波干渉を抑えるために、コグニティブ

Fi 802.11af と、アップルの iOS 7 で採用されて無線の技術を IEEE 規格として初めて採用した。

普及と活用が期待されている Hotspot2.0（WFA

なお、802.22 は「スーパー Wi-Fi」の一つとPasspoint、IEEE 802.11u）について解説する。

呼ばれる場合もあるが、Wi-Fi とは異なる技術である。

■ TV ホ ワ イ ト ス ペ ー ス を 活 用 す る「スーパー Wi-Fi」■ IEEE 802.11af 規格

伝播特性に優れたテレビ放送用の周波数帯域

802.11af は、TV ホワイトスペースの周波数帯には、時間や地域を限定すると、使用されていな域におけるチャネルアクセスと共用条件に対応い帯域（TV ホワイトスペース）がある。

するように、802.11 物理層と MAC 副層を拡張

2010 年に米 FCC（Federal Communicationsした規格である。多重化方式は OFDM、チャネCommission）は、この TV ホワイトスペースをル帯域幅は 6MHz ／ 7MHz ／ 8MHz、その伝送「スーパー Wi-Fi」サービスに利用することを承速度は約 20〜30Mbps で、伝送距離は 100〜500

第4部

製品・技術動向

1203

3

45

1メートル程度である。

アクセスポイント（AP）の配下にある複数の STAの干渉を防止するためのローカルデータベース●位置情報から最適な周波数を取得

234

802.11af の最大の特徴は、地域ごとのテレビ

tity：GDB から入手する情報により動作する装置

周波数チャネル情報を格納するホワイトスペー

4）GDD enabling STA：GDB にアクセスしてそスジオロケーションデータベース（GDB）の存の場所でのテレビ周波数の使用チャネルと利用条在を前提としている点である。802.11af では、件の情報を入手し、配下の GDD dependent STA

GPS 位置情報機能を備えた機器が、GDB から空の運用チャネルを制御する。具体的には Wi-Fi のきチャネルマップや利用条件の情報を取得してAP を指す

最適なチャネルを利用するための、MAC 副層を

5）GDD dependent STA：GDD enabling STA規定している。

によって制御される STA。運用チャネルを GDD

TV ホワイトスペースは、テレビ放送用の周53）Geo-location Database Dependent（GDD）en-enabling STA もしくは RLSS から入手する波数帯域の空き周波数帯を利用する。そのため、これらの 802.11af 構成要素間には、以下のよ

既存のテレビ放送に影響を与えないことが最大

うな MAC 副層の論理メッセージが規定されての課題である。米国 FCC の規定では、漏れ電波いる。の許容範囲は-55dB と非常に厳しいものになっa）GDD Enable 手順：GDD enabling STA が、ている。そのため当初、米国のスーパー Wi-Fi で

TV ホ ワ イ ト ス ペ ー ス の 空 き チ ャ ネ ル を 使 っは、運用周波数帯にテレビ放送電波が存在するかて GDD Enabling Beacon Signal を GDD depen-をセンシングして、干渉を自動回避すること（スdent STA に送り、GDD enablement req ／ res のペクトラムセンシング）を要求していた。しか交換によって GDD のネットワークを構築する。

し、この厳しい規制に合格する機器開発は困難をb）CAQ（Channel Availability Query）：CAQ の極めた。そのため、FCC はスペクトラムセンシ

手順により、GDD dependent STA が空きチャネングを断念し、GDB による空きチャネルの検索

ルマップの形で利用可能なテレビ周波数帯域のを義務づけた。

情報を入手する。
c）CVS（Contact Veriﬁcation Signal）：CVS は、●構成要素とメッセージ

GDD enabling STA が 自 分 の 配 下 に ど の GDD

802.11af のネットワークは、以下の構成要素

dependent STA が存在するかを確認するためにからなる（資料 4-3-6）。

送信される。一方、GDD dependent STA は自分

1）Geo-location Database（GDB）：地域ごとのテが最新の空きチャネルマップを保持しているかレビ周波数チャネル情報を格納するデータベースどうかを確認できる。

2）Registered Location Secure Server（RLSS）
：204

第4部

製品・技術動向

資料 4-3-6 802.11af の論理メッセージ12345
出典：筆者作成

IEEE 802.11af に加え、資料 4-3-6 左側のジ

こうした背景から日本での 802.11af の活用は

オ ロ ケ ー シ ョ ン DB を 利 用 す る た め に 、IEEE

まだ検討段階であるが、電波干渉を防ぐためのジ

802.19.1「TV White Space Coexistence」に基オロケーション DB の考え方は、TV ホワイトス

づ く TVBD（TV Band Device）間 の 共 存 方 式

ペースだけでなく他の無線システムにおいてもと、IETF RFC6953「Protocol to Access White-

有効利用を図れる可能性を秘めている。

Space Databases」準拠のデータベースアクセス手順を用いることが検討されている。

■次世代公衆無線 LAN「Hotspot2.0」
スマートフォンや携帯電話を使用する際に、●ジオロケーション DB の有効利用

ユーザー ID やパスワードを入力する必要はない

TV ホワイトスペースの活用には、高効率なデし、移動するたびに接続する携帯事業者の基地局ジタル化を進める地上波テレビ放送事業から一を探す手間もかからない。海外へ行った際には旦認可した周波数帯域を取り上げる側面もある。

国内の携帯事業者とローミング契約を結んだ海そのため、米国においても通信と放送で利害の不外事業者のネットワークに自動的に接続され、そ一致があり、スーパー Wi-Fi 利用に関する法整備の料金精算も自動的に行われる。また同じ基地はまだ進んでいない。

局のセル内にいる他の利用者から、通信内容をのまた、日本は米国に比べて国土が狭く、都市部ぞき見られたり攻撃を受けたりする恐れもない。

においてテレビ放送用周波数帯域は高密度に利このような、携帯の世界で当たり前のように行わ用されていて、TV ホワイトスペースが少ない。

れてきたことが、公衆無線 LAN では実現されてそのため、802.11af もルーラルエリアでの利用こなかった。

が主体になると予想される。

スマートフォンの普及により、モバイルデータ

第4部

製品・技術動向

205

12

3

45

トラッフィクは急増している。これに対処する

WFA と、WISPr を推す Wireless Broadband Al-

ため、携帯のモバイルコアから家庭内無線 LANliance（WBA）とが争ってきた。

や公衆無線 LAN にモバイルデータトラッフィク

2011 年 6 月 に 両 者 が 歩 み 寄 り 、WBA がをオフロードすることは、携帯事業者にとって最NGH（Next Generation Hotspot）プ ロ グ ラ ム

優先課題であった。そのため、各通信事業者は、に Hotspot2.0 を全面的に取り入れる形で決着し数 10 万局の公衆無線 LAN のアクセスポイントた。NGH では、ネットワーク選択や認証などの（AP）を国内に設置してきた。

無線 LAN 機器間の接続仕様に Hotspot2.0 を採が、一時期の Wi-Fi オフロードのハイプ（誇張用し、無線 LAN 事業者間の相互接続や料金精算される時期）は、現在では過ぎ去ったように見では WBA の Wireless Roaming InterEXchange

える。特に、屋外の公衆無線 LAN のオフロード（WRIX）に準拠する。無線 LAN 機器の相互接続効果は期待されたほどでなかった。携帯事業者に実績のある WFA と、無線 LAN 事業者間のローが無線 LAN 接続のためのソフトを配布しても、ミングに実績のある WBA の、両者の得意な技術ユーザーにとっては、使い勝手の悪い無線 LANを採用した折衷案といえる。

よりも、3G や LTE の携帯網に接続する方が容易であった。そのため、携帯事業者の設備投資は、3G 網のオフロード先でもある LTE 網の拡充に向かった。

■ Hotspot2.0 の機能
現在規定されている Hotspot2.0 の機能は、以下の 3 つに大別される。

しかし、携帯事業では、ライセンスバンドとい・IEEE 802.11u のネットワークの検出・選択機

う有限の電波資源を使い、基地局周辺の不特定多能による AP の自動選択数のユーザーにサービスを提供しなければなら

・WPA2-Enterprise に基づくセキュリティ機能のない。その中で、今後ますます急増するモバイル向上

データトラフィックに対処するには、LTE ／ LTE-・EAP-SIM ／ AKA ／ TLS の認証機能によるリンAdvanced などのマクロセルと、無線 LAN などク接続時の自動認証のマイクロセルの両者を有効に活用する、「Het-ネットワークの検出・選択は、802.11u に規定erogeneous Network」の構築が必須である。そされた Generic Advertisement Service（GAS）のためにも、この「公衆無線 LAN の使いにくさ」と Access Network Query Protocol（ANQP）にを解消する必要がある。

よって実現される。GAS は、802.11u 対応の AP「Hotspot2.0」とは、これらの公衆無線 LAN／無線 LAN コントローラと端末との間に、広報の課題を解決するために WFA が主導して規定しプロトコルフレームのレイヤー 2 トランスポーた次世代公衆無線 LAN の名称である。

トを提供する。ANQP は、GAS の上で端末が AP

公衆無線 LAN サービスでログインの際のユー
ザ ー 認 証 の 手 間 を 省 く 試 み は 、2003 年 に 規定された WISPr1.0（Wireless Internet Service
Provider Roaming1.0）に始まる。その後、次世代公衆無線 LAN 規格を巡り、Hotspot2.0 を推す

206

第4部

製品・技術動向からネットワークの情報を入手するためのプロトコルである。
GAS と ANQP を用いた Hotspot2.0 のリンク
確立のシーケンスを、資料 4-3-7 に示す。

資料 4-3-7 Hotspot2.0 のシーケンス

12345
出典：筆者作成

・Beacon には 802.11u interworking IE が含まスに分けて規定している。2012 年 6 月には、リれ、端末は Venue Type や Access network type

リース 1 仕様に基づき Wi-Fi CERTIFIED Pass-（private 網や課金等）などの情報を見て ANQP

point の 認 証 プ ロ グ ラ ム が 始 ま っ た 。ま た 、の Query を行う AP を選択する

Hotspot2.0 準拠を表す名称として「Passpoint」

・GAS ／ ANQP を用いて、端末は NAI Realm listが用いられるようになった。

（EAP-TLS ／ TTLS）や、3GPP Cellular Informa-1）リリース 1：Technical Speciﬁcation Version

tion List（EAP-SIM ／ AKA のための PLMN ID）、

1.0.0（2012 年 5 月）

Network Authentication type、Roaming consor-

・802.11u ANQP 拡張（WFA 独自の ANQP 情報

tium list などのネットワーク情報を取得する要素）

・取得した情報をもとに、認証を行う事業者と接・ネットワーク選択

続する最適な AP を決定し、アソシエーションを・セキュリティ

張る2）リリース 2：WFA HS2-0 Technical Speciﬁ-

・AP との接続は、WPA2-Enterprise の 802.1X にcation R2 V3（2014 年完了予定）よる認証と AES の暗号化によってセキュリティ・オンラインサインアップが保たれる

・プロバイダーポリシー

・802.1X の認証では EAP-SIM ／ AKA ／ TLS が・OMA DM ／ SOAP-XML を用いた認証やポリ利用可能なため、ユーザーが ID やパスワードをシーのプロビジョニング入力することなくネットワークとの認証が行われる
WFA では、Hotspot2.0 の仕様を複数リリー

さ ら に 、リ リ ー ス 3 に 向 け て の 検 討 も 始 まり、「常に最適なネットワーク接続」を目標にHotspot2.0 の機能拡張を図っている。

第4部

製品・技術動向

207

1■ Hotspot2.0 導入の課題
2013 年にはサムスンの Galaxy S4 が端末として Passpoint 認証を取得し、さらにアップルが2

iOS 7 での Passpoint サポートを表明した。このように Hotspot2.0 普及の気運が高まっている。
しかし、その本格利用にはまだ課題も多い。

3802.11u も Hotspot2.0 もさまざまなネットワー
ク情報を端末に運ぶ枠組みに過ぎず、それらの情報をどのように活用してユーザーの利便性を高4めるかは、個々の通信事業者と機器ベンダーに委ねられている。
さらに、端末が接続するネットワークを選択

5する際に考慮しなくてはならない事柄として、通信事業者が事前に配布するポリシー（3GPPANDSF、WFA Management Object）や、ユーザーがスタティックに端末に設定するポリシー、リアルタイムなネットワーク環境（RSSI 等）がある。これらをどのように組み合わせてネットワークを選択するかは、端末に実装される Connection Manager の作りに依存する。その Connection Manager を、ユーザーが Google Play やApp Store のようなオープンなマーケットから自由に入手するのか、それとも通信事業者や端末ベンダーが配布するのかも不透明である。
このような通信事業者や端末ベンダーの枠にとらわれない Hotspot2.0 活用のための仕組みができて、ようやく使い勝手の良い次世代公衆無線
LAN Next Generation Hotspot が実現するので
あろう。

208

第4部

製品・技術動向