動画にて【無線LANの安定性】についてご説明させて頂きます。
無線LANが遅い、頻繁に切れるようなことはありませんか？
企業向け無線LAN機器には様々な安定性対策が実装されていますが、この回では無線LANが不安定になる原因と共に、無線LAN機器がどう対応して安定性を確保しているのかご紹介致します。
これまでシスコで20年、様々な無線LANの案件に関わった経験をもとにご紹介します。
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このカタログについて
| ドキュメント名 | 工場で活用が広がる無線LAN基礎技術ガイド |
|---|---|
| ドキュメント種別 | ハンドブック |
| ファイルサイズ | 21.3Mb |
| 取り扱い企業 | シスコシステムズ合同会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧) |
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このカタログの内容
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無線LANの基礎
シスコシステムズ合同会社
2020年12月
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無線LANの一般知識
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なぜ、無線LANの基礎知識が必要？
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ワイヤレスを知っておくべき理由
[Global IP traffic, wired and wireless] 端末を接続する機器のプライマリ
は 「無線」 になっている。
[グローバルのIPトラフィックの割合]
2016年 2021年
有線: 51% 有線: 37%
無線: 48% 無線: 63%
[Global Internet traffic, wired and wireless]
[グローバルのインターネットトラフィックの割合]
2016年 2021年
有線: 38% 有線: 27%
無線: 62% 無線: 73%
© 2017 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. Cisco Public Source:The Zettabyte Era Trends and Analysis
http://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/vni-hyperconnectivity-wp.pdf
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無線LANの基礎知識を学ぶ
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無線LANとは
[一般的な無線LAN接続]
無線LANとは、
無線通信でデータを送受信するLANシステム。
IEEEに準拠し、Wi-Fi Allianceの認定を取得したものが一般的。
Wireless LAN、WLAN、Wi-Fi などと呼ばれる。
基本的には親機(アクセスポイント:AP）と子機（端末:Client）を接
続しますが、子機同士のアドホック通信や、LTEに対応したスマ
ホとPCなどを繋ぐデザリングなどもあります。
[アドホック通信]
IEEE Wi-Fi Alliance
通信・電子・情報工学とその関連分 無線LAN製品の普及団体。相互接続
野における規格の標準化団体。 性試験の策定、認定などを行っている。
IEEE802.11a/b/g/n/acなど無線やそ WPA、WPA2、WMM、802.11ac
[テザリング] れ以外の規格も標準化。 wave1,wave2など無線に特化した相
無線LAN製品はこれに準拠している。 互接続認定。
Internet
注）認定を取得していない端末がある場合は
LTE 接続問題が発生しがちです。事前に接続試験
の必要性を説明し、スケジュールを立ててもら
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いましょう。
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無線LANの規格（一部）
【2.4GHzで互換性のある規格】
規格 概要 802.11b/g/n
IEEE802.11a 5GHz帯無線LAN
IEEE802.11b 2.4GHz帯無線LAN 【5GHzで互換性のある規格】
IEEE802.11e QoSの為に 802.11 MACを強化する
802.11a/n/ac
IEEE802.11g 高速2.4GHz帯無線LAN
IEEE802.11i 802.11 MACセキュリティ及び認証メカニズムの強化
IEEE802.11j 日本における4.9GHz帯無線LAN
IEEE802.11k 無線資源測定技術（高速ローミングと連携可能）
IEEE802.11n 高スループット（2.4GHz,5GHz)無線LAN
IEEE802.11r 高速ローミング
IEEE802.11s メッシュネットワーク
ホットスポットと外部ネットワーク間に機能及びインター
IEEE802.11u フェイスを提供
IEEE802.11v 無線ネットワーク管理（高速ローミングと連携可能）
IEEE802.11w 管理フレームのセキュリティ
IEEE802.11ac 超高速5GHz無線LAN
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Wi-Fi規格の進化
111an/以g 降 2019 〜 • 10年ぶりの大変革
MIMO • 多様な業務利用(有線の置
フリーWi-Fi普及 き換え！)
Wi-Fiが主役 Wi-Fi 6 • VRなどのリアルタイム通信
2013 １1ax • IOT
業務用ハンディ端末活用 • デジタルマーケティング
会議室等での簡易利用 Wi-Fi 5
2009 １1ac 9.6Gbps
第6世代Wi-Fi
Wi-Fi 4
2004 高帯域、低遅延、高密度
2003 １1n 3.5Gbps
1999 Wi-Fi 3 （5GHzのみ） 下位互換あり
Wi-Fi 2 １1a
Wi-Fi 1 １1g 600Mbps（複数のアンテナによる安定、高速化（MIMO）が利用可能に）
© 2１0171 bCisco and/or its affiliates. All rights reserved. Cisco Public
11Mbps 54Mbps
54Mbps（5GHzが利用可能に）
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無線LANのスループットの特徴
無線LANのスループットは良い環境でも理論値
の50%〜60%となります。
つまり、300Mbpsと表示されていれば、良くて
150Mbps〜180Mbpsのスループットとなります。
接続済み
300Mbps！ 端末数や周りの電波環境によって、更に低下す
ることもありますので、有線とは違う点を意識す
る必要があります。
あくまで
理論値
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無線LANの利点と考慮すべき点
[利点]
• 各端末へ有線を敷設するコストを削減
• フリーアドレス、レイアウト変更に対応しやすい
• 移動して使う端末が利用できる
[考慮すべき点]
• 電波なので、外部に漏れてしまう可能性がある
• 有線に比べて、通信が不安定になることがある
• 通信障害の際、無線部分の切り分けが必要
有線はケーブル
品質がある程度
保証されている。
問題がある場合 無線は電波部分も
は交換できる。 トラブルシュートし
ないといけない。
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無線LANで利用できる周波数帯
2.4GHz帯と5GHz帯。1つのAPで双方同時に利用できるものが一般的です。
無線を使用する場合は基本的には免許が必要ですが、無線LANでは誰でも気軽に使
用できるように免許の要らない帯域を利用している。フリーの帯域の為、無線LAN以
外も使用している。
短波放送 FM放送
赤外線通信(IR)
地デジ(470-710MHz)
いわゆる音 AM放送 携帯(700-2500MHz)
超 極超
極超長波 超長波 長波 中波 短波 マイ ミリ波
短波 短波 クロ波 〜可視光 紫外線 X線/γ線
ELF/ULF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
0Hz 3k 30k 300k 3M 30M 300M 3G 30G 300G 3EHz以上
(Exa = 1018 = 106 T)
2.4GHz帯 5GHz帯
(802.11b/g/n) (802.11a/n/ac)
2.400GHz〜2.497GHz
W52: 5.150〜5.250GHz
W53: 5.250〜5.350GHz
© 2017 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. Cisco Public W56: 5.470〜5.725GHz
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チャネル（Channel, CH)
同じ周波数帯の中で同時にデータの送受信が行えるよう帯域幅を分割したもの。
[2.4GHzのチャネル]
全て屋内外で利用可能
22MHz幅
5MHz幅
802.11b
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 CH
802.11g/n 20MHz幅 同時利用数3
[5GHzのチャネル] DFS対応 DFS対応
W52（屋内用） W53（屋内用） W56（屋内外で利用可能）
CH
802.11a/n/ac 36 40 44 48 52 56 60 64 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 同時利用数19
20MHz幅
802.11n/ac 同時利用数9
40MHz幅
802.11n/ac 同時利用数4
80MHz幅
802.11ac 同時利用数2
(Wave2)
160MHz幅
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チャネルの特性
APと端末は同じCH。違うCHのAPは干渉しない。（2.4GHzは5つ以上CHを離す必要あり）
36CH
1CH 6CH
36CH
1CH
11CH
APと端末は同じCH
で通信。
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異なるCHは同時に使用しても干渉しない。
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2.4GHz と 5GHz の特徴
[2.4GHz]
• 屋内外で利用可能。
• 一般的に広範囲に電波が飛び、障害物があっても回り込みやすい。
• Bluetooth、電子レンジ、コードレスフォン、ISMバンド（産業、科学、医療）
などでも利用されており、干渉が起こりやすい。
• 同時に利用できるCH数が3つと少ない。
[5GHz]
• 802.11ac対応で高速な通信が期待できる。
• 同時に利用できるCH数が多い。20MHz幅で19個。
• 現状では、干渉源が少ない。
• 屋内でしか使えないCHと屋内外で使えるCHがある。
• 2.4GHzに比べ直進性があり、回り込みしにくい。
• 気象レーダー、空港レーダー、軍事レーダーと干渉する恐れがあり、
DFS/TPC の動きをしなければならならない制限がある。
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DFS/TPC の動作
[DFS(Dynamic Frequency Selection) 動！作概要] 5GHz の W53,W56 の CH で
①レーダー波との干渉を検知 レーダーとの干渉を検知した場
合に他の CH へ移行する機能。
100CH
②260ミリ秒以内に電波を止める！10秒以内に他のCHへ移行
③移行したCHで電波を出す前に1分スキャン
120CHで
レーダーいますか？
④移行先のCHで電波を出している際も継続してレーダーがいないか確認
先ほどレーダー波を検知したCHは30分利用禁止（検知したAPにて)
120CHで
レーダーいないかな？
30分利用禁止 120CH
100CH
[TPC(Transmitter Power Control) 動作概要]
© 2017 Ciレsco aーnd/orダ its aーffiliateとs. Aのll right干s rese渉rved. を Cis回co Pu避blic する為、複数のAPで平均出力を3dB下げる機能
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【参考 各種レーダ配置図】
気象レーダーは各観測所や空港にあり、身近なものと言
えます。 雨（雪）レーダも各地の山に設置され、全国くまなくカ
© 2011 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. バーしています。 Cisco CSonofiudernctieal 総務16省
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軍事レーダーは軍/ 自
衛隊が適宜使用して良
いことになっています。
防衛省、自衛隊の駐屯
地と基地は全国各地に
配備されています。
Source
http://japonyol.net/jsdf.html
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干渉
同じ周波数/CHを使用した際に発生する待ち時間や同タイミングで通信を行った際に、
電波がぶつかり合うこと。データを正しく検出できなかったり、再送が発生し、スループッ
トの低下、通信障害の原因となりえます。
• 無線LAN同士の干渉：
譲り合いの機能(CSMA/CA)が入っており待ち時間が発生、スループット低下
• 規格外の無線LAN、干渉源による干渉：
電波がぶつかり合い、お互いノイズ（雑音）となり、衝突、再送が増え、スループット低下、通信障害が発生
あれ？よく聞こえない
1CH 1CH 1CH
通信中 通信中
干渉源
待ちます
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干渉
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無線LAN通信の譲り合い機能（CSMA/CA）
CSMA/CA （Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance） は無線LAN
製品に必ず搭載されている同じCHの無線空間のフレーム衝突を回避する機能です。
動作としては、通信開始前に他の端末が通信中でないか確認、他端末が通信していない場合に通信開始、通信
前にはランダムな待ち時間を待ってからデータを送信させます（複数端末で同時に送信しないよう）。
無線 LAN では AP と 1 台の端末が通信している間は、他の端末は待機状態となります（半二重通信）、つまり、
1台のAPに接続する端末数が多いと、その分待つ時間も増える（スループットもより低下する）。
【無線の場合】 【有線スイッチの場合】
D:待機 E:待機 同時に、1台ずつ、
双方向
片側通行
B:待機 A:通信中 C:通信中 E:通信中
C:待機 B:通信中 D:通信中
A:通信中
重要）有線のスイッチと違い、無線LANは基本的に1台ずつ処理します！
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CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance）
・Carrier Sense
通信を開始する前に1度受信を試みて他のクライアントがいるか確認する。
・Multiple Access
複数のクライアントが同じ回線を共用している場合、他のクライアントがいない場合に自分の通信を行う。
・Collision Avoidance
他のホストの送信終了(ACK)を検知した場合、自分が送信を開始する前にランダムな長さの待ち時間をとる。
SIFS: 短いフレーム間スペース
=10μs 待っている端末
802.11管理フレームなどで利用
PIFS: PCF がまたお互いにフレーム間スペース
SIFS+1×スロットタイム=30μs ぶつからないよ
DIFS: DCPフレーム間スペース うに待ち時間は
SIFS+2×スロットタイム=50μs ランダム
データフレームで利用
端末Aが通信
している際はB
〜Eは待ち