802.11ac：第 5 世代の Wi-Fi 規格 ホワイト ペーパー

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1 ホワイトペーパー ac: 第 5 世代の Wi-Fi 規格 テクニカルホワイトペーパー 2014 年 3 月 All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 1 of 25

2 目次 1. 要約 ac とは ac が生まれた背景 ac の速度向上の理由 ac の堅牢化 テクノロジーの概要 ac と n の違い 標準ベースのビームフォーミング 帯域幅が示された RTS/CTS すべて A-MPDU チャネル化と MHz レンジと速度 規制 MU-MIMO ac プロジェクト認可要請 ac が実現される時期 ac による影響 互換性 ac にアップグレードする時期 無線リソース管理および WIPS の影響 まとめ 付録 :802.11n とは All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 2 of 25

3 1. 要約 IEEE で策定中の新しい規格 ac は 映画 ゴッドファーザー PART II に例えることができます つまり 素晴らしいものをさらに改良した規格です ac は n のより高速でよりスケーラブルなバージョンです ac ではワイヤレスの自由さとギガビットイーサネットの能力が結合されています ワイヤレス LAN サイトは アクセスポイント (AP) のサポートするクライアント数 各クライアントのエクスペリエンス およびより多くの同時ビデオストリーム数に対応できる利用可能な帯域幅における大幅な向上を享受できるようになります ネットワークに負荷がかかっていない状態でも 遅延の少ないギガビット級の高速通信ができるため ユーザはファイルのダウンロードやメールの同期を行う際にそのメリットを体感できます また より迅速にデバイスの Wi-Fi インターフェイスが起動し AP とデータを交換してスリープに戻ることができるため デバイスのバッテリ駆動時間が延長されます ac は 次の 3 点を強化することでその理論速度を高めています チャネルボンディングの拡張 :802.11n では最大 40 MHz であったチャネルボンディングが最大 80 MHz さらには 160 MHz に増加 ( それぞれ 117 % または 333 % の速度向上 ) より高密度の変調 :802.11n で使用される 64QAM から 256QAM に増加 ( より短いながらも使用可能なレンジで 33 % の速度向上 ) より進化した MIMO(Multiple input, Multiple output): n の 4 空間ストリームから ac では 8 空間ストリームに増加 (100 % の速度向上 ) n 製品で 1 ~ 3 空間ストリームしか使えなかった設計上および経済性の制約は ac でもほぼ変化していないため 類似した製品提供が見込まれており ac 製品の第 1 世代 (Wave 1) は 80 MHz 付近で構築され 物理層で最大 433 Mbps( ローエンド ) 867 Mbps( ミッドレンジ ) または 1300 Mbps( ハイエンド ) を提供する製品となることが予想されています 第 2 世代 (Wave 2) の製品はより多くのチャネルボンディングと空間ストリームにより 最大 3.47 Gbps で動作する製品構成が期待されます ac は 5 GHz 帯専用のテクノロジーであるため デュアルバンド AP およびクライアントは引き続き 2.4 GHz 帯で n を使用しますが ac クライアントは利用率の低い 5 GHz 帯で稼働します 第 2 世代の製品には 新しいテクノロジーであるマルチユーザ MIMO(MU-MIMO) も搭載されることになるでしょう n はイーサネットハブのように一度に単一のフレームをそのすべてのポートに対して送信できるのみであるのに対し MU-MIMO は AP が複数のフレームを同時に複数のクライアントに対して同一の周波数帯上で送信することを可能にします つまり 複数のアンテナとスマート機能で AP はワイヤレススイッチのように動作することができます 技術的な制約があるため MU-MIMO は スマートフォンやタブレットなどのシングルアンテナの端末が多い BYOD(Bring Your Own Device) 環境に特に適しています ac 対応製品は IEEE と Wi-Fi Alliance の連携による取り組みの集大成です IEEE の ac は 2012 年 1 月に承認済みドラフト 2.0 版の修正を そして 2012 年 5 月に改良されたドラフト 3.0 版がそれぞれ策定されており 2013 年末に最終承認される予定です これと並行して Wi-Fi Alliance は初期の IEEE ドラフト版 おそらくドラフト 3.0 版を 2013 年早期の Wave 1 製品の相互運用性認定のベースとして使用することが見込まれています その後 ac の承認日 ( つまり 2013 年 12 月以降 ) に合わせ Wi-Fi Alliance はより高度な ac 機能のテストを含めて ac の認定を更新すると予想されています この Wave 2 の認定には 最大 160 MHz までのチャネルボンディング 4 空間ストリーム MU-MIMO などの機能が含まれるでしょう 全体として このようなスケジュールは n の展開と非常に類似しています 2014 年 2 月現在 Wave 2 認定の発表日は未定です All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 3 of 25

4 会社のネットワークに Wi-Fi インフラストラクチャへの投資を検討している場合 次の 2 つの方法があります どちらもよい選択肢です (1)802.11n AP を購入する n は優れたレベルのパフォーマンスを提供でき 現時点で入手可能であり クライアントの製品で広く導入されています (2)802.11ac AP が公開されるまで待ち 最先端のパフォーマンスを利用する 待たずにすます もう一つの選択肢があります ac に簡単にフィールドアップグレードが可能な Cisco Aironet 3600 シリーズアクセスポイントなどのモジュラ n AP または統合 ac 無線をサポートする Cisco Aironet 3700 シリーズアクセスポイントを導入することです ac では 既存の a/n の機器を即座に ac にアップグレードしない場合でも 既存の導入環境に次のような新たな影響が生じます (1) 近隣の AP のチャネル帯域幅が拡張するため ( 特に動的チャネル割り当てアルゴリズムにおいて ) 無線リソース管理 (RRM) に更新の必要が生じます また (2)802.11a や 11n のワイヤレス侵入防御システム (WIPS) は ( 常に a 形式で送信される ) ビーコンやプローブ要求または応答フレームなどのほとんどの管理フレームのデコードを継続できますが 新しい ac パケット形式で送信されるデータについては把握できません 互換性に関する懸念は不要です ac は既存の a または n デバイスと効率的に共存できるように設計されており 強力なキャリアセンス a/n デバイスに対して有効な a プリアンブルとして示される単一の新しいプリアンブル そして近接するチャネルを使用しているユーザとの衝突を回避するための RTS/CTS( 送信要求 / 受信準備完了 ) の拡張を特徴としています ac とは第一に ac は n の進化形です n についての詳細は付録をご覧ください n によりもたらされるチャネルボンディング MIMO 集約についてすでにご存知の場合は このまま次をお読みください ac が生まれた背景 ac は n を進化させた改良版です ac の目的の 1 つは ギガビットイーサネットネットワーキングにふさわしいより高レベルのパフォーマンスを提供することです ほぼ 瞬時 のデータ転送 高い体感品質 (QoE) を簡単に実現できる充分な太さのパイプ消費者向けの使用では 家庭内のどこにでも高解像度 (HD) コンテンツを提供できる複数のチャネルの構築が目標です 企業には別の課題があります エンタープライズクラスの速度 / 遅延のネットワークの実現 AP あたりのクライアント数が多い高密度環境 この状況は 従業員 1 人が 2 台 3 台の 端末を使用し それらがネットワークリソースを一度に消費するような BYOD のトレンドによって一層深刻化 ビデオストリーミング採用の増加 ac は AP がサービスを提供する各クライアントに対して 高負荷下でも卓越したエクスペリエンスを提供するためのものです は非常に幅広いデバイスにおいて不可欠である一方で それらの一部はコストや電力 量の面で大きく制限されています これらのデバイスではアンテナ 1 本が一般的ですが ac はそれでも最大の効率を実現する必要があります ac にとって有利なことの 1 つは チップ技術が過去数年間で大きく進化したことです チャネル帯域幅をより広く コンステレーション ( 信号点配置 ) 密度をより高くすることができ AP により多くの機能を組み込むことが可能です All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 4 of 25

5 図 ac と n との性能の比較 ac の速度向上の理由ワイヤレス速度は チャネル帯域幅 コンステレーション密度 ( サブキャリアあたりのデータビット ) 空間ストリーム数の 3 つの要因によって決まります ac は 図 1 に示すように これらの限界を引き上げます 数字で知りたい場合 ac の物理層速度は表 1 に基づいて計算できます たとえば 80 MHz 256QAM 3 空間ストリーム ショートガードインターバルでの送信は 234 X 3 X 5/6 X 8 ビット /3.6 マイクロ秒 = 1300 Mbps となります 表 n および ac の速度計算 PHY n または ac 帯域幅 ( データサブキャリア数 ) 56(20 MHz) 1 ~ 4 空間ストリーム数 サブキャリアあたりのデータビット 最大 5/6 X log 2 (64) = 5 OFDM シンボル間隔 3.6 マイクロ秒 ( ショートガードインターバル ) 108(40 MHz) X X 4 マイクロ秒 ( ロング ガードインターバル ) = PHY データレート (bps) 234(80 MHz) 5 ~ 8 最大 5/6 X log 2 (256) ac のみ 2 X 234(160 MHz) チャネル帯域幅を 80 MHz に引き上げれば速度は 2.16 倍になり 160 MHz ではさらに 2 倍になることがすぐに分かります 当然ながら代価もあります より多くの帯域を消費し 毎回 2 倍の数のサブキャリアで同じ伝送速度を分割することになるため 速度は 2 倍になりますが その 2 倍になった速度の距離範囲は若干減少します ( 全体としての大きなメリットとの引き換えに ) 64QAM から 256QAM にすると さらに 8/6 = 1.33 倍速くなります 相互が接近していることからコンステレーションポイントはノイズの影響を受けやすく 256QAM が最も有用な距離範囲は短くなりますが これは 64QAM でも対応できる範囲です それでも 256QAM は 64QAM より多くの帯域やアンテナを必要としません そして速度は空間ストリーム数に正比例します 空間ストリーム数が増加すると トランスミッタとレシーバでより多くのアンテナ RF コネクタ RF チェーンが必要となります アンテナは 1/3 波長 (1.9 cm(3/4 インチ )) 以上の間隔をあけて配置する必要があり RF チェーンが増加すると消費電力量も増加します このため多くの携帯端末ではアンテナ数は 1 ~ 3 本に制限しています All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 5 of 25

6 これら 3 つが総合的に大きな速度向上を可能にします 図 2 および表 2 から分かるように ac 製品の最低許容速度は対応する n 製品より 4.4 倍高速であり ミッドレンジおよびハイエンドの Wave 1 製品は約 3 倍高速で 最大 1.3 Gbps PHY データレートに達しています 実際のスループットは MAC 効率 (70 % を超えることはあまりない ) およびリンクの各端点のデバイス性能に依存します 図 物理層改良に伴うシスコ AP の進化 表 a n ac の重要なデータレート 製品グレード 帯域幅 (MHz) 空間ストリーム数 コンステレーション サイズおよび レート ガードインターバル PHY データレート (Mbps) スループット (Mbps)* a すべて QAMr3/4 ロング n 修正最小 QAMr5/6 ロング ローエンド製品 (2.4 GHz のみ +) QAMr5/6 ショート ミッドレンジ製品 QAMr5/6 ショート 最大製品 QAMr5/6 ショート 修正最大 QAMr5/6 ショート ac 80 MHz 修正最小 QAMr5/6 ロング ローエンド製品 QAMr5/6 ショート ミッドレンジ製品 QAMr5/6 ショート ハイエンド製品 QAMr5/6 ショート 修正最大 QAMr5/6 ショート All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 6 of 25

7 製品グレード 帯域幅 (MHz) 空間ストリーム数 コンステレーション サイズおよび レート ガードインターバル PHY データレート (Mbps) スループット (Mbps)* ac 160 MHz ローエンド製品 QAMr5/6 ショート ミッドレンジ製品 QAMr5/6 ショート ハイエンド製品 QAMr5/6 ショート 超ハイエンド製品 QAMr5/6 ショート 修正最大 QAMr5/6 ショート * MAC 効率 70 % と仮定 a は集約機能がないため除外 + 40 MHz は他の AP が存在するため利用不可と仮定 ac の堅牢化箱のラベルに記載された最大データレートは デバイスが 20 MHz または 40 MHz のみを使用するような既存の AP などの非 デバイスからの干渉やマルチパスフェージング 携帯端末上の少ないアンテナ数 レンジ内の弱い信号などに対処しなければならない実際の環境では あまり意味を持ちません ac の実測速度を価値あるものにしているのは 現実的な条件下で信頼性の高いスループットを実現する拡張性です テクノロジーの概要 ac は 表 3 に示すように 5 GHz 帯でのみ運用される設計となっています これにより Bluetooth ヘッドセットや電子レンジなどを含む 2.4 GHz の干渉を大幅に回避でき 5 GHz 帯をより汎用的に使用できるようにするためユーザが携帯端末 ( およびホットスポット AP) をデュアルバンドにアップグレードする強力な動機付けとなります また この選択は と の支持者間の意見対立を回避することで IEEE プロセスを効率化することにもつながります また いずれにしても 2.4 GHz では 80 MHz の帯域幅はほとんどの規制ドメインで確保できません すでに見てきたように ではより高レベルの変調 ( 最大 256QAM) チャネルボンディングの強化 ( 最大 80 または 160 MHz) そして空間ストリーム数の増加( 最大 8) を実現しています 後述するように 160 MHz の信号を送信する別の方法として MHz と呼ばれる方法もあります ( セクション を参照 ) ac は ショートガードインターバルのオプション (10 % の高速化に貢献 ) および高度な低密度パリティ検査 (LDPC) 前方誤り訂正符号を使用したレンジ内での増分的な速度改善を含む n の有益な機能を継承しています これら LDPC 符号は n の LDPC 符号の進化版として設計されているため 実装すると現行のハードウェア設計を容易に拡張することが可能です オプションとして多様な時空間ブロック符号 (STBC) を使用できますが (1) このリストは n によって定義された豊富な機能から絞り込まれますし (2)STBC はビームフォーミングによって大幅に冗長なものとなっています n はコア STBC モードとして 2X1 および 4X2 拡張モードとして 3X2 および 4X3 も定義していますが 拡張モードは複雑さの増加に対して得るものが少ないため 製品化されていません 実際に Wi-Fi Alliance で認定されているのは最も基本的なモードである 2X1 のみです これを踏まえ ac では 2X1 4X2 6X3 8X4 のコア STBC モードのみを定義していますが やはり 2X1 のみが製品化されると見込まれています 4 本のアンテナを搭載した AP がある場合 ビームフォーミングが使用でき またそれを使用すべきであるのに 4X2 STBC で満足できるとは考えられません また ac はビームフォーミングのためのチャネルサウンディングの単一の実行法として ECFB( 明示的圧縮フィードバック ) を定義しています オプションではありますが 実装において標準ベースのビームフォーミングのメリットを提供したい場合は その単一のメカニズムを選択するしかなく それにより相互運用性のテストを行うことができます All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 7 of 25

8 表 ac の主な要素 項目 ac ドラフト 3.0 Wave 1 の Wi-Fi Alliance 認定 ac( 承認済み修正のサブセット ) Wave 2 の Wi-Fi Alliance 認定可能性 ac 完全修正規格 帯域 5 GHz( 規制地域によってサポートが異なる 米国では 600 MHz 近く ) 6 GHz 未満 2.4 GHz を除く 帯域幅必須 : MHz 必須 : MHz 変調 必須 :BPSK QPSK 16QAM 64QAM オプション :256QAM 空間ストリーム数必須 :2( 非モバイル AP*) 1( その他 ) 前方誤り訂正 オプション : 最大 3 空間ストリーム 必須 :BCC オプション :LDPC オプション : MHz 必須 :2( 非モバイル AP*) 1( その他 ) オプション : 最大 4 空間ストリーム 必須 :1 オプション :2 ~ 8 STBC オプション :2X1 AP 対クライアントオプション : 2X1 4X2 6X3 8X4 ショートガードインターバル サウンディング ( 単一の相互運用可能プロトコル ) 帯域幅が示された RTS に対する応答の CTS 帯域幅が示された RTS 集約 オプション オプション 必須 オプション 必須 :A-MPDU の送信および受信オプション :A-MSDU の受信 A- MPDU MU-MIMO - オプション * Wi-Fi Alliance により導入された追加要件です 必須 :A-MPDU の送信および受信 オプション :A-MSDU の受信 A-MPDU A-MDPU A-MSDU の A-MDPU ac のチャネル帯域幅のほうが広いため 80 MHz AP が別の 20 MHz または 40 MHz AP と また同様に 80 MHz または 160 MHz AP と さらにはそれらの複数と すべて別々のチャネルで オーバーラップする可能性がずっと高くなります この複雑さの中で信頼性の高い運用を可能にするために ac は RTS/CTS メカニズムに対する拡張 より強い Clear Channel Assessment(CCA) 要件 そして新しいプライマリチャネル選択規則を必須化しています セクション を参照してください ac では マルチユーザ MIMO と呼ばれる重要な新しいテクノロジーも導入されています これは実現が困難なため ac 製品の Wave 2 まで保留され オプションとなることが予想されます この詳細についてはセクション で後述します ac と n の違い ac は n の論争を回避し 代わりに n の大きな進歩を拡張して 次世代の速度と堅牢性を実現することに重点を置いてきました たとえば n では A-MPDU A-MSDU および A-MSDU の A-MPDU( 付録を参照 ) を使い分けることで集約方法を開拓してきました ac では実際に 各 ac 伝送が A-MPDU の集約として送信されることを必須としています これは 1 つには A-MPDU の本質的な効率性がその理由であり また他にもいくつかの理由があります ( セクション を参照 ) さらに別の例として ac は n のチャネルアクセスメカニズムを拡張しています 仮想キャリアセンスとバックオフは 1 つの 20 MHz プライマリチャネルで発生し 送信直前に残りの 20 MHz サブチャネルで CCA が使用されます All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 8 of 25

9 A-MPDU のパワーと n のチャネルアクセスメカニズムを受け継いだ ac は 実際のところ MAC における革新をあまり必要としませんでした 事実 MAC の機能として新しく必須になったのは RTS/CTS メカニズムの拡張だけです n には価値が低いながらも多くのオプションがあります ac はそれらに対して非常に実用主義のアプローチを取っています 無用 (useless) のオプションが使用されており サードパーティのデバイスに影響を与える場合 一般に ac は (802.11ac モードで稼働する )802.11ac デバイスがそのオプションを使用することを禁じます 無用 のオプションが n 製品で使用されていない またはそのオプションを有効にしたデバイスのみが影響を受ける場合 その機能は ac 向けにアップデートされず ただ 置き去り (left to die) にされます たとえば n greenfield プリアンブルフォーマットの ac 版はありません ac はプリアンブルフォーマットを 1 つだけ定義しており レガシー a または n デバイスからは 支障なく a プリアンブルに不良 CRC を含むペイロードが後続しているように見えます これは レガシーデバイスが ac の伝送中に送信しようとしたり 不良なペイロードを重ねて送信しようとすることがないことを意味します n は短縮されたフレーム間隔 (RIFS) を導入しており これは連続した送信間のオーバーヘッドを削減しますが A-MDPU が同じ問題をより効率的に解決できることが経験上示されています ac モードで稼働する ac デバイスは RIFS の送信が許可されていません ( ドラフト 3.0 時点で ) ac 向けに更新されていない ( または ac モードで稼働する ac デバイスに対して明示的に禁止されている )802.11n の機能には 拡張 LTF キャリブレーション手順 アンテナ選択 PCO L-SIG TXOP 保護 不均一変調 4X3 および 3X2 STBC モード MCS32 デュアル CTS 保護を含む すべての n のサウンディングオプションが含まれます これらの用語を知らなくても 今後知る必要が生じることはおそらくないため 問題ありません 標準ベースのビームフォーミングあらゆるデバイス ( 複数のアンテナを搭載しているもの ) は いつでも他の任意のデバイスにビームフォーミングすることができます ac では レシーバからの補助によってビームフォーミングを行うトランスミッタがビームフォーミング処理を向上できます これは サウンディング と呼ばれ ビームフォーマからレシーバに向けて正確にエネルギーを誘導することを可能にします ac は 1 台の ac デバイスが他の ac デバイスにサウンディングを行うための 1 つのプロトコルをオプションとして定義しています 選択されたプロトコルは 次のように n の明示的圧縮フィードバックプロトコルに従います デバイス ( 通常は AP) は Very High Throughput(VHT)Null Data Packet(NDP)Announcement フレームを送信します その唯一の目的は AP と宛先となる受信者のアドレスを含むことです VHT NDP Announcement フレームのすぐ後には 宛先向けの VHT Null Data Packet (VHT NDP) が続きます 意図された各受信者が VHT NDP のプリアンブルを使用して AP から自身への RF チャネルを測定し チャネル情報を圧縮します 最初の意図された受信者がすぐに VHT Compressed Beamforming フレーム内の圧縮チャネル情報で応答し その他の受信者は AP によってポーリングされると応答します VHT NDP Announcement フレーム VHT NDP および VHT Compressed Beamforming フレームはすべて n の機能に類似しています しかし 若干の違いがあるために ac のサウンディングは n デバイスとの下位互換性がありません All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 9 of 25

10 また この新しい MU-MIMO 機能 ( セクション を参照 ) をサポートするため チャネルフィードバックには追加の詳細情報が含まれることがあります ECFB( 明示的圧縮フィードバック ) は トランスミッタおよびレシーバでのあらゆる不完全性を考慮に入れた 最も正確なチャネル予測を提供することが知られています しかし ECFB はオーバーヘッドを大幅に増加させます VHT NDP Announcement フレーム VHT NDP 自体 そして圧縮フィードバックを含むフレームのためです 4 本のアンテナを搭載した AP では 圧縮フィードバックはクライアントのアンテナ数および圧縮のレベルによって 180 ~ 1800 バイトとばらつきがあります アンテナ 1 本を搭載した 80 MHz クライアント 1 台だけでも サウンディングに約 250 マイクロ秒かかります デバイスが 433 Mbps の速度で伝送できるとき 代わりにこの時間を使ってさらに 13,000 バイトを送信することができることを考えると これはもったいないです このため クライアントの支援に頼らずサウンディングの問題を解決できるテクノロジー (Cisco ClientLink テクノロジーなど ) は 高い付加価値があります それらは (1) レガシー a/n クライアントも支援し (2)802.11ac サウンディングをサポートしない ac クライアントを支援し (3)2.4 GHz 帯のクライアントも支援し (4) 実際には不必要であるときに標準ベースの明示的サウンディングのオーバーヘッドを回避することができます 帯域幅が示された RTS/CTS 80 MHz( または 160 MHz など ) で稼働する ac AP は a または n クライアントのアソシエーションを受け入れる機能を持っている必要があります このため ビーコンはその 80 MHz 内のプライマリチャネルと呼ばれる 1 つの 20 MHz チャネルで送信されます AP およびその AP にアソシエートしたすべてのクライアントがこのプライマリチャネルとオーバーラップするそれぞれの送信を受信して処理し デコード可能なフレームから仮想キャリアセンスを抽出します しかし AP は近接するその他の協調性がとれていない AP である場合もあります このような AP は既存の a または n AP である可能性があり それらのプライマリチャネルは ac AP の 80 MHz 内の任意の 20 MHz である可能性があります そして 異なる AP およびそれらに関連付けられたクライアントは異なる仮想キャリアセンスを有するため 異なる時間に ( オーバーラップする時間を含めて ) 異なるサブチャネル上で送信することができます ac のチャネル帯域幅は広いため このシナリオは n の場合よりも起こりやすくなります All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 10 of 25

11 図 3 帯域幅シグナリングで強化された RTS/CTS このため ac は強化型の RTS/CTS プロトコルを定義しています RTS/CTS を使用して 図 3 に示すように 発信側と受信側の両方の周辺で チャネル帯域幅がクリアかどうか またどの程度クリアであるかを判断できます まず ac デバイスが RTS を送信するとき (1) この発信側デバイスが周囲の 80 MHz チャネルがクリアであることを検証する必要があり (2)RTS は通常 a PPDU フォーマットで送信されます (3)20 MHz 幅の基本の a 送信がさらに 3 回複製されて 80 MHz を埋め尽くします ( または 7 回複製されて 160 MHz を埋めます ) その後付近の各デバイスが a または n あるいは ac のどのデバイスであるかに関わらず デバイスがプライマリチャネル上で解読可能な RTS を受信します そして RTS を受信した各デバイスがその仮想キャリアセンスをビジーに設定します ( 図 3a を参照 ) プロトコルを堅牢にするため RTS の複製帯域幅は a PPDU 内で報告されます a PPDU フォーマットには帯域幅の表示がないため ac では下位互換性を維持するために若干の操作を行う必要があります 帯域幅の表示はスクランブルシーケンスでエンコードされ また RTS フレーム内のトランスミッタ MAC アドレスの I/G( 個別 / グループ ) ビットが individual( 個別 ) から group( グループ ) に変更されます この最後の変更はスニファトレースで見ることができます All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 11 of 25

12 次に 複製された RTS によって宛先とされたデバイスが CTS で応答する前に 受信側デバイスはそのプライマリチャネル上で または 80 MHz 内のその他の 20 MHz 上で 自身の付近で送信を行っているデバイスがないかをチェックします 付近で帯域幅の一部が使用中の場合 受信側は利用可能で 使用できる 20 MHz サブチャネル上でのみ CTS を返し CTS の PPDU 内の複製された CTS の帯域幅も報告します ここで 使用できる サブチャネルとは または 80 MHz( ただし 160 MHz を除く ) の送信など 発信側デバイスが何かを送信できるサブチャネルを指します これを示しているのが図 3b です 続いて CTS が RTS と同じように a PPDU フォーマットで 利用可能かつ使用できる帯域幅にわたり 20 MHz のチャンクで複製されて送信されます ここでも 付近の各デバイスが自身のプライマリチャネル上で解読可能な CTS を受信します このプロトコルにはその他のバリエーションもあり 発信側がすぐにより狭い帯域幅に切り替えることができない場合などに使用します 前述の説明は 受信側が このサブチャネルは使用中のため 使用しないように と判断できるという 強化の本質を示しています すべて A-MPDU は 各 PPDU 送信が A-MPDU であると定義していますが A-MPDU は単一の MPDU のみを含む場合もあります なぜでしょうか 簡単な答えとしては これは複雑だから ということになります きちんと回答すると これには次の 3 つの理由があります (1)802.11a または n では 送信時間は送信のオクテット数とデータレートによって設定されます しかし 6.93 Gbps の速度での最大 5.5 ms の長さを送信すると 400 万バイトを超え このオクテット数を表すには 23 ビットを要します これらのビットは各 ac 送信の開始時に最低の MCS 速度で送信されると 実質的に毎回 4 マイクロ秒が追加されることになります 代わりに ac 送信の長さは OFDM シンボルあたりのデータビット数の倍数に制限され OFDM シンボル数のみをシグナリングすればよいことになります さらに 4 マイクロ秒長 ( と仮定される )OFDM シンボル数は すでにプリアンブルのレガシー部分で暗黙的に示されているため このシグナリングはほぼ 無料 で行われます 2 そして 最後の OFDM シンボルまでデータを完全に埋める方法が必要です A-MDPU はこれを容易にします A-MDPU 内の MDPU サブフレーム内で MDPU としてデータを送信し null MDPU サブフレームで A-MDPU をパディングして最後の OFDM シンボルまで埋めます (2) このパディングのメカニズムは新しい MU-MIMO 機能で役立ちます (3) A-MDPU は一般的に長いペイロードに対して信頼性を高めるよい方法です チャネル化と MHz ac はチャネル化に対してシンプルさに徹したアプローチを採用しています 図 4 に示すように 隣接する 20 MHz サブチャネルをペアにして 40 MHz チャネルに束ね 隣接する 40 MHz サブチャネルをペアにして 80 MHz チャネルに束ね そして隣接する 80 MHz サブチャネルをペアにしてオプションの 160 MHz チャネルに束ねます BSS(AP とクライアント ) は目的に応じて異なる帯域幅を使用しますが 使用状況は原則的にクライアントの機能によって左右されます 2 送信にショートガードインターバルが代わりに使用され OFDM シンボルが実際には 3.6 マイクロ秒長である場合 実際に存在する OFDM シンボル数を明確にするために必要なのはわずか 1 ビットです All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 12 of 25

13 図 ac のチャネル化 ( 米国 ) 米国では 20 ~ 25 の 20 MHz チャネル 8 ~ 12 の 40 MHz チャネル 4 ~ 6 の 80 MHz チャネル そして 1 ~ 2 の 160 MHz チャネルがあります これらの数は 図 4 に示す異なる帯域に関連する規制が変化し続けているため 範囲で示されています 導入されたほとんどのクライアントがまだ最大 40 MHz の n クライアントだとしたら どうなるでしょうか ac AP を導入することで チャネル数が減少し 干渉が増加することになるのでしょうか IEEE 規格から予想されるように 答えは断固とした No です 2 台の 80 MHz ac AP が同一の 80 MHz チャネル帯域幅を選択することはまったく問題なく 1 台の AP は下の 40 MHz をそのプライマリ 20 MHz チャネルとし もう 1 台の AP は上の 40 MHz をそのプライマリ 20 MHz チャネルとします これは 1 台目の AP に関連付けられた n クライアントは通常通り 20 または 40 MHz の送信ができ それと同時に 2 台目の AP に関連付けられた n クライアントが 20 または 40 MHz を並行して送信できることを意味しています ac で新たに可能となるのは ac クライアントが 80 MHz 全体を利用可能と判断した場合 超高速モードを使用して 80 MHz 全体にわたって送信できるということです これを示しているのが図 5 です All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 13 of 25

14 図 5 同一の 80 MHz 上で異なるプライマリ 20 MHz サブチャネルを使用する 2 つの BSS での並列送信の例 オーバーラップしているがプライマリチャネルが異なる AP の能力は 次によって実現されています n で定義されるセカンダリ CCA しきい値より最大 13 db 厳格化された ac によって必須とされている強化されたセカンダリ CCA しきい値 RTS/CTS 交換への帯域幅表示の追加 ( セクション を参照 ) 時間の経過と共に クライアントは n から ac へと移行するにつれて 80 MHz がより多く使用されるようになります この環境では AP がプライマリ 20 MHz チャネルを変えて調整する必要があります 80 MHz チャネルの機能は より狭い帯域幅のものと比べて大幅に向上されています これは 多くの典型的なシナリオで大きな価値を提供します 40 MHz AP に関連付けられた少数のクライアントが大量のトラフィックを送信する場合 n の 300 または 450 Mbps に制限されます これは 隣接する 40 MHz 上のすべての AP の負荷が軽くても関係ありません より広域のチャネルでは より多くのクライアントがデータをより高速に送信でき より短時間で送信を完了できます 全体として 消費される電力が少なくて済み 他のクライアントは長く待つ必要がありません (Quality of Service(QoS) の向上につながります ) これはより多くの多重化が大容量トラフィックに対してより効率的となる 統計多重 に基づいています 160 MHz チャネルの数は少ないため 160 MHz は一般的な企業向けではありません 家庭では 各 160 MHz チャネルは困難なレーダー検出規制要件の対象となります このため ac は不連続な MHz モードも導入しています 名前から容易に想像できるように これは 160 MHz の波形ですが 2 つの個別の 80 MHz 周波数セグメントで送信され それぞれ任意の許可された 80 MHz チャネル上に存在することができます これを実現するために 時分割複信システムが用いられています このシステムでは AP およびクライアントは 上で送信するか あるいは 上で受信するのみで 1 つの 80 MHz セグメントで送信して もう 1 つの 80 MHz セグメント上で受信することは意図されていません 図 6 に示すように 軽度または中度に使用されている帯域で これは干渉を回避する大きな柔軟性をもたらします 160 MHz の 2 つのオプションに対し MHz には 13 のオプションがあります ( 規制の問題を考慮しない場合 ) 残念ながら MHz デバイスには RF チェーンが 2 倍必要なため MHz デバイスは 160 MHz デバイスよりもはるかに複雑です デバイスは 2 空間ストリームの 80 MHz デバイス または 1 空間ストリームの MHz デバイスのいずれかとして稼働できます この場合 MHz ではより多くの帯域を使用できますが その帯域の使用効率は半減します All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 14 of 25

15 図 MHz および MHz のチャネルオプション 現在利用可能な帯域を踏まえると 160 MHz または MHz のいずれも一般的な企業向けではありません 図 4 から分かるように RRM はずっと複雑なタスクになります 次のことが要求されます レーダーを含むチャネルを回避する ( ある場合 ) 各 AP によって使用されるチャネル帯域幅を均一に拡散し AP のプライマリ 20 MHz チャネルも拡散することが望ましい 付近のその他の または MHz AP とオーバーラップするチャネルを回避する たとえば 1 つの 80 MHz チャネル帯域幅内で プライマリ 20 MHz チャネルを他の AP と調整するか または意図的にプライマリチャネルを合わせないようにするかを決定する これは どちらかにはっきりと決められるわけではありません プライマリチャネルを調整すると 仮想キャリアセンスは完全に機能しますが すべての 20 MHz および 40 MHz トラフィック ( ブロードキャスト マルチキャスト a または n デバイスへのデータトラフィックを含む ) が順番に送信されます この間 40 MHz または 60 MHz の帯域は使用されません それでも クライアントの大部分が ac の場合 スループットおよびエアタイムフェアネスの観点からはこれが一般的に最善のアプローチです 反対に 1 台の AP のプライマリチャネルを下の 40 MHz に そして別の AP のチャネルを上の 80 MHz にそれぞれ割り当てた場合 20 MHz または 40 MHz トラフィックは並列化が可能です ( 図 5 参照 ) クライアントの大部分が a または n の場合 このほうが優れた選択です 物理キャリアセンスまたは帯域幅が示された RTS/CTS で測定された 80 MHz 全体が空いている場合 ac デバイス間の 80 MHz の通信はやはり許可されます ac を最大限に活用するためには AP チャネル割り当ての調整が不可欠で 通常は効果的な一元化 RRM アルゴリズムを利用します All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 15 of 25

16 2.3.7 レンジと速度高速性だけでなく ac では a または n よりも高い堅牢性が実現されます たとえば 450 Mbps を実現するには n では影響を受けやすい 64QAM コンステレーションで最大数の 3 空間ストリームを使用する必要がありますが マルチパス耐性があまりなく ショートガードインターバルで符号化利得が非常に小さくなっています ( 符号化率 5/6 20 % が冗長性に割り当てられます ) しかし 40 MHz から 80 MHz に移行することで ac はロングガードインターバル 16QAM 符号化率 3/4( すなわち 33 % の冗長性 ) のみを使用して 530 Mbps を達成します この改善は図 7 に示されており 80 MHz のリンクがすべてにおいて より高いデータレートを提供しています Wave 1 では 製品構成によってメリットもさまざまですが すべてが n から大きなステップアップとなっています 一方 Wave 2 特に 160 MHz は より一層の高速化を実現します ただし この改善は特に企業においては 利用可能な 160 MHz チャネルの数が非常に限られるため 直ちに役立つというわけではありません 図 ac の範囲内での速度シミュレーション 規制規制要件は次の 5 つの点で ac に関わってきます 一部規制区域では および( または )80+80 MHz の波形を送信するデバイスに対して新しい規則が必要とされます 2012 年 3 月より 40 MHz 超の運用は米国 欧州連合 オーストラリア ニュージーランド ブラジル 南アフリカで許可されており その他複数の国々でも障害なく許可されることが見込まれています 一部には 80 MHz または IEEE による承認後 ac の運用のみを許可する国もあります 現行の規則により隣接するサブバンド ( 例 :5.15 ~ GHz) にまたがる 160 および MHz 波形が許可されている一部の規制区域では デバイスに対して新たにテストが要求されます 現行の規則により隣接するサブバンドにまたがる波形 ( 例 :5.725 GHz を挟む上下 チャネル 144 とも呼ばれる ) の送信が許可されていない一部の規制区域では 新たに規則が必要となります ac デバイス ( およびその他未許可のデバイス ) は 5.6 ~ 5.65 GHz 内およびその周囲において時間領域気象レーダーを含む帯域へのアクセスが充分に確保できません ac の帯域幅はより広いため たとえば 5.35 ~ 5.47 GHz 帯 ( 新たに 80 MHz チャネル 2 つと 160 MHz チャネル 1 つが確保できる ) に 帯域を新たに開放するよう市場からの強い要求があります All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 16 of 25

17 たとえば 米国議会制定法 HR 3630 は 未許可の用途にこの帯域を開放する調査を行うよう NTIA に権限を与えています 世界の規制は常に変化しているため このホワイトペーパーでこの主題について詳細に説明することは困難です MU-MIMO n では デバイスは複数の空間ストリームを一度に送信できますが 宛先は単一のアドレスのみです 個別の受信側フレームにとって これは一度に 1 台のデバイス ( またはユーザ ) のみがデータを取得することを意味します これをシングルユーザ MIMO(SU-MIMO) と呼びます ac の登場に伴い MU-MIMO(Multi-user Multiple input, Multiple output) と呼ばれる新しいテクノロジーが定義されています このテクノロジーでは AP がアンテナリソースを使用して複数のフレームを異なるクライアントに対して 同時に同一の周波数帯域で送信することが可能です n をハブに例えるなら ac は ( ダウンリンクの ) ワイヤレススイッチに例えることができます しかし MU-MIMO は正しく実装することが難しいテクノロジーであるため Wave 1 の AP 製品では提供されません 利用可能になったとしても MU-MIMO には注意が必要です 図 8 に一因を示します ユーザ 1 にデータを送信するために 右上に突出した青い曲線で示すように AP は強いビームをユーザ 1 に向けて形成します 同時に AP はユーザ 2 およびユーザ 3 の方向にあるユーザ 1 向けのエネルギーを最小化します これは ヌルステアリング と呼ばれ 青い線の V 字形に食い込んだ部分で示されます また同時に AP はユーザ 2 に対してもデータを送信しており 赤い曲線で示されるように ユーザ 2 に向けてビームが形成され このビームはユーザ 1 およびユーザ 3 の方向に V 字形が形成されています 黄色い曲線はユーザ 3 に向けた同様のビームで ユーザ 1 およびユーザ 2 の方向では最小化されています このようにして 各ユーザ が希望するデータを強いビームで受信でき 他のユーザに向けたデータからの干渉による劣化は最小限に抑えられます All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 17 of 25

18 図 8 ビームフォーミングとヌルステアリングの組み合わせを使用した MU-MIMO による複数のクライアントへの並行送信 このすべてを適切に動作させ 特に深いヌル値を形成するために AP から全ユーザに至るワイヤレスチャネルを AP 自身が非常に正確に認識している必要があります そしてチャネルは時間経過と共に変化するため AP はチャ ネル測定を続ける必要があり オーバーヘッドが増加します 一部の AP はより高いオーバーヘッドの ac サ ウンディングプロトコルのみを使用しますが AP が ClientLink メカニズムなどとの明示的なサウンディングのやり 取りの数を最小化することができる場合に MU-MIMO の最大のメリットが発揮されます 一方 クライアントでは 他のユーザ向けの信号からの干渉によって 受信する希望の信号に歪みが生じます この 干渉のため MU-MIMO の伝送では 256QAM などの最高レベルのコンステレーションが実行不可能となります まとめると MU-MIMO によって AP は関連付けられたクライアント 特にアンテナ数が 1 本に制限された小型 フォームファクタのクライアント (BYOD クライアントなど ) に対し かなり多くのデータを提供することができます AP 3 が 2 ~ 3 台のクライアントに対して送信を行う場合 有効な速度向上はワイヤレスチャネルの条件に応じて 1 倍 ( 速度アップなし ) から 2 倍または 3 倍とばらつきがあります ac プロジェクト認可要請 ac の幕開けとなった ac プロジェクト認可要請 (PAR; Project Authorization Request) には スルー プットの数値として 500 Mbps のシングルユーザスループットおよび 1 Gbps のマルチユーザスループットなどが 掲げられています これらの数値は ac 修正規格 ( つまり文書 ) 上の要件で 個別製品に対する要件ではあ りません 修正規格では ac 対応製品となる最低限の条件は 製品がシングルユーザで 290 Mbps で稼働 でき マルチユーザに対応しないことと定義しています 3 速度アップが 1 倍未満になると AP は SU-MIMO を代わりに使用します All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 18 of 25

19 ac が実現される時期 ac は図 9 に示すように積極的に標準化が進められています 2012 年 5 月に 300 ページを超える成熟したドラフト 3.0 版が策定されています Wi-Fi Alliance は このドラフト版をベースにして 2013 年半ばに最初の Wave 1 を認定しました IEEE は 業界専門家による継続的な改善に基づいて ac 修正規格の改良を続行しました この作業によって一連のドラフトが作られ 承認版の発行に至り 2013 年末に完了しました 並行して Wi-Fi Alliance は 4 空間ストリーム 160 MHz の運用 MU-MIMO など より幅広い ac の機能を盛り込んだ Wave 2 の認定を確立することが見込まれています 図 9 に示すように Wave 2 の発表日は未定です 図 ac の標準化および認定スケジュール ac による影響 4.1 互換性互換性に関する懸念は不要です ac は a または n デバイスとの上位および下位互換性を最大限にすべく慎重に設計されています 実際 表 4 に示すように ac の設計はよりシンプルで n の a デバイスとの互換性よりも徹底されています ac デバイスは a および n のあらゆる必須モードをサポートする必要があります このため ac AP は a または n フォーマットのパケットを使用して a および n クライアントと通信することができます この目的で AP は n AP と同じように動作します 同様に ac クライアントは a または n パケットを使用して a または n AP と通信することができます このため ac クライアントの登場が既存のインフラストラクチャに問題を生じることはありません All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 19 of 25

20 表 a n ac デバイスの互換性および共存性 レシーバのロールトランスミッタレシーバ a n ac 意図された受信者 a n デバイスは a PPDU にドロップダウン ac デバイスは a PPDU にドロップダウン n n デバイスは n PPDU にドロップ ダウン ac サードパーティ受信者 a 送信される HT_MM PPDU の場合 サードパーティはプリアンブルのレガシー部分に示されたパケット長と追加の EIFS を待つ ( したがって衝突がない ) HT_GF PPDU の場合 プリアンブルは a フォーマット PPDU を使用して送信された MAC 保護 ( たとえば RTS/CTS または CTS-to-self) が先行する場合のみ送信される ( したがって衝突がない ) サードパーティはプリアンブルのレガシー部分に示されたパケット長と追加の EIFS を待つ ( したがって衝突がない ) n サードパーティはプリアンブルのレガシー部分に示されたパケット長と追加の EIFS を待つ ( したがって衝突がない ) ac さらに ac フォーマットのパケットのプリアンブルは a フォーマットのパケットと同じであるため サードパーティの a および n デバイスの両方に対して CCA メカニズムが作用します これらのサードパーティデバイスは ac プリアンブルを参照すると即座にパケットの持続時間がわかり その時間は送信を行わないことを理解します また パケットの後には一般的に a フレームで送信される Ack または Block Ack が続くため サードパーティデバイスは Ack または Block Ack を正しく受信し 通常通りの送信を試み続けることができます 最悪のシナリオは サードパーティデバイスが ac フレームを検出するものの Ack または Block Ack のトランスミッタの範囲外にある場合です しかしここでも サードパーティデバイスは拡張フレーム時間 (EIFS と呼ばれる ) の間待機し 衝突を心配することなく Ack または Block Ack が送信される時間を与える必要があります このプリアンブルレベルの互換性のため ac デバイスは ac 送信の前に CTS-to-self または RTS/CTS を先行させる必要はありません このような b デバイスが存在する中での g パケット送信に関連する非効率性は 5 GHz では完全に回避されます ac にアップグレードする時期幸運なことに IT 管理者には利用できる 2 つの優れたテクノロジーがあります (1)A-MPDU MIMO ビームフォーミング そして 40 MHz 内で 65 ~ 450 Mbps の速度を備えた n と (2)A-MPDU MIMO ビームフォーミング そして 80 MHz 内で 290 ~ 1300 Mbps の速度を備えた ac です n は現時点で利用可能であり 多くの顧客の使用事例に充分な機能を備えています ac はワイヤレス LAN の未来ですが Wi-Fi 認定 ac AP はまだ利用できません ac は範囲内で複数のユーザにフル HD ビデオを提供でき クライアント密度を高め QoS を向上し ネットワークの接続切り替え速度を大幅に高速化することで電力を節約できます ほとんどの IT 管理者は 建物の整備や空間の改装と同時に新しい AP を導入します これらの場合 現時点では n には大きな価値があるため n AP を設置することを推奨します さらに 投資保護のため 容易に ac にフィールドアップグレードが可能なモジュール型の AP を設置するのが最も理想的です ac AP が利用可能になったとき これらのユーザは ac AP の設置を開始すべきです そちらのほうが高価だとしても その金額の差よりも ac で追加される新たな価値のほうが大きいからです All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 20 of 25

21 また IT 管理者は通常 AP を 3 年 ~ 5 年程度のスケジュールでアップグレードします 今日の AP の機能は前世代の AP の機能を大幅に超えているため IT 管理者はスケジュール通りに AP のアップグレードを続けるとよいでしょう ac AP が利用可能になるまで ac へのアップグレードの道を拓くモジュール型 n AP の設置を推奨します 4.3 無線リソース管理および WIPS の影響 ac にアップグレードされない a または n の導入では 近隣で導入される ac の影響と 攻撃者が悪用する可能性を通常通り考慮する必要があります ac はオーバーラップするデバイスが 80 MHz またはさらには 160 MHz を超えて送信可能であるため RRM( 無線リソース管理 ) に影響を与えます ソフトウェアアップグレードにより 既存の RRM システムでビーコンフレーム内の新しい ac フィールドから ac AP の存在を検出し 影響を受ける帯域幅を抽出することは可能です この知識を利用し RRM システムは付近の ac AP からの影響を緩和できます RRM システムは (1)1 台のオーバーラップした ac AP はより広い帯域幅に影響を与え かつ (2) 任意の 20 MHz サブチャネルに対する影響は ネットワーク内の AP とオーバーラップした AP のプライマリ 20 MHz サブチャネルが合致しているか否かによって異なる ( セクション を参照 ) ため より大変な作業が必要となります ユーザは 自身の AP がすべての利用可能なチャネル ( レーダー検出 (DFS) 要件の対象となるものも含む ) を使用する能力があるかどうかを確認する必要があります ( 多くの消費者向け AP および一部の企業向け AP は規制により DFS チャネルでの運用が許可されていません たとえば米国では 20 MHz チャネルの 63 % が DFS チャネルであるため これは残念なことです ) 一般に a または n 導入のワイヤレス侵入防御システム (WIPS) は ac デバイス 特に単純な攻撃者による攻撃の多くを検出し 軽減することができます ac デバイスは a または n デバイスと通信するときに a または n フォーマットのパケットを使用しており ac デバイスは常にビーコン プローブ要求 プローブ応答を a のレートで送信し続けるためです しかし ac フォーマットを使用して送信されたパケットは a または n デバイスでデコードすることはできません そのような攻撃に対して推奨される対策は 常時 WIPS を稼働する ac AP を数台配置する ( たとえば 5 ~ 6 台の稼働中 a または n AP に ac WIPS AP 1 台 ) か すべての AP を完全にアップグレードすることです 5. まとめ ac は n の改良版で より広い帯域幅でより高速の通信を提供します ac はそれが利用可能になり 特に混在するクライアントにおいて ac デバイスが多数派を占めるようになった場合に 高い利用価値があります n は現在すでに利用可能であり 比較的低速ながらも 11ac と同じ機能を多数提供します 近いうちにワイヤレス LAN に投資を考えている IT 管理者は ac へのフィールドアップグレードが可能な n AP を有力な候補として検討すべきです 付録 :802.11n とは n は a からの大きな進歩でした n では次のような MAC サブレイヤおよび物理 (PHY) 層に関するいくつかの大きな進歩が成し遂げられました Multiple Input, Multiple Output(MIMO) MIMO は多くのメリットをもたらします 空間多重方式 (SM) を利用して帯域消費量を増やすことなく速度を向上します SM はデータを複数のピースに分割して各ピースを並行の 空間 チャネルで送信し 同じデータをシリアル処理で送信するよりもずっと短時間で済みます SM がないと n の最大速度は 150 Mbps となります SM を利用すると トランスミッタとレシーバの両方が少なくとも 2 本および 3 本のアンテナ ( および RF チェーン ) をそれぞれ搭載していさえすれば 300 Mbps および 450 Mbps が利用可能になります All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 21 of 25

22 より優れたアップリンクの信頼性 マルチパスのため 4 本のアンテナを搭載した AP はクライアントの信号の 4 つのコピーを受信します 各コピーは 4 つのまったく異なる方法で ( 同相あるいは逆相で ) 歪みが発生するため すべてのコピーが同時に逆相でフェージングする可能性は非常に低くなります このため レシーバ内の MIMO イコライザはこれらすべてのコピーを集めて巧みに組み合わせ より優れた信頼性を達成し データレートをより予測可能にすると共に 再試行回数を減らすことができます 当然ながらアンテナの数がより少ない AP は 特に空間ストリーム数が受信アンテナ数に近付くと それほどうまく処理することができなくなります より優れたダウンリンクの信頼性 ( おそらく ) n は ビームフォーミング ( 卓越したメリットがある ) 時空間ブロック符号化 ( 有用ながらメリットはビームフォーミングに劣る ) 巡回遅延ダイバーシティ( メリットはあまり大きくない ) を提供します しかし n は多くの互換性のないビームフォーミングの特性も提供し それらはクライアントの支援を必要とするため 業界はいずれも支持していません したがって ビームフォーミングは Cisco ClientLink などのクライアントから支援を求めない手法からしか実質的に利用できません アンテナ数が少ないデバイスは逆相のフェージングに対して脆弱なため ビームフォーミングは特に価値があります これについては関連のホワイトペーパーで詳細に説明しています チャネルボンディング 20 MHz から 40 MHz にチャネル帯域幅を 2 倍にすることにより 1 回の送信で同じ時間内に 2 倍の量のデータを送信することができます 実際には 従来の 2 つの 20 MHz チャネル間の保護帯域幅も使用できるため 利得は 2 倍よりもやや多くなります 集約 PHY が大きなパワーを生み出す自動車のエンジンであるとするなら MAC はそのパワーを効率的に車輪に提供する役割を果たすトランスミッションのようなものです a では 各データフレームにはフレームのプリアンブル 往々にして ACK フレーム およびこれらの送信の間とその付近のあらゆる時間の空白などさまざまなオーバーヘッドが含まれています データサイズがこのオーバーヘッドより小さくなると データペイロードを高速化しても実効速度はあまり上がりません MAC がパワーを浪費しているからです All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 22 of 25

23 図 n により導入された集約の形態 n は A-MSDU および A-MPDU とわかりやすく名付けられた 2 つの集約手法を使用して この懸念に対処しています これらは A-MSDU の A-MPDU として相互に組み合わせることもできます 集約を通してデータは単一のユニットとしてまとめられ 1 つのプリアンブルを伴って送信され 単一の送信で確認されます A-MSDU は MAC 送信パスの上で MSDU( たとえば LLC+IP+TCP+ データ ) をまとめるため 1 つの A-MSDU 中の個々の MSDU は シーケンス番号やフレームチェックシーケンスなどの MAC ヘッダーまたはフッターを含んでいません これは効率の面でメリットであり 個々の MSDU レベルでの再試行を不可能にします 一方 A-MPDU は MAC の下で MPDU をまとめるため A-MDPU 中の各 MPDU はそれぞれの MAC ヘッダーを含んでいます 効率は 特に短い MSDU ではあまり優れているわけではありませんが たとえば単独のビットエラーなどにより あるパケットがワイヤレスリンクを通過できない場合 他の MDPU は正しく受信でき 再送する必要が生じるのはエラーが発生したパケットのみとなります これを示しているのが図 10 です All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 23 of 25

24 40 MHz のチャネルアクセス の成功は 付近にどの デバイスがすでに存在しているかに関わらず 誰もが AP を設置したり クライアントを使用したりすることができ また とにかくちゃんと動作する ことが大きな理由です これは チャネルアクセスが適正に効率的で デバイスの数 AP までの距離 デバイスの性能などに関わらずすべてに対して公平である 簡潔に言うと 他のデバイスのパケットも自分のパケットと同様に重要である という MAC の設計目標に起因しています 物理キャリアセンス ( 多量のエネルギーを検出した場合送信しない ) および仮想キャリアセンス ( 誰かが送信または受信を行うと通知された場合送信しない ) など MAC の技術範囲における衝突の減少に効率の目標を見て取ることができます 公平性の目標は 各デバイスが同一のキャリアセンスおよび衝突回避要件を満たした後のみ送信が許可されるという点に見出すことができます しかし 40 MHz は コスト的に許容されないか 2 つの 20 MHz サブチャネル上で並行して正確な物理キャリアセンスと仮想キャリアセンスを維持することが不可能なため 衝突回避および公平性において難しい課題をもたらします 代わりに キャリアセンスおよび衝突回避に関する通常の厳格な要件を満たす プライマリ 20 MHz チャネルが定義され セカンダリ 20 MHz チャネル上で物理キャリアセンスを低下させることでこれを補強します 送信を行う際に デバイスは通常どおり 4 に プライマリ 20 MHz サブチャネル上ですべてのチャネルアクセスを実行します また デバイスが 40 MHz パケットを送信する直前に デバイスはセカンダリチャネルの物理キャリアセンスの状態を短時間で検査し そのセカンダリチャネルもクリアであることを確認します クリアであれば 20 MHz パケットが送信され そうでない場合デバイスは (1) プライマリ 20 MHz チャネルで 20 MHz パケットを送信するか (2) 再びバックオフして 40 MHz 全体がクリアであるかを再度確認します 注目すべきは このシンプルなスキームは適度に公平で オプション (1) は適度に効率的な点です それでも一部のトポロジでは セカンダリ 20 MHz チャネル上のデバイスが 40 MHz デバイスに対して不公平に扱われるため n にはこのシナリオを最初から回避するために追加のチャネル選択規則があります これらの規則は 5 GHz 帯で利用可能な 40 MHz チャネルの数が多いことから 円滑に作用します n はなかなか先に進まない という悪評が標準化コミュニティ内ではありました これには 3 つの原因があります (1)802.11n が採用する案を選択するために選んだプロセスが論争を招きました (2)802.11n は非常に注目を浴び 多くの専門家が手を差し伸べ 技術を提供しようとしました 論争を克服するために多くのオプションモードが採用され これに非常に長い時間を要し そしてすべてのオプションモードを改善するためにさらに長い時間が費やされました (3) システム (Bluetooth など ) に近接した 40 MHz チャネル幅を使用する システムの 2.4 GHz 帯での運用は コミュニティの一部の間で問題となりました 4 つまり デバイスはキャリアセンスをチェックして チャネルがビジーの場合はクリアになるまで待機し ランダムに複数のスロット をバックオフして これらのスロットがカウントされるまで待機します All contents are Copyright Cisco Systems, Inc. All rights reserved. This document is Cisco Public Information. Page 24 of 25

25 2014 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco Cisco Systems およびCisco Systemsロゴは Cisco Systems, Inc. またはその関連会社の米国およびその他の一定の国における登録商標または商標です 本書類またはウェブサイトに掲載されているその他の商標はそれぞれの権利者の財産です パートナー または partner という用語の使用はCiscoと他社との間のパートナーシップ関係を意味するものではありません (0809R) この資料に記載された仕様は予告なく変更する場合があります C JA シスコシステムズ合同会社 東京都港区赤坂 ミッドタウン タワー お問い合わせ先 : シスココンタクトセンター ( フリーコール 携帯 PHS 含む ) 電話受付時間 : 平日 10:00~12:00 13:00~17:00 お問い合わせ先