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IEEE 802.11ax

読み：あいとりぷるいーはちまるにーてんいちいちえーえっくす　／　英語表記：IEEE 802.11ax

Wi-Fi 6の基礎となる無線LAN規格である。OFDMAや上り・下りのMU-MIMOなどによって、多数の端末が同時に利用する環境で通信の効率を高める。2.4GHz帯・5GHz帯で利用され、6GHz帯での運用へ拡張したWi-Fi 6Eも同じIEEE 802.11axを基礎とする。

イマシルちゃんの解説

教室でたくさんのタブレットが同じアクセスポイントを使うと、データを送りたい端末の順番待ちが増えるんだ。
こうした混雑を減らし、電波を効率よく使うことを重視した無線LAN規格がIEEE 802.11axだよ。
Wi-Fi 6は、この規格を基にした無線LANの世代名なんだ。

代表的な工夫は、一つのチャネルを細かく分けて複数の端末へ割り当てるOFDMAという通信方式だよ。
アクセスポイントが割当てを調整し、いくつかの端末のデータを同時に運ぶんだ。
ただし、実際の快適さは使う周波数帯やチャネル幅、周囲の混雑にも左右されるよ。
規格の名前だけでなく、設置場所に合った使い方を考えることが大切なんだね。

より深い解説

Wi-Fi 6は何を改善したのか

Wi-Fi 6はIEEE 802.11axを基礎とする無線LANの世代名である。電波の送り方を扱う物理層（第1層）と、送信機会の調整などを担うデータリンク層（第2層）のMACに関係する。主な目的は、一台の端末の最高速度だけでなく、多くの端末が同じ電波を使うときの効率を高めることである。

例えば教室で40台のタブレットが同時に短いデータを送ると、データ自体は小さくても送信待ちや制御フレームに時間を使う。Wi-Fi 6は、送信機会を得たAPが電波の資源を細分化し、複数端末に割り当てることで無駄を減らす。

メリット：OFDMAなどにより、特に端末の多い環境で無線チャネルを効率よく共有できる。

弱点：従来のWi-Fi端末も接続できるが、Wi-Fi 6固有の同時通信機能は使えない。また、電波の干渉や有線側の混雑まで自動的に解消できるわけではない。

一つのチャネルで複数端末を同時に通信させる

従来から使われるOFDMは、多数の細い搬送波（サブキャリア）を使ってデータを運ぶ方式である。ただし通常の一対一の通信では、ある送信機会のチャネルを一台の端末との通信に使う。Wi-Fi 6で導入されたOFDMAは、同じチャネルのサブキャリアを複数のグループへ分け、異なる端末へ同時に割り当てる方式である。

そのグループをRU（リソースユニット）と呼ぶ。RUは別々のSSIDや周波数帯ではなく、20MHzなどの一つのチャネル内で割り当てる周波数資源である。端末ごとに必要なデータ量が異なれば、APはRUの大きさも調整できる。

例えばタブレットA・B・CがAPへ短いデータを送る場合は、次のように進む。

  1. APが送信機会を確保し、Triggerフレームで各端末に使用するRUと送信時刻などを知らせる。
  2. A・B・Cは指定されたRUを使い、同じタイミングでAPへ上りデータを送信する。
  3. APが受信結果をBlock ACKなどで知らせる。失敗したデータは必要に応じて再送する。

下りでは反対に、APが各端末向けのデータを別々のRUへ配置して同時送信できる。これが上り・下りのOFDMAである。APが送信機会を得るための競合制御までなくなるわけではない。 端末が少ない場合や通信内容によっては、従来の一対一の通信も行われる。

同時通信・受信品質・変調方式の違い

OFDMAがチャネルを周波数方向に分けるのに対し、MU-MIMOは複数アンテナと電波の伝わり方を利用して、異なる端末の信号を空間的に分ける。両者は同じ「同時通信」でも仕組みが異なり、条件によって組み合わせられる。

Wi-Fi 5（IEEE 802.11ac）ではAPから複数端末への下りMU-MIMOが導入された。Wi-Fi 6では上りMU-MIMOも規格化された。ただし、実際に使える方向や空間ストリーム数はAP・端末の対応による。

ビームフォーミングはアンテナごとに送信信号の位相や振幅を調整し、相手が信号を受信しやすくする技術である。複数端末へ同時に送るMU-MIMOとは役割が異なり、Wi-Fi 6で初めて導入された機能でもない。

またWi-Fi 6の1024QAMは、位相と振幅の組合せで一つの変調シンボルに最大10ビットを表す。Wi-Fi 5の256QAMより高密度だが、細かな信号の違いを判別するために高いSNR（信号対雑音比）が必要になる。実際の変調・符号化は電波品質に応じてMCSで選ばれるため、規格の最大PHY速度と実効通信速度は一致しない。

隣接するAPとの競合と端末の省電力

隣の教室のAPが同じチャネルを使っていると、自分の通信と無関係な電波でも送信を待つことがある。Wi-Fi 6のBSSカラーリングは、APが形成する無線ネットワーク（BSS）に識別用の値を付け、自分と別のBSSの通信を区別しやすくする仕組みである。

別のBSSから受信した信号が十分に弱いときは、OBSS-PDなどによる条件付きの空間再利用で送信待ちを減らせる。ただし、色が違えばどんな強い電波でも無視できるわけではない。干渉を防ぐための受信レベルなどの条件が必要になる。

もう一つのTWT（Target Wake Time）は、APと端末が通信する予定時刻を調整する仕組みである。例えばセンサが定期的に少量のデータを送るなら、通信しない間は無線回路を休ませ、電力消費と不要な受信待ちを減らせる。 BSSカラーリングは周辺の電波による待機、TWTは端末の起床時間を扱っており、目的が異なる。

周波数帯とチャネル幅をどう選ぶか

通常のWi-Fi 6は2.4GHz帯と5GHz帯で利用できる。6GHz帯を利用できるよう拡張したWi-Fi 6Eも、基礎となる規格はIEEE 802.11axである。世代名の「6」と「6GHz帯」は別の意味なので、Wi-Fi 6対応機器が必ず6GHz帯を使えるわけではない。

2.4GHz帯は比較的電波が届きやすいが、Bluetoothなども利用するため混雑しやすい。5GHz帯はチャネルを分けやすい一方、日本では使用する区分によってレーダー保護の条件が変わる。

区分チャネルと利用条件
W5236・40・44・48ch。一般的な利用は屋内が基本。通常はDFS不要
W5352・56・60・64ch。屋内利用。DFS・TPCが必要
W56100～144ch（4刻み）。地上の屋内・屋外で利用可能。DFS・TPCが必要

DFS（Dynamic Frequency Selection）は、レーダー波を検出したら使用チャネルを変更して干渉を避ける仕組みである。W53・W56では使用前にチャネルの空きを調べるCACを通常少なくとも60秒行い、レーダーを検出したチャネルは30分以上再使用しない。チャネル切り替えにより通信が途切れる場合がある。TPCは送信電力を制御する仕組みであり、DFSとは役割が異なる。利用可能な場所や出力などの制度上の詳細は「5GHz帯」の記事で確認できる。

Wi-Fi 6では20・40・80・160MHz幅などを使える。幅を広げると一接続の最大速度を高められるが、重ならずに使えるチャネルは減る。複数のAPが密集する教室では、むやみに160MHz幅にするより、20MHzや40MHz幅でチャネルを分けた方が通信を安定させられる場合がある。

デュアルバンドは例えば2.4GHz帯と5GHz帯、トライバンドは例えば2.4GHz帯＋5GHz帯＋6GHz帯、または2.4GHz帯＋5GHz帯＋別の5GHz帯を扱うAPの構成である。これらは製品の無線部・帯域構成を表す語であり、Wi-Fi 6固有の通信技術ではない。6GHz帯を利用するには対応機器が必要で、WPA2のみの設定は使えない。通信内容の保護にWPA3またはOWEを使い、管理フレームを保護するPMFも必要になる。

前後のWi-Fi世代で何が変わるか

教室のWi-Fiを設計・調査するなら

例えば生徒40人が同時にオンライン教材を利用する場合、APのカタログにある最大通信速度だけでは収容できるか判断できない。同時に必要な通信量、端末ごとの電波品質、チャネルの混雑、再送に使う時間（エアタイム）を確認する。

判断例： 5GHz帯の端末が一斉に切断したら、まずDFSによるチャネル変更のログを調べる。電波強度（RSSI）が十分でも遅い場合は、SNR・再送率・チャネル利用率を確認する。無線へ接続できてもIPアドレスを取得できない場合は、VLANやDHCPなどAPの先のネットワークも調べる。

複数台のAPを導入するときはチャネル幅と配置を設計し、必要なら有線側の通信速度やPoE給電能力も確認する。Wi-Fi 6の利点を生かすには、無線機能だけでなく実際の通信経路まで含めて判断する必要がある。

参考資料

実際の試験ではここに出る！全1問

ネットワークスペシャリスト

午後Ⅰ

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