特別レポート: 来年 Apple Computer の AirPort ワイヤレス製品に採用され始めると予想される次世代 Wi-Fi 仕様は、現在のワイヤレス製品よりも 5 倍以上高速な生のデータ レートを提供できる可能性があります。
これらのオプション モードにより、新しい標準ではすべての 802.11n デバイスにベースライン パフォーマンス パラメータを提供できるようになり、ハードウェア メーカーはさまざまなアプリケーションや価格帯に対応するために機能を強化または調整できるようになります。
同社によると、すべてのオプションを有効にすると、802.11nは最大600Mbpsの生データレートを実現できるという。しかし、ほとんどのWLANハードウェアはすべてのオプションをサポートする必要はないため、ほとんどの802.11nハードウェアは最大300Mbpsの生データレートをサポートすると予想される。
Wi-Fiテクノロジーの需要はここ数年で驚異的な成長を遂げ、目新しいものから必需品へと急速に進化しました。この拡大の証として、2005年のWLANチップセット出荷数は1億ユニットを超え、2001年の1,000万ユニット未満から10倍以上増加しました。
これまでのところ、この技術の需要は、主にノートパソコンを職場のネットワークや自宅、カフェ、空港、ホテル、その他の移動中の集まりの場所でインターネットに接続するユーザーによって牽引されてきました。その結果、Wi-Fi技術はノートパソコンや、ルーター、DSLモデム、ケーブルモデムなどのインターネット接続機器に最も多く搭載されています。実際、Broadcomによると、現在出荷されるノートパソコンの90%以上にWLANが内蔵されています。
Wi-Fiの普及拡大に伴い、この技術はPCだけでなく、インターネット電話、音楽ストリーミング、ゲーム、さらには写真の閲覧や家庭内ビデオの転送といった家電製品にも広がりを見せています。家庭内でコンテンツを一箇所に集めて楽しめるパーソナルビデオレコーダーなどのA/Vストレージ機器も、このトレンドを加速させています。
Wi-Fiネットワークは、新規ユーザーの増加と既存ユーザーの増加により、飽和状態に陥りがちです。しかし、来年初めに策定される新しい規格802.11nは、データレートの向上だけでなく、信頼性の向上も実現し、こうした負担を大幅に軽減すると期待されています。
アップルは批准を待っている
802.11n ドラフト仕様に準拠したハードウェアはすでに少量ずつ市場に出回っているが、Apple 社は同仕様が IEEE 標準策定団体によって承認されるまでは製品の出荷に組み込まないと報じられている。
現在検討中の802.11nドラフト仕様の第一要件は、802.11a/g Wi-Fi製品で採用されているOFDM（直交周波数分割多重方式）実装を改良し、より高い最大符号化レートとわずかに広い帯域幅を実現することです。Broadcom社によると、この変更により、実現可能な最大データレートは、既存の規格の54Mbpsから65Mbpsに向上します。
パフォーマンスを向上させるMIMO
802.11nドラフト仕様の中で最も広く知られている構成要素の一つは、MIMO（Multiple Input Multiple Output）と呼ばれるものです。この技術は、マルチパスと呼ばれる電波現象を利用します。マルチパスとは、送信された情報が壁やドアなどの物体に反射し、異なる経路を経由して、わずかに異なるタイミングで複数回受信アンテナに到達する現象です。
制御されていないマルチパスは、元の無線信号を歪ませ、解読を困難にし、Wi-Fiのパフォーマンスを低下させます。MIMOの目的は、空間分割多重化と呼ばれる技術を用いてマルチパスを利用することです。この技術を用いると、送信側のWLANデバイスはデータストリームを「空間ストリーム」と呼ばれる複数の部分に分割し、各空間ストリームを別々のアンテナを通して受信側の対応するアンテナに送信します。
現在の802.11nドラフトでは、準拠ハードウェアがそれほど多くの空間ストリームをサポートする必要はないものの、最大4つの空間ストリームが規定されています。802.11a/b/gを含む以前のWi-Fi仕様では、それぞれ1つの空間ストリームしかサポートされていませんでした。空間ストリーム数が2倍または4倍になると、生のデータレートも2倍または4倍になります。
この技術には、消費電力の増加と若干のコスト上昇というトレードオフがあります。そのため、802.11ドラフト仕様では、MIMO省電力モードが規定されています。このモードでは、通信性能の向上がメリットとなる場合にのみ複数のパスを使用することで、消費電力を軽減します。
MIMO性能の向上に重点を置いたドラフト仕様の2つの機能は、ビームフォーミングとダイバーシティと呼ばれます。ビームフォーミングは、無線信号をターゲットアンテナに直接集束させ、干渉を抑制して範囲と性能を向上させる技術です。一方、ダイバーシティは、多数のアンテナの出力を組み合わせたり、最適なサブセットを選択したりすることで、複数のアンテナを活用します。
ドラフト仕様では最大4本のアンテナをサポートしていますが、2本のアンテナを搭載したノートパソコンが3本のアンテナを備えたアクセスポイントに接続する場合があります。この場合、使用される空間ストリームは2つだけです。ノートパソコンに4本のアンテナが搭載され、アクセスポイントにも4本のアンテナが搭載された場合、仕様によれば、4本の空間ストリームが利用されてパフォーマンスが向上します。
スループットの向上とデータレートの向上
802.11nドラフト仕様のもう一つのオプションモードは、WLAN通信チャネルの幅を20MHzから40MHzに倍増させることで、データレートを2倍にすると報告されています。この技術の主なトレードオフは、他のデバイスで利用できるチャネルが少なくなることです。
2.4GHz RF 帯域の場合 (802.11n では 2.4GHz 帯域と 5GHz 帯域の両方のサポートが求められます)、重複しない 20MHz チャネルが 3 つしか確保できないため、40MHz チャネルでは他のデバイスがネットワークに参加したり、同じ空域で送信したりする余地はあまり残りません。
したがって、ドラフト仕様では、インテリジェントで動的な管理を採用し、一部のクライアントの高帯域幅の要求と他のクライアントのネットワークへの接続を維持するニーズとのバランスをとることで、40 MHz チャネル オプションによって全体的な WLAN パフォーマンスが向上するようにします。
その他の改善点
ドラフト仕様の他のオプション機能には、ネットワークの範囲を拡張するのに役立つ高スループット複製モードや、オーバーヘッドをさらに制限して効率を向上させる短いガード間隔などがあります。
802.11nドラフト仕様のすべてのオプションモードとバックオフ方式を考慮すると、機能とそれに対応するデータレートの組み合わせは、なんと576通りにもなります。比較対象として、現在のApple AirPort製品で使用されている802.11g規格では12通りのデータレートが規定されていますが、802.11aと802.11bではそれぞれ8通りと4通りのデータレートが規定されています。
今日のWi-Fiネットワークとの共存
802.11a/bまたはg準拠のハードウェアをお持ちの方もご安心ください。802.11n規格のドラフト版は、従来の規格を念頭に策定されており、現在使用されている2億台以上のWi-Fiデバイスとの互換性を確保しています。この規格では、802.11n Wi-Fi製品は、5GHz帯の802.11a準拠デバイスだけでなく、2.4GHz帯の802.11bおよび802.11g準拠ハードウェアとも通信できることが求められています。デバイス間の基本的な相互運用性に加え、802.11nは、802.11gよりも優れた混在モードにおけるネットワーク効率を実現します。
無線環境は有線ネットワークよりもオーケストレーションがはるかに困難であるため、送信されたデータが実際に受信されたこと、そして他のクライアントが送信中にチャネルを開いたままにしていることを保証するためのオーバーヘッドが一般的に大きくなります。Broadcom社によると、802.11bノードの存在は、802.11gおよび802.11nのドラフト仕様で採用されているOFDMを認識しないため、2.4GHz帯での通信を困難にするとのことです。
つまり、OFDMクライアントが802.11bクライアントが存在する環境で通信を行う場合、少なくとも高速OFDM伝送を保護するために、旧規格の通信プロトコルを使用する必要があります。Broadcomによると、802.11gと802.11nでは、データパケットの送信時間が旧規格の802.11bよりもはるかに短いため、ネットワーク効率が大幅に低下します。Broadcomを含む一部のWLANチップセットサプライヤは、802.11b/g混在ネットワークの効率を向上させる革新的な方式を考案しました。しかし、この問題は802.11n仕様のドラフト版で直接対処されています。
Broadcomは、混合モードのパフォーマンス向上を目的としたドラフトn仕様において最も重要な機能の一つは集約であると考えています。送信クライアントは、単一のデータフレームを送信するのではなく、複数のフレームをまとめて送信します。このように集約することで、ネットワーク上でデータが送信される時間の割合を回復し、効率が向上します（下図参照）。
802.11nデバイスは、802.11gおよび802.11aハードウェアと共存するのがはるかに容易になります。なぜなら、これらはすべてOFDMを使用しているからです。Broadcomによると、この仕様にはOFDMのみを使用するネットワークの効率を向上させる機能も含まれています。
そのような機能の一つに、送信間の遅延を短縮するRIFS（Reduced Inter-Frame Spacing）があります。802.11nのドラフト仕様では、最高のパフォーマンスを実現するために、「グリーンフィールド」モードと呼ばれる機能が規定されており、このモードではネットワークは以前の規格をすべて無視するように設定できます。
現時点では、グリーンフィールド モードが 802.11n の最終草案で必須機能になるかオプション機能になるかは不明だが、オプションになる可能性が高いと Broadcom は述べている。
同社はまた、現実的には、バッテリー駆動の無線LANハードウェアは、当面の間、802.11g、さらには802.11bをベースに構築され続けると考えています。802.11nドラフト仕様では効率性が向上していますが、802.11bの障害をすべて排除することは困難です。つまり、最高のネットワークパフォーマンスを求める消費者は、ネットワーク上の802.11b無線LANハードウェアの交換を検討する必要があるかもしれません。
802.11n の需要を促進しているものは何ですか?
Broadcom によれば、802.11n の必要性を高めている現在のアプリケーションと新興アプリケーションには、Voice over IP (VoIP)、ビデオや音楽のストリーミング、ゲーム、ネットワーク接続ストレージなどがあります。
同社は、VoIP電話やオンラインゲームは、802.11nアクセスポイントの通信範囲と信頼性の向上によって恩恵を受けることができると述べている。同様に、この新規格に基づくハードウェアは、旧世代のWLANハードウェアよりも「音楽ストリーミングに適している可能性がある」と述べている。
802.11nのあらゆる機能を必要とするもう一つの新興アプリケーションが、ネットワーク接続ストレージ（NAS）です。この技術は、データバックアップのための安価で導入しやすい代替手段として、企業で人気が高まっています。
802.11nがAppleのデジタルメディアハブを支援
Broadcomは802.11nに関するホワイトペーパーの中で、NASが小規模オフィスや一部の家庭にも普及しつつあることを認めています。ユーザーは増え続けるデジタルフォトアルバムなどの重要なデータをハードディスクの故障から守りたいと考えているからです。また、録画済みのテレビ番組、ミュージックビデオ、長編映画を家中のテレビやパソコンにストリーミング配信するために、信頼性の高い高帯域幅の接続を必要とするビデオストレージセンターなど、NASの新たな、より魅力的な用途も登場しています。
既存の無線LAN技術では、録画済みのテレビ番組などの大容量ファイルを個人用ビデオレコーダーからノートパソコンやポータブルメディアプレーヤーに転送するには、綿密な計画と忍耐が必要です。802.11n規格は、これらの作業をシンプルかつ迅速に行えるようにすることを約束します。
最高のデータ転送速度では、802.11b ワイヤレス ネットワークで 30 分のビデオ ファイルをコピーするには 42 分かかりますが、デュアル アンテナ 802.11n ネットワークを使用して同じファイルをコピーすると約 44 秒かかります。
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