監修:株式会社ケーメックスONE
無線LANとは？
無線LAN (英: Local Area Network) とは、複数のコンピュータやモバイルデバイスをローカルネットワーク (LAN) 上で無線接続する技術のことです。
有線LANと同様にデータを「パケット」という小さなデータに分割して送受信します。ケーブルが不要で電波を利用して通信を行う点が有線LANと異なります。
無線LANの使用用途
無線LAN の用途には、以下のようなものが挙げられます。
1. インターネットへの接続
家庭やオフィスなどで、有線での接続が困難な場合や、スマートフォンやタブレットなどのモバイルデバイスを使用する場合に利用されます。
2. 長距離通信
建物間やLAN ケーブルの敷設が難しい場所でのLAN 通信環境を構築する際に使用されます。
3. 移動体通信
電車や車など、移動する物体と地上側を無線で接続することで、必要な情報の収集や指令・指示などをかけられるシステムが構築できます。
4. 公衆無線LAN
公共施設や商業施設、公園などで提供される公衆無線LAN を利用し、外出先でもインターネットに接続したり、メールを閲覧したりできるようになります。
無線LANの原理
無線LANは、802.11 で規定されている2.4GHz や5GHz の周波数帯域を使用して通信を行います。無線LANチップセットが送信したデータはアンテナにより電波を増幅することで長距離無線通信を行っていますが、何もせずに電波としてデータを送信してしまうと誰にでも受信可能でセキュリティのない危険な通信方式となってしまいます。
これを避けるために送信データは、信号送信時に変調された後にアンテナから発信され電波として伝搬されます。こうして送信されたデータは受信機側で受信後に復調されることで傍受されにくいセキュアなデータ通信を実現しています。周囲の雑音や干渉によって影響を受けることがあるため、特に無線通信においてはエラー訂正符号などの誤り訂正技術を利用して、誤りを検出・訂正する必要があります。
また、無線LAN の通信方式には、その形態により「アドホックモード」や「インフラストラクチャモード」などがあります。アドホックモードでは、複数のデバイスで直接通信できます。インフラストラクチャモードでは、アクセスポイントを介して、複数のデバイスと通信することが可能になります。
無線LANの種類
図1. 無線LANの種類
無線LANは、米国電気電子学会のIEEE802.11 規格によって定義されており、異なる周波数帯を利用した複数の方式があります。代表的な方式には、2.4GHz 帯を利用するIEEE802.11b/g/n/ax や、5GHz 帯を利用するIEEE802.11a/j/n/ac/ax などが挙げられます。 (n/ax は2.4GHz 帯と5GHz 帯両方に対応) 。
2.4GHz 帯は障害物に強く屋外でも利用できますが、一般的に使用されている周波数帯のため、電波干渉源が多いというデメリットがあります。一方、5GHz帯は電波干渉源は少ないですが、高周波のため障害物に弱く同帯域の航空気象レーダーや航空管制レーダーを優先するDFS (英: Dynamic Frequency Selection) 機能により、通信を一時停止しなければならない場合があります。
無線LANの選び方
産業用途の無線LANは商用とは異なり、高度な信頼性、堅牢性を求められるため、製品選びには注意が必要です。無線周波数の干渉に強い、大容量のデータ転送が可能な製品が必要となることもあります。産業用無線LAN を選ぶ際は、以下のポイントをチェックすることが大切です。
1. 堅牢性
工場や倉庫などの環境では、機器が振動や衝撃などの影響を受けるリスクがあるため、堅牢な無線LAN 機器を選ぶことが重要です。
2. 高信頼性
産業用の環境では、機器の故障や電波の干渉が発生することがあるため、高い信頼性を持つ無線LAN 機器を選ぶ必要があります。
3. 大容量のデータ転送
工場などの現場では、大量の送受信データが発生することがあります。そのため、環境に合わせて高速で大容量のデータ転送が可能なスペックを持つ無線LAN 機器を選びましょう。
4. 供給性
様々な条件をクリアし、無線環境を構築したとしても同じ無線機が入手できなければ再度一から現場の状況に合わせたセッティングが必要になります。長期間安定したシステムを構築する場合は、長期供給の可能な産業用無線LAN 機器を選びましょう。
5. メンテナンス性
無線LAN 機器が故障した場合、修理に時間がかかることがあります。しかし製造現場などでは、生産ラインがストップし、大きな損失を被る可能性があるため、トラブルが発生してもすぐに復旧できるように、メンテナンス性が高く、交換や修理が簡単に行える無線LAN機器を選ぶことが重要です。
6. 拡張性
使用環境によっては、工場や倉庫の広範囲にわたって無線LANを構築する必要があります。そのため、拡張性が高く、柔軟かつ臨機応変にネットワークを拡張できるような無線LAN機器を選ぶことが求められます。
無線LANのその他情報
1. 無線LANの進歩
これまでは無線 LAN は有線 LAN よりも通信速度が遅いと言われてきましたが、IEEE802.11n から速度が向上しはじめ、有線LAN と比べても遜色ないどころか有線LAN以上の通信速度が出せるようになってきました。802.11 で規定されているWi-Fi も年々進歩を繰り返しており、下記のように通信帯域が大幅に向上しています。
- 802.11n – 600Mbps (Wi-Fi 4)
- 802.11ac – 6.9Gbps (Wi-Fi 5)
- 802.11ax – 9.6Gbps (Wi-FI 6)
このWi-Fi における通信性能の向上は、パソコンのようにCPU の性能に依存するようなものではなく、下記のような様々な仕組みの進歩により実現されているものです。
OFDMA (英: Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
従来までは変調にOFDMが採用されてきましたが、OFDMでは個々に均一のサブキャリアが割り当てられていた為、様々な通信が混在するネットワークでは非効率な面がありました。OFDMAになることでユーザーごとに必要なリソースが割り当てられるようになるため、最も伝搬効率の良いサブキャリアを必要なユーザーに割り当てていく動きに変わります。OFDMと比べるとサブキャリアの割り当てが個々に行われることで、より効率的に帯域が使用できるようになり、遅延の発生を減らすことにも貢献しています。
QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
デジタル変調方式のひとつでキャリアの振幅と変調を変化させ、信号を伝送する仕組みです。802.11nでは64QAMを使用しており、当時はこれ以上複雑な変調にはならないだろうとも言われていましたが、技術の進歩に伴い802.11acは256QAMとなり、802.11axではさらに向上し1024QAMが採用されました。これにより、一回の送信あたりに送れるデータ量が64QAM (6bit) から1024QAM (10bit) に向上し、Wi-Fi6の通信帯域向上に重要なファクターとなっています。他にも、MU-MIMO、消費電力の抑制、WPA3等のセキュリティ性能の向上など、様々なアップデートがなされています。
2. 無線LANに使用される機器
無線LAN ルータ
無線LAN ルータは、無線LAN を利用する端末と有線LAN を接続するための機器です。主にインターネット回線の接続や、ネットワークの設定を行います。
無線LAN アクセスポイント (AP)
無線LANルータに対して、無線LANに接続するための基地局の役割を果たすのが、無線LANアクセスポイント(AP）です。APは、有線LANと無線LANを接続する機能を持ちます。無線LANルータにAP機能が搭載されている製品もあり、兼用で使うことができ便利です。なお、工場や倉庫内で無線LANを使用する場合には、信号を広範囲に送信する必要があり、一般的な無線LANのAPよりも高い送信出力や、多数の端末を同時接続できる高速な通信速度を持つ製品が必要になります。
無線LAN クライアント
無線LANクライアントは無線APに接続される機器で、無線LAN クライアントを利用することで有線で接続されているネットワークを無線化することが可能になります。1本のLAN ネットワークの経路上に無線APを親機とし、無線LANクライアントを子機とした関係性で接続することで、1本の経路を無線化するイメージです。
他にも、無線機能を搭載していないデバイスに無線LANクライアントを接続することで、有線LANポートの先に無線機能を搭載することができるので、FA機械やロボットなどを簡単に無線化することが可能です。もちろん、各種制限事項によって簡単に無線化できない場合もありますが、産業用の無線LANクライアントであれば、制限事項をクリアするための機能が搭載されたものが多いです。これらの機器は、無線LANを利用するために欠かせないものです。無線LANの快適な利用には、機器の適切な選択や設置、設定が求められます。
本記事は無線LANを販売する株式会社ケーメックスONE様に監修を頂きました。
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