IEEE 802.11

IEEE 802.11無線LAN規格：概要と歴史

IEEE 802.11は、IEEE（米国電気電子学会）が策定した無線LANに関する国際標準規格です。世界中で広く普及しており、家庭やオフィス、公共施設など、様々な場所で利用されています。免許不要で利用できる周波数帯を使用する製品も多く、手軽に無線ネットワークを構築できる点が大きな魅力です。

規格の速度と実効速度

IEEE 802.11規格で示される速度は、無線機器間の理論上の最大通信速度（公称速度）です。しかし、実際のデータ転送速度（実効速度）は、電波干渉、ネットワーク混雑、機器性能などの要因によって、公称速度よりも大幅に遅くなることが多く、一般的には公称速度の半分から3分の1程度になります。インターネット上の速度測定サイトなどで計測される速度は、この実効速度に相当します。

IEEE 802.11 タスクグループ

IEEE 802.11規格は、複数のタスクグループによって策定が進められてきました。アルファベット順に割り当てられ、z の次は aa となり、aa から az まで続きます。L、O、Qは数字の1と0と見間違えやすいため欠番となっています。また、802.11F や 802.11T など大文字の識別子が付いているものは、完結した独立文書であることを示しています。

IEEE 802.11 フレーム構造

IEEE 802.11のフレームは、ヘッダーとペイロードで構成されています。ヘッダーには、フレームの種類、送信元・宛先アドレス、通信に必要な制御情報などが含まれます。フレームの種類は大きく分けて、管理フレーム（認証、関連付けなど）、制御フレーム（送信要求、応答確認など）、データフレームの3種類があります。Duration/IDフィールドには、フレーム送信完了までの予約時間などの情報が記述されます。4つのアドレスフィールドは、通信環境によって異なる情報が格納されます。

主要なIEEE 802.11規格

IEEE 802.11 (1997年)

最初の無線LAN規格として1997年に策定されました。物理層規格とMAC層規格から構成され、一つのMAC層規格で複数の物理層規格をサポートする点が特徴です。2.4 GHz帯に加え、赤外線方式もサポートしていました。伝送速度は最大2 Mbpsでした。MAC層ではCSMA/CA（搬送波感知多重アクセス／衝突回避）方式を採用しており、これは「話す前に聞け」という原理に基づいたアクセス制御方式です。暗号化技術としてはWEPが想定されていました。

IEEE 802.11a (1999年)

IEEE 802.11の高速化を目的として策定されました。5 GHz帯を使用し、OFDM方式を採用することで最大54 Mbpsの高速通信を実現しました。2.4 GHz帯のIEEE 802.11bと比較して、電子レンジなどの干渉を受けにくいという利点がありましたが、電波の到達距離が短くなるという欠点もありました。日本では、当初5 GHz帯の一部周波数の屋外利用が制限されていましたが、後に規制が緩和され、現在では5 GHz帯の利用が拡大しています。日本特有の周波数割り当てを国際規格と統合するために、IEEE 802.11jが策定されました。

IEEE 802.11b (1999年)

IEEE 802.11との互換性を保ちつつ、伝送速度を最大11 Mbpsに高速化した規格です。2.4 GHz帯のISMバンドを使用し、CCK方式を採用することで高速化を実現しました。100ドルを切る無線LANカードが登場したことで、無線LAN市場の普及に大きく貢献しました。日本国内では、中心[[周波数]]が2.412 GHz～2.484 GHzの14チャネルが利用可能ですが、干渉を避けるためには、チャンネルの選択に注意が必要です。

IEEE 802.11g (2003年)

IEEE 802.11bの上位互換規格で、同じ2.4 GHz帯を使用しながら、IEEE 802.11aと同様にOFDM方式を採用することで、最大54 Mbpsの高速通信を実現しました。IEEE 802.11bとの互換性があるため、混在環境でも利用できますが、互換性のために通信速度が低下する可能性があります。電子レンジなどの干渉を受けやすい点が課題です。

IEEE 802.11i (2004年)

無線LANのセキュリティ規格です。WEPの後継としてWPA（Wi-Fi Protected Access）やWPA2を規定し、TKIPやCCMPなどの暗号化方式を採用することで、セキュリティを強化しました。

IEEE 802.11j (2004年)

IEEE 802.11aを日本向けに修正した規格です。日本の電波法に適合するように、周波数帯域などを調整しています。jはJapanの略ではなく、アルファベット順に割り当てられたものです。

IEEE 802.11n (Wi-Fi 4) (2009年)

2.4 GHzと5 GHz帯に対応し、MIMO、チャネルボンディングなどの技術により、最大600 Mbpsの高速通信を実現しました。複数のアンテナを使用することで、通信速度と安定性を向上させています。フレームアグリゲーション技術によりスループットの向上も図られています。

IEEE 802.11p (2010年)

車両間通信（ITS）向けの規格です。5.9 GHz帯を使用し、路車間通信や車車間通信をサポートします。

IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5) (2013年)

5 GHz帯を使用し、最大1.3 Gbps（Wave1）, 6.9 Gbps (Wave2) の高速通信を実現する規格です。80 MHzチャネルボンディング、256QAM、MU-MIMOなどの技術を採用しています。

IEEE 802.11ad (2012年)

60 GHz帯を使用し、近距離でのギガビット通信を可能にする規格です。伝搬減衰が大きいため、10 m程度の近距離通信を想定しています。

IEEE 802.11af

テレビ放送の空きチャンネル（ホワイトスペース）を利用する規格です。GPSによる位置情報とデータベースを用いて、利用可能な周波数帯を特定します。

IEEE 802.11ah

サブギガヘルツWi-Fi (Wi-Fi HaLow) と呼ばれる規格で、920 MHz帯を使用し、長距離通信を可能にしています。

IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6/Wi-Fi 6E) (2019年)

高効率無線を目指した規格で、OFDMA、1024-QAM、改良されたMIMO、MU-MIMOなどの技術により、スループットと効率を大幅に向上させています。Wi-Fi 6Eでは6 GHz帯も利用できるようになっています。

IEEE 802.11be (Wi-Fi 7)

最新の規格で、更なる高速化と低遅延化が期待されています。

IEEE 802.11bn (Wi-Fi 8)

今後の無線LAN技術の発展において、検討・開発中の規格です。

日本の周波数割り当てとチャンネル変更

日本では、電波法に基づき、無線LANで使用できる周波数帯とチャンネルが規制されています。特に5 GHz帯については、衛星通信や気象レーダーとの干渉を避けるための規制があり、チャンネルの変更や追加が過去に行われてきました。IEEE 802.11aの周波数帯も変更され、国際標準に合わせた周波数帯域が利用されるようになりました。旧規格と新規格の併存期間もありましたが、現在は国際標準に準拠した規格のみが使用されています。

まとめ

IEEE 802.11は、無線LAN技術の進化を反映した規格群です。各規格は、利用周波数帯、通信速度、セキュリティ、適用範囲などが異なります。無線LANを導入する際には、目的や環境に最適な規格を選択することが重要です。

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