ワイヤレスメッシュネットワークの説明

小規模ネットワーク向けのメッシュネットワークは、カバレッジの改善、ネットワークの高速化、そして煩わしさの解消によってWi-Fiの問題を解決すると謳われ、2015年に登場しました。また、自宅や小規模オフィスの周囲に基地局を細心の注意を払って設置し、電波の届かない場所や速度の遅い場所を回避する必要性もなくなると謳われました。

広く普及してから5年が経ち、その期待は実現したようです。メッシュネットワークは、単一のスタンドアロンWi-Fiゲートウェイでは管理できない範囲にまたがる新しいネットワークを構築したり、既存の不十分なネットワークや時代遅れのネットワークを刷新したりするための最適な方法となっています。

コストは依然として問題です。メッシュを作るには少なくとも 2 つの「ノード」、つまりネットワーク デバイスが必要であり、通常は 3 つ必要となるため、ワイヤレス接続ができない、またはワイヤレス接続が非効率的である旧式の Wi-Fi ベース ステーションに比べて 2 ～ 5 倍のコストがかかる可能性があります。

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しかし、スペース全体で一貫したアクセスを提供し、ネットワークの調整が不要なことは、多くのユーザーにとって高額な費用に見合う価値があるかもしれません。機能の向上に伴い、価格は年々低下し続けています。

メッシュネットワークはどのようにしてこのトリックを実現するのでしょうか？ スタンドアロンのベースステーションよりもメッシュに高い費用をかける理想的な状況とはどのようなものでしょうか？ そして、どちらを検討すべきでしょうか？ これらの質問を順番に見ていきましょう。

ワイヤレス メッシュ ネットワークとは何ですか?

メッシュネットワークの概念は1980年代に軍事実験で初めて登場し、1990年代にはハイエンドの製品ハードウェアで利用可能になりました。しかし、コスト、複雑さ、無線周波数帯域の不足、そして初期の実装におけるその他の制約により、メッシュネットワークは2015年頃まで定着しませんでした。

そのとき、数多くのスタートアップ企業と少数の老舗ハードウェア企業が、高価だが高性能な「メッシュ ノード」の提供を開始しました。メッシュ ノードとは、中央の調整なしに重複するネットワークに自らを構成できるようにするソフトウェアを内蔵した無線通信機能を備えたネットワーク デバイスです。

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メッシュネットワークの基本単位は、アクセスポイントやゲートウェイではなく、「ノード」です。ノードは通常、2つまたは3つの独立した無線システムと、近くのノードと通信するためのファームウェアを備えています。ノードは互いに通信することで、ネットワーク全体の状況を把握します。たとえ一部のノードが他のノードの通信範囲外にあっても、状況を把握します。（かつてのWi-FiプロトコルであるWireless Distribution Systemは、基地局を無線で接続することを目的としていましたが、非常に効率が悪く、標準化されることはありませんでした。）

携帯電話、タブレット、ラップトップ、ゲーム システム、アプライアンス、その他のデバイスのクライアント Wi-Fi アダプターは、標準のネットワーク ゲートウェイまたはアクセス ポイントであるかのように、通常、これらのノードに接続します。

しかし、メッシュノードは、各データパケットを受信した最初のノードから、宛先に最も近いノードへと送信するための最適な経路を決定します。同じネットワーク上のスマートフォンとコンピューターは、異なるノードに接続し、それらの間で直接データを中継する場合があります。あるいは、家の端にあるRokuボックスは、Rokuとブロードバンドネットワークの間にある2つの中間ノードを介してストリーミングビデオを受信する場合があります。

重要なのは、これらを一切管理する必要がないことです。また、裏で何が起こっているかを一切知る必要もありません。ノードが無線とルーティングのパラメータを動的かつ継続的に調整するため、常に最適なパフォーマンスとカバレッジが得られます。

あらゆる無線ネットワークの根底にある原理は、「いかにして、このビット数を最短のマイクロ秒数で送信し、それを他の誰かに使わせるか」です。Wi-Fiの仕様を策定するIEEE 802.11委員会の元委員長、マシュー・ガスト氏はこう説明します。メッシュネットワークは、WDSよりもこの原理をうまく実現します。

ガスト氏によれば、場合によっては、メッシュ ノードがデータ パケットを他の 1 つのノードにのみ送信することもあります。また、弱い信号やその他の要因により、パケットが他のノードを経由して、宛先のワイヤレス デバイスが接続されている宛先のベース ステーションに到達する場合もあります。

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メッシュネットワークが初めて登場した頃、多くのノードは2.4GHz帯用と5GHz帯用の2つの無線しか搭載していませんでした。ノードは、Wi-Fiクライアントの処理と、ノード間でやり取りするデータの処理を混在させる必要がありました。

幸いなことに、製品の成熟に伴い、多くのノードは3つの無線機能を搭載するようになりました。Wi-Fiクライアントへのローカル接続用のデュアルバンド（2.4GHz/5GHz）同時ネットワークと、他のノードとの相互接続専用の5GHz無線です。これにより、デバイス間およびインターネットベースの通信をノード間のデータ交換から分離することで、混雑したネットワークにおけるネットワーク全体のスループットを大幅に向上させることができます。

目標は、ネットワーク上でデータを移動することによって消費されるスループットに比べて、4K ビデオのストリーミングやインターネット マルチプレイヤー ゲームへの高速接続など、実際に生産的なトラフィックのためにできるだけ多くのスループットが確保されるようにすることです。

ノードの電源が落ちたり、クラッシュしたり（猫がちょっと興味を持ちすぎて棚から落としてしまったり）しても、ネットワークはダウンしません。すべてのノードが少なくとも1つの他のノードと通信を継続できる限り、ネットワークは完全に機能し続けます。

最初のノードとネットワークパラメータの設定、そして既存のネットワークへのノードの追加には、通常スマートフォンが役立ちます。メッシュシステムは、ノードを追加すると自動的に再構成されます。

マイケル・ブラウン / IDG

メッシュ ノードを配置する際にイーサネット ジャックを計画したり、複雑なテストを行う必要がないため、大きな家具を移動したり、ネットワーク接続されたコンピューター、ゲーム システム、その他のデバイスを大量に追加したりしない限り、展開にかかる時間は非常に短く、面倒な作業もほとんど必要ありません。

メッシュシステムは、ユニットの配置場所を把握するのにも役立ちます。ノード自体のインジケーターを使用するものもあれば、スマートフォンのソフトウェアを必要とするものもあります。「非常にシンプルなものを作るのに、膨大なエンジニアリングの努力が必要です」とガスト氏は言います。

2社の製品は連携しない

ネットワークの改善に支払う代償は何でしょうか? 独自のプロトコルと高額な定価です。

Wi-Fiは標準化されており、異なるメーカーの機器間での互換性は極めて高く、信頼性の高いものとなっていますが、市場に出回っているメッシュシステムは互いに互換性を持つものはありません。初期のメッシュプロトコルである802.11hは、目的を達成できなかっただけでなく、企業がより良い結果と競争優位性、そして通常のWi-Fi機器よりも高い価格を追求する中で、完全に無視されてしまいました。

Wi-Fi商標を管理し、相互運用性のためのラボテストを開発する業界団体であるWi-Fi Allianceは、2018年にメーカー（そのほとんどが会員）向けの共通ポイントとしてWi-Fi EasyMeshを開発しました。しかし、2020年現在、この規格は最終決定されておらず、D-Linkのみが（1月のCES 2020で）新製品でこの規格を完全にサポートすることを約束しています。

パンデミックが進行中であるため、EasyMeshに関して2020年に大きな動きが見られる可能性は低いでしょう。これは、前進を遂げた唯一の潜在的な標準です。

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そのため、システムを購入すると、すべてに投資することになります。ネットワークを拡張したいと思っても、そのアプローチ、カバレッジ、または品質が気に入らない場合は、すべての機器を処分し、新しいノードに交換する必要があります。スタンドアロンのWi-Fi機器であれば、効果的に組み合わせることができます。

このメッシュネットワークのロックインは、新興機器メーカーが倒産したり、老舗メーカーがハードウェアの新バージョンの製造や既存モデルの販売を中止したりした場合にも問題を引き起こす可能性があります。既存のネットワークに縛られてしまう可能性があり、特に管理にクラウドコンポーネントや専用アプリが必要で、しかも更新が停止していた場合、初期のメッシュネットワーク購入者の中には、そのことを痛感した人もいました。

しかし、2020 年には、大手メーカーによる投資と取り組みの増加により、購入した機器の寿命が複数年になる可能性が非常に高くなります。

メッシュが自分に合っているかを判断する方法

メッシュハードウェアは、カバレッジとシンプルさを提供することで、家庭や小規模オフィスのネットワーク市場における大きなシェアを獲得しようと躍起になったスタートアップ企業から生まれました。しかし、エレクトロニクス業界の多くのトレンドと同様に、いくつかのスタートアップ企業は撤退し、残りのほとんどは大手インターネット企業に買収されました。他の大手ネットワークハードウェアメーカーも参入し、製品の改良を続けています。現世代の機器では、以下の理由から、スタンドアロンWi-Fiよりもメッシュを選ぶことをお勧めします。

• 現在のネットワークでは、カバレッジが不十分、スループットが低い、またはビデオ ストリーミングが不安定で、これら 3 つの要因のいずれかまたはすべてを改善したいと考えています。
• 自宅やオフィスにまだイーサネット配線が敷設されていない。(イーサネットを使用すると、フル機能の Wi-Fi ゲートウェイ 1 台と安価な有線エクステンダー 1 台で簡単にネットワークを構築できます。また、少しずつ高速な規格にアップグレードすることも簡単です。)
• 配置や構成を管理せずにデバイスを追加することで、将来的にネットワーク パフォーマンスを向上できる機能が必要です。
• ファームウェアのアップデートを自動的に処理したい。(一部のスタンドアロン ルーターでもこの機能は提供されていますが、驚くほど少ないです。)
• Web 管理インターフェイス経由で接続し、100 個のオプションを調べながらネットワークを構成することは望ましくありません。
• ほとんどの場合、Wi-Fi ネットワークがどのように実行されているか、どのように機能するかについては考えたくありません。

ここ数年のメッシュネットワークシステムはどれもこれらの期待をほぼ満たしていますが、各ノードが3つの無線（Wi-Fiクライアントアクセス用に2つ、ノード間通信用に1つ）を備えた新しいネットワークシステムのみを購入することを強くお勧めします（前述の通り）。そうしないと、メッシュネットワークで実現可能な最高のスループットを活用できません。

一部のノードには、内蔵ギガビットイーサネットスイッチ、プリンターやハードドライブ接続用のUSBポートまたはハブ、さらにはワイヤレス接続が困難な距離にある他のノードに接続するためのイーサネットポートなど、追加機能が付属しています。これらの機能が必要ない場合は、通常、システム全体のコストを節約できます。

メッシュ ネットワークは、もはや到来を待つ未来ではなく、高品質の Wi-Fi ネットワークの苦労を解消できる完全に実現された現在です。