802.11ax Wi-Fiはより高速だが、ほとんどの人は購入を待つべきだ

Wi-Fi ネットワークは大幅なアップデートを迎えようとしています。802.11ac から 802.11ax への移行により、ブロードバンド接続へのアクセスを必要とするワイヤレス デバイスの急増と多様性に対応できる最新のネットワーク ハブが実現します。

2007年のスマートフォン時代黎明期には、インターネット接続がほとんどない家庭でも、無線ルーターに接続するハードウェアはほんの数個程度でした。しかし今では、タブレット、スマートホームデバイス、メディアストリーマー、スマートテレビ、ゲーム機、防犯カメラなどを使えば、20個、30個、あるいはそれ以上のデバイスが接続されることもあります。そして、その数は今後も減ることはありません。

802.11axでは、無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）などの標準規格を推進するIEEEエンジニアリンググループが、こうした複雑な環境を機能させるために、様々な方向から尽力してきました。膨大なスループットを必要とし、数万ものローミングおよび固定Wi-Fiクライアントを抱える高密度な企業ネットワークには多くのメリットがありますが、特に動画ストリーミングやファイル転送に関しては、家庭ユーザーや小規模オフィスにもメリットが尽きません。

インテル

企業は、自社ビルやキャンパス内の無線ネットワークを管理していますが、家庭や中小企業は、無線範囲内に数から数十のネットワークが存在する可能性があります。802.11axのいくつかの技術は、干渉の影響を軽減し、混雑した都市部や郊外の環境におけるスループットを向上させ、トラブルシューティングや修正が困難な典型的なフラストレーションを軽減します。

規格はまだ完成していませんが、メーカーは過去15年以上にわたり、Wi-Fiの新規格が登場するたびにそうしてきたように、先走りしています。その結果、一部の機器は早ければ6月にも市場に投入され、さらに多くの機器が年内に投入される可能性があります。しかし、アーリーアダプターのメリットは、スマートフォン、ノートパソコン、その他の機器に搭載されているクライアントアダプターでサポートされ、安定した完成版がリリースされるまで待つことに比べれば、見劣りするかもしれません。

802.11axのメリット

802.11axの利点を説明するには、Wi-Fiの仕組みを簡単に確認する必要があります。電波は世界中のほぼすべての地域で規制されており、米国およびほとんどの国では、Wi-Fi対応の用途に2.4ギガヘルツ（GHz）帯と5GHz帯の2つの周波数帯が割り当てられています。これらの帯域はさらに、開始周波数と終了周波数が定められたチャネルに分割されています。

Wi-Fiルーターとノートパソコンのような送信側と受信側は、同じチャネルを使用して通信を行うことで合意し、数十台（あるいは数百台）のデバイスが同時に同じチャネルを使用してアクセスポイント経由でデータを中継することができます。都市部や郊外では、比較的近い場所で数十から数百のネットワークが同じチャネルを争奪することもあります。

1999年、5GHz帯の802.11aと2.4GHz帯の802.11b規格が、それぞれ54Mbpsと11Mbpsのデータ速度を実現し、無線LAN革命の幕開けとなりました。これらの速度は常に最高速度であり、ネットワークのオーバーヘッドも含まれていたため、デバイスのスループットは40～90%低下することがよくありました。

Wi-Fiは、802.11g（2.4GHz）、802.11n（2.4GHzと5GHz）、そして802.11ac（5GHz）Wave 1とWave 2の2つのリリースを経て進化してきました。802.11ax規格は両方の周波数帯域でパフォーマンスを向上させ、単一チャネルで数十台のデバイスに同時に数ギガビット/秒のスループットを提供します。これは、圧縮されたHDや4K HDR動画のストリーミングや、ネットワーク上で数ギガバイトのファイルを転送する場合に非常に役立ちます。世界中で100Mbpsから1Gbpsのブロードバンド接続を利用する人が増えていますが、低速のWi-Fiネットワークによって制限される可能性があります。

Dリンク

Wi-Fiはこれまでアップデートを重ねるごとにデータレートが向上してきましたが、802.11axは複数の技術を追加することで、それぞれが独自の利点をもたらすことで、データレートを大幅に向上させています。これらを総合的に見ると、802.11axベースステーション（Wi-Fiルーターなど）の最大データレートは14Gbpsに達する可能性があり、同様の構成の802.11acルーターでもわずか3.5Gbpsにとどまります。実際には、この最大速度を実際に体感することはできませんが、802.11axは依然として802.11acの数倍の速度を提供する可能性があり、多くの人が同時にストリーミングしたりファイルを転送したりする動画視聴の厳しい要件をより適切に満たすでしょう。

802.11ax がこれを実現する仕組みの概要は次のとおりです。

より高密度なデータエンコーディング 

Wi-Fiはデータを無線電波にエンコードしますが、特定の周波数で伝送できるデータ量には計算可能な限界があります。しかし、WLAN規格は依然としてその上限に向けて開発が進められています。時とともに信号を処理するチップはより高性能になり、特に基地局と受信デバイス間の非常に短い距離、通常は同じ部屋にあり見通しが利く場所で、同じ空間にデータをより効率的に詰め込むことができるようになりました。これはビデオストリーミングに最適です。

ナショナルインスツルメンツ

802.11acはこの道を歩み始め、802.11nよりも33%多くのデータ量でエンコードを可能にしました。802.11axではさらに25%増加しています。例として、卵の入った円形の枠が正方形に埋め込まれた卵パックを縦横に並べた例えを思い浮かべてみてください。では、正方形を六角形の格子に置き換え、卵と卵の間の段ボールを減らしてみましょう。こうすると、無線信号が密集しているためエラーによる損失が発生する可能性があり、割れた卵が増える可能性がありますが、通常はより多くの卵が手に入ります。

2.4GHzを再び追加

2.4GHz帯は、ベビーモニター、ワイヤレスドアベル、コードレス電話など、高速Wi-Fiネットワークとの相性が悪く、無線データを利用するいわゆる無認可用途で溢れているため、軽視されることが多い。こうしたWi-Fi以外の用途の多くは、他の帯域に移行するか、今ではWi-Fiに依存している。802.11axは、10年以上ぶりに2.4GHz帯の性能を向上させた規格であり、最大ギガビット/秒のデータ転送速度を実現すると同時に、5GHz帯に比べて波長が長いという2.4GHz帯の利点も活用している。波長が長いため、壁、床、家具などの固体をよりよく透過できるのだ。

これはメッシュネットワークに特に有効です。現在のメッシュノードは通常、2.4GHz帯と5GHz帯の2つの無線を搭載しており、そのうち1つはノード間の通信に使用されます。透過率の高い2.4GHz帯ではデータレートが大幅に向上するため、802.11axを使用したメッシュネットワークは、ネットワーク全体のスループットを向上させます。

複数のデバイスを同時に通話したり聞いたりする

802.11n規格では、MIMO（Multiple In, Multiple Out）と呼ばれる空間多重化技術が追加されました。MIMOは、ビリヤードを電波でプレイするように、複数の物理経路を介して複数のデータストリームを送信する方法です。この技術には、複数の送信アンテナと受信アンテナ、そして各ストリームに対応する追加の無線ユニットが必要でした。しかし、多くのデバイス、特に小型モバイル機器やスマートホーム機器は、複数の無線ユニットを搭載していませんでした。そのため、MIMO対応の無線ルーターは、単一のストリームに制限されている場合、特定の時点での潜在的な帯域幅の大部分を無駄にしてしまうことになります。

ナショナルインスツルメンツ

802.11ac以降、ルーターは複数のデバイスと同時に通信（マルチユーザーMIMOまたはMU-MIMO）できるようになり、効率性が向上しました。802.11axでは、クライアントデバイスも同時に応答できるようになりました。これはストリーミングメディアプレーヤーにとって非常に便利で、オーディオとビデオの再生をプレーヤーからルーターに、そしてルーターから視聴デバイス（スマートテレビ、メディアストリーマー、スマートフォン、デジタルオーディオプレーヤーなど）に、より信頼性の高い方法で送信できるようになります。802.11axでは、ストリーム数も4から8に倍増しますが、この機能は家庭用デバイスではなく、高価なエンタープライズ機器でのみ利用される可能性が高いでしょう。

サブチャンネル

802.11axは、4G LTEやそれ以前のいくつかの規格からヒントを得て、Wi-Fiチャネルを最大数千もの密集した「サブキャリア」、つまりサブチャ​​ネルに分割する手法を追加しました。これらのサブチャネルはそれぞれ、異なるデバイスの様々なデータペイロードを伝送でき、あるサブチャネルの干渉やノイズは他のサブチャネルから分離されるため、再送信の必要性が軽減されるだけでなく、通信全体をクリアに受信できる低いデータレートに落とす必要もありません。（この技術は、直交周波数分割多元接続（OFDMA）と呼ばれます。）

クアルコム

これは、巨大なトラック1台が高速道路全体を占領し、大きな梱包コンテナを1つ積んでいるのと、車線間に非常に薄い仕切りがあり、様々な箱を積んだ多数の小型トラックが同じ高速道路を走行しているのとの違いに例えることができます。アナリストやメーカーは、適切な状況下ではOFDMAによって現在のネットワークの4倍のスループットを実現できると述べています。

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他のネットワークをより適切に識別

多くの都市や郊外では、数十から数百の Wi-Fi ネットワークが重複しています。802.11ax には、現在接続しているネットワークと他のネットワークから受信した弱い信号を標準で区別できる技術が含まれており、これによりスループットが向上します。

多数の小さな技術的改善

上記の要素は十分に技術的なもののように思えるかもしれませんが、その他にも、802.11ax が単一の送信先へのデータをさまざまなサイズのチャンクに分割して利用可能なスロットに収まるようにしたり、エンコードされたデータをより長く使用したり、「ビームフォーミング」のエネルギーをより適切に集中させて受信デバイスをより正確にターゲットにしたりすることなど、多くの小さな改善が積み重なっています。802.11ax は、デバイスが互いに通信をオーバーラップする競合 (競合) を回避する点でも優れています。

クライアントのバッテリーパフォーマンスの向上

速度とは関係のないもう一つのボーナスとして、モバイル向けの様々な改善が挙げられます。その中には、Wi-Fi無線をスリープ状態にして電力を節約するネットワーククライアントデバイスに、正確なタイミングでスリープ解除するよう指示する機能も含まれています。これにより、Wi-Fi関連の電力消費を大幅に削減し、バッテリー寿命を延ばすことができます。

早期導入者のリスク

この規格はIEEEタスクグループでまだ開発段階ですが、一部のメーカーは、単一のメーカーまたはチップメーカーが解釈した暫定版の仕様を使用しているにもかかわらず、802.11ax規格を冠したWi-Fiルーターの近々リリースに向けて準備を進めています。D-LinkとAsusは1月のCESでルーターを発表しましたが、チップメーカーが802.11axチップセットの最終決定に近づくにつれ、より多くのメーカーが計画を練り始めるでしょう。

エイスース

早期購入にはコストがかかる可能性があります。過去数回の規格変更では、変更内容は大きかったものの制限が多く、完全な準拠のためのアップデートの取得に問題を抱えたルーターはほとんどありませんでした。しかし、802.11axには多くの重要な改善点と変更点があるため、初期のルーターは、後世代のチップを使用して製造されたルーターほど堅牢で準拠性が高くない可能性があります。メーカーやチップメーカーはIEEE委員会に参加して意思決定を行い、製品の相互運用性を認定するWi-Fi Allianceにも参加していますが、それでもリスクは残ります。

802.11axのメリットは、スマートフォン、タブレット、コンピューター、その他のデバイスに新しいクライアントアダプタが搭載されなければほとんど得られません。しかも、新世代の機器が導入されるにつれて、こうしたアダプタの搭載は徐々に遅くなっていきます。2019年は802.11axが数億台の新しいデバイスに搭載され始める年になる可能性が高いものの、この新技術を最大限に活用できるほどの十分な数の新しい機器が揃うまでには、まだ2～3年はかかるでしょう。

新世代のハードウェアでは、下位互換性は常に懸念事項ですが、Wi-Fiの歴史は、過去のすべての規格をほぼ網羅し、大きな妥協もせずに実現してきました。802.11ax対応を謳うルーターは、より現代的なネットワークセキュリティ方式をサポートした最初のバージョンである802.11gまで遡り、以前のすべての802.11規格もシームレスに処理します。いくつかの例外を除き、過去に使用したすべてのデバイスを引き続きご利用いただけます。

下位互換性を有効にするために特別な設定は必要ありませんが、一部のルーターには、古い形式のWi-Fiを無効にするモードが搭載されている場合があります。互換性にはオーバーヘッドが伴い、古いモードを無効にするとパフォーマンスがいくらか向上する可能性があります。