[特集]

M2M/IoT時代に対応するWi-Fiファミリーの新規格「IEEE 802.11ah」(Wi-Fi HaLow)標準とそのユースケース

2016/12/13
(火)
インプレスSmartGridニューズレター編集部

IEEE 802.11ahは、LPWAネットワーク(非セルラー系の規格)の1つとして登場し、間もなく標準化が2016年12月に完了予定である(注1)。IEEE 802.11ahは、Wi-Fiファミリーの新規格ではあるが、従来のWi-Fiに比べて低速ながら、屋内でも屋外でも使用できるLPWA(省電力型広域無線網)ネットワークである。ここでは、IEEE 802.11ahの標準化活動で活躍されているシュビキスト・テクノロジーズ・ギルド代表の島田 修作(しまだ しゅうさく)氏への取材をもとにレポートする。

IEEE 802.11ah:ブランド名はWi-Fi HaLow

〔1〕日本では920MHz帯(サブギガ帯)を使用

 M2M/IoT時代を迎えて、Wi-Fiアライアンスは、米国ラスベガスで開催された「CES 2016」(1月6〜9日)開幕直前の2016年1月4日に、新しいWi-Fiソリューション「Wi-Fi HaLow」(ワイファイ・ヘイロー注2)を発表し、注目を集めた。このWi-Fi HaLowは、新しい無線LAN規格であるサブギガ帯(Sub-1GHz帯。日本は920MHz帯注3)を使用するIEEE 802.11ah規格の標準化がほぼ固まってきたことを背景に、Wi-Fiアライアンスがその製品のブランド名として発表したものである。

 このIEEE 802.11ah規格は、表1に示すように、広く普及しているIEEE 802.11a/b/g/n/acなどを含むWi-Fiファミリーの1つであるが、従来のWi-Fiが使用してきた、2.4GHz帯や5GHz帯とは異なるサブギガ帯〔日本は920MHz帯(915.9〜929.7MHz)〕を使用するため、従来の規格と互換性を必要としない仕様となっている(2.4GHz帯や5GHz帯、920MHz帯はいずれも免許不要帯)。

表1 IEEE 802.11ワーキンググループにおける各無線LAN規格の比較

表1 IEEE 802.11ワーキンググループにおける各無線LAN規格の比較

DSSS:Direct Sequence Spread Spectrum、直接拡散方式
Short-GI:Short Guard Interval、短いガード・インターバル。OFDM変調方式で、信号が相互干渉しないように設けられる短いガード区間のこと。
π/4BPSK:BPSKを拡張し、π/4 シフトしたBPSK(シングルキャリア)
BPSK:Binary Phase Shift Keying、2 相位相変調
OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing、直交周波数分割多重(マルチキャリア)
出所 各種資料をもとに編集部作成

〔2〕IEEE 802.11ahのユースケース(用途)

 また、表1に示すように、従来のIEEE 802.11規格(Wi-Fi)は、これまでパソコンやスマ―トフォンなどにおける大量のデータ通信や高品質画像などの通信を目指して、11Mbps⇒54Mbps⇒600Mbps ⇒6.75Gbpsと、伝送速度の高速化を目指して機能を拡張してきた。

 しかし、M2M/IoT時代では、小量なデータを扱うセンサーやウェアラブル端末などのIoTデバイスが100億個も200億個もネットワークに接続される環境となるため、高速化というよりは、通信モジュールが低価格・低消費電力(省電直型)で、かつ通信距離の長さ(カバレッジ。通信範囲)を重視したネットワークが求められる。

 このため、IEEE 802.11ah規格は、LPWA(Low Power Wide Area、省電力型広域無線網)の1つとしても期待される通信規格の1つとなっている。

 同規格が目指すユースケース(利用例)としては、次のような3つの用途が考えられている。

図1 IEEE 802.11ahのユースケース:スマートグリッドへの適用例(イメージ)

図1 IEEE 802.11ahのユースケース:スマートグリッドへの適用例(イメージ)

出所 Potential Compromise for 802.11ah Use Case Document、Qualcomm、Date: 2011-03-17

  • <ユースケース1>
     M2M/IoT分野への適用を明確にした用途:センサーやスマートメーター(スマートグリッド)、アクチュエータ、ウェアラブル端末などを相互接続する通信(図1)。
  • <ユースケース2>
     バックホール回線としての用途:センサーやスマートメーターから集まったデータを幹線(バックボーン回線)に中継する通信回線(バックホール回線)としての用途。
  • <ユースケース3>
     従来のWi-Fi通信を長距離化する用途(通信距離拡張Wi-Fiとも言われる):従来の無線LANの用途と類似のシナリオであるが、従来の無線LANで間に合う領域には従来の技術を使用し、より長距離が必要で省電力が求められる領域には802.11ahを使用して補完する用途。

 このうち、ユースケース1、2は、特にM2M/IoT向けの用途に適したもので、屋内だけでなく屋外でも通信が可能となっている。

 802.11ah(Wi-Fi HaLow)は、以上のようなユースケースのほかに、スマートホーム(スマートハウス)やコネクテッド・カー、デジタル・ヘルスケアの分野をはじめ、製造業や小売業、農業、スマートシティなど、M2M/IoT環境で省電力が求められる新しい環境においても活用することが可能になる。


▼ 注1
IEEE 802.11ah/HaLow は、SIGFOXやLoRaなどのLPWAとは相補的で、異なる技術であり、必ずしもLPWAに分類されないという見方もある。

▼ 注2
HaLow(ヘイロー。HaloとLowを合わせた造語):Haloは暈(かさ)、すなわち、月や太陽に雲が薄くかかった際に、周囲に光の輪が現れる後光のような大気現象のこと。低消費電力(Low Power)のIEEE 802.11ah(Wi-Fi)の電波が暈(かさ)のように広く伝わっていくイメージの表現である。
これと類似したものとして、IEEE 802.3のEthernet(イーサネット)がある。Ethernetとは、Ether(エーテル。宇宙に存在し、電磁波や光を運ぶ仮想の物質と考えられていたもの)とNetworkを合成した神秘的な意味をもつ用語である。Ethernetの発明者であるロバート M.メトカフ博士によって、1973年5月22日に命名された。

▼ 注3
920MHz帯の特定小電力無線局や簡易無線局の電波出力(日本)は、ARIB(電波産業界)によって、次のように規定されている。
(1)特定小電力無線局:免許人不要/免許不要、①1mW以下(ARIB STD-T108)、②20mW以下(ARIB STD-T108)の2種類がある。
(2)簡易無線局:免許人不要/登録必要、250mW以下(ARIB STD-T108)

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