[標準化動向]

802.11n(無線LAN)の標準化動向(4):600Mbpsを実現するMAC副層の仕組み

2007/01/09
(火)
SmartGridニューズレター編集部

【2】802.11nのMACフレームの構成

[1]第1回目のMSDUでのアグリゲーション(多重化)

次に、次世代標準である802.11nのMACフレーム(MPDU)について解説しよう。従来の無線LAN(802.11a/b/g)では、MACフレームのユーザー・データが入る「フレーム・ボディ」の部分に、これまでは1個のTCP/IPのデータしか入れなかったが、802.11nのフレームでは、ここに複数個のデータ・フレーム(サブフレーム)を多重して入れるということになった。この多重化する仕組みを図1《2》MSDUでのアグリゲーション(第1回目)に示している。

図1 既存のMPDUと802.11nのA-MPDU(多重MPDU)の比較
【再掲】図1 既存のMPDUと802.11nのA-MPDU(多重MPDU)の比較(クリックで拡大)

《2》MSDUでのアグリゲーションに示すように、上位層からの複数のデータ(TCP/IPのデータ)をまず、MSDU〔MACのMPDU(MACフレーム)を作成するためサービス提供部分〕で、サブフレーム1、サブフレーム2、…サブフレームNというように、複数個のフレーム(サブフレーム)を多重(統合)化する。この場合、Nがいくつかについては、標準では規定されていない。

各サブフレームの構成について、例えば図1に示すサブフレーム2の場合は、

(1) サブフレーム・ヘッダ
(2) MSDU(ここでは基本的には「従来のMPDUのフレーム・ボディ」と同じ意味)
(3) パディング(バイトを調整するためのビット)

の3つで構成されている。

さらにサブフレーム・ヘッダには、宛先アドレス(DA:Destination Address)、送信元アドレス(SA:Source Address)とLength〔長さ表示。ユーザーの送信データ(ペイロード)が何バイトの長さかを表示〕が入っている。このように、ユーザー・データだけを連続して送信してしまうと、データの境界がわからなくなってしまうため、各サブフレームにはサブフレーム・ヘッダ(切れ目の情報)が付けられている。

[2]第2回目のMPDUでのアグリゲーション(多重化)

このように、MSDUを含むサブフレームを1からNまで多重化して、図1《3》802.11nのMPDUを作成したが、従来はこのMPDUに、前述した物理層のヘッダを付加して、空中に飛ばして送信した。

しかし、802.11nでは、物理層のPSDU(PLCP Service Data Unit、PLPC副層のサービス・データ単位)に渡す前のMPDUにおいて、もう一度多重して(アグリゲートして)送信することができる。

このMPDUを多重(第2回目)してできたPDUを、A-MPDU(アグリゲーションMPDU)と呼ぶ。このA-MPDUとしての多重は、MPDUをいくつ多重したかについては記述されていないが、その最大長は65535バイトと規定されている(PLCP:Physical Layer Convergence Protocol、物理層コンバージェンス・プロトコル)。

このn個のMPDUを多重化したA-MPDUは、図1《4》MPDUでのアグリゲーション(A-MPDU)に示したように、先頭からLength、CRC、MPDUヘッダ、MPDUペイロード、FCS、PAD(パディング)を繰り返して多重化されたものになっている。

A-MPDUは、次に物理層に送られPSDUができあがる。続いて、このPSDUに物理層のヘッダが付加されて802.11nのPSDU(物理層フレーム)が作成され、空中に電波で飛ばされることになる。

以上のように、従来のレガシーのMSDUは最大2304バイトのペイロードであったが、802.11nの多重化されたA-MPDUのフレーム長は最大65535バイトとなっている。イーサネットのMACフレームの大きさは、1500バイトであるため、単純に40倍のMACフレームを一つのフレームで送ることができることになる。

MAC副層では、MSDUが多重化されてA-MPDUが作成されるが、この方式は、TCPのAck(確認応答)のようなショート・フレーム(短いフレーム)が多く含まれる通信の場合に効果を発揮する。

また、802.11nの伝送速度を最大600Mbpsとすると、802.11a/gが54Mbpsであるから、802.11nは10倍くらい速い伝送速度になっている。すなわち、40倍の大きさのフレームを1/10の時間で送れるため、相対的には4倍程度の長さのフレームということになる。

このような仕組みになっているため、フレームが長いことによって送信時のフレームの占有時間の長さの心配は不要(4倍程度であるため)となっている。この結果、伝送速度が上がった分だけ送信する情報を増やせる仕組みになっている。

これまでの説明を整理すると、上位層からくる送信データ(MSDUペイロード)は、最大2304バイトであるが、これをMAC副層で2回のアグリゲーションをかけてA-MPDUとする。その結果、802.11nのMACフレームのペイロードの長さは最大65535バイトになる。

当然A-MPDUを構成する過程の中で、ユーザー・データ以外の制御情報なども含まれることになるので、65535バイトがすべてユーザー情報として適用できるわけではない。しかし、従来の2304バイトと比べると大量のデータを送信できる仕組みになっている。

以上のほか、802.11nのMAC副層では、ハイスループット(HT)・モード(20MHz/40MHz)と従来のレガシーとの共存方法などの審議が進んでいる。

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802.11nの物理層や、標準化スケジュールについては、802.11n(無線LAN)の標準化動向 (2)をご参照ください。

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