IEEE 802.11(アイトリプルイー 802.11)は、IEEEにより策定された、広く普及している無線LAN関連規格の一つである。無線局免許不要で使えるものも多い。
一覧 公称速度とされているのは無線機器間を結ぶ瞬間的な通信速度である。実際のデータのやり取りは様々な理由でロスが生じるため、インターネット上の速度測定サイト等で計測される速度(実効速度)は公称速度の半分–3分の1程度となる。
世代規格策定時期二次変調方式周波数帯公称最大速度空間ストリームチャンネル幅備考(日本国内)1IEEE 802.111997年6月DSSSFHSS2.4–2.5 GHz2 Mbps122 MHz免許不要2IEEE 802.11a1999年10月OFDM54 Mbps20 MHzIEEE 802.11bDSSSCCK2.4–2.5 GHz11 Mbps / 22 Mbps22 MHz免許不要3IEEE 802.11g2003年6月OFDM54 Mbps20 MHzIEEE 802.11j2004年12月要免許、電力など一定制限内の端末のみ免許不要4IEEE 802.11n2009年9月65 Mbps–600 Mbps1–42040 MHz製品によって上限の公称速度が異なり、最小では65 Mbps、最大では600 Mbpsである。5IEEE 802.11ac2014年1月292.5 Mbps–6.93 Gbps1–880160 MHzIEEE 802.11ad2013年1月シングルキャリアOFDM57–66 GHz4.6 Gbps–6.8 Gbps 最大9 GHz免許不要6IEEE 802.11ax2021年2月9日OFDMA9.6 Gbps1–820/40/80/160 MHz6E7IEEE 802.11be2024年9月46 Gbps1–1620/40/80/160/320 MHz8IEEE 802.11bn
IEEE 802.11タスクグループの一覧 規格名規格の種類制定時期備考(日本国内)802.11伝送規格1997年6月MACと周波数ホッピング及び直接シーケンスの変調方式を定義。DSSS方式。802.11a1999年10月5 GHz帯でOFDMを用いることにより、54 Mbpsを実現した規格。2番目の物理層標準だが、製品化されたのは2000年後半。802.11b3番目の標準だが製品として発売されたのは2番目。DSSS/CCK方式。802.11c 異なる無線ネットワーク間をブリッジする規格。大幅な成果が得られなかったことから802.11cとしては発表されず802.1Dに吸収された。802.11d 電波規制が異なる国間を移動する場合の手続きを策定802.11eQoS関連規格2005年11月MACのサービス品質 (QoS) の拡張を制作802.11F アクセスポイント間プロトコル (IAPP)802.11g伝送規格2003年ISM帯のネットワークを使用する物理層仕様。2.4 GHz帯にOFDM方式を適用。802.11h各国の法規 802.11aと欧州の電波放出規則の互換性を維持するための標準802.11iセキュリティ リンク層のセキュリティを強化802.11j各国の法規 802.11aを日本の電波法規則に適合させるための追加仕様。jはJapanの頭文字ではなく偶然802.11k通信の強化 無線帯域の使用を効率よく管理するため、ネットワーク内で電波リソース情報を交換する規格802.11mメンテナンス 802.11a, 802.11b, 802.11d, TGcの変更を802.11本体の仕様書に取り込むタスクグループ。mはメンテナンスの意味。802.11n伝送規格 2.4 GHzと5 GHzに互換性を持ち、MAC層において100 Mbpsを上回る高スループットを実現。40 MHz幅・4×4MIMOをサポート。802.11p応用 自動車で802.11を応用するタスクグループ。ETCなどで用いられる。802.11r ローミング性能を強化802.11s メッシュネットワーク技術のための改訂802.11T試験・測定 802.11の試験と測定の仕様書を設計するタスクグループ(規格化断念)802.11u他ネットワーク相互接続 他のネットワーク技術との相互接続を支援する。Passpoint。802.11aaビデオの伝送802.11ac伝送規格2014年1月5 GHz帯を利用し、最大6.93 Gbpsを実現するための規格。160 MHz幅, 8×8MIMOをサポート。802.11ad2012年12月60 GHz帯を利用し、7 Gbpsを超えるスループットを実現。2.1 GHz幅をサポート。802.11af TVホワイトスペース802.11ah 1 GHz以下のセンサーネットワーク、スマートメータリング。11acをベースに、IoT向けに1 MHz幅をサポート。802.11ai 10 msで高速接続(高速初期リンクセットアップ)802.11aj802.11adを中国向けに拡張。45 GHz帯を含む。802.11ak無線LANブリッジ方式802.11aqAPに接続する前にAPがサポートしているサービス情報を知るための規格802.11ax伝送規格2021年2月9日高密度環境における周波数利用効率の向上。OFDMAを適用。8 GHz幅、MU-MIMOサポート。802.11ay60 GHz帯を利用し20 Gbpsを実現するための規格。802.11adを拡張。802.11az次世代測位方式802.11baWake up無線802.11bbLi-Fi802.11bcブロードキャスト802.11be伝送規格2024年9月axに続く規格。最大46Gbpsでの転送が可能。802.11bn伝送規格beに続く規格。
注釈 「L」「O」「Q」は、Lが数字の1、O・Qが数字の0と間違いやすいため欠番 a → z の順番に作られ、z の次は aa となった。aa → az の順番に作られている。 802.11F や 802.11T が大文字なのは完結した独立文書であることを示す。 IEEE 802.1X と同じ考え。
国ごとで利用可能なチャンネル
+2.4 GHz帯チャンネル中心周波数 (MHz)北米欧州日本124122241732422424275243262437724428244792452102457112462122467132472142484
+5 GHz帯チャンネル中心周波数 (MHz)北米欧州日本365180W52405200445220485240525260W535652806053006453201005500W561045520108554011255601165580120560012456201285640132566013656801405700144572014957451535765157578516158051655825
+6 GHz帯チャンネル中心周波数 (MHz)北米欧州日本1595555975 中略8963959364159764351016455 中略22970952337115
+60 GHz帯チャンネル中心周波数 (GHz)北米日本158.32260.48362.64464.80
IEEE802.11のフレームとヘッダ IEEE802.11のフレームは以下の構造になっている。 PLCPプリアンブル PLCPヘッダ IEEE802.11ヘッダ データ FCS
さらに、上記のIEEE802.11ヘッダの詳細は、以下のようなフィールドで構成される。 フレーム制御 Duration/ID アドレス1 アドレス2 アドレス3 シーケンス制御 アドレス4
フレーム制御のフィールドにはフレームの種類を示す情報などが入る(フレームの種類は以下の3つ)。 管理フレーム(認証、関連付け要求、関連付け応答、再関連付け要求など) 制御フレーム(送信要求、応答確認など) データフレーム Duration/IDの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入る。 4つのアドレスフィールド(各アドレスフィールドに入る情報は、通信環境によって変わる)。
IEEE 802.11 英語では "I triple E eight O two dot eleven"(アイトリプルイー エイトオーツー ドット イレブン)という形で発音され、省略する場合には単に "dot eleven"(ドットイレブン)と呼称される規格である。日本語では「はちまるにい てん いちいち」と呼ばれることが多い。1997年にIEEEで最初に規格統一された無線LAN規格。
物理レイヤ規格とMACレイヤ規格から主に構成され、一つのMACレイヤ規格で複数の物理レイヤ規格をサポートするのが特徴である。2.4 GHz帯の無線だけでなく、赤外線の物理レイヤもサポートする規格。具体的には物理レイヤとして、スペクトラム拡散のうち周波数ホッピング方式 (FHSS) のもの、直接拡散方式 (DSSS) のもの、および赤外線方式のものの3種類が規定されている。伝送速度は物理レイヤでの理論値1 M、2 Mbpsを実現。
MACレイヤについてはCSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 方式を用いているのが特徴である。CSMA/CA方式は "Listen Before Talk" 方式であり、人間に例えると「話す前に聞け」という原理に基づくアクセス制御方式である。すなわち、自分がパケット信号を送信しようと思ったならば、まずはアンテナで他の装置がパケット信号を出していないかどうかを、良く確かめてから送信するという極めて単純な機構を採用したアクセス制御方式である。CSMA/CA方式は2.4 GHz帯のように干渉を互いに与えない範囲での独立なチャネルが4チャネルしか取れない場合に、自分以外のアクセスポイント(親局)が自律分散的(つまり隣近所と事前の計画的なチャネル設定等を行わずに)に動作させる上で、簡単かつ実際的なアクセス制御方式であり、この後に繋がる一連の無線LAN発展の基礎をなす概念である。
暗号化技術としてはWEPの利用が想定されていた。
IEEE 802.11a 1997年に成立したIEEE 802.11規格の無線LANは伝送速度が最大2 Mbpsであり、それを高速化するための標準化が1997年から行われた。2.4 GHz帯ではIEEE 802.11b規格、5 GHz帯ではIEEE 802.11a規格の審議が行われた。11b規格では従来の11規格との互換性が求められての標準化であったが、11a規格は互換性にとらわれることも無く当時の最新技術を用いた物理レイヤ技術の検討が行われ、パケットモードOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple) 方式による物理レイヤ規格(最大54 Mbps)が1999年に成立した。IEEE 802.11aを使用した実際の商品は2002年頃に登場した。登場当初、11b (Wi-Fi) と対比する名称として「Wi-Fi 5」という名称が使われることもあった。
米国では、当初から5 GHz帯で屋内外双方で利用できる5.150–5.350 GHzと5.470–5.725 GHzが割り当てられた。一方日本では、当初5.15–5.25 GHz帯の周波数が、無線LANにも利用可能とはなっていたが、移動体衛星通信システムにも利用されているため、電波法によって屋外での利用が禁止されている。なお、自動車や列車内、航空機などの乗り物内での利用はこの限りではない。その後、5.15–5.25 GHzに加えて4.9–5 GHz(屋外用ライセンスバンド)、5.25–5.35 GHz(屋内用アンライセンスバンド)が日本では追加された。今後は2.4 GHz帯が混雑するにつれてより帯域幅の広い5 GHz帯への移行が進むものと思われる。
なおチャネル配置等に関して、日本が欧米での周波数割り当てと異なる部分について世界的に統合した規格にするため、新たにIEEE 802.11jが規定された。11jのjは "Japan" の頭文字ではなく、アルファベット順で規格名が定められた時に偶然に "j" 番目になったにすぎない。
周波数に5 GHz帯を使うため、2.4 GHz帯の11b, 11g, 11nのような電子レンジの影響を受けにくい利点があるが、信号強度の空間伝搬損失は通信に使用する周波数の2乗に比例するため、2.4 GHz帯の11b, 11g, 11nの信号ほど遠くまで伝搬しない。
狭い帯域幅で高い転送速度を実現できたが、あまり普及しなかった。
日本でのチャンネルの変更 IEEE 802.11aに使用されているチャネルの中心周波数に関しては、従来より日本国内において使用されてきたものから、国際的に標準なものへと変更された。変更に際しては、混乱を避けるため、電子機器業界が中心となって識別をしやすくするための記号が制定された。 J 旧来の日本国内規格 W 国際標準準拠規格 数字 中心周波数 (例:“53”は中心周波数が5.3 GHz)
制度改正から2008年(平成20年)5月ごろまでは、経過措置として“J52”(5.15–5.25 GHzにおけるチャネル配置)、“W52”並びに“W53”(5.15–5.35 GHzにおけるチャネル配置)の3つの規格の併存が認められ、チャネル変更に対応した無線LAN機器も順次発売され普及し始めている。しかし、規格に対応していても接続できないという事態がおこりうるので注意が必要となっている。
PCカードなどのクライアント側はすべての周波数 (J52, W52, W53) に対応できることになっていたが、無線ブロードバンドルータやアクセスポイントなど親機側では、新たにJ52対応の機器を販売することができなくなった。また、旧規格であるJ52にしか対応していない機器の一部では、ファームウェアを書きかえることで、W52に対応させる方法が取られた。ただし、メーカーによっては古い商品でのW52・W53対応のファームウェアを出さず、そのため、J52に対応していない機器とはそのようなアクセスポイントは通信できない。
W52・W53を利用する場合、チャネルが異なっていれば干渉はない(使用チャネルは4チャネル刻みで指定する)。したがって、最大8個のチャネルが利用可能になり、設置計画の自由度が高くなった(11b/gは最大3個)。
使用できるチャネル増加に伴い、同フロアに複数設置できる11aは、企業用途に向いていると思われていた。しかし、増加チャネル部分 (W53) は DFS(Dynamic Frequency Selection: 動的電波周波数選択)により気象レーダーとの干渉を避けることが義務付けられており(干渉を検出した場合に回避動作を行う)、場合によっては通信の途絶等が起こり得るため、品質や連続稼動性を要求される企業用途では不向きとされている(W52では同様の動作は必須になっていない)。
2007年(平成19年)1月の総務省省令改正により、"W56" (5.47–5.725 GHz) が使用可能になった。これによりチャネル数が8から19に大幅に増加した。W56であれば、免許が無くとも屋外で使用する事が出来る。ただし、W56も気象レーダーが使う帯域である為、W53と同等の制約がある。
経過措置が終了した2008年(平成20年)6月以降は、新たに発売されるクライアント機器も“J52”への対応が禁じられ、“W5x”の国際標準準拠規格のみの対応となった。それ以前に発売され現在も販売が継続されている商品はこの限りでない。
2019年7月11日に改正総務省省令が公布され、W56に144chが追加となった。これにより140 + 144chの HT40/VHT40(40 MHz 幅)、132 + 136 + 140 + 144chの VHT80(80 MHz 幅)などの利用が可能となった。
+ 802.11aのチャンネル 期間 タイプ チャンネル 屋外 気象レーダーとの干渉による運用制限 2005年5月まで J52 34, 38, 42, 46 2005年5月以降 W52 36, 40, 44, 48 W53 52, 56, 60, 64 2007年1月31日以降 W52 36, 40, 44, 48 W53 52, 56, 60, 64 W56 100, 104, 108, … , 140 2019年7月11日以降 W52 36, 40, 44, 48 W53 52, 56, 60, 64 W56 100, 104, 108, … , 144
IEEE 802.11b 正式には "IEEE 802.11 High-Rate Direct Sequence" と言う。IEEEの「802委員会」の中にある「ワーキンググループ11」の「タスクグループB」が策定した。2.4 GHzのISM帯と呼ばれる、免許不要で扱える周波数帯域を利用する。1997年–1999年にかけて規格審議が行われ、従来のIEEE 802.11規格と互換性を持たせて伝送速度を2 Mbpsから最大11 Mbpsに拡張した規格が成立した(オプション規定として22 Mbpsのものもある)。技術としては、IEEE 802.11規格の3種類の物理レイヤ規格の中で直接拡散方式(DS方式)をベースにCCK (Complementary Code Keying) 方式を採用することにより高速度化を実現した。
11b規格は物理レイヤの規格であり、MACレイヤには従来のIEEE 802.11で規定されているMACレイヤ規格が採用されて製品化されている。1999年に規格が成立する直前に100ドルを切る無線LANカードが発売されたことにより、無線LAN市場が一気にブレイクする起爆剤になった規格である。パソコン関連として、もっとも初期に普及した無線LAN規格である。
日本国内で利用できるチャネル数は14である。すなわち中心周波数2.412 GHzの1chから同2.472 GHzの13chまで0.005 GHz (5 MHz) 刻みの1–13chと、同2,484 MHzの14chの、計14chである。ただし、一つのチャネル幅の規格が22 MHzであるため、干渉なしで通信できる最大チャネル数は4個となる。そして、その場合のチャネル設計は、1ch・6ch (2.437 GHz)・11ch (2.462 GHz)・14chである。しかし、11bでの14ch利用の合法性は日本に限られ、14chに対応しない親機・子機も多い。その場合、干渉なしで通信できる最大チャネル数は、規格上は11g同様の3個になる。しかし、規格より狭いチャネル幅で通信し、1ch・5ch・9ch・13chの計4チャネル同時利用を行える機種も市販されている。
IEEE 802.11g IEEE 802.11bの上位互換規格として開発され、IEEE 802.11bと同じ2.4 GHz帯のISMバンドの電波周波数を利用する。
最大通信速度は54 Mbpsであり、IEEE 802.11bの11 Mbpsよりも高速化されている。それを実現するために 5 GHz帯IEEE 802.11aで確立された物理レイヤ規格であるOFDM(直交周波数分割多重方式)を用いている。
しかし、ISMバンドを利用しているので、他の機器(特に電子レンジやコードレスホン、2.4 GHzを使うワイヤレスマイク、Bluetoothなど)からの干渉を受ける可能性が高く、IEEE 802.11aに比べて実効速度は落ちる。
また、IEEE 802.11bに対する互換性を有していることにより、従来のIEEE 802.11b規格による通信をする機器が1台でも混在すれば、それに合わせてIEEE 802.11bモードの動作になり、通信速度が大幅に低下してしまう。
利用可能なチャネルは、11bの1–13chと同じ帯域の合計13チャネルである。各チャネルの中心周波数は5 MHz間隔で設定されているが、1つのチャネルの幅は規格上は20 MHzなので、5ch以上離れていないチャンネルは帯域が重なっているので干渉が発生する。このため、同時に利用しても全く干渉なく通信が行えるチャンネルの数は3つ以下である。ただし、規格よりも狭いチャネル幅で通信を行うことで、1ch・5ch・9ch・13chの合計4チャネルの利用ができる機種も販売されている。
一部の製品では、802.11nで採用されているMIMO (Multiple Input Multiple Output)の技術を先行して採用することで 108 Mbpsでの通信を可能にしているが、それは同一メーカー製のMIMO対応機器の間に限られる。
IEEE 802.11i
IEEE 802.11iは、通信規格そのものではなく、無線LANにおけるセキュリティ標準を定める規格である。WPA (Wi-Fi Protected Access) やWPA2などもIEEE 802.11iに準拠した規格である。脆弱性が指摘されるWEPに代わり、標準暗号規格として、WPAではTKIP(WEPの改良版)を、WPA2ではCCMP(暗号化アルゴリズムとしてAESを利用)を採用している。
IEEE 802.11j これはIEEE 802.11aを日本向けに修正した規格である。ただし文字 j はJapanの頭文字を意味するものではなく、IEEE内のプロジェクト名として偶然割り当てられたものである。
日本国内でデータ通信用として割当てられた周波数のうちで、IEEE 802.11aが使用する5.2 GHz付近のCバンドの周波数は日本では衛星通信・気象レーダーや地球観測衛星で使用しているので、屋外での使用はできず、電波法の一部改正及び周波数の割当によりデータ通信用として新たに割当られた4.9–5.0GHzの利用(「5GHz帯無線アクセスシステム」として、屋外での利用も許可された。ただし届出制による免許を必要とする。)に合わせてIEEE 802.11aを修正したものがIEEE 802.11jである。
当初、4.4–5.0 GHzは 5 GHz帯電気通信業務用固定無線システム(テレビ中継など)との共用であったため、2005年11月から2012年11月までは地域限定での利用となっていたが、2012年11月までに他の周波数・光回線への移行が完了したため、地域制限を撤廃して全国で利用できるようになった。
4.9 GHz 帯を利用している他の機器は無いので電波の干渉が少ない。 電波法の規定により、利用局の登録が必要であるが、屋内・屋外のどちらでも利用ができる。 取り付けアンテナにより、屋内での用途に留まらず、屋外の離島間通信のような10 km程度の距離の通信用バックボーンとしてデジタル・ディバイド解消への活用が期待されている。
諸元 周波数帯 4900 MHz–5000 MHz チャンネル 4920 MHz / 4940 MHz / 4960 MHz / 4980 MHz の合計4ch チャンネル間隔 20 MHz / 10 MHz / 5 MHz 空中線電力 250 mW (= 23.98 dBm) ※参考 電力デシベル表示 1 mW = 0 dBm
広大な工事現場・農場・工場などの構内LANや、離れた施設間を繋ぐLAN回線、自治体・自治会などの自営無線IP通信、ADSL・光回線を引くことが困難な地域で提供されている無線インターネット回線「スカイネットV」・「宜野座村ブロードバンドサービス 宜野座BB」などで使用されている。
IEEE 802.11n (Wi-Fi 4)
2.4 GHz/5 GHzの周波数帯域を用い、最大伝送速度600 Mbps(40 MHzチャネルボンディング、4ストリーム時)、実効速度で100 Mbps以上の実現に向け策定された規格。
IEEE 802.11a/gに比べ、サブキャリアの本数が増え、最大の符号化率も向上したサブキャリアの本数は52→56(ただしうち4本はパイロット信号用のため、実質的には48→52)に増え、最大の符号化率は3/4→5/6に向上した。これに伴い、最大伝送速度の理論値は (52/48)×(5/6)/(3/4) = 65/54倍になった。。またオプションでショートGI (400 ns) が利用できるようになった(IEEE 802.11a/gでは800 ns)1シンボル当たりのデータ送信時間は 3200 ns のため、このオプションを利用すれば、最大伝送速度の理論値はさらに (3200 + 800) / (3200 + 400) = 20/19 倍になる。。また「MIMO (Multiple Input Multiple Output)」を使用し(MIMOについては多元接続の項を参照)、複数のアンテナで送受信を行うこと(マルチストリーミング)や通信手順の見直し、複数のチャンネル(通信に用いられるバンド幅)を結合するチャネルボンディング(チャンネル結合)などにより、高速化・安定化を実現する。IEEE 802.11aやIEEE 802.11b、IEEE 802.11gとの相互接続も可能。2006年3月にドラフト版1.0、2007年6月にドラフト版2.0が策定され、2009年9月に正式規格として認定された。
IEEE 802.11nの規格に適合していても、使用する周波数帯や同時に通信できるチャネル数(空間ストリーム数)、チャネルボンディングへの対応などは、個々の製品によって異なる。よってIEEE 802.11n対応の製品であっても最大通信速度は製品によって異なる上に、表記されている最大通信速度で利用できるかどうかも、製品の組み合わせに依存する。USB端子に接続する小型ドングル型の製品や、宿泊先のホテルで使用するために携帯性を重視した製品などでは、150 Mbps程度の速度までの製品が多い。
周波数に5 GHz帯を使う場合、11a同様、電子レンジの影響を受けにくい利点があるが、信号強度の空間伝搬損失は通信に使用する周波数の2乗に比例するため、2.4 GHz帯の信号ほど遠くまで伝搬しない。
また、と言う技術を採用している。データリンク層(第二層)で、同一の宛先のフレームを連結して通信を行い、スループットを向上させる。ただし、フレーム長が長くなる分だけ通信路を占有することになる。
+IEEE 802.11nの最大通信速度(理論値)変調方式 256QAM, 符号化率 5/6, GI 400 nsの時。青字はWave2規格で追加されたもの。 帯域幅 MIMO不使用 2x2 MIMO使用 3x3 MIMO使用(オプション) 4x4 MIMO使用(オプション) 20 MHz(必須) 72.2 (65.0) Mbps 144.4 (130.0) Mbps 216.7 (195.0) Mbps 288.9 (260.0) Mbps 40 MHz(オプション) 150.0 (135.0) Mbps 300.0 (270.0) Mbps 450.0 (405.0) Mbps 600.0 (540.0) Mbps (変調方式 64QAM, 符号化率 5/6, GI 400 (800) nsの時)
日本国内においては電波法上の制限により当初の対応製品では20 MHzのバンド幅(1つのチャンネル)しか利用できなかったが、2007年(平成19年)6月には電波法の一部改正が施行され、無線通信にて同時に使用できるバンド幅が従来の20 MHzから40 MHzに引き上げられた。これによりチャネルボンディング(デュアルチャネル、ワイドチャネルなどの表記もある)が可能となり、最大伝送速度の理論値は従来の144 Mbpsから300 Mbpsに増えた。ただし、2.4 GHz帯でチャネルボンディングを利用すると、近隣の無線LAN機器の干渉を受けずに利用出来るチャンネルが2つだけになってしまい、他者の設置した無線LANや、自らの設置する別の無線LANと電波が干渉しやすくなって却ってスループットが低下することがあるので注意を要する。