今さら聞けない無線通信規格

wifi_002_R

通信距離でみた無線通信規格

無線通信ネットワーク技術は、その距離により、大きく下記のように分けることが出来ます。

lan_001_R

(総務省http://www.soumu.go.jp/soutsu/hokuriku/img/resarch/children/houkokusho/section2.pdf より)

NFCは短距離無線、BluetoothやZigBeeなどは無線PAN、Wi-Fiは無線LAN、WiMaxは無線MANになります。

無線LAN

〇 Wi-Fiって何?

wifi_001Wi-Fi(Wireless Fidelity)は、「Wi-Fi Alliance」という業界団体が国際標準規格である無線LAN規格「IEEE 802.11」を使用していることを示すために発行している認証です。「IEEE 802.11」に準拠した機器であればWi-Fi認証をもらえます。

IEEEはThe Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.(米国電気電子学会)の頭文字をとったもので、「802」はIEEEの「802委員会」を示し、「.11」はその中の「ワーキンググループ11」を指します。

〇 IEEE 802.11 内の通信規格

無線LANの規格を定めているのがIEEE802.11ですが、伝送規格はIEEE802.11b/11a/11g/11n/11ac、セキュリティ規格はIEEE802.11i、QoS関連の規格はIEEE802.11eで定義しています。

規格名\特徴 周波数帯 公称通信速度 チャンネル幅 策定時期
IEEE802.11b 2.4GHz 11Mbps / 22Mbps 22MHz 1999年10月
IEEE802.11a 5GHz 54Mbps 20MHz 1999年10月
IEEE802.11g 2.4GHz 54Mbps 20MHz 2003年6月
IEEE802.11n 2.4GHz / 5GHz 65Mbps – 600Mbps 20/40MHz 2009年9月
IEEE802.11ac 5GHz 290Mbps – 6.9Gbps 80/160MHz 2014年1月

wi-fiについて、もっと詳しく知りたい方はこちらのページをご覧ください。

最も新しい規格 IEEE802.11ahについてはこちらの記事をご覧ください。

無線PAN

〇 Bluetoothって何?

lan_006Bluetoothは「近距離無線通信」を想定して作られた規格です。Wi-fiが約100mの通信距離を持つのに対して、数mから数十m程度と通信距離が短く、また通信速度もやや劣ります。また、wi-fiは2.4GHz帯と5GHz帯の2つの通信帯を持っているのに対してBluetooth は2.4GHz帯のみとなっています。しかし、Bluetoothを採用している機器の接続は容易なことや省電力であることからやミュージックプレイヤー、マウス、キーボードなど小型機器との接続に向いています。ちなみにBluetoothの通信規格は「IEEE 802.15.1」となっています。詳しくはこちらのページをご覧ください。

〇 ZigBeeとの違いは?

ZigBeeの通信規格は「IEEE 802.15.4」です。BluetoothもZigBeeも同じ周波数帯の無線で、データ伝送時の消費電力に大きな違いはありませんが、スリープからの復帰時間に大きな違いがあります。ですので、通常はスリープ状態で必要なときに短時間に作動し、またスリープ状態に戻るという使い方がZigBeeが得意と言えます。その分、Blueetoothよりも省電力となります。

また、ZigBeeネットワークには、最大で65,536台のZigBee端末を接続することが可能なのに対して、Bluetoothには1台のマスター機器に対して最大7台のスレーブ機器を同時接続できるピコネット機能が備わっています。ですので、ZigBeeは、複数のセンサー情報を同時に収集するようなシステムで、ある一定間隔を空けてデータ送信を行うような無線システムに向いています。

Wi-Fi、Bluetooth、ZigBeeの特徴を表にすると下記のようになります。

lan_005_R

(http://nttpc.now.tl/ac2012/?p=439 より)

IEEE 802.15とは?

IEEEにおいて 802.11 は「無線 LAN」、802.15 は「近距離無線( (Wireless Personal Area Networks; WPAN)」、802.16 は「無線 MAN(Wireless Metropolitan Area Network) 」となっています。802.11 ならWi-Fi、802.16なら WiMax(IEEE802.16e)が代表的な通信規格としてあげられます。

 さて、「IEEE 802.15」ですが、これは無線パーソナルエリアネットワーク(Wireless Personal Area Networks; WPAN)の標準化を行っているワーキンググループ(WG)で、WGには、標準化対象に応じて、複数のタスクグループ(TG)が組織されています。前述のようにBluetoothは「802.15.1」、ZigBeeは「802.15.4」として無線通信の資格仕様が定められています。今注目されているWi-SUNも「802.15.4」の拡張規格「802.15.4g」として定められています。

〇 802.15.4とは?

802.15.4 は 通信速度よりも小型・低価格・低消費電力が重視されています。また、物理層(PHY)が何種類も定義されていることも 特徴です。周波数帯域も 780MHz、 868MHz、 915MHz、 950MHz、 2.4GHz と多く設定されています。さらに複数ネットワーク間を相互接続するクラスタ(Cluster)という機能を持っています。

802.15.4 のパケットサイズは最大 127 バイトで、WiFi の 1500 バイトにくらべてかなり小さく定義されています。このため IPv6 を稼動させる場合効率が非常に悪くなるため、 6LowPAN(IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks)というヘッダの分割・省略・圧縮を行う仕様が追加されました。

802.15.4の拡張仕様である 802.15.4gは、スマートメーター用途を念頭に策定されたものです。周波数帯は多く設定されていますが、概ね 920MHz 帯を利用しています。また高速化も図られ、6LowPANを使わずにIPv6 パケットを通せるようになりました。802.15.4g は Wi-SUN Alliance (Wireless Smart Utility Network) という団体によって推進されており、その規格制定は日本の情報通信研究機構(NICT)が主導しています。

〇IEEE 802.15.4
低消費電力・低伝送速度のサービスを提供するための物理層及びMAC層の標準化を行ったタスクグループ(TG)です。策定されたIEEE 802.15.4標準規格は、868MHz、902MHz、及び2.4GHz帯を用いて、それぞれ20kbps、40kbps、及び250kbpsまでの伝送速度を実現する物理層仕様と、PANと呼ばれる無線機群を形成し、TDMAあるいはCSMAによるアクセス制御を行うMAC層仕様を規定しています。
〇IEEE 802.15.4g
SUN(Smart Utility Networks)実現のために、既存のIEEE 802.15.4の物理層仕様の変更を策定しているタスクグループ(TG)です。 IEEE 802.15.4gドラフト最終版では、このような変更点として、国内スマートメーター用割当ての追加のほか、変調方式の追加、周波数帯の拡張、データサイズの拡張等が収録されています。
〇IEEE 802.15.4e
上記IEEE 802.15.4g標準規格のような、IEEE 802.15.4の物理層仕様の変更に伴い、必要となるMAC層仕様の変更を策定しているタスクグループ(TG)です。 IEEE 802.15.4eドラフト最終版では、IEEE 802.15.4gに関連するMAC層変更点として、間欠型省電力通信動作の詳細規定等が収録されています。
(独立行政法人情報通信研究機構 http://www.nict.go.jp/press/2013/10/03-1.html#用語7 より)

短距離無線

 NFC

NFCは、「Near Field Communication」の頭文字をとったものです。日本語では「近距離通信」と言います。通信距離は10cm程度に限定されています。近距離通信というと「Suica」や「おサイフケータイ」が思い浮かびますが、これらは「NFC」に含まれますが、これらはソニーの独自規格であるFeliCaという技術です。NFCにはFeliCaの他に、運転免許証や住基カードに使われているTypeB、企業での入退室管理等に使われているTypeAと言ったものがあります。

nfc_002_R

(株式会社トッパンTDKレーベルhttp://www.toppan-tl.co.jp/sp/nfc.html より)

上図のように、NFCは13.56MHzの周波数帯を使用し、日本で普及しているFeliCaや、世界中に一般的なMIFAREなどの非接触ICカードとの上位互換性の通信規格と言えます。

〇 NFCとRFIDの違い

RFIDは「Radio Frequency IDentification」の頭文字をとったものです。無線ICタグ(RFタグ)に記憶された個別情報をリーダ/ライタと近距離(数センチ~数メートル)の無線通信によって読み書きする自動認識システムです。下図のようにRFIDには様々な種類・規格があります。ですので、NFCはRFIDの中の13.56MHzの周波数帯を使用するものの一部と言えます。

rfid_001_R

(デンソーウェーブ https://www.denso-wave.com/ja/adcd/fundamental/rfid/ より)

(執筆中)

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です