Wireless Components

ワイヤレスネットワークでは、有線ネットワークへのゲートウェイを提供する「アクセスポイント（AP）」（「ワイヤレスアクセスポイント（WAP）」とも呼ばれます）と、ワイヤレスクライアントPCとAP間のリンクを提供する「ワイヤレスローカルエリアネットワークアダプター（WLANアダプター、または単にワイヤレスアダプター）」を使用します。

1台ですべてをこなす

「ワイヤレスルーター」はアクセスポイントとルーターを組み合わせたもので、家庭やSOHO（小規模オフィス/ホームオフィス）ネットワークに適した選択肢です。ほとんどのワイヤレスルーターには複数のイーサネットハブまたはスイッチポートも含まれており、有線イーサネットアダプターをルーターに接続できるオールインワンのソリューションを提供します。ルーターは侵入からネットワークを保護し、ワイヤレスAPはワイヤレスクライアントをホストし、イーサネットハブまたはスイッチポートは有線PCを接続する場所を提供します。ワイヤレスルーターは単一目的のコンポーネントと比べて数ドルしか変わらないため、非常に一般的です。私たちはSOHOネットワークの管理にD-Link DI-624ワイヤレスルーターを使用しています。

ジム・クーリーからのアドバイス

多くのケーブル/DSLモデムはUSB出力ジャックのみを備えて出荷されるため、WAP/ルーターへの接続が困難です。イーサネットジャックも備えた交換用モデムを購入する必要があるかもしれません。あるいは、一部のケーブル/DSLプロバイダーではモデムを選択できます。プロバイダーがその選択肢を提供している場合は、イーサネットジャックが含まれるモデムを要求してください。

APは有線ネットワーク（またはケーブル/DSLモデムに直接）に接続し、多数のワイヤレスアダプターに対して同時にワイヤレスリンクを提供できます。一般的なAPでは、32台または64台のワイヤレスアダプターを同時に接続できます。APに接続するすべてのワイヤレスアダプターは、そのAPによって提供されるワイヤレス帯域幅を共有します。たとえば、APが54 Mb/sのワイヤレス帯域幅を提供している場合、各アダプターの最大個別の帯域幅が54 Mb/s以上であっても、接続されているすべてのワイヤレスアダプターがその54 Mb/sを共有します。

特定の瞬間に1つのワイヤレスアダプターのみがデータを転送している場合、そのアダプターが利用可能な帯域幅全体を取得します。複数のアダプターが同時にデータを転送している場合、利用可能な帯域幅がそれらの間で共有されます。したがって、特定の任意のアダプターが利用できる瞬間的な帯域幅は、その瞬間に他のアダプターがどれだけ帯域幅を使用しているか、またそれらがどれだけの帯域幅を使用しているかによって動的に変化します。

共有は好ましくない

帯域幅の共有は、ストリーミングビデオのようにリアルタイムで高帯域幅の通信を必要とするアプリケーションにとって、ワイヤレスネットワークが適さない場合があることを意味します。最新のワイヤレスコンポーネントの帯域幅は、理想的な条件下でもDVD品質のビデオをストリーミングするにはほとんど十分ではありません。他の1つ以上のワイヤレスクライアントも帯域幅を使用している場合、配信されるビデオは途切れることになります。そのため、ビデオには有線ネットワークを使用すること、あるいは専用の、または802.11aワイヤレスネットワーク接続を使用することを常にお勧めします。

ワイヤレスネットワークには、1つまたは複数のAPが存在する場合があります。ほとんどの家庭やSOHOネットワークは1つのAPで問題なく機能しますが、2つ目のAPを使用することで、カバーエリアが広がり、より多くのワイヤレスアダプターを同時にネットワークに接続でき、共有帯域幅も追加されます。たとえば、1つのAPでは大きな家をカバーするのに十分な範囲がない場合があります。特に石、スチールスタッド、厚い漆喰壁、または無線波を遮断するその他の材料で建てられた家ではそうです。32台または64台というワイヤレスアダプターの接続制限が家庭やSOHO環境で問題になるとは考えにくいですが、制限された共有帯域幅が問題になる可能性はあります。

最初のAPからある程度離れた場所に2つ目のAPを追加すると、カバーエリアが広がり、ワイヤレスクライアント間で共有可能な帯域幅が倍増します。設置場所によっては、一部のワイヤレスアダプターは両方のAPの範囲内に収まり、他のアダプターはいずれか一方のAPの範囲内にのみ収まる場合があります。ワイヤレスネットワークが適切に設定されていれば、クライアントのワイヤレスアダプターはユーザーの介入なしに、利用可能なAPに透過的に接続します。たとえばクライアントがモバイルである場合、部屋から部屋へ持ち運ばれるノート型コンピューターは、クライアントがカバーエリア内を移動するにつれて、接続が自動的にAPから別のAPへ切り替わります。

図14-2は、家庭または小規模ビジネス向けに意図された一般的なAPを示しています。このAP（D-Link DWL-2100APモデル）は、ほとんどのワイヤレスデバイスで使用される、ユビキタスな低利得で無指向性の「ラバーダック」アンテナを使用しています。これらのアンテナに使用されるマウントにより、アンテナを3次元すべてに方向付けし、信号強度を最大化してカバーエリアを最適化できます。一部のAPは恒久的に固定されたアンテナを使用します。このモデルを含む他の製品は、外部アンテナ用のソケットを提供しています。屋外設置に適したモデル、標準のラバーダックアンテナよりも高い利得を提供するモデル、指向性の高いモデルなど、さまざまな外部アンテナが利用可能です。

図14-2: 一般的なAPであるD-Link DWL-2100AP

クライアントはワイヤレスアダプターを使用してワイヤレスネットワークに接続します。これは、有線ネットワークで使用される標準的なイーサネットアダプターと機能的に類似しています。ワイヤレスアダプターには、PCI（デスクトップシステム用）、CardBus（ノート型コンピューター用）、PCMCIA（旧式のノート型コンピューターやハンドヘルドデバイス用）カードアダプター、USB（あらゆるシステム用）など、さまざまなインターフェースがあります。APと同様に、PCIおよびUSBワイヤレスアダプターには通常、低利得で無指向性のラバーダックアンテナが付属しており、通常は外部の高利得アンテナや指向性アンテナと交換可能です。図14-3は、一般的なPCIワイヤレスアダプターであるD-Link AirPlus ExtremeG DWL-G520を示しています。図14-4に示すD-Link DWL-G650のようなCardBusワイヤレスアダプターには、内部に低利得で無指向性のアンテナがあり、外部アンテナを使用するための備えはありません。ただし、一部のProxim Orinocoカードなど、特定のモデルのCardBus（またはPCMCIA）アダプターには外部アンテナポートが含まれています。

図14-3: 一般的なPCIワイヤレスアダプターであるD-Link DWL-G520

図14-4: 一般的なCardBusワイヤレスカードであるD-Link DWL-G650

ワイヤレスコンポーネントの相互運用性

APとワイヤレスアダプターは1つ以上の802.11規格をサポートしており、独自のプロトコルをサポートしている場合もあります。異なる企業が製造する規格ベースのAPとワイヤレスアダプターは、小さな例外を除いて、通常はうまく相互運用できます。たとえば、両方の製品が同じ規格または規格群向けに設計されていると仮定すれば、通常はNETGEARやワイヤレスアダプターでD-Link APに接続したり、その逆を行ったりできます。一部のAPやワイヤレスアダプターは単一規格（つまり802.11gまたは802.11a）ですが、他のAPやワイヤレスクライアントは複数の規格（802.11a/b/gなど）をサポートしています。

一部のワイヤレスベンダー、特にビジネスに注力している企業は、まだ標準として批准されていない（そして今後も批准されない可能性がある）独自の機能を追加することで、規格策定プロセスを先取りしています。このような強化された製品は、追加機能のためにビジネスにとって魅力的であり、通常は規格ベースの製品と相互運用できますが、一般的には最小公倍数レベルでのみ可能です。たとえば、Belkinはいわゆる「Pre-N」APとワイヤレスアダプターを導入することで、新興の802.11n規格に先走りました。これらのPre-N製品（802.11n規格が最終決定されたときに互換性があるかどうかは不明）は、一緒に使用すると高速で長距離を実現しますが、802.11g以前のコンポーネントと一緒に使用すると、標準的なコンポーネントとして機能します。

一般的に、必要なレベルの機能を提供するために独自の拡張機能に依存するワイヤレスコンポーネントは、可能な限り避けることをお勧めします。現在の規格ベースのワイヤレスコンポーネントは、あらゆる家庭や小規模ビジネス環境に対して適切なセキュリティと管理性を提供します。

ワイヤレス接続の範囲は、速度、干渉の量、信号経路内の障害物、使用されるアンテナの種類など、多くの要因に依存します。ただし、他のすべての条件が同じであれば、接続の範囲は送信機がどれだけ強力であるか、受信機がどれだけ敏感であるかによって決まります。ワイヤレスコンポーネントのブランドやモデルが異なると、両方の点で大きく異なる場合があります。

ワイヤレスネットワーキングコンポーネントの送信電力は通常「dBm」で表され、0 dBm（1ミリワット、mWと定義）から30 dBm（1,000 mW強）の範囲になります。約3 dBmの増減は、送信電力が2倍または半分になることに相当します。たとえば、3 dBmの出力は約2 mWに相当します。10 dBmの増減は、送信電力を10倍に増減することに相当します。たとえば、10 dBmの出力は約10 mW、20 dBmは約100 mW、30 dBmは約1,000 mWです。他のすべての条件が同じであれば、出力電力を増やすと範囲と伝送速度が増加します。

ワイヤレスデバイスは、固定の送信電力を使用するか、ファームウェア制御の下で送信電力を動的に設定するか、または送信電力を手動で設定できるようにする場合があります。必要な送信電力の量は、デバイス間の距離、受信機の感度、リンクのデータレート、信号経路内の障害物の量、およびその他の要因によって異なります。一般的に、デバイス間の距離が長く、データレートが高いほど、より多くの送信電力が必要になります。

すべてのデバイスが常に最大の送信電力を使用するのが最善のアイデアだと思うかもしれませんが、高い電力が常に望ましいとは限りません。必要以上の電力を使用してもワイヤレスリンクの速度や品質は向上せず、環境に不必要なRFを導入するだけであり、競合なしに同じチャンネルを使用できたはずの他のワイヤレスデバイスと干渉する可能性があります。

したがって、一部のワイヤレスデバイスのファームウェアは、送信電力を含むリンク特性を他のワイヤレスデバイスとネゴシエートし、最小限の必要電力レベルで最適な接続を確立するようにプログラムされています。このネゴシエーションは非常に低いデータレートで行うことができるため、デバイス間の初期接触を低電力で行うことができます。各デバイスは、サポートする最速のリンク速度を含む自身の能力を相手に伝えます。その後、デバイスは共通の最高データレートをサポートするために必要な最小レベルまで送信電力を増加させます。利用可能な最大送信電力が共通の最高データレートをサポートするのに不十分な場合、低いデータレートにフォールバックし、その低いデータレートをサポートするために必要な電力レベルを使用します。

他のワイヤレスデバイスでは、通常は数mWから最大で100〜200 mW程度の範囲で、手動で送信電力を設定できます。多くの場合、出力電力は数値で示されず、名前（フル、ハーフ、クォーター、エイスなど）で表されるか、最大出力電力として、それぞれが出力電力を半分にする3 dBステップのシリーズで出力を削減するオプションが提供されます。さらに、送信電力を調整するための備えがなく、通常30 mW程度の固定送信電力を使用するワイヤレスデバイスもあります。

送信電力の裏返しが受信感度です。他のすべての条件が同じであれば、より感度の高い受信機は、感度の低い受信機よりも弱い信号で接続を維持できます。信号強度は送信機からの距離が長くなるにつれて急速に低下し、データレートが高くなるとより強い信号が必要になるため、強力な送信機と同じくらい敏感な受信機が重要です。

範囲が重要なワイヤレスネットワークを構築している場合、特に信号経路が遮断されている場合は、使用を検討しているコンポーネントの受信感度に注目する価値があります。たとえば、D-Link DWL-2100APは優れた受信感度を備えています。安価なノーブランドのコンポーネントは、実際の受信感度がD-Linkモデルより10 dBm低い可能性があります（安っぽいAPのドキュメントではそれを認めないでしょうが、ここでは現実の話をしています）。つまり、D-Link APが54 Mb/sリンクを維持できる最大範囲に達しているとき、安価なAPは24または36 Mb/sリンクしか維持できない可能性があります。さらに悪いことに、D-Link APが36 Mb/sリンクをサポートするための最大範囲にある場合、安価なAPは6または9 Mb/sしか維持できない可能性があります。

ほとんどの主流のワイヤレスコンポーネントには、通常「無指向性」と説明される標準の「ラバーダック」アンテナが付属しています。ある意味ではその通りですが、標準のアンテナは主に1つの平面内で無指向性に放射します。たとえば、図14-5に示すようにアンテナを垂直（水平面に対して90度）に向けると、放射パターンはすべての方向に水平に広がるドーナツに似ます。たとえば、このAPを家の1階に設置した場合、そのカバーエリアには同じ階のすべての部屋が含まれる可能性がありますが、その場所の上階や下階にある部屋は弱い信号しか受け取れません。

図14-5: 水平方向のカバー範囲を最大化するために垂直に向けられたアンテナ

アンテナの向きはカバーエリアに大きな影響を与えるため、ほとんどのアンテナマウントは、アンテナをすべての次元で回転させることができます。たとえば、図14-6は、前の画像と同じ垂直面内にあるが、水平面に対して45度に向けられたアンテナを示しています。この方法でアンテナを向けると、APは設置されている階でより小さなカバーエリアを提供し、APの右側にある上の階のその部分と、APの左側にある下の階のその部分にカバー範囲が追加されます。

図14-6: 水平方向のカバー範囲を犠牲にして垂直方向のカバー範囲を追加するために傾けられたアンテナ

同様に、図14-7は、最初の画像に対して水平面と垂直面の両方で45度傾けられたアンテナを示しています。この方法でアンテナを向けると、APは設置されている階でいくらかの水平方向のカバー範囲を提供し、APの右前方にある上の階のその部分と、APの左後方にある下の階のその部分にカバー範囲が追加されます。

図14-7: 水平方向および垂直方向の右から左へのカバー範囲を犠牲にして、前後方向の垂直カバー範囲を追加するために傾けられたアンテナ

APアンテナの向きはカバーエリアに大きな影響を与えます。アンテナの向きを数度変えるだけでも、カバーエリア全体の信号強度に大きな違いが生じ、一部のエリアが恩恵を受ける一方で他のエリアが損をすることもあります。また、障害物はアンテナの向きによって必ずしも等しく障害になるわけではありません。ワイヤレスネットワークを設置するときは、単にAPアンテナを垂直に向けてうまくいくことを願うだけではいけません。アンテナの向きをいろいろ試して、カバーエリア全体の信号強度にどのように影響するかを確認する時間を取ってください。ワイヤレスアダプターを備えたノート型コンピューターを使用して、ワイヤレスアダプターに付属のサイト調査ソフトウェアを実行するか、Network Stumbler（http://www.stumbler.net）などのパッケージを使用してカバー...

混沌とした2.4 GHz帯

ワイヤレスのほとんどの形式は2.4 GHz帯を使用しており、これは免許不要で誰でも自由に使用できます。ワイヤレスコンポーネントは、電子レンジからベビーモニター、コードレス電話、ワイヤレスセキュリティシステム、ガレージドアオープナーまで、数百万もの他の電子コンポーネントとこの帯域を共有しなければならず、多くの干渉があることを意味します。

この事実は、ロバートが偶然ノート型コンピューターを使ってSuper Gワイヤレスアダプター設定ユーティリティのスクリーンキャプチャを撮影していたときに、非常に明白に実感されました。バーバラが電子レンジのスイッチを入れるまで、信号品質とデータレートは最高でした。D-LinkのワイヤレスアダプターとAPは接続を維持しましたが、信号品質とデータレートは急落しました。まるで誰かがジャマー（妨害電波発生器）のスイッチを入れたかのようで、もちろん、まさにそれが起こったことでした。

ワイヤレスネットワークを使用する場合は、スペクトルの競合に対処するために妥協する準備をしておいてください。2.4 GHzコードレス電話を900 MHzや5.8 GHzモデルと交換するなど、他の電子機器の一部を交換する必要があるかもしれません。

ワイヤレスネットワークの詳細