【トレンド解説】802.11n、UWB、WiMax

2005年のワイヤレスの行方を占う

 

鈴木淳也(Junya Suzuki)
2005/1/7

2004年の最新トレンドを総括しつつ、2005年の無線/ブロードバンド・ネットワーク技術の展開を予想する。

 2005年は無線技術刷新の年となりそうだ。2004年中盤〜後半にかけて、次世代無線LAN規格をベースにした無線チップの出荷が開始され、ネットワーク機器メーカー各社から新製品が登場することが見込まれるからだ。また同時に、2004年に実験ベースで進んでいたブロードバンド接続技術の本格運用が開始され、ラスト・ワン・マイル技術にさらなるバリエーションが増えることが予想される。

100Mbpsは当たり前「IEEE 802.11n」

 2005年最大の期待のルーキーが802.11nだ。802.11nは現在IEEEの802.11nワーキング・グループで審議が進められている、802.11b/gの後継に当たる規格で、上位互換性を実現しつつも、100〜500Mbpsの通信速度が実現できることが見込まれている。この標準化作業は、2005年後半〜2006年には完了が見込まれる。

 つまり正確にいうと、ここでいう「2005年の802.11n」とは、802.11nが標準化される前の規格をベースにした製品群のことである。このプレ802.11nとも呼べる規格の無線チップを世界で最初に出荷したのは米Airgo Networks(以下、Airgo)だ。同社は2004年夏にチップ出荷を開始し、米Belkinが世界で最初の製品を10月に発売している。このほか、日本のプラネックス・コミュニケーションズがAirgoと提携しており、同社からも近々802.11nの先駆けとなる製品がリリースされる見込みだ。

写真1 米Airgo Networksが出荷したMIMO OFDMベースのチップを搭載した製品群、すでに販売されているBelkinの製品も含まれる

 Airgoが出荷した無線チップは、MIMO OFDMと呼ばれる技術をベースとしている。MIMOとは「Multiple-Input Multiple-Output」の頭文字を取ったもので、対向で複数本のアンテナを使用することで通信効率をアップし、1本のみのときよりも高いパフォーマンスを実現する。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)は周波数の分割と多重化を定義したもの、つまり通信方式のことである。同社はMIMO技術の初の商用化に成功した業界のパイオニアであり、802.11nにおいては重要な役割を果たすことになる。なぜなら、現在802.11nで審議されている2つの仕様候補は、どちらもMIMOをベースとしている点で共通だからだ。

写真2 MIMO OFDMモジュールの拡大写真。上がノートPC用で、下がアクセス・ポイント用

 候補に挙がっているのは、Airgoや米Broadcom、米Motorolaなどを中心とするWWiSE(World Wide Spectrum Efficiency)と、米Agere systemsや米Atheros、米Intelなどを中心とするTGn Syncの2つである。AirgoのCEOであるグレッグ・ラレイ(Greg Raleigh)氏によれば「どちらの規格も同じMIMOがベースになっており、規格の分裂はさしたる問題にはならない」という。つまり、現在Airgoが出荷しているチップをベースにした製品を購入したとしても、標準化完了後、ハードウェアなどの買い替えなしでファームウェアのアップグレードのみで対応が完了する可能性が高いということである。Airgoのライバル社から製品が登場しても、同じことがいえるだろう。このメッセージは、2005年の802.11nブレイクへの追い風になると考えられる。

 現在確認している範囲で、MIMO OFDMをベースにしたBelkinの無線LANアクセス・ポイントの製品価格は米国で150ドルほど。802.11gの製品が100〜120ドル程度であることを考えれば、値段的なハードルはほとんどない。この製品はMIMO OFDMの第1世代のチップをベースにしているため、理論上の最高速度は108Mbpsとなっており、54Mbpsの802.11gの約2倍だ。だが皆さんもよくご存じのように、802.11gの実質的なパフォーマンスは十数Mbps程度であり、カタログ・パフォーマンスの半分も出ないのが普通だ。では、MIMO OFDMではどうなのだろうか。

 Airgoが先日行ったデモストレーションの結果を参考にすれば、壁数枚を隔てた10〜15mからの通信で30Mbps以上のパフォーマンスを実現していた。また同時にテストした802.11aが17Mbps前後、802.11gで3Mbps程度である。近距離ならば、その効果はさらに出てくるだろう。またMIMO OFDMの特徴として、到達距離が非常に長いのも特徴である。実験では、アクセス・ポイントから1つ上の階にあるノートPCと通信を行ったが、802.11aと802.11gは電波の圏外にあるにもかかわらず、MIMO OFDMでは引き続き10Mbps以上で通信が行えていた。前出のラレイ氏によれば「MIMOの特徴は速度だけでなく、遠距離でも安定したパフォーマンスで通信が行えること」だと説明する。

写真3 米Airgo Networks創設者兼CEOのグレッグ・ラレイ(Greg Raleigh)氏。MIMO技術が実現するまでは、その可能性を否定され続けていたという

 一方で、現状のMIMO OFDMの抱える課題が、チップのサイズだ。PCカードに内蔵可能なモジュールが現在提供されているが、ノートPCに内蔵させるためには、さらに小型のmini-PCI以下のサイズに収めなければならない。携帯端末に搭載しようと考えた場合は、それよりもさらに小型で低消費電力なモジュールの提供が要求される。802.11nの初期フェイズでは、2×2という送受信に2本のアンテナを使用する方式の利用が想定されている。MIMO OFDMではアンテナの感度をさらに良くするため、受信側に3本のアンテナを使う2×3方式を提案している。つまり、モジュール内に最低でも3本以上のアンテナを組み込む必要があるのだ。無線LANの本格的なブレイクは、ノートPCに内蔵されるかが成否を分けているともいえる。802.11aや802.11gのケースでも、利用者が大幅に増加したのはノートPCへの内蔵モジュールが登場してからだ。MIMO OFDMはパフォーマンスの増強とともに、さらなる小型化が急務だといえそうだ。

規格分裂をどう解決する?「UWB」

 802.11nが比較的順調に歩を進める中、対抗と目されるUWB(Ultra Wide Band)陣営はやや出遅れた印象である。UWBは従来の無線LANなどのWi-Fi技術とは異なり、幅広い帯域に微弱な電波を流して高速通信を行う手法で、Wi-Fiベースの無線LANとは互換性がない。ただ、10mという距離制限付きながら、100Mbpsクラスの通信速度を安定して実現できることが最大の特徴である。米Motorolaの子会社である米Freescale Semiconductor(以下、Freescale)によれば、第1世代の製品で110〜220Mbps、最終的には1Gbpsの通信速度を実現することが目標と説明している。

 UWB対応チップを業界で出荷し、米連邦通信委員会(FCC)から最初に認定を受けたのが、このFreescaleだ。Freescaleでは2004年前半からサンプル・チップの出荷を行っており、8月に晴れてFCCより正式に製品の認定を受けた。無線を用いる製品では、各国ごとに異なる電波法をクリアし、その認定を受けなければならない。Freescaleではこれを受け、チップ製品の機器メーカーへの出荷を開始している。

写真4 2004年4月にIDF Japanで開催された、MBOA UWBのデモストレーション。100Mbps以上のパフォーマンスを実現できている

 チップ出荷のタイミング的こそ同じものの、UWBは802.11nとは異なり、規格の分裂という非常に大きな問題を抱えている。UWBの標準化を進めているのはIEEE 802.15.3aタスク・グループ(TG3a)であり、複数の業界団体が互いに仕様を提案し合い、議論を重ねている。この中でも強い勢力を持つのが、米Intelや米Texas Instruments(TI)らが率いるMBOA(Multi-Band OFDM Alliance)と、MotorolaとFreescaleらが中心のDS-UWB(Direct Sequence UWB)である。一時、MBOAがTG3aとは別に標準化を進めると宣言したことで分裂の深刻化が心配されたが、その後WiMedia Allianceという別の団体がMBOAの支持に回ったことで、この危機は回避されている。MBOA優勢といわれたTG3aでの議論だが、DS-UWB側が大きく巻き返したことで、標準化の行方は混とんとしてきている。

写真5 MBOA UWBのアンテナ(左)とチップ(右下)の比較図

 UWB標準化における1つの問題は、両規格にまったく互換性がないことである。上位レイヤでの細かい差異にとどまる802.11nの規格争いに対し、UWBでは物理層レベルで大きな食い違いを見せている。現在、Freescaleが先行して製品を出荷しているが、もしMBOA案や折衷案が採択されることになれば、この製品は将来的なTG3a標準とは互換性を維持できなくなる。つまり標準が固まるまでは、製品の先行リリースはかえってユーザーに混乱をもたらす結果になるのである。Freescaleでは、2005年には米国内で対応製品が登場すると説明しているが、具体的にどのような形で製品に組み込まれるかは未知数だ。UWBは家電製品もターゲットとしていることから、2005年1月上旬に米カリフォルニア州ラスベガスで開催されるInternational CES会場にて、実際に製品を使ったデモンストレーションが行われる可能性がある。

「802.11n vs. UWB」の行方

 対抗規格とみられている802.11nとUWBだが、実際のところ、2005年の段階では大きく競合しない可能性が高いと考えられる。なぜなら、802.11nは従来の無線LAN規格の置き換えとして、PCを中心に広がっていくことが予想されるのに対し、UWBはBluetoothの後継としてPCから携帯、家電機器まで、幅広いレンジをカバーしていくなど、直接的に重なる部分が少ないからだ。次世代無線LANとしては、上位互換性のある802.11nの方が圧倒的に有利で、おそらく初期のUWBでこの市場を崩すことはほぼ不可能だろう。UWBは、前述のように携帯電話への搭載のほか、TVやDVR(Digital Video Recorder)、STB(Set Top Box)、そのほかのAV関連機器を中心に採用が進むと考えられる。短距離での高速性を生かし、リビングルームのAV機器を配線なしで連携させるシステムが家電メーカーを中心に登場する可能性があり、International CES以降の各社の動きに注目したいところだ。

 問題は、第2・第3世代に移ったころで、速度的にも200〜500Mbpsクラスが普通になったころだ。Freescaleの1Gbpsチップがもし現実のものになるなら、ここで802.11nと差をつけられる可能性がある。さらに実パフォーマンスで1Gbpsに近い値を出せるなら、802.11nと2〜4倍の差をつけることも可能になり、UWBベースでネットワークを組む価値も出てくると考えられる。Wi-Fi陣営が、MIMOベースのさらに高速な次世代規格を提案してくる可能性もあるが、UWBのパフォーマンス成長カーブによっては、PC向けの無線LAN市場に食い込むことも可能だ。

 そのためにUWBが解決しなければならない問題は、チップ(モジュール)の価格と仕様の早期標準化である。前述のように、802.11nはすでに従来製品と大差ない価格帯を実現しており、UWBが価格面で優位に立つことは当面難しい。だがUWBがターゲットとする市場は、世界に15億人ユーザーがいるといわれる携帯電話と誰もが利用する家電機器である。仕様の標準化で大量生産が進み、製造コストの引き下げが可能になれば、大幅な製品価格引き下げも可能になる。モジュール単価が早々に数百円かそれ以下のレベルに低下しなければ、普及初期に数千円というモジュール単価の高さに泣いたBluetoothの二の舞となる。いまでこそ携帯電話への標準搭載が進んでいるものの、Bluetoothは標準化と本格生産開始のもたつきが原因で、当初は各社の機器に採用される機会がほとんどなかった。

 802.11nとUWBの本格的な戦いは、2006〜2007年に幕を開けることになるだろう。

2006年にはノートPCモジュールが登場「WiMAX」

写真6 2004年9月に米国IDFで公開されたWiMAXのアンテナと通信装置の試作品

 802.11nやUWBと趣を異にする無線技術がWiMAXだ。802.11nやUWBが短距離での高速通信を実現する技術に対して、WiMAXは30マイル(約48km)の長距離を最大70Mbpsでカバーする技術である。意味合いでいえば、周辺の機器同士を接続する技術ではなく、ブロードバンド環境の恩恵にあずかれない地域に対して別の接続手段を提供する、ラスト・ワン・マイルのためのオプションの1つである。

 初期フェイズでは、各家庭やオフィスに設置された固定アンテナから通信キャリアが提供するアンテナへと接続し、インターネット接続サービスを利用する形態が想定されている。この仕様はIEEE 802.16-2004と呼ばれ、いわゆる従来からある固定無線(FWA:Fixed Wireless Access)の延長である。IEEE 802.16-2004は、それまで「802.16a」「802.16d」という別々のワーキング・グループで標準化が進められていた仕様を、新たに802.16-2004としてまとめたものだ。WiMAXが従来のFWAと大きく異なるのは、仕様を標準化させることでベンダー間での相互互換性を実現し、機器やサービスの価格引き下げを狙った点である。

 WiMAXの第2フェイズは、「802.16e」と呼ばれる移動体通信のサポートである。802.16-2004ではアンテナを固定することが前提だったが、802.16eではノートPCなどの可搬機器にアンテナを搭載することで、ある程度までの移動中での無線アクセスを実現することを目指している。これにより、日本でいうPHSカードの感覚でノートPCにモジュールを挿入するだけで、外出先などから気軽に無線アクセスが可能になる。

 ロードマップ的には比較的明るく、まず2005年に802.16-2004をベースにした製品が市場に登場し、その後2005後半〜2006年初頭には802.16eをベースにした製品が出荷される見込みだという。ノートPC用のモジュールは2006年には登場し、PDAや携帯電話向けの小型モジュールは2007年に登場すると、WiMAXの普及に熱心なIntelでは説明している。2004年後半の現時点で、英British Telecomや米国/インド内の一部キャリアですでに実験サービスが開始されており、150社近い通信キャリアがWiMAXの実証実験に興味を示していると説明する。このペースでいけば、2005年には欧米を中心に多数のキャリアがサービス提供を行っている可能性もある。

写真8 米IntelでWiMAX関連の技術と戦略を統括する、同社コミュニケーション部門のバイスプレジデントのジム・ジョンソン(Jim A. Johnson)氏。WiMAXの今後のロードマップや解決すべき課題を語った

 WiMAXに関しては、気になる点が2つある。1つは機器価格の問題だ。802.16-2004ベースが最初に市場に登場した際の機器価格は「数百ドル程度」と、Intelでは予想している。これに通信サービスを受けるための費用が加わり、最終的には初期費用で400〜500ドル・クラス、月々の料金で50〜100ドル程度になると個人的には予想している。もし、これを1.5MbpsのADSLで代替しようとした場合、SBC Communicationsの例で、初期費用が無料〜200ドル、月額利用料が30〜50ドル程度である。3Mbpsのサービスを提供するCATV事業者のComcastでも、それに近い水準の料金が掛かる。つまりコスト的には割高なのだが、ADSLやCATVインターネットを利用できないユーザーにしてみれば、享受できるメリットは大きいだろう。また、サービスの利用者が広まらなければ、価格引き下げも起こらない。その意味での本格的な普及開始は、2006年ごろになるのではないかと予想している。

 気になる問題の2つ目は、日本への展開である。前述のロードマップは欧米の例であり、日本はその範ちゅうに入っていない。日本で難しいのは、PHSや第3世代携帯電話(3G)サービスとの競合だ。特にPHSは高速化がどんどん進んできており、データ通信専用ネットワーク的性格を持ちつつある。WiMAXがどんなに便利だとしても、コストやパフォーマンスでのメリットを感じられないうちは広がることはないだろう。可能性としては、欧米で本格普及が始まり、携帯電話向けのモジュールが搭載される2007年辺りに転機がやって来るかもしれない。製品の低価格化が進み、ノートPCへの搭載が標準化されれば、日本の通信キャリアもサービス提供に興味を持ってくるだろう。Intel自身も、モジュールの小型化でCentrinoにWiMAXをパッケージングする可能性を否定していない。


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第2回 安定稼働しない無線LANセキュリティの課題  
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