無線ネットワーク

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ワイヤレスネットワークは、ネットワークノード間のワイヤレスデータ接続を使用するコンピュータネットワークです。[1]

ワイヤレスネットワークは、家庭、電気通信ネットワーク、および企業の設備が、建物にケーブルを導入する、またはさまざまな機器の場所間の接続として、コストのかかるプロセスを回避する方法です。[2]管理電気通信ネットワークは、通常、無線通信を使用して実装および管理されます。この実装は、OSIモデルネットワーク構造の物理レベル(レイヤー)で行われます。[3]

ワイヤレスネットワークの例には、携帯電話ネットワークワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)、ワイヤレスセンサーネットワーク、衛星通信ネットワーク、および地上マイクロ波ネットワークが含まれます。[4]

歴史

ワイヤレスネットワーク

最初のプロフェッショナルワイヤレスネットワークは、1969年にハワイ大学でALOHAnetのブランドで開発され、 1971年6月に運用を開始しました。最初の商用ワイヤレスネットワークは、 1986年 にNCRによって開発されたWaveLAN製品ファミリでした。

  • 1973 –イーサネット802.3
  • 1991 –2G携帯電話ネットワーク
  • 1997年6月–802.11Wi-Fi」プロトコルの最初のリリース
  • 1999 –803 ​​.11VoIP統合

基盤となるテクノロジー

MOSFET (MOSトランジスタ)無線技術の進歩により、デジタル無線ネットワークの開発が可能になりました。RF CMOS無線周波数 CMOS)、パワーMOSFETLDMOS (横方向拡散MOS)デバイスの幅広い採用により、1990年代までにデジタルワイヤレスネットワークの開発と普及が進み、MOSFET技術のさらなる進歩により、2000年代には帯域幅が増加しました(エドホルムの法則)。[5] [6] [7]ワイヤレスネットワークの重要な要素のほとんどは、モバイルトランシーバーを含むMOSFETから構築されています。2G3G[5]4Gなどのネットワークにおける基地局モジュール、ルーターRF電力増幅器[6] 通信回路[8] RF回路および無線トランシーバー[7][6]

ワイヤレスリンク

コンピュータは、WLANなどのワイヤレスリンクを使用してネットワークに接続されることがよくあります。
  • 地上マイクロ波–地上マイクロ波通信は、衛星放送受信アンテナに似た地球ベースの送信機と受信機を使用します。地上のマイクロ波は低ギガヘルツの範囲にあり、すべての通信を見通し内に制限します。中継局は約48km(30マイル)離れています。
  • 通信衛星–衛星は、地球の大気によって偏向されないマイクロ波電波を介して通信します。衛星は宇宙に配置されており、通常は赤道上35,400 km(22,000マイル)の静止軌道に配置されています。これらの地球軌道システムは、音声、データ、およびTV信号を受信および中継することができます。
  • セルラーおよびPCSシステムは、いくつかの無線通信技術を使用します。システムは、対象となる地域を複数の地理的領域に分割します。各エリアには、あるエリアから次のエリアに通話を中継するための低電力送信機または無線中継アンテナデバイスがあります。
  • 無線およびスペクトラム拡散技術–ワイヤレスローカルエリアネットワークは、デジタルセルラーおよび低周波無線技術と同様の高周波無線技術を使用します。無線LANは、スペクトラム拡散技術を使用して、限られたエリア内の複数のデバイス間の通信を可能にします。IEEE 802.11は、 Wi-Fiとして知られるオープンスタンダードの無線電波技術の一般的なフレーバーを定義しています。
  • 自由空間光通信は、通信に可視光または不可視光を使用します。ほとんどの場合、見通し内伝搬が使用されます。これにより、通信デバイスの物理的な位置が制限されます。

ワイヤレスネットワークの種類

ワイヤレスPAN

ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPAN)は、比較的狭いエリア内のデバイスを接続します。これは通常、人の手の届く範囲にあります。[9]たとえば、Bluetoothラジオと不可視赤外線の両方が、ヘッドセットをラップトップに相互接続するためのWPANを提供します。ZigBeeはWPANアプリケーションもサポートしています。[10]機器設計者がWi-Fiをさまざまな家庭用電化製品に統合し始めるにつれて、Wi-Fi PANは一般的になりつつあります(2010年)。Intelの「MyWiFi」およびWindows7の「仮想Wi-Fi」機能により、Wi-FiPANのセットアップと構成がより簡単になりました。[11]

無線LAN

無線LANは、ローカルリソースやインターネットへの接続によく使用されます

ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)は、ワイヤレス配信方式を使用して短距離で2つ以上のデバイスをリンクし、通常はインターネットアクセス用のアクセスポイントを介した接続を提供しますスペクトラム拡散またはOFDMテクノロジーを使用すると、ユーザーはローカルカバレッジエリア内を移動しながら、ネットワークへの接続を維持できる場合があります。

IEEE 802.11 WLAN規格を使用する製品は、 Wi-Fiブランド名で販売されています。 固定無線技術は、2つの離れた場所にあるコンピューターまたはネットワーク間にポイントツーポイントリンクを実装します。多くの場合、見通し内経路上で専用のマイクロ波または変調レーザー光線を使用します。これは、有線リンクをインストールせずに2つ以上の建物のネットワークを接続するために都市でよく使用されます。モバイルデバイスを使用してWi-Fiに接続するには、ワイヤレスルーターなどのデバイス、または別のモバイルデバイス のプライベートホットスポット機能を使用できます。

ワイヤレスアドホックネットワーク

ワイヤレスアドホックネットワークは、ワイヤレスメッシュネットワークまたはモバイルアドホックネットワーク(MANET)とも呼ばれ、メッシュトポロジで編成された無線ノードで構成されるワイヤレスネットワークです。各ノードは他のノードに代わってメッセージを転送し、各ノードはルーティングを実行します。[12]アドホックネットワークは「自己回復」し、電力を失ったノードを自動的に再ルーティングします。距離シーケンス距離ベクトルルーティング、連想ベースルーティング、アドホックオンデマンド距離ベクトルルーティング動的ソースルーティングなど、アドホックモバイルネットワークを実現するには、さまざまなネットワーク層プロトコルが必要です

ワイヤレスMAN

ワイヤレスメトロポリタンエリアネットワークは、複数の無線LANを接続するワイヤレスネットワークの一種です。

  • WiMAXはワイヤレスMANの一種であり、IEEE802.16規格で説明されています。[13]

ワイヤレスWAN

ワイヤレスワイドエリアネットワークは、通常、隣接する町と都市の間、または都市と郊外の間など、広いエリアをカバーするワイヤレスネットワークです。これらのネットワークは、ビジネスのブランチオフィスを接続するために、またはパブリックインターネットアクセスシステムとして使用できます。アクセスポイント間のワイヤレス接続は、通常、全方向性アンテナではなく、2.4GHzおよび5.8GHz帯域のパラボラディッシュを使用したポイントツーポイント マイクロ波リンクです。小規模なネットワークで使用されます。一般的なシステムには、基地局ゲートウェイ、アクセスポイント、およびワイヤレスブリッジリレーが含まれます。他の構成は、各アクセスポイントがリレーとしても機能するメッシュシステムです。太陽光発電ソーラーパネルや風力システムなどの再生可能エネルギーシステムと組み合わせると、スタンドアロンシステムにすることができます。

セルラーネットワーク

周波数再利用係数またはパターンの例1/4

セルラーネットワークまたはモバイルネットワークは、セルと呼ばれる陸域に分散された無線ネットワークであり、それぞれがセルサイトまたは基地局と呼ばれる少なくとも1つの固定位置トランシーバーによってサービスされます。セルラーネットワークでは、各セルは、干渉を回避するために、隣接するすべてのセルとは異なる無線周波数のセットを使用するのが特徴です。

これらのセルが結合されると、広い地理的領域にわたって無線カバレッジを提供します。これにより、多数のポータブルトランシーバー(携帯電話、ポケットベルなど)が相互に通信したり、一部のトランシーバーが送信中の1つのセル。

もともとは携帯電話を対象としていましたが、スマートフォンの開発に伴い、携帯電話ネットワークは電話での会話に加えてデータを日常的に伝送します。

  • グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ(GSM):GSMネットワークは、スイッチングシステム、基地局システム、運用およびサポートシステムの3つの主要なシステムに分かれています。携帯電話はベースシステムステーションに接続し、ベースシステムステーションはオペレーションおよびサポートステーションに接続します。次に、通話が必要な場所に転送されるスイッチングステーションに接続します。GSMは最も一般的な規格であり、大多数の携帯電話に使用されています。[14]
  • パーソナルコミュニケーションサービス(PCS):PCSは、北米および南アジアの携帯電話で使用できる無線帯域です。スプリントはたまたまPCSをセットアップした最初のサービスでした。
  • D-AMPS:AMPSのアップグレードバージョンであるDigital Advanced Mobile Phone Serviceは、技術の進歩により段階的に廃止されています。新しいGSMネットワークが古いシステムに取って代わりつつあります。

グローバルエリアネットワーク

グローバルエリアネットワーク(GAN)は、任意の数の無線LAN、衛星カバレッジエリアなどでモバイルをサポートするために使用されるネットワークです。モバイル通信の主な課題は、あるローカルカバレッジエリアから次のローカルカバレッジエリアにユーザー通信を渡すことです。IEEE Project 802では、これには一連の地上無線LANが含まれます。[15]

宇宙ネットワーク

宇宙ネットワークは、通常は地球の近くにある宇宙船間の通信に使用されるネットワークです。この例は、NASAの宇宙ネットワークです。

を使用します

使用例としては、日常のワイヤレスネットワークの一部である携帯電話などがあり、個人的なコミュニケーションが容易になります。別の例である大陸間ネットワークシステムは、無線衛星を使用して世界中で通信します。 警察などの緊急サービスも、ワイヤレスネットワークを利用して効果的に通信します。個人や企業は、ワイヤレスネットワークを使用して、小さなオフィスビルであろうと世界中であろうと、データを迅速に送信および共有します。

プロパティ

一般

一般的な意味で、ワイヤレスネットワークは、ビジネスユーザーとホームユーザーの両方でさまざまな用途に使用できます。[16]

「現在、業界は少数の異なるワイヤレステクノロジーを受け入れています。各ワイヤレステクノロジーは、OSIモデルの物理層とデータリンク層の両方で固有の機能を説明する標準によって定義されています。これらの標準は、指定された信号方式、地理的範囲が異なります。このような違いにより、特定のテクノロジーがホームネットワークに適したものになり、他のテクノロジーが大規模な組織のネットワークに適したものになる可能性があります。」[16]

パフォーマンス

各規格は地理的範囲が異なるため、ワイヤレスネットワークで何を達成しようとしているかによって、ある規格が次の規格よりも理想的になります。[16] ワイヤレスネットワークのパフォーマンスは、音声やビデオなどのさまざまなアプリケーションを満たします。このテクノロジーを使用すると、2Gから3G4G5Gなどの拡張の余地も生まれます。携帯電話のモバイル通信規格の第4世代および第5世代を表すテクノロジー。ワイヤレスネットワークが一般的になるにつれて、ネットワークハードウェアとソフトウェアの構成によって高度化が進み、大量のデータをより高速に送受信するためのより大きな容量が実現されます。現在、ワイヤレスネットワークは4Gモバイル通信規格であるLTEで稼働しています。LTEネットワークのユーザーは、3Gネットワ​​ークの10倍のデータ速度を備えている必要があります。[17]

スペース

スペースは、ワイヤレスネットワークのもう1つの特徴です。ワイヤレスネットワークは、通りや川の向こう側、敷地の反対側にある倉庫、物理的に離れているが1つとして機能する建物など、通信を試みる配線が難しいエリアに関して多くの利点を提供します。[17]ワイヤレスネットワークでは、ユーザーは、ネットワークがそのネットワークを介して他のデバイスと通信できる特定のスペースを指定できます。

配線の乱雑さを解消することで、家にも空間が生まれます。[18]このテクノロジーにより、 TP同軸ケーブル光ファイバーなどの物理ネットワークメディアをインストールする代わりに、コストがかかる可能性があります。

ホーム

住宅所有者にとって、ワイヤレステクノロジーは、イーサネットと比較して、プリンター、スキャナー、および高速インターネット接続を共有するための効果的なオプションです。WLANは、ケーブルメディアの設置コストを節約し、物理的な設置にかかる時間を節約し、ネットワークに接続されたデバイスのモビリティを実現します。[18] ワイヤレスネットワークはシンプルで、ルーターを介してインターネットに直接接続された単一のワイヤレスアクセスポイントを1つだけ必要とします。[16]

ワイヤレスネットワーク要素

物理層の通信ネットワークも、相互接続された多くの有線ネットワーク要素(NE)で構成されています。これらのNEは、スタンドアロンシステム、または単一のメーカーから提供される製品、またはサービスプロバイダー(ユーザー)またはシステムインテグレーターによって複数の異なるメーカーの部品で組み立てられる製品にすることができます。

ワイヤレスNEは、バックホールネットワークおよびモバイルスイッチングセンター(MSC) のサポートを提供するためにワイヤレスキャリアが使用する製品およびデバイスです。

信頼性の高いワイヤレスサービスは、すべての運用環境とアプリケーションから保護される物理層のネットワーク要素に依存します(GR-3171、ワイヤレスネットワークで使用されるネットワーク要素の一般的な要件-物理層の基準を参照)。[19]

特に重要なのは、基地局(BS)キャビネットへのセルタワーに配置されているNEです。取り付けハードウェアとアンテナおよび関連するクロージャとケーブルの配置は、適切な強度、堅牢性、耐食性、および風、嵐、着氷、およびその他の気象条件に対する耐性を備えている必要があります。ハードウェア、ケーブル、コネクタ、クロージャなどの個々のコンポーネントの要件では、それらが接続されている構造を考慮に入れる必要があります。

難しさ

干渉

有線システムと比較して、無線ネットワークはしばしば電磁干渉を受けます。これは、通信に使用される無線帯域内またはその近くにある電波を生成する他のネットワークまたは他のタイプの機器によって引き起こされる可能性があります。干渉により、信号が劣化したり、システムに障害が発生したりする可能性があります。[4]

吸収と反射

一部の材料は電磁波の吸収を引き起こし、電磁波が受信機に到達するのを妨げます。他の場合、特に金属または導電性の材料では反射が発生します。これにより、受信が利用できないデッドゾーンが発生する可能性があります。現代の家庭でのアルミニウム箔の断熱は、屋内のモバイル信号を簡単に10 dB減らすことができ、長距離の地方のセル信号の受信不良に関する苦情につながることがよくあります。

マルチパスフェージング

マルチパスフェードでは、反射のために信号がたどる2つ以上の異なるルートにより、信号が特定の場所で互いに打ち消し合い、他の場所では強くなる可能性があります(アップフェード)。

隠れノード問題

隠れノード問題では、ステーションAはステーションBと通信できます。ステーションCはステーションBとも通信できます。ただし、ステーションAとCは相互に通信できませんが、信号はBで干渉する可能性があります。

隠れノード問題は、ノードがワイヤレスアクセスポイント(AP)からは見えるが、そのAPと通信している他のノードからは見えない場合に、一部のタイプのネットワークで発生します。これにより、メディアアクセス制御(衝突)が困難になります。

公開されたターミナルノードの問題

さらし端末問題.svg

さらし端末問題は、あるネットワーク上のノードが、別のネットワーク上にあるノードからの同一チャネル干渉のために送信できない場合です。

共有リソースの問題

ワイヤレススペクトルは限られたリソースであり、送信機の範囲内のすべてのノードで共有されます。帯域幅の割り当ては、複数の参加ユーザーがいると複雑になります。多くの場合、ユーザーは、アドバタイズされた番号(IEEE 802.11機器やLTEネットワークなど)が自分の容量ではなく、他のすべてのユーザーと共有されているため、個々のユーザーの割合がはるかに低いことに気づいていません。需要の増加に伴い、容量の不足が発生する可能性が高くなっています。User-in-the-loop (UIL)は、オーバープロビジョニングのために新しいテクノロジーにアップグレードするための代替ソリューションになる可能性があります

容量

チャンネル

SISO、SIMO、MISO、MIMOの理解。複数のアンテナを使用し、異なる周波数チャネルで送信すると、フェージングを減らし、システム容量を大幅に増やすことができます。

シャノンの定理は、単一のワイヤレスリンクの最大データレートを表すことができます。これは、ヘルツ単位の帯域幅とチャネルのノイズに関連しています。

MIMO技術を使用すると、チャネル容量を大幅に増やすことができます。MIMO技術では、複数のアンテナまたは複数の周波数が受信機への複数のパスを利用して、周波数と各端のアンテナの多様性の積の係数で、はるかに高いスループットを実現できます。

Linuxでは、Central Regulatory Domain Agent(CRDA)がチャネルの設定を制御します。[20]

ネットワーク

総ネットワーク帯域幅は、メディアの分散度(干渉を最小限に抑えるため、分散度の高いメディアの方が一般に総帯域幅が優れています)、使用可能な周波数の数、それらの周波数のノイズの大きさ、使用されるアンテナの数、および指向性アンテナが使用されているかどうかによって異なります。ノードが電力制御を採用しているかどうかなどを使用します。

セルラーワイヤレスネットワークは、指向性アンテナを使用し、隣接していないセルで無線チャネルを再利用できるため、一般に十分な容量があります。さらに、低電力送信機を使用してセルを非常に小さくすることができます。これは、人口密度に比例してスケーリングするネットワーク容量を提供するために都市で使用されます。[4]

安全性

ワイヤレスアクセスポイントも人間の近くにあることがよくありますが、逆二乗の法則に従って、距離に対する電力の低下は速くなります。[21]英国健康保護庁(HPA) の立場は、「... WiFiからの無線周波数(RF)曝露は、携帯電話からの曝露よりも低い可能性が高い」というものです。学校などがWiFi機器を使用してはいけない理由はありません。」[22] 2007年10月、HPAは、それまでの最近のメディアに現れた恐怖を静めるために、英国政府に代わってWiFiネットワークの影響に関する新しい「体系的な」調査を開始しました。[23]HPAのマイケルクラーク博士は、携帯電話とマストに関する公表された研究は、WiFiの起訴にはならない、と述べています。[24]

も参照してください

参照

  1. ^ 「ワイヤレスセンサーネットワークのための新しいクラスタリングアルゴリズム」
  2. ^ 「無線通信の概観」cambridge.org 2008年2月8日取得
  3. ^ 「ワイヤレスネットワークとテクノロジーを知る」informit.com 2008年2月8日取得
  4. ^ a b c Miao、Guowang; ザンダー、イェンス; ソン、キウォン; スリマン、ベン(2016)。モバイルデータネットワークの基礎ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-1107143210
  5. ^ a b バリガ、B。ジャヤント(2005)。シリコンRFパワーMOSFET世界科学ISBN 9789812561213
  6. ^ a b c Asif、Saad(2018)。5Gモバイル通信:概念と技術CRCプレスpp。128–134。ISBN 9780429881343
  7. ^ a b O'Neill、A.(2008)。「RF-CMOSでの作業が認められたアサド・アビディ」。IEEE Solid-StateCircuitsSocietyニュースレター13(1):57–58。土井10.1109/N-SSC.2008.4785694ISSN1098-4232_ 
  8. ^ コリンゲ、ジャンピエール; グリーア、ジェームズC.(2016)。ナノワイヤトランジスタ:一次元のデバイスと材料の物理学ケンブリッジ大学出版局p。2. ISBN 9781107052406
  9. ^ 「5Gは人間を殺しますか」
  10. ^ 「ワイヤレスネットワーク業界レポート」2008年10月29日にオリジナルからアーカイブされました2008年7月8日取得
  11. ^ 「Wi-Fiパーソナルエリアネットワークは、Windows7とIntelMyWiFiで後押しされます」2010年4月27日取得
  12. ^ ユウ、ジグオ; 王、南南; 王、広慧; Yu、Dongxiao(2013年1月1日)。「ワイヤレスアドホックおよびセンサーネットワークにおける接続された支配集合–包括的な調査」コンピュータ通信36(2):121–134。土井10.1016/j.comcom.2012.10.005
  13. ^ 「WiMAXについての事実とそれが「ワイヤレスブロードバンドの未来」である理由"。2009年6月20日。
  14. ^ 「GSM世界統計」GSMアソシエーション。2010年。 2011年7月19日のオリジナルからアーカイブ2011年3月16日取得
  15. ^ 「モバイルブロードバンドワイヤレス接続(MBWA)」2011年11月12日取得
  16. ^ a b c d Dean Tamara(2010)。Network + Guide to Networks(第5版)。ボストン:センゲージラーニング。ISBN 978-1-4239-0245-4
  17. ^ ab 無線LANテクノロジー」ソースパパのウェブサイト2011年8月29日取得
  18. ^ ab "WLAN 利点"ワイヤレスセンターの商用Webサイト2011年8月29日取得
  19. ^ 「ワイヤレスネットワークで使用されるネットワーク要素の一般的な要件–物理層の基準」エリクソン
  20. ^ アナディオティス、アンジェロス-クリストス; etal。(2010)。「スペクトルスライシングを使用したワイヤレステストベッド使用率の最大化に向けて」トーマスマゲダンズでは; アタナシウスガブラス; Huu Thanh Nguyen; ジェフリー・S・チェイス(編)。テストベッドと研究インフラストラクチャ、ネットワークとコミュニティの開発:第6回国際ICST会議、TridentCom 2010、ドイツ、ベルリン、2010年5月18〜20日、選択された論文を改訂第6回国際ICST会議、TridentCom 2010、ベルリン、ドイツ、2010年5月18〜20日。46.シュプリンガーサイエンス&ビジネスメディア。p。302. ISBN 97836421785042015年7月19日取得[…]CentralRegulatory Domain Agent(CRDA)[…]は、各国の規制に基づいて、システムに設定されるチャネルを制御します。
  21. ^ フォスター、ケネスR(2007年3月)。「Wi-Fi技術を利用した無線LANからの無線周波曝露」。保健物理学92(3):280–289。土井10.1097/01.HP.0000248117.74843.34PMID17293700_ 
  22. ^ 「WiFi」健康保護庁2009年10月26日2009年12月27日取得
  23. ^ 「HealthProtectionAgencyはWiFiの使用に関するさらなる研究を発表しました」健康保護庁2008年8月28日取得
  24. ^ ダニエルズ、ニッキ(2006年12月11日)。「Wi-Fi:心配する必要がありますか?」タイムズロンドン2007年9月16日取得国内外で行われたすべての専門家によるレビューは、ワイヤレスネットワークによる健康上のリスクはありそうもないことを示しています。…学校で測定を行った場合、WiFiからの一般的な被ばくは、国際的なガイドラインの放射線被ばくレベルの約2,000万分の1です。比較として、携帯電話の子供はガイドラインレベルの最大50パーセントを受け取ります。したがって、ワイヤレスネットワークの近くの教室に座っている1年は、モバイルで20分に相当します。WiFiを学校から外す必要がある場合は、携帯電話ネットワークもシャットダウンする必要があります。FMラジオとテレビは、信号の強度が教室でのWiFiと同じであるためです。

さらに読む

外部リンク