ワイヤレスネットワーク完全ガイド：Wi‑Fiの仕組み・周波数・設計とセキュリティ対策

2025年11月20日 最終更新日時 : 2025年11月20日 エバープレイ編集部

ワイヤレスネットワークとは

ワイヤレスネットワーク（無線ネットワーク）とは、ケーブル（有線）を使わずに電波や赤外線など無線の媒介を用いてデータを送受信する通信ネットワークの総称です。家庭やオフィスで一般的に使われるWi‑Fiをはじめ、セルラー（LTE/5G）、Bluetooth、LoRaWAN、Zigbeeなど用途や距離、帯域幅、消費電力の要件に応じてさまざまな規格と技術があります。本稿ではとくに一般的なLAN用途で使われる「ワイヤレスネットワーク（主にWi‑Fi）」を中心に、その仕組み、標準、設計・運用上の注意点、セキュリティ、今後の動向までを詳しく解説します。

歴史と標準化の枠組み

無線LANの標準は主にIEEE（米国電気電子学会）の802.11ファミリーとして策定され、Wi‑Fi Allianceが互換性認証やマーケティングを担っています。初期の802.11（1997年頃）以降、用途や技術革新に合わせて「802.11a/b/g/n/ac/ax/be」などの世代が生まれ、それぞれ周波数帯や変調方式、MIMOなどの機能が追加されてきました。

無線通信の基本原理

  • 搬送波と変調：情報は高周波の搬送波（キャリア）に変調して送られます。Wi‑FiではOFDM（直交周波数分割多重）やQAM（直交振幅変調）などが使われ、高速かつ効率的な伝送を実現しています。
  • チャネルと帯域幅：無線は周波数帯をチャネルに分割して使います。チャネル幅を広げると理論上の最大伝送速度は上がりますが、干渉やスペクトラム効率の問題も増えます。
  • 電波伝搬：電波は反射、回折、吸収により減衰し、距離や障害物によって到達可能距離や品質が左右されます。高周波帯ほど直進性が高く障害物に弱く、低周波帯ほど回り込みに強い傾向があります。
  • MIMOと空間多重：複数のアンテナを送受信に使うことで、同時に複数ストリームを扱いスループットを向上させます（MIMO、MU‑MIMOなど）。

主な周波数帯とチャネルの特徴

  • 2.4GHz帯：壁の透過性が高く到達距離が比較的長い。チャネル幅は主に20MHzでチャネル数が少ない（重複しやすい）。電子レンジやBluetooth等との干渉が問題になることがある。
  • 5GHz帯：チャンネル数が多く干渉が少ない。高周波のため到達距離は2.4GHzより短く、屋内では壁の影響を受けやすい。DFS（レーダー回避）規則が適用されるチャネルがある。
  • 6GHz帯（Wi‑Fi 6E）：新たに開放された帯域（国により可否が異なる）で、幅広い非重複チャネルが利用できるため高帯域幅・低遅延用途に有利。ただし規制や利用条件が国によって異なる。
  • ミリ波帯（60GHz 802.11ad/ay）：非常に高い帯域を提供するが到達距離が短く透過損失が大きい。特定用途向け。

主要なWi‑Fi世代と技術的特徴

  • 802.11b：2.4GHz、DSSSを使用、最大11Mbps（理論値）。
  • 802.11a：5GHz、OFDMを採用、最大54Mbps（理論値）。
  • 802.11g：2.4GHzでOFDM採用、54Mbps（互換性向上）。
  • 802.11n：MIMO導入、2.4/5GHzで最大600Mbps（理論値）、チャネル40MHz対応。
  • 802.11ac（Wi‑Fi 5）：主に5GHz、VHT（Very High Throughput）、80/160MHzチャネル、256‑QAM、MU‑MIMO（ダウンリンク）をサポート。
  • 802.11ax（Wi‑Fi 6/6E）：OFDMAを導入して多数端末での効率を改善、1024‑QAM、MU‑MIMOの強化、Target Wake Time（TWT）で省電力、6GHz帯の追加はWi‑Fi 6Eと呼ばれる。
  • 802.11be（Wi‑Fi 7）：320MHzチャンネル、4096‑QAM、Multi‑Link Operation（MLO）など更なる高スループット化・低遅延化を目指す（仕様策定段階・導入期）。

構成要素（家庭〜企業）

  • アクセスポイント（AP）：無線を提供する機器。家庭用はルーター一体型が多く、企業では複数のAPを管理するコントローラーやクラウド管理システムが使われる。
  • クライアント端末：スマートフォン、PC、IoTデバイスなど。
  • SSID/BSSID：ネットワーク識別子（SSID）と各AP固有の識別子（BSSID、通常はMACアドレス）。
  • バックホール：APをネットワークに接続する有線（推奨）または無線の経路。メッシュやワイヤレスバックホールは拡張性を高めるが性能はバックホールに依存する。

セキュリティと認証

ワイヤレスは有線より盗聴や不正接続のリスクが高いため、適切なセキュリティ対策が不可欠です。

  • WEP：初期の暗号方式。既に脆弱で実運用には不適切。
  • WPA/WPA2：WPA2（AES/CCMP）は長らく標準的だった。WPAはTKIPが中心で互換性のために使われるが推奨されない。
  • WPA3：より強固な認証（SAE）や暗号化、パスワードの弱さに対する保護、オープンネットワーク向けのProtected Management Frames（PMF）やEnhanced Open（OWE）などを導入。
  • 企業向け認証（802.1X）：RADIUSサーバとEAP（EAP‑TLS、PEAP等）を組み合わせることで端末の強固な認証を実現する。証明書基盤（PKI）を使うとセキュリティが高まる。
  • 運用上の注意：管理用のSSIDは分離（ゲストネットワーク）、管理者用の強いパスワード・鍵管理、ファームウェアの定期更新、WPS機能の無効化などが推奨される。

性能（スループット）と最適化要因

理論上のPHYレートと実効スループット（実際に利用できる帯域）は大きく異なります。実効性能は以下の要因で左右されます。

  • チャネル幅（20/40/80/160MHz）と利用可能な帯域
  • アンテナ数とMIMOの有無、MU‑MIMO/OFDMA利用の有無
  • 信号強度（RSSI）とSNR（信号対雑音比）
  • 干渉（同一チャネルや隣接チャネル、非Wi‑Fi干渉機器）
  • クライアント数とトラフィックの性質（多数端末ではOFDMAが有利）
  • バックホール回線（有線や無線バックホールの帯域）

設計・導入の実務ポイント

品質の高いワイヤレスネットワークを構築するには事前調査と継続的な運用が重要です。

  • サイトサーベイ：物理環境（壁材、天井高さ、電波遮蔽）を調査し、APの最適設置位置と電力レベル、チャネル割当を決める。予備調査（パッシブ）、実測（アクティブ）、スペクトラム解析を組み合わせる。
  • チャネル設計：重複を避ける。2.4GHzはチャネル数が限られるため物理的分離や2.4GHz使用の最小化を検討する。
  • 容量設計：想定ユーザー数とアプリケーション（映像会議、ストリーミング、IoT等）に応じたAP密度と有線バックボーンの帯域を計画。
  • 冗長性と管理：APのフェイルオーバー、監視（RADIUS、SNMP、ログ収集）、定期的なパフォーマンス評価

トラブルシューティングの基本手法

  • 端末側のSSID接続状態、IPアドレス、DNS設定を確認する。
  • RSSIやSNRを測定して電波状態を把握する。信号が弱ければAPの再配置や出力調整を検討。
  • チャネル競合や干渉はスペクトラムアナライザや専用ツールで検出する。
  • ルーター/APのログ、RADIUSログを確認して認証問題やエラーを特定する。
  • バックホール（スイッチ、ケーブル、インターネット回線）を切り分けて問題箇所を特定する。

家庭用・企業用・IoTの使い分け

  • 家庭用：設置の容易さ、コスト、普段の接続安定性が重視される。ルーター一体型機器やメッシュ機器が普及。
  • 企業用：可用性、セキュリティ、集中管理、キャパシティが要求される。802.1XやVLAN分離、ロギングが重要。
  • IoT：低消費電力、長距離、ローレートが重要。Bluetooth Low Energy、Zigbee、LoRaWANなどWi‑Fi以外の技術も選択肢となる。Wi‑Fiを使う場合は省電力機能（TWT等）や軽量プロトコルの採用を検討。

規制・運用上の注意（国別差）

周波数利用や出力上限、DFSの適用などは国ごとに異なります。たとえば6GHz帯の利用可否やチャネル割当は各国の規制当局（米国はFCC、欧州はETSI、日本は総務省など）が定めています。機器を導入する際は当該国の無線規制に従い、認証・設定を行ってください。

今後のトレンド

  • Wi‑Fi 6/6Eの普及、6GHz帯の商用利用拡大（国により異なる）。
  • Wi‑Fi 7（802.11be）による超低遅延・高スループット化、マルチリンクの実装。
  • クラウド管理とAIを活用した自動最適化（セルフヒーリング、負荷分散、チャンネル最適化）
  • 統合セキュリティ（ゼロトラストとの連携、端末証明書管理）の進展

まとめ

ワイヤレスネットワークは日常生活から企業インフラまで不可欠な存在です。無線通信の基本原理を理解し、周波数帯や世代ごとの特徴、セキュリティ要件を踏まえた設計・運用を行うことが重要です。単に機器を設置するだけでは最適な品質は得られません。サイトサーベイ、チャネルと容量の計画、認証と暗号化の適用、定期的な監視と更新を通じて、安全で安定したワイヤレス環境を維持してください。

参考文献

カテゴリー
IT
前の記事
Christine Schäfer（クリスティーネ・シェーファー）徹底解説：モーツァルトから現代音楽まで──声質・代表録音・聴きどころNew!!
2025年11月20日
次の記事
ワイヤレスアクセスポイント（AP）とは？選び方・設置・セキュリティ・運用の完全ガイドNew!!
2025年11月20日