次世代無線LANの規格であるIEEE 802.11axでは、電波が混雑している環境の性能改善を目的に、電波を効率的に利用する技術の採用が検討されている。その中から今回は、無線LANのアクセス制御方式に起因する効率劣化を改善する「Spatial Reuse(SR)」という技術について解説する。

無線LANの通信手順CSMA/CAに起因する問題

 無線LANのアクセス制御には、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)と呼ぶプロトコルが用いられる。

 CSMAは、送信前にチャネルを探査し(これをキャリアセンスという)、チャネルが空き状態の時に限り自身の送信を開始する。つまり、電波を出す前に聞く「Listen Before Talk(LBT)」によって複数の端末が同じ電波リソースを使って多元的に接続できるようにするのがCSMAである。

 そして無線LANでは、基本的なCSMAプロトコルに対して、複数の装置が同じタイミングで送信を開始してパケットの衝突が発生し、伝送の誤りが発生することを回避するための「衝突回避手順(Collision Avoidance)」が追加されている。これがCSMA/CAである。

 CSMAプロトコルでは、先ほど説明した通り基本的にほかの装置が送信する信号を検出できることが前提となるが、これを満たしたとしても実環境(特に無線通信の場合)では効率の劣化をもたらす「隠れ端末問題」と「さらし端末問題」が発生する可能性がある。

 隠れ端末問題は、遮蔽物の陰など互いに見えない位置関係にある装置からの送信タイミングが重なってしまう現象が起こることで発生する。これらの端末が送信するパケットがAPで衝突し、再送処理が必要になる。結局は、同一のデータを送信するために倍以上の時間を要するため、「データ量÷時間」で算出されるスループットの低下を招くことになる。

隠れ端末問題とさらし端末問題
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 一方、さらし端末問題は、ある装置が、ほかの装置からの送信によって過剰に送信を抑制してしまう現象である。上の図において、エリアBにいる端末3は、エリアAとエリアBの距離や各エリア内の端末の位置によっては、エリアAの端末2が送信を行っている最中でも、自身の送信を行うことができる可能性がある。

 端末2が送信するデータと端末3が送信するデータは、受信するAPが異なるため、受信点での信号品質が確保できていれば送信は成功する。ところが端末3が端末2の送信を感知し、過剰に自身の送信を抑制してしまうと、本来データの送信に使えた時間が無駄になり、電波を有効に使いきれないという状況が発生する。そして結局は、隠れ端末問題と同様にスループットが低下してしまう。

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