トレンド解説 2022/11/07

Wi-Fiの通信規格とは？種類（11b/11a/11g/11n/11ac/11ax/11ad/11ah）や違いを分かりやすく解説

自宅や外出先なでWi-Fiを私的に利用する機会は多いと思いますが、ビジネスの現場でも、社内ネットワークとしてWi-Fi環境を構築している企業が多数をしめるようになりました。以前は有線LANのほうが高速であったため、Wi-Fi環境の構築に二の足を踏む企業もありました。しかし、昨今のWi-Fi規格は非常に高速で、有線LANと比較しても遜色がありません。これからさらにWi-Fiの重要性は高まると予想されるため、この機会にWi-Fiの規格について理解を深めておきましょう。

この記事では、Wi-Fiの通信規格の種類や注意したい規格の互換性などについて解説します。

無線LAN（Wi-Fi）のセキュリティ強化については以下の記事もあわせてご確認ください。

Wi-Fiの通信規格とは

Wi-Fiは無線LANに関する登録商標であり、IEEE（米国電気電子学会）が策定する規格を使用したデバイス間の相互接続が認められたことを示す名称です。Wi-Fiと無線LANは厳密には異なるものですが、現在では無線LAN＝Wi-Fiと捉えられることも多いといえるでしょう。

Wi-Fiで使われる通信規格はIEEE802.11で表されます。いくつかの種類が存在しており、それぞれの規格によって最大通信速度や利用する周波数帯などが異なります。

「IEEE 802.11」シリーズの初期段階は、1999年に登場したIEEE 802.11bとIEEE 802.11aです。前者は2.4GHz帯を利用し、後者は5GHz帯を使用していました。両規格ともに、ビジネスや家庭におけるインターネット接続の無線化の流れを確かなものにしました。

2003年には、IEEE 802.11gが公開されました。2.4GHz帯を利用しながらも、最大54Mbpsのデータ伝送レートを実現し、企業や家庭に歓迎されました。

その後、2009年にIEEE 802.11nが登場しました。データレートを最大600Mbpsまで向上するとともに、電波の届く範囲も広くなりました。より高速な通信と広範囲のカバレッジ両立し、Wi-Fiの普及に貢献しました。

2013年に導入されたIEEE 802.11acでは、高速通信と広範囲をカバーする方向性が強化され、最大3.46Gbpsの伝送レートを実現することで、大量のデータ転送や高品質なストリーミングサービスが可能になりました。

そして、現在、急速に普及が進んでいるのが、2019年に公開されたIEEE 802.11ax（Wi-Fi 6とも呼ばれます）です。高密度の接続環境における通信効率を改善し、さらに高速な通信を可能にしています。

また、「IEEE 802.11」シリーズには一部の特定用途向けの規格も存在します。

例えば極めて高速なデータ伝送を可能で、短距離での大容量データのやり取りに適しているIEEE 802.11adや、低電力で長距離通信に強みを持ち、IoTデバイスの接続に適しているIEEE 802.11ahなどです。

次のでは、これらの規格がどのように具体的な技術を用い、またそれが我々の生活にどのような影響を及ぼしてきたかについて、詳しく見ていきます。

Wi-Fiの通信規格の種類

2022年時点におけるWi-Fiの主要な通信規格を表にまとめました。

規格名	名称	最大通信速度	周波数帯
IEEE802.11b	-	11Mbps	2.4GHz帯
IEEE802.11a	-	54Mbps	5GHz帯
IEEE802.11g	-	54Mbps	2.4GHz帯
IEEE802.11n	Wi-Fi 4	600Mbps	2.4GHz帯/5GHz帯
IEEE802.11ac	Wi-Fi 5	6.9Gbps	5GHz帯
IEEE802.11ax	Wi-Fi 6	9.6Gbps	2.4GHz帯/5GHz帯

IEEE802.11n（Wi-Fi 4）からは格段に通信速度が向上しており、有線LANと比較しても遜色ない通信速度を実現できるようになりました。IEEE802.11nからは複数のアンテナを組み合わせる「MIMO」という技術が使われるようになり、高速化が実現しています。

IEEE802.11a/gが利用される場合もありますが、現在の主流はIEEE802.11n以降といえるでしょう。後年、IEEE802.11n以降には名称がつけられ、そちらで呼ばれることも多くなっています。

また、Wi-Fiの最新規格としてIEEE802.11be（Wi-Fi 7）が2024年ごろに登場する見込みです。まだWi-Fi 6も普及しているとはいえないため、Wi-Fi 7は当分先の話になると考えられますが、今後もWi-Fiの規格は日進月歩で進化し続けると予想されます。

Wi-Fiの周波数帯の種類

通信規格の種類で触れたとおり、Wi-Fiはおもに2種類の周波数帯を利用しています。

2.4GHz帯：障害物に強く、屋外でも利用可能だが電波干渉しやすい
5GHz帯：障害物には弱いが電波干渉しにくいが、同帯域の航空気象レーダーと、航空管制レーダーを優先するためのDFS（Dynamic Frequency Selection）機能により通信が寸断される場合も

Wi-Fiは電波を使ってネットワーク接続を実現しており、用途によって周波数帯を使い分けることが可能です。例えば、部屋をまたいで利用したい場合や屋外での利用を想定しているのであれば、2.4GHz帯がおすすめです。

反対に、Wi-Fiルーターとの間に壁などがなく、無線キーボードやBluetoothなどとの電波干渉を避けたい場合には5GHz帯を利用するとよいでしょう。基本的には規格によって利用できる周波数帯が決まっていますが、なかには選択できる規格もあるため、接続する際には周波数帯についても気にするとよいでしょう。

各Wi-Fi規格の特長と注意点

IEEE 802.11b（1999年）

IEEE 802.11bの最大通信速度が11Mbps。当時の無線LAN規格としては飛躍的な進化を遂げました。2.4GHz帯を使用し、利用チャンネルは1～13です。

この規格が登場した背景には、ビジネス環境においてノートパソコンの普及と、より高速な通信速度への要望がありました。無線通信のセキュリティ意識も途上の段階にあり、データの秘匿性と完全性を確保するための課題が多く存在していました。特に、未認証のデバイスがネットワークに接続するリスクや、通信内容を盗聴されるリスクが注目されていました。

IEEE 802.11bは前世代規格からの大きな進化として、通信速度の向上とともに範囲の拡大がありました。これにはDSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）という技術が大きく寄与しています。ただ、802.11bで用いる2.4GHz帯は他の電子機器（例えば、電子レンジ）との電波干渉が問題となります。このため、ある環境では原因不明の通信障害が発生してしまうケースも散見されました。

セキュリティ強化策としては、WEP（Wired Equivalent Privacy）が標準として採用されていました。家庭での使用では（固定された）WEPキーによる基本的なセキュリティ対策が主流で、企業では、IEEE802.1X EAP認証と組み合わせて、WEPキーを定期的に変更する機能が使用に限られていました。加えて、WEPの暗号強度そのものに対する不安から、IPSec暗号化トンネルによる二重保護を施す運用も、一部の企業で見られました。

IEEE 802.11a（1999年）

IEEE 802.11aは、最大通信速度が54Mbpsという、それまでの無線LAN規格と比べて飛躍的に高速な通信を実現しました。5GHz帯を使用し、利用可能チャンネルはチャンネル36～165までです。

802.11aが開発された背景には、ビジネス環境における高速なデータ通信のニーズと、2.4GHz帯域の混雑緩和の要望がありました。（IEEE802.11bと同様）この時期にはセキュリティ意識が高まっており、データの傍受や改ざん、未認証のデバイスからの不正アクセスなど、さまざまな脅威への対策が求められていました。

802.11a規格の特徴として、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術があります。OFDMは、一つの信号を複数に分割して送信する技術で、雑音の影響を受けにくく、高速で安定した通信を可能にしました。ただし、5GHz帯は2.4GHz帯に比べて物体に対する透過性が低く、通信距離が短いという弱点がありました。また、当時の5GHz帯は航空レーダーとの共有帯域であったため、DFS（Dynamic Frequency Selection）というレーダー検出機能が必須でした。

セキュリティ面では、WEPが主に利用されていましたが、その暗号強度に対する不安から、IPSecを使用した暗号化トンネルによる二重保護を施す運用も一部で見られました。また、企業環境では、IEEE 802.1X EAP認証と組み合わせてWEPキーを定期的に変更する機能が導入され、セキュリティ強化が図られました。

IEEE 802.11g（2003年）

IEEE 802.11g規格は、2.4GHz帯を使用しながら、最大通信速度を54Mbpsという802.11aと同等の高速化を実現しました。利用可能チャンネルは1～13チャンネルとなっています。

802.11gの登場背景としては、無線LANが一般化し始めたこの時期に、高速な通信と広い通信範囲、そして既存の2.4GHz帯機器との互換性を両立するニーズがあったことが挙げられます。また、ネットワークに対するセキュリティ認識が更に高まり、未認証のデバイスからのアクセスや中間者攻撃といった脅威から保護することが求められていました。

802.11gの大きな特徴として、2.4GHz帯を使いつつ、802.11aの採用したOFDMを組み合わせることで、通信速度を大幅に向上させたことが挙げられます。これにより、広範囲かつ高速な通信を可能にし、既存の802.11b機器との後方互換性も保った。ただし、2.4GHz帯は電子レンジやBluetoothなどと同じ帯域を使用するため、電波干渉による通信障害が発生しやすいという課題は依然として残っていました。

セキュリティ面では、WEPの脆弱性が指摘されたことから、後継規格に位置づけられるWPA（Wi-Fi Protected Access）が登場しました。WPAは、TKIP（Temporal Key Integrity Protocol）により、各パケットで異なる暗号キーを使用します。これにより企業を悩ませていた通信の秘匿面での脆弱性を大幅に軽減できました。また、WPAには802.1Xによる認証機能も組み込まれており、より強固なネットワークの認証セキュリティを提供しました。

IEEE 802.11n（2009年）

IEEE 802.11nは、最大通信速度を600Mbpsまで引き上げ、2.4GHz帯と5GHz帯の両方を利用可能にしています。利用可能チャンネルは2.4GHz帯では1～13チャンネル、5GHz帯では36～165チャンネルです。

モバイルデバイスの普及に伴い、より高速で安定した無線通信が求められていました。また、ネットワークに同時に接続するデバイス数の増加に応え、ネットワークの混雑緩和や、個々のデバイスの通信速度向上も必要とされていました。加えて、WEPやWPAの脆弱性に対する対策が更に重要となり、新たなセキュリティ規格が必要とされていました。

802.11nの特徴としては、MIMO（Multiple Input Multiple Output）の採用が挙げられます。MIMOは、複数のアンテナを利用して同時に複数送受信することで、データ伝送量を大幅に増加させる技術です。また、チャンネルボンディングという技術で、通信帯域を広げ、より高速な通信を可能にしました。ただし、2.4GHz帯ではチャンネルの幅を広げると、既存のWi-FiデバイスやBluetoothとの干渉を意識する必要もありました。

セキュリティ面では、802.11nとほぼ同時期にWPA2が登場しました。WPA2は、AES（Advanced Encryption Standard）を利用した強力な暗号化機能を提供し、既存のWEPやWPAの脆弱性から決別するとともに、従来からの802.1Xと組み合わせた強固なネットワークアクセス制御にも対応していました。家庭環境では、WPA2-Personal（PSK）が一般的に利用され、企業環境では、WPA2-Enterpriseが802.1Xと組み合わせて利用されました。

IEEE 802.11ac（2013年）

IEEE 802.11ac規格は、5GHz帯のみを利用し、最大通信速度をひとつのデバイスで3.47Gbpsまで高速化されました。利用可能チャンネルは5GHz帯の36～165チャンネルです。

この時期は、スマートデバイスの爆発的な普及やクラウドコンピューティングの広がりがあり、無線ネットワークにも高速で安定した環境が強く求められていました。加えて、動画配信サービスなどの高容量データのやり取りが増え、その結果、Wi-Fiの性能向上が熱望されていました。セキュリティ面でも、従来のWPA2に対する新たな脆弱性（KRACK攻撃など）への対策が求められていました。

802.11acは、マルチユーザーMIMO（MU-MIMO）を実装し、複数のデバイスと同時に通信する能力を強化しました。加えて、256-QAMと呼ばれるより高度な変調方式の採用や、より広い80MHz、160MHzのチャンネル帯域を使うことで、データ転送速度を飛躍的に向上させました。ただし、（IEEE802.11aなどと同じく）5GHz帯は2.4GHz帯に比べて電波の透過性が低いため、建物内での通信範囲は狭くなる可能性があります。

セキュリティ面では、前述のKRACK攻撃に対抗するため、WPA2が更新され、新たなセキュリティ規格WPA3が登場しました。WPA3では、暗号化の強度が向上し、中間者攻撃への耐性が強化されています。また、企業環境では、802.1X EAP認証を用いるWPA3-Enterpriseが利用され、より堅牢なセキュリティ環境を実現していました。

IEEE 802.11ax（2019年）

IEEE 802.11ax、通称Wi-Fi 6は、最大通信速度を9.6Gbpsまで引き上げ、2.4GHz帯と5GHz帯の両方を利用可能とした規格です。利用可能チャンネルは2.4GHz帯では1～13チャンネル、5GHz帯では36～165チャンネルです。

IoTデバイスの増加や高解像度な動画コンテンツの需要増大など、無線ネットワークへの負荷が増大しました。これに対応するため、より多くのデバイスを効率的にサポートするとともに、高速で安定した通信が求められました。また、既存のWPA2やWPA3への新たな攻撃（Dragonbloodなど）が明らかになり、セキュリティ対策の強化が必要とされました。

802.11axでは、新たにOFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を採用し、複数のデバイスが同時に異なるデータを送受信できるようになり、ネットワークの効率性と帯域利用率を向上させました。また、前世代の規格から引き続きMU-MIMOを使用し、より多くのデバイスとの同時通信を可能にしました。加えて、Target Wake Timeという新たなパワーセーブ機能を導入し、IoTデバイスのバッテリー寿命を延ばすことに成功しました。

セキュリティ面では、WPA3が一般化。その後もDragonblood攻撃の対策のための更新が行われたりもしています。企業向けのWPA3-Enterpriseは、192ビットの強力な暗号化により、より堅牢なセキュリティ環境を提供しています。また、個々のデバイスで異なるパスワードを使うWPA3-Personal（SAE）が家庭環境で一般的に利用されるようになっています。

IEEE 802.11ad（2012年）

IEEE 802.11adは、通信速度の向上を目指して生まれた規格で、60GHz帯を利用し、理論上の最大通信速度を7Gbpsまで引き上げました。しかし、60GHz帯の特性上、通信は直進性が強くなり、屋内での使用では物理的な障害物によって通信が遮断されやすいという弱点があります。

この規格が策定された背景には、高速なデータ通信が必要となるハイエンドなデバイスやアプリケーションへの要望がありました。たとえば、4Kや8Kの映像伝送、高速データ転送、VR/ARなどの新規性の高い用途に対応するために設計されました。一方、その高速性能を最大限に活かすためには、デバイスが互いに直接視線で繋がっていることが必要であり、これが一般家庭や企業オフィスへの普及を限定的な要因にもなっています。

802.11adの特徴的な技術としては、ビームフォーミングがあります。これは、特定のデバイスへの電波を強く照射することで、データ転送速度を向上させる技術です。しかし、先に述べた通り、障害物により通信が遮断されやすいという60GHz帯の特性から、近距離デバイス間の高速通信や、ディスプレイへの映像転送など、特定の環境下での用途に限定されます。

以上の理由から、802.11adは802.11nや802.11acといった規格ほどには一般的な環境での普及は見られませんが、特定の用途や環境においてはその高速な通信性能を活かすことが可能です。

IEEE 802.11ah（2017年）

IEEE 802.11ahは、通信速度よりも範囲と電力消費の効率化を重視した規格で、通常のWi-Fiが使用する2.4GHzや5GHz帯域とは異なり、900MHz帯を使用します。そのため、物理的な障害物を透過する能力が強く、通信範囲が広いという特性があります。理論上の最大通信速度は約347Mbpsと、例えば802.11acや802.11axに比べると遅いですが、その特性から特定のシーンでの利用が期待されています。

この規格が策定された背景には、IoTの普及とそれに伴う通信環境の多様化があります。IoTデバイスは大量に存在し、それぞれが少量のデータを頻繁に送受信することが多いため、高速な通信よりも広範囲かつ低電力での通信が求められました。そして、802.11ahは、そういった需要に対して開発された規格と言えます。

新技術としては、Target Wake Time（TWT）や"Restricted Access Window（RAW）などが挙げられます。TWTはデバイスのスリープ時間を最適化して電力消費を抑えるためのもので、RAWは多数のデバイスが同時に接続する際のデータ衝突を防ぐものです。これらの技術により、大量のIoTデバイスを効率的に管理し、かつバッテリー寿命を延ばすことが可能になりました。

802.11ahの特性から、その普及はIoTが主流となる特定の市場やアプリケーションに限られ、高速な通信を必要とする一般的な用途では802.11acや802.11axといった規格に劣るため、広範には普及していないのが現状です。しかし、IoTデバイスの普及が進む中で、低電力かつ広範囲の通信を可能とする802.11ahのニーズは今後増していくことが予想されます。