5G技術の成熟に伴い、5GセルラーWiFiルーターの普及が進み、需要も増加する中、5GセルラーWiFiルーターのサポート(MESH)ネットワークの必要性も高まっています。では、メッシュネットワークとは何で、その利点は何でしょうか?

ワイヤレスメッシュネットワークは「マルチホップ」ネットワークとも呼ばれ、従来の無線ネットワークとは全く異なる新しい無線ネットワーク技術です。これはメッシュルーターとメッシュクライアントで構成されており、メッシュルーターはバックボーンネットワークを形成し、有線インターネットケーブルに接続されて、メッシュクライアント向けにマルチホップの無線インターネット接続を提供します。

従来の無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)では、各クライアントはアクセスポイント(AP)に接続された無線リンクを通じてネットワークにアクセスし、ローカルの基本サービスセット(BSS)を形成します。ユーザーが互いに通信したい場合、まず固定されたAPにアクセスする必要があり、このネットワーク構造はシングルホップネットワークと呼ばれます。ワイヤレスメッシュネットワークでは、任意の無線デバイスノードが同時にAPとルーターの両方として機能し、ネットワーク内の各ノードが信号を送受信でき、1つ以上のピアノードと直接通信できます。

この構造の最大の利点は、最寄りのAPが過剰なトラフィックで混雑した場合、データを自動的に通信トラフィックの少ない隣接ノードに転送して送信できることです。類推的に、データパケットはネットワーク条件に応じて次のノードにルーティングされ、最終目的地に到達するまで送信され続けることもでき、このアクセス方法はマルチホップアクセスです。

実際、インターネットはメッシュネットワークの典型的な例です。例えば、メールを送信すると、メールは受信者のメールボックスに直接届くのではなく、ルーターを通じてサーバー間で転送され、複数のルーティングと転送を経てユーザーのメールボックスに届きます。転送プロセス中、ルーターは一般的に最も効率的な送信経路を選択し、メールがユーザーのメールボックスにできるだけ早く届くようにします。

従来のスイッチングネットワークと比較すると、無線メッシュネットワークはノード間の配線を必要としなくしつつ、分散ネットワークが提供する冗長性やルーティング機能を備えています。ワイヤレスメッシュネットワークでは、新しいデバイスを追加したい場合は、電源ユニットを接続するだけで済みます。自動で設定を行い、最適なマルチホップ伝送経路を決定できます。デバイスの追加や移動時、ネットワークはトポロジーの変更を自動的に検知し、通信ルーティングを自動的に調整して最も効果的な伝送経路を得ることができます。

従来のWLANと比較すると、ワイヤレスメッシュネットワークにはいくつかの比類なき利点があります:

1.展開と設置の簡単さ:メッシュノードの設置は非常に簡単で、デバイスを箱から出して電源に接続するだけで問題ありません。設置が大幅に簡素化されたため、ユーザーは新しいノードを簡単に追加して無線ネットワークのカバレッジとネットワーク容量を拡大できます。無線メッシュネットワークでは、すべてのメッシュノードが有線ケーブル接続を必要としているわけではなく、これが有線APとの最大の違いです。メッシュの設計目標は、有線デバイスや有線アクセスポイントの数を最小限に抑え、総所有コストと設置時間を大幅に削減することです。これによりコスト削減効果は非常に大きいです。ワイヤレスメッシュネットワークの設定やその他のネットワーク管理機能は従来のWLANと同じであり、ユーザーのWLAN使用体験をメッシュネットワークに容易に適用できます。

2.NLOS:NLOS構成はワイヤレスメッシュ技術で容易に実現できるため、屋外および公共の場での幅広い応用可能性があります。送信機への直接視線を持つユーザーは、まず無線信号を受け取り、その後、直接視線外のユーザーに受信信号を転送します。このようにして、信号は自動的に最適な経路を選び、連続してユーザー間をジャンプし、直接視線なしでターゲットユーザーに到達できます。このようにして、直接視線を持つユーザーは、直接視線なしで近隣の利用者に無線ブロードバンドアクセスを効果的に提供できます。ワイヤレスメッシュネットワークの非視線伝送機能により、無線ブロードバンドの応用分野とカバレッジが大幅に拡大します。

3.安定性:ネットワークの安定性を得る一般的な方法は複数のルーターでデータを送信することです。一方のルーターが故障した場合は、別のルーターから別の経路で情報が送信されます。メールはその一例です。メール情報は複数のデータパケットに分割され、複数のルーターを経由してインターネット経由で送信され、最終的にユーザーの受信箱に届く情報としてまとめられます。メッシュネットワークはシングルホップネットワークよりも堅牢です。なぜなら、単一ノードのパフォーマンスに依存しないからです。シングルホップネットワークでは、ノードが故障するとネットワーク全体が麻痺します。しかしメッシュネットワーク構造では、各ノードには1つまたは複数のデータ送信経路があり、最も近いノードが故障したり干渉を受けた場合でも、データパケットは自動的に別の経路にルーティングされ、ネットワーク全体の動作には影響がありません。

4.柔軟な構造:シングルホップネットワークでは、デバイスはAPを共有しなければなりません。複数のデバイスが同時にネットワークにアクセスしようとすると、通信の混雑が発生し、システムの動作が遅くなります。しかしマルチホップネットワークでは、デバイスが異なるノードを介して同時にネットワークに接続できるため、システム性能の低下はありません。メッシュネットワークはまた、より高度な冗長性や通信負荷分散機能を提供します。無線メッシュネットワークでは、各デバイスが複数の伝送経路を利用可能であり、ネットワークは各ノードの通信負荷に応じて動的に通信経路を割り当てることで、ノード間の通信混雑を効果的に回避できます。シングルホップネットワークは通信干渉やアクセスポイントの過負荷を動的に処理できません。

5.高帯域幅:無線通信の物理的特性により、通信伝送距離が短いほど高帯域幅を得やすくなります。なぜなら、無線伝送距離が長くなると、さまざまな干渉やその他の要因がデータ損失の増加を引き起こすからです。したがって、複数のショートホップでデータを送信することで、より高いネットワーク帯域幅を得る効果的な方法となり、これがメッシュネットワークの利点です。メッシュネットワークでは、ノードは情報の送受信だけでなく、近くのノードに情報を転送するルーターの役割も果たせます。接続されるノードが増え、可能な経路数が増えるにつれて、総帯域幅も大幅に増加します。さらに、各ショートホップの伝送距離が短いため、データ伝送に必要な電力も小さくなります。マルチホップネットワークは通常、隣接ノードへのデータ伝送に少ない電力を消費し、ノード間の無線信号干渉も小さいため、ネットワークのチャネル品質と利用効率が大幅に向上し、ネットワーク容量の増加を可能にします。例えば、高密度の都市ネットワーク環境では、メッシュネットワークは無線ネットワークを利用する隣接ユーザー間の相互干渉を減らし、チャネル利用効率を大幅に向上させることができます。

6.屋外での使用可能:メッシュ無線ネットワークは諸刃の剣であり、アクセスポイントの有線接続が不可能な場所まで無線LANインフラを拡張できますが、その間、メッシュ無線ネットワークアクセスポイントに接続された顧客のバックホールリンクスループットを低下させ、最終的な状況も同様です。さらに、リモートエンドでの電源サポートも引き続き必要です。例えば、バスステーションはすでに電源対応をしており、ホットスポット制御パネルの管理にはほとんど帯域幅を必要としません。バス停のアクセスポイントはWi-Fi対応をせず、代わりに独自のRJ-45ポートを持ち、ホットスポットに必要な仮想LANを提供できるように設定・有効化できます。