ホワイトペーパー:AirMagnet WiFi アナライザを使用した BYOD 解析|enterprise.netscout.com

ホワイトペーパー:AirMagnet WiFi アナライザを使用した BYOD 解析

AirMagnet WiFi アナライザを使用した BYOD 解析

この報告書は、BYOD をサポートするときの重要な課題をネットワーク技術者に理解していただくことを目的としています。ここでは、さまざまな Wi-Fi デバイスのサポートに関して見落とされがちな側面を取り上げ、NetScout の無線 LAN 解析ツール、AirMagnet WiFi アナライザが提供するソリューションをはじめ、具体的な解決策と BYOD サポートの戦略について説明します。

目次

  • はじめに
  • デバイスによって性能が異なる
  • MIMO のサポート
  • ダイバーシティ・アンテナ
  • 送信出力
  • プローブ動作
  • 反復
  • ローミング動作
  • まとめ 
AirMagnet WiFi アナライザを使用した BYOD 解析
 

はじめに

店員が何かを販売するとき、通常は自分も相手も満足する win-win になります。双方、つまり買い手と売り手は機嫌よく立ち去ります。ミント・チョコレート・チップのアイスクリームが好きな人がアイスクリーム店に入り、お気に入りのフレーバーを見つけて、嬉しそうに選びます。買い手はアイスクリームを手にし、売り手はお金をもらい、双方とも満足して別れます。店員は常に win-win の取引を楽しむことができます。

一方、ネットワーク技術者がユーザーと交渉するときは、勝つか負けるかの win-lose の状況に直面することがよくあります。ユーザーの要望は、時にネットワーク技術者に難題を課します。ユーザーがもっと高速なインターネット・アクセスを希望しても、ネットワーク技術者にはそのコストがわかっています。ユーザーが自由にアクセスしたいと願っても、ネットワーク技術者はセキュリティを維持する必要があります。ユーザーが自分のデバイスを使いたくても、ネットワーク技術者は BYOD (bring your own device:自分のデバイスを持ち込む) によって Wi-Fi の管理がいっそう難しくなることを知っています。

BYOD は既にユーザーにとって当たり前になっているため、これに抵抗するのは無駄です。多くの企業では、BYOD の利点(生産性の向上、ユーザー満足度の向上、デバイス購入費用の削減)が明らかになると、BYOD をサポートできるネットワーク技術者がどうしても必要になります。

このようなサービスが既にネットワークで展開されており、パフォーマンスが低い場合は、以下の方法でネットワークを最適化して、サービス品質とユーザー体験を改善することもできます。

 

デバイスによって性能が異なる

BYOD をサポートするときに留意すべき最重要事項は、Wi-Fi デバイスによって動作が異なるという点です。どの Wi-Fi デバイスも 802.11 規格をサポートしていますが、その規格内で多くの種類が許可されています。

Wi-Fi デバイス間で以下のような違いがあります。

規格のサポート:802.11ac が最新の規格ですが、企業の BYOD ネットワークでは、ほぼ確実にその他の規格もサポートしなければなりません。2007 年にデバイスで使用が開始され、2009 年に米国電気電子学会 (IEEE) が正式承認した 802.11n は、周波数帯域が 2.4 GHz (企業の無線 LAN で最も多く使用されている帯域幅)の Wi-Fi 用の最新規格です。典型的なスマートフォン、タブレット、ノートパソコンほど頻繁に後継機が出ない従来とは異なるデバイスが使われている場合は、2000 年代半ばに一般的な規格であった 802.11a と 802.11g が無線 LAN でまだサポートされている可能性があります。1990 年代にさかのぼる 802.11b 規格をサポートしなければならない場合もありますが、最新のエンタープライズ Wi-Fi 配備では避けられるようになっています。

AirMagnet WiFi アナライザは、ネットワークに接続しているスマートフォンやタブレットを即座に検出して分類します。この機能を使用して、ユーザーは接続デバイスを許可したり、それらが原因で生じた問題を素早くトラブルシューティングして解決したり、WLAN ネットワークのパフォーマンスとセキュリティへの影響を判断したりできます。

AirMagnet WiFi アナライザを使用した BYOD 解析

AirMagnet WiFi アナライザは、BYOD 環境でさまざまな Wi-Fi デバイスがどの規格をサポートしているかの識別できる便利なツールです。Wi-Fi アナライザのインフラ画面では、すべてのデバイスに 1 ~ 2 字の番号を付けて、デバイスがサポートしている規格を示します。WiFi アナライザは、Wi-Fi デバイスの送信機から取り込んだこの情報を管理フレームから収集します。

 

MIMO のサポート:マイモ (MIMO) アンテナにより、デバイスは 2 ~ 3 倍のデータ速度を使用でき、一貫性と帯域幅の向上を実現するアンテナ・システムです。デバイスが MIMO をサポートしているかどうかはデバイスのデータシートから明らかになりますが、AirMagnet WiFi アナライザなどのプロトコル・アナライザが必要になる場合もあります。

MIMO アンテナ・システムは次の 2 通りの方法で Wi-Fi 接続を改善できます。データ速度の高速化、一貫性と帯域幅の向上を実現するMIMO テクノロジーの特長は、同時に 2 ~ 3 のデータストリームを送受信できることです。実質上、2 ~ 3 本のアンテナが同じ周波数を 2 ~ 3 回 (MIMO は時分割ではないので、同時に) 再使用していることになります。MIMO アンテナ・システムを Wi-Fi デバイスに役立てる 1 つの方法は、データストリームを一意と見なして使用することにより、データ速度を 2 倍 (2 ストリーム使用時) または 3 倍 (3 ストリーム使用時) にできることです。これを空間多重化と呼んでいます。データストリームが同一の場合は、一貫性やレンジが改善されます。最大比合成 (MRC)、時空間ブロック符号化 (STBC)、送信ビームフォーミング (TxBF) など、MIMO ベースの数々のテクノロジーが同じデータストリームを使用しています。

つまり、デバイスが MIMO をサポートしていれば、無線 LAN に適しています。デバイスが高速度を使用するか(そのため無線 LAN の全体のスループット能力が向上)、デバイスのレンジや効率性が向上します。(繰り返しますが、MIMO は速度かレンジ/一貫性かのどちらかを改善します。データストリームと同一データストリームを同じデバイスで同時に作成することはできません。)

AirMagnet WiFi アナライザは、MIMO がサポートされているかどうかを簡単に識別できます。また、WiFi アナライザを使用する基本ルールの 1 つを例示しています。パケットを調べているなら、見る場所を間違っています。他のプロトコルを使用している場合は、アクセス・ポイントのチャネル上で取り込んだ後、フィルタリングによってプローブ要求のフレームのみを表示し、プローブ要求のフレーム・ボディを開いて高スループット能力の情報要素を確認します。これでは、デバイスの MIMO 機能の検出プロセスが非常に複雑になってしまいます。一方、WiFi アナライザを使用すると、インフラストラクチャ画面でデバイスを右クリックして 802.11n 効率か 802.11ac 効率かを選択するだけで、MIMO 機能を表示できます。(WiFi アナライザはデバイスが 802.11n を使用しているか 802.11ac を使用しているかを検出できるので、実際の表記はデバイスがサポートしている規格になります。)802.11n 効率か 802.11ac 効率かを選択した後、WiFi アナライザは自動的に WiFi ツール画面に切り替わります。効率ツールが自動選択され、アップリンク情報が自動的に表示されます。アップリンク情報は、選択した Wi-Fi デバイスがサポートしている MIMO ストリーム数を示します。

AirMagnet WiFi アナライザを使用した BYOD 解析

Wi-Fi デバイスで空間多重化がサポートされているかどうかの識別は、BYOD Wi-Fi 環境での期待値を管理する上で重要です。デバイスがサポートしている空間多重化ストリームが多いと、データ速度を加速できるため、Wi-Fi 環境の全体的なパフォーマンスが向上します。

データ速度は時々誤解されることがあります。データ速度の向上は、必ずしも LAN のリソースやインターネットへのアクセス増大をデバイスに保証するものではありません。むしろ、データ速度が向上すると、デバイスが LAN やインターネットとデータを送受信する権限を得た後、RF チャネルの使用時間を削減しなければなりません。つまり、データ速度の向上は常に Wi-Fi に有利です。企業がゲストの帯域幅を厳しく制限している場合でも(たとえば、インターネット速度の上限 2 Mbps)、ゲストが内部ユーザーの LAN やインターネット アクセスのスピードを低下させないように、全デバイスのデータ速度を最大限に保つ必要があります。

 
iPad Air

ほとんどの Wi-Fi デバイスは MIMO をサポートしていませんが、サポートしているデバイスも多数あります。iPad Air をはじめとする Apple のタブレットが 2 ストリーム MIMO をサポートし始めたので、クリーンな RF チャネル条件の下でデータ速度を 2 倍にできます。ノートパソコンとデスクトップは以前から MIMO をサポートしていますが、サポートは 2 ストリームと 3 ストリーム間で異なり、一部の「netbook」ノートパソコンは MIMO をサポートしていない場合があります。

ダイバーシティ・アンテナ:ダイバーシティ・アンテナは複数のアンテナを使用して電波を送受信することにより、Wi-Fi の一貫性と信頼性を向上させます。

多くの場合、MIMO のサポートとダイバーシティ・アンテナのサポートは連動していますが、常にそうとは限りません。ダイバーシティ・アンテナをサポートしていても、MIMO をサポートしていないデバイスがあります。MIMO は複数の無線チェーンを使用して 1 つの RF チャネルで同時にデータを送信するため、バッテリー寿命が短くなります。タブレットや「netbook」ノートパソコンなどの大きいデバイスは、ダイバーシティ・アンテナをサポートしていますが、MIMO はサポートしていない場合があります。

スマートフォンはサイズが比較的小さいので、通常は MIMO やダイバーシティ・アンテナをサポートしていません。MIMO もダイバーシティ・アンテナも、デバイス内の互いに離れた場所に配置する必要があるため、スマートフォンには複数アンテナ技術を組み込むスペースがありません。(ただし、アンテナ技術もスマートフォン技術も頻繁に改良されるので、スマートフォンでダイバーシティ・アンテナが使用される日が来るかもしれません。)

残念ながら、フレームの送信時に Wi-Fi がダイバーシティ・アンテナをサポートしているかどうかを示さなければならないという条件はありません。MIMO がサポートされている場合は(前のセクションを参照)、ダイバーシティ・アンテナもサポートされます。MIMO がサポートされていない場合は、Wi-Fi デバイス製造元のマニュアルを参照してダイバーシティ・アンテナのサポートについて確認する必要があります。

送信出力:Wi-Fi は通常、アクセス・ポイント (AP) が接続デバイスと同じ送信電力を使用している場合に、最適化されます。問題は、スマートフォン、タブレット、ノートパソコンのモデルによって送信電力レベルが異なることです。

アクセス・ポイントの送信電力を、関連付けられた Wi-Fi デバイスと等しくすると、Wi-Fi が双方向通信になるため、最も効率的に機能します。Web ページをダウンロードする毎に、Wi-Fi デバイスはアクセス・ポイントに HTTP 要求を送信する必要があります。アップリンク・トラフィックよりもダウンリンク・トラフィックを多く生成するアプリケーションが多いなか、Wi-Fi は送信電力が等しいときに動作が最適化される傾向にあります。これは、送信電力の一致によって、データフレームを再送信する回数が最小化されるからです。フレームが再送信されるたびにチャネルに無駄な時間が生じて、最終的にアクセス・ポイントや基地局の Wi-Fi チャネルの可用性が制限されるため、データフレームの再送信は Wi-Fi チャネルに悪影響を及ぼすことがあります。

 

AirMagnet WiFi アナライザを使用すると、アクセス・ポイントの送信電力が、スマートフォン、タブレット、ノートパソコンなどの Wi-Fi デバイスの送信電力とほぼ等しいかどうかを判別できます。送信電力が一致するかどうかをテストするには、まず Wi-Fi デバイスでアプリケーションを使ってみます。次に、Wi-Fi アナライザのインフラストラクチャ画面に移動します。インフラストラクチャ画面で、Wi-Fi デバイスが接続しているアクセス・ポイントをクリックして、アクセス・ポイントとデバイスが使用しているチャネルのキャプチャを開始します。アクセス・ポイントの左側に [+] アイコンがあります。その [+] アイコンをクリックし、アプリケーションを実行している Wi-Fi デバイスをクリックします。この時点で、Wi-Fi アナライザには、選択した Wi-Fi デバイスに関連する統計のみが表示されます。Wi-Fi が選択された状態で、インフラストラクチャ画面の右下隅で統計を確認します。Wi-Fi デバイスから送信されたトラフィックをパーセントで表示するには、「Rx Total/Tx Total」ドロップボックスを「Tx Total/% Total」に変更します。次に、フレーム・カテゴリを開いてフレーム再試行の割合を表示します。

AirMagnet WiFi アナライザを使用した BYOD 解析

送信されたフレーム再試行の割合を記録した後、ドロップボックスを「Rx Total/% Total」に変更し、受信されたフレーム再試行の割合を記録します。

AirMagnet WiFi アナライザを使用した BYOD 解析

再試行の割合が一致した場合は、アクセス・ポイントの送信電力と Wi-Fi デバイスの送信電力がほぼ同じです。受信された再試行の割合の方が大きい場合は、アクセス・ポイントの送信電力が低すぎ、送信された再試行の割合の方が大きい場合は、アクセス・ポイントの送信電力が Wi-Fi デバイスの送信電力より高くなります。

アクセス・ポイントの送信電力が Wi-Fi デバイスの送信電力と等しくなるように調整するのは、BYOD 環境では特に困難です。種類の異なる Wi-Fi デバイスを多数サポートする必要があるからです。Wi-Fi デバイス 1 つ 1 つの送信電力をテストするのが現実的でない状況では、アクセス・ポイントの送信電力を 12 dBm ~ 15 dBm の間で選択しておくとよいでしょう。

プローブ動作:デバイスが Wi-Fi ネットワークに接続していない場合は、近くのアクセス・ポイントを探す方法として、プローブ要求フレームを送信します。

プローブの問題は、デバイスによっては Wi-Fi に接続していないときに送信するプローブ要求のフレーム数が多すぎて、接続しているときよりも Wi-Fi チャネル帯域幅を多く使ってしまうことです。

反復;Wi-Fi ネットワークに接続していないデバイスがあると、Wi-Fi パフォーマンスがいっそう低下することがあります。

接続していないデバイスが、接続しているデバイスよりもパフォーマンスに影響することは、直感に反するようですが、Wi-Fi プローブではそれが現実です。Wi-Fi デバイスが接続しているときは、プローブ要求フレームを送信するのは、ローミング・プロセスを開始した場合だけです。Wi-Fi デバイスが接続していないときは、デバイスが常に Wi-Fi 接続を探しているため、プローブ要求を送り続けます。そして、プローブ要求が占める累積 Wi-Fi チャネル時間が、ネットワーク・データが占める累積 Wi-Fi チャネル時間より多くなることがしばしばあります。

プローブ動作は、デバイスやオペレーティング・システムによって異なるため、企業の Wi-Fi 環境では特に対処が難しくなります。Wi-Fi デバイスのプローブ動作が Wi-Fi 環境に悪影響を及ぼすかどうかを知るには、テストするしかありません。しかし、プローブ動作のテストさえ科学的には不正確です。

Wi-Fi デバイスのプローブのテストは Wi-Fi アナライザのインフラストラクチャ画面で行います。インフラストラクチャ画面に移動したら、画面の左側でWi-Fi デバイスを選択します。Wi-Fi デバイスを選択した後、Wi-Fi デバイスを Wi-Fi ネットワークから切断する必要がありますが、Wi-Fi 受信機はオンにしておきます。(iOS と Android では、Wi-Fi ネットワークを「Forget(破棄)」するという意味です。)Wi-Fi デバイスを選択したら、インフラストラクチャ画面の右下にある統計エリアでプローブ要求のフレーム数を確認できます。プローブ要求の統計は「Frames(フレーム)」の下にある「Mgmt Frames(管理フレーム)」の下に表示されます。

AirMagnet WiFi アナライザを使用した BYOD 解析

特定の Wi-Fi デバイスがすべての Wi-Fi チャネルで同じプローブ動作をしている可能性もありますが、その保証はありません。プローブ動作に関する詳細情報が必要な場合は、AirMagnet のデコード画面を使用できます。デコード画面で、プローブ要求フィルタを作成して Wi-Fi チャネルに適用できます。Wi-Fi チャネルのそれぞれでプローブ動作をテストするのは時間のかかる単調なプロセスですが、プローブ要求を出している Wi-Fi デバイスが原因で無線 LAN を使用不能になる極端なケースでは、その必要が生じるかもしれません。

ローミング動作:ローミング動作については、良い情報と悪い情報があります。

ローミング動作の悪い情報は、BYOD 環境をサポートする上で最も難しい領域の 1 つであるという点です。デバイスによってローミングが異なるだけでなく、実行しているアプリケーションが異なる、近くにアクセス・ポイントが多すぎる、デバイス内のモーション・センサーが動きを検知したなどの理由で、1 つの Wi-Fi デバイスでもローミング動作が変わることがあります。ローミング動作は実に予測が困難です。

ローミング動作に関する良い情報は、プローブがローミングの最初のステップであることから、テストがプローブ動作のテストと非常に似ているという点です。AirMagnet WiFi アナライザを使用したプローブ動作のテストについて前述した内容が、ローミング動作のテスト時にも当てはまります。唯一の違いは、ローミング・プロセスを開始するプローブ動作をトリガーするために、テスト対象となるWi-Fi デバイスを、関連付けられたアクセス・ポイントから物理的に遠ざける必要があることです。昨今の Wi-Fi デバイスでは、受信信号強度指標 (RSSI) がローミング・プロセスをトリガーするので、ローミング・テストの一環として移動する間は、Wi-Fi の RSSI 測定値に注意を払ってください。

デバイスがプローブを開始する信号強度が確定したら、インフラストラクチャを設計または調整してデバイスのローミングをサポートします。大半の Wi-Fi デバイスは 8 dB のセル・オーバーラップで順調にローミングできます。つまり、デバイスがプローブを -72 dBm で開始した場合、そのデバイスは -64 dBm 以上の RSSI を出している別のアクセス・ポイントを検知した場合に、スムーズにローミングする傾向があります。

BYOD 環境におけるローミングのサポートについて最後にもう 1 つ注意する点は、想定外の事態を想定しておくことです。実験室では -72 dBm でプローブが開始する Wi-Fi デバイスを現場で使用すると、異なる RSSI でプローブを開始する可能性があります。デバイスの動作が予測不可能なため、ローミングのサポートは、BYOD 環境の管理では難しい領域の 1 つです。したがって、様々なデバイスがローミングを処理する仕組みを理解するには、WiFi アナライザを複数回使用する計画を立ててください。

まとめ 

この報告書では、WiFi デバイスによって異なる方法をいくつか説明しましたが、無線 LAN が進化していくにつれて、今後他の方法も出現する可能性があります。未来を正確に予想することは困難ですが、確実に言えることは、Wi-Fi デバイス間のばらつきは今後も続くでしょう。これまでもそうでしたが、Wi-Fi デバイスのメーカーが動作の統一化を進めている兆しは見られません。そのため、BYOD 環境でのサポートを強化できるように、Wi-Fi デバイスの様々な動作を時間をかけて解析することが有効です。

 
 
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