KDDI(株) 技術統括本部 技術企画本部 モバイル技術企画部長 吉田 智將 氏

携帯電話の未来へ向けて ~『auネットワーク品質向上への取り組み』その2~

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by [2013年6月21日]

KDDI(株) 技術統括本部 技術企画本部 モバイル技術企画部長 吉田 智將 氏

5月29日から5月31日まで東京ビッグサイトで開催されていた様々な最新無線通信技術を紹介する展示会、『ワイヤレス・テクノロジー・パーク 2013』では、「セミナー・プログラム」と題して現在無線通信技術の第一線で活躍する様々な人々を講師に迎えたセミナーが多数開講されていました。

今回はその中から、KDDI(株) 技術統括本部 技術企画本部 モバイル技術企画部長の吉田 智將氏を迎え、『auネットワーク品質向上への取り組み』と題して5月30日に行われたセミナーの内容を3回に分けてご紹介します。

その1はこちら
その3はこちら

トラフィックオフロード

トラフィック規制の3番目の対策、それはトラフィックのオフロード、つまり通信手段をLTE/3G通信からWi-Fiなどに切り替えるという方策です。

auの場合3セクター方式、つまり3つの基地局を1組としてセットにする形で基地局の敷設と運用を行い、その最繁時間帯を調査、対策しているとのことなのですが、昼間利用率の高いオフィス街などでは公衆Wi-Fiの整備によるオフロードを行い、利用者が自宅にいる確率の高い夜間に最繁時間帯の来る基地局については、宅内Wi-Fiで対策する、といった対応が行われています。

トラフィックオフロード(時間分布に応じたWi-Fiオフロード)
時間帯による基地局利用頻度の差に応じて、住宅エリア向けのau Wi-Fi HOME SPOT(小型Wi-Fiルーター)の無償貸与推進や、ビジネスエリア向けのau Wi-Fi SPOT(公衆Wi-Fiアクセスポイント)整備などの施策による、3G/4G LTE通信からWi-Fiへのトラフィックオフロードが推進されている。

このため、後者の宅内Wi-Fiへのオフロードを推進する目的でauからユーザーにWi-FiのAP(Access Point:アクセスポイント)としてau Wi-Fi HOME SPOT CUBEというWi-Fiルーターが(事実上)無償で貸し出され、前者の公衆Wi-Fiについてはau Wi-Fi SPOTとしてAPの整備が公共施設を中心に進められています。

au HOME SPOT CUBE
auが自社契約ユーザーに対して事実上無償で貸与サービスを行っている、Wi-Fi(無線LAN)ルーター。IEEE802.11a/b/g/n(2.4/5GHz)対応で、WAN側接続が100Base-TX/10Base-T対応となるため、通信速度は最大150Mbpsと若干低いが、充分実用になる性能を備えている。

このau Wi-Fi HOME SPOT CUBEについては昨年末時点で165万台――当然ながらこの数字にはPCユーザーなどで他のWi-Fiルーターを自宅に設置しているユーザーの数は含まれず、また現時点ではここからさらに上乗せがあります――が貸し出され、かなりの数のユーザーに自宅でWi-Fiへオフロードされて利用されている状況が明らかとなっています。

また、au Wi-Fi SPOTも昨年末の時点で22万台が設置され、屋外用と屋内用の双方で展開される状況となっています。

このWi-Fiへのトラフィックのオフロードは基地局利用状況の調査を通じてかなりの効果があることが明らかになっているとされ、auとしてかなり力を入れて取り組んでいる、とのことです。

トラフィックオフロード(au Wi-Fi SPOTの特徴)
auが整備している公衆Wi-Fi AP(アクセスポイント)の設置実績とその接続性などを示した図。基本となるスマートフォンに加え、タブレットやノートPCなど「もう一台」の接続が無償となっているのが目を引く。

auでは、「マルチユース」「マルチネットワーク」「マルチデバイス」の3つの頭文字を取って3M戦略と称し、「スマートフォンやタブレット端末などお好みのデバイスで、つながりやすい、最適なネットワークを介し、魅力的で多彩なサービスやコンテンツをシームレスにご利用いただける通信環境」を提供することを掲げているのですが、吉田氏はマルチデバイスがマルチネットワーク上でシームレスに使えることを重要視しているとし、スマートフォン向けに――既に当初よりインストール済みの機種もありますが――『au Wi-Fi 接続ツール』と称するアプリを提供し、これをオンにしていればau Wi-Fiが検出されれば自動で接続する、というサービスを実現している、としました。

また、1つスマートフォンで持っている権利についてはマルチデバイスで対応する、とのことで、auのスマートフォン/タブレットユーザーについては、Wi-Fi接続対応のタブレットあるいはPCをもう1台無料で接続できる、というサービスが行われています。

トラフィックオフロード(「つながる」工夫)
auの設置しているAP(アクセスポイント)は、複数のアンテナアレイを用いて発信する電波に指向性を持たせ、さらに端末位置から判断して動的に指向性制御を行うビームフォーミング技術の採用によって、少ないAP数でより広いエリアをサポートできる。

さて、au Wi-Fi SPOTは公衆APで、一般的なWi-Fi APと比較して若干受信可能エリアが広くとれるように設計されています。

これはauが採用している、とあるベンダーが持っているビームフォーミング技術というアンテナ送受信技術によるもので、複数のアンテナアレイの動的な位相制御技術により、通常は無指向性で球状に広がる電波が、押しつぶして平面的に広げたような形で指向性を持って放出されるようになっていて、通常ならばAPを3台用意しなければカバーできないエリアを1台でカバーできるようになっている、とのことです。

トラフィックオフロード(干渉の少ない5GHzに対応)
auの公衆Wi-Fi AP(アクセスポイント)は、その当初より一般に広く利用されてきた2.4GHz帯だけでなく、5GHz帯にも対応しており、2.4GHz帯が輻輳し、また電子レンジの干渉などで通信が切れるような状況でも、5GHz帯での接続を行えば周波数帯ごとの混雑度を低下させ、また他機器の干渉を防ぐこともできる。

また、このau Wi-Fi SPOTでは5GHz帯、つまり IEEE 802.11aおよび IEEE 802.11nの5GHz帯での通信に対応しています。一般に広く利用されている IEEE 802.11b/gおよび IEEE 802.11nの2.4GHz帯(ISMバンド)は、同じ周波数帯に電子レンジの発信周波数が重なっているためこれの干渉を受けやすく、例えばコンビニエンスストアで電子レンジが使われた途端にWi-Fiが切れる、といった状況が多々発生しています。auではそのことを当初から把握していて、AP設置の最初から2.4GHz帯と5GHz帯の両対応としていたとのことで、5GHz帯で接続しているユーザーについては相応のスループットで利用できているのではないか、との見解を吉田氏は示しました。

トラフィックオフロード(Wi-Fiに対するユーザーの期待と不満)
より安価なWi-Fiへの通信迂回を、3G/4G LTE通信と変わらぬ利用感で行うことがユーザーから期待されている。その一方で、Wi-Fiへの通信の切り替えに時間がかかること、そもそも切替そのものが面倒であること、さらにWi-Fi自動接続にするとバッテリー消費が大きくなる=電池の保ちが悪くなることが代表的な不満点として示されている。

こうしたWi-Fiへのオフロードについて、auでは「より安価なWi-Fiへ通信を迂回したい」、というコスト面での期待と、「利用感を損なわずにWi-Fiを利用したい」、というLTE同等の通信手段としての性能面での期待のバランスを取ることがWi-Fi利用促進を図る上で重要とし、Wi-Fiに対する主な不満点として、「Wi-Fiへの切替に時間がかかる」、「Wi-Fiへの切替が面倒」、そして「Wi-Fi自動接続にすると電池の持ちが悪くなる」、の3点が挙げられました。

こうした不満点を解消しない限りWi-Fiが積極的に利用されず、ひいてはセルラー回線(3G/4GLTE通信)からのオフロードが実現されない、という危機感をau側は抱いていることと、そのために継続的に対策を講じている旨が語られました。

トラフィックオフロード(Wi-Fi切替時間の短縮)
苦情の多いWi-Fi接続に伴う切替時間の短縮を目指し、新しい認証方式の採用によるログイン処理の省略、接続シーケンスの最適化や接続用アプリの改善などを実施している。

特にWi-Fi接続への切替時間短縮については、まず3G通信⇔Wi-Fi間でLayer3認証によるロスタイムが大きいと認識されました。このため、4G LTE通信⇔Wi-Fi間、特にAndroid端末については、端末に搭載されているSIMカードを利用した『EAP-AKA』という認証方式(※ソフトバンクも同様にSIMカードを利用した『EAP-SIM』というを認証方式していますが、これらはauとソフトバンクの通信方式などの相違によるもので、認証方式としては同様です)を採用することで、大幅な切替時間の短縮を実現しています。

トラフィックオフロード(快適なWi-Fi自動接続)
ソフトウェア的な工夫などにより、周囲に存在するWi-Fi AP(アクセスポイント)の電波を補足してしまうことによる、Wi-Fiの電波強度が閾値を下回った段階でばっさりセルラー回線に切り替えてしまうようにすることで、通信切替のばたつきを抑制、通信不可時間を可能な限り減らしている。

もっとも、Wi-Fiへの切替については、電車に限らず路上を歩いていても、公衆Wi-Fi APの増加などで頻繁にセルラー回線とWi-Fiとの間での切替が生じ、特に公衆Wi-Fi APからの電波が到達する外縁部の境界線上にいると、どっちつかずで交互に切替が続く様な状態になり、長時間にわたって正常に通信できなくなってしまう、という問題があります。

これは端的に言ってしまえば、Wi-Fiとセルラー回線の切り替えを行うか否かの判定に用いる閾値となる、Wi-Fi側の電波強度をどのあたりに設定するか、という問題なのですが、これについてはau Wi-Fi接続ツール側で上手く制御することで、無駄な切替を抑制するような取り組みが行われていると説明されました。

トラフィックオフロード(電池持ちの向上)
待受時の無駄なWi-Fi信号受信を抑制するなどのソフトウェアの改善による対策などによって、端末の電池の持ちを大幅に改善している。

また、端末側でもベンダーの努力により消費電力の低減について様々な改善が行われており、例えば省電力モードでディスプレイ消灯時にはWi-Fi接続のチェックを行わないようにする、などといった様々な最適化テクニックを駆使することで元々と比較すればバッテリーの持ちが2倍程度にまで向上しています。

トラフィックオフロード(電波強度の最適化)
Wi-Fi AP(アクセスポイント)と端末の電波到達距離の差を可能な限り無くすよう、AP側出力の最適化を行うことで、「電波受信はできるが通信ができない」という状況を極力無くす努力が行われている。

さらに吉田氏は、電波強度の最適化の必要性にも触れ、Wi-Fi切替時に問題となる、「Wi-Fiの電波を(無駄に)引っ張ってしまう」という問題の対処策として、セルラーネットワークと同様、リンクバジェット、つまり電波の上り下りのバランスが重要である、と指摘しました。

これは、外部からの給電を受けて送受信を行うAPと内蔵バッテリーの限られた電力で送受信を行う端末という、電力事情的に異なる状況の機器間でバランスさせなければならない、というものです。

具体的に言えば、電波出力に余裕のあるAP側からの下りと、出力を絞りたい端末側からの上りで、電波の到達距離に差が出やすいということで、その対策として正しくバランスがとれるように出力の調整を行っている由です。

トラフィックオフロード(au HOME SPOT CUBEとスマートフォンのWi-Fi接続設定の強化)
初心者ユーザーにとってWi-Fi LANルーター使用時の最難関となる、Wi-Fi(無線LAN)接続設定の容易化のため、Andoroid向けにはインターネット接続診断アプリが提供されている。さらに、iOS向けでは端末内蔵カメラを利用し、au HOME SPOT CUBE底面にある銘板シールを撮影することで、画像を送られたサーバ側によって自動的にSSIDなどの諸設定が行われる機能が、アプリインストール不要のWebサービスとして提供されている。

これに対し、宅内Wi-FiではAPとスマートフォンをいかに容易にペアリングさせるかが焦点となっています。

これはPCと無線LANルーターの接続でも長年に渡ってトラブルの主因となってきた問題です。

この問題について、せっかくAPが家にあるのにユーザーに利用して貰えないのは、スマートフォン側で(非常に煩雑かつ面倒なSSIDやパスワードなどの接続)設定を行わねばならないからだ、と吉田氏は指摘し、自社のWi-Fi HOME SPOT CUBEでは上面にボタンを設け、これを押してスマートフォンと同期させれば簡単に設定できるようにしているが、これでも上手く接続設定ができない場合があることが、ユーザーからの指摘で判ってきた、と説明しました。

その対策として、Andoroid端末向けでは接続診断のための専用アプリを開発・提供し、ユーザーが自分で順番に診断作業を進めることで、きちんと接続できるようになるようにし、iOS端末向けでは、更に一歩進んで、端末内蔵カメラでAPの銘板を撮影してWebブラウザ経由でサーバに送信すると自動で端末側設定を行うという機能が提供されています。

トラフィックオフロード(最適Wi-Fi AP配置)
品質情報解析システムの活用により、3G通信の容量が逼迫しているエリアを中心に、公衆Wi-Fi APを効率よく配置することで、トラフィックのオフロードをより確実に実現する。


トラフィックオフロード(更なるWi-Fiの高度化)
IEEE802.11aiのサポートによる通信切替の円滑化、IEEE802.11acのサポートによる通信速度の高速化、そしてANSDF導入による基地局側の制御による通信の自動切り替えなどの将来展望が示された。

そのほか、AP設置の最適化や、Wi-Fiとセルラー回線の切り替えを改善するための新技術について軽く触れ、ANDSF(Access network discovery and selection function)、つまりサーバ側からの遠隔制御で端末の現在位置情報などによってWi-Fiオフロードを自動的かつ強制的に切替制御する技術の導入についても具備する方向で調整が進められていることが説明されました。

ここで吉田氏は、auでのWi-Fiへのオフロードの実態として、最繁時間帯で見ると50パーセント強、つまりユーザーの半分は自宅等でWi-Fiを利用していることを明らかにし、韓国でも20パーセントから30パーセントと聞いているし、国内の他のオペレーター各社でも同程度と聞いているから、全世界的に見てもこの数字が達成できているのはKDDIだけではないか、としました。
(以下、その3に続く)

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