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無線ネットワークは、ネットワークノード間で無線データ接続を使用するコンピュータネットワークです。[ 1 ]無線ネットワークにより、家庭、電気通信ネットワーク、およびビジネス設備は、建物内にケーブルを導入したり、さまざまな機器の場所間の接続としてケーブルを導入したりするコストのかかるプロセスを回避できます。[ 2 ]管理用電気通信ネットワークは、一般的に無線通信を使用して実装および管理されます。この実装は、OSI モデルのネットワーク構造の物理レベル (層) で行われます。 [ 3 ]
無線ネットワークの例としては、携帯電話ネットワーク、無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）、無線センサーネットワーク、衛星通信ネットワーク、地上マイクロ波ネットワークなどがある。[ 4 ]
最初の業務用無線ネットワークは、1969年にハワイ大学でALOHAnetというブランド名で開発され、1971年6月に運用が開始された。最初の商用無線ネットワークは、1986年にNCR社が開発したWaveLAN製品ファミリーである。
MOSFET (MOS トランジスタ) 無線技術の進歩により、デジタル無線ネットワークの開発が可能になりました。RF CMOS (無線周波数CMOS )、パワー MOSFET、LDMOS (横方向拡散 MOS) デバイスの幅広い採用により、1990 年代までにデジタル無線ネットワークが開発され普及し、MOSFET 技術のさらなる進歩により、2000 年代には帯域幅が拡大しました (エドホルムの法則)。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]無線ネットワークの主要要素のほとんどは、2G、3G 、[5] 、 4G [ 6]などのネットワークにおけるモバイルトランシーバー、基地局モジュール、ルータ、RF パワーアンプ、[ 6 ]通信回路、[ 8 ] RF 回路、無線トランシーバー[ 7 ]など、MOSFETから構築されています。
無線パーソナルエリアネットワーク(WPAN) は、一般的に人の手の届く範囲という比較的狭いエリア内のデバイスを接続します。たとえば、Bluetooth無線と不可視赤外線の両方が、ヘッドセットとラップトップを相互接続するための WPAN を提供します。ZigbeeもWPAN アプリケーションをサポートしています。[ 9 ]機器設計者がさまざまな民生用電子機器に Wi-Fi を統合し始めたため、Wi-Fi PAN は一般的になりつつあります (2010 年)。Intelの「My WiFi」とWindows 7 の「仮想 Wi-Fi」機能により、Wi-Fi PAN はよりシンプルで簡単にセットアップおよび構成できるようになりました。[ 10 ]
無線LAN（WLAN）は、無線伝送方式を用いて短距離で2台以上のデバイスを接続し、通常はアクセスポイントを介してインターネット接続を提供します。スペクトラム拡散方式やOFDM方式を用いることで、ユーザーはローカルエリア内を移動しながらもネットワークへの接続を維持できます。
IEEE 802.11 WLAN規格を採用した製品は、 Wi-Fiブランドで販売されています。 固定無線技術は、離れた2つの場所にあるコンピュータやネットワーク間でポイントツーポイントリンクを実現するもので、多くの場合、見通し線上の経路で専用のマイクロ波または変調レーザー光ビームを使用します。都市部では、有線リンクを設置せずに2つ以上の建物のネットワークを接続するためによく利用されます。モバイルデバイスでWi-Fiに接続するには、無線ルーターなどのデバイス、または別のモバイルデバイスのプライベートホットスポット機能を使用できます。
無線アドホックネットワークは、無線メッシュネットワークまたはモバイルアドホックネットワーク（MANET）とも呼ばれ、メッシュトポロジーで構成された無線ノードで構成される無線ネットワークです。各ノードは他のノードに代わってメッセージを転送し、各ノードはルーティングを実行します。[ 11 ]アドホックネットワークは「自己修復」が可能で、電源を失ったノードを迂回して自動的に再ルーティングします。アドホックモバイルネットワークを実現するには、距離シーケンス距離ベクトルルーティング、アソシアティビティベースルーティング、アドホックオンデマンド距離ベクトルルーティング、動的ソースルーティングなど、さまざまなネットワーク層プロトコルが必要です。
無線メトロポリタンエリアネットワークは、複数の無線LANを接続する無線ネットワークの一種です。
無線広域ネットワーク（WWAN）は、近隣の町や都市間、あるいは都市と郊外間など、広範囲をカバーする無線ネットワークです。これらのネットワークは、企業の支店間を接続したり、公共のインターネットアクセスシステムとして利用したりできます。アクセスポイント間の無線接続は、小規模ネットワークで使用される無指向性アンテナではなく、2.4GHz帯と5.8GHz帯のパラボラアンテナを使用したポイントツーポイントのマイクロ波リンクが一般的です。典型的なシステムは、基地局ゲートウェイ、アクセスポイント、および無線ブリッジングリレーで構成されます。その他の構成としては、各アクセスポイントがリレーとしても機能するメッシュシステムがあります。太陽光発電パネルや風力発電システムなどの再生可能エネルギーシステムと組み合わせることで、スタンドアロンシステムとして運用することも可能です。
セルラーネットワーク（またはモバイルネットワーク）とは、セルと呼ばれる陸上エリアに分散配置された無線ネットワークであり、各セルには少なくとも1つの固定位置にある送受信機（セルサイトまたは基地局と呼ばれる）が設置されている。セルラーネットワークでは、各セルは干渉を避けるため、隣接するすべてのセルとは異なる無線周波数帯を使用するのが特徴である。
これらのセルが結合されると、広範囲にわたる無線通信が可能になります。これにより、多数の携帯型送受信機（携帯電話、ポケットベルなど）が、基地局を介してネットワーク内のどこにいても、相互に、また固定型の送受信機や電話機と通信できるようになります。これは、送受信機の一部が送信中に複数のセルを通過する場合でも同様です。
携帯電話向けに開発されたものの、スマートフォンの登場により、携帯電話ネットワークは通話に加えてデータも伝送するようになった。
プライベートLTE/5Gネットワークは、LTEまたは5Gセルラーネットワーク基地局、スモールセル、その他の無線アクセスネットワーク（RAN）インフラストラクチャのおかげで、ライセンス付き、共有、またはライセンスなしの無線スペクトルを使用して、エッジデバイス（スマートフォン、組み込みモジュール、ルーター、ゲートウェイ）に音声とデータを送信します。
3GPPは、5Gプライベートネットワークを、組織の信頼性、アクセス性、保守性に関するニーズを満たすために、通常は小規模な展開を行う非公開ネットワークと定義している。
オープンソースのプライベートネットワークは、ピアレビューと開発を通じてソースコードを使用、変更、共有する、コミュニティ主導型の共同ソフトウェアに基づいています。
グローバルエリアネットワーク（GAN）は、任意の数の無線LAN、衛星通信エリアなどを介してモバイルユーザーをサポートするために使用されるネットワークです。モバイル通信における重要な課題は、ユーザーの通信をあるローカルカバレッジエリアから次のエリアに引き継ぐことです。IEEEプロジェクト802では、これは一連の地上無線LANを伴います。[ 14 ]
宇宙ネットワークとは、宇宙船間の通信に使用されるネットワークであり、通常は地球近傍で使用されます。NASAの宇宙ネットワークはその一例として挙げられます。
利用例としては、日常的に利用されている無線ネットワークの一部である携帯電話が挙げられます。携帯電話は、個人間の容易なコミュニケーションを可能にします。また、大陸間ネットワークシステムは、無線衛星を利用して世界中で通信を行います。 警察などの緊急サービスも、無線ネットワークを利用して効果的な通信を行っています。個人や企業は、小規模なオフィスビル内であろうと、世界中であろうと、無線ネットワークを利用してデータを迅速に送受信・共有しています。
一般的に、無線ネットワークは企業ユーザーと家庭ユーザーの両方に幅広い用途を提供している。[ 15 ]
「現在、業界ではいくつかの異なる無線技術が採用されています。各無線技術は、OSIモデルの物理層とデータリンク層の両方で固有の機能を記述する規格によって定義されています。これらの規格は、指定された信号方式、地理的範囲、周波数使用法などで異なります。このような違いにより、特定の技術は家庭用ネットワークに適しており、他の技術はより大規模な組織のネットワークに適している場合があります。」[ 15 ]
各規格は地理的範囲が異なるため、無線ネットワークで何を達成しようとしているかによって、ある規格が次の規格よりも理想的になります。[ 15 ] 無線ネットワークのパフォーマンスは、音声やビデオなどのさまざまなアプリケーションを満たします。この技術の使用により、2Gから3G、4G、5G技術への拡張の余地も生まれます。これらは、携帯電話の移動通信規格の第 4 世代および第 5 世代を表しています。無線ネットワークが一般的になるにつれて、ネットワークのハードウェアとソフトウェアの構成により高度化が進み、より多くのデータをより速く送受信する能力が向上します。現在、無線ネットワークは 4G 移動通信規格である LTE で動作しています。LTE ネットワークのユーザーは、3G ネットワークよりも 10 倍速いデータ速度を利用できます。[ 16 ]
空間は、無線ネットワークのもう1つの特徴です。無線ネットワークは、道路や川を挟んだ場所、敷地の反対側にある倉庫、物理的に分離されているが一体となって機能する建物など、配線が難しい場所で通信する場合に多くの利点を提供します。[ 16 ]無線ネットワークを使用すると、ユーザーは、ネットワークが他のデバイスと通信できる特定の空間を指定できます。
配線による煩雑さを解消することで、家庭内にもスペースが生まれます。[ 17 ]この技術は、 TP、同軸ケーブル、光ファイバーなどの物理的なネットワーク媒体を設置する代わりになり、費用も高額になる可能性があります。
住宅所有者にとって、プリンター、スキャナー、高速インターネット接続を共有するには、イーサネットに比べて無線技術が効果的な選択肢です。WLANは、ケーブル媒体の設置コストを削減し、物理的な設置にかかる時間を節約し、ネットワークに接続されたデバイスのモビリティも実現します。 [ 17 ]無線ネットワークはシンプルで、ルーターを介してインターネットに直接接続された 単一の無線アクセスポイントだけで済みます。[ 15 ]
物理層の通信ネットワークは、相互接続された多数の有線ネットワーク要素（NE）で構成されています。これらのNEは、単一のメーカーから供給されるスタンドアロンシステムまたは製品である場合もあれば、サービスプロバイダー（ユーザー）またはシステムインテグレーターが複数の異なるメーカーの部品を組み合わせて組み立てる場合もあります。
ワイヤレスNEとは、無線通信事業者がバックホールネットワークおよび移動体交換センター（MSC）をサポートするために使用する製品およびデバイスのことです。
信頼性の高い無線サービスは、物理層のネットワーク要素がすべての運用環境およびアプリケーションから保護されることに依存します（GR-3171、無線ネットワークで使用されるネットワーク要素の一般的な要件 - 物理層基準を参照）。[ 18 ]
特に重要なのは、基地局（BS）キャビネットからセルタワーに設置されるネットワーク機器（NE）です。アンテナおよび関連する筐体やケーブルの取り付け金具、配置には、十分な強度、堅牢性、耐腐食性、そして風、嵐、着氷、その他の気象条件に対する耐性が求められます。ハードウェア、ケーブル、コネクタ、筐体などの個々のコンポーネントに対する要件は、それらが取り付けられる構造物を考慮して決定されます。
有線システムと比較して、無線ネットワークは電磁干渉を受けやすい。これは、通信に使用される無線帯域内またはその近傍の電波を発生させる他のネットワークや他の種類の機器によって引き起こされる可能性がある。干渉は信号を劣化させたり、システムを故障させたりする可能性がある。[ 4 ]
電磁波を吸収する素材もあり、その場合、電波は受信機に到達しません。一方、金属や導電性素材などでは反射が起こります。これにより、電波が届かないデッドゾーンが発生することがあります。現代の住宅では、アルミ箔で覆われた断熱材を使用すると、屋内の携帯電話信号が10dBも減衰してしまうことがあり 、その結果、地方の長距離携帯電話の受信状態が悪くなるという苦情が頻繁に寄せられています。
マルチパスフェージングでは、反射により信号が通過する2つ以上の異なる経路によって、特定の場所で信号が互いに打ち消し合い、他の場所では信号が強くなる（アップフェード）ことがあります。
隠れノード問題は、一部のネットワークタイプにおいて、あるノードが無線アクセスポイント（AP）からは見えるものの、そのAPと通信している他のノードからは見えない場合に発生します。これは、メディアアクセス制御（衝突）に困難をもたらします。
露出端末問題とは、あるネットワーク上のノードが、別のネットワーク上のノードからの同一チャネル干渉によって送信できなくなる現象のことである。
無線スペクトルは限られたリソースであり、送信機の範囲内のすべてのノードで共有されます。複数のユーザーが参加すると、帯域幅の割り当てが複雑になります。多くの場合、ユーザーは、広告されている数値（ IEEE 802.11機器やLTEネットワークなど）が自分の容量ではなく、他のすべてのユーザーと共有されているため、個々のユーザーのレートがはるかに低いことを認識していません。需要の増加に伴い、容量不足が発生する可能性がますます高くなります。ユーザー・イン・ザ・ループ（UIL）は、過剰プロビジョニングのために新しいテクノロジーにアップグレードし続けることに対する代替ソリューションとなる可能性があります。
シャノンの定理は、あらゆる単一無線リンクの最大データレートを説明することができ、これはヘルツ単位の帯域幅とチャネル上のノイズに関係する。
MIMO技術を用いることで、チャネル容量を大幅に増加させることができる。MIMOでは、複数のアンテナまたは複数の周波数を用いて受信機への複数の経路を利用することで、両端における周波数とアンテナの多様性の積に比例して、はるかに高いスループットを実現できる。
Linuxでは、中央規制ドメインエージェント（CRDA）がチャネルの設定を制御します。[ 19 ]
ネットワークの総帯域幅は、媒体の分散性（分散性の高い媒体ほど干渉が最小限に抑えられるため、一般的に総帯域幅は広くなる）、利用可能な周波数の数、それらの周波数のノイズの程度、使用されるアンテナの数、指向性アンテナが使用されているかどうか、ノードが電力制御を使用しているかどうかなどによって決まります。
セルラー無線ネットワークは、指向性アンテナの使用と、隣接していないセル間で無線チャネルを再利用できる能力により、一般的に容量が優れています。さらに、低電力送信機を使用することで、セルを非常に小さくすることができます。これは、都市部で人口密度に比例してネットワーク容量を拡張するために使用されています。[ 4 ]
無線アクセスポイントは人間の近くにあることが多いが、距離による電力の低下は逆二乗法則に従って急速に進む。[ 20 ]英国保健保護庁（HPA） の見解は、「WiFiからの無線周波数（RF）被ばくは携帯電話からの被ばくよりも低い可能性が高い」というものである。また、「学校などがWiFi機器を使用しない理由はない」とも述べている。[ 21 ] 2007年10月、HPAは、それまでの期間にメディアで報じられた不安を鎮めるため、英国政府に代わってWiFiネットワークの影響に関する新たな「体系的な」調査を開始した。[ 22 ] HPAのマイケル・クラーク博士は、携帯電話と基地局に関する公表された研究はWiFiを非難するものではないと述べている。[ 23 ]
[…]中央規制ドメインエージェント（CRDA）[…]は、各国の規制に基づいて、システム上で設定されるチャネルを制御します。
国内外で行われた専門家によるレビューはすべて、無線ネットワークによる健康リスクは低いことを示しています。…学校で測定を行ったところ、Wi-Fiからの典型的な被ばく量は、放射線被ばくに関する国際ガイドラインレベルの約2000万分の1でした。比較として、携帯電話を使用している子供はガイドラインレベルの最大50%の被ばくを受けます。つまり、無線ネットワークの近くの教室に1年間座っていることは、携帯電話を20分間使用するのとほぼ同等です。もし学校からWi-Fiを撤去すべきであれば、携帯電話ネットワークも停止すべきです。FMラジオやテレビも同様です。なぜなら、それらの信号強度は教室でのWi-Fiの信号強度と似ているからです…。