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【第3章】隠れ端末Wi-Fiの解剖とサイトサーベイ実務 — 「中途半端に聞こえない距離」が一番危ない

wTokyoWireless
7月17日
読了時間: 11分

シリーズ「複数APの同一SSID環境での端末接続メカニズム」全3回の最終回。第1章では端末のAP選択、第2章では同一チャンネルAPのCCAとエアタイム共有を扱いました。本章では、CCAが機能しない最悪ケース「隠れ端末Wi-Fi」を具体的な数値例で解剖し、隣接チャンネル干渉(ACI)との切り分け、そしてサイトサーベイの判定基準に落とし込みます。


第2章の結論は「互いに聞こえている同一チャンネルAPは、スループットこそ折半するが品質は健全」でした。では、聞こえていなければ無関係かというと — そこに落とし穴があります。送信者同士は聞こえないのに、受信点では両方の電波が重なる。これが隠れ端末(Hidden Node)問題で、同一SSID・同一チャンネル環境における品質劣化の主犯です。


隠れ端末Wi-Fiの解剖とサイトサーベイ実務
隠れ端末Wi-Fiの解剖とサイトサーベイ実務


1. 実験台となる構図 — 隠れ端末Wi-Fiの2つのケース


抽象論を避けるため、具体的な配置で考えます。同一SSID・同一チャンネルのAP-AとAP-Bがあり、その中間付近に端末Aと端末Bがいて、端末AはAP-Aと、端末BはAP-Bと通信しています。

AP-A ──────── 端末A・端末B(中間) ──────── AP-B
        -60dBm ↙↘ 端末位置では両APが-70dBm前後で見える

端末位置では両APが比較的強く見える — ここまでは共通です。運命を分けるのはAP同士の関係です。

  • ケース1: AP-Aの位置でAP-Bが**-80dBm**で見える(CCA-SD閾値-82dBmを上回る → 互いに聞こえる)

  • ケース2: AP-Aの位置ではAP-Bが**-90dBm**(閾値未満 → 互いに聞こえない)。しかし端末Aの位置ではAP-Bが**-70dBm**で届く


2. ケース1の解剖 — 4局が同じ会議室にいる世界


-80dBm > -82dBmなので、AP-A、AP-B、端末A、端末Bの4局全員が同一の衝突ドメインに入ります。全員が全員の送信を検出できる、いわば行儀の良い会議室です。

AP-A→端末Aのダウンリンクを追うと: AP-Bが送信中なら、AP-AはそのプリアンブルをCCA-SDで検出し、PHYヘッダから継続時間を把握して待機します。復号できればMACヘッダのDurationでNAV(仮想キャリアセンス)もセットし、ACK時間まで含めた予約を尊重します。AP-Bのフレーム終了→端末BのACK終了→DIFS経過→バックオフ消化→送信。端末Aの受信時には他の3局が沈黙しているため、SINRはノイズフロア比で十分高く、最高MCSで復号できます。

帰結: 純粋な時間分割です。衝突はバックオフの同時満了時(数%)のみ。各BSSの実効スループットは単独時の半分弱ですが、Retry率は低く(10%未満)、ドロップはほぼゼロ。第2章で述べた「品質良好・容量折半」の典型です。


3. ケース2の解剖 — 受信点でだけ重なる世界


AP間は-90dBm < -82dBmで互いに検出不能。しかし端末Aの受信点にはAP-Bの信号が-70dBmで届く。CCAという仕組みの盲点が露呈する配置です。


衝突発生のフレームレベル追跡

  1. AP-Aは媒体アイドルと判断(AP-Bの送信は-90dBmで検出できない)→送信開始

  2. ほぼ同時刻、AP-Bも独立に「アイドル」と判断→端末B宛に送信開始。両APとも規格上は正しく動作している点が重要です。誰も悪くない

  3. 端末Aの受信点では、AP-Aの信号-60dBmとAP-Bの信号-70dBmが重畳。SIRはわずか10dB

  4. 結果はSIRと変調方式の要求値の綱引きです。AP-Aが高MCS(要求SINR 30dB前後)で送っていれば復号不能・CRCエラー。低MCS(要求SINR数dB)なら、強い方の信号にロックするキャプチャ効果で生き残ることもあります

  5. 復号失敗なら端末AはACKを返さず、AP-AはACKタイムアウトで失敗を認識

  6. AP-AはCWを倍化して再送。しかしAP-Bのトラフィックは依然聞こえないので、再送もまた同じ確率で衝突します

  7. 実装の多くはここでレートフォールバックを発動。第2章で述べた通り、衝突起因の失敗にレート低下は無力で、フレーム滞空時間が伸びて衝突ウィンドウがさらに拡大する悪循環

  8. リトライ上限(既定7回)到達でフレーム廃棄=ドロップ


CCAの盲点の本質

CCA-SDは送信者の耳で聞いています。しかし本当に守るべきは受信者の耳です。「-82dBm未満だから譲らなくてよい」という送信側の正しい判断が、受信点では衝突を生む。キャリアセンス方式の構造的限界がここにあります。

逆説的な結論として、同一チャンネルのAPは、しっかり聞こえている方が安全です。聞こえていれば行儀よく譲り合い(ケース1)、十分遠ければ無関係。中途半端に聞こえない距離が一番危ない(ケース2)。「とにかく離せばよい」という直感は、この中間地帯を見落とします。


特徴的な症状: 下りだけ壊れて上りは通る

ケース2には診断上の重要な指紋があります。端末A→AP-Aのアップリンクでは、受信点はAP-Aの位置です。そこにはAP-Bの電波が-90dBmでしか届かないため、端末Aの上り信号はSIR約30dBで問題なく復号されます。つまり下り(ダウンロード)だけがバースト的に壊れ、上りは無事という非対称が生まれます。「pingは通るのにダウンロードだけ遅い」という現場の訴え — pingは小さく低レートで頑健なので衝突を生き延びやすい — の物理的正体の一つです。


RTS/CTSという対症療法

隠れ端末の古典的対策がRTS/CTSです。AP-Aがデータの前に短いRTSを送り、端末AがCTSで応答する。このCTSは端末Aから送信されるため、AP-Bにも届きます(端末A-AP-B間には-70dBmのリンクがあるので)。CTS内のDurationを読んだAP-BはNAVをセットして沈黙し、交換終了まで衝突が防がれます。往復約100µsのオーバーヘッドと、CTS自体が衝突する残余リスクがコストで、RTS閾値を下げる(例: 500バイト)のはこのケースへの典型的な処方です。


衝突発生のフレームレベル
衝突発生のフレームレベル


4. 第三の変数 — 別チャンネルAPが至近にあると何が起きるか


現実の環境には、別チャンネルのAPも混在します。「チャンネルが違えば無関係」は概ね正しいのですが、至近で非常に強い場合(端末位置で-40dBm以上が目安)には、CSMA/CAと無関係な物理レイヤーの問題が3つ順に効き始めます。


(a) スペクトラルマスク漏れ。 送信機は自チャンネル外にも規格の許容内で電力を漏らします(隣接チャンネルで-20dBr等)。-30dBm級で届く別チャンネルAPの漏れは、自チャンネル内に-70dBm相当のノイズとして落ち得ます。干渉は線形加算なので、隠れ端末衝突時のSINRをさらに削るだけでなく、衝突していない時間帯ですらSINRの上限を頭打ちにし、最高MCSを奪います。


(b) 受信機ブロッキング。 チャンネル選択フィルタはベースバンド以降にあり、LNA(初段増幅器)には全帯域の電力が入ります。至近の強信号はAGCを絞らせて本命信号の実効SNRを下げ(感度抑圧)、さらに強ければLNAの非線形歪みで相互変調積が帯域内に発生します。


(c) CCA-EDの誤発火。 漏れ込みが自チャンネル内で-62dBm(エネルギー検出閾値)を超えると、端末は「ビジー」と誤認して送信を待機します。隠れ端末ケースで唯一無事だったアップリンクまで詰まる事態です。


診断の決め手はノイズフロア

隠れ端末(CCI)とACI/ブロッキングは、症状(再送増加)が似ていて混同されがちですが、ノイズフロアで弁別できます。CCIはプロトコルの問題なのでノイズフロアは正常(-95dBm前後)のまま。ACI/ブロッキングは受信点のノイズフロアが-85〜-75dBmへ持ち上がります。この測定はWi-Fiアダプタのスキャンでは不可能で、スペクトラムアナライザの領域です。対処も独立で、CCI対策(チャンネル分離、RTS/CTS)とACI対策(さらなるチャンネル離隔、出力低減、物理距離)を混ぜて考えると原因を取り違えます。

なお2.4GHz帯の部分重複チャンネル(ch1とch3のような)は、CCIより悪い特殊ケースです。スペクトルは大きく重なって干渉電力が帯域内を直撃するのに、サブキャリア位置がずれてプリアンブルを復号できないため譲り合いが一切成立しない。同一chなら「聞こえて譲る」、完全分離なら「無関係」、部分重複は「聞こえないのに潰し合う」。2.4GHzで1/6/11以外を使ってはいけない物理的理由です。


5. ローミングによる救済 — 「置く」と「移る」は別問題


ケース2の被害エリアに、正しい(第三の)チャンネルのAP-Cを至近に置けば、端末はそこへ逃げられます。接続先がAP-Cに切り替わった瞬間、端末の受信チャンネルが変わり、AP-A/AP-Bの衝突は「別チャンネルの出来事」になって下りドロップは消滅します。さらに、それまで至近の強力な別チャンネル干渉源だったAP-Cは、本命になった瞬間に極上の信号(-40dBm、SNR 50dB超)へと反転します。

しかし第1章を思い出してください。切り替わるかどうかは端末が決めます。端末AがAP-Aと-60dBmで通信中なら、iPhoneのトリガー(-70dBm)にすら達しておらず、至近に-40dBmのAP-Cがいてもスキャンすら始めない可能性が高い。皮肉なことに、隠れ端末衝突による連続的な送信失敗が「品質劣化トリガー」(RSSI以外の判断材料)としてローミングを誘発する実装もありますが、これは設計として当てにできる挙動ではありません。

処方は第1章の道具立てです: 802.11v BTMでの誘導、11kによるスキャン支援、それでも動かない粘着層にはMinimum RSSIによるkick(再接続先の保証はない点に注意)。そして検証は「配置図上の正しさ」で終わらせず、実機ウォークスルーで接続先BSSIDの遷移を追跡するところまでやって完了です。電波設計上の正解配置でも、端末が移らなければ絵に描いた餅なのです。


6. サイトサーベイの判定基準 — 全3章の統合


ここまでの物理を、実務の測定・判定に落とし込みます。


大原則: 測定位置は2箇所セット


ケース1と2の違いはAP間リンクだけでした。端末位置の見え方(-70dBm)は同一です。つまり、AP設置点だけのサーベイでは両者を区別できません。「セルエッジ(端末位置)で各BSSIDが何dBmか」と「AP位置で他APが何dBmか」の両方を測って初めて、隠れ端末の危険配置を特定できます。

判定表

測定項目

良好

要注意

要改善

セルエッジでの同一ch他AP

-85dBm未満

-85〜-75dBm

-75dBm以上

隠れ端末警報

—

端末位置で他AP≥-75dBm かつ AP位置で同AP<-82dBm

同左+相手が高稼働率

Retry率(キャプチャ)

10%未満

10〜15%

15%超

チャンネル使用率(競合BSS合算)

〜50%

50〜70%

70%超

ノイズフロア(端末位置)

-90dBm以下

-90〜-85dBm

-85dBm超(ACI/非Wi-Fi干渉を疑う)

運用上の要点:

  • レベル×稼働率の積で評価する(第2章)。-75dBmの同一ch他APも、稼働率5%なら実害軽微、50%なら深刻

  • Retry率は早期警報、UDP損失率が確定判定(第2章)。時間軸も見ること — 隠れ端末のロスは平均でなくバーストで出るため、1秒粒度の損失グラフで他BSSのトラフィックバーストとの同期を確認できれば、原因の確度が一段上がります

  • セルエッジ設計の定番「自AP -67dBm、そこで同一ch他AP -85dBm以下」は、SIR 19dB以上の確保と言い換えられます。ローミングしないIoT層が稼働する環境では「全域で単一AP -65dBm以上」まで要求を引き上げます(第1章)


対策の優先順位

  1. チャンネル分離が最上流。2.4GHzは1/6/11の3波、5GHzはDFS帯を含めて確保し、同一chセルを物理的に遠ざける

  2. 出力を絞ってAPを増やす。少数APの出力最大より、小さなセルを刻む方がCCI・隠れ端末の両方に強い

  3. 残る隠れ端末にはRTS/CTS閾値の引き下げ

  4. 粘着対策として11k/v/r有効化、必要ならMinimum RSSI

  5. QoS・キュー管理はさらに下流の調整

因果連鎖(CCI→衝突→再送→ドロップ)の上流を断つほど効果的というのが、この順序の根拠です。


サーベイの２点コンセプト
サーベイの２点コンセプト

7. 測定体制の道具立て — 三種の測定、三種の真実


シリーズを通じて明らかなように、この領域の診断は単一の道具では完結しません。

  • ビーコンRSSIスキャン: BSSID配置と受信レベル → ケース1/2の弁別、セルエッジ判定

  • スペクトラムアナライザ: チャンネル使用率(稼働率)、ノイズフロア、非Wi-Fi干渉源 → 「レベル×稼働率」評価とCCI/ACI弁別の決め手

  • パケットキャプチャ: Retry率、レート分布、低速端末の特定 → 劣化の定量と犯人特定


このうちスペクトラム測定は専用ハードウェアが必要な領域です。当店(TokyoWireless / wi-t.com)ではOscium Wi-Spy + Chanalyzerを正規取扱いしており、密度ヒートマップで「どのチャンネルが、どの時間帯に、どれだけ埋まっているか」を可視化できます。本章の判定表のうち、チャンネル使用率とノイズフロアの2行は、まさにこの機材の守備範囲です。また、判定基準の運用まで含めたサイトサーベイの受託も行っています。「下りだけ遅い」「特定の場所だけ切れる」— 症状から物理を推定し、測って確定する。そのプロセスごと提供するのが当店のサービスです。


8. シリーズ全体のまとめ


3章を貫く結論を凝縮します。

  1. 接続先の決定権は端末にある(第1章)。iPhoneは-70dBm/+8dB(公式値)、Linuxは設定なしなら切断まで粘着、IoTはローミングしない。現場の端末構成がそのまま設計要件になる

  2. 同一チャンネルAPは「聞こえ方」で運命が分かれる(第2章・第3章)。-82dBm以上で聞こえれば品質良好・容量折半のエアタイム共有。聞こえないのに受信点で重なれば隠れ端末衝突で下りが壊れる。中途半端に聞こえない距離が一番危ない

  3. サーベイは2点測定・二軸評価(第3章)。AP位置と端末位置の両方で測り、レベル×稼働率で判定。Retry率15%超が警報、UDP損失が確定、ノイズフロアがCCI/ACIの弁別点

  4. 対策は上流から: チャンネル分離 > 出力調整・セル設計 > RTS/CTS > ローミング誘導 > キュー管理

電波は見えませんが、測れば見えます。そして測る前に物理を知っていれば、どこで何を測るべきかがわかります。本シリーズがその物理の地図になれば幸いです。


出典・参考資料

  1. IEEE 802.11-2016 (17.3.12 CS/CCA ほか) — CCA閾値、リトライ上限、NAV/RTS/CTSの規格定義

  2. Extreme Networks「What is a Clear Channel Assessment (CCA)?」 — キャリアセンスとSD/ED閾値 https://www.extremenetworks.com/extreme-networks-blog/what-is-a-clear-channel-assessment-cca/

  3. Apple「Wi-Fi roaming support in Apple devices」 — ローミングトリガーの公式値(第5節の前提) https://support.apple.com/guide/deployment/dep98f116c0f/web

  4. IEEE Std 802.11ax-2021 / MathWorks「Spatial Reuse with BSS Coloring」 — OBSS-PDによる空間再利用(-82〜-62dBm) https://www.mathworks.com/help/wlan/ug/spatial-reuse-with-bss-coloring-in-an-802.11ax-network-simulation.html

  5. Extreme Networks「Can 40 MHz and 80 MHz channels co-exist in a Wi-Fi 6E world?」 — チャンネル幅とCCAの関係、プライマリ/セカンダリの非対称 https://www.extremenetworks.com/resources/blogs/can-40-mhz-and-80-mhz-channels-co-exist-in-a-wi-fi-6e-world

※ SIR・MCS要求値・ノイズフロア等の数値例は一般的な機器特性に基づく目安であり、個別環境では実測を優先してください。隠れ端末・ACIの症状は環境依存性が高く、本記事の判定表は出発点としてご利用ください。


【シリーズ】


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