市営 WiFi の仕組み

あなたが緊迫した人質事件について執筆している記者で、締め切りが迫っていると想像してください。車でオフィスに戻る時間はありませんし、オフィスを離れてしまうと発展途上にあるストーリーを見逃してしまいます。幸いなことに、インターネットにワイヤレスでアクセスできるので、その場から離れることなくストーリーを書いたり、ファイルしたりすることができます。

記事の一部では、警察がどのようにして監視カメラからのリアルタイム フィードにアクセスできるかについて説明しています。警察官はパトカーから状況を監視し、入り口、出口、隠れ場所を含む建物の設計図にアクセスします。彼らはこの情報を使用して、何をすべきかを計画します。彼らはまた、人質の交渉者と接続する安全なネットワークも持っています。

状況が終われば、この自治体の無線ネットワークとそこから運ばれる情報が平和的解決につながったと誰もが信じます。

この記事では、無料または安価なインターネット アクセスを提供する可能性以外に、これらのネットワークで実現できる驚くべきことについて学びます。また、その背後にあるテクノロジーと、なぜ「自治体 WiFi」が誤称となり得るのかについても学びます。

ワイヤレスの基本

初期の家庭用インターネット アクセスでは、コンピュータに接続されたモデムを使用して番号をダイヤルし、接続を維持する必要がありました。面倒で遅かったです。モデムが高速になるにつれて、300 ボーの時代のデータ送信がいかに遅かったかを認識する人が増えました。最終的には、価格の高騰に耐えられる家庭ユーザーがデジタル加入者線 (DSL)やケーブル経由でブロードバンドアクセスを取得できるようになるでしょう。

そして衛星。

ブロードバンド アクセスはダイヤルアップよりも高速ですが、最近までは依然としてコンピュータを壁のジャックまたは機器に接続する必要がありました。ワイヤレス ネットワーク、つまりWiFi がすべてを変えました。ワイヤレス ネットワークは、802.11 ネットワーク標準を使用してデバイスの通信を可能にします。 WiFi ネットワークでは、データは電波を介して場所から場所へ移動します。ワイヤレス ルーターをモデムに物理的に接続する必要がありますが、コンピューターを別の場所に移動することはできます。

802.11 ネットワークでは、ライセンスのない無線スペクトルを使用してデータを送受信します。ラジオやテレビ信号を伝送する帯域など、スペクトルの他の多くの部分では、使用するにはライセンスが必要です。認可されていないスペクトルは、適切な機器を持っていれば誰でもアクセスできます。ワイヤレス コンピュータ ネットワークの場合、それは、使用しているデバイスのワイヤレス ルーターとワイヤレス テクノロジです。

2002 年以来、多くの人が自宅にワイヤレス ネットワークを構築しています。企業も同様のことを行い、従業員の機動性を高めています。コーヒーショップ、公園、図書館などの公共の集会場には、さらなるビジネスの誘致を狙って WiFi ホットスポットが設置されています。公共ホットスポットの数は急速に増加しており、アナリストは 2008 年までにその数が 200,000 になると予測しています [ref]。

現在、各都市は自治体無線ネットワークの構築を始めています。 2006 年 1 月の時点で、米国の 186 都市がネットワークを稼働させているか、ネットワークを構築する明確な計画を持っています。これは前年7月の122都市から増加した[]。これらのネットワークの中には、高速インターネット アクセスを無料、または他のブロードバンド サービスよりも大幅に安い料金で提供するものもあります。他のものは市の使用のみを目的としており、警察や消防署、その他の市職員が仕事の特定の部分をリモートで行うことを許可しています。

現在ネットワークを提案している都市にはいくつかの目標があります。彼らは、従業員の生産性を向上させ、都市を企業にとってより魅力的なものにし、経済を活性化させ、デジタル格差を解消し、あるいはこれらすべてを 1 つのネットワークで実行したいと考えています。米国はブロードバンドの普及率でも世界で 16 位であり、一部の指導者はこのことは国が遅れをとっていることの表れであると考えています []。ワイヤレス ネットワークにより、ブロードバンド アクセスがより多くの人にとって利用可能になり、手頃な価格になる可能性があります。

「市営 WiFi」とも呼ばれるこれらのネットワークは、単なる 802.11 ネットワーク以上のものを使用します。自治体ネットワークのワイヤレス アクセス ポイントは、通常の WiFi ホット スポットとも異なります。次に、無線ネットワークを構成する「メッシュ」について見ていきます。

テクノロジーとネットワーク

メッシュ

コーヒー ショップやその他の場所にあるほとんどのWiFi ホット スポットは、ハブ アンド スポーク構成になっています。 1 つの無線 (ハブ) が複数のユーザー (スポーク) のデータを送受信します。ワイヤレス ルーターにはインターネットへの物理接続 (ワイヤー) があり、そのワイヤーを介して複数のユーザーからのデータを送信します。

既存の有線接続にワイヤレス ルーターを追加することは、小規模なワイヤレス アクセスを提供する簡単で便利な方法です。無線ルーターは比較的安価です。ほとんどの場合、さまざまなサインオンと暗号化のオプションから選択できるため、セキュリティ層が提供されます。

しかし、ワイヤレス ルーターがダウンした場合、その不足を補う別のルーターが近くにあるとは限りません。また、都市全体などの大規模な場合、物理的な配線を使用してすべてのワイヤレス ルーターをインターネットに接続するとコストがかかります。

そのため、ほとんどの地方自治体のワイヤレス ネットワークでは、ハブ アンド スポークではなくメッシュが使用されます。メッシュは一連の無線送信機です。各送信機は少なくとも 2 台の他の送信機と通信できます。彼らは街中に無線信号の雲を作り出します。信号はこのクラウドを介してルーターからルーターへと伝わります。

一部のネットワークでは、信号はインターネットに有線接続されているノードに到達するまで、ある受信機から別の受信機にホップします。他のネットワークはバックホール ノードを使用します。これらのノードは、その名前が示すとおり、多くの送信機からすべてのデータを収集し、有線接続でルーターに送信することでインターネットに戻します。バックホール ノードは通常、ポイントツーポイント ノードまたはポイントツーマルチポイントノードです。 1 つのポイントを別のポイントに正確に接続することも、1 つのポイントを複数のポイントに接続することもできます。

ラップトップを使用してメッシュ ネットワークでインターネットに接続すると、次のようなことが起こります。

公共のアクセスがある都市に外出している場合は、おそらく追加の機器なしでこれを行うことができます。ただし、自宅からネットワークにアクセスしようとしている場合は、より強力な無線と、場合によっては指向性アンテナが必要になる場合があります。都市のネットワークからの信号は自宅に届くほど強力ですが、コンピューターからの信号は再び届くほど強力ではない可能性があります。ほとんどのサービス プロバイダーはこれを考慮し、DSL モデムやケーブル モデムと同様に、必要な機器を無料または有料で提供しています。

このシステムには、通常のホット スポットのハブとスポークに比べていくつかの利点があります。まず、ワイヤーの数が少ないため、コストが安くなります。いくつかのノードに障害が発生した場合、メッシュ内の他のノードがそれを補うことができます。市内のあらゆる場所に高速ケーブルを敷設するよりもはるかに安価であることに加えて、建設もはるかに速くなります。

都市がワイヤレス ネットワークの構築を決定する場合、通常は提案依頼書 (RFP)を発行します。 RFP は、ネットワークの構築に関心のある企業からの情報の要求にすぎません。理論的には都市が独自のネットワークを構築することもできますが、ほとんどの都市はプロセスのその部分をインターネットとネットワーク テクノロジーの経験を持つ企業に委託することを選択しています。

関心のある企業は、ネットワークの構築と維持の計画を記載した提案書を RFP に返信します。この提案には、無線機の数や種類から最終的なコストに至るまでのすべてが含まれています。ネットワークの物理構造は、都市の規模とレイアウト、樹木被覆、景観、その他の要因を考慮する必要があります。この提案には、最終的にネットワークを所有し、運営し、維持するのは都市か企業か、ということも含まれている。

初期に提案されたネットワークの一部では、都市自体がネットワークを所有し、管理していました。 ISPや電気通信会社などの企業はこれらの計画に反対した。彼らの主張は、地方自治体と民間部門との間の競争は不公平、あるいは違法でさえあるというものだった。

現在、多くの既存および提案されているネットワークは、次の 4 つのモデルのいずれかに従っています。

市はすべての RFP を検討し、どの提案を受け入れるかを決定します。たとえば、EarthLink はカリフォルニア州アナハイムとペンシルバニア州フィラデルフィアでネットワークを構築するために選ばれ、他のいくつかの都市でも最終候補に残っています。 EarthLink は Google とも提携して、サンフランシスコにワイヤレス ネットワークを構築しています。

ネットワークが最終的にどのようになるかは、いくつかの要因によって決まります。 1 つ目は、まさに都市がネットワークで実現したいことです。すべての人に開かれた市全体のカバー範囲は、警察官や消防士だけに開かれた公安ネットワークとは大きく異なるものになる可能性があります。 (これらのネットワークで何ができるかについて詳しくは、「ワイヤレス アプリケーション」および「公安」を参照してください。)

さまざまな企業の提案は、使用するハードウェアやプロトコルによっても大きく異なります。 EarthLink のプロジェクトは、メッシュ ネットワークとポイントツーマルチポイント ネットワークを組み合わせています。その提案のほとんどは、街中の電柱に無線送信機を組み込んでおり、無線信号の雲を作り出しています。高層ビルやタワーにある無線アンテナは、クラウド全体に配置された小さなアンテナとも通信します。これらのポイントツーマルチポイント アンテナはバックホールを提供し、クラウドから有線インターネットにデータを伝送します。

ほとんどの場合、都市が誰がネットワークを構築、運営、維持するかを選択すると、最終ステップはパイロット プログラムです。パイロット プログラムは、ネットワークの小規模バージョンのプレビューまたはテスト実行のようなものです。通常、これは最終プロジェクトの数分の一の規模であり、市はネットワークが適切であることを確認できます。

無線ネットワークが稼働したら、都市がそれを使って何ができるかを見てみましょう。

ワイヤレス ネットワーク アプリケーションと公共の安全

地方自治体のネットワークは、一般住民に低コストで高速のアクセスを提供します。一部の都市は、ネットワークの費用を正当化するためにこれを利用しました。理論的には、高速接続にお金を使わなくなった人々は、そのお金を地域経済に還元できるようになります。

組織は発展途上国に無線ネットワークを構築し、従来のネットワークが不可能な場所でもインターネット アクセスを提供しています。米国の一部の都市は、ネットワークを活用してデジタル格差を解消したいと考えている。ペンシルベニア州フィラデルフィアは、低所得世帯向けの低価格コンピュータでネットワークを補完する計画だ。計画には、コミュニティの人々に技術サポートを提供できるように 10 代の若者を訓練することも含まれています。これらの計画の詳細については、ネットワークを監督する非営利団体である を通じて確認できます。

無料または低料金のインターネット アクセスは素晴らしいものですが、それは地方自治体のネットワークのほんの一部にすぎません。農村地域では、無線ネットワークにより農家が監視カメラや灌漑システムやその他のシステムの制御にリアルタイムでアクセスできるようになります。ネットワークにより、安価な Voice over IP (VoIP) 通話がより実用的になり、人々、企業、政府のコストを節約できます。ネットワークはまた、自動検針などのアプリケーションを使用して、市職員の仕事を大幅に簡素化することもできます。建築、消防、レストランの検査官はオフィスに戻らずに報告書を提出できるため、移動時間を短縮できます。これは、都市がネットワークへの投資から利益を得るもう 1 つの方法であり、既存の通信ネットワークに支払われる旅費、設備、料金を節約できます。

ネットワークを使用すると、警察や消防士が監視カメラ、設計図、犯罪記録、その他の必要な情報にリモート アクセスできるようになります。警察官に犯罪現場で証人に顔写真や「仮想整列」を見せることができる。このような申請に対して、アメリカの都市は国土安全保障省に資金提供を申請することができます。

公共の安全ほとんどの人は、無線スペクトルの 2.4 GHz 帯域を使用してワイヤレス ネットワークに接続します。公安担当者も、安全な暗号化された接続を使用してこれを行うことができます。しかし、スペクトルの 4.9 GHz 帯域という別のオプションもあります。このバンドはライセンスを取得しています。誰でも乗れるわけではなく、公安専用です。公安トラフィックを独自のチャネルに入れることで、ネットワークが頻繁に使用されているときにトラフィックが行き詰まることを防ぎます。この周波数を使用するには、ワイヤレス トランスミッターに個別の 4.9 GHz 無線が必要です。

公安ネットワークには、使用する無線技術に追加のオプションもあります。 Motorola の Mesh Enabled Architecture (MEA®) システムは、戦場テクノロジーから生まれました。 MEA は、警察官、消防士などに通常のネットワークを超えた機能を提供します。

MEA 無線はアドホック ネットワークを作成できます。 MEA により、マルチホッピング® が可能になります。信号は、ネットワーク内のユーザーからノードへではなく、ネットワーク内のユーザーからユーザーへと移動できます。各無線は他の無線を自動的に検出し、それらの間にネットワークが自動的に形成されます。無線自体は、信号を渡すルーターまたはリピーターとして機能します。これは、MEA 対応無線機を持った警察官がネットワークの他の部分にアクセスできないエリアに入っても、依然として相互にアクセスできることを意味します。メディア アクセス コントロール (MAC) フィルタリングと暗号化対策により、ネットワークの安全性が確保されます。

竜巻がネットワークのワイヤレス ルーターを設置している電柱を破壊した町を想像してください。電力線や電話線も同様に落ちる。通常、これにより通信が大幅に制限されてしまいます。しかし、MEA 無線を使えば、車載モデムを持った警察官が車で現場に入り、相互にネットワークを形成することができます。耐久性の高いラップトップや PDA などのポータブル デバイスは、MEA 対応ワイヤレス カードを使用してアドホック ネットワークと通信できます。これらの無線の 1 つがアドホック ネットワークとメッシュ ネットワークに接続できる場合、ブリッジを形成して 2 つを接続できます。

MEA 対応機器には他の機能もあります。ほとんどのワイヤレス ネットワークは、ネットワーク内の特定のユーザーの位置を特定できません。これが、多くの専門家がWiFi 電話からの 911 通報について消費者に警告する理由です。しかし、MEA テクノロジーは、兵士がGPS 衛星の到達範囲外にいる場合でも、軍が兵士の位置を追跡できるようにする戦場技術から生まれました。

MEA 無線機は、飛行時間と呼ばれる、警察官の信号が 3 つのノードに伝わるまでにかかる時間を測定できます。次に、警察官の位置を三角測量します。これにより、隊員がまだ燃えている建物内にいる消防士を発見したり、負傷した警察官を捜索したりするのにかかる時間を大幅に短縮できます。このプロセスは車両にも適用されます。

最後に、ほとんどのワイヤレス無線機は、最大時速 30 マイルまたは 40 マイル (時速 48 ～ 64 キロメートル) の速度で信号を維持できます。これらの公安無線の多くは、最大時速 250 マイル (時速 402 キロメートル) の速度で送信できます。同様のシステムは、車両のテレマティクスをピットクルーに送信するためにレースでも使用されています。

地方自治体のネットワークは非常に新しいため、作成および使用するための単一の標準や方法はありません。すべてのネットワークが公共の安全のためにスペクトルの個別の部分を持っているわけではなく、すべてのネットワークが公衆アクセスをまったく許可しているわけでもありません。関連トピックに関するワイヤレス ネットワークの詳細については、次のページのリンクと、最新のネットワーク展開について学ぶことができるサイトへのリンクをご覧ください。