なぜ 2.4GHz Wi なのか

執筆者: Jennifer Pattison Tuohy。2013 年からコネクテッド ガジェットをテストしているスマート ホーム評論家。以前は Wirecutter、Wired、BBC Science Focus のライターを務めていました。

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今朝、私の犬のガスが大きな毛むくじゃらの頭を持って、私をしっかりと小突いてくれました。 彼は私を見て、それから自分の餌入れを見た。 「お母さん」と彼は言いました（テレパシーで、ナッチ）。 「ペットフィーダーの Wi-Fi が切れています。またです。」

ガスは賢い飼い犬です。 彼のスマート ペットフィーダーが Wi-Fi ネットワークから落ちたために、予定どおりに餌が提供されなかったとき、彼は私に知らせてくれることに慣れています。そして私はその後の再接続ダンスをすることに慣れています。

スマート プラグ、電球、セキュリティ カメラ、ガレージ ドア コントローラー、ペット フィーダーなど、何らかの種類のスマート ホーム ガジェットを所有したことがある場合は、その手順を知っているでしょう。デバイスをリセットする方法を見つけ、携帯電話を取り出し、アプリを開き、 Wi-Fi 設定に移動し、携帯電話の設定に切り替えて、Wi-Fi ネットワークに参加し、アプリに戻ります。 接続を試行しますが必ず失敗する間、数分間そのままにしておきます。 再開する。

私のネットワークから定期的に切断されるすべてのガジェットには、2.4 GHz Wi-Fi 経由で接続するという 1 つの共通点があります。

スマートデバイスを所有してきた10年以上の中で、私はこのダンスを数え切れないほど繰り返してきました。 そして、定期的にネットワークが切断されたり、誤動作を起こしたりするすべてのガジェットには、2.4 GHz Wi-Fi 経由で接続するという 1 つの共通点があります。 この時代遅れの 1990 年代の低帯域幅プロトコルは、速度が遅く、混雑しており、他の家庭用電化製品からの干渉を受けやすく、一般的に信頼性が低いです。

2023 年です。スマート ホーム デバイス メーカーは、自社のガジェットに 5GHz Wi-Fi チップを搭載する必要があります。

まあ、おそらくそうではありません。

ここでは、2.4 GHz Wi-Fi が今日のスマート ホームで広く普及している理由、2.4 GHz Wi-Fi と共存する方法を学ぶ方法、より良いソリューションがあるかどうかを見ていきます。

2.4GHz の無線周波数は、はるか昔の 1985 年に FCC によって無許可通信用途として解放されました。つまり、人々は使用料を支払う必要がありませんでした。 このため、Wi-Fi プロトコル 802.11 の最初のバージョンがリリースされた 1997 年には、これが当然の選択となりました。 こうして2.4GHz Wi-Fiが誕生しました。

ただ、それは一人ではなかった。 コードレス電話やガレージドアオープナーからベビーモニターに至るまで、家庭内でワイヤレス通信を必要とするものはすべて無料の 2.4GHz 帯域に飛びつき、電子レンジはすでに食品の調理に 2.4GHz の電波を使用していました。 Bluetooth、Zigbee、そして今回の Thread などの他のスマート ホーム プロトコルもこの周波数に組み込まれているため、2.4GHz のホーム パーティーはすぐに非常に混雑するようになりました。

「スマート ホームにとって 2.4 GHz は 5 GHz よりもはるかに優れています。なぜなら... 2.4 は完璧だからです!」

現在、2.4GHz Wi-Fi はスマート ホーム デバイスで最も人気のあるプロトコルです。 ご自宅にスマート プラグまたはスマート電球がある場合は、2.4 GHz Wi-Fi を使用している可能性があります。 スマート ホーム デバイス メーカーに問い合わせてみてください。私もこの記事のために多くのメーカーと話をしましたが、彼らは 2.4GHz を称賛するでしょう。 すべてのプロトコルの中で最も導入コストが低く、互換性が最も広いため、スマート ホーム デバイスを購入する人は皆、2.4 GHz をサポートする Wi-Fi ルーターを持っています。

「2.4 GHz は、スマート ホームにとって 5 GHz よりもはるかに優れています。通信範囲が長く、壁をより強力に通過できるためです。2.4 は完璧です!」 元 TP-Link エンジニアで、現在は中国のスマート プラグ、スイッチ、電球のメーカーである Meross のアソシエイト ゼネラル マネージャーである Wesly Lin 氏は言います。 「これが、メーカーが 2.4 を使用する主な理由です。メーカーは、ユーザーがこれ以上ドロップオフに苦しむことを望んでいません。自社のデバイスが隅や地下室の階下で動作しないという苦情を望んでいません。」

2.4GHz は兄弟の 5GHz や 6GHz よりもはるかに遅いですが、通信範囲は長くなります。 「2.4 GHz のスペクトルは非常に狭いため、データは高速に送信されませんが、周波数が低いため、非常に遠くまで到達し、5 GHz や 6 GHz よりも壁を透過することができます」と、米国のコネクテッド ホーム製品担当社長の David Henry 氏は説明します。ルーターのメーカーはネットギア。 これは、Wi-Fi ルーターから離れた場所にあるスマート ガレージ ドア コントローラー、ペット フィーダー、サーモスタットなどのデバイスを接続するのに役立ちます。

また、2.4GHz は、スマート ホームの他のほとんどのワイヤレス プロトコルが必要とする、到達範囲を有効にするためにメッシュ ネットワークを必要としません。 「2.4GHz Wi-Fi は極めて重要です。これはスマート ホームの最も重要な部分の 1 つです」と、メッシュ Wi-Fi ルーター会社 Eero の CEO 兼創設者ニック ウィーバーは私に語ります。 「誰もが自宅に 5 GHz または 6 GHz のインフラストラクチャを持っているわけではありません。2.4 は範囲が必要な低帯域幅のデバイスに最適です。」

ただし、安価で導入が簡単なため、2.4 GHz Wi-Fi の人気が非常に高まりました。 人気には問題がつきものです。 2.4GHz の場合、これらは 2 つあります。 まず、周波数の狭いスペクトルでの過密によって干渉や輻輳が発生する可能性があります。 そして 2 つ目は、ファームウェアが不良であることです。

まず、2.4 GHz Wi-Fi を使用するすべてのデバイスと、同じスペクトル スライス上の他のすべてのデバイスが周波数に集中します。 そして、彼らの絶え間ないおしゃべりにより、どのデバイスも聞こえなくなります。 「2.4GHz Wi-Fi の混雑は、部屋に 40 人がいて、全員が話しているのに、40 人全員が話しているため、特定の人の声が聞こえないようなものです」と Lin 氏は説明します。

混雑したネットワークでは動作が遅くなり、パフォーマンスや遅延が低下し、場合によっては障害が発生する可能性があります。 たとえば、スマート スピーカーの音声アシスタントに照明をつけるように依頼すると、30 秒後に電球が一度に点灯するのではなく、1 つずつ「点灯」します。

私のペットの餌やり機の場合は、おそらくすべての騒音を無視して大声で叫ぼうとしていて、聞こえず、そしてただ諦めているのでしょう。 ここで、低品質なソフトウェアが要因となります。 企業が Wi-Fi 接続の最適化に力を入れていなければ、最終的には山の底に沈み、情けないほど悲鳴を上げることになるでしょう。 「2.4 には利用できるスペクトルがあまり多くないので、それが問題になります」とウィーバー氏は言います。 「悪いソフトウェアと干渉すると、安価な 2.4 デバイスの多くは障害にうまく対処できず、ネットワークに戻るために大量の再試行が発生し、さらに多くの干渉が発生します。そして、結果的にブロードキャスト トラフィックの嵐が発生することになります。」

5 GHz、そして最近では 6 GHz Wi-Fi バンドの出現により、スマート ホームの Wi-Fi にはより多くの余裕、具体的にはより多くのスペクトルが加わりました。 帯域が上がるにつれて、各レーンの幅も広くなり、6GHz では 1,200MHz という驚異的なスペクトルが得られます。

これらの新しい帯域は、家庭内の Wi-Fi 接続デバイスに高速レーンを広げます。 Wi-Fi は、特定の機能に特定のレーンがある高速道路のようなものだと考えてください。 2.4 GHz は、速度は遅いものの安定したスマート ホーム ガジェットの自転車レーンであり、帯域が広く、最高速度が速い 5 GHz は、セキュリティ カメラ、ラップトップ、タブレット、ストリーミング ボックスなどの高帯域幅デバイスの主要な高速道路です。

「2.4GHz Wi-Fi は極めて重要です。これはスマート ホームの最も重要な部分の 1 つです。」

2021 年に Wi-Fi 6E で登場した 6GHz 帯域が HOV レーンです。 この道を進むことができるのは、（より高価なチップセットを搭載した）特権を支払った、厳選された超高速ガジェットだけです。 残念ながら、現在 6GHz を使用するデバイスはそれほど多くなく、Apple は最新の MacBook Pro、Mac Mini、iPad Pro モデルでのみサポートしています。また、6E ルーターは高価です。 しかし、6GHz を採用する企業が増え、技術コストが下がるにつれて、2.4 に対するプレッシャーがさらに高まり始める可能性があります。

「混雑した部屋の問題の解決策は、最も騒々しい 10 人を遠ざけ、残りの静かな 30 人の声がよく聞こえるようにすることです」とリン氏は言います。 スマート ホーム ネットワークの輻輳を解決するためにできる最も簡単な方法は、セキュリティ カメラ、ラップトップ、ストリーミング スティックなどの高帯域幅デバイスを 5 GHz、さらには 6 GHz に移行して、2.4 GHz ガジェットがより多くのスペースを確保できるようにすることです。 (言うまでもなく、Wi-Fi の混雑を軽減するには、デスクトップ コンピュータ、テレビ、ストリーミング スティック、その他の帯域幅を消費する固定機器など、可能なものはすべて配線する必要があります。)

最新の Wi-Fi ルーターのほとんどは、デュアルバンド デバイスを自動的に 5 GHz に移動するバンド ステアリングを提供します。 メッシュ ルーター システムも役に立ちます。家中に複数のアクセス ポイントがある場合、ラップトップとスマートフォンはどこにいても 5 GHz または 6 GHz に接続し続けることができ、混雑した 2.4 GHz 帯域に落ちてしまうことを回避できます。

スマートホームをお持ちなら Wi-Fi 6 が必要です

Netgear、TP-Link などは、Deco XE75 Pro 3 パックや Netgear の Orbi シリーズなどのハイエンド ルーターに専用の「スマート ホーム / IoT」ネットワークの導入を開始しています。 これらにより、ゲスト ネットワークのセットアップや帯域の手動分割で苦労する必要がなく、すべての低帯域幅デバイスが安全な 2.4 GHz ネットワーク上に維持されます (ネットワーク エンジニアになる方法を学びたいと考えて、接続されたペット フィーダーを購入する人はいません)。 ただし、Netgear の Henry ですら、これらを使用する必要はないことを認めています。 バンドステアリングテクノロジーにより、1 つのネットワークだけですべてが機能するようになります。

新しいルーターは、Wi-Fi 6 にアップグレードする機会でもあります。Wi-Fi 6 は、多数のデバイスが接続されているときの Wi-Fi ネットワークのパフォーマンスを向上させるように特別に設計されました。 これは基本的に、スマートホーム向けの Wi-Fi アップグレードです。 スマート ホームをお持ちの場合は、Wi-Fi 6 が必要です。Eero と Google Nest にはすべて Wi-Fi 6 ルーターのオプションがあり、Netgear、TP-Link なども同様です。 今新しいルーターを購入する場合は、Wi-Fi 6 が前提条件となるはずです。

ただし、Wi-Fi 6 は 6GHz とは異なることに注意してください。 追加の 6GHz 帯域は付属しません。 前述の Wi-Fi 6E では 6 GHz しか得られません (命名規則全体が馬鹿げています)。

カメラやスマート ディスプレイなど、帯域幅を多く消費する大型のスマート デバイスで 5 GHz を使用するのは理にかなっていますが、小型で負荷の低いガジェットを 5 GHz 帯域に切り替えるのは理にかなっていません。 「なぜすべての自転車を速い車線に移動させる必要があるのでしょうか。自転車を専用の車線に留めておくべきです」とメロスのリン氏は言う。

Succession に追いつきたいときにラップトップが遅い 2.4 GHz で動作していると天を呪うかもしれませんが、ほとんどのスマート デバイスは送受信するデータが非常に少ないため、2.4 GHz の遅いデータ転送速度は問題になりません。 「ドアロック、スプリンクラー システム、Nest サーモスタットには 5 GHz は必要ありません」とヘンリー氏は言います。 「ビデオをストリーミングしているわけではなく、バッテリーで駆動することができ、ルーターから遠く離れていることがよくあります。」

「2.4 Wi-Fi がなくなることはないと思います... オフにしても、苦労する価値はありません。」

さらに、スマート プラグなどのデバイスを 5GHz と互換性を持たせるには、デュアルバンド Wi-Fi チップとより多くのアンテナが必要となり、「これらの小型家電はより高価になり、接続距離も短くなります」とスマート ホームを製造する TP-Link のエリン・ジャオ氏は述べています。デバイスとWi-Fiルーター。

オーディオやビデオをストリーミングしないほとんどのスマート ホーム デバイスにとって、5GHz は現時点では過剰であるという主張は私も同意します。 5GHz を追加すると、小型でシンプルなスマート ホーム ガジェットがより分厚く、より高価になり、より複雑になります。これは、たとえばスマート プラグに求められる機能ではありません。 しかし、Wi-Fi が成熟するにつれて、2.4 は確実に時代遅れになります。 将来性を備えるべきではないでしょうか? 「2.4 Wi-Fi がなくなることはないと思います」とヘンリーは言います。 「それを使用するデバイスは世の中にたくさんあります。それをオフにすることは、オンにし続けることに比べれば、苦労とお金の価値がありません。」

2.4GHz Wi-Fi は今後も残るかもしれませんが、スマート ホーム デバイス メーカーがそれを使用する必要があるという意味ではありません。 彼らには他の選択肢もあります。 Z-Wave、Zigbee、Thread はすべて、主にメッシュ ネットワークを使用しているため、明らかにスマート ホーム ガジェットに適したテクノロジーです。 これにより、各デバイスの接続を拡張できるため、スマート プラグを使用してスマート電球の接続を維持できます。 デバイスが増えれば増えるほど、ネットワークはより遠くまで到達します。 Z-Wave は 900 メガヘルツ帯域を使用しており、輻輳の災難から完全に逃れます。 これがホーム セキュリティ システムに採用されている理由の 1 つであり、信頼性が高く、干渉を受けにくいためです。

これらのメッシュ プロトコル オプションは、バッテリー駆動のデバイスで Wi-Fi が引き起こす大量の電力消費の問題も解決します (まともな Wi-Fi モーション センサーやドア ウィンドウ センサーがどこにも見つからないのには理由があります)。 「Zigbee のおかげで、Aqara のバッテリー駆動デバイスは最長 5 年間という超長いバッテリー寿命を実現しました」と Aqara の Filipp Shved 氏は述べています。 Zigbee は拡張も可能で、1 つの Aqara ハブで最大 128 台の Zigbee デバイスを処理できます。 標準の Z-Wave ハブは、232 台のデバイスと 250 を超えるスレッドを処理できます。

「スマートホームの非常に長い弧の中で、Thread のようなテクノロジーへの移行が見られると思います...」

しかし、これらのプロトコルはすべて、インターネットに接続するために何らかのハブやブリッジを必要とし、コストと複雑さが増大します。多くのメーカーは、家庭用の小型スマート デバイスを多数販売しようとしているため、これを避けようとしています。 「2.4 Wi-Fi チップセットは、コストの点から見て、現時点で IoT に最適です」と Meross の Lin 氏は言います。 「スレッド デバイスのチップセットのコストは 2 倍、3 倍になる可能性があり、消費者にとっての価格は上昇するでしょう。」

さらに、リン氏は、スマートホームユーザーの食欲はまったく存在しないと述べています。 「Thread を使用する Matter が登場します。しかし消費者は、Matter デバイスを 2 倍の価格で購入したいとは思っていません。」 Meross Matter プラグは 1 つあたり 20 ドルかかります。 2.4GHz Wi-Fi の同じプラグの 4 個パックは約 30 ドルです。 「販売データは真実を語っています。顧客はマターのために購入しているわけではありません。」

「スマートホームの非常に長い弧の中で、照明、センサー、バッテリー駆動のデバイスなど、低帯域幅で大量のデバイスを対象とした Thread のようなテクノロジーへの移行が見られると思います」と Eero の Weaver 氏は言います。 「Thread は依然として 2.4 GHz で動作しますが、パケット オーバーヘッドの観点から見ると、Thread は Wi-Fi よりもはるかに効率的です。Wi-Fi ネゴシエーションのオーバーヘッドがなく、すべてのデバイスで消費する通信時間が少なくなります。」 Thread は 2.4GHz Wi-Fi よりも優れた信頼性、優れたネットワーク パフォーマンス、優れた通信範囲を提供すると彼は言います。

スレッド駆動デバイスには、独自のブリッジやハブも必要ありません。 代わりに、任意のスレッド境界ルーターを使用してインターネットに接続できます。 Thread ボーダー ルーターは、インターネット接続と Thread 無線を備えた受電装置です。 スマート スピーカー、サーモスタット、照明器具、さらには Wi-Fi ルーターの内部にあるものまで何でも構いません。 スマート ホームをお持ちの場合は、すでに Thread ボーダー ルーターをお持ちかもしれません。Eero Wi-Fi ルーター、Apple HomePod、一部の Google Nest および Amazon Echo スマート スピーカーは Thread ボーダー ルーターです。

Thread のインフラストラクチャは到着し始めていますが、Thread を使用するデバイスはまだ比較的少数です。 そして、メーカーが Thread で構築するコストが 2.4 GHz Wi-Fi と同じくらい安くなるまでは、Wi-Fi が主要なスマート ホーム接続プロトコルとして Wi-Fi に代わることはありません。 しかし、私が確信していることが 1 つあるとすれば、それは、私の次のスマート ペット フィーダーは Thread を使用するということです。

2.4 GHz Wi-Fi スマート ホーム デバイスに関する一般的な不満の 1 つは、デバイスを接続しようとすることです。 2.4 GHz Wi-Fi を使用するスマート プラグ、ロボット掃除機、電球も 2.4 GHz に対応する必要があります。 ただし、接続に使用しているスマートフォンが 5GHz 帯域にある場合、デバイスは 2.4 ネットワークを認識できず、接続に失敗する可能性があります。

この非常に現実的なフラストレーションは、実際には 2.4 GHz Wi-Fi 自体とは何の関係もなく、ネットワークへの接続を支援する複数のプレーヤーに関係しています。 「問題は全面的にある可能性があります」とアダム・ジャスティス氏は言う。同社のグリッド・コネクト社は、スマート・ホーム・デバイス・メーカー向けのネットワーキング・ソリューションを開発している（ConnectSenseブランドの自社製品も含む）。 「それはルーターのメーカーやデバイスのメーカーのせいで起こる可能性があります。それはチップセットの欠陥である可能性があり、時には Apple や Google などのスマートフォン プラットフォームの所有者の欠陥である場合もあります。」

この問題に対処するために、一部のデバイス メーカーは初期オンボーディングを Bluetooth に切り替え始めています。 これは、Matter スマート ホーム標準が新しいデバイスをネットワークに導入する方法でもあります。

ただし、ほとんどのデバイスは依然として Wi-Fi を使用して接続しているため、ルーターによっては問題が発生する可能性があります。 デバイスが 2.4 GHz ネットワークをより簡単に認識できるように 2.4 GHz ネットワークと 5 GHz ネットワークに異なる名前を付けるなどの解決策は、それらのガジェットの制御やファームウェアの更新に関してより多くの問題を引き起こす可能性があります。

一部の新しいルーターやメッシュ ネットワーク キットでは、Wi-Fi バンドに個別の名前を付けることができないため、問題が発生した場合は、それが可能なルーターに切り替えることを検討してください。 または、Netgear や TP-Link の専用 IoT ネットワークのオプションを検討してください。 Eero のシステムには、デバイスを 2.4GHz に追加するのに役立つように、5GHz を一時的にオフにする設定もあります。 ただし、このプロセスが進行している間、家の中のすべての速度が異常に遅くなる可能性があることを覚悟してください。

訂正：2023年5月16日午前10時：この記事の以前のバージョンでは、Apple は自社製品で 6GHz をサポートしていないと述べていました。 それは間違いです。MacBook Pro、Mac mini、iPad Pro の 2023 年モデルでは 6Ghz がサポートされています。 誤りをお詫び申し上げます。

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