今回の記事では、モバイル ブロードバンドと Wi-Fi ネットワークに向けた最適化を目指して再構築された、ワイヤレス ネットワーク スタックの詳細に迫ります。Windows 8 では、モバイル ブロードバンド プロバイダーが 3G/4G 接続を Wi-Fi と並ぶ接続形態とし てユーザーにとって使いやすい形で提供できるよう、多大な労力がつぎ込まれています。このアーキテクチャ面の作業に加え、対応するアーキテクチャ/PC 上なら、省電力状態 (たとえば画面がオフの状態) でもネットワーク接続を維持できるよう、Windows にも改善が施されています 。これについて詳しくは、//build/ での Connected Standby (接続維持スタンバイ) (英語) についてのセッションでご確認いただけます。この記事は、デバイス/ネットワーク チームのグループ プログラム マネージャーである Billy Anders が執筆しました。
--Steven

ユーザーは、PC でもスマートフォンと同じようなレベルのモバイル性を求めるようになっています。

インターネットへの接続そのものがユーザーの目的であることはまずないでしょう。ユーザーが実際に求めているのは、Web サーフィンやソーシャル活動、情報の探索などであり、インターネットへの接続はそのためのステップ (あるいはハードル) の一つにすぎません。いつでもどこでも PC がネットワークに接続されていて、好きなときに使用できるのが、ユーザーにとって最良の状態と言えます。

Windows 8 では、ワイヤレス接続の根本を見つめ直し、小手先の改良を超えて、モバイルとワイヤレスの未来を見据えた再構築を行いました。これは、ポテンシャルをフルに発揮するために、新しいハードウェアと新しいソフトウェアとの調和的な連動が必要となる作業の好例と言え ます。

モバイル ブロードバンドのエクスペリエンスをシンプルに

真のモバイル性を実現するうえで、Wi-Fi だけでは不十分なことは明らかでした。このため Windows 8 では、モバイル ブロードバンド (MB) が Wi-Fi に引けを取らない第一級の接続エクスペリエンスとして完全なものとなるよう、開発と Windows への 統合を進めました。

モバイル ブロードバンド機能は Windows 7 から組み込まれていましたが、実際にモバイル ブロードバンドに接続しようとするユーザーは、多くの場合、まずいくつかのハードルを乗り越える必要がありました。モバイル ブロードバンド用のハードウェア (モバイル ブロードバンド ド ングルや、埋め込みモジュールおよび SIM など) とデータ通信サービスの契約が必要となることはもちろんですが、そのほかにもサードパーティのデバイス ドライバーや、場合によってはソフトウェアを用意しなければ、最初の接続にこぎつけることすらできませんでした。デバイス用のドライバー やモバイル通信事業者が提供するソフトウェアがローカル環境になければ、別の接続手段 (たとえば Wi-Fi など) でインターネットに接続し、PC メーカーや通信事業者の Web サイトで必要なソフトウェアを探し出さなければなりません。これはモバイル ブロードバンドでネットワー クに接続しようとするユーザーにとってかなりのハードルとなります。ネットワーク接続が必要なまさにそのタイミングで、接続ができないのです。

Windows 8 では、モバイル ブロードバンド用のデバイス ドライバーの探索とインストールにまつわる不確かさを排除することを目指しました。そのためには、業界を横断してモバイル通信事業者やモバイル ブロードバンド用のハードウェアを提供するパートナーと協力し、デバイス メーカーがデバイスに組み込めるよう、ハードウェア仕様を策定する必要がありました。Windows 8 には、これらすべてのデバイスに対応できるモバイル ブロードバンド クラス ドライバーがあらかじめ組み込まれ、デバイス ドライバー ソフトウェアを追加する必要がなくなっています。ユーザ ーはデバイスを差し込み、ネットワークに接続するだけです。ドライバーは Windows Update を介して最新の状態に保たれるため、常に信頼性の高いモバイル ブロードバンド エクスペリエンスを得ることができます。

最近 USB Implementers Forum (USB-IF) によって Mobile Broadband Interface Model (MBIM) 仕様が標準として承認されたことを受け、大手のデバイス メーカーでは、デバイス (他のオペレーティング システム用のものを含む) の設 計にこの標準を組み込む作業が既に始まっています。この仕様の詳細については、USB-IF のプレス リリース (英語) を参照してください。

接続と無線の管理を容易にする

モバイル ブロードバンド デバイスには、無線と接続を管理するソフトウェアが付属していることが一般的です。ネットワークへの接続、無線のオン/オフ切り替え、接続設定、ヘルプやサポートのための問い合わせ先の確認などにはこういったアプリケーションが必要で、デバイスや PC の 製造元、モバイル通信事業者などが、それぞれこのようなアプリケーションを開発、配布し、サポートしています。これまでのバージョンの Windows では、これらの機能がネイティブには提供されておらず、アプリケーションによるサポートが欠かせませんでした。しかしこういった追加のソフトウェ アでは、Windows の接続マネージャーとの競合が起きたり、表示されるネットワークやその状態が異なったり、ユーザー インターフェイスが別であったりなど、ユーザーの混乱や不満を招く面がありました。Windows 8 では、シンプルで直感的、かつ完全に統合された無線/接続管理に よってこの問題を解決します。

Windows 8 の新しいネットワーク接続では、個々の無線機能 (Wi-Fi、モバイル ブロードバンド、Bluetooth など) をそれぞれオン/オフできるほか、新しい "フライト モード" ではすべての無線を一度にオフにすることができます。ネイティブな無線管理機能によって 競合や混乱を防ぐことができ、追加のソフトウェアをインストールすることなく、一貫したエクスペリエンスで無線を制御することができます。これは、今日の携帯電話ではかなり以前から (また Windows Mobile 搭載の携帯電話ではずっと昔から) 利用できたにもかかわらず、PC で は実現されていなかった機能です。

[PC 設定] で [ワイヤレス - ワイヤレスとフライト モードのオ</p>
<p>ンとオフを切り替えます。] が選択されており、[ワイヤレス] の [フライト モード] はオフ、[モバイル ブロードバンド] はオン、[Wi-Fi] はオフ、[Bluetooth] はオンに設定されている

フライト モードのオン/オフはクリック 1 回で切り替え可能

Windows 8 の新しいワイヤレス ネットワーク設定では、利用可能なすべてのモバイル ブロードバンドおよび Wi-Fi ネットワークを、1 つの使いやすいユーザー インターフェイスから確認および利用することができます。インターフェイスは一貫性を意識した設計になっており、どの ネットワークに接続するべきかユーザーがあまり考えなくてもよいよう、適切な既定動作が設定され、その後はユーザーが好むネットワーク設定を Windows が学習していくようになっています。

ユーザーが指定した Wi-Fi ネットワークのいずれかが利用できる場合は、モバイル ブロードバンドよりも優先するというのも、この既定動作の一つです。一般に Wi-Fi ネットワークはモバイル ブロードバンドよりも高速で、待ち時間も短く、データ量の制限が緩やか (または無 制限) です。Wi-Fi ネットワークに接続すると、モバイル ブロードバンド接続は自動的に切断され、適切な場合はモバイル ブロードバンド デバイスの電源もオフになるため、バッテリ寿命を延ばすことができます。ユーザーが指定した Wi-Fi ネットワークが利用できない場合は、指 定したモバイル ブロードバンド ネットワークへの再接続が自動的に行われます。

複数のネットワークが利用できるときに適切なネットワークを選択できるよう、Windows はユーザーが指定した優先ネットワークをリスト化し、ユーザーによる明示的な接続/切断操作とネットワークの種類に基づいて序列を付けます。たとえば、あるネットワーク接続をユーザーが手動 で切断した場合、そのネットワークへの自動接続は行われなくなります。あるネットワークに接続しているときに、別のネットワークに接続する操作を行った場合、優先ネットワークのリストで、新しい方のネットワークの序列が上がります。ユーザーの代わりにリストを管理できるよう、ユーザーの好 みが学習されていくしくみです。

ネットワーク スタックの処理を最適化し、ネットワーク リスト、接続情報、およびヒントを Wi-Fi アダプターに提供することにより、スタンバイ状態から復帰する際の優先 Wi-Fi ネットワークへの再接続も高速化されています。PC がスタンバイ状態から復帰した段階で、Wi- Fi アダプターは優先 Wi-Fi ネットワークへの接続に必要な情報を既に持っていることになります。これにより、スタンバイ状態から 1 秒程度で Wi-Fi ネットワークに再接続することができます。これは多くの場合ディスプレイの立ち上がりよりも高速です。しかもそのため に特別な操作を行う必要はありません。Windows が優先するべきネットワークを学習し、すべて自動的に管理します。ネットワーク スタックでのアーキテクチャ上の作業や、ハードウェア パートナーと協力して行った作業のうち、かなりの部分がこの機能の実現に費やされました。

接続所要時間の大幅な短縮が棒グラフで表されている。Windows 7 は全体で約 11.5 秒かかっており、うち 8 秒をスキャン処理が占める。一方 Windows 8 は全</p>
<p>体で 1 秒強しかかかっていない。

モバイル ブロードバンドへの接続

Wi-Fi は非常に幅広く普及していますが、それだけではユーザーの要望が増しているユビキタスなインターネット アクセスを実現することはできません。真のモバイル性を実現するには、移動体通信ネットワーク (スマートフォンと同じネットワーク) によって接続性を確保する、モバイ ル ブロードバンドが必要です。しかし単にモバイル ブロードバンドを使用できるというだけでは不十分です。Windows 8 では、モバイル ブロードバンドへの接続を妨げるハードルを解消し、よりシンプルかつ直感的に、Wi-Fi に近い形で利用できるようにすることを目指しました。

シンプルで直感的な使用感を実現するため、Windows 8 にはモバイル ブロードバンドが完全に統合されています。モバイル ブロードバンドに接続する際は、単にモバイル ブロードバンド デバイスまたは SIM カードを PC に挿入するだけで、自動的にセットアップが行われ ます。

Windows 8 は、通信事業者の切り替えに対応する、通信事業者ロック解除済みのモバイル ブロードバンド デバイス (米国外のほとんどのモバイル ブロードバンド ユーザーがこれに当てはまります) にネイティブ対応しており、対応する通信事業者を Windows の UI 内で選択し、接続することができます。

[ネットワーク]/[モバイル ブロードバンド]/[AT&T] (接続済みアイコン)/</p>
<p>[Sprint]/[Verizon]/[Wi-Fi]/[Anders Home] (アイコン: シグナルの強さ良好)/[Public Hotspot] (公衆ホットスポット) (アイコン: シグナルの強さ良好、ただしネットワークの安全性は低い)/[Other network] (その他のネットワーク) </p>
<p>(アイコン: シグナルの強さ良好)

利用可能な通信事業者から選択 (対応ハードウェア使用時)

ドライバーや無線/接続管理ソフトウェアのインストールが不要である点については既にお話ししました。Windows 8 ではさらに、デバイス (または SIM カード) に関連付けられたモバイル通信事業者を自動的に認識して、Windows の接続マネージャーに事業者のロゴと 共に登録し、その事業者のネットワークに接続できるよう PC を自動的に構成して、事業者のモバイル ブロードバンド アプリを (提供されている場合は) Windows Store からダウンロードします。

SIM またはモバイル ブロードバンド デバイスの購入と同時にデータ通信サービスの契約を済ませていれば、あとはネットワークに接続するだけです。Windows が邪魔をすることはなく、すぐに目的の活動を始めることができます。

[ネットワーク]/[モバイル ブロードバンド]/[AT&T]/[アカウ</p>
<p>ントの表示]/[推定使用量] 1 時間前から 107.79 MB/[リセット]/[自動的に接続する]/[自動的に移動する]/[接続] ボタン/[Wi-Fi]/[MSFTGUEST]

AT&T の SIM カードを使ったモバイル ブロードバンド経由の接続

まだデータ通信サービスの契約をしていない場合は、使用するモバイル通信事業者の [接続] ボタンをクリックすれば、その事業者のモバイル ブロードバンド アプリまたは Web サイトが自動的に表示され、そこで通信サービス (時間ベース、上限データ量ベース、サブスクリプショ ン ベースなど) を選択することができます。 

ATT アプリ

データ通信サービスの契約をガイドする AT&T の新しいモバイル ブロードバンド アプリ

データ通信サービスの契約を済ませると、モバイル通信事業者はネットワーク経由で PC に対してプロビジョニングを行い、通信サービスの詳細や Wi-Fi ホットスポットについての情報を提供します。

[ネットワーク]/[モバイル ブロードバンド]/[Vodafone UK] - [接続済み]/[アカウントの表示]/[推定使用量] 16 </p>
<p>日前から 245.40 MB/[リセット]/[切断] ボタン/[Wi-Fi]/[Other network] (その他のネットワーク)

  接続中のアカウントと共に使用状況の詳細が表示される

Windows はバックグラウンドでモバイル ブロードバンドの加入者情報を識別し、新しい APN (アクセス ポイント名) データベースでモバイル通信事業者を検索して、その事業者のネットワークに接続するようシステムに対してプレプロビジョニングを行います。その間、ネットワーク 接続の基本的なエクスペリエンスは変化しません。

通信事業者のモバイル ブロードバンド アプリには、[アカウントの表示] リンク、または [スタート] 画面のアプリのタイルからアクセスできます。この画面では、使用したデータ量の確認、料金の支払い、アカウントの管理ができ、カスタマー サポートを受けることができます。

Overview / Current Plan - 2 GB / Usage Summary 50.25MB out of 2 GB / Messages - Congratulations! Your DataConnect Pass </p>
<p>activation is complete...

AT&T のモバイル ブロードバンド アプリでアカウントの概要を表示しているようす

予想外の高額な請求を避ける

モバイル通信事業者からの請求額が予想外に高額なものとなってしまうケースについて、ニュースで目にされたことがある方は多いと思います。このような、いわゆる "パケ死" (bill shock (英語)) の発生に対しては問題意識が高まっており、国や地域によっては、データ通信量が一定の値を超えたユーザーには通知を行うよ うモバイル通信事業者に求めるなど、法的な規制の整備が始まっています。現時点では、加入者のデータ通信量が規定の値を超えた場合の対応は、事業者によって異なります。インターネット アクセスがブロックされることもあれば、通信速度が制限されたり、単純にキロバイトやメガバイ ト単位で課金されることもあります。データ通信量の上限を超えたことに気付かず、使用を続けてしまえば、追加料金が蓄積して多額の請求が発生する可能性があります。

これまでのバージョンの Windows では、ネットワークの種類を問わず、帯域幅の使用量に応じた動作は同じでした。Windows 8 ではネットワークのコストが考慮されるようになっており、モバイル ブロードバンド ネットワークの場合、(Wi-Fi と比べて) データ量の制限が厳 しく、超過時のコストも大きいものと想定します。このような従量制課金ネットワークでは、ネットワークの動作もそれに応じて調整されます。

既に触れたように、ユーザーが指定した Wi-Fi ネットワークが利用できる場合は、自動的にモバイル ブロードバンド接続を切断し、Wi-Fi ネットワークへの接続を行います。このことはモバイル ブロードバンドの通信量削減に役立ちます。

公衆 Wi-Fi の幅広い普及を受け、Windows 8 では WISPr (Wireless Internet Services Provider roaming) (英語)、 EAP-SIM/AKA/AKA Prime (英語) (SIM ベースの認証)、EAP-TTLS (大学のキャンパスで一般的) など、よく使用される Wi-Fi ホットスポットの認証方式がサポートされていま す。これらの方式を使用する Wi-Fi ネットワークのエリア内に入ると、Windows が自動的に認証を処理するため、ユーザーがその都度 (たとえば Web ページにアクセスして) 再認証を行う必要はありません。つまり、公衆 Wi-Fi ホットスポットでも、自宅や職場と同じような 自動的な認証動作が可能になります。

モバイル ブロードバンドと Wi-Fi の両方を搭載した PC の場合、利用可能な場合はコストの低い Wi-Fi ネットワークへと自動的に移行するため、ここでもモバイル ブロードバンドの使用量を抑え、高額な請求が発生する可能性を下げることができます。

[ネットワーク]/[LL-WISPr]/[接続するにはサインインしてください]/[ユーザー名:] - /[パスワード:] - /[サ</p>
<p>インイン]/[キャンセル]

Windows Update のダウンロード動作についても、帯域幅使用量を最適化するための変更が行われています。大多数のユーザーは Windows Update による自動更新を有効にしているかと思いますが、その際のバックグラウンドでのダウンロードは、自宅のブロードバンド 接続など、定額制のネットワークに接続するまで保留されます。ただし、以前にこのブログの Windows Update についての記事で取り上げた、ワームに類する脆弱性 (たとえば Blaster ワームなど) を修正するための重要なセキュリティ アップデートについては例外です。この場合、Windows Update はネットワークの種類を考慮せずダウンロードを行います。なお、ダウンロードの保留は、Windows Update を起動して手動でダウンロードを開始すれば、いつでも解除することができます。ここでも、デバイスの制御権はユーザーにあります。

なお、固定回線のブロードバンドでも、データ通信量の上限や超過料金が設定されているケースはありますが、上限値は通常モバイル ブロードバンドよりもかなり高いため、これらの接続については通信量の調整は行われません。ただし、もちろん決定権はユーザーにあり、ワイヤレス ネットワークを右クリックして (またはタップしたまま押さえ)、[Reduce data usage] (データ使用量を抑制する) を選択すれば、いつでも従量制ネットワークとしてマークすることができます。

ネットワークのコンテキスト メニューに次のオプションが表示されている: [Reduce data usage] (データ使用量を抑制する)/[推定データ使用量を表示する]/[状態]/ [プロパティ]/</p>
<p>[Remove connection profile] (接続プロファイルの削除)

Wi-Fi 接続を "従量制" としてマーク

このほか、Windows アプリケーションが従量制課金ネットワーク使用時に適切に動作できるよう、Windows.Networking.Connectivity 名前空間の ConnectionCost クラスに、新しい開発者向け API セットを用意しました。アプリケーション開発者の方は、これらの API を活用してアプリの挙動 を調整されることをお勧めします。たとえば、ネットワークの種類に応じた低解像度と高解像度のビデオ ストリームの使い分けや、メール ヘッダーのみの同期とメール全体の同期の使い分けなどが考えられます。この適応的動作は、エンド ユーザーにとって明確なコスト削減につながるため、 きわめて重要なものと考えています。Windows Store の Metro スタイル アプリは、ネットワークを使用する場合、必ずこれらの API を実装する必要があります。

Windows やその他のアプリケーションのネットワーク関連の挙動がスマートに調整されていても、実際に使用したデータ量を確認したいことはあるでしょう。Windows 8 では、ネットワーク設定画面内にカウンターが用意されており、ローカル データ使用量を確認することができます 。これらのカウンターでは、Wi-Fi およびモバイル ブロードバンドのネットワーク接続について、ローカル データ使用量の推定値をリアルタイムで表示します。

[推定使用量] 3 時間前から 174.41 MB/[リセット]/[切断]

ローカル データ使用量の推定値

これらのローカル カウンターでは、それぞれのネットワークの種類で使用されたデータの量をユーザーの代わりにトラッキングします。カウンターは自由にリセットすることができるため、たとえば月単位やセッション単位で使用量をモニタリングする場合にも便利です。ローカル データ カウンタ ーでは手軽に使用量を確認することができますが、これはモバイル通信事業者が提供する使用量レポートと厳密に一致するものではありません。通信事業者のレポートは、通常はその事業者のアプリから確認できます。

モバイル ブロードバンドのデータ使用量管理に役立つもう一つの機能として、Windows 8 では、帯域幅の上限値に近づいた際に、モバイル通信事業者がユーザーに通知できるようになっています。既に一部の国や地域では、加入者が帯域幅の上限値に近づいたり、別のネット ワークへのローミングを開始した場合に、事業者が通知を行うことが義務付けられています。モバイル事業者は帯域幅の上限が近づくと SMS または USSD によってユーザーに通知します (70% 使用済み、85% 使用済み、など)。また、モバイル ブロードバンド事業者のアプリは 通知を表示し、[スタート] 画面のタイルを更新します。次のスクリーン ショットは、Windows Developer Preview (そして AT&T の SIM とデータ通信サービスが付属していた Samsung のプレビュー PC) で既に提供されている機能を示したものです。

通知: You have reached your plan limit. Check your data usage.

画面右下にデータ使用量の通知が表示されている

アプリ タイルの表示内容: Usage / 50 MB out of 2GB used / 14 of 30 days / 0KB used while roaming

モバイル通信事業者のアプリ タイルに表示されたデータ使用量の情報

特定のアプリのネットワークでのデータ消費量を確認したい場合は、Windows 8 のタスク マネージャーでより詳細な情報を得ることができます。従量制ネットワークと定額制ネットワークについて、任意のプロセスのデータ消費量とその履歴を確認することが可能です。この情報から、最も帯域幅を消費しているアプリを特 定し、必要に応じて対策を取ることで、データ通信量を適切に管理することができます。

AT&T Mobile Broadband アプリ/[CPU (時間)] 0:10:53/[ネットワーク (MB)] 1.9 /[従量制ネットワーク (MB)] 0.1 /[タイル </p>
<p>(MB)] 0

Windows タスク マネージャーのデータ消費量情報

次の短いビデオでは、ワイヤレス ネットワーク関連の新しい機能と Windows 8 での強化点の一部を紹介しています。


ビデオをダウンロードしてお好みのメディア プレーヤーで再生することができます:
高画質 MP4 | 低画質 MP4

Windows 8 はユーザーにとっての利便性とモバイル性を強く意識して設計されました。エクスペリエンスをシンプルにすることを目指し、モバイル ブロードバンドと Wi-Fi ネットワークの利用開始と接続維持にまつわるハードルを解消すると共に、可能な限り自動的に適切な処理 が行われるようになっています。

-- Billy Anders