Allion Labs / Ryan Huang
POS（Point of Sales、以下POS）は、産業用コンピュータの分野で広く使用されているシステムツールです。様々なソフトウェアやハードウェアを備えたPOSシステムがあり、飲食、小売、医療、美容、フィットネスなど、多くの業界で販売サポートツールとして使われています。
一般的なハンディ型のモバイルPOS端末を例にとると、店員が手に持って移動し、店舗内のルーターと接続する必要があり、大量の販売・在庫データをリアルタイムでやり取りします。このため、モバイルPOS端末のワイヤレス性能や安定性、ルーター/無線APとの接続性は第一線で重要課題となっています。
アリオンでは、モバイルPOS端末を1セット（以下、「テスト対象POS端末」と呼びます）、それに合わせた店舗が指定する業務用ルーター（以下、「テスト対象無線AP」と呼びます）をそれぞれ手配しました。開発段階のテスト対象POS端末とテスト対象無線APを実際のフィールドでテストした際、既に以下の様な無線の問題が発生していました。
1. ローミングスイッチ失敗（Roaming Switch Fail）
2. 接続不良（Connect Fail）
3. Wi-Fi接続によるロース（Wi-Fi Connect Lost）
上述した現象に基づき、検証すべき方向性を以下の様に分類しました。
1. テスト対象POS端末のワイヤレス性能に重大な欠陥がないか検証する
2. テスト対象無線APのワイヤレス性能に重大な欠陥がないか検証する
3. テスト対象POS端末がテスト対象APに接続している状況下で、ローミング機能が正常に動作するか検証する
そして、検証のために以下の通りテストを策定しました。
A. Connectivity Test
B. Wi-Fi Signal Coverage & Heatmap Measurement
C. RvR（Rate vs Range）
D. Roaming/Fast Roaming
E. DUT to kvr AP & non-kvr AP Package Lost Comparison
関連するテスト結果を以下の通り共有します。
◆A. Connectivity Test
テスト対象POS端末が指定された無線APへ接続する速度を測定し、POS端末の接続ボタンを押してからSSIDに接続済アイコンが表示されるまでの秒数を、ストップウォッチで計測しました。さらに、テスト対象無線APの接続速度を比較するため、市販されている中〜高価格帯の無線APを参考として3つ使用しました。
テスト結果
図: 様々なSecurity Modeでテスト対象POS端末が無線APに接続した秒数
図: None Securityで、様々なchannelでテスト対象POS端末がAPに接続した秒数
テスト結果から見ると、接続時間については、POS端末＆テスト対象無線APのパフォーマンスは、POS端末＆市販されている無線APの場合より微力ですが、アリオンの長年の豊富な経験から見れば、モバイルPOS端末の市場ポジショニングにとって、その作業に大きな影響を与えることはありませんでした。特別な要件がなければ、、5秒以内に無線APに接続できると考えられます。
◆B. Wi-Fi Signal Coverage & Heatmap Measurement
続いて実店舗に近い広さでシミュレーションを行い、テスト対象無線AP信号の可視性をAcrylic Wi-Fi Heatmapsでテストし、さらにT社の無線AP③を参考対象として使用し、信号強度を比較しました。
テスト環境
- フィールドサイズ: 30M * 18M、約400平方メートル。
- POS端末のワイヤレス信号を提供するルーターの場所
赤枠：AP1（テスト対象無線AP）が配置されている場所
青枠：AP2（T社の無線AP③）が配置されている場所
その後、テスト対象無線APとT社のメッシュAPを、AP1とAP2の場所に配置して測定しました。
テスト結果
下の図は、同じフィールドと同じ配置場所における、テスト対象無線APの5G信号のパフォーマンスを示しています。
1つの無線APでは、赤枠の場所において信号で弱くなるエリアが見られます。2つの無線APを置く場合では、信号はフィールド全体をカバーでき、強度も十分で問題なく使用できます。
図: テスト対象無線APフィールドにおける信号のパフォーマンスを示した
図:T社の無線AP③のエリアにおける信号のパフォーマンスを示した
上の図は、T社の無線AP③のエリア内における5G信号のパフォーマンスを示しています。T社の無線AP③が1つの場合でも2つの場合でもエリア内をカバーしており、信号強度は-47dBmを超えています。
同じ場所、同じ配置では、テスト対象無線APとT社の無線AP③の両方がエリア全体をカバーしていることがわかります。信号強度については、T社の無線AP③の強度は約-47dBmですが、テスト対象無線APはわずか-52dBmであり、比較的弱いです。エリア内に他の障害物や間隔があると信号も減衰し影響が大きくなるため、テスト対象無線APの信号パフォーマンスがさらに低下する可能性があります。実際の現場で測定すればより正確な結果を得ることができます。
◆C. RvR（Rate vs Range）
RvRのパフォーマンスについては、市販されているN社の無線AP②を使用してデータを比較しました。テスト環境は次のように設計しています。
テスト環境
テスト結果
図：オレンジ色の線 – テスト対象無線AP、青線 – N社の無線AP②。 減衰範囲：3dB。遮断された環境でテストしました。
RvRのパフォーマンスについて、TX、RX、およびTX+RXから見れば、N社の無線AP②のパフォーマンスは、テスト対象無線APのパフォーマンスよりも優れています。
テスト対象無線APのTXは減衰が30dBの場合に、N社の無線AP②は減衰が36dBの場合に、それぞれ信号がなくなりました。これは、ヒートマップが提示している結果とも一致しています。
電波強度が十分な場合は問題なく使用できますが、18dBまで減衰するとテスト対象無線APの能力が大幅に低下するので、エリア内の設置場所や信号カバレッジを考慮して設置する必要があります。
テスト対象のRvRテスト結果から判断すると、18dBの減衰はテスト対象POS端末が動作できる最大距離であり、実際の距離に換算すると約8〜10メートルです。減衰が6dBになる前は、RXの速度は約42Mで維持されていますが、減衰が6dBから12dBになると、速度は50M以上に上昇します。これは、テスト対象POS端末がRX部分に何らかの問題がある可能性を意味しており、問題を特定するには追加のテスト（例：セキュリティ/チャネル/チップセットなど）が必要です。
◆D. Roaming/Fast Roaming
ローミングは2点間を移動しながら動的に測定する必要があるため、今回は同じ電波強度測定で使ったフィールドを使用し、ローミング機能を搭載したT社の無線AP②を選び、テスト対象無線APと結果を比較しました。
テスト環境
図: Roamingテスト環境図 フィールドサイズ（AP1～AP2）：30M * 18M
テスト結果
Roaming
ローミング時にWi-Fi接続が切断される現象が出現し、平均約3.14秒で接続が回復しています。
Youtubeで動画を見たり、Skype通話を行ったりする場合（註1）、ローミングが発生すると中断してしまい、再開するまで数秒間待たなければなりません。
テスト対象無線APと比較すると、テスト対象POS端末とT社の無線AP②の間はより早く接続でき、Youtubeは切断されず、Skypeも接続の復元が比較的早いです。
*註1：POS端末にはフロントカメラがないため、ビデオ通話はできません
図：テスト対象POS端末とテスト対象無線APのローミングテスト結果
図：テスト対象POS端末とT社の無線AP②のテスト結果
Fast Roaming（高速ローミング）
テスト対象無線APには高速ローミング機能がないため、市販のT社の無線AP②とA社の無線APを一つずつ選び、テスト対象POS端末とこれら2つのkvrルーター間で高速ローミングをテストしました。
T社の無線AP②の場合ではSkypeが切断され、遅延の状況になりますが、A社の無線APでは起こりませんでした。
またPingの応答時間が大幅に短縮されました（3 秒 -> 0.5 秒程度）。A社の無線APを使用すると、YoutubeやSkypeの切断や遅延は発生しませんでした。
このことから、テスト対象POS端末が市販のミッドエンドからハイエンドのKvrルーターとペアになれば、高速ローミングパフォーマンスを発揮できることがわかります。
図：テスト対象POS端末とT社の無線AP② Roaimngテスト結果（* Ping：AP1へのPOS接続から、AP2へのローミングに移行開始）
図：テスト対象POS端末とA社の無線AP Roaimngテスト結果（* Ping：AP1へのPOS接続から、AP2へのローミングに移行開始）
◆E. DUT to kvr AP & non-kvr AP Package Lost Comparison
最後に、A社の802.11k/v/rに対応する無線APを使用して、k/v/rをサポートしていないテスト対象無線APとパケット損失率を比較しました。複雑な信号と多くの障害物がある環境では、無線APに接続した後のパケット損失率が低いほど安定度が高いことを示しています。
テスト結果
図：パケットロス率
テスト対象無線APとテスト対象POS端末のパケット損失率は、5GHzでは比較的良好で、2.4GHzでは比較的悪化していますが、それでも妥当な範囲内（<5%）であり、パフォーマンスに大きな影響を与えることはありません。
結論
| テスト項目 | 比較参考対象 | テスト結果 |
| A. Connectivity Test | T社無線AP①、T社無線AP②、N社無線AP① | 接続時間については、POS端末＆テスト対象無線APのパフォーマンスは、POS端末＆市販APの場合より微力ですが、回線に接続する時間は許容範囲内です。 |
| B. Wi-Fi Signal Coverage & Heatmap Measurement | T社無線AP③ | フィールドにおける、テスト対象無線APの信号カバレッジと強度は許容範囲内ですが、一部のエリアで信号が弱すぎる現象が出現しました。信号強度と市販のメッシュAPの間にギャップがあります。 |
| C. RvR | N社無線AP② | テスト対象POS端末に接続されている場合、テスト対象無線APのTX/RXパフォーマンスは許容範囲内ですが、減衰が18dBに達すると能力が大幅に低下します。実際のフィールドでの配置方法や電波カバレッジに注意が必要です。ただし、テスト対象POS端末が6～12dBの減衰範囲である場合、本来は継続的に低下するRXデータが反発して上昇し、これはソフトウェアかハードウェアの問題の可能性がありると考えられます。 |
| D. Roaming/Fast Roaming | 【Roaming】T社無線AP② 【Fast Roaming 】T社無線AP③、A社無線AP |
テスト対象無線APと市販のT社のAP間のローミングが切断され、再接続に少し時間がかかります。これは、第一線の店舗におけるPOS端末使用の安定性に対して、非常に大きな潜在的問題となるでしょう。一方高速ローミング（テスト対象の無線APは非サポート）に関しては、テスト対象POS端末は、市販のメッシュAPを使用した高速ローミングで正常に動作しており、中断や遅延はありませんでした。 |
| E. DUT to kvr AP & Non-kvr AP Package Lost Comparison | A社無線AP | Kvr APと非kvr APのパケット損失率の比較テストで、テスト対象無線APのパフォーマンスは、市販の無線APのパフォーマンスと大体同じでしたが、ただし、テスト対象無線APが2.4GでPOS端末とペアリングしている場合、パケット損失率は比較的高くなります。 |
全体的な結果から見ると、このPOS端末のワイヤレス機能は依然として安定しており、店舗での一般スタッフの使用に大きな問題はないと思われます。各指標でのテスト対象APのパフォーマンスは、市販されているミッドエンドからハイエンドAPのパフォーマンスよりもわずかに劣っていますが、POS端末で使用に耐えるワイヤレス信号を提供できないとは断言できません。
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このような問題が発生した場合、フィールドテストからワイヤレスモジュールなどの様々な測定まで、広く深くテストを追加することを推奨します。
アリオンの長年にわたって蓄積してきたテスト経験と業界最先端の測定設備により、お客様の製品や無線環境の問題を発見し改善できるようお手伝いをします。また、ワイヤレス機器の購入または導入に関して当社ではテストデータに基づき、お客様のニーズに応じて最適なソリューションをご提案します。
本記事の内容やテストに関してご質問などございましたら、アリオンのお問い合わせフォームからお問い合わせください。
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