Chapter 14 무선 LAN (Wireless LAN)

Chapter 14 무선 LAN (Wireless LAN)

14 장 무선랜 14.1 IEEE 802.11 14.2 블루투스 14.3 요 약

14.1 IEEE 802.11 IEEE 에서는 IEEE 802.11이라 불리는 무선 LAN에 대한 규격을 정의 했는데, 이는 물리층과 데이터링크층을 포함하는 것이다. Topics discussed in this section: ArchitectureMAC Sublayer Physical Layer

IEEE 802.11(계속) • IEEE 802.11 • 무선 LAN에 대한 명세 • 구조 • 기본 서비스 세트 (BSS, basic service set) • 무선 LAN 기본 블록 • 고정 또는 이동 무선국과 접근점(AP)으로 구성 • 확장 서비스 세트 (ESS, extended service set) • AP를 가진 2개 이상의 BSS로 구성

IEEE 802.11(계속) AP가 없는 BSS는 에드 혹(ad hoc) 네트워크라 부르고,AP를 가진 BSS는 기반구조 네트워크라 부른다. A BSS without an AP is called an ad hoc network; a BSS with an AP is called an infrastructure network.

IEEE 802.11 (계속) Basic service sets(BSSs)

IEEE 802.11 (계속) Extended service sets(ESSs)

IEEE 802.11 (계속) • 지국 유형 – 이동성 기반 • 무전이 이동성(NO-Transition Mobility) • 고정이거나 하나의 BSS 안에서 움직이는 경우 • BSS 전이 이동성(BSS-Transition Mobility) • 한 BSS에서 다른 BSS 이동은 가능하지만 ESS 내에서 한정 • ESS 전이 이동성(ESS-Transition Mobility) • 한 ESS에서 다른 ESS 이동 가능

IEEE 802.11 (계속) MAC layers in IEEE 802.11 표준에서 MAC 부계층

IEEE 802.11 (계속) • 분산 조정함수(DCF, distributed coordination function) • 매체접속에 CSMA/CA 사용 • 무선 LAN에서 CSMA/CD를 구현할 수 없는 이유 • 충돌 검출을 위해 데이터통신과 충돌 신호를 동시에 수신할 수 있어야 한다. • 숨겨진 단말 분리로 충돌을 검출하지 못할 수 있다. • 지국간 거리가 멀 경우 신호 감쇠 현상으로 인해 한쪽 끝 지국은 다른 쪽 끝에서 발생한 것을 듣지 못할 수 있다.

IEEE 802.11 (계속) CSMA/CA flowchart

IEEE 802.11 (계속) • CSMA/CA 순서도 • 프레임을 보내기 전, 발신 지국도 반송 주파수의 에너지 레벨을 검사해서 매체 감시 • 채널이 유휴상태(idle)일 때까지 백 오프(backoff)값으로 지속성 전략(persistence strategy) 사용 • 채널이 사용되지 않는 것을 알게 되면 DIFS(distributeinterframe space)라는 시간동안 기다린 후, RTS(Request to Send)라는 제어 프레임을 보낸다. • RTS 프레임 수신 후, SIFS(short interframe space)라는 짧은 시간을 기다린 후 CTS(clear to send) 제어 프레임을 보낸다. 이는 목적지 지국이 데이터를 받을 준비가 됐음을 알림. • SIFS와 같은 시간을 기다린 후 데이터를 보낸다. • SIFS와 같은 시간을 기다린후 확인 응답 프레임을 보낸다.

IEEE 802.11 (계속) CSMA/CA and NAV

IEEE 802.11 (계속) • 네트워크 할당 백터(NAV, Network Allocation Vector) • 충돌회피를 이루기 위한 방법 • 어느 지국이 접근권한을 가지고 있으면, NAV 타이머 가동 • NAV 타이머 : 다른 지국이 채널을 사용 중인지 확인하기 위해 기다려야 하는 시간설정 • 타이머가 끝난 후에 채널 사용 확인

IEEE 802.11 (계속) • 핸드 쉐이킹 동안의 충돌 • 제어 프레임인 RTS와 CTS 전송 시간에 생기는 충돌 • 두 지국이 동시에 RTS를 보낼 수 있음 • 수신자로부터 CTS를 받지 못하면 충돌 발생으로 간주 • 백오프 전략 사용가능하며, 재전송 시도

IEEE 802.11 (계속) • 포인터 조정 함수(PCF, Point Coordination Function) • 기반 구조 네트워크에서 구현되는 접근 방법 • 중앙 집중적이고 충돌 없는 폴링(polling) 접근 방법 • DCF보다 PCF가 우선권을 얻기 위해 PIFS(PCF IFS)와 SIFS 사용 • SIFS는 DCF에서와 같지만 PIFS는 DIFS보다 짧다. • 지국이 동시에 DCF를 사용하고 AP가 PCF를 사용하면, AP가 우선권을 가짐

IEEE 802.11 (계속) • 반복 구간(repetition interval) • DCF보다 PCF가 우선권이 있기 때문에 DCF만을 사용하는 지국은 매체 접근 권한을 획득하지 못함 • 충돌 없는 PCF와 충돌 기반 DCF 트래픽을 모두 포함하는 반복 간격 • 반복 구간은 비콘 프레임(beacon frame)에 의해 충돌 없는 기간 • CF(contention free) end 프레임을 송신하면 충돌 기반 지국이 매체 사용 가능

IEEE 802.11 (계속) Example of repetition interval

IEEE 802.11 (계속) 프레임 형식(Frame format)

IEEE 802.11 (계속) • 프레임 형식 • 프레임 제어(FC, frame control) : 프레임 종류 및 제어 정보 정의 • 기간(duration) : NAV 값을 설정할 때 사용되는 전송 기간의 정의 • 주소(address) : 6바이트 길이의 4개의 주소 • 순서 제어(SC, sequence control) : 프레임의 순서 제어 • 프레임 몸체(frame body) : 정보(0~2312바이트 길이) • FCS(frame check sequence) : CRC-32 오류 검출 정보

IEEE 802.11 (계속) Subfields in FC field

IEEE 802.11 (계속) • 프레임 종류 • 관리 프레임(management frame) : AP와 지국의 초기 통신에 사용 • 제어 프레임(control frame) : 채널 접근과 확인 응답 프레임을 위해 사용 • 데이터 프레임(data frame) : 데이터 및 제어 정보

IEEE 802.11 (계속) • 제어 프레임(Control frames) • 채널 접근과 확인 응답 프레임에 사용

IEEE 802.11 (계속) Values of subfields in control frames

IEEE 802.11 (계속) • 주소 체계(Addresses) • 플래그 값에 따라 4가지 경우 정의

IEEE 802.11 (계속) Addressing mechanisms

IEEE 802.11 (계속) 숨겨진 지국 문제( Hidden station problem)

IEEE 802.11 (계속) CSMA/CA 핸드쉐이크의 CTS 프레임은 숨겨진 지국으로부터 충돌을 방지할 수 있다. The CTS frame in CSMA/CA handshake can prevent collision from a hidden station.

IEEE 802.11 (계속) 숨겨진 지국 문제를 예상하기 위해 핸드쉐이크 사용

IEEE 802.11 (계속) 노출된 지국 문제(Exposed station problem)

IEEE 802.11 (계속) • 노출된 지국 문제를 해결하기 위해 핸드쉐이크 사용

IEEE 802.11 (계속) 물리층

IEEE 802.11 (계속) • Industrial, scientific, and medical (ISM) band • 적외선을 제외한 모든 구현에 사용

IEEE 802.11 (계속) • Physical layer of IEEE 802.11 FHSS의 물리층 사용 • 2.4 GHz 대역 사용 • 79개의 1 MHz 대역 사용

IEEE 802.11 (계속) • Physical layer of IEEE 802.11 DSSS의 물리층 • 2.4 GHz ISM 대역 사용

IEEE 802.11 (계속) • IEEE 802.11 적외선의 물리층 • 800에서 95 mm 적외선 파장 사용 • 펄스 위치 변조(pulse position modulation)기술 사용

IEEE 802.11 (계속) • IEEE 802.11a OFDM • 5 GHz ISM 대역 사용 • 대역은 52개의 부대역으로 나뉘는데, 48 대역은 48비트 그룹 통신, 4개의 부대역은 제어 정보 송신 • 모든 부대역은 주어진 시간 동안 한 송신자에 의해 사용 • 변조를 위해 PSK(18 Mbps)와 QAM(54 Mbps) 사용

IEEE 802.11 (계속) • IEEE 802.11b의 물리층 • 2.4 GHz ISM 대역 사용 • 고속(high rate DSSS) 방법 사용 • 1, 2, 5.5, 11 Mbps 데이터율 제공

IEEE 802.11 (계속) • IEEE 802.11g • 2.4 GHz ISM 대역 사용 • 오류 교정과 OFDM 기술이용 • 22 나 54 Mbps 전송율 • 802.11b와 호환 되지만 변조기술은 OFDM 사용

14.2 블루투스(BLUETOOTH) 블루투스(Bluetooth)는 전화기, 노트북, 컴퓨터(데스크탑과 랩탑), 카메라, 프린터, 커피메이커 등과 같은 서로 다른 기능을 가진 장치를 연결하기 위해 설계된 무선 LAN 기술이다. 블루투스 LAN은 네트워크가 자발적으로 형성되는 애드 혹 네트워크이다. Topics discussed in this section: ArchitectureBluetooth LayersBaseband Layer L2CAP

블루투스 (계속) • Ericsson 사에서 프로젝트 시작 • 덴마크와 노르웨이를 통일했던 왕 Harald Blaatand 이름에서 유래(영어로 Bluetooth) • 서로 다른 기능을 가진 장치를 연결하기 위해 설계된 무선 LAN 기술 • IEEE 802.15 표준안 • 무선의 개인 영역 네트워크(PAN, personal area network)로 정의

블루투스 (계속) • 피코넷(piconet) • 블루투스 네트워크 • 8개의 지국으로 구성 • 하나는 주국(primary), 나머지는 종국(Secondary) • 일-대-일 또는 일-대-다 통신 가능

블루투스 (계속) Piconet

블루투스 (계속) • 스캐터 넷(Scatternet) • 피코넷이 합쳐져서 이루어진 네트워크 • 현 피코넷의 종국이 다른 피코넷의 주국이 됨 • 블루투스 장치 • 무선 전송기 • 2.4 GHz 대역에서 1Mbps 데이터율

블루투스 (계속) Scatternet

블루투스 (계속) 블루투스 계층 구조

블루투스 (계속) • 무선층(radio layer) • 대역 • 79개의 채널의 2.4 GHz ISM 대역 • FHSS • 물리층 의 주파수 도약 확산 스펙트럼 방식 • 초당 1,600번 도약 • 다른 주파수로 도약하기 전 625ms(1/1,600s)동안 주파수 사용 • 거주시간(dwell time)은 625ms • 변조 • GFSK(가우시안 대역 필터)라고 불리는 FSK 사용 • 비트 1은 반송 주파수보다 높은 값으로 표현 • 비트0은 반송 주파수보다 낮은 값으로 표현

블루투스 (계속) • 기저대역층(baseband layer) • LAN에서의 MAC 부계층과 비슷 • 마스터와 슬레브는 타임 슬롯(time slot)을사용 통신 • 타임 슬롯 길이는 거주시간(625ms)와동일 • TDMA • 접근 방식으로 TDMA 사용 • TDD-TDMA(time division duplexing TDMA) • 반이중 양방향 통신

블루투스 (계속) • 단일 종국 통신 • 주국과 종국이 반이중 통신

블루투스 (계속) 다중 – 종국 통신

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