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이동통신기술 무선통신의 역사와 발전 - 통신의 기본개념 전파의 기본성질 변복조방식 다원접속방식 신뢰성확보기술 고속화기술 휴대전화 시스템 무선 LAN 시스템

이동통신기술 무선통신의 역사와 발전 - 통신의 기본개념 전파의 기본성질 변복조방식 다원접속방식 신뢰성확보기술 고속화기술 휴대전화 시스템 무선 LAN 시스템 위성통신 시스템 단거리통신 시스템 RFID, ZigBee , Bluetooth. 1. 무선통신의 역사와 발전. 목차 근대적 통신의 역사 기술 (Technology) – 시스템 , 모델 , process OSI 7 모델 TCP/IP 모델 무선과 모바일 네트워크 무선통신의 역사와 발전

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이동통신기술 무선통신의 역사와 발전 - 통신의 기본개념 전파의 기본성질 변복조방식 다원접속방식 신뢰성확보기술 고속화기술 휴대전화 시스템 무선 LAN 시스템

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Presentation Transcript

  1. 이동통신기술 • 무선통신의 역사와 발전 • - 통신의 기본개념 • 전파의 기본성질 • 변복조방식 • 다원접속방식 • 신뢰성확보기술 • 고속화기술 • 휴대전화 시스템 • 무선 LAN 시스템 • 위성통신 시스템 • 단거리통신 시스템 • RFID, ZigBee, Bluetooth

  2. 1. 무선통신의 역사와 발전 • 목차 • 근대적 통신의 역사 • 기술(Technology) – 시스템, 모델, process • OSI 7 모델 • TCP/IP 모델 • 무선과 모바일 네트워크 • 무선통신의 역사와 발전 • 전자기학에서 무선통신으로 • 휴대전화의 발전 • 그 밖의 무선통신

  3. 통신 • 통신의개념 • 통신(Communication) : 송신자와 수신자가 전송 매체인 통신로를 이용하여 상호 간에 • 데이터(정보)를 주고받는 행위 • 데이터(Data) : 현실 세계에서 관찰이나 조사를 통해 수집, 생산되는 사실이나 측정값 • 정보(Information) : 현실 세계에서 발생한 여러 데이터를 가공·처리하여 만든 것으로, 약속이나 관습에 따라 의미를 부여한 것 • 통신의 역사 • 인류 최초의 통신은 말(언어) • 청각을 이용한 북, 시각을 이용한 봉화, 비둘기나 말과 같은 동물을 이용한 통신은 도구를 이용한 원거리 통신 • 인류 최초의 근대적 통신 방법 : 모스(Morse) 부호를 이용한 전신 • 전화 : 음성을 전기 신호로 바꾸어 전송하고, 이를 다시 음성으로 재생하여 두 사람 사이의 통화를 가능하게 하는 통신 도구 • 컴퓨터의 등장 • - 전기 통신에 이은 또 하나의 큰 변혁

  4. 통신기술의 역사

  5. 기술 (Technology) - Arthur(2009), The Nature of Technology Means to fulfill a human purpose (physical device- H/W, method, process- S/W) Assembly of practices and components - Combination Principle  modularity The entire collection of devices and engineering practices available to a culture

  6. 기술의 주요 개념 (Key Ideas) System Requirement Process Models and modeling Trade-off Control Resource Optimization Feedback Sustainability

  7. 기술에서의 자원(Resources) 사람 자본 시간 에너지 정보 재료 도구와 기계

  8. Problem Solving • 과학(일반)적 문제해결 기술적 문제해결 • 문제의 정의 (과학적 진실의 해명) ⊙문제의 정의(인간의 필요-편리함, 호기심, 공평함) • 계획(설계) 하기 ⊙ 평가하기(가치:value) – 인간/사회/역사와의 상호작용 • 만들기 (실험실시 / 로봇조립) (목적의 재확인– 지속가능성, 효율, 호기심, • 평가하기 (과학원리가 이해되었는가? / 비용, 자원의 공평한 사용 등) 로봇이 가장적은 연료로 가장 (제약조건의 재확인) • 효율적으로 작동 되는가? ⊙설계하기 • ⊙만들기 • ⊙평가하기 Value에 대한 만족여부?

  9. Problem Solving • Process-orientedObjective (value)-oriented • 개별적인 효율(연비) 자동차 ⊙가치 기준(사회에 공평한 자동차들) • 효율적 설계 (개별자동차)1. 축적된 에너지를 다른 자동차와 공유 – 사회적 impact • 만들기 (실험실시 / 로봇조립) 2. 개별 자동차의 효율적 설계 • 효율성(연비) 평가 ⊙만들기 • 완성 • ⊙효율성 평가 • ⊙완성 공유자동차인가?

  10. Technological Problem Solving B. Trouble Shooting of the designed world ●find the design fault A. Designing - research and investigate • - generate the alternate design • Clarify the design specifications and Constraints ● fix the problem • Research and Investigate (기존의 objective유지) • Generate alternate designs • Choose and Justify the optimal solution C. Impact • Develop a prototype (Key ideas; Resources) resource • Test and Evaluate water • Redesign the solution sustainability • Communicate your achievements 공평성, 중화

  11. The engineer or engineering student should be able to • Sheppard (2002) • Communicate, negotiate, and persuade • Work effectively in a team • Engage in self-evaluation and reflection • Utilize graphical and visual representation and thinking • Exercise creative and intuitive instincts • Find information and use a variety of sources (i.e., resourcefulness) • Identify critical technology and approaches • Use of analysis in support of synthesis • Appropriately model the physical world with mathematics • Consider economic, social and environmental aspects of a problem • Think with a system orientation, considering the integration and needs of various facets of the problem • Define and formulate an open-ended and/or under defined problem including specifications • Generate and evaluate alternative solutions • Use systematic, modern step-by-step problem solving approach. • Recognize the need for implement iteration • Build-up real hardware to protype ideas • Trouble shoot and test hardware

  12. 유무선 네트워크의 구조

  13. 교환방식 • 회선교환 방식 • 일단 회선이 연결되면 회선은 독립적으로 계속 사용할 수 있다. • 사용이 끝나면 회선은 단절되며, 다음 연결을 위해 대기 상태 • 경로가 한 번 정해져 연결되면 간섭할 수 없다. • 예 ) 전화 • 패킷교환 방식- 가상회선, 데이터그램 • 패킷 교환 방식은 패킷 내에 최종 목적지의 주소를 기록하여 전송하여 최종 목적지를 찾아가는 방식 • 목적지에 도착한 패킷은재조립 과정에서 정상적인 데이터로 복원 • 멀티플랙싱 작업이 용이 • 속도가 빠름 • 예 ) 컴퓨터와 컴퓨터간의 통신 http://wps.aw.com/aw_kurose_network_2/3/887/227091.cw/index.html

  14. OSI 7계층 모델 • 네트워크 폐쇄성 문제를 해결하고자 네트워크 표준화 작업 진행 • 국제적인 표준화 기구인 ISO(International Organization for Standardization)에서는 통신의 효율성을 높이고자 통신이 수행되는 일련의 과정을 7개의 계층으로 구분 • 각 단계마다 기능적인 정의에 알맞은 • 표준화된 서비스의 정의와 프로토콜을 • 규정 • 데이터의 흐름을 한눈에 볼 수 있도록 • 정의

  15. TCP/IP 모델 1 운영체제 2 H 3 H 1 H 3 1 2 3

  16. TCP/IP 모델

  17. 통신시간의 구성 1 1 2 2 통신시간 = 전파 + 전송 + 큐잉+ 처리 전파시간 = 링크길이 / 광속 전송시간 = 패킷길이/ 링크속도 큐잉시간 처리시간 = 라우팅시간 등 처리율= 단위시간당 전송량 M/M/1 큐잉 이론: T = 1 / (μ-λ) 패킷이기다리거나 전송중인평균시간 λ: 패킷의 시간당 평균 도착율 μ: 평균 패킷 서비스 율(링크속도/패킷길이) 1/μ: 평균 전송 시간 (패킷길이/링크속도) W = T- 1/μ평균 대기(큐잉) 시간 L = λ / (μ-λ) 시스템에 있는 패킷의 평균개수 3 3 1 1 3 3 1 1 2 2 3 3

  18. TCP/IP 모델 • Wireshark설치 • http://gaia.cs.umass.edu/wireshark-labs/HTTP-wireshark-file1.html • 패킷의캡쳐 및 확인

  19. TCP/IP 모델 http://www.knue.ac.kr/index.html Name server ① www.knue.ac.kr www.knue.ac.kr ② (www 서버) 210.110.71.28 ③ ④ syn=1 (tcp, 117.17.204.120, 3045, 210.110.71.28, 80) 클라이언트 (브라우져) syn=1 ack=1 ⑥ (tcp, local IP, local port, remote IP, remote port) ⑤ ack=1 ⑦ (tcp, 210.110.71.28, 80, 117.17.204.120, 3045) GET /index.html HTTP/1.0 시간 ⑧ HTTP/1.0 200 OK ⑨ index.html FIN=1 ACK=1 FIN=1 ACK=1

  20. TCP/IP 모델 (DNS) 루트 도메인 kr 도메인 ac.kr 도메인 루트 네임서버 kr의 네임서버 ④ “www.knue.ac.kr” ac.kr의 네임서버 ⑤ ac.kr 도메인의 네임서버 ③ kr 도메인의 네임서버 ⑥“www.knue.ac.kr” ② “www.knue.ac.kr” ⑦ knue.ac.kr 도메인의 네임서버 knue.ac.kr 도메인 ⑧ “www.knue.ac.kr” ① “www.knue.ac.kr” ⑨ www.knue.ac.kr의 IP주소 (210.110.71.28) ⑩ IP주소 host의 네임서버 knue.ac.kr 네임서버 (책임서버) host www

  21. TCP/IP 모델 TCP: ----- TCP Header ----- TCP: Source port = 20 TCP: Destination port = 1032 TCP: Sequence number = 1791190529 TCP: Acknowledgement number = 477244 TCP: Data offset = 20 bytes TCP: Flags = 0x18 TCP: ..0. .... = No urgent pointer TCP: ...1 .... = Acknowledgement TCP: .... 1... = Push TCP: .... .0.. = No reset TCP: .... ..0. = No Syn TCP: .... ...0 = No Fin TCP: Window = 24820 TCP: Checksum = 0xa0ed TCP: Urgent pointer = 0 TCP: No options FTP-DATA: ----- FTP-DATA: ----- FTP-DATA: "#\f1 nforeach so (red tttkkk) echo this is $so\f1 nend"

  22. 컴퓨터 A (송신) 컴퓨터 B (수신) TCP/IP 모델 (에러제어) 송신 데이터 순서 번호 타 임 아 웃 1~1000 확인 응답 손실 1~1000 데이터 재전송 ACK 1001 1001~2000 ACK 2001 타 임 아 웃 손실 데이터(1001~2000)을 2번 수신 1001~2000 데이터 재전송 ACK 2001

  23. 컴퓨터 A (송신) 컴퓨터 B (수신) TCP/IP 모델 (흐름제어) 초기윈도우=4000 송신 데이터 순서 번호 WIN = 4000 광고 윈도우 (버퍼 크기) 확인 응답 1~1000 1001~2000 ACK 1001 3000 WIN = 3000 2001~3000 ACK 2001 2000 버퍼 감소 WIN = 2000 3001~4000 ACK 3001 1000 WIN = 1000 ACK 4001 0 버퍼가 참 WIN = 0 윈도우 갱신통지가 없는 경우에는 윈도우 proof 송신 윈도우 probe 4001~4001 WIN = 0 ACK 4001 0 ACK 4001 3000 버퍼가 빔 WIN=3000 윈도우 갱신통지 4001~5000 5001~6000

  24. TCP/IP 모델 (혼잡제어) 혼잡 윈도우 (세그먼트) 송신 데이터 순서 번호 1 확인 응답 1~1000 ACK 1001 1001~2000 2 2001~3000 지수적 증가 ACK 2001 ACK 3001 3001~4000 3 4 4001~5000 5001~6000 ACK 4001 6001~7000 ACK 5001 ACK 6001 ACK 7001 5 6 7 8

  25. TCP/IP 모델 (IPv4) IP: Version = 4 IP: Header length = 20 bytes IP: Type of service = 0x00 IP: xxx. .... = 0 (precedence) IP: ...0 .... = normal delay IP: .... 0... = normal throughput IP: .... .0.. = normal reliability IP: Total length = 44 bytes IP: Identification = 4864 IP: Flags = 0x4 IP: .1.. .... = do not fragment IP: ..0. .... = last fragment IP: Fragment offset = 0 bytes IP: Time to live = 32 seconds/hops IP: Protocol = 6 (TCP) IP: Header checksum = 5fcf IP: Source address = 203.241.168.22 IP: Destination address = 203.241.168.3 IP: No options

  26. TCP/IP 모델 (IPv4 / IPv6)

  27. 무선 네트워크의 분류 무선 네트워크 인프라리스형(분산형) 인프라형(집중형) 휴대전화망 이동노드 정지노드 애드혹 네트워크 모바일애드혹 네트워크 무선 LAN 센서네트워크

  28. 무선과 모바일 네트워크 모델 유선측 단말 기지국 무선측 단말 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 유선 네트워크 무선 네트워크

  29. 무선과 모바일 네트워크 모델 • 무선 네트워크 응용: 휴대전화, 노트북, PDA이용, WSN (농업, 재해, 공업응용, 홈 시큐리티 등) • 무선 트랜스포트 기술 (4계층) : I-TCP, Snoop 등 • 무선 네트워크 계층 (3계층) : Mobile IP, 무선애드혹라우팅 • 무선 데이터링크 기술 (2계층) : ALOHA, CSMA/CA • 무선 전파 기술 (1계층) : • -디지털 변조(ASK, FSK, PSK) • - 다중화(TDM, FDM, OFDM), 다중접속 (FDMA, TDMA, CDMA, • OFDMA), 복신 (FDD, TDD), IEEE 802.11 (b: DSSS, a, g, n: • OFDM) • - IEEE 802.15.4 (DSSS: Zigbee) • - GPS(Geographical Positioning System)

  30. 무선통신의 역사 • 1844년: • 워싱턴-볼티모어(64 km)

  31. 무선통신의 역사 1864: 맥스웰, 전자파의 존재 예언 <그림 1.1> 전파방향 http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electromagneticwave3D.gif

  32. 무선통신의 역사 • 1876년: • 벨 전화기 발명

  33. 무선통신의 역사 <그림 1.2> 헤르츠 실험의 기본 구성 (1888년)

  34. 무선통신의 역사

  35. 무선통신의 역사 • 1895년: • 모르스 부호를 이용하여 • 무선통신에 성공 • 노벨 물리학상 (1909)

  36. 무선통신의 역사 • 초기의 무선통신은 주로 모르스 부호를 이용하여 선박 사이의 통신 분야에서 • 이용 • 1906년: 국제조난신호로 모르스 부호의 SOS. • 1912년: 영국의 호화 여객선인 타이타닉호는 미국으로 향해가는 북대서양 항로 • 상에서 처음으로 SOS 신호 발사 • 음성 정보를 그대로 전송하는 아날로그 변조방식 • 영상정보와 데이터통신 등과 같이 대용량의 정보를 전송하는 디지털 변조방식 • 1970년대까지의 무선통신: 대용량의 전송용량, 회선 설정의 신속성과 용이성 • 을 특징으로 하여, 기간중계회선(코어 네트워크)에 널리 사용 • (텔레비전 중계회선 포함) • 현재: 대용량의 정보를 전송하는 광섬유의 이용 증가 • 무선통신의 기간중계회선으로서의 사명 종료 •  무선통신은 기간중계회선으로부터 사용자의 단말 액세스회선으로 • 적용분야를 변화

  37. 무선통신의 역사 • 1973년: 미국 모토로라의 연구원인 마틴쿠퍼(Martin Cooper)와 팀원 •  셀룰러 네트워크에 사용되는 이동 휴대전화를 세계 최초로 개발 • (“벽돌” - 실제 상용화는 1983년 Dyna PAC이라는 이름으로 이루어짐). • 우리나라:1984년: 한국이동통신(현 SK 텔리콤)에서 AMPS 방식의 아날로그 셀룰러 서비스(카 폰)를 제공 • 아날로그 FM 방식 (제1세대) • 디지털 휴대전화는 1990년에 미국에서 최초로 개발 • 1991년에 핀란드: 최초의 GSM(Global System for Mobile communication) • 네트워크를 소개 (제2세대) • 디지털 방식 및 패킷 통신방식의 도입 •  PDA(personal digital assistant) 기능을 탑재한 핸드폰 출시 •  1995년 핀란드의 노키아:SMS 서비스 구현 •  TDMA 방식이 주류, 미국의 Qualcomm사는 군사용도로 개발된 CDMA 제공 • 우리나라:1996년: 신세기통신과 한국이동통신이 세계 최초로 디지털 방식의 CDMA 서비스를 제공, 1997년 말에는 CDMA PCS(Personal Communication Service)가 도입

  38. 무선통신의 역사 • 제3세대 휴대전화 • 2001년: 일본과 유럽이 제안한 W-CDMA 방식 • 미국이 제안한 cdma2000 방식(제2세대인 cdmaOne의 개량판) • W-CDMA 방식: 보다 넓은 대역으로 고속전송이 가능 • cdma2000 방식은 cdmaOne과의 장비 공유를 포함하는 호환성을 중시 • 전송주파수 대역을 한 데 묶어서 고속화를 실현 • 14.4Mbps • W-CDMA 기술은 HSPA(high-speed packet access)에 기반한 3.5G, 3G+ 또는 • 터보-3G로 개선됨 • 제4세대 기술 • 2013년 현재: • WiMAX-evolution (미국, Sprint 제안, Wibro-evolution이라고도 함) • LTE-Advanced (스칸디나비아, TeliaSonera제안) • OFDMA 방식과 MIMO를 결합 • 우리나라: 2013년 6월: 두 개의 75Mbps급 LTE 대역을 묶은 150Mbps급의 • 서비스를 삼성전자의 갤럭시S4 LTE-A를 통해 세계 최초로 상용화 • LG 유플러스,2013년 7월 SK텔레콤과 동급의 서비스를 상용화

  39. 무선통신의 역사 2014 SK 3band LTE-A http://www.skt-lte.co.kr/contents/ltea/intro.jsp <그림 1.3> 휴대전화의 발전 역사

  40. 무선통신의 역사 [표] IEEE 802.11 무선 LAN 표준

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