무선 LAN (Wireless LAN)

1. 무선 LAN (Wireless LAN)

2. 무선 주파수

3. 무선 통신 시스템의 주파수 할당(MHz) - 한국 ㅇ 무선호출- 161.2~169.0 MHz, 대역폭 1.325 MHz (전국) - 322.0~328.6 MHz, 대역폭 6.6 MHz (지역) ㅇ 양방향 무선호출- 상향 923.55~924.45 MHz, 대역폭 900KHz - 하향 317.9875~320.9875 MHz, 대역폭 2MHz ㅇ 주파수공용통신(TRS) - 상향 811~821 MHz, 하향 856~866 MHz, 대역폭 10MHz x 2 (전국) - 상향 376.5~381.5 MHz,하향 394.5~399.5 MHz, 대역폭 5MHz X 2 (지역) ㅇ 이동전화 (Celluar,PCS,3G): (1) 디지털 Cellular System (800MHz 대역) (이용기간 ~2011.6) . 상향 824~849 MHz, 하향 869~894 MHz (대역폭 25 MHz x 2) . SKT, 舊 신세기통신 (미국과 같은 대역임)

4. 무선 통신 시스템의 주파수 할당(MHz) - 한국 (2) 개인 휴대 통신 서비스 (PCS) (1800MHz 대역) 상향 1750~1780 MHz, 하향 1840~1870 MHz (대역폭 30 MHz x 2) . KTF + 舊 한솔엠닷컴, LGT 등 각 사업자마다 10MHz씩 할당 (3) 3G (IMT-2000) (1.9 GHz 대) 상향 1920~1980 MHz, 하향 2110~2170 MHz (4) 4G (450~470MHz 전세계 4G 공통대역, 698~806/790~806MHz 지역별 다른 대역 지정) ㅇ 무선 데이터통신 - 상향 898~900 MHz, 하향 938~940 MHz, 대역폭 2MHz x 2 ㅇ 휴대인터넷: 2.3~2.4 GHz 대역 1 : 2300~2327 MHz, 대역 2 : 2331.5~2358.5 MHz, 대역 3 : 2363~2390 MHz (대역 간 보호대역 4.5 MHz, 2.4GHz대인 무선 랜과의 보호대역 10MHz)

5. 무선 통신 시스템의 주파수 할당(MHz) - 한국 ㅇ 무선 LAN : 2.4 GHz 대 ㅇ 광대역 WLL (B-WLL) - 상향 24252~24750 MHz, 대역폭 500MHz - 하향 25500~26700 MHz, 대역폭 1200MHz ㅇ 통신용 UWB : 3.1~4.8 GHz, 7.2~10.2 GHz 3. ㅇ 방송용 주파수 현황 (국내 방송) 주파수대역대역폭 할당 ㅇ AM 방송 (MF):대역 526.5~1606.5KHz 1080KHz ㅇ FM 방송 (VHF):대역 88~108MHz 20MHz ㅇ 단파방송 (HF):대역 5980~13170KHz 720KHz ㅇ TV 방송(UHF):대역 54~72MHz (CH 2~4) 318MHz 76~88MHz (CH 5~6) 174~216MHz (CH 7~13) VHF대역 470~806MHz (CH 14~69)

6. 무선 통신 시스템의 주파수 할당(MHz) - 한국 ㅇ 위성방송 - 11.746~11.938GHz (6개 채널) 162MHz ㅇ DMB - 위성 DMB: 2.630~2.655GHz TU 미디어 - 지상 DMB: 174~216MHz (UHF대 TV 방송 주파수대역 공유) ㅇ 방송 중계용: 900MHz 4. 개방용 주파수 현황 (Unlicensed Radio) (발사하는 전파가 미약한 무선국 등) ㅇ 생활 무선국: 26.965~27.405, 448.7~449.3/424.1~424.3 MHz ㅇ 코드없는 전화기- 아날로그 : 46.51~46.97/49.695~49.97, 914~915/959~960 MHz (서비스 종료 예정) - 디지털 : 1.7, 2.4 GHz ㅇ 무선 마이크: (비허가) 928~930 MHz, 950~952 MHz ; (허가) 942~952 MHz ㅇ RFID/USN: 908.5~914 MHz ㅇ 특정 소출력 무선국(WLAN 등) - (例) 2.4~2.4835GHz, 5.725~5.825GHz, 17.705~17.735GHz, 19.265~19.275GHz 등

7. 무선 통신 시스템의 주파수 할당(MHz) –유럽,미국,일본

8. 신호 전파 신호 전파 범위 • 전송영역(Transmission range) • 통신가능 영역 • 낮은 오류율 • 감지영역(Detection range) • 신호 감지 • 통신이 가능하지 않음 • 간섭영역(Interference range) • 신호 감지 불가능 • 신호는 background noise에 더해짐

9. 신호 전파

10. 신호 전파

11. 신호 전파

12. 대역 확산

13. 직접 수열 대역 확산

14. 직접 수열 대역 확산

15. 주파수 도약 대역 확산 부루투스에서 사용: 초당 1,600 번 주파수 변경, 2.4 GHz 대역

16. 주파수 도약 대역 확산

17. 주파수 대역 확산

18. 무선 LAN과 무선 미디어 • 무선 LAN 기술이란? • 어느 기관 내의 사용자로 하여금 어느 곳에서든지 어떠한 물리적인 연결 없이도 기관 내의 네트워크에 접속이 가능하도록 하는 새로운 LAN 기술 • 무선접속장치(AP:Access Point)가 설치된 곳의 일정 거리 안에서 두 대 이상의 컴퓨터가 무선으로 연결된 상태의 LAN • 전자기파 기반의 주파수도약 확산스펙트럼 기술이나 또는 직접시퀀스 확산스펙트럼 기술, 혹은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 변조 기술을 사용하여, 제한된 지역 안에 있는 장치나 기기끼리 상호간 데이터통신을 가능하게 하는 LAN 기술 • OFDM은 직교 주파수 분할 다중화 방식으로, 기본적으로는 FDM과 동일하나 모든 부대역(sub band)이 주어진 시간 동안 하나의 전송측에 의해 사용되는 변조방식

19. 무선 LAN • 무선 LAN을 이용하면 무선접속장치가 설치된 곳을 중심으로 일정 거리 이내에서 PDA나 노트북 컴퓨터를 통해 초고속 인터넷을 이용할 수 있음 • 무선주파수를 이용하므로 물리적 회선은 필요 없으나, PDA나 노트북 컴퓨터에는 무선 LAN 카드가 장착되어 있어야 함. • 무선접속장치(AP) 필요

20. 14.1 IEEE 802.11 무선랜의 물리계층과 데이터링크 계층의 정의

21. IEEE 802.11(계속) • IEEE 802.11 • 무선 LAN에 대한 명세 • 구조 • 기본 서비스 세트 (BSS, basic service set) • 확장 서비스 세트 (ESS, extended service set)

22. IEEE 802.11(계속) AP가 없는 BSS => ad hoc network; AP가 있는 BSS => infrastructure network.

23. BSS (Basic Service Sets)

24. ESS (Extended Service Sets)

25. 지국 유형과 물리층 • 지국 유형 • 무전이 이동성(NO-Transition Mobility): 고정 또는 하나의 BSS 안에서만 이동 • BSS 전이 이동성(BSS-Transition Mobility): 한 BSS에서 다른 BSS로 이동 가능 (하나의 ESS 안에서만 이동) • ESS 전이 이동성(ESS-Transition Mobility): 한 ESS에서 다른 ESS로 이동가능 • 물리층 • 비트를 신호로 변환하는 것에 대한 명세(무선주파수)

26. 직접순서 확산스펙트럼(DSSS) 송신자가 보낸 비트는 chip code에 의해 변경되어 송신 원래의 1 비트 전송 시간 = chip code 전송 시간 2.4 GHz의 대역 1 M 보오의 BPSK 또는 QPSK (1-2 Mbps) • 원본 데이터: 0 0 1 1 0 • Chip code: 0 => 110011 • Chip code: 1 => 000111 • 송신 데이터: 110011 110011 000111 000111 110011 1 3 26

27. 주파수 도약 확산 스펙트럼 한 송신자는 짧은 시간 동안 한 반송 주파수로 송신 다른 주파수로 도약하여 같은 시간 동안 송신 N 번의 도약 후 주기는 반복된다. 2.4 GHz 대역 사용 (미국 2.4 – 2.48 GHz): 부대역: 1 MHz의 79 개 부대역 1 M 보오의 2레벨 또는 4레벨 FSK (1-2 Mbps) 전송순서: 1,2,3,4,5 진폭 4 1 5 2 3 주파수 27

28. IEEE 802.11a OFDM 주파수분할 다중화(FDM)와 유사하지만 모든 대역폭이 하나의 송신원에 의해 사용 대역폭 R bps를 N 개로 나누고 각 채널에 비트를 전송한다. 5 GHz의 대역 (52 개의 부대역으로 나뉨: 48 개의 부대역(비트 전송) 4개의 부대역(제어정보) PSK (18 Mbps), QAM(54 Mbps) , R/N bps 변조기 f0 + (N+1)f/2 . . 변조기 R bps 직병렬 변환기 R/N bps 변조기 R/N bps 변조기 f0 + (N-2)f/2 변조기 R/N bps f0 + (N-1)f/2 28

29. HR-DSSS와 IEEE 802.11g OFDM • HR-DSSS (High-Rate DSSS) • CCK(Complementary code keying) 사용 • 나머지는 DSSS와 동일 • 2.4 GHz 대역 • 1,2 Mbps: DSSS와 동일 • 5.5 Mbps: BPSK ( 4비트 CCK 사용: 1.375 M보오) • 11 Mps: QPSK (8비트 CCK 사용: 1.375 Mbaud) • IEEE 802.11g OFDM • 2.4 GHz 대역에서 54 Mbps

30. IEEE 802.11 (계속) MAC layers in IEEE 802.11 standard 30

31. IEEE 802.11 (계속) 무선 LAN은 CSMA/CD를 구현할 수 없다 충돌 탐지가 어렵다 - 많은 대역폭 요구 - 숨겨진 단말 문제(hidden node problem) 지국 B가 지국 A로 부터 숨겨진 경우, 지국 B 근처에서 발생한 충돌을 지국 A는 알 수 없다. - 무선 LAN에서 지국간 거리가 크면, 신호 감쇠에 의해 충돌 탐지가 어렵다. 유선에서는 충돌이 반드시 탐지된다. 31

32. CSMA/CA 기법(숨겨진 단말) A의 전송범위 B의 전송범위 A B C

33. IEEE 802.11 MAC 계층 무선 LAN과 숨겨진 단말문제 • B는 기지국(base station),혹은 AP(access point) • A 단말기와 C 단말기는 기지국 B의 신호감지 영역(coverage area) 내에 있음. • A 단말기는 C 단말기의 신호감지 영역 밖에 있고, 또한 C 단말기는 A 단말기의 신호감지 영역 밖에 있음. • A 단말기가 기지국 B와 데이터를 주고받는 경우 • 먼저, 기지국 B가 A 단말기로 데이터를 전송하는 경우 C 단말기는 기지국 B의 신호를 감지할 수 있으므로 무선 미디어의 사용이 가능해질 때까지 기다림 • 그러나 A 단말기가 기지국 B로 데이터를 전송하는 경우, C 단말기는 A 단말기의 신호를 감지할 수 없으므로 무선 미디어가 사용 가능한 상태라고 판단하여 데이터를 전송하게 됨 ---> 데이터 충돌(collision)이 발생 • “숨겨진 단말문제”(C 단말기 입장에서 A 단말기는 숨겨진 상태이기 때문)  이러한 문제 해결하기 위해서 CSMA/CA는 RTS(request to send)와 CTS(clear to send)라는 신호를 사용.

34. IEEE 802.11 (계속) • Use of handshaking to prevent hidden station problem

35. CSMA/CA 기법 전송측(source) 단말기가 목적지 단말기로 데이터를 전송하고자 하는 경우. • 전송측 단말기는 무선 미디어의 상태를 확인하여 사용 가능하면, 목적지 단말기로 RTS(Request to Send)라는 메시지를 보냄. • 목적지 단말기가 데이터 전송할 준비가 되면, CTS(Clear to Send) 신호를 전송측으로 보냄. • 이때 RTS 혹은 CTS 신호를 감지한 다른 모든 단말기들은 RTS 혹은 CTS 신호에 포함된 정보로부터 NAV(Network allocation Vector) 시간을 계산하고 NAV 타이머를 설정하여 그 시간 동안 미디어 사용을 제한.

36. CSMA/CA와 NAV DIFS(Distributed coordination function Inter Frame Spacing): SIFS + 2 slot time (50μs for FHSS, 20μs for DSSS) SIFS(Short Inter Frame Spacing) 28 μs for FHSS, 10 μs for DSSS 충돌회피: RTS 프레임을 보낼 때, 채널 점유에 필요한 시간을 포함  다른 지국은 NAV(Network Allocation Vector)라는 타이머를 만든다.

37. CSMA/CA 동작과정

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41. Example PIFS(Point coordination function Inter Frame Spacing): SIFS + 1 slot time (50μs for FHSS, 20μs for DSSS) SIFS(Short Inter Frame Spacing) 28 μs for FHSS, 10 μs for DSSS

42. 수동 스캐닝 BSS1 BSS2 1 2 1 3 AP2 AP1 • AP로 부터 비콘 프레임 (AP의 SSID:service set identifier, MAC 주소) 수신 • AP2를 선택하여 결합(association) 요청 메시지 전송 • AP2로 부터 결합 수락 메시지 수신 42

43. 능동 스캐닝 BSS1 BSS2 1 2 2 3 AP2 AP1 4 • 노트북으로 부터 probe 프레임 송신 • AP1과 AP2로 부터 probe 응답 메시지 수신 • AP2를 선택한 후에 AP2로 결합 요청메시지 송신 • AP2로 부터 결합 수락 메시지 수신 43

44. IEEE 802.11 MAC 프레임 형식 FC: Frame Control D: Duration SC: Sequence Control FCS:Frame Check Sequence(CRC)

45. IEEE 802.11 MAC 프레임 형식 • FC의 부필드

46. IEEE 802.11 MAC 프레임 형식 • 제어 플레임(Control frames) 수신 주소송신주소 CRC 수신 주소 00 01 1011__ 00000_ 버전 제어 RTS ToAP FromAP 채널에 대한 시간 예약값(μs) (RTS, CTS, 데이터, ACK에 대해)

47. IEEE 802.11 MAC 프레임 형식 • 제어 필드 내의 부형식의 값

48. IEEE 802.11 MAC 프레임 형식 • 주소 FC 내의 부필드

49. IEEE 802.11과 IEEE 802.3의 연동 고정 단말 이동 단말 인프라 네트워크 AP application application TCP TCP IP IP LLC LLC LLC 802.11 MAC 802.11 MAC 802.3 MAC 802.3 MAC 802.11 PHY 802.11 PHY 802.3 PHY 802.3 PHY

50. To DS (0) From DS (0) To DS (0) From DS (1) • IEEE 802.11 주소 메커니즘 현 BSS 내의 송신지(A)에서 수신지(B)로 전송 다른 BSS내의 A로 부터 DS와 AP를 거쳐 현 BSS내의 수신지(B)로 전송 현 BSS내의 A로 부터 AP와 DS를 를 거쳐 다른 BSS내의 수신지(B)로 전송 현 BSS내의 A로 부터 AP1과 AP2를 거쳐(무선)다른 BSS내의 수신지(B)로 전송 To DS (1) From DS (0) To DS (1) From DS (1)