0. 개괄
# IEEE 모바일 기술
WLAN 802.11 - HIPER LAN
WPAN 802.15 - BLUETOOTH
WMAN 802.16 - HIPER MAN (Wibro . wiMAX - 802.16 홍보와 검사 맡는 기관)
# 무선랜
- 크기가 제한된 영역에서 개인에 의해 운영된다.
ex. 빌딩, 캠퍼스, 집 등
1) 무선랜의 장점 (유선방식과 비교)
⓵ 유연성(flexibility)
무선 커버리지에 위치한 노드는 특별한 제약 없이 통신 가능하다.
⓶ 계획(planning)
무선 Ad-hoc 네트워크는 사전 구축 계획 없이 통신 서비스 제공이 가능하다.
⓷ 설계(design)
작고 독립적인 장치 설계가 가능하다.
⓸ 견고성(roubustness)
천재지변의 상황 속에서도 통신이 가능하다.
⓹ 비용(cost)
무선 네트워크에 사용자를 추가해도 비용이 증가하지 않는다.
2) 무선랜 단점
서비스 품질, 독점 기술, 규제, 안전성과 보안
1. 적외선 전송과 무선 전송
# 무선랜 설정을 위해 사용되는 두 종류의 기본 전송 기술
- 적외선
led나 레이져 다이오드 사용, 방향성광이나 벽 등에 반사되는 산란광 사용
- 라디오
면허가 필요없는 2.4 GHz ISM 밴드 사용
2. 인프라 네트워크과 Ad-hoc 네트워크
1) Infrastructure
- 무선 노드와 AP(Acess Point) 사이에서만 통신이 이루어진다.
- AP
매체접속을 제어한다. 다른 무선 및 유선 네트워크로 연결되는 브리지로 동작한다.
2) Ad-hoc
- 어떠한 인프라도 요구하지 않는다.
즉, 각 노드는 다른 노드와 직접적으로 통신할 수 있기 때문에 AP가 필요 없다.
- 재난 구호 지역에서 사용 가능하다.
3. IEEE 802.11
# IEEE 802.11은 무선랜 기술을 규정.
이 표준은 무선랜의 특별한 요구사항으로 적응시킨 물리계층 및 매체접속 계층을 규정한다.
상호 운영성을 유지하기 위해 다른 표준과 동일한 상위계층 인터페이스를 제공한다.
# 목표
- 단순하고 견고한 무선랜을 규정하는 것.
시간에 제한되는 비동기 서비스를 제공하기 위해
# 추가적 특징
- 전력 관리 : 배터리 절약
- 숨은 노드 문제 처리
- 전 세계적으로 동작할 수 있는 능력
# 전개 순서
@ 초기 IEEE 802.11의 시스템 구조와 프로토콜 구조
@ 물리계층과 매체접속계층
@ 이 표준의 복잡하고 중요한 관리기능
@ 802.11a, 802.11b - 더 높은 전송속도를 지원하기 위해 초기 표준 을 향상
3.1 시스템 구조
@ 물리계층과 매체접속계층
@ 이 표준의 복잡하고 중요한 관리기능
@ 802.11a, 802.11b - 더 높은 전송속도를 지원하기 위해 초기 표준 을 향상
3.1 시스템 구조
1) 인프라 기반 네트워크 구조
2) Ad-hoc 네트워크 구조
3.2 프로토콜 구조
3.3 물리계층
3.4 매체접속제어 계층 (MAC layer)
1) 역할
- 매체접속 제어
- 로밍, 인증, 전력 유지를 지원
2) 제공되는 기본적인 트래픽 서비스
- 비동기식 서비스 (asynchronous data service)
Broadcast와 Multicast를 지원.
best-effort 모델을 기반으로 패킷을 교환.
DCF (Distributed Coordination Function)사용하여 구현.
- 시간제약 서비스 (time-bounded service)
PCF (Point Coordination Function)를 사용하여 구현
802.11은 Ad-hoc 네트워크 모드에서 오직 비동기식 서비스만을 제공하지만, 매체접속을 조정하는 AP를 이용해 인프라 기반 네트워크를 사용하면 두 종류의 서비스를 모두 지원할 수 있다.
즉, 패킷 전송 시 시간지연에 제한을 두지 않을 수 있다.
3) 세가지 기본 접속 매커니즘 정의
DFWMAC ┬ DCF ┌ CSMA/CA (필수)
│ └ wRTS/CTS (선택)
└ PCF (선택)
- DFWMAC (분산 무선매체 접속제어)
(Distributed Foundation Wireless Medium Access Control)
┌ DCF (Distributed Coordination Function) : 비동기식 서비스만을 제공
│
│ ┌ CSMA/CA : 기본 방식( rand back-off)방식을 통한 충돌 방지
│ │ 연속적인 패킷들 간의 최소 거리
│ │ 데이터 수신 후 ACK 패킷
│ │
│ └ wRTS/CTS : RTS, CTS 패킷으로 숨겨진 단말 문제 해결
│
└ PCF (Point Coordination Function)
: 비동기식 및 시간 제한적 서비스를 모두 제공
AP 필요 : 매체접속을 제어(MAC)하고 경합을 회피하기 위해.
4) 우선순위(Priority)
- 매체접속의 우선순위(priorities)를 결정하는 3가지 파라미터
: 서로 다른 프레임 간격(IFS, Inter Frame Space)으로 정의
┌ SIFS (Short Inter Frame Spacing)
│ : ACK, CTS, 폴링 응답을 위한 높은 우선순위
│
├ PIFS (PCF IFS)
│ : PCF를 사용한 시간-제약 서비스를 위한 중간순위
│
└ DIFS (DCF IFS)
3.4 매체접속제어 계층 (MAC layer)
1) 역할
- 매체접속 제어
- 로밍, 인증, 전력 유지를 지원
2) 제공되는 기본적인 트래픽 서비스
- 비동기식 서비스 (asynchronous data service)
Broadcast와 Multicast를 지원.
best-effort 모델을 기반으로 패킷을 교환.
DCF (Distributed Coordination Function)사용하여 구현.
- 시간제약 서비스 (time-bounded service)
PCF (Point Coordination Function)를 사용하여 구현
802.11은 Ad-hoc 네트워크 모드에서 오직 비동기식 서비스만을 제공하지만, 매체접속을 조정하는 AP를 이용해 인프라 기반 네트워크를 사용하면 두 종류의 서비스를 모두 지원할 수 있다.
즉, 패킷 전송 시 시간지연에 제한을 두지 않을 수 있다.
3) 세가지 기본 접속 매커니즘 정의
DFWMAC ┬ DCF ┌ CSMA/CA (필수)
│ └ wRTS/CTS (선택)
└ PCF (선택)
- DFWMAC (분산 무선매체 접속제어)
(Distributed Foundation Wireless Medium Access Control)
┌ DCF (Distributed Coordination Function) : 비동기식 서비스만을 제공
│
│ ┌ CSMA/CA : 기본 방식( rand back-off)방식을 통한 충돌 방지
│ │ 연속적인 패킷들 간의 최소 거리
│ │ 데이터 수신 후 ACK 패킷
│ │
│ └ wRTS/CTS : RTS, CTS 패킷으로 숨겨진 단말 문제 해결
│
└ PCF (Point Coordination Function)
: 비동기식 및 시간 제한적 서비스를 모두 제공
AP 필요 : 매체접속을 제어(MAC)하고 경합을 회피하기 위해.
4) 우선순위(Priority)
: 서로 다른 프레임 간격(IFS, Inter Frame Space)으로 정의
┌ SIFS (Short Inter Frame Spacing)
│ : ACK, CTS, 폴링 응답을 위한 높은 우선순위
│
├ PIFS (PCF IFS)
│ : PCF를 사용한 시간-제약 서비스를 위한 중간순위
│
└ DIFS (DCF IFS)
: 비동기 데이터 서비스를 위한 낮은 우선순위
(SIFS) ACK와 같은 것이 우선순위가 높아야 재전송을 방지할 수 있다.
-> network가 smooth해짐.
DCF ┌ CSMA/CA
└ wRTS/CTS
: Starvation 발생 가능성! 실시간 통신에서 사용 불가. best effort traffic!
5) CSMA/CA를 사용하는 기본적인 DFWMAC-DCF
① 기본 동작
③ 유니캐스트 패킷 전송
6) RTS/CTS 확장 DFWMAC-DCF
① 유니캐스트 패킷 송신
@ RTS->CTS->data->ACK
@ RTS, CTS로 연결이 생성되면, SIFS 후에 빠르게 data전송 가능.
@ 만약 sender와 other satation이 RTS를 동시에 보내게 되면 Collision 발생!
-> receiver는 RTS수신 X -> Time Out -> RTS 재전송!
@ 다른 노드들은 RTS, CTS 수신 후 NAV (Network Allocation Vector)설정.
② 데이터 분할(fragmentation)
@ 무선랜의 큰 수준의 비트 오류율
(fragment) 패킷을 작은 단위로 잘라서 보낸다.
: 오류율은 일정하지만, 작은 프레임만 소실되기 때문에 프레임의 오류율이 줄어든다.
@ 문제점
RTS, CTS 너무 많아져 비효율적
@ 해결책
frag = data + RTS
ACK = ACK + CTS
=> 다른 스테이션은 frag, ACK 내부의 예약정보를 이용해 자신들의 NAV조절
* DFWMAC-DCF 한계
'최대 접속 지연시간'이나 '최소 전송 대역폭' 보장 불가.
즉, real time traffic X / best effort traffic O
7) 폴링을 사용하는 DFWMAC-PCF
* real time traffic 가능. starvation 발생을 막아준다.
* 동기화되어 있어 PCF 시작 시간을 알고 있다.
[superframe] ....
|----|----|----|----|----|----|-->
[PCF DCF ][PCF DCF][PCF DCF]
┌ PCF - real time traffic : priority가 높다!
└ DCF - best effort traffic : pCF가 쓰고 남는 부분 사용.
@ t1~t2 : PCF, AP가 폴링을 해
@
4. HIPERLAN
-> network가 smooth해짐.
DCF ┌ CSMA/CA
└ wRTS/CTS
: Starvation 발생 가능성! 실시간 통신에서 사용 불가. best effort traffic!
5) CSMA/CA를 사용하는 기본적인 DFWMAC-DCF
① 기본 동작
(sensing)
노드가 매체를 감지한다.
CCA(Clear Channel Assessment)로 캐리어 감지
(idel)
매체가 DIFS 동안 사용되지 않으면 송신 시작.
(busy, collision)
매체가 사용중이면 노드는 DIFS의 주기동안 기다린 후
충돌을 피하기 위해 슬롯시간의 배수 만큼의 random back-off time 동안 더 기다린다.
(fairness)
백오프 시간동안 다른 노드가 이미 매체를 점유하면 백오프 타이며 중지.
- 다음 매체 경쟁 시, 중지된 이후부터 카운트를 시작해 공정성 부여.
② station 간 경쟁
6) RTS/CTS 확장 DFWMAC-DCF
① 유니캐스트 패킷 송신
@ RTS, CTS로 연결이 생성되면, SIFS 후에 빠르게 data전송 가능.
@ 만약 sender와 other satation이 RTS를 동시에 보내게 되면 Collision 발생!
-> receiver는 RTS수신 X -> Time Out -> RTS 재전송!
@ 다른 노드들은 RTS, CTS 수신 후 NAV (Network Allocation Vector)설정.
② 데이터 분할(fragmentation)
(fragment) 패킷을 작은 단위로 잘라서 보낸다.
: 오류율은 일정하지만, 작은 프레임만 소실되기 때문에 프레임의 오류율이 줄어든다.
@ 문제점
RTS, CTS 너무 많아져 비효율적
@ 해결책
frag = data + RTS
ACK = ACK + CTS
=> 다른 스테이션은 frag, ACK 내부의 예약정보를 이용해 자신들의 NAV조절
* DFWMAC-DCF 한계
'최대 접속 지연시간'이나 '최소 전송 대역폭' 보장 불가.
즉, real time traffic X / best effort traffic O
7) 폴링을 사용하는 DFWMAC-PCF
* real time traffic 가능. starvation 발생을 막아준다.
* 동기화되어 있어 PCF 시작 시간을 알고 있다.
|----|----|----|----|----|----|-->
[PCF DCF ][PCF DCF][PCF DCF]
┌ PCF - real time traffic : priority가 높다!
└ DCF - best effort traffic : pCF가 쓰고 남는 부분 사용.
@ t1~t2 : PCF, AP가 폴링을 해
@
4. HIPERLAN
5. 블루투스
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