Chapter 14 무선 LAN (Wireless LAN)

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Chapter 14무선 LAN

(Wireless LAN)

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14 14 장 무선랜장 무선랜

14.1 IEEE 802.11

14.2 블루투스

14.3 요 약


14.1 IEEE 802.1114.1 IEEE 802.11

Topics discussed in this section:Topics discussed in this section:

IEEE IEEE 에서는 에서는 IEEE 802.11IEEE 802.11 이라 불리는 무선 이라 불리는 무선 LANLAN에 대한 규격을 정의 했는데에 대한 규격을 정의 했는데 , , 이는 물리층과 이는 물리층과 데이터링크층을 포함하는 것이다데이터링크층을 포함하는 것이다 ..

ArchitectureArchitectureMAC SublayerMAC Sublayer

Physical LayerPhysical Layer


IEEE 802.11IEEE 802.11 (( 계속계속 ))

IEEE 802.11

■ 무선 LAN 에 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)

▶ AP 를 가진 2 개 이상의 BSS 로 구성

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IEEE 802.11IEEE 802.11 (( 계속계속 ))

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A BSS without an AP is called an ad hoc network;

a BSS with an AP is called an infrastructure network.

AP 가 없는 BSS 는 에드 혹 (ad hoc) 네트워크라 부르고 ,

AP 를 가진 BSS 는 기반구조 네트워크라 부른다 .


IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 )) Basic service sets(BSSs)

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 )) Extended service sets(ESSs)

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

지국 유형 – 이동성 기반

■무전이 이동성 (NO-Transition Mobility)▶고정이거나 하나의 BSS 안에서 움직이는 경우

■BSS 전이 이동성 (BSS-Transition Mobility)▶한 BSS 에서 다른 BSS 이동은 가능하지만 ESS 내에서 한정

■ESS 전이 이동성 (ESS-Transition Mobility)▶한 ESS 에서 다른 ESS 이동 가능

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

MAC layers in IEEE 802.11 표준에서 MAC 부계층

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

분산 조정함수 (DCF, distributed coordination function)

■ 매체 접속에 CSMA/CA 사용

■ 무선 LAN 에서 CSMA/CD 를 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 .

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 )) CSMA/CA flowchart

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

CSMA/CA 순서도

1. 프레임을 보내기 전 , 발신 지국도 반송 주파수의 에너지 레벨을 검사해서 매체 감시a. 채널이 유휴상태 (idle) 일 때까지 백 오프 (backoff) 값으로 지속성 전략

(persistence strategy) 사용b. 채널이 사용되지 않는 것을 알게 되면 DIFS(distribute interframe space)

라는 시간동안 기다린 후 , RTS(Request to Send) 라는 제어 프레임을 보낸다 .

2. 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 .

3. SIFS 와 같은 시간을 기다린 후 데이터를 보낸다 .4. SIFS 와 같은 시간을 기다린후 확인 응답 프레임을 보낸다 .

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 )) CSMA/CA and NAV

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

네트워크 할당 백터 (NAV, Network Allocation Vector)

■ 충돌 회피를 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

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

핸드 쉐이킹 동안의 충돌

■ 제어 프레임인 RTS 와 CTS 전송 시간에 생기는 충돌

■ 두 지국이 동시에 RTS 를 보낼 수 있음

■ 수신자로부터 CTS 를 받지 못하면 충돌 발생으로 간주

■ 백오프 전략 사용가능하며 , 재전송 시도

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

포인터 조정 함수 (PCF, Point Coordination Function)

■ 기반 구조 네트워크에서 구현되는 접근 방법

■ 중앙 집중적이고 충돌 없는 폴링 (polling) 접근 방법

■ DCF 보다 PCF 가 우선권을 얻기 위해 PIFS(PCF IFS) 와 SIFS 사용

■ SIFS 는 DCF 에서와 같지만 PIFS 는 DIFS 보다 짧다 .

■ 지국이 동시에 DCF 를 사용하고 AP 가 PCF 를 사용하면 , AP 가 우선권을 가짐

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

반복 구간 (repetition interval)

■ DCF 보다 PCF 가 우선권이 있기 때문에 DCF 만을 사용하는 지국은 매체 접근 권한을 획득하지 못함

■ 충돌 없는 PCF 와 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

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 )) Example of repetition interval

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

프레임 형식 (Frame format)

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

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) : 6 바이트 길이의 4 개의 주소

■ 순서 제어 (SC, sequence control) : 프레임의 순서 제어

■ 프레임 몸체 (frame body) : 정보 (0~2312 바이트 길이 )

■ FCS(frame check sequence) : CRC-32 오류 검출 정보

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 )) Subfields in FC field

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

프레임 종류

■ 관리 프레임 (management frame) : AP 와 지국의 초기 통신에 사용

■ 제어 프레임 (control frame) : 채널 접근과 확인 응답 프레임을

위해 사용

■ 데이터 프레임 (data frame) : 데이터 및 제어 정보

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

제어 프레임(Control frames)

■ 채널 접근과 확인 응답 프레임에 사용

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 )) Values of subfields in control frames

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

주소 체계(Addresses)

■ 플래그 값에 따라 4 가지 경우 정의

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

Addressing mechanisms

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

숨겨진 지국 문제 ( Hidden station problem)

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

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The CTS frame in CSMA/CA handshake can prevent collision from

a hidden station.

CSMA/CA 핸드쉐이크의 CTS 프레임은 숨겨진 지국으로부터 충돌을 방지할 수 있다 .


IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

숨겨진 지국 문제를 예상하기 위해 핸드쉐이크 사용

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

노출된 지국 문제 (Exposed station problem)

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

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노출된 지국 문제를 해결하기 위해 핸드쉐이크 사용


IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

물리층

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

Industrial, scientific, and medical (ISM) band

■ 적외선을 제외한 모든 구현에 사용

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 )) Physical layer of IEEE 802.11 FHSS의 물리층 사용

■ 2.4 GHz 대역 사용■ 79개의 1 MHz 대역 사용

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

Physical layer of IEEE 802.11 DSSS의 물리층

■ 2.4 GHz ISM 대역 사용

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

IEEE 802.11 적외선의 물리층

■ 800에서 95 mm 적외선 파장 사용■ 펄스 위치 변조(pulse position modulation)기술 사용

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

IEEE 802.11a OFDM

■ 5 GHz ISM 대역 사용

■ 대역은 52 개의 부대역으로 나뉘는데 , 48 대역은 48 비트 그룹 통신 , 4 개의 부대역은 제어 정보 송신

■ 모든 부대역은 주어진 시간 동안 한 송신자에 의해 사용

■ 변조를 위해 PSK(18 Mbps) 와 QAM(54 Mbps) 사용

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 )) IEEE 802.11b의 물리층

■ 2.4 GHz ISM 대역 사용■ 고속(high rate DSSS) 방법 사용■ 1, 2, 5.5, 11 Mbps 데이터율 제공

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IEEE 802.11 (IEEE 802.11 ( 계속계속 ))

IEEE 802.11g

■ 2.4 GHz ISM 대역 사용

■ 오류 교정과 OFDM 기술 이용

■ 22 나 54 Mbps 전송율

■ 802.11b 와 호환 되지만 변조기술은 OFDM 사용

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14.2 14.2 블루투스블루투스 (BLUETOOTH)(BLUETOOTH)

Topics discussed in this section:Topics discussed in this section:

블루투스블루투스 ((BluetoothBluetooth)) 는 전화기는 전화기 , , 노트북노트북 , , 컴퓨터컴퓨터(( 데스크탑과 랩탑데스크탑과 랩탑 ), ), 카메라카메라 , , 프린터프린터 , , 커피메이커 커피메이커 등과 같은 서로 다른 기능을 가진 장치를 연결하기 등과 같은 서로 다른 기능을 가진 장치를 연결하기 위해 설계된 무선 위해 설계된 무선 LAN LAN 기술이다기술이다 . . 블루투스 블루투스 LANLAN은 네트워크가 자발적으로 형성되는 애드 혹 은 네트워크가 자발적으로 형성되는 애드 혹 네트워크이다네트워크이다 ..

ArchitectureArchitectureBluetooth LayersBluetooth LayersBaseband LayerBaseband Layer

L2CAPL2CAP


블루투스블루투스 (( 계속계속 ))▶ 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

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블루투스블루투스 (( 계속계속 ))

피코넷 (piconet)

■ 블루투스 네트워크

■ 8 개의 지국으로 구성

■ 하나는 주국 (primary), 나머지는 종국 (Secondary)

■ 일 - 대 - 일 또는 일 - 대 - 다 통신 가능

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블루투스블루투스 (( 계속계속 )) Piconet

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스캐터 넷 (Scatternet)

■ 피코넷이 합쳐져서 이루어진 네트워크

■ 현 피코넷의 종국이 다른 피코넷의 주국이 됨

블루투스 장치

■ 무선 전송기

■ 2.4 GHz 대역에서 1Mbps 데이터율

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블루투스블루투스 (( 계속계속 )) Scatternet

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블루투스 계층 구조

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블루투스블루투스 (( 계속계속 )) 무선층 (radio layer)

■ 대역▶ 79 개의 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 1 은 반송 주파수보다 높은 값으로 표현▶ 비트 0 은 반송 주파수보다 낮은 값으로 표현

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기저대역층 (baseband layer)■ LAN 에서의 MAC 부계층과 비슷■ 마스터와 슬레브는 타임 슬롯 (time slot) 을 사용 통신■ 타임 슬롯 길이는 거주시간 (625ms) 와 동일

TDMA■ 접근 방식으로 TDMA 사용■ TDD-TDMA(time division duplexing TDMA)■ 반이중 양방향 통신

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단일 종국 통신

■ 주국과 종국이 반이중 통신

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다중 – 종국 통신

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물리 링크

1. 동기 연결 지향 (Synchronous Connection-oriented)

▶ 대기 시간 ( 데이터 전송시 지연 ) 을 피하는 것이 무결성 보다 중요할때 사용

▶ 주국과 종국간에 규칙적인 간격에서 특정 틈새 예약

▶ 실시간 오디오에 사용

2. 비동기 무연결 링크 (Asynchronous Connectionless link)

▶ 무결성 ( 오류 없는 전송 ) 이 지연을 피하는 것보다 중요할 때 사용

▶ 프레임에 캡슐화도 페이로드가 손상되면 재전송

▶ 데이터율은 최대 721 kbps 까지

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프레임 형식 유형

▶ 1-슬롯 626ms – 259ms = 366ms 필요

▶ 2-슬롯 3×625ms – 259ms = 1,616ms

▶ 5-슬롯 5×625ms – 259ms = 2,866ms

■ 프레임 형식

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접근 코드 (access code)■ 피코넷의 프레임간의 구별

헤더■ 주소 : 7 개까지 슬레이브 지정■ 유형 : 상위 계층 데이터 유형 정의■ F. : 흐름 제어■ A. : 확인 응답■ S. : 순서 번호■ HEC. : 헤더 오류 정정

페이로드■ 0~2,740 비트의 길이

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L2CAP

■ LAN 에서의 LLC 부계층과 비슷

■ 다중화

■ 분할 및 재조립

■ 서비스 품질

■ 그룹 관리

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L2CAP 데이터 패킷 형식


14.3 14.3 요약요약


Report

■ 연습 문제 풀이

■ 다음주 이 시간까지

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