무선LAN과 무선 미디어

🌞 무선 LAN 기술

• 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 대이상의 컴퓨터가 무선으로 연결된 상태의 LAN

• 대역확산 : 여러명의 사용자가 같은 시간에 같은 주파수에서 동시에 정보를 다중으로 전송하되 서로 직교성을 가진 코드를 사용하여 정보전달

• 전자기파 기반의 주파수도약 확산스펙트럼 기술(FHSS)이나 또는 직접 시퀀스 확산스펙트럼 기술(DSSS), 혹은 OFDM변조 기술을 사용하여, 제한된 지역 안에 있는 장치나 기기끼리 상호간 데이터통신을 가능하게 하는 LAN 기술
  -OFDM은 직교 주파수 분할 다중화 방식으로, 서로 간섭하지 않은 매우 많은 수의 반송파로 데이터를 분산시키는 변조 방식

• 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

🌞 무선 LAN의 전송기술

🌼 IEEE 802.11 물리계층

• IEEE 802.11 물리 계층은 각 비트를 신호로 변환하는 것에 대한 명세를 정의

• 802.11 FHSS, 802.11 DSSS, 802.11a OFDM, 802.11b HR-DSSS, 802.11g OFDM 등 5개의 기술 표준으로 구분

🌼 주파수도약 확산스펙트럼(FHSS)

• 2.4GHz ISM(Industrial, scientific and medical) 주파수 대에서 전송 신호를 만드는 기법

• 전송측은 하나의 캐리어 주파수를 사용하여 일정시간 동안 데이터를 만들어서 전송(캐리어 주파수 = 반송 주파수)

• 그 다음은 또 다른 캐리어 주파수로 도약하여 변경된 주파수를 사용하여 데이터를 만들어서 첫 번째와 같은 시간동안 데이터를 전송

• 이러한 방법으로 n번 수행한 다음에는 다시 첫 번째 과정부터 반복한다.

🌼 IEEE 802.11 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)

• 2.4GHz ISM 대역에서의 신호 생성을 위한 직섭시퀀스 확산 스펙트럼에 관한 것

• 전송측의 원시(source) 데이터는 Pseudorandom binary sequence와 XOR을 수행

• Pseudorandom binary sequence는 짧은 주기의 펄스로 구성된다. 이를 칩핑 시퀀스 혹은 의사 잡음 시퀀스라고 한다.

• 원시 데이터와 칩핑 시퀀스와의 XOR은 보다 넓은 주파수대역을 갖는 신호로 만든다.

🌞 CSMA/CA

• 무선랜 통신에서 반이중 통신에 의해서 발생하는 충돌을 해결하기 위한 방법이다.

🌼 Hidden node 문제

• 무선랜의 경우 공기를 매체로 하여 통신을 하게 된다. 이렇게 되면 문제가 생기는데 그것이 Hidden node 문제이다.

• Hidden node 문제

위에 그림을 설명하자면, AP( A, B, C )가 있다. AP는 거리적으로 특정한 영역에서만 통신이 가능하다. 이 때, B는 A와 C 영역에 들어가 통신이 가능하고, A와 C는 서로 영역밖에 있어서 통신이 불가능 하다고 가정하자. 이 가정에서 A가 B에게 메시지를 보내고 C도 B에게 메시지를 보낸다고 할 때, A의 입장에서 보면 C는 없는 존재이기 때문에 C가 B로 보내는 메시지를 인식하지 못하는 문제가 발생한다. 이 문제는 결국 두개의 메시지가 B로 한꺼번에 송신이 되는 충돌 문제를 발생 시킨다. 이 문제를 해결하기 위해서 사용하는 방법이 CSMA/CA 방법이다.

🌼 RTS, CTS, NAV

• 위에서 Hidden node 문제에 대해서 이야기를 했다. 이 문제를 해결하기 위한 방법이 RTS, CTS, NAV를 이용한 방법이다. 위의 가정을 다시 이용하여 예제를 통해서 설명을 하겠다.

• A가 B로 메시지를 보낸다. 이 때, A는 RTS를 B에게 보낸다. 여기서 RTS는 Duration 즉 내가 데이터를 보내는 작업을 언제까지 할게라는 신호를 보낸다. 이 때 보내진 Duration 즉 기다리는 시간이 NAV이다. NAV시간은 RTS를 보낸 시간부터 흘러가게 된다. 그리고 RTS를 받은 B는 ACK신호로 CTS라는 것을 보낸다. 이 CTS 신호는 C에게도 보내어 B에 연결된 모든 스테이션들에게 NAV 값을 알려주어 메시지를 보내는 것을 차단한다. 이 이후, NAV가 끝났다는 알림인 ACK 신호를 모든 스테이션들에게 보낸다.

cf) DIFS, SIFS : 연산을 위해서 소요되는 짧은 시간

🌼 Back-off 알고리즘

• 다음 알아 볼 것은 Back-off 알고리즘이다. 이 알고리즘은 위 사진의 CW에 해당하는 영역으로 NAV 종료 이후에 두개 이상의 스테이션들이 데이터를 동시에 보내는 것을 막기 위해 존재하는 부분이다.

• NAV 상태가 끝난 후 휴식 시간을 거치지 않고 바로 데이터를 보내게 된다 한다면, 두개의 station이 충돌로 대기 상태라면 이 경우 두개가 동시간에 다시 데이터를 보내어 충돌이 발생할 것이다. 이를 막기 위해서 서로 다른 대기 시간을 갖고 데이터를 보내는 것을 Back-off 라고 한다.

• Back-off의 작동
  1) DIFS기간 동안에 Idle면, 즉시 송신 가능하다. 하지만 busy 하다면 전송을 지연한다.
  2) Idle 해지면, DIFS기간동안 채널을 검사한다.
  3) 랜덤한 Back-off 기간동안 지연을 하고, Back-off 기간동안 Idle 해졌다면 즉시 전송을 개시한다.
  4) Back-off 기간 중 busy 해졌다면, Idle할 떄까지 지연한다. 하지만 현재까지 진행된 backoff timer 값은 유지를 한다.(진행된 backoff 값을 유지하여 먼저 처리를 요청하는 것을 먼저 실행 되게끔 해줬다.)

🌼 Contention Window(CW)

• Back-off 알고리즘의 back-off 기간을 의미하며 CWmin 값과 CWmax 값이 있다. 802.11a/b의 경우 CWmin = 31, CWmax = 1023이다.

• 위의 과정을 통해서 재전송이 성공하면 CWmin 값으로 초기화를 하고, 실패를 하면 값을 2배해준다. CWmax 값 이상으로는 값이 커질 수 없다.

🌼 분할된 프레임의 전송과정

• SIFS 시간만을 대기하고 fragment 프레임들을 전송한다. NAV값을 늘려준다. 마지막 프레임은 NAV=0 으로 해주어 채널에 대한 독점권을 반환한다.

🌼 브로드캐스트 프레임의 전송과정

• AP 주의 모든 단말들의 들어야 할 프레임 전송, ACK 필요 없음
  ex) 비컨

🌞 매니지먼트 기능부에 의한 연결절차

🌼 연결절차

• 능동탐색 : 각 채널마다 능동적으로 프로브 요청 메시지 방송, 각 AP로부터 프로브 응답 수신 ( 클라이언트가 주체 )

• 수동탐색 : 각 채널마다 AP로부터의 비컨 메시지 수신, 에너지 절약되나 오랜 탐색 시간 ( 서버가 주체 )

🌼 능동탐색과정

• Min 내에 응답이 오면, 다른 응답을 기다리기 위해 max 값으로 다시 기다림
  

🌼 수동탐색과정

Question : 위의 그림이 무엇을 하는건지 잘 모르겠다..

🌞 IEEE 802.11 무선 LAN 기술표준

• IEEE 802.11a
  1) 5GHz 주파수대역에서 동작하는 물리계층과 MAC계층
  2) OFDM방식을 이용하여 6~54Mbps까지 데이터 전송률이 가능하다

• IEEE 802.11b
  1) 기존 2.4GHz 대역을 사용하는 무선LAN의 낮은 전송률을 보완하는 규격 5.5Mbps~11Mbps의 물리계층 전송률 제공
  2) 2.4GHz ISM밴드를 이용, DSSS 방식으로 11Mbps의 전송속도를 제공

• IEEE802.11b망의 채널 활용
  
  22MHz 대역을 사용하는 IEEE802.11b 망은 13개의 채널을 이용 할 수 있다. 이 중에서 서로 간섭을 하지 않고 사용하는 쌍의 채널중 하나는 1,6,11 채널이 있다.
  이외에도 2,7,12 / 3,8,13 등 쌍이 있다.