Chapter 6 무선 네트워크와 Mobile IP

Chapter6 : 목차 6.1 무선 LAN 6.2 다른 무선 네트워크 6.3 MOBILE IP 1.#

6-1 무선 LAN 무선 통신은 빠르게 발전하는 기술 중 하나 케이블 없이 연결되는 장치에 대한 필요성은 어디에서나 증가하고 있음 무선 LAN은 대학교나 사무실 빌딩, 공공장소에서 사용 됨 1.#

6.1.1 개요 구조적 비교 매체 호스트 고립 LAN (Isolated LAN) 다른 네트워크로의 연결 6.1.1 개요 구조적 비교 매체 유선 LAN은 선을 사용하고 무선 LAN은 공기를 사용 호스트 유선 LAN은 고정된 링크 계층 주소 지점의 네트워크로 연결 고립 LAN (Isolated LAN) 유선 고립 LAN은 하나의 호스트 그룹이 링크 계층 스위치를 통하여 연결 무선 LAN은 서로에게 자유롭게 통신하는 호스트 그룹 다른 네트워크로의 연결 유선 LAN은 라우터를 통하여 무선 LAN은 AP를 통하여 연결 환경 간의 이동 (Moving between Environment) 1.#

[그림 6.1] 고립 LAN : 유선과 무선 무선 LAN에는 링크 계층 스위치의 개념이 존재하지 않음 1.#

6.1.1 개요 특성 감쇠 간섭 다중경로 전파 오류 전사기 신호의 세기가 급격히 감소 6.1.1 개요 특성 감쇠 전사기 신호의 세기가 급격히 감소 간섭 의도된 송신기에서 보낸 신호만 수신하는 것이 아니라 같은 주파수 대역의 신호를 같이 수신 다중경로 전파 벽이나 지면, 사물과 같은 장애물에 반사 될 수 있음 오류 SNR(signal to noise ratio)의 측정레벨 1.#

[그림 6.2] 유선 LAN과 무선 LAN에서 다른 네트워크로의 연결 1.#

6.1.1 개요 접근제어 감쇠 간섭 다중경로 전파 오류 전사기 신호의 세기가 급격히 감소 6.1.1 개요 접근제어 감쇠 전사기 신호의 세기가 급격히 감소 간섭 의도된 송신기에서 보낸 신호만 수신하는 것이 아니라 같은 주파수 대역의 신호를 같이 수신 다중경로 전파 벽이나 지면, 사물과 같은 장애물에 반사 될 수 있음 오류 SNR(signal to noise ratio)의 측정레벨 1.#

[그림 6.3] 숨겨진 지국 문제 1.#

6.1.2 IEEE 802.11 구조 기본 서비스 세트(BSS, basic service set) 고정 또는 이동하는 무선국과 접근점(AP, access point)라는 중앙 기지국으로 구성 확장 서비스 세트(ESS, extended service set) AP를 가진 2개 이상의 BSS로 구성 보통 유선 LAN인 분산 시스템을 통해 연결 지국 유형 무선 LAN에서 이동성을 기반으로 무전이, BSS전이, ESS 전이의 유형을 정의 움직이는 동안 연속적인 통신을 보장하지 않음 1.#

[그림 6.4] 기본 서비스 세트(BSS) 1.#

[그림 6.5] 확장 서비스 세트(ESS) 1.#

6.1.2 IEEE 802.11 MAC 부계층 분산조정함수(DCF, distributed coordination function) CSMA/CA 무선 네트워크에서는 유선 네트워크와 달리 충돌을 감지할 수 없음 충돌 회피를 하는 반송파 감지 다중 접근을 고안 프레임 간 공간 유지 상태인 것으로 알려져도 전송을 늦추어 충돌 회피 휴지 상태의 채널이 발견되면 지국은 즉시 전송 중지 프레임 간 공간이라고 불리는 일정시간을 기다림 1.#

[그림 6.6] IEEE 802.11 표준안에서의 MAC 계층 1.#

[그림 6.7] CSMA/CA 순서도 1.#

6.1.2 IEEE 802.11 MAC 부계층 경쟁 구간 확인응답 시간 틈새로 나뉘어져 있는 일정 시간 전송할 준비가 되어 있는 지국은 임의의 수를 선택하여 그만큼 기다리고 틈새의 수는 지수 대기 전략에 따라 달라짐 처음에는 한 개 틈새로 시작하다가 매번 휴지 채널을 발견하지 못할 때마다 두 배씩 틈새를 늘려감 확인응답 전송 도중에 데이터가 손상될 수도 있음 확인응답과 타임 아웃을 사용하여 수신사가 프레임 수신을 보장 1.#

[그림 6.8] 다툼 구간 1.#

[그림 6.9] CSMA/CA와 NAV 1.#

6.1.2 IEEE 802.11 네트워크 할당 벡터 핸드쉐이킹 동안의 충돌 숨겨진 지국 문제 RTS 프레임을 보낼 때 채널 점유에 필요한 시간을 포함하는 전송에 영향을 받는 지국은 네트워크 할당 벡터라고 불리는 타이머를 만듬 다른 지국의 채널이 사용 중인지 확인하기 전에 얼마의 시간을 보내야 하는지 알려줌 핸드쉐이킹 동안의 충돌 충돌을 감지할 수 있는 수단이 없기 때문에 수신자로 부터 CTS 스레임을 못하면 송신자는 충돌이 발생했다고 가정 백오프 전략이 사용되며, 송신자는 재전송을 시도 숨겨진 지국 문제 RTS와 CTS 같은 핸드쉐이크 프레임을 사용 1.#

6.1.2 IEEE 802.11 포인트 조정함수(PCF, point coordination function) 단편화 에드 혹 네트워크가 아닌 기반구조 네트워크에 구현되어 있는 선택적인 접근 방법 PCF는 중앙 집중적이고 충돌이 없는 폴링 접근 방법 단편화 무선 환경은 아주 잡음이 많음, 손상된 프레임은 재전송 되어야 함 프로토콜에서 큰 프레임을 작은 프레임으로 나누는 단편화를 권고 프레임 형식 MAC 계층 프레임은 9개의 필드로 구성되어 있음 프레임 제어 (FC, frame control) 필드는 2바이트의 길이를 가지고 있으며 프레임의 종류 및 정보 정의 1.#

[그림 6.10] 반복구간의 예 1.#

[그림 6.11] 프레임 형식 1.#

[표 6.1] FC 필드의 부필드

6.1.2 IEEE 802.11 프레임 종류 주소 체계 관리 프레임(Management frame) 지국과 AP와의 통신 초기에 사용 제어 프레임(Control frame) 채널에 접근할 때와 확인응답 프레임을 위해 사용 데이터 프레임(Data frame) 데이터 및 제어 정보를 전송할 때 사용 주소 체계 IEEE892.11 주소 체계는 FC 필드의 To DS와 From DS의 2개의 플래그 값에 따라 4가지 경우 정의 1.#

[그림 6.12] 제어 프레임 1.#

[표 6.2] 제어 프레임에서 부유형 필드의 값

[표 6.3] 주소

[그림 6.13] 주소 체계 1.#

[그림 6.14] 노출된 지국 문제 1.#

6.1.2 IEEE 802.11 물리 계층 IEEE 802.11 FHSS (freguency-hopping spread spectrum) 주파수 도약 확산 스펙트럼 방법을 사용하며, 2.4GHz 대역을 사용 대역은 1MHz의 대역폭으로 79개 부대역으로 나뉨 의사난수생성기가 도약순서를 선택하고 ,1 또는 2bits/baud를 가진 2레벨 FSK나 또는 4레벨 FSK이며, 1 또는 2Mbps의 데이터율을 가짐 IEEE 802.11 DSSS (direct sepuence spread spectrum) 직접 순서 확산 스펙트럼 방법을 사용하며 2.4GHz ISM 대역을 이용 변조기술은 1Maud/s에서 PSK이고 시스템은 1 또는 2 bits/baud 를 허용하여 1 또는 2 Mbps의 데이터율을 가짐 1.#

[표 6.4] 명세서

[그림 6.15] IEEE 802.11 FHSS의 물리 계층 1.#

[그림 6.16] IEEE 802.11 DSSS의 물리 계층 1.#

6.1.2 IEEE 802.11 물리 계층 IEEE 802.11 적외선 IEEE 802.11b DSSS 변조 기술은 파동 위치 변조(PPM, pulse position modulation) 사용 1Mbps 데이터 전송률에는 4비트 순서가 오직 하나의 비트가 1로 나머지는 0으로 설정되어 잇는 16비트 순서로 처음 매핑 IEEE 802.11a OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing) 5GHz ISM 대역에서 신호 생성을 위해 직교 주파수 분할 다중화 방식 사용 IEEE 802.11b DSSS 2.4GHz ISM 대역에서 신호 생성을 위해 HR-DSSS(high rate DSSS) 방법 사용 CCK(complementary code keying) 부호화 방법을 제회하고는 DSSS와 유사 함 1.#

[그림 6.17] IEEE 802.11 적외선의 물리 계층 1.#

[그림 6.18] IEEE 802.11b 물리 계층 1.#

6.1.2 IEEE 802.11 물리 계층 IEEE 802.11g 적외선 IEEE 802.11n 오류 정정과 2.4GHz ISM 대역을 사용하는 OFDM으로 정의 변조 기술은 22나 54 Mbps 전송률을 이룸 IEEE 802.11n 무선 LAN의 처리량을 증가시킨 것으로 높은 비트율 뿐 아니라 필요하지 않은 오버헤드를 제거함 표준은 무선 LAN에서 잡음 문제를 극복하기 위하여 MIMO (Multiple-input Multilpe-output)을 이용 이 프로젝트의 몇몇의 구현은 600Mbps의 데이터율까지 도달 1.#

6.1.3 블루투스 구조 피코넷 (piconet) 스캐터넷 (scatternet) 블루투스 장치 6.1.3 블루투스 전화기, 노트북, 컴퓨터, 카메라, 프린터, 커피메이커, 등과 같은 서로 다른 기능을 가진 장치를 연결하기 위해 설계된 무선 LAN 기술 구조 피코넷 (piconet) 지국을 8개까지 가질 수 있으며, 주국과 종국으로 되어 있음 스캐터넷 (scatternet) 피코넷은 프캐터넷이라는 것을 형성하기 위해 합쳐질 수 있음 한 피코넷 안에 있는 종국 지국은 다른 피코넷에서 주국이 될 수 있음 블루투스 장치 내부에 장착된 짧은 영역을 가진 무선 전소기를 가지고 있음 현재 데이터율은 2.4GHz 대역에서 1Mbps IEEE 802.11b 무선 LAN과 블루투스 사이에 간섭이 생길 가능성이 있음 1.#

[그림 6.19] 피코넷 (piconet) 1.#

[그림 6.20] 스캐터넷 (scatternet) 1.#

[그림 6.21] 블루투스 계층 1.#

6.1.3 블루투스 블루투스 계층 L2CAP [그림 6.22] L2CAP 데이터 패킷 형식 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜 6.1.3 블루투스 블루투스 계층 L2CAP 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜 Logical link control and adaptation protocol LAN에서 LLC 부게층과 대략적으로 유사 ACL 링크에서 데이터를 교환하는 데 사용되고 SCO 채널은 사용 안함 [그림 6.22] L2CAP 데이터 패킷 형식 1.#

6.1.3 블루투스 다중화 분할 및 재조립 (Segmentation and Reassembly) 서비스 품질(Qos) 6.1.3 블루투스 다중화 송신자 측에서 상위 계층 프로토콜 중 하나로부터 데이터를 받아들인 후 프레임 형태로 만들고, 전달을 위해 기저대역 계층으로 보냄 수신자 측에서 기저대역으로부터 프레임을 받아들여 데이터를 추출 분할 및 재조립 (Segmentation and Reassembly) 기저대역의 페이로드 필드의 최대크기는 2774비트 또는 343바이트 임 패킷과 패킷 길이를 정의하기 위한 4바이트를 가지고, 패킷을 발신지에서 분할하고 목적지에서 재조립 함 서비스 품질(Qos) 지국의 서비스 품질 레벨을 정의하도록 허용하고 있음 최선을 다하는 최선 노력 서비스를 기본으로 함 그룹 관리 다른 기능은 장치들 간에 일종의 논리적인 주소지정을 하도록 허용 1.#

6.1.3 블루투스 기저대역 계층 LAN에서의 MAC 부계층과 비슷하며 TDMA를 사용 함\ 6.1.3 블루투스 기저대역 계층 LAN에서의 MAC 부계층과 비슷하며 TDMA를 사용 함\ 타임 슬롯을 사용하여 통신하고 길이는 거주시간 625us와 같음 TDMA(time division duplex) TDD-TDMA를 사용하는 데, 종국에서 반이중 양방향 통신의 한 종류로써 송신자와 수신자가 데이터를 송신하고 수신할 수 있지만, 동시에 이루어지지 않음 단일 종국 통신 피코넷에 하나의 종국만 있다면, TDMA는 매우 단순하게 동작 함 주국은 짝수 슬롯을 사용하고 종국은 홀수 슬롯을 사용 함 다중 종국 통신 주국은 짝수 슬롯을 사용하지만, 한 종국이 이전 슬롯의 패킷에 의해 지정되었다면, 다음 홀수 슬롯에 전송 1.#

[그림 6.23] 단일 종국 통신 1.#

[그림 6.24] 다중 종국 통신 1.#

6.1.3 블루투스 물리 링크 주국과 종국 간에 SCO 링크와 ACL 링크의 2가지 종류가 만들어 짐 6.1.3 블루투스 물리 링크 주국과 종국 간에 SCO 링크와 ACL 링크의 2가지 종류가 만들어 짐 SCO 동기 연결 지향 (synchronous connection-oriented) 링크는 대기 시간을 피하는 것이 무결성 보다 중요할 때 사용 SCO에서 물리 링크는 주국과 종국 간에 규칙적인 간격에서 특정한 슬롯을 예약하는 것으로 만들어짐 ACL 비동기 무연결 링크 (asychronous connectionless link) 데이터 무결성이 지연을 파하는 것보다 중요할 때 사용 링크 유형은 프레임에 캡슐화된 페이로드가 손상되면 프레임 재전송 1.#

6.1.3 블루투스 프레임 형식 [그림 6.25] 프레임 유형의 형식 6.1.3 블루투스 프레임 형식 기저대역 계층에서 프레임은 1슬롯, 3슬롯, 5슬롯 중 하나의 형태 [그림 6.25] 프레임 유형의 형식 48 1.#

6.1.3 블루투스 접근 코드 72비트의 필드는 일반적으로 동기비트와 한 피코넷의 프레임을 다른 피코넷과 구별하기 위한 주국의 식별자를 포함 헤더 주소 : 3비트의 주소 부필드는 7개까지의 종국을 정의 F : 흐름제어 A : 확인응답 S : 순서 번호 HEC : 헤더영역에 대한 오류 검출을 위한 검사 합 페이로드 0~2,740비트의 길이를 가짐 상위 계층에서 넘어오는 데이터나 제어 정보가 포함 1.#

6.1.3 블루투스 무선 계층 대역 79개의 채널로 나뉘어진 2.4 GHz ISM 대역을 사용 FHSS 6.1.3 블루투스 무선 계층 대역 79개의 채널로 나뉘어진 2.4 GHz ISM 대역을 사용 FHSS 간섭을 피하기 위해 주파수 도약 확산 스펙트럼 방식을 사용 변조 GFSK를 사용하며, FSK는 반송파 주파수를 가지고 있음 MHz 단위의 반송 주파수는 각 채널에서 아래의 식으로 표현   1.#

6.1.4 WiMAX 구조 기지국 (Base station) 가입자 지국 휴대용 장치 Worldwid Interoperability for Microwave Access (WiMAX) IEEE 802.16과 802.16e로 케이블 모뎀 전화DSL 서비스의 ”최종단계” 브로드밴드 무선 접근 대한으로 제공하기 위한 목적 구조 기지국 (Base station) 기본 구성 단위는 무선과 안테나 무선은 전송기와 수신기를 가지고 있으며 2~11GHz 주파수를 전송 SDR (Software Defined Radios) 시스템을 사용 가입자 지국 고객 댁내 장지 (CPE, customer premises equipment) 사용 가입자 단위로 불리며, 실내용과 실외용으로 이용할 수 있음 휴대용 장치 핸드셋, PC 주변 장치, 소비자 전자 장치, 등 휴대용 장치에 관심이 높아짐 1.#

6.1.4 WiMAX 데이터링크 계층 WiFi에서 MAC은 경쟁 접근을 사용되지만, WiMAX에서는 스케줄링 알고리즘을 사용 물리 계층 802.16e-2005는 이동성 지원을 위한 2~11GHz 범위, 확장 OFDMA, MIMO 안테나, 용량을 명시 응용 WiMAX는 현존하는 전화 회사의 구리선과 무선 통신망, 케이블 TV의 동축 케이블 기반구조를 포함하는 여러 통신 기반구조에게 비용 효율이 높은 선택을 제공하는 것을 목적으로 함 1.#

6-2 다른 무선 네트워크 유비쿼터스의 무선전화 통신에 대해 논의 접속 방법인 채널화에 대해 논의 채널화는 무선전화와 다른 무선 네트워크에서 사용 됨 1.#

6.2.1 채널화(Channelization) 주파수 분할 다중 접근 시분할 다중 접근 FDMA (frequency-devision multiple access) 가용 대역폭을 주파수 띠로 나누어 각 지국에 배정 각 띠는 지국에 할당되어 항상 해당 지국만 사용 지국 사이의 방해를 방지하기 위하여 각 띠 대역은 보호대역으로 떨어져 있게 됨 시분할 다중 접근 TDMA (time-division multiple access) 지국들이 시간상에서 채널을 공유 각 지국은 자신이 데이터를 전송할 수 잇는 시간 틈새를 할당 받음 할당 받은 시간 틈새에 자신의 데이터를 전송 지연을 보상하기 위해 보호 시간을 사용 1.#

[그림 6.26] 주파수 분할 다중 접근(FDMA) 1.#

[그림 6.27] 시분할 다중 접근(TDMA) 1.#

6.2.1 채널화(Channelization) 코드 분할 다중 접근 CDMA (code-division multiple access) 최근 전자공학 기술의 발전으로 인해 구현이 가능하게 됨 CDMA는 오직 하나의 채널이 전체 대역을 다 차지함 모든 지국에 동시에 전송한다는 점에서 TDMA와 다르며 시간 상 공유하지 않음 1.#

[그림 6.28] 코드 사용 토신간의 간단한 이해 1.#

6.2.1 채널화(Channelization) 칩스 데이터 표현 CMDA는 코드 이론에 근거하고 있으며, 각 지국은 코드를 할당 받으며 이 코드는 칩(chip)이라고 함 임의로 선택한 것이 아니라 주의 깊게 선택된 것을 직각순열 이라 함 각 수열은 N개의 요소로 되어있으며 N은 지국의 수 수열을 어떤 수로 곱하면 각 요소는 그 수로 곱해짐 (스칼라 곱) 서로 같은 두 수열을 곱하면 요소 별로 곱하여 그 합이 결과가 됨 요소 별로 서로 다른 두 수열을 곱하여 그 합이 결과가 되며 그 값은 0 두 수열을 더 하는 것은 해당 요소를 더하는 것임 데이터 표현 지국이 0비트를 보낼 필요가 있으면 -1로 코딩하며 1비트를 보내려면 +1로 표시 지국이 휴지 상태이면 아무 신호도 보내지 않고, 0으로 해석 1.#

[그림 6.29] 칩 순열 1.#

[그림 6.30] CDMA에서의 데이터 표현 1.#

6.2.1 채널화(Channelization) 부호화와 복호화 신호 준위 1번과 2번 지국이 0비트를 전송하고 4번 지국은 1비트를 전송하면, 3번 지국은 휴지 상태 송신 측에서의 데이터는 각각 -1, -1, 0, +1로 바뀌고 각 지국은 데이터를 각 지국에 따라 유일한 자신의 칩으로 곱 결과 값은 새로운 수열이 되어 이 수열을 채널로 전송 모든 지국이 결과 수열을 동시에 채널에 올린다고 하면 채널에서의 수열은 앞에서 정의한 네 수열의 전체 합 휴지 상태에 있는 3번 지국이 2번 지국의 소리를 들으려 하면, 3번 지국은 채널에 있는 전체 데이터를 2번 지국의 코드인 [+1 -1 +1 -1]로 곱 [ -1 -1 -3 +1] · [ +1 -1 +1 -1 ] = -4 -4/4 = -1 ~> bit 0 신호 준위 1.#

[그림 6.31] CDMA에서의 채널 공유 1.#

[그림 6.32] CDMA의 네 개의 지국에서 생성된 디지털 신호 1.#

[그림 6.33] CDMA에서의 복합 신호의 복호화 1.#

6.2.1 채널화(Channelization) 수열생성 [그림 6.34] 월쉬 표의 생성에 대한 일반 법칙과 예 칩 수열을 생성하기 위해서는 동일한 개수의 열과 행을 갖는 2차원 표인 월쉬 표(Walsh table)를 사용 [그림 6.34] 월쉬 표의 생성에 대한 일반 법칙과 예 1.#

Example 6.1 Find the chips for a network with a. Two stations b. Four stations

Example 6.2 What is the number of sequences if we have 90 stations in our network?

Example 6.3 Prove that a receiving station can get the data sent by a specific sender if it multiplies the entire data on the channel by the sender’s chip code and then divides it by the number of stations.

6.2.2 셀 방식 전화 셀 방식 전화는 이동국(MS, mobile station)으로 부르는 두 이동 단위 사이 또는 하나의 이동 단위와 육상 단위로 부르는 고정 단위 사이에 통신을 제공 셀은 하나의 안테나를 포함하는 기지국(BS, base station)에 의해 제어 가 기지국은 이동교환센터(MSC, mobile switching center)에 의해 제어 [그림 6.35] 셀 방식 시스템 1.#

6.2.2 셀 방식 전화 주파수 재사용 원칙 [그림 6.36] 주파수 재사용 패턴 셀은 간섭 있을 수 있기 때문에 같은 주파수를 통신에 사용할 수 없음 주파수는 한정되어 있기 때문에 재 사용 되어야 함 주파수 재사용 패턴은 각 셀이 유일한 주파수 집합을 사용하는 N셀 구성 N은 재사용 인자 (reuse factor) [그림 6.36] 주파수 재사용 패턴 1.#

6.2.2 셀 방식 전화 전송 이동국에서 전화호출을 하면 강한 신호를 가진 설정 채널을 찾고, 채널을 이용하여 가장 가까운 기지국에 데이터를 보냄 기지국은 데이터를 MSC로 중계, MSC는 데이터를 전화 중앙국으로 송신 피호출자가 전화를 받을 수 있으면 연결되고 결과가 MSC에 역으로 중계 MSC가 사용하지 않는 음성 채널을 할당하면 연결 설정, 자동적으로 새로운 채널로 주파수 조정을 하면 통신이 시작 수신 이동국이 호출될 때는 전화 중앙국이 MSC로 번호를 전송, MSC는 페이징 과정에서 각 셀에 질문 신호를 전송하여 이동국의 위치를 찾음 이동국이 발견되면 MSC는 벨소리 신호를 전송하고, 이동국이 응답할 때 호출에 대한 음성 채널을 할당하여 음성 통신이 시작 1.#

6.2.2 셀 방식 전화 핸드오프 통화 중에 이동국이 한 셀에서 다른 셀로 이동할 수 있으며, 신호가 약해 질 수 있음 MSC는 몇 초마다 신호 레벨을 감시하고, 만약 신호 세기가 약해지면 MSC는 새로운 셀을 찾음 하드 핸드오프(Hard Handoff) 초기 시스템에서 사용하였으며, MS가 한 셀에서 다른 셀로 이동할 때, 새로운 기지국과 통신이 설정되기 전에 이전 기지국과의 통신이 먼저 끊어져야 함 소프트 핸드오프(Soft Handoff) 새 시스템에서 사용하며, 동시에 두 기지국과 통신을 할 수 있음 한 지국이 이전 지국과 통신을 단절하기 전에 새 기지국과 계속 통신 할 수 있음 로밍 셀 방식 전화에는 로밍이라는 특징이 있음 사용자가 통신에 접근이 가능하거나 유효 도달 범위 내에 있을 때는 통신을 할 수 있음을 의미 서비스 제공자 마다 제한된 유효 도달 범위를 가지는데, 로밍을 통해 확장된 유효 도달 범위를 제공 1.#

6.2.2 셀 방식 전화 1세대 현재 2세대를 사용하고 있으며 3세대가 떠오르고 있음 AMPS (advanced mobile phone system) 북미에서 선도하는 아날로그 셀 방식 시스템으로 FDMA를 사용 대역 ISM 800MHz 대역에서 동작하며, 전방향 과 역방향 통신을 위해 두개의 아날로그 채널 사용 824~849MHz의 대역은 역방향, 869~894MHz의 대역은 전방향 통신을 담당 전송 FM과 FSK 변조를 사용하며 각 25MHz 대역과 30MHz 채널들로 불할 하기 위해 FDMA사용 AMPS는 FDMA를 사용하는 아날로그 셀 방식 전화 시스템 1.#

[그림 6.37] AMPS의 셀 방식 대역 1.#

[그림 6.37] AMPS 역방향 통신 대역 1.#

6.2.2 셀 방식 전화 2세대 디지털화된 음성을 위해 만들어졌으며, D-AMPS, GSM, CDMA가 개발 되었음 D-AMPS (digital – AMPS) AMPS의 진화형으로 AMPS와 호환성을 갖도록 설계 한 셀에서 전화 하나는 AMPS를, 다른 전화는 D-AMPS를 사용할 수 있음 대역 DAMPS는 AMPS와 동일한 대역과 채널을 사용 전송 각 음성 채널은 매우 복잡한 PCM과 압축 기술로 디지털화 됨 음성 채널은 7.95Kbps로 디지털화되며 세 개의 디지털 음성 채널이 TDMA를 이용하여 묶임 많은 부분이 오버헤드이며, 한 프레임에 1,944비트씩 매초 25프레임을 송신 각 프레임은 40ms (1/25초) 동안 유지되며 세 디지털 채널에 의해 공유되는 여섯 개의 슬롯으로 나누어 짐 D-AMPS, 즉 IS-136은 TDMA와 FDMA를 사용하는 디지털 셀 방식 전화 시스템 1.#

[그림 6.39] D-AMPS 1.#

6.2.2 셀 방식 전화 2세대 GSM (Global System for Mobile Communication) 유럽 전체를 대상으로 고통의 2세대 기술을 제공하기 위해 개발된 유럽 표준 개발 목적은 호환성이 없는 다수의 1세대 기술을 대체 대역 양방향 통신을 위해 GSM은 두 대역을 사용 각 대역은 900MHz 방향으로 이동되는 것으로 폭이 25MHz이며, 각 대역은 보호 대역으로 분리 된 124개의 200KHz짜리 채널로 분할 전송 음성 채널은 디지털화 되며 13kbps 디지털신호로 압축 각 슬롯은 156.25비트를 운반하며, 열덟 개의 슬롯이 같이 다중화되어 하나의 TDM 프레임을 만들며, 26개의 프레임이 하나의 다중프레임으로 묶임 Channel data rate = (1/120ms) X 26 X 8 X 156.25 = 270.8kbps시스템 1.#

[그림 6.40] GSM 대역 1.#

[그림 6.41] GSM 1.#

[그림 6.42] 다중프레임 구성요소 1.#

6.2.2 셀 방식 전화 GSM은 TDMA와 FDMA를 사용하는 디지털 셀 방식 전화 시스템 재사용 인자 대역과 채널 동기화 IS-95 : 북미에서 주도적인 2세대 표준 중 하나이며 CDMA와DSSS를 기반으로 함 대역과 채널 양방향 통신을 위해 두 대역을 사용하며, 각 대역은 보호 대역으로 분리 됨 채널은 41개의 AMPS 채널과 동등 함 동기화 모든 기저 채널은 CDMA를 사용하기 위해 동기화 되어야 하며, 기지국들은 위성 시스템을 사용 전방향 전송 전방향, 역방향 두 가지 전송 기술을 가지며, 전방향에서는 기지국과 모든 이동국 사이의 통신이 동기화되어 기지국은 모든 이동국에게 동기화된 데이터를 송신 GSM은 TDMA와 FDMA를 사용하는 디지털 셀 방식 전화 시스템 1.#

[그림 6.43] IS-95 전방향 전송 1.#

6.2.2 셀 방식 전화 IS-95는 CDMA/DSSS와 FDMA를 사용하는 디지털 셀 방식 전화 시스템 역방향 전송 두 개의 데이터율 집합 각 집합에 4개의 다른 데이터율을 가진 두 개의 데이터율 집합을 정의 주파수 재사용 인자 시스템에서 이웃 셀에서 오는 간섭이 CDMA나 DSSS 전송에 영향을 미출 수 없기 때문에 주파수 재사용 인자가 정상적으로 1임 소프트 핸드오프 각 기지국은 파일럿 채널을 이용하여 신호를 계속 브로드캐스트 함 한 이동국이 자체의 셀과 이웃 셀들에서 파일럿 신호를 감지할 수 있다는 것을 의미 이동국은 하드 핸드오프와 대비되는 소프트 핸드오프를 할 수 있게 됨 IS-95는 CDMA/DSSS와 FDMA를 사용하는 디지털 셀 방식 전화 시스템 1.#

[그림 6.44] IS-95 역방향 전송 1.#

6.2.2 셀 방식 전화 3세대 다양한 서비스를 제공하는 기술들의 조합으로 디지털 데이터와 음성 통신 모두 제공 IMT-2000 무선 인터페이스 IMT-DS CDMA의 한 변형으로 W-CDMA라고 하며, 5MHz 주파수 대를 사용 IMT-MC CDMA 2000으로 알려져 있으며 CDMA의 진화된 형태 IMT-TC W-CDMA와 TDMA의 조합을 사용하며 W-CDMA와 TDMA 다중화를 추가 IMT-SC TDMA만을 사용 FDMA와 TDMA 조합을 사용 3세대 셀 방식 전화의 주요 목표는 보편적인 개인 통신을 제공 1.#

[그림 6.45] IMT-2000 무선 인터페이스 1.#

6.2.2 셀 방식 전화 4세대 패킷 기반이며 IPv6를 지원하며 멀티캐스트, 보안성 및 경로 최적화 능력을 제공 접근 방식 효율성, 용량, 확장성을 높이는 것과 새로운 접근 기술이 고려되고 있음 OFDMA, IFDMA가 UMTS의 다운링크와 업링크를 위해 고려되고 있음 MC-CDMA가 표준으로 제안되고 있음 변조 상현 진폭 변조 LTE 표준에서 사용하기 위해 제안 무선 시스템 소프트웨어 지정 라디오 시스템을 사용 안테나 다중 입력 다중 출력과 다중 사용자 MIMO 안테나 시스템은 4세대를 위해 제안 됨 응용 100Mbit/s 데이트율에서 오프라인 접속에서 DVD-5의 내용을 5분 안에 다운로드 가능 3세대 셀 방식 전화의 주요 목표는 보편적인 개인 통신을 제공 1.#

6.2.3 위성망 궤도 [그림 6.46] 위성 궤도 지구상의 한 지점에서 다른 지점으로 통신을 제공하는 노드들의 조합 노드는 위성, 지구국, 단말 사용자나 전호기가 될 수 있음 지구를 큰 셀로 나누는 관점에서 셀 방식 네트워크와 유사 궤도 지구를 따라 움직이는 경로인 궤도를 가져야 함 (적도궤도, 경사궤도, 극궤도) 위성이 지구를 완전히 한 바퀴 도는 데 필요한 시간인 위성 주기는 지구 중심에서 위성까지의 거리의 함수로 주기를 정의하는 케플러의 법칙에 의해 결정 [그림 6.46] 위성 궤도 1.#

Example 6.4 What is the period of the moon, according to Kepler’s law? Here C is a constant approximately equal to 1/100. The period is in seconds and the distance in kilometers.

Example 6.5 According to Kepler’s law, what is the period of a satellite that is located at an orbit approximately 35,786 km above the Earth?

6.2.3 위성망 영향예상지역 세 종류의 위성 양방향 안테나로 마이크로파를 처리 위성에서 나오는 신호는 영향예상지역이라고 부르는 특별한 지역을 정상적으로 목표 중심에서 신호 전력이 최대치가 되며 주심에서 멀어짐에 따라 전력이 감소 세 종류의 위성 GEO 35,786km 고도의 궤도가 있음 LEO 5,000~15,000km 사이의 고도에 위치 MEO 보통 2,000km 이하에 있음 1.#

[그림 6.47] 위성궤도의 고도 1.#

6.2.3 위성망 위성 통신을 위한 주파수 대역 [표 6.5] 위성 주파수 대역 위성 마이크로파 통신용으로 예약된 주파수는 GHz 영역 각 위성은 서로 다른 두 주파수 대역에 송신과 수신을 함 지구에서 위성으로 전송하는 것을 상향 링크라 하고 반대는 하향 링크라고 함 [표 6.5] 위성 주파수 대역 1.#

6.2.3 위성망 GEO 위성 가시선 전파는 송신 안테나와 수신 안테나가 서로 상대방의 위치에 고정되어 있어야 함 계속적인 통신을 보장하기 위해서 위성이 지점에 고정되어 있는 것처럼 보이도록 위성은 반드시 지구와 같은 속도로 움직이는 위성을 정지궤도 위성이라고 함 정지궤도 위성 하나로는 전체 지구를 감당할 수 없음 궤도상에 있는 위성 하나는 다수의 지국과 가시선 접속을 하지만 지구의 많은 부분은 지구 곡률 때문에 가지권 밖에 놓임 전 세계적인 전송을 위해서는 정지지구 궤도상에서 서로 같은 거리만큼 떨어져 있는 최소 3개의 위성이 필요 1.#

[그림 6.48] 정지궤도상의 위성 1.#

6.2.3 위성망 MEO 위성 두 밴 앨런 방사대 사이에 위치하며, 지구를 도는 데 6~8시간이 걸림 GPS 삼변측량법 두 밴 앨런 방사대 사이에 위치하며, 지구를 도는 데 6~8시간이 걸림 GPS MEO 위성 시스템의 예로 18,00km고도에서 움직임 미국 구방성에서 설치한 시스템이지만 지금은 공공 시스템 24개의 시스템으로 구성되어 있으며, 육상과 해상 항해 시스템으로 사용 삼변측량법 평면상에서 세 점에서 우리가 있는 곳까지의 거리를 알면 위치를 정확히 알 수 있음 3차원 공간에서는 상황이 달라짐 4개의 구가 필요하지만, 위치에 대하여 추가적 사실을 가지고 있다면 3개의 구로도 가능 1.#

[그림 6.49] GPS 궤도 1.#

[그림 6.50] 평면에서의 삼변측량법 1.#

6.2.3 위성망 거리측정 24개의 GPS 위성과 지구상의 수신기가 동기화 되었다고 가정하면, 24개의 위성은 동기화되어 각각의 교유한 패턴을 갖는 합성된 신호를 전송 위성에서 온 신호와 수신기의 복사된 시혼 간의 지연을 측정하여 위성과의 거리를 계산 동기화 오프셋을 만들어 내는 위성 클럭과 수신기 클럭 사이에 알려지지 않은 오프셋 존재 오프셋 때문에 측정된 거리 값을 의사거리하고 함 수식을 사용하여 오프셋 문제를 해결 (P . 573) 응용 군에서 보병, 차량, 헬리콥터에 사용 현재 네비게이션 시스템에 사용 1.#

6.2.3 위성망 LEO 위성 고도는 500~2,000km이며 회전 주기는 90~120분 걸림 셀 방식 전화 시스템과 유사한 셀 방식의 접근을 가짐 정상적인 영향예상지역은 직경 8,000km이며 오디오 통신에 사용 가능 위성 군으로 하나의 네트워크로서 동작하며, 각 위성이 하나의 스위치로 동작 함 작은 LEO(1GHz), 큰 LEO(1~3GHz), 광대역 LEO(글로벌스타)로 분류 됨 이리듐 시스템은 11개 위성을 가지는 궤도가 6개의 극궤도로 총 66개의 위성을 가짐 첫 광대역 LEO 시스템은 텔레데식(Teledesic)으로 광섬유와 유사통신을 제공 1.#

[그림 6.51] LEO 위성 시스템 1.#

6-3 Mobile IP 노트북이 급속히 보편화됨에 따라 기존의 IP 프로토콜을 확장한, 즉 어디서나 인터넷을 활용할 수 있도록 하는 Mobile IP 기술을 본 장에서 생각할 것임 1.#

6.3.1 주소지정 정지 호스트 IP 주소지정은 호스트가 하나의 특정한 네트워크에 연결되어 정지하여 있음을 가정 6.3.1 주소지정 정지 호스트 IP 주소지정은 호스트가 하나의 특정한 네트워크에 연결되어 정지하여 있음을 가정 인터넷 내의 호스트는 한 장소에서 다른 장소로 이동하면 같은 IP를 가지고 갈 수 없음 네트워크가 변한다면 주소는 더 이상 유효하지 않음 라우터는 이러한 관계를 사용하여 패킷을 라우트하고 프리픽스를 사용하여 호스트가 연결된 네트워크 패킷을 전달 주소의 일부는 호스트가 연결된 네트워크를 정의하므로 IP 주소는 정지 호스트에 사용될 수 있도록 설계 1.#

6.3.1 주소지정 이동 호스트 주소의 변경 새로운 네트워크로 갈 때 자신의 주소도 변경하도록 함 구성 파일 변경, 재부팅, DNS 테이블 변경, 데이터 전송 중단 등의 문제 두 개의 주소 홈 주소(원주소)와 의탁 주소(임시 주소)를 사용 홈 주소는 영구적으로 사용되며 홈 네트워크에 연결 의탁 주소는 변경되며 호스트가 이동하여 도착한 외지 네트워크 주소 모바일 IP에서 이동 호스트는 홈 주소와 의탁 주소라는 두 개의 주소를 가짐 홈 주소는 영구적이지만 의탁 주소는 이동 호스트가 한 네트워크에서 다른 네트워크로 이동하게 되면 변경 1.#

[그림 6.52] 홈 주소와 의탁 주소 1.#

6.3.2 에이전트 모바일 주소가 변경되는 것을 외부 인터넷에 알게 하기 위하여 홈 에이전트와 외지 에이전트가 필요 홈 에이전트 일반적으로 이동 호스트의 홈 네트워크에 연결된 라우터 원격 호스트가 이동 호스트에게 패킷을 보낼 때 이동 호스트를 대신해서 동작 홈 에이전트는 패킷을 수신하여 이 패킷을 외지 에이전트에 보냄 외지 에이전트 일반적으로 외지 네트워크에 연결된 라우터 이동 호스트는 외지 에이전트의 역할을 수행할 수 있음 외지 에이전트의 가용성을 염려하지 않고 이동할 수 있음 이동 호스트와 외지 에이전트가 같을 때 의탁 주소는 동 위치 의탁 주소라고 불림 1.#

[그림 6.53] 홈 에이전트와 외지 에이전트 1.#

6.3.3 세 단계 원격 호스트와 통신을 하기 위하여 이동 호스트는 에이전트 발견, 등록, 데이터 전송 세 과정을 거침 에이전트 발견 에이전트 광고 모바일 IP는 에이전트 광고를 위하여 새로운 패킷 유형을 사용하지 않음 ICMP의 라우터 광고 패킷을 사용하여 에이전트 광고 메시지를 추가 에이전트 간청 새 네트워크로 이동을 했지만 에이전트 광고를 받지 못하면 에이전트 간청 모바일 IP는 에이전트 간청을 위하여 새로운 패킷 유형을 사용하지 않고 ICMP의 라우터 간청 패킷을 사용 1.#

[그림 6.54] 원격지 호스트와 이동 호스트의 통신 1.#

[그림 6.55] 에이전트 광고 1.#

[표 6.6] 코드 비트

6.3.3 세 단계 등록 요청과 응답 캡슐화 등록 요청 등록 응답 UDP 사용자 데이터그램에 캡슐화 6.3.3 세 단계 등록 요청과 응답 등록 요청 이동 호스트가 외지 에이전트에게 등록 요청을 보냄으로써 의탁 주소를 등록하고 자신의 홈 주소와 홈 에이전트 주소를 알림 등록 응답 홈 에이전트가 외지 에이전트에게 보내고 다시 이동 호스트에 중계 등록 요청을 확인하거나 거부 캡슐화 UDP 사용자 데이터그램에 캡슐화 등록 요청과 응답은 잘 알려진 포트 번호 434를 사용하여 UDP에 의해 전달된다 1.#

[그림 6.56] 등록 요청 형식 1.#

[표 6.7] 등록 요청 플래그 필드 비트

[그림 6.57] 등록 응답 형식 1.#

6.3.3 세 단계 데이터 전송 원격지 호스트로부터 홈 에이전트까지 홈 에이전트에서 외지 에이전트까지 6.3.3 세 단계 데이터 전송 원격지 호스트로부터 홈 에이전트까지 원격지 호스트가 이동 호스트에 패킷을 보내고자 하면 자신의 주소를 발신지 주소로 이동호스트의 홈 주소를 목적지 주소로 하여 패킷을 보냄 원격지 호스트는 마치 이동 호스트가 홈 네트워크에 있는 것 같이 패킷 전송 홈 에이전트에서 외지 에이전트까지 터널링 개염을 사용하여 패킷을 외지 에이전트에 전송 홈 에이전트는 자신의 주소를 발신지 주소로 외지 에이전트 주소를 목적지 주소로 사용하는 IP 패킷 내에서 캡슐화 외지 에이전트에서 이동 호스트까지 외지 에이전트가 패킷을 받으면 원래의 패킷을 추출 1.#

6.3.3 세 단계 데이터 전송 이동 호스트에서 원격지 호스트까지 투명성 정상적인 방법과 같이 전송 6.3.3 세 단계 데이터 전송 이동 호스트에서 원격지 호스트까지 정상적인 방법과 같이 전송 이동 호스트는 자신의 홈 주소를 발신지 주소로 원격지 주소를 목적지 주소로 패킷 전송 투명성 원격지 호스트는 이동 호스트가 이동하였다는 것을 모름 호스트의 이동은 완전히 투명 인터넷의 다른 부분은 이동 호스트의 이동에 대해 전혀 모름 인터넷의 다른 부분은 이동 호스트의 이동에 대해 알지 못해도 된다 1.#

[그림 6.58] 데이터 전달 1.#

6.3.4 모바일 IP의 비효율성 데이터 전달 모바일 IP에서 통신은 비효율적일 수 있음 심각한 경우는 ‘더블 크로싱’ 또는 ‘2X’라고 불리고 보통인 경우는 ‘삼각형 라우팅’이라고 불림 데이터 전달 더블 크로싱은 원격지 호스트가 자신과 같은 네트워크로 이동한 이동 호스트와 통신할 때 발생 이동 호스트가 원격지 호스트에 패킷을 보낼 때에는 비효율성의 문제가 없고 통신은 지역적으로 수행 원격지 호스트가 이동 호스트에 패킷을 보내면 패킷은 인터넷을 두 번 지남 같은 지역 내의 다른 컴퓨터와 통신하는 것이 더 자주 발생하므로 더블 크로싱의 비효율성은 심각 1.#

[그림 6.59] 더블 크로싱 1.#

6.3.4 모바일 IP의 비효율성 삼각형 라우팅 이동 호스트가 원격지 호스트와 같은 네트워크에 연결되어 있지 않은 경우 발생 이동 호스트가 원격지 호스트에 패킷을 보낼 때는 비효율성이 전혀 없음 원격지 호스트가 이동 호스트에 패킷을 보낼 때는 패킷이 원격지 호스트에서 홈 에이전트로 가고 다음 이동 호스트로 이동 삼각형의 한 변 대신 두 변을 지나가게 됨 [그림 6.60] 삼각형 라우팅 1.#

6.3.4 모바일 IP의 비효율성 해결책 원격지 호스트가 의탁 주소를 이동 호스트의 홈 주소에 바인드 하는 방법 홈 에이전트가 이동 호스트로 가는 첫 패킷을 받았을 때 이 패킷을 외지 에이전트로 보낼 뿐 아니라 원격지 호스트로 바인딩 갱신 패킷을 보내어 이후 이동 호스트로 가는 패킷은 의탁 주소로 직접 갈 수 있도록 함 원격지 호스트는 이 정보를 캐쉬에 저장할 수 있음 이동 호스트가 이동하면 캐쉬 정보가 무효화됨 홈 에이전트는 원격지 호스트에 경고 패킷을 보내어 이동 호스트가 이동한 것을 알릴 필요가 있음 1.#

6.6 요약 (계속) 무선 LAN의 IEEE 802.11 표준안은 기본 서비스 세트(BSS)와 확장 서비스 6.6 요약 (계속) 무선 LAN의 IEEE 802.11 표준안은 기본 서비스 세트(BSS)와 확장 서비스 세트(ESS)의 두 가지 서비스를 정의하고 있음 분산 조정 함수(DCF) MAC 부계층에서 사용하는 매체 접근 방식은 CSMA/CA 포인트 조정 함수(PCF) MAC 부계층에서 사용하는 매체 접근 방식은 폴링 블루투스 네트워크는 피코넷(Piconet)이라고 불림 WiMAX는 DSL과 케이블을 대체할 미래의 무선 접속 네트워크임 1.#

6.6 요약 휴대 전화는 두 장비 간의 통신을 제공 하며, 하나 또는 두 장비 모두 모바일이 될 수 있음 6.6 요약 휴대 전화는 두 장비 간의 통신을 제공 하며, 하나 또는 두 장비 모두 모바일이 될 수 있음 셀룰러 서비스 영역은 셀로 나누어져 있고 휴대 전화 시스템은 4세대로 나누어져 있음 위성 네트워크는 GEO,MEO,LEO 시스템을 제공하고 있음 모바일 IP는 IP의 개선된 버전이며 이동 호스트는 홈 네트워크에서의 홈 주소와 외지 네트워크에서의 위탁 주소를 가짐 이동 호스트가 외지 네트워크에 있으면 홈 에이전트는 이동 호스트로 가는 메시지를 외지 에이전트에 중계하며, 외지 에이전트는 중계된 메시지를 이동 호스트에 보냄 1.#