IEEE 802.11 무선 LANs (“wi-fi”)

IEEE 802.11 무선 LAN 802.11g 802.11b 802.11n: multiple antennae 802.11a 2.4-2.5 GHz range up to 54 Mbps 802.11n: multiple antennae up to 200 Mbps 802.11ac: multiple antennae 5-6 GHz range up to 500 Mbps 802.11b 2.4-2.5 GHz 비인가(unlicensed) 주파수 대역 사용 속도는 11 Mbps까지 물리계층 코딩: direct sequence spread spectrum (DSSS) 802.11a 5-6 GHz range up to 54 Mbps 모두 CSMA/CA MAC을 사용한다. 모두 infrastructure 기반과 ad hoc 방식을 지원한다.

주파수 대역 ISM(Industrial, scientific, medical) 대역 사용: 허가를 받지 않아도 되는 대역

802.11 LAN 구조 무선 호스트는 base station과 통신 Internet 무선 호스트는 base station과 통신 base station = access point (AP) Basic Service Set (BSS): infrastructure 기반의 경우 무선 호스트 엑세스 포인트 (AP): base station AP hub, switch or router AP BSS 1 BSS 2

802.11의 채널 무선 호스트 802.11b: 2.4GHz-2.485GHz 스펙트럼을 11 channel로 나누어 사용 AP는 11개 채널 중 하나를 선택 이웃하는 AP가 동일한 채널을 사용할 경우 신호 간섭 발생 무선 호스트 채널을 스캔하여 AP의 이름(SSID)과 MAC 주소를 포함하고 있는 beacon frame을 수신한다. 통신에 사용할 AP를 선택(association) 인증(authentication)을 수행할 수 있다. DHCP를 사용하여 IP 주소를 얻는다.

802.11: 수동/능동 스캐닝 수동 Scanning: 능동 Scanning: AP들로부터 beacon frames를 수신 BBS 1 BBS 1 BBS 2 BBS 2 AP 1 AP 2 AP 1 1 AP 2 1 1 2 2 2 3 3 4 H1 H1 수동 Scanning: AP들로부터 beacon frames를 수신 H1은 AP를 선택하여 association Request frame을 전송: AP는 H1에게 association Response frame를 전송 능동 Scanning: H1은 Probe Request frame을 보낸다(Broadcast). AP들은 Probes response frame을 전송 H1은 AP를 선택하여 Association Request frame을 전송 AP는 H1에게 Association Response frame을 전송

IEEE 802.11의 MAC 2개 이상의 노드가 동신에 전송할 때 충돌(collision) 발생 802.3: CSMA/CD Collision detection 802.3의 CSMA/CD를 왜 사용할 수 없는가?

MAC의 분류

CSMA/CD

IEEE 802.11: 다중 접속 방식 802.11: no collision detection! 충돌이 발생한 것을 인식(sensing)하는 것이 힘들다:weak received signal 때문(fading) 어떤 경우에는 CD가 불가능하다: hidden terminal 따라서 avoid collisions: CSMA/C(ollision)A(voidance) A B C A’s signal strength space C’s signal

Hidden terminal 문제 B가 전송을 하고 있을 때 C가 전송을 하려고 한다고 하자. C는 누가 전송 중인지 확인하려고 하지만 B의 신호 범위 밖에 있기 때문에 B가 전송 중인지 모른다. 따라서 아무도 전송을 하지 않는 것으로 생각하고 전송을 한다. 따라서 충돌 발생.

CSMA/CA: Avoiding collision idea: 데이터 전송을 하기 전에 미리 채널을 누가 사용하고 있지 않는지 확인한다.(Carrier Sensing) 그리고 채널을 예약한다.(collision avoidance) Sender는 먼저 request-to-send (RTS) 패킷을 BS에 송신 RTS 프레임들끼리 충돌할 수 있으므로 CSMA 사용 RTS는 짧은 길이의 패킷 BS는 RTS에 대한 응답으로 clear-to-send(CTS) 패킷을 브로드캐스트한다. 모든 노드들은 CTS를 수신한다. 자신의 RTS에 대한 CTS를 수신한 호스트는data 프레임을 전송. 다른 호스트들은 전송을 보류한다. RTS 프레임에는 채널을 사용하는데 필요한 시간이 포함되어 있다. 따라서 RTS(CTS)를 수신한 스테이션들은 NAV라는 타이머를 동작시키고 이 시간 동안 전송을 연기한다.

Collision Avoidance: RTS-CTS 교환 B AP RTS(A) RTS(B) reservation collision RTS(A) CTS(A) DATA (A) ACK(A) defer time

802.11 frame: 주소 6 0 - 2312 Address 4: ad hoc 모드에서 사용 control duration address 1 2 4 3 payload CRC 6 0 - 2312 seq Address 4: ad hoc 모드에서 사용 Address 1: 무선 호스트의 MAC 주소 혹은 이 프레임을 수신한 AP의 주소 Address 3: AP가 접속된 라우터 인터페이스의 MAC 주소 Address 2: 무선 호스트의 MAC 주소 혹은 이 프레임을 전송한 AP의 주소

802.11 frame: 주소 Internet router H1 R1 AP R1 MAC addr H1 MAC addr AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr address 1 address 2 address 3 802.11 frame H1 R1 R1 MAC addr H1 MAC addr dest. address source address 802.3 frame

802.11 frame 프레임 일련 번호(for RDT) 예약된 전송 시간의 길이(RTS/CTS) 6 0 - 2312 2 4 control duration address 1 2 4 3 payload CRC 6 0 - 2312 seq Type From AP Subtype To More frag WEP data Power mgt Retry Rsvd Protocol version 2 4 1 프레임 유형 (RTS, CTS, ACK, data)

802.11: 속도 조절(Rate Adaptation) BS와 MH는 SNR의 변화에 따라 전송 속도를 변경한다. (물리 계층의 modulation 기술) 10-1 10-2 10-3 BER 10-4 10-5 10-6 10-7 10 20 30 40 SNR(dB) 1. MH가 BS로부터 멀어지면 SNR 감소, BER 증가. QAM256 (8 Mbps) QAM16 (4 Mbps) BPSK (1 Mbps) 2. BER이 너무 커지면 전송 속도를 낮춘다. operating point

802.11: Power 관리 노드는 AP에게 수면 상태로 들어갈 것임을 알린다. 노드는 다음 beacon 프레임이 도착하기 전에 깨어난다. Beacon 프레임은 전송할 프레임이 있는 노드의 주소가 포함 만약 자신이 수신할 데이터가 없으면 노드는 다시 수면 모드로 들어간다. Beacon 프레임 전송 간격: 100msec 수면시간에서 동작 시간으로 전환: 250usec

WPAN

무선 personal area network(WPAN) 저가, 저전력 소모로 10m이내의 기기들을 무선으로 연결하는 것을 목표로 함 IEEE 802.15: WPAN의 PHY와 MAC 계층 표준을 제정 802.15.1: Bluetooth 802.15.2: WPAN과 WLAN의 공존(coexistence) 802.15.3: High-Rate WPAN(11-15Mbps) 802.15.4: Low-Rate WPAN (20-250kbps)

802.15.1: Bluetooth 10 m 이하의 거리 주파수 데이터 속도 2.4-2.5 GHz radio band 데이터 속도 up to 721 kbps 목표: 케이블을 대체한다.(mouse, keyboard, headphones) ad hoc 네트워크 master/slaves: Slaves는 master에 전송 승인을 요청한다. Master는 이 요청에 승인한다. P S P radius of coverage M S P S P M S Master device Slave device Parked device (inactive) P

Bluetooth Bluetooth 망은 piconet이라고 부른다. Piconet은 8개의 스테이션으로 구성 1개의 master(primary), 7개의 slaves(secondary) Primary와 secondary의 통신은 1대1, 혹은 1대 다수

Bluethooth의 MAC TDMA 사용 기본적으로 polling 방식과 유사하다. 625ms 366ms

802.15.4: LR-WPAN(저속) 목표: 20-250kbps의 저속 데이터 전송, 저가, 저전력, 간단한 구성 Bluetooth는 전력 소모가 높고 최대 8개의 노드만 연결 다수의 노드를 저전력으로 연결할 수 있는 방법 제공 이용 범위: 여러 센서간 통신, 모니터링, 산업 자동화, 홈 오토메이션 등 주파수 대역 868MHz: 20kbps 915MHz: 40kbps 2.4GHz: 250kbps PHY와 MAC 방식 정의

802.15.4 기반의 WPAN 기술들 다음의 기술들은 802.15.4의 PHY와 MAC 계층을 기반으로 상위 계층을 구성한다. Zigbee Sensor network, Home network 6LoWPAN IPv6 over 802.15.4 WirelessHART 산업 자동화 ISA100.11a 제조, 제어, 자동화 MiWi Mesh, MiWi P2P Microsoft의 WPAN 기술

Bluetooth HR-WPAN LR-WPAN WLAN 주파수 2.4GHz 전송속도 <721kbps <54Mbps (zigbee) WLAN 주파수 2.4GHz 915MHz 868MHz 전송속도 <721kbps <54Mbps 20/40/250kbps 거리 <10m 10-70m <100m 소비전력 <30mA <350mA 복잡도 1x 1.5x 0.5x 3x 노드 수 8 65000 망구성 star Star/mesh MAC TDMA Slotted CSMA/CA

RFID와 NFC RFID(Radio Frequency Identification) 주파수와 인식 거리 135KHZ이하 저주파 대역(0.6m) 13.56MHz 고주파 대역(1m) 860-960MHz 극초단파 대역(3.5-10m) 2.45GHz 마이크로파 대역(1m) RFID 태그와 리더(판독기)로 구성 수동형: 판독기의 동력으로 칩 정보 읽음 반수동형: 태그에 내장된 건전지를 정보 읽는데 사용 능동형: 태그와 리더 모두 동력 사용 읽기 만 가능

RFID와 NFC NFC(Near Field Communication) 10cm 이내에서 기기간 통신 주파수: 13.56MHz 모바일 결제에 사용(휴대폰을 이용한 결제) 신용 카드 대체