6장 무선과 이동 네트워크.

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1 6장 무선과 이동 네트워크

2 Chapter 6 목차 무선(wireless) 이동(mobility) Personal network 6.2 무선 링크 특징
6.3 IEEE wireless LANs (“wi-fi”) 6.4 셀룰러 망 구조 표준 CDMA Personal network 이동(mobility) 6.5 주소관리와 라우팅 6.6 이동 IP 6.7 셀룰러 망에서의 이동 6.8 이동성이 상위 계층에 미치는 영향

3 대표 무선 표준 기술의 비교 200 54 5-11 4 Data rate (Mbps) 1 .384 .056 Indoor
802.11a,g 802.11a,g point-to-point data 5-11 802.11b (WiMAX) 4 3G cellular enhanced UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO Data rate (Mbps) 1 802.15 .384 UMTS/WCDMA, CDMA2000 3G .056 IS-95, CDMA, GSM 2G Indoor 10-30m Outdoor 50-200m Mid-range outdoor 200m – 4 Km Long-range outdoor 5Km – 20 Km

4 Infrastructure 기반 무선 네트워크
베이스 스테이션(base station 존재 핸드오프(handoff): 모바일 호스트가 베이스 스테이션을 변경할 때 network infrastructure

5 Ad hoc 무선 네트워크 ad hoc 기반 base stations 없음 노드들은 스스로 라우팅을 해야 한다.

6 Single hop과 multiple hops 비교
-호스트는 여러 노드를 거쳐 인터넷에 연결될 수 있다. Base station에 도달하기 전까지는 ad hoc 네트워크 - mesh net -호스트는 base 스테이션에 연결 (WiFi, WiMAX, cellular) -Base 스테이션은 공중 Internet에 연결 infrastructure Ad hoc -base station 없음. -공중 Internet에 연결되지 않음 Base station 없음 -완전한 자체 독립된 망으로 구성될 수 있다. - MANET, VANET

7 무선 링크의 특징(1) 유선 링크와의 차이점 신호 강도의 감소: 신호가 전파되면서 강도가 약해진다.(path loss)
다른 소스의 간섭: 다른 장치(전화, 모터 등)와 주파수를 공유한다.(특히 2.4 GHz) 다중경로 전파(multipath propagation): 전자파는 물체에 반사하여 다른 경로를 통해 목적지에 도달한다.

8 무선 링크의 특징(2) SNR: signal-to-noise ratio BER: Bit Error Rate
SNR과 BER의 관계: tradeoff 물리계층이 고정되면: 전력 증가 -> SNR 증가->BER 감소 SNR이 고정되면: 요구하는 BER을 만족시키는 물리 계층 선택 SNR은 이동에 따라서 변할 수 있다: 이에 따라 물리계층의 modulation 기술의 변경으로 전송 속도 조절 10-1 10-2 10-3 BER 10-4 10-5 10-6 10-7 10 20 30 40 SNR(dB) QAM256 (8 Mbps) QAM16 (4 Mbps) BPSK (1 Mbps)

9 Wireless network characteristics
무선 호스트들은 다중 접속(MAC) 문제이외에 다른 문제를 발생시킨다. A B C A’s signal strength space C’s signal A B C Hidden terminal problem B, A는 서로 신호를 수신 B, C는 서로 신호를 수신 A, C는 서로 신호 수신 불가능, 따라서 A와 C는 B에 미치는 영향을 알지 못한다. Signal 감소: B, A는 상호 신호 감지 B, C 는 상호 신호 감지 A, C는 B에 미치는 간섭을 알지 못한다.

10 주파수 문제 무선 통신에서 주파수는 정보를 전달하는 도로의 역할을 한다. 따라서 통신을 위해서는 고유 주파수를 확보해야 한다.
주파수는 공공(국가)의 재산으로 개인이 임의로 사용할 수 없다. 문제는 사용 가능한 주파수가 극히 제한되어 있다는 점이다.

11 Radio Communication Band
400 900 Light wave Infrared

12 Spectrum for 470MHz – 6GHz WRC2000 resolution 223 WRC2000 optional
TV => Reallocation WRC2000 optional 470MHz 698MHz 806MHz 894M-960M 1.71G G 1.98G-2.02G-2.025G Cellular CT GMPCS PCS (TDD) IMT2000 (Uplink) IMT2000 (MSS uplink) (TDD) IMT2000 (Downlink) 806M-894M 1.53G-1.66G 1.90G -1.92G G 2.11G G 3G 2.17G-2.2G 2.4G-2.48G 2.7G-2.9G 5.47G-5.725G IMT2000 (MSS Downlink) WLL WLAN (802.11b Bluetooth) GMPCS IMT2000 (New) WLAN (HIPER LAN/1) WLAN (HIPER LAN/2) WLAN (802.11a) 2.16G-2.2G 2.3G-2.4G 2.5G-2.69G 5.15G-5.35G 5.725G-5.875G

13 Chapter 6 목차 Personal network 6.1 개요 Wireless 6.2 무선 링크의 특징
6.3 IEEE 무선 LANs (“wi-fi”) 6.4 셀룰러 망 구조 표준 CDMA Personal network

14 IEEE 802.11 무선 LAN 802.11g 802.11b 802.11n: multiple antennae 802.11a
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 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.

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

16 802.11 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

17 802.11의 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.

18 802.11: 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

19 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?

20 MAC의 분류

21 CSMA/CD

22 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

23 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.

24 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.

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

26 802.11 frame: 주소 6 0 - 2312 Address 4: ad hoc 모드에서 사용
control duration address 1 2 4 3 payload CRC 6 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

27 802.11 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 frame H1 R1 R1 MAC addr H1 MAC addr dest. address source address 802.3 frame

28 802.11 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 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)

29 802.11: 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

30 802.11: 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