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무선 액세스 기술 ( W ireless A ccess T echnologies). 1999. 2. 5. 손 성 찬. - 목 차 -. Ⅰ. 개 요 Ⅱ. 무선액세스 일반기술 Ⅲ. 국내외 동향 Ⅳ. B-WLL 의 무선액세스 기술 Ⅴ. 결 론. I. 개 요.  광대역 가입자망 대안  무선 액세스  21세기 예상정보 소요량.  광대역 가입자망 대안. ▶ Wireline ● New - FTTH or FTTB - FTTC - HFC

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Presentation Transcript
W ireless a ccess t echnologies

무선 액세스 기술( Wireless Access Technologies)

1999. 2. 5

손 성 찬


- 목 차 -

  • Ⅰ. 개 요

  • Ⅱ. 무선액세스 일반기술

  • Ⅲ. 국내외 동향

  • Ⅳ. B-WLL의 무선액세스 기술

  • Ⅴ. 결 론


I. 개 요

 광대역 가입자망 대안

 무선 액세스

 21세기 예상정보 소요량


 광대역 가입자망 대안

▶ Wireline

● New

- FTTH or FTTB

- FTTC

- HFC

● Upgrade

- HFC(1-way to 2-way)

- xDSL(TWP)

▶ Wireless

● Satellite

● Wireless Cable

- MMDS

● LMDS

● LMCS

● MVDS

● 밀리미터파(M/W)

BB Wireless

Access


 무선액세스

 액세스망

 무선액세스

- (준)밀리미터파 무선(20GHz ~ )을 이용한 액세스망

- B-ISDN과 통합을 위한 무선 ATM 접속

- 초고속망의 가입자 선로



II. 무선액세스 일반기술

 무선액세스 일반

 무선액세스 방식

 High-Speed에 적합한 다중접속

 트래픽 집합과 FDMA, TDMA


 무선액세스 일반

 무선액세스 특징

 경제성 : 수요밀도가 낮은 지역에 경제적

 즉응성 : 구축기간이 짧다

 미 관 : 가공케이블 불필요, 경관보호

 내재해성 : 풍수해 영향이 적음

 액세스 방식(다중채널접속) 필요성

 한정된 무선 자원으로 많은 수의 이용자 수용

 필요시 전송용량 확보

 채널 리소스를 복수의 이용자 공유

High-Speed 제공 가능한 무선액세스 방법

 Broadband Wireless Local Loop(26GHz대 B-WLL)

밀리미터파 (38GHz대 M/W )

 Broadband Wireless Local Loop (40GHz대 B-WLL)

 Wireless CATV(2.5GHz, 27GHz대)


 무선액세스 방식

 연속 액세스 방식

 Fixed assign 방식 : 호 진행동안 계속 채널을 고정할당

- FDMA, TDMA, CDMA

 Demand Assign 방식 : 전송할 정보가 있을때만 채널할당

 버스트 액세스 방식

 Contention 방식(데이타 충돌 허용)

- ALOHA : Pure ALOHA(수율 18.4%), Slotted ALOHA(수율36.8%)

- CSMA : non-persistent, p-persistent, CSMA/CD, CSMA/CA

 Non-Contention 방식

- Polling 방식 : Roll-call Polling, Hub Polling

- 예약방식

· SRMA(Split-channel Reservation Multiple Access)

- Request Channel을 Contenion하는 방식

· GSMA(Global Scheduling Multiple Access)

- Request Channel을 Pre-assign하는 방식


High Speed에 적합한 다중접속

 Multiple Access 기술 : FDMA, TDMA, CDMA비교

 상기 비교에서 CDMA는 고속 멀티미디어 서비스 제공에 시스템이 복잡

하고 CDMA의 장점을 충분히 살리지 못한 반면 TDMA는 동적 자원할당

이 가능 하므로 멀티미디어 서비스에 적합함.

FDMA는 고정 자원할당에 유리하고 전용회선 용도에 적절


Traffic Aggregation & FDMA, TDMA

★ 트래픽 집합이 일어나는 지점에 따라 FDMA 또는 TDMA 선택

FDMA : 가입자측에서 트래픽 집합(Large BW per CPE)

TDMA : 무선 전송후, 기지국에서 트래픽 집합(Low Min. BW per CPE )


III. 국내외 동향

 해외 LMDS 주파수 분배

 해외 무선접속 기술동향

 국내동향(1) B-WLL주파수

 국내동향(2) 시스템 표준화


 해외 LMDS 주파수 분배

40.50

41.50

42.50

27.50

29.10-29.25

28.35

Current US Plan LMDS

31.075-31.225

Additional US

allocation - LMWS

31, 31.3

25.35

27.35

26.35

28.35

Canadian Proposal LMCS

Future Licenses

18-24 Months

Licenses in

Oct. '96

27.50

28.50

29.50

Latin America

Some European

Asia, Australia

40.50

41.50

42.50

CEPT Recommendation for Europe Adopted by Several Contries-MVDS


 해외 무선접속 기술 동향

 Broadband WLL

 DAVIC기반 : Newbridge(Stanford Telecom), Alcatel社 등

MCNS기반 : Nortel, Motorola社 등

독자방식 : Netro 社(CellMac) 등

 Wireless ATM

 Wireless LAN(2.4GHz대)

 IEEE802.11위원회에서 표준화(‘97.6)


1 b wll

 국내 동향(1) B-WLL주파수

 가입자회선용 주파수 분과위원회 운영

 기 간 : ‘96. 2 - ‘96. 10

 역 할 : B-WLL용 주파수대역 및 대역폭 산정 --> 정통부 건의

 주파수 분배공고 : ‘97. 4. 9

“ 정보통신부 공고 제1997-49호 “ -->가입자회선용 주파수분배

 분배표


 국내 동향(2) 시스템표준화

 주관 : 하나로통신, 한국통신

 규격개발 : ETRI

 기간 : ‘98. 5 - ‘98. 12

 범위 : 무선접속 규격(망 접속 규격, 가입자단말 접속규격은 검토)

 현 황

 DAVIC기반으로한 규격 TTA상정 : ‘98. 11. 12

 MCNS기반으로한 규격 TTA상정 : ‘98. 12. 18

(Wireless MCNS)

TTA를 중심으로 규격 검토 및 수정 보완 중

규격잠정확정은 연구위원회, 분과위원회, 표준총회를 통과하여 확정

(약 3개월 소요)

* DAVIC : Digital Audio Visual Council

MCNS : Multimedia Cable Network System


IV. B-WLL의 무선 액세스 기술

 망구성 및 개요

 MAC(Media Access Control)프로토콜 개요

 DAVIC기반의 MAC

 MCNS기반의 MAC(Wireless MCNS)

 IEEE802.14

 대상 기술비교


B-WLL 망 구성

 개 요

- 광대역 무선 고정가입자 서비스

- 광대역 전용회선은 FDMA, 중속 Bursty 가변데이터는 TDMA방식

- ATM 또는 IP 무선 전송

- 동적 대역폭 할당


 광대역무선가입자망(B-WLL) 정의

 (준)밀리미터파(26GHz) 주파수를 사용한 광대역 고정무선통신망

으로 음성전화, 고속데이타 , 영상전송등 다양한 멀티미디어서비

스 제공가능

 특 징

 망 구성 : 지점 대 다 지점(Point to Multipoint)

 채 널 : 상,하향 비대칭

 주파수(26GHz) : 직진성, 가시거리(LOS) 요구

 전송방식 : ATM 또는 Non-ATM

대상고객 : 중,소기업고객

집단회선(아파트 등)

향후 개인 고객(멀티미디어서비스)


WLL과 B-WLL비교


 서비스 제공대상

 음성(POTS), 팩스, ISDN

 Ethernet (10BaseT) RESIDENTIAL

 N X 64Kbps

 T1/E1 SOHO

 N X T1/E1

 ATM25Mbps COMMERCIAL

 DS3 or DC - 1


B-WLL(26GHz) 전파특성 비교


MAC 프로토콜의 기능

MAC(Media Access Control) 프로토콜

한정된 무선자원의 이용을 극대화하며, 서비스별 QoS를

보장할 목적으로 사용자들의 데이터 전송을 관리하는

프로토콜

 주요 기능

- 매체 접근 제어 (프레임 동기, 흐름제어 등)

- 무선자원의 할당/해제/유지 (상,하향 타임슬롯 할당)

- 전송 파라미터 조정(주파수 채널, 심볼율 변경, 전력제어 등)


MAC 프로토콜의 구성 요소(1)

  • CRA (Collision Resolution Algorithm, 충돌해소알고리즘)

  • - 가입자의 등록 및 상향 대역 요청시 랜덤 액세스 절차 를 거치므로

  • 충돌이 발생하여 지연이 증가함

  • ▶ 모든 패킷들이 종국에는 유한한 지연 시간 후에 성공적으로전송될

  • 수 있도록 하는 충돌해소/재전송 알고리즘 필요

  • Traffic Scheduling(Scheduler)

  • - TDMA 시스템에서 시스템 성능을 결정하는 가장 중요한 요소임

    • 상향 대역폭 요청

    • 상향 대역폭 할당

    • Quality of Service 지원

    • 전송 지연 및 지연변이 제어

    • 상하향 물리계층의 오버헤드


MAC 프로토콜의 구성 요소(2)

  • 타임슬롯 할당(Slot Allocator)

  • - 전송 프레임 내의 contention slot과 data slot의 수가 고정되어 있는

  • 고정 슬롯 할당 방식(Fixed Slot Allocation Scheme)과 그 수가 가변적

  • 인 동적 슬롯 할당 방식(Dynamic Slot Allocation Scheme)으로 구분

  • - 동적 슬롯 할당

    • Low traffic load → data slot의 요구가 작으므로, contention slot의 수

    • 를 늘려서 request delay를 줄림

    • High traffic load → 많은 수의 request가 이미 pending 중이므로,

    • contention slot의 할당을 줄이고, reservation slot

    • 의 수를 늘임


MAC 프로토콜의 성능 파라미터

Access Delay(접속 지연)

- 메시지가 MAC계층에 전달된 시간으로부터 메시지의 마지막

비트가 기지국에 의해 수신될 때까지 경과된 시간

Throughput

- 총 전송 시도 중 전송에 성공한 데이타량의 비율

Collision Multiplicity(충돌수)

- 한 타임슬롯 내에서 충돌한 사용자수

Delay Variation(지연 변이)

- 한 패킷의 접속지연과 평균 접속지연의 차이

Coefficient of Delay Variation

- 평균 접속지연에 대한 표준 편차의 비율


DAVIC하향 전송패킷 구조(1)

 하향 ATM 전송 패킷 구조

 무선접속방식 : 하향 TDM, 상향 TDMA


DAVIC하향 전송패킷 구조(2)

 ATM 전송 MUX 패킷의 구성

○ SYNC : 8 bit의 고정된 필드로 01000111b 의 값을 갖으며 프레임 동기를 맞춤

○ PAYLOAD : 187 byte의 페이로드를 전송함

- PAYLOAD에는 7개의 ATM cell 이 매핑됨

- CTRL0 : 두 패킷 중 첫번째 패킷이라는 것을 나타내며, 그 값은 E1PSSSSSb 임

- CTRL1 : 두 패킷 중 두번째 패킷이라는 것을 나타내며, 그 값은 E0PSSSSSb 임

- CTRL2 : 운용, 관리, 유지보수 (OAM) 정보 전송을 위해 예약.

- E(error) : 전송오류가 발생했는지를 나타내는 1 bit 플래그로서, ‘1’로 되면 적어 도 하나 이상의 복구 불가능 오류 비트를 가지고 있음을 나타냄. 오류가 정정되기 이전까지는 ‘0’으로 값이 바뀌지 않음

- P(priority) : 전송우선순위를 나타내는 1 bit 지시자로서, ‘1’로 설정되어 있으면 ‘0’으로 설정되어 있는 패킷보다 우선 순위가 높음을 나타냄

- SSSSS(stuffing) : 11111b 로 고정되어 있는 값으로, 패킷이 이값을 갖고 있지 않으면 폐기됨. 즉, 11111b 이외의 값을 갖는 패킷들은 stuffing 된 것으로 페이로드 내에 정보를 포함하지 않는다.


DAVIC 상향 전송패킷

 상향 타임슬롯 구조

 DAVIC MAC 메시지 구조


DAVIC상향 타임슬롯

 Polling slot

○ 하나 이상의 NIU(Network Interface Unit/가입자접속장치)에 할당됨

○ AIU(Air Interface Unit/기지국)으로부터 poll 요청을 수신한 후에 poll 응답을 위해서만 이용됨

 Contention time slot

○ 하나 이상의 NIU에 할당됨

○ 동일한 contention time slot을 사용하는 다른 NIU와 충돌이 발생할 수 있으며, 이 경우 몇가지 잘 알려진 알고리즘(niu_id에 기초한 랜덤 재전송 지연 등)을 이용하여 재전송전에 NIU가 기다려야 할 프레임의 수를 결정함

 Traffic slot (reserved time slot)

○ 하나의 NIU에만 할당됨 (즉, 하나의 NIU가 사용하도록 예약)

○ 기지국으로 전송할 필요가 있는 셀이 있으면, 언제나 이 타임슬롯을 통해 전송됨


DAVIC MAC 프로토콜(1)

 프로토콜 스택

MAC

Higher Layer

MAC

Higher Layer

AAL5

AAL5/AAL1

AAL5

AAL5/AAL1

TC Layer

TC Layer

PMD Layer

PMD Layer

기지국

가입자

26GHz대 무선


DAVIC MAC 프로토콜(2)

 주요 특징

- 하향 TDM, 상향 TDMA 기반

- ATM셀만 전송

- 상향 타임슬롯의 종류

 폴링 응답 타임슬롯(Polling Response Timeslot)

→ 기지국 poll_request에 대한 응답

 경쟁 타임슬롯(Contention Timeslot) → 상향 대역 요구

 예약 타임슬롯(Reserved Timeslot) → 데이터 전송

- 충돌 해소 알고리즘(CRA)을 별도로 규격화하지 않음


DAVIC MAC 프로토콜(3)

 Network Entry

- NIU가 망에 접속하기 위한 시그널링 절차

- Power-on된 NIU가 한 채널을 포착하고 이를 통해 망에 접속

Sign-on-request

poll_slot_allocation

Status_response

Tx_calibration

AIU (기지국)

NIU (가입자)


DAVIC MAC 프로토콜(4)

 Polling Handshake

- AIU와 NIU간의 주기적인 polling 절차

Status_request

Status_response

Tx_calibration

AIU (기지국)

NIU (가입자)


DAVIC MAC 프로토콜(5)

 Contention 타임슬롯 할당

- Contention 타임슬롯

. NIU가 MAC메시지를 AIU에게 경쟁적으로 보낼 수 있는 타임슬롯

. reserved 타임슬롯 요청 및 세션 연결 요청

. QoS가 낮은 사용자 데이터 전달

. C_allocation_req 메시지에 의해 구동

Contention_slot_allocation

AIU (기지국)

NIU (가입자)


DAVIC MAC 프로토콜(6)

 Reserved 타임슬롯 할당

- Reserved 타임슬롯

. 사용자 데이터를 전송하기 위한 상향 타임슬롯

. 세션 연결을 위해 사용

Reservation_request(Contention slot이용)

Contention_slot_feedback

Reserved_slot_allocation

AIU (기지국)

NIU (가입자)


DAVIC MAC 프로토콜(7)

 세션의 연결 및 해제

- 모든 Application에 대한 가상 연결 서비스를 위해 사용

. 하나의 NIU로 다수의 서비스 동시 사용 가능

MAC_session _request

MAC_session _msg_ack

MAC_session _connection

MAC_session _msg_ack

MAC_session _release

MAC_session _msg_ack

AIU (기지국)

NIU (가입자)


Wireless MCNS MAC 프로토콜(1)

 Wireless MCNS 프로토콜 스택

* TH : Timing, MGM : Management, CO : Concatenation, REQ : Request

Downstream

Upstream

Packet

ATM

Re-

served

T

H

M

G

C

O

Packet

ATM

Re-

served

T

H

M

G

R

E

Q

C

O

MAC

Control

Specific

MAC

Control

Specific

Link Security

Link Security

MAC

MAC

MPEG

Radio Physical

Radio Physical

▶ Wireless MCNS는 ATM셀 뿐만 아니라, 가변길이 Packet 전송도 지원


Wireless MCNS MAC 프로토콜(2)

 Wireless MCNS MAC 프로토콜 특징

- 하향 TDM, 상향 TDMA 기반

- 상향 스트림은 다수의 미니슬롯(6.25μsec X 2n)으로 구성

 경쟁 미니슬롯 : 상향 대역폭(타임슬롯) 요청

 예약 미니슬롯 : 사용자 정보 전송

- 추가 대역폭 요청시 피기백(piggyback) 사용

- ATM셀 뿐만 아니라, 가변길이 PDU를 지원

- 충돌 해소 알고리즘(CRA)

 Truncated Binary Exponential Back-Off 알고리즘


WirelessMCNS MAC 프로토콜(3)

 상하향 데이터 전송 구조(ATM셀 전송시)

- 하향

- 상향


WirelessMCNS MAC 프로토콜(4)

 상향 프레임 구조

(패킷길이 = 코드워드에서 정보바이트의 수 = k 인 경우)

(패킷 길이 = k + 두번째 코드워드에서 잔여 정보바이트 수

= k + k'  k + k"  2k 인 경우)


PMD 오버헤드

(상향 스트림)

유형

메시지

이름

메시지

설명

1

SYNC

타이밍

동기화

2

UCD

Channel Descriptor

상향

링크

3

MAP

상향

링크

대역폭

할당

4

RNG-REQ

Ranging

요구

5

RNG-RSP

Ranging

응답

MAC 헤더

데이터 PDU

(옵션)

MPEG PSI 헤더

(하향 스트림)

WirelessMCNS MAC 프로토콜(5)

 MAC 프레임 구조

 MAC 관리 메시지 종류

6

REG-REQ

등록

요구

7

REG-RSP

등록

응답

8

UCC-REQ

Not Used

Not Used

9

UCC-RSP

Not Used

10

TRI-TCD

Not Used

11

TRI-TSI

12

BPKM-REQ

Privacy

[SP-BPI-I01-970609]

관리

요구

13

BPKM-RSP

Privacy

[SP-BPI-I01-970609]

관리

응답

14-255

추후

사용을

위해

예비됨


WirelessMCNS MAC 프로토콜(6)

 상향 대역폭 할당 절차

- 상향 대역폭은 미니슬롯의 열로 모델링

- NIU는 상향대역폭을 AIU에 요구(경쟁 방식)

- 기지국은 Allocation Map을 통하여 상향채널상의 데이터 전송 기회를 정의

- 대역폭 할당을 위한 스케쥴링 알고리즘은 제조사마다 상이

Map PDU

AIU에 의해 하향 채널상으로 전송

상향채널의 허용된 사용

NIU tx 기회

요구 경쟁 영역

NIU tx 기회

유지

- Contention 허용영역

- Request(with data)

- 특정 가입자에게

상향 전송시간 부여

- Ranging등

파라미터 설정

아직까지

매핑 되지

않은 시간

이전 map

현재 map


IEEE 802.14 MAC 프로토콜(1)

 Lucent, AT&T 등이 참여한 IEEE 802.14 작업반에서 정의된 HFC

망에서의 데이터 전송 표준

 주요 특징

- 가입자의 요구에 의한 대역 할당

- ATM, MPEG-2 및 가변길이 패킷전송 지원

- 상향 채널은 경쟁 미니슬롯과 예약 미니슬롯으로 구성

- 최초 대역 요청시에는 경쟁 방식이 이용되며, 추가 대역 요청시에는

피기백(piggyback) 방식 이용

- 하향 채널 : 6 바이트 길이 allocation unit의 스트림으로 구성

- 상향 채널 : 8 바이트 길이 미니 슬롯의 스트림으로 구성

※ 미니 PDU : 한 개의 미니슬롯만을 차지하는 MAC PDU로서, 상향

대역폭 요청시 사용


Allocation Unit(6 바이트)

I

I

I

I

…...

I

I

I

I

ATM셀

ATM셀

ATM셀

ATM셀

Variable Length Fragment

AAL5 PDU

Header

Information Element

Information Element

Information Element

IEEE 802.14 MAC 프로토콜(2)

 하향 전송 구조

※ : 6 바이트 idle pattern

 상향 대역 요청 미니PDU 형식

- RTY(8 비트) : Request Type → 요구하는 상향 PDU의 타입(ATM셀, 가변길이 패킷 등) 정의

- QID(24 비트) : Queue Identifier → 단말 및 단말의 논리적 대기열에 대한 식별

- LEN(12 비트) : Size of allocation requested → 요청하는 상향 ATM셀의 개수 또는 옥텟의

개수

- Reserved(4 비트) : Reserved (0000)

- CRC(16 비트) : CCITT-CRC16

I

RTY

QID

LEN

Reserved

CRC

8 바이트


대상기술비교


V. 결 론

 High-Speed Wireless Access


High-Speed Wireless Access

- Wireless MCNS

- DAVIC

- IEEE802.11, 802.14

- ETSI BRAN, Wireless ATM, etc

High-Speed

Wireless

Access

TDMA

FDMA

- Spectrum Efficiency

- Time to Market

- ATM & IP

- Applications (voice, data, video)

- QoS

- 개발용이성 및 표준화


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