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6 장 무선과 이동 네트워크

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6 장 무선과 이동 네트워크

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6 장 무선과 이동 네트워크

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Presentation Transcript

  1. 6장무선과 이동 네트워크

  2. 무선(wireless) 6.2 무선 링크 특징 6.3 IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”) 6.4셀룰러 망 구조 표준 CDMA Personal network 이동(mobility) 6.5주소관리와 라우팅 6.6이동 IP 6.7셀룰러 망에서의 이동 6.8이동성이 상위 계층에 미치는 영향 Chapter 6 목차

  3. 대표 무선 표준 기술의 비교 200 802.11n 54 802.11a,g 802.11a,g point-to-point data 5-11 802.11b 802.16 (WiMAX) 3G cellular enhanced 4 UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO Data rate (Mbps) 1 802.15 .384 3G UMTS/WCDMA, CDMA2000 2G .056 IS-95, CDMA, GSM Indoor 10-30m Outdoor 50-200m Mid-range outdoor 200m – 4 Km Long-range outdoor 5Km – 20 Km 6: Wireless and Mobile Networks

  4. infrastructure 기반 • 베이스 스테이션(base station 존재 • 핸드오프(handoff): 모바일 호스트가 베이스 스테이션을 변경할 때 network infrastructure Infrastructure 기반 무선 네트워크 6: Wireless and Mobile Networks

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

  6. Single hop과 multiple hops 비교 multiple hops single hop • -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 • Base station 없음 • -완전한 자체 독립된 망으로 • 구성될 수 있다. • - MANET, VANET Ad hoc -base station 없음. -공중 Internet에 연결되지 않음 6: Wireless and Mobile Networks

  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. 6: Wireless and Mobile Networks

  8. 무선 링크의 특징(2) 10-1 • 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 10-2 10-3 10-4 BER 10-5 10-6 10-7 10 20 30 40 SNR(dB) QAM256 (8 Mbps) QAM16 (4 Mbps) BPSK (1 Mbps) 6: Wireless and Mobile Networks

  9. B A C C C’s signal strength A’s signal strength B A space Wireless network characteristics 무선 호스트들은 다중 접속(MAC) 문제이외에다른 문제를 발생시킨다. 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. 6: Wireless and Mobile Networks

  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 TV => Reallocation WRC2000 optional 470MHz 698MHz 806MHz 1.71G -1.885G 1.98G-2.02G-2.025G 894M-960M Cellular CT GMPCS PCS IMT2000 (Uplink) IMT2000 (MSS uplink) (TDD) (TDD) IMT2000 (Downlink) 806M-894M 1.53G-1.66G 1.90G -1.92G - 1.98G 2.11G - 2.17G 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) 2.5G-2.69G 2.3G-2.4G 2.16G-2.2G 5.725G-5.875G 5.15G-5.35G

  13. 6.1개요 Wireless 6.2 무선 링크의 특징 6.3 IEEE 802.11 무선 LANs (“wi-fi”) 6.4셀룰러 망 구조 표준 CDMA Chapter 6 목차 6: Wireless and Mobile Networks

  14. 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 802.11g 2.4-2.5 GHz range up to 54 Mbps 802.11n: multiple antennae 2.4-2.5 GHz range up to 200 Mbps 802.11ac: multiple antennae 5-6 GHz range up to 500 Mbps IEEE 802.11 무선 LAN • 모두 CSMA/CA MAC을 사용한다. • 모두 infrastructure 기반과 ad hoc 방식을 지원한다. 6: Wireless and Mobile Networks

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

  16. AP AP Internet 802.11 LAN 구조 • 무선 호스트는 base station과 통신 • base station = access point (AP) • Basic Service Set (BSS): infrastructure 기반의 경우 • 무선 호스트 • 엑세스 포인트 (AP): base station hub, switch or router BSS 1 BSS 2 6: Wireless and Mobile Networks

  17. 802.11의 채널 • 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. 6: Wireless and Mobile Networks

  18. 4 2 2 2 3 3 1 1 1 802.11: 수동/능동 스캐닝 BBS 1 BBS 1 BBS 2 BBS 2 AP 1 AP 1 AP 2 AP 2 H1 H1 • 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 • 수동 Scanning: • AP들로부터 beacon frames를 수신 • H1은 AP를 선택하여 association Request frame을 전송: • AP는 H1에게 association Response frame를 전송 6: Wireless and Mobile Networks

  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. B A C C C’s signal strength A’s signal strength B A space 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) 6: Wireless and Mobile Networks

  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. 6: Wireless and Mobile Networks

  25. RTS(B) RTS(A) reservation collision RTS(A) CTS(A) CTS(A) DATA (A) ACK(A) ACK(A) Collision Avoidance: RTS-CTS 교환 B A AP defer time 6: Wireless and Mobile Networks

  26. 6 4 2 2 6 6 6 2 0 - 2312 frame control duration address 1 address 2 address 3 address 4 payload CRC seq control 802.11 frame: 주소 Address 4: ad hoc 모드에서 사용 Address 1:무선 호스트의 MAC 주소혹은이 프레임을 수신한 AP의 주소 Address 3: AP가 접속된 라우터 인터페이스의 MAC 주소 Address 2:무선 호스트의 MAC 주소혹은이 프레임을 전송한 AP의 주소 6: Wireless and Mobile Networks

  27. router AP Internet R1 MAC addr H1 MAC addr source address dest. address 802.3frame AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr address 3 address 2 address 1 802.11 frame 802.11 frame: 주소 H1 R1 6: Wireless and Mobile Networks

  28. 6 4 2 2 6 6 6 2 0 - 2312 frame control duration address 1 address 2 address 3 address 4 payload CRC seq control 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 Protocol version Type Subtype To AP From AP More frag Retry Power mgt More data WEP Rsvd 802.11 frame 프레임 일련 번호(for RDT) 예약된 전송 시간의 길이(RTS/CTS) 프레임 유형 (RTS, CTS, ACK, data) 6: Wireless and Mobile Networks

  29. BS와 MH는 SNR의 변화에 따라 전송 속도를 변경한다. (물리 계층의 modulation 기술) 802.11: 속도 조절(Rate Adaptation) 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) 2. BER이 너무 커지면 전송 속도를 낮춘다. BPSK (1 Mbps) operating point 6: Wireless and Mobile Networks

  30. 802.11: Power 관리 • 노드는 AP에게 수면 상태로 들어갈 것임을 알린다. • AP는 수면 상태에 들어간 노드에게 프레임을 전송하지 않는다. 대신 버퍼에 프레임을 저장 • 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 6: Wireless and Mobile Networks