네트워크: 무선 및 이동 통신 네트워크(Wireless and mobile network) 공부하기!

 

< 무선 및 이동 네트워크 >  

 

두가지 중요한 challlenge

 

1. wireless: 무선링크를 이용한 통신

2. mobliity: 이동하는 모바일 유저에 대한 handling 

 

 

< Wireless >

 

1. wireless network의 구성요소 

 

- 스마트폰, 노트북(wireless host)은 무선을 통해서 access point로 서비스를 받거나 기지국을 통해서 받는다. 

(wireless는 mobility거나 mobility일 수도 있다)

 

- base station은 기지국으로 유선 네트워크로 연결되어 있다. 

 

- wireless link는 모바일과 base station를 연결한다. 

 

backbone link(network infrastructure)로써 사용되며 multiple access protocol을 사용한다. 

 

- infrastructure mode(infrastructure는 기지국이라고 생각하면 된다)

호스트가 통신하기 위해 중간에 릴레이로 동작하는 기지국이나 엑세스 포인트가 있을때

infrastructure mode라고 한다.

 

-hand off: 모바일이 기지국을 바꾸어도 서비스가 끊어지지 않고 연결가능하게 하는것  

 

 

 

 

 

 

 

-ad hoc mode(임시 모드)

base station이 없다.

link coverage안에 있으면 서로 통신할 수 있으며 노드가 자기자신을

이용해서 네트워크를 구성한다. (self-organizing network)

 

 

 

 

 

다음은 infrastructure가 있을 때 없을때의 경우 

wireless network taxonomy

 

 

 

 

 

2. wireless link의 특징

 

1) signal strengh가 약하다

 

2) interference가 많다. 

- 여러가지 장비에 의해서 발생

 

3) multipath propagation

- 반사해서 전파되거나 직접 전파된다. 

-> 그래서 유선보다 무선이 더 어렵다.

 

4) SNR: signal-to-noise ratio 

Signal/Noise가 크다. 즉, 원하는 시그널을 얻어내기 쉽다. 

 

5) hidden terminal problem

 

 

A와 C는 서로의 존재를 모르기 때문에

B에게 동시에 신호를 보낼 수 있고

중첩되어 충돌이 일어날 수 있다. 

 

 

 

 

 

B에게 동시에 몰리므로 충돌이 발생한다. 

 

 

 

그래서 CDMA(Code Division Mulitple Access)를 이용한다.

 

- 서로에게 unique code를 할당한다.

- 보내고자 하는 데이터는 original data x chipping sequence의 값으로 

- 데이터를 받을 때는 inner-product를 취해서 원하고자 하는 것을 얻어낸다. 

 

 

 

 

 

 

3. iIEEE 802.11 Wireless LAN

 

-쉽게 말하면 WiFi

 

1) 802.11 Wireless LAN

 

a) 802.11b

- 2.4-5GHz 사용

- 11Mbps의 속도

 

b) 802.11a

- 5-6GHz 사용

- 54Mbps의 속도

 

c) 802.11g

- 2.4-5GHz 사용

- 54Mbps의 속도

 

d) 802.11n

- 2.4-5GHz 사용

- 200Mbps의 속도

 

모두 CSMA/CA 방식으로 동작 

 

 

 

 

2) 802.11 LAN의 구조 

 

wireless host는 base station과 통신한다.

(base station = access point)

 

 

basic service set(BSS)는 다음으로 구성

 

- wireless host

- access point(AP)

- ad hoc mode: 호스트만 있을 경우

 

 

 

 

 

 

 

3) 802.11 channel, association

 

802.11b는 2.4~2.485GHz를 사용하며11개의 각각 다른 주파수 채널로 나누어서 사용한다.  

 

host는 AP와 associate를 해야한다. 

- 채널을 스캔하고 SSID(AP's name)와 MAC주소를 포함한 beacon frame을 방송한다. 

- associate할 AP 하나를 고른다. 

- 요즘은 비밀번호를 다 걸어놨기 때문에 authentication 통과 후 접속가능하다.

- DHCP를 이용해서 IP주소를 받고 access point의 subnet안에서 통신할 수 있게 된다. 

 

 

 

 

다음은 두가지 association하는 방법이다.

 

1. passive scanning

 

- AP로부터 beacon frame을 기다린다. 

- 받은 beacon frame 중에 하나를 

선택해서 associate request를 보낸다. 

-  accociatoin한다. 

 

 

 

 

 

2. active scanning 

 

- AP들에게 beacon frame을 요청한다. 

- AP들로부터 beacon frame을 받는다.

- 그 중 하나를 선택하여 association한다. 

 

 

 

 

 

 

4) IEEE 802.11: multiple access

 

동시에 두개의 노드와 통신할 때 충돌을 피해야 한다. 

 

기존에는 transmitting하기 전에 sense를 하는 CSMA를 사용했다.

 

하지만 sense를 해도 신호가 너무 작게 잡히기 때문에 충돌을 감지할 수 없다. 

 

그래서 충돌을 피하기 위해 CSMA/CA를 이용한다.  

 

 

 

 

5) IEEE 802.11 MAC protocol: CSMA/CA

 

a) 802.11 sender

 

- channel을 sensing을 한다. 

- DIFS만큼 들어보고 channel이 idle하다고 판단되면 frame을 보낸다. (충돌이 없다)

- 만약 channel이 busy하다면 backoff 일정시간 기다린 후 check해본다. 

 

 

 

b) 802.11 receiver

 

- SIFS 이후, frame을 잘받으면 ACK를 보내준다. 

 

 

 

 

 

충돌을 피하기 위해 데이터를 random access를 하기 보다 reserve를 한다. 

 

이 때sender는 CSMA를 사용하는 BS에게 RTS packet을 보낸다. 

(하지만 RTS는 여전히 충돌할 가능성이 있다)

 

RTS를 받은 BS는 누군가 보내려고 한다는 신호(clear-to-send CTS)신호를 주위 노드에게 보내준다. 

 

신호를 받은 노드는 데이트를 보내지 않고 hidden node problem는 해결된다.  

 

 

 

 

6) 802.11 frame: addressing

 

 

총 4개의 주소로 이루어져 있다.

 

- address 1: 이 frame을 받는 host나 AP의 MAC adress

- address 2: 이 frame을 전송하는 host나 AP의 MAC adress

- address 3: AP와 붙어있는 router interface의 MAC adress

- address 4: ad hoc mode에서 사용되는 주소 

- duration: RTS/CTS를 보낼떄 얼마나 reserve할 것인지 

 

 

 

 

7) 같은 subnet안에서의 mobility

 

h1이 두개의 BS가 포함한 같은 서브넷안에 있을 때

스위치는self learning을 통해 어떤 AP로 데이터를 보내줄지 결정한다. 

 

 

 

 

 

8) advacned capablities

 

a) rate adaption

 

- base station과 mobile이 동적으로 transmission rate를 바꾼다. 

(기지국으로부터 모바일까지의 거리가 가까우면 signal은 강해지고

반대로 멀어진다면 signal은 약해지기 때문에 이를 동적으로 조절한다)

 

 

 

b) power management

 

- 초창기 이동통신 버전에서는 배터리가 빨리 소모되었지만 

- sleep mode가 생기면서 

- 배터리를 절약할 수 있다. 

 

 

 

 

 

4. Cellular network 구조의 구성요소 

- 각각의 cell들은 MSC를 통해서 PSTN(public switched telephone network)으로 간다.

-cell: 기지국이 커버하는 영역으로 base station, mobile user, air-interface가 존재한다. 

- msc: PTSN과 cell을 유선으로 연결해준다. 

 

 

 

 

a) 2G Network architecture

 

 

 

 

 

b) 3G(voice + data) Network architecture

 

- data를 처리하기 위해서 기존의 voice망은 그대로 두고 인터넷쪽으로 연결되는 data망을 새롭게 구축

- SGSN, GGSN이 데이터처리 핵심노드 

- parallel한 구조    

 

 

 

 

c) 4G LTE Network architecture

 

 

 

3G망에서의 radio network controller, MSC, SGSN, GGSN이 없어지고 MME, HSS등이 생겼다.  

 

- core가 모두 IP기반이다. 

- voice와 data사이의 분리가 사라졌다. 모든 트래픽은 IP를 통해서 전송 

 

 

 

Mobility는 다음 포스팅에서...