1장. 유닉스 시스템 프로그래밍 개요

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영훈 방
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1 16 장. 네트워크응용기술과차세대네트워크 G/5G 핵심기술 1

2 4G/5G 네트워크관련기술 (1) 네트워크기술의구성요소 무선주파수기술 / 액세스네트워크기술 / 코어네트워크기술 / 응용기술 무선주파수 (radio) 기술 사용주파수의효율적인전송 / 수신과관련된기술 액세스네트워크 (access network) 기술 사용자들로하여금네트워크에접속할수있도록하는기술 셀방식을중심으로메쉬네트워크나애드혹 (ad-hoc) 네트워크등기술포함 코어네트워크 (core network) 기술 통합 -IP 개념이적용된핵심네트워크기술 2

3 4G/5G 네트워크관련기술 (2) 응용 (application) 기술 이동통신서비스를이용할수있도록해주는모바일플랫폼과각종응용프로그램과관련된기술 기존 3G 이동통신기술적한계를극복하기위한주파수효율성향상, 가격대비전송률최적화, 기존통신및방송시스템과의융합등을고려한것 4G/5G 네트워크핵심기술 OFDM 기술 : 주파수대역을효율적으로사용하기위한무선다중접속및다중화방식 고속패킷데이터전송방식 : MIMO 기술, 스마트안테나기술, UWB 기술, SDR 기술, SDN 기술, 자율네트워킹기술, 가상화기술 3

4 4G/5G 네트워크관련기술 (3) MIMO 2008 년 10 월 ITU-R 서울회의에서시연된 Wibro Evolution 에 MIMO 적용 가상화기술 차세대 5G 네트워크로의진화를선도하는핵심기술중하나 2014 년부터시범적용 소프트웨어정의네트워크 (SDN) 과연계된 네트워크가상화기술 (NFV) 소프트웨어기반기능을분리 통신사업자들이효율적으로기반자원관리 ( 비용절감 ) 4

5 MIMO 기술 (1) Multiple Input Multiple Output 이동통신환경에서다수의안테나를사용하여데이터를교환하는다중안테나신호처리기술 복수의안테나를이용하여전송측에서부터분기기법을이용하는방법 관련기술로는 STTD(Space-Time Transmit Diversity), OTD(Orthogonal Transmit Diversity), TSTD(Time Switched Transmit Diversity) 등이있음 전송측에 M 개의안테나를배열하고수신측에도 N 개의안테나를배열하여다양한방법으로신호를보내 N 배의전송률증가효과 OFDM 기술과함께사용될경우고속의전송률과전송데이터를대용량화할수있는멀티미디어서비스에이용가능한기술 5

6 MIMO 기술 (2) 6

7 OFDM 기술 (1) 무선링크를통해데이터를고속으로전송할경우 다중경로페이딩과도플러확산등으로오류율이높아짐 ( 해결책 ) 대역확산 (spread spectrum) 방식사용 DS(Direct Sequence) 방식 : 하드웨어복잡도가증가 / 다수사용자간섭현상으로인한용량한계 FH(Frequency Hopping) 방식 : 고속데이터전송시에동기추출에어려움발생 이러한문제점에대한해결책 직교주파수분할다중화 (OFDM) 기술 7

8 OFDM 의기본원리 OFDM 기술 (2) 대역확산기술을사용하여, 정확한주파수에서일정간격떨어져있는다수의반송파에데이터를분산 주파수간격을최소화하기위해자신외의다른주파수를참조하는것을방지 반송파간의성분분리를위한 직교성 (orthogonal) 부여 고속의전송률을갖는데이터열을낮은전송률을갖는많은수의데이터열로나누고, 이들을다수의부반송파를사용하여동시에전송하는기술 8

9 OFDM 기술 (3) OFDM 의기본원리 ( 계속 ) 데이터열을여러개의부채널로동시에전송하는다중반송파전송방식의특별한형태 고속의원천데이터열을다중의채널로동시에전송한다는측면에서 다중화기술 다중의반송파에분할하여전송한다는관점에서 일종의 변조기술 이됨 각부반송파의파형 시간축상으로는직교하나, 주파수축상에서는 overlap 됨 9

10 OFDM 의장점 주파수효율성향상 OFDM 기술 (4) 부채널이주파수상에서중첩되므로주파수사용대역의효율성이향상 다중경로페이딩현상에유리 지연확산 (delay spread) 에의한심볼간간섭 (ISI) 이줄어듬 도플러천이효과로인해이동수신시주로문제가되는도플러효과에도효율적임 FFT 를이용하여고속의신호처리가가능하므로고속구현도쉬워지며, 복잡한등화기가필요하지않고, 임펄스잡음에강함 10

11 OFDM 의장점 ( 계속 ) OFDM 기술 (5) 부반송파간에직교성이유지되므로이동통신셀간의간섭이없고, 자원할당이비교적수월 협대역간섭이일부부반송파에만영향을주므로협대역간섭에강함 OFDM 의단점 위상잡음및전송및수신단간의반송파주파수옵셋에민감 수신되는부반송파간의직교성이상실되면 신호대잡음비 (SNR) 감소 11

12 SDR 기술 (1) SDR(Software Defined Radio) 무선이동통신시스템에서 3G, 4G 이동통신을통합하고나아가 xdsl, CDMA, UMTS, 무선 LAN, 블루투스, 위성통신등다양한통신수단을하나의단말기에서구현할수있도록하는기술 안테나이후의 RF 영역을포함한대부분의기능들이프로그래밍이가능한고속처리소자에의해구현된소프트웨어모듈에의해수행됨 12

13 SDR 기술 (2) 하드웨어교체없이필요한소프트웨어의재구성만으로다중무선접속규격또는서비스기능이가능해짐 고정된 RF 하드웨어를최소화하고, 디지털변환기 (ADC) 위치를가능한한 RF 영역으로옮겨서 DSP 또는유동적하드웨어를이용하여신호를처리함 서비스에따라시스템의전환이유동적으로이루어지며, PC 와같은개방형모듈구조를사용함으로써 Plug & Play 기능과필요한소프트웨어의다운로드가가능하도록함 13

14 기존방식과비교 SDR 기술 (3) BBA : 기저대역어셈블리 ADC : 아날로그 - 디지털변환기 MSM : 이동스테이션모뎀 14

15 SDN 기술 (1) SDN(Software Defined Networking) 모바일멀티미디어데이터의폭증과데이터트래픽의 dynamic 특성변화에효율적으로대처하기위해서 네트워크장치나대역폭과같은기반자원의최적활용이가능한사용자응용지향스마트기반구조가요구되고있음 SDN 은 AT&T 사의지오플렉스 (GeoPlex) 프로젝트로부터등장 SDN 은이러한사용자응용지향스마트기반구조에대한요구에부합하는차세대네트워크기술 다양한응용들의높은대역폭, 동적특성에적합하고, 관리및비용의효율성과적응성이뛰어난새로운구조 구조적유연성과개방성을제공하기위해서중앙집중형제어계층과개방형 API 구조 15

16 SDN 기술 (2) SDN 의구조 16

17 UWB( 초광대역 ) 기술 (1) GHz 대의주파수를사용하면서도초당수천 수백만회의저출력펄스로구성되고, 대용량의데이터를 0.5m/W 정도의저전력으로 70m 의거리까지전송가능 1950 년대에미국국방부가군사적목적으로개발 미연방통신위원회 (FCC) 가상업적이용을금지했으나, 2002 년 2 월 14 일상업적용도사용승인 지하나건물벽등의장애를받지않아서초고속인터넷접속은물론, 레이더기능등을갖는차세대무선통신기술 IEEE 과블루투스등에비해속도와전력소모등에서유리 속도의경우 배앞서고, 필요한전력량은휴대전화나무선 LAN 에비해 1/100 수준 17

18 UWB( 초광대역 ) 기술 (2) 사무실이나가정에서 10m 내외의거리에위치한개인용컴퓨터와주변기기및가전제품등을초고속무선인터페이스로연결하는무선근거리개인통신네트워크에적합한기술 휴먼인터페이스를비롯하여홈네트워크, 무선 LAN 등의구축에유용 광범위한활용도 자동차용 ITS(Intelligent Transport System) 통신 산업분야에서의물류, 공장기계컨트롤 자동차충돌방지, 산업용거리측정기 초정밀 3 차원레이더 보안감시 재난구조및의료기기등 18

19 UWB( 초광대역 ) 기술 (3) UWB 기술의특성 19

20 UWB( 초광대역 ) 기술 (4) UWB 기술의특성 수나노또는피코초의매우좁은펄스를사용하여광범위한주파수대역에걸쳐매우낮은스펙트럼전력밀도가존재 높은보안성, 고속데이터전송특성, 정확한거리및위치측정이가능한높은해상도제공이가능 다중경로에따른영향을적게받고, 반송파를사용하지않으며기저대역에서통신이이루어지기때문에전송기및수신기의구조가간단해짐 낮은비용으로제작가능 20

21 자율네트워킹기술 (1) 인간의개입을최소화하면서환경의변화에따라네트워크스스로자율적인관리및제어가가능하도록하는기술 1997 년군사목적으로출발하였으며, 2001 년 IBM 이자율컴퓨팅이라는개념을제안 4 가지자율기능정의 자기구성 (self-configuration) 어떻게실행하는가 와같은것을자율컴퓨팅시스템에서스스로결정하도록하는개념 21

22 자율네트워킹기술 (2) 4 가지자율기능정의 ( 계속 ) 자기최적화 (self-optimization) 서비스의성능이나품질개선을위해서, 어떠한상황이발생하기전에미리시스템자원의사용을최적화하도록하는기능 자기복구 (self-heeling) 시스템은문제를스스로진단하여문제해결을시도해야한다는개념 무엇보다자가진단과문제해결능력과관련된자기복구기능은매우중요함 22

23 자율네트워킹기술 (3) 4 가지자율기능정의 ( 계속 ) 자기보호 (self-protection) 자율시스템은악의적인공격으로부터자신을보호할수있어야함 보안, 개인정보보호, 데이터보호를위해자율적으로자신을조율 (tuning) 한다는개념 MAPE-K(Monitor, Analyze, Plan, Execute and Knowledge) 자율루프모델 IBM 에서제안한자율네트워킹의실현을위한대표적인참조모델 인지네트워크 (cognitive network) 자기구성과자기최적화기능, 프로토콜계층간정보교환설계를강조하는자율네트워킹의한형태 23

24 가상화기술 (1) 가상화기술이란? 물리적인컴퓨터자원의특징을다른시스템, 응용프로그램, 최종사용자들이자원과상호작용하는방식으로부터감추는기술 가상화는크게 플랫폼가상화 와 자원가상화 로구분 플랫폼가상화 주어진하드웨어플랫폼의제어프로그램곧호스트소프트웨어를통해실행되는형태 호스트소프트웨어 호스트 (host) 아래의게스트 (guest) 소프트웨어에맞추어가상머신 (VM) 이라는가상컴퓨터환경을만들어냄 게스트소프트웨어 독립된하드웨어플랫폼에설치된것처럼실행됨 24

25 가상화기술 (2) 자원가상화 저장볼륨, 이름공간, 네트워크자원과같은특정한시스템자원가상화로확장 가상화기술의응용예 서버통합, 재해복구, 휴대작업공간, 하드웨어가상화기술 가상데스크톱가상화 (VDI) 컴퓨팅자원을한곳에모아두고언제어디서든지인터넷을통하여개인의 PC 환경을사용할수있는서비스를제공하기위하여사용함 25

26 소형셀기술 (1) Small Cell 10m 에서 1~2km 에이르는유효범위 인가혹은비인가주파수대역에서동작 안테나당 10W 급이하의저전력을갖는무선액세스노드 소형셀 이란이름 수십 km 의범위를갖는모바일매크로셀과비교하여붙여졌음 사용하는이유 건물내부는물론건물밖에서도무선서비스를제공하고, 서비스유효범위를확장하거나네트워크용량을증가시키기위함 26

27 소형셀기술 (2) 소형셀의유형 소형셀네트워크는분산무선기술에의해구현 피코셀 (picocell) 반경 200m 내외의유효범위 펨토셀 (femtocell) 수십미터내외의유효범위 빔형성기술을통해소형셀의유효범위를향상시키거나집중할수있음 2013 년 2 월을기준으로 9 백 6 십만주거용펨토셀이설치 총기지국의 56% ABI 리서치전망 2015 년까지모바일데이터트래픽의 48% 정도가매크로네트워크로부터소형셀로분산되어처리될것으로추정 27

28 소형셀구조 소형셀기술 (3) 28

29 소형셀구조 ( 계속 ) 소형셀기술 (4) 종단에시스코 3G 소형셀들과소형셀백홀 (backhaul) 이위치 종단의소형셀은자체적으로소형셀기지국기능을탑재 LTE 네트워크소형셀기지국과연계 백홀 : 보통무선접속네트워크 (Radio Access Network) 와코어네트워크 (Core Network) 사이의범위를지칭 시스코본체 소형셀게이트웨이 3G/4G Core 망연계 무선제어장치등 29

<4D6963726F736F667420506F776572506F696E74202D204368617031375FC2F7BCBCB4EBB3D7C6AEBFF6C5A9BFCDB1D7C0C0BFEB205BC8A3C8AF20B8F0B5E55D>

<4D6963726F736F667420506F776572506F696E74202D204368617031375FC2F7BCBCB4EBB3D7C6AEBFF6C5A9BFCDB1D7C0C0BFEB205BC8A3C8AF20B8F0B5E55D> 2011년 봄학기 데이터통신 Chapter 17 차세대 네트워크와 그 응용 목차 1 1 차세대(4G) 네트워크란 무엇인가 2 차세대 네트워크 서비스 2 3 31 4G 네트워크 핵심기술 4 31 32 3 1 5 3 1 4G 표준화 활동 광대역 통합 네트워크(BcN) Section 01 차세대 (4G) 네트워크란 무엇인가 차세대 네트워크의 개념 정의 (국제전기통신연합(ITU))