13 장. 무선 LAN 과 IEEE 802.11 프로토콜 13-2 무선 LAN 의전송기술 1
IEEE 802. 11 물리계층 (1) IEEE 802.11 물리계층은각비트를신호로변환하는것에대한명세를정의 적외선주파수에대한명세와무선주파수에대한명세로구분 IEEE 802.11 의물리계층구분 802.11 FHSS, 802.11 DSSS, 802.11a OFDM, 802.11b HR-DSSS, 802.11g OFDM 등 5 개기술 2
IEEE 802. 11 물리계층 (2) IEEE 802.11 주파수도약확산스펙트럼 Frequency Hopping Spread Spectrum 2.4GHz ISM 주파수대역에서전송신호를만드는기법 전송측은하나의캐리어주파수를사용하여일정시간동안데이터를생성하여전송 다른캐리어주파수로도약하여변경된주파수를사용하여데이터를만들고첫번째와같은시간동안데이터를전송 n 번반복수행한후에는다시첫번째과정부터반복 데이터전송률은 1~2Mbps 까지가능 3
IEEE 802. 11 물리계층 (3) IEEE 802. 11 DSSS 표준 Direct Sequence Spread Spectrum 2.4GHz ISM 대역에서의신호생성을위한직접시퀀스확산스펙트럼에관한것 전송측의소스데이터에대해서는의사임의이진시퀀스 (pseudo-random binary sequence) 와 XOR( 배타적 OR) 연산을수행 의사임의이진시퀀스 chipping sequence 혹은 pseudo-noise 시퀀스라고함 4
IEEE 802. 11 물리계층 (4) IEEE 802. 11 DSSS 표준 ( 계속 ) 원시데이터와칩핑시퀀스와의 XOR 은보다넓은주파수대역을갖는신호로만드는과정 이진수 0 에대한칩코드는 110011 이고, 이진수 1 에대한칩코드는 000111 칩핑시퀀스가 6 비트임 DSSS 결과전송데이터스트림은원시데이터스트림의 6 배가되어그만큼넓은주파수대역을갖는신호생성 5
IEEE 802. 11 물리계층 (5) OFDM 방식 Orthogonal Frequency-Division Multiplexing IEEE 802.11a OFDM 방식 5GHz ISM 대역에서신호를만들어내기위한직교주파수분할다중화방식 이방식은기본적으로 FDM 과동일하나모든부대역 (sub band) 은주어진시간동안하나의전송측에의해사용 5GHz ISM 대역을 52 개의부대역으로나누어서, 48 개의부대역은비트그룹을전송하는데사용하고 4 개의부대역은제어정보를전송하는데사용 18Mbps 와 54Mbps 데이터전송이가능 IEEE 802.11g OFDM 은 2.4GHz ISM 대역에서 OFDM 을이용 54Mbps 데이터전송률정의 6
IEEE 802.11 MAC 계층 (1) 물리계층에대한지원기능, 접근제어기능, 프레임에대한단편화기능, 프레임암호화기능, 로밍기능등을수행하는계층 무선 LAN 에접근하는방법으로 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 기법을정의 유선 LAN 의 CSMA/CD 와유사 7
IEEE 802.11 MAC 계층 (2) CSMA/CA 기법 A 단말기와 C 단말기는기지국 B 의신호감지영역 (coverage area) 내에있으며, A 단말기는 C 단말기의신호감지영역밖에있고, C 단말기또한 A 단말기의신호감지영역밖에있음 8
IEEE 802.11 MAC 계층 (3) CSMA/CA 기법 ( 계속 ) 만일 A 단말기가기지국 B 와데이터를교환하고있는데, C 단말기가기지국 B 로데이터전송을하고자한다면? 먼저기지국 B 가 A 단말기로데이터를전송하는경우, C 단말기는기지국 B 의신호를감지할수있으므로 C 단말기는무선미디어의사용이가능해질때까지대기 그러나 A 단말기가기지국 B 로데이터를전송하는경우, C 단말기는 A 단말기의신호를감지할수없으므로무선미디어가사용가능한상태라고판단하여데이터를전송하게됨 그결과데이터 collision 발생 C 단말기입장에서 A 단말기는숨겨진상태이기때문 숨겨진단말문제 라고함 CSMA/CA 는숨겨진단말문제를해결하기위해 RTS (Request To Send) 와 CTS (Clear To Send) 라는신호를사용 9
IEEE 802.11 MAC 계층 (4) CSMA/CA 기법 ( 계속 ) A 단말기가기지국 B 로데이터를전송하는경우 A 단말기는무선미디어를살펴서, 만일미디어가사용가능한상태 (clear 상태 ) 라면, A 단말기는기지국 B 로 RTS 라는짧은메시지를보냄 이메시지에는목적지와전송측의주소, 데이터의크기등의정보가포함되어있음 기지국 B 가 A 단말기와데이터를주고받을준비가되면 CTS 신호를 A 단말기로전송 C 단말기는이 CTS 신호를감지할수있고, C 단말기는 CTS 신호의정보로부터데이터전송이지속될것인지를예상하여네트워크할당벡터 (NAV) 시간을계산하고, NAV 타이머를설정하여데이터충돌이일어나지않도록함 CSMA/CA 기법 10
IEEE 802.11 MAC 계층 (5) CSMA/CA 기법 ( 계속 ) B 단말기와 C 단말기는서로신호감지영역내에있음 B 단말기가 A 단말기로데이터를전송하고있는중임 D 단말기가현재데이터의전송과수신이가능한상태이고, C 는 D 로데이터전송을하고자한다면? C 단말기는 B 단말기의신호를감지할수있으므로전송을하지못하게됨 노출된단말문제 C 단말기입장에서 B 단말기가노출된상태이기때문 11
IEEE 802.11 MAC 계층 (6) CSMA/CA 기법 ( 계속 ) 일반적인경우로확장 전송측단말기는무선미디어상태를확인하여사용가능한상태라고판단되면 RTS 송신 목적지단말에서데이터수신준비가완료되면 CTS 송신 RTS 또는 CTS 를감지한다른단말은데이터전송지속시간을예상하여 NAV 시간계산하고, NAV 타이머를설정하여그시간동안미디어사용제한 12
MAC 계층의기능 (1) MAC 계층 분산조정기능 (DCF: Distributed Coordination Function) 과포인트조정기능 (PCF: Pointing Coordination Function) 을가짐 DCF DCF 는 IEEE 802.11 의가장기본적인미디어접근제어기능으로 CSMA/CA 방식으로동작 13
MAC 계층 ( 계속 ) MAC 계층의기능 (2) 각 DCF 노드 ( 단말 ) 는전송할데이터가있을경우, NAV 와캐리어신호를감지하여미디어의상태를확인 미디어가 DIFS(Distribute Inner-Frame Space) 기간동안미사용상태일경우즉시프레임을전송하고, 그렇지않을경우 backoff 프로세스를수행 : 14
MAC 계층의기능 (3) MAC 계층 ( 계속 ) DCF ( 계속 ) DCF 에따라동작하는각무선노드는전송할데이터가있으면무선채널에대한캐리어신호를감지 (carrier sensing) 를함 무선채널이사용중 (busy) 상태에서미사용 (idle) 상태로천이하면, DIFS 시간동안기다린후무선채널의미사용시간만큼백오프시간값을줄임 백오프시간값이 0 이되는순간데이터프레임을전송함 15
MAC 계층의기능 (4) MAC 계층 ( 계속 ) PCF PCF 는중앙집권적채널접근제어기능으로, CF (Contention-Free) 프레임전송을제공 CF 프레임전송이란? 폴링절차를채택하여경쟁없이전송된다는뜻을포함 16
MAC 계층의기능 (5) MAC 계층 ( 계속 ) PCF ( 계속 ) PCF는시간제한서비스를지원하기위해설계되었으며, 제한적으로고품질 QoS 서비스를제공할수있는선택적기능을갖음 폴링 (polling) 차례로기회를주어경쟁을하지않고채널에접근하는방식 17
MAC 계층의기능 (6) MAC 계층 ( 계속 ) PCF ( 계속 ) PCF 는 PIFS(Point Inner-Frame Sequence) 라고불리는짧은프레임사이의간격을사용하여 DCF 보다더높은우선순위를갖도록함 ( 의미 ) 짧은프레임간격을사용한다는것은짧은시간동안대기하게됨을의미하고, 이는그만큼채널접근의우선권을가지게된다는것 PCF 에서는 AP 가폴프레임을단말에게전송하여프레임을전송할것인지확인 프레임을전송하고자하는단말은 PIFS 타임이후에프레임전송가능 18
IEEE 802. 11 프레임구성 (1) 제어영역, 기간영역, 주소영역, 순서제어영역, 프레임본체, FCS 영역등으로구성 19
IEEE 802. 11 프레임구성 프레임구성 ( 계속 ) 기간 (D) 영역 : NAV 의값설정시사용되는전송기간과관련됨 주소영역 : 각각 6 바이트길이의 4 개주소 (address 1,address 2, address 3, address 4) 영역이있음 순서제어 (SC) 영역 : 흐름제어에사용되는프레임의순서번호가들어감 프레임본체 : 0 에서 2,312 바이트길이로구성되는데, FC 영역의유형에따른정보가들어감 프레임체크시퀀스 (FCS) 영역 : CRC-32 오류검출시퀀스를포함 20
프레임구성 ( 계속 ) 프레임의구분 프레임제어 (FC) 영역의의미 21
프레임의구분 프레임은 RTS, CTS 또는 ACK 프레임으로구분됨 FC 의부영역값이 1011 이면 RTS 프레임 / 1100 이면 CTS 프레임 / 1101 이면 ACK 프레임 22