WIKIPEDIA
WIKIPEDIA Wi-Fi
어원과 용어 Versions Uses
Operational principles Waveband
Communication stack
*LLC(logical link control)
*MAC(Medium access control) Modes
Infrastructure
Ad hoc and Wi-Fi direct Multiple access points Performance
Transmitter power Antenna
MIMO(multiple-input and multiple-output) Radio propagation
Interference Throughput Hardware
Access point Wireless adapter Router
Bridge Repeater
Embedded systems Network security
Securing methods Data security risks Piggybacking SHF
Wireless ad hoc network Mesh networking MIMO
History
Early research Invention
Standards and commercialization Functions
Precoding
Spatial multiplexing Diversity coding Forms
Multi-antenna types Multi-user types Applications
Wi-Fi
장치의 근거리 네트워킹과 인터넷 액세스에 일반적으로 사용되는 IEEE 802.11 표준 계열에 기반을 둔 무 선 네트워크 프로토콜 제품군
근처의 디지털 장치가 전파로 데이터를 교환할 수 있도록 함
다양한 IEEE 802.11 프로토콜 표준에 의해 지정
무선 대역과 최대 범위 및 달성 가능한 속도를 결정하는 다양한 무선 기술이 있음
2.4GHz와 5GHz SHF 무선 대역을 사용
주파수 대역은 상대적으로 흡수율이 높으며 가시거리 사용에 가장 적합
일반적인 장애물은 범위를 크게 줄일 수 있지만 혼잡한 환경에서 서로 다른 네트워크 간의 간섭을 최소 화하도록 도와줌
어원과 용어
Wi-Fi LAN에 연결하려면 컴퓨터에 무선 네트워크 인터페이스 컨트롤러가 장착되어 있어야 함 컴퓨터와 인터페이스 컨트롤러의 조합: 스테이션
스테이션은 하나 이상의 MAC 주소로 식별됨
(STA: 802.11 프로토콜을 사용할 수 있는 기능을 가진 장치) 모든 통신이 기지국을 통과하는 인프라 모드에서 작동
애드혹 모드: 먼저 액세스 포인트와 통신할 필요 없이 서로 직접 통신하는 장치
서비스 세트: 특정 Wi-Fi 네트워크와 연결된 모든 장치의 세트, 동일한 주파수 대역 또는 채널에 있을 필 요 없음
서비스 세트 식별자(SSID): 각 서비스 세트에는 특정 네트워크를 식별하는 32바이트
BSS(Basic Service Set): 동일한 무선 채널, SSID 및 무선으로 연결된 다른 무선 설정을 공유하는 스테이 션 그룹, BSSID라고 하는 MAC주소로 식별
Versions
802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n (Wi-Fi 4), 802.11h, 802.11i, 802.11-2007, 802.11-2012, 802.11ac (Wi-Fi 5), 802.11ad, 802.11af, 802.11-2016, 802.11ah, 802.11ai, 802.11aj, 802.11aq, 802.11ax (Wi-Fi 6),802.11ay
Uses
인터넷에 연결된 하나 이상의 라우터의 Wi-Fi 범위 내에 있는 장치에 로컬 네트워크와 인터넷 액세스를 제공하기 위해 사용
라우터는 디지털 가입자 회선 모뎀 또는 케이블 모뎀과 Wi-Fi 액세스 지점을 통합하며, 인터넷 접속과 구 조를 위한 인터넷 작동을 제공하기 위해 가정과 다른 건물에 자주 설치
라우터에는 셀룰러 인터넷 라디오 모뎀과 Wi-Fi 액세스 지점이 포함될 수 있음
Operational principles
데이터 패킷(무선을 통해 개별적으로 전송되고 전달되는 데이터 블록)을 전송하여 통신 반송파의 변조 및 복조에 의해 수행
버전별로 다른 기술들을 사용 - 802.11b는 DSSS, 802.11a, Wi-Fi 4, 5, 6은 OFDM 스테이션은 MAC 주소로 프로그래밍
MAC 주소는 각 데이터 패킷의 대상과 소스를 지정하는 데 사용
네트워크 인터페이스 카드는 해당 패킷이 수신될 때만 CPU를 중단(카드는 해당 패킷에 주소 지정되지 않은 정보를 무시)
동일한 채널을 사용한다는 것은 데이터 대역폭이 공유된다는 것을 의미 충돌회피(CSMA/CA) 스테이션은 채널이 "유후"로 감지된 후에야 전송을 시작 충돌은 스테이션이 한 채널에서 동시에 여러 신호를 수신할 때 발생
-> 전송된 데이터가 손상되고 스테이션이 다시 전송해야 할 수 있음, 손실된 데이터 및 재전송으로 처리 량이 감소함
Waveband
채널은 대역 내에서 5MHz 간격으로 번호가 매겨지며, 채널 중심 주파수를 의미
송신기는 최소 20MHz를 차지, 표준에서는 더 높은 처리량을 위해 채널을 더 넓은 채널을 형성하기 위해 서로 결합할 수 있음
Communication stack
데이터는 데이터 링크 계층의 이더넷 프레임과 매우 유사하지만 추가 주소 필드가 있는 802.11 프레임으 로 구성
MAC 주소는 LAN을 통한 라우팅의 네트워크 주소로 사용
Wi-Fi의 MAC 및 물리 계층(PHY) 사양은 적외선으로 데이터를 전송하기 위해 하나 이상의 반송파를 변조 하고 수신하는 IEEE 802.11과 2.4, 3.6, 5 또는 60GHz 주파수 대역에 의해 정의
무선의 경우 모든 전송은 해당 무선 채널을 사용하는 범위 내의 모든 스테이션에서 수신되기 때문에 특 정 규정이 필요
무선 통신 매체는 오류율을 무시할 수 없음 - 상당한 간섭을 받을 수 있기 때문
와이파이의 경우, IEEE 802.2에 의해 지정된 논리 링크 제어(LLC)는 더 높은 수준의 프로토콜 스택에 의 존하지 않고 재시도들을 관리하기 위해 와이파이의 미디어 액세스 제어 (MAC) 프로토콜을 사용
*LLC(logical link control)
OSI 모델의 데이터 링크 계층의 상위 계층
미디어 액세스 제어(MAC)과 네트워크 계층 간의 인터페이스 역할
다중점 네트워크 내에서 공존하고 동일한 네트워크 매체를 통해 전송될 수 있도록 하는 멀티플렉싱 메커 니즘을 제공
흐름 제어 및 자동 반복 요청(ARQ) 오류 관리 메커니즘을 제공
MAC 계층을 통해 전송되는 멀티플렉싱 프로토콜과 디멀티플렉싱 프로토콜에 주로 관련 노드 간 흐름 제어 및 오류 관리 기능을 제공
무선통신에서 비트 오류는 흔함
흐름 제어 및 오류 관리는 LLC 계층의 일부가 아닌 CSMA/CA MAC 프로토콜의 일부
*MAC(Medium access control) Media access control
매체 접근 제어
유선, 광학 또는 무선 전송 매체와의 상호작용을 담당하는 하드웨어를 제어하는 계층
LLC는 논리적 링크(예: EtherType, 802.1Q VLAN 태그 등)에 대한 흐름 제어와 멀티플렉싱을 제공하는 반면 MAC은 전송 매체를 위한 흐름 제어와 멀티플렉싱을 제공
Modes
Infrastructure 인프라 모드
모든 통신이 기지국을 통과
Ad hoc and Wi-Fi direct
한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 액세스 포인트 중개자 없이 직접 통신할 수 있게 함 애드혹 네트워크
간단: 네트워크 노드는 서로 직접 통신
복잡: 노드는 패킷을 전달할 수 있음, 노드는 이동하더라도 다른 노드에 도달하는 방법을 추적 TLDS(Tunneled Direct-Link Setup): 동일한 Wi-Fi 네트워크의 두 장치가 직접 통신
Multiple access points
확장 서비스 세트는 동일한 SSID 및 보안 설정으로 구성된 여러 액세스 지점을 배포하여 구성
Wi-Fi 클라이언트 장치는 해당 서비스 집합 내에서 가장 강력한 신호를 제공할 수 있는 액세스 지점에 연 결
Performance
Transmitter power
저전력 장치
무선 개인 영역 네트워크 응용 프로그램을 지원하도록 설계된 다른 표준에 비해 전력 소비량이 높음 -> 일부 모바일 장치의 배터리 수명이 우려됨
Antenna
안테나는 더 많은 등방성 안테나에서 유사한 출력 전력과 비교하여 특정 방향으로 사용 가능한 신호를 추가로 투영하거나 수신할 수 있음
분리형 안테나가 있는 무선 라우터에서는 특정 방향에서 더 높은 이득을 제공하는 업그레이드된 안테나 를 장착하여 범위를 개선할 수 있음
MIMO(multiple-input and multiple-output)
송신기와 수신기에 여러 개의 안테나를 장착할 수 있음
여러 안테나를 사용하면 장비가 동일한 주파수 대역에서 다중 경로 전파를 이용하여 훨씬 더 빠른 속도 와 더 넓은 범위를 제공할 수 있음
Wi-Fi 4는 이전 표준에 비해 범위를 2배 이상 늘릴 수 있음 Wi-Fi 5는 5GHz 대역을 독점적으로 사용
기가비트 처리량을 달성하기 위해 다중 사용자 MIMO 및 4X4 공간 멀티플렉싱 스트림과 와이드 채널 대 역폭(160MHz)과 같은 여러 신호 처리 기술을 사용
Radio propagation
전파
신호는 희미해질 수 있음
무선 전파의 복잡한 특성때문에 알고리즘은 송신기와 관련하여 주어진 영역에 대한 Wi-Fi 신호 강도를 대략적으로만 예측할 수 있음
Interference
간섭
주파수 대역을 합리적으로 공평하게 공유하도록 설계
전송자가 채널에서 다른 장치가 활성 상태이거나 인접 채널 또는 비 Wi-Fi 소스에서 노이즈가 감지되는 경우 패킷 전송 전에 수신하고 전송을 지연시키는 통신사 감지 다중 액세스(CSMA/CA)를 채택
2.4GHz 대역의 5개 채널을 차지
채널 중복으로 인해 간섭이 발생할 수 있음
Throughput
처리량
달성 가능한 최대 처리량은 이상적인 조건 또는 레이어 2 데이터 속도에서 측정을 기반으로 제공 응용 프로그램의 패킷 크기가 데이터 전송 속도를 결정
응용 프로그램이 패킷을 전송하는 속도와 무선 신호가 수신되는 에너지
무선 신호가 수신되는 에너지는 거리 및 통신 장치의 설정된 출력 전력에 의해 결정
Hardware
LAN(Local Area Network)을 무선으로 배포gkf tn dlTdma
금속 함량이 높은 돌과 같은 특정 물질로 벽을 쌓으면 와이파이 신호를 차단 단거리 무선 장치
RF CMOS 집적 회로(RF 회로) 칩으로 제작
Access point
무선 액세스 포인트(WAP)
연결된 무선 장치 간에 데이터를 중계
무선 장치가 다른 유선 장치와 통신할 수 있도록 함
Wireless adapter
장치가 무선 네트워크에 연결할 수 있음
Router
통합된 WAN인터페이스를 통해 IP라우팅, NAT 및 DNS 포워딩을 제공하는 무선 액세스 포인트, 이더넷 스위치 및 내부 라우터 펌웨어 애플리케이션을 통합
유선 및 무선 이더넷 LAN 장치가 케이블 모뎀, DSL 모뎀 또는 광학 모뎀과 같은 단일 WAN 장치에 연결 할 수 있음
Bridge
와이파이를 통한 데이터 링크 계층에서 단일 네트워크를 형성하기 위해 두 개의 네트워크를 연결 무선 분배 시스템(WDS)
유선 네트워크를 무선 네트워크에 연결할 수 있음
Repeater
무선 범위 확장기
기존 무선 네트워크의 범위를 확장할 수 있음
신호 영역을 연장하거나 신호 영역이 L자형 회랑과 같은 장벽 주위에 도달할 수 있음 낮은 트래픽 처리량 요구사항을 지원하는 네트워크에서 가장 잘 작동
Embedded systems
Wi-Fi Protected Setup은 제한된 그래픽 사용자 인터페이스를 가진 임베디드 장치가 인터넷에 쉽게 연결 할 수 있도록 함
내장형 와이파이 모듈 -> 간단한 모니터링 장치를 설계할 수 있음
Network security
유선 네트워크에 비해 네트워크 액세스가 단순함
Securing methods
SSID 브로드 캐스트를 비활성화하여 액세스 지점의 이름을 숨기는 것
-> 클라이언트 SSID 쿼리에 대한 응답으로 SSID가 명확하게 브로드캐스트되기 때문에 효과적이지 않음 MAC 주소가 있는 컴퓨터만 네트워크에 가입할 수 있도록 허용하는 것
-> 도청이 결정되면 인증된 주소를 스푸핑하여 네트워크에 가입할 수 있음
WEP(Wired Equivalent Privacy) 암호화는 안전하지 X -> 도구로 암호화 키를 빠르게 복구 가능
TKIP를 사용하는 WPA(Wi-Fi Protected Access)를 승인, 이는 펌웨어 업그레이드를 통해 구형 장비와 작 동하도록 설계
고급 암호화 표준을 사용하는 보다 안전한 WPA2가 도입
KRACK으로 알려진 키 재생 공격을 허용하는 WPA2의 결함이 발견됨
현재 유일한 해결책은 Wi-Fi 보호 설정을 해제하는 것 -> 항상 가능한 것은 아님
Data security risks
WEP(Wired Equivalent Privacy)는 올바르게 구성되더라도 쉽게 깨질 수 있음 -> 이를 해결하기 위해 Wi-Fi 보호 액세스(WPA 및 WPA2) 암호화 고안
일반적으로 암호화되지 않은 모드로 기본 설정됨 -> 무선 보안을 활성화하지 않아 LAN에 대한 개방형 무 선 액세스를 제공
보안을 설정하려면 GUI를 통해 장치를 구성해야 함 WPA3가 WPA2의 대체품으로 발표됨, 보안은 강화됨
Piggybacking
자신의 컴퓨터를 다른 사람의 무선 연결 범위 내에 두고 가입자의 명시적 허가나 지식 없이 그 서비스를 사용함으로써 무선 인터넷 연결에 접속하는 것
초기에 범위 내에 있는 모든 사람이 사용할 수 있는 개방형 액세스 지점을 제공하는 것은 무선 커뮤니티 네트워크를 구축하도록 권장됨
기술적으로 익숙하지 않은 사용자는 기본 "보안되지 않은" 설정을 액세스 포인트로 변경하지 않을 수 있 으며 사용 가능한 무선 네트워크에 자동으로 연결되도록 운영체제를 구성할 수 있음
선 사용자가 목적지를 찾을 때 중요한 데이터를 잘못된 중간자에게 보낼 수 있음(man-in-the-middle attack)
권한이 없는 사용자는 무선 액세스 지점의 레이블에서 보안 정보를 가져와 이 정보를 사용하거나 Wi-Fi 보호 설정 푸시버튼 방식으로 연결하여 무단 및 불법 작업을 수행할 수 있음
SHF
Super high frequency 초고주파수
3~30 GHz 범위의 무선주파수(RF)에 대한 ITU 명칭 이 주파수는 극초단파 대역에 속함
이 주파수를 가진 전파를 극초단파라고 함
마이크로파(초고주파)
짧은 파장으로 인한 굴절이 작음
파장은 안테나가 파장보다 훨씬 클 수 있는 마이크로파 주파수에서 충분히 작기 때문에 좁은 빔을 생성 할 수 있는 고방향 안테나를 만들 수 있음
근처의 송신기에서 주파수를 재사용할 수 있음
전방향 안테나가 짧음
파장도 작아서 고득점 방향안테나를 통해 SHF파가 좁은 빔에 집중될 수 있음 SHF 주파수의 지시 안테나는 대부분 조리개 안테나
대형 포물선 안테나는 몇 도 이하의 매우 좁은 빔을 생성할 수 있음
위상 배열, 각 안테나는 위상 변환기를 통해 공급되며, 배열의 빔을 전자적으로 조종할 수 있음 짧은 파장은 전파가 위상 이송점에 도달하도록 보장하기 위해 큰 안테나에 큰 기계적 강성을 요구
많은 새로운 무선 서비스에 의해 이용되고 있는 무선 주파수에서 스위트 스팟을 차지 편리한 크기의 안테나로 좁은 빔으로 전파를 유도
최저 주파수 대역으로 주파수 재사용이 용이
장거리 지상 통신에 사용될 수 있는 가장 높은 주파수
마이크로파 통신 링크에 매우 큰 정보 전달 용량(대역폭)을 제공
Wireless ad hoc network
WANET MANET
분산형 무선 네트워크 유형
Windows 운영체제에서 애드혹은 컴퓨터가 라우터없이 서로 직접 통신할 수 있도록 하는 통신 모드 노드를 자유롭게 이동할 수 있는 자체 구성 동적 네트워크
링크 계층 애드혹 네트워크 위에 라우팅 가능한 네트워킹 환경 peer-to-peer, self-forming, self-healing network
노드들에 의해 자율적으로 구성되는 기반 구조가 없는 네트워크
네트워크의 구성 및 유지를 위해 기지국이나 액세스 포인트와 같은 기반 네트워크 장치를 필요로 하지 않음
Mesh networking
인프라 노드가 가능한 많은 다른 노드에 직접적이고 동적으로 연결하고 서로 협력하여 데이터를 클라이 언트로 효율적으로 라우팅하는 로컬 네트워크 토폴로지
모든 노드가 정보 릴레이에 참여
플러딩 기술 또는 라우팅 기술을 사용하여 메시지를 릴레이할 수 있음
라우팅의 경우 메시지는 대상에 도달할 때까지 노드 간에 호핑하여 경로를 따라 전파 모든 경로를 사용할 수 있도록 하려면 네트워크는 연속 연결을 허용
자가 치유 알고리즘을 사용하여 끊어진 경로를 중심으로 재구성
-> 노드가 고장 나거나 연결이 불안정해질 때 라우팅 기반 네트워크가 작동
MIMO
다중 경로 전파를 이용하기 위해 다중 전송 및 수신 안테나를 사용하여 무선 링크의 용량을 곱하는 방법 다중 경로 전파를 이용하여 동일한 무선 채널에서 둘 이상의 데이터 신호를 동시에 보내고 받는 실용적 인 기술
multipath 현상
직교 주파수 분할 멀티 플렉싱을 사용하여 데이터 용량 증가를 일으키는 채널을 인코딩하는 것
History
Early research
SDMA(Space-division Multiple Access)는 방향 또는 스마트 안테나를 사용하여 동일한 기지국의 범위 내에 있는 다른 위치에 있는 사용자와 동일한 주파수로 통신
"원격 사용자의 다양성"을 갖춘 "기지국 수신 안테나 배열"을 사용하여 용량을 늘리는 방법을 기술
Invention
SDMA 기반 역 멀티 플렉싱 기법을 제안
"공간적으로 분리된 송신기"에서 전송되고 "도착 방향"의 차이를 바탕으로 수신 안테나 어레이에 의해 복구되는 고율 신호를 "여러 개의 저율 신호"로 분할하여 높은 데이터 속도로 방송하는 방법을 기술 MIMO-OFDM
Standards and commercialization
802.11n 표준이 20 MHz와 40 MHz 채널 옵션을 가진 MIMO-OFDM에 기초할 것
Functions
Precoding
다중 스트림 빔 형성
송신기에서 발생하는 모든 공간 처리
빔포밍에서, 신호 출력이 수신기 입력에서 최대화 되도록 적절한 위상과 이득 가중치를 가진 각 송신 안 테나에서 동일한 신호가 방출됨
수신기에 안테나가 여러 개 있을 때 송신 빔 포밍은 모든 수신 안테나에서 신호 레벨을 동시에 최대화할 수 없으며, 여러 스트림으로 프리코딩하는 것이 종종 유익함
CSI(channel state information)에 대한 지식이 필요
Spatial multiplexing
공간 멀티플렉싱
MIMO 안테나 구성이 필요
고율 신호는 여러 개의 저율 스트림으로 분할되고 각 스트림은 동일한 주파수 채널의 서로 다른 송신 안 테나에서 전송됨
이러한 신호가 공간 신호가 충분히 다른 수신기 안테나 어레이에 도달하고 수신기가 정확한 CSI를 갖는 경우 스트림을 병렬 채널로 분리할 수 있음
더 높은 신호 대 잡음비(SNR)에서 채널 용량을 증가시키는 매우 강력한 기술 최대 공간 스트림 수는 송신기 또는 수신기의 안테나 수보다 작기 때문에 제한 다중 수신기로의 동시 전송을 위해 사용될 수 있으며, 이 경우 송신기에 CSI가 필요
Diversity coding
다양성 코딩 기법
송신기에 채널 지식이 없을 때 사용
신호 다양성을 향상시키기 위해 다중 안테나 링크의 독립적인 페이딩을 이용
Forms
Multi-antenna types
다중 입력 단일 출력(MISO)은 수신기에 단일 안테나가 있는 특수한 경우 단일 입력 다중 출력(SIMO)은 송신기에 단일 안테나가 있는 특수한 경우
단일 입력 단일 출력(SISO)은 송신기와 수신기 모두 안테나가 여러 개 없는 기존의 라디오 시스템
Multi-user types
Multi-user MIMO (MU-MIMO)
적은 수의 수신 안테나를 가진 저복잡도 휴대폰에 더 적합, 단일 사용자 SU-MIMO의 높은 사 용자당 처리량은 안테나가 더 많은 복잡한 사용자 기기에 더 적합
향상된 multiuser MIMO: 1) 고급 디코딩 기술 사용, 2) 고급 프리코딩 기술 사용
SDMA는 중첩 코딩과 같은 비직교 접근법이 사용됨을 강조하는 공간 분할 다중 액세스 또는 초분할 다중 액세스
Cooperative MIMO (CO-MIMO)
여러 개의 인접 기지국을 사용하여 사용자에게 데이터를 공동으로 전송/수신 -> 셀간 간섭을 일으키지 않음
Macrodiversity MIMO
커버리지 영역에 분산되어 있는 단일 또는 다수의 사용자와 동시에 통신하기 위해 복수의 송 신 또는 수신 기지국을 사용하는 공간 다양성 체계의 형태
가상 MIMO 링크의 모든 구성 링크에는 고유한 평균 링크 SNR이 있음 -> 서로 다른 링크에서 경험하는 경로 손실 및 섀도 페이딩과 같은 서로 다른 장기 채널 장애 때문
가장 근본적인 과제: 서로 다른 평균 링크 SNR이 퇴색 환경의 전체 시스템 용량과 개별 사용자 성능에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것
MIMO Routing
각 홉의 클러스터별로 클러스터를 라우팅 Massive MIMO
기지국 안테나 수보다 터미널 수가 훨씬 적은 기술
간단한 빔포밍 전략을 사용하여 대규모 MIMO 시스템의 모든 이점을 활용할 수 있음 -> CSI를 완벽하게 사용할 수 있어야 함
멀티셀 설정에서 여러 개의 공동 채널 셀의 파일럿 시퀀스를 재사용하면 파일럿 오염이 발생 -> 대규모 MIMO의 성능이 상당히 저하됨
제한된 훈련 시퀀스에서 간단한 파일럿 할당 및 채널 추정 방법을 제안
이는 조종사의 오염이 해결될 수 있고 안테나의 수를 늘림으로써 채널의 용량은 항상 증가할 수 있 다는 것을 보여줌
Applications
공간 멀티플렉싱 기술은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 또는 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA) 변조와 결합
https://en.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi
https://en.wikipedia.org/wiki/Station_(networking) https://en.wikipedia.org/wiki/Super_high_frequency https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_ad_hoc_network
https://terms.tta.or.kr/dictionary/dictionaryView.do?subject=%EC%95%A0%EB%93%9C%ED%98%
B9+%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC https://en.wikipedia.org/wiki/Logical_link_control
https://en.wikipedia.org/wiki/Medium_access_control https://en.wikipedia.org/wiki/Mesh_networking https://en.wikipedia.org/wiki/MIMO
