[Lecture] Data Communication - Day 12

🖥 Data Communication - Day 12

👉🏻 [Chapter 08] 무선 및 이동통신

8.1 무선통신 기술(wireless)

• 개요
  • 자유공간(free air space) 을 매체로 하여 정보 신호를 주파수 자원에 할당하여 전송하는 방식
• 종류
  • 셀룰러(cellular), 적외선(infrared), 마이크로웨이브(microwave), 패킷 무선 데이터(packet data over radio), PCS(Personal Communication Service), 위성(satellite), SMR(Specialized Mobile Radio), 확산 대역(Spread Spectrum Radio), 양방향 무선(two-way radio)
• 장점과 단점
  • 설치비가 저렴
  • 전송상의 장애 극복
  • 기본적인 상호 연결이 가능
  • 이동 지역마다 접속 가능
  • 전송 속도가 느림
  • 외부 환경에 제약이 있음(간섭/장애 발생)
  • 보안에 취약
• 적외선 방식(IR; Infra Red) $\not ={}$ 무선 주파수 방식(RF; Radio Frequency)
  • 주파수 대역이 1,013~1,014Hz 범위(리모컨, 전자레인지)
  • 높은 주파수가 요구되는 초고속 전송에 가장 적합한 전송 방식
  • 장단점
    • 전송 속도 및 속도 개선의 잠재력이 풍부
    • 처리 속도가 빠름
    • 장애물을 통과하지 못함
• 마이크로웨이브 방식(microwave)
  • 주파수 대역은 스펙트럼 상에서 라디오파와 적외선의 중간에 위치
  • 18GHz나 19GHz 주위의 주파수 대역을 사용
  • 사무실 또는 공장에서 움직이는 사람이나 장비에 의한 신호의 블로킹으로 인하여 신호의 끊김 현상이 발생하기 쉬움
• 확산 대역 방식(Spread-Spectrum)
  • 장거리 무선 데이터 통신에서 발생하는 다중 경로 문제를 해결하기 위해 제안됨
  • 장점
    • 다중 접속 가능
    • 넓은 대역폭 사용
    • 보안성 향상
    • 전파 간섭에 강함
    • 자체 방어 가능
  • 분류
    • 직접 시퀀스 확산 대역(DSSS; Direct Sequence Spread Spectrum)
    • 주파수 도약 확산 대역(FHSS; Frequency Hopping Spread Specturm)
• 무선 다중 접속 방식
  • 주파수 분할 다중 접속(FDMA; Frequency Division Multiple Access)
    • 아날로그 방식의 이동 통신에서 사용되는 방식
    • 주파수 대역을 좁은 폭의 채널로 분할하여 각각의 채널을 독립적으로 사용하는 방식
  • 시분할 다중 접속(TDMA; Time Division Multiple Access)
    • 시간 축에서 여러 개의 단위 시간 구간(슬롯)으로 나누는 방식
    • 각자 자기에게 할당된 시간 구간을 다른 사용자의 시간 구간과 겹치지 않도록 하는 다중 통신 방식
  • 코드 분할 다중 접속(CDMA; Code Division Multiple Access)
    • 여러 사용자가 주파수와 시간을 공유하면서 각 사용자에게 의사 랜덤 시퀀스(pseudo random sequence) 를 할당함으로써 각 사용자는 송신 신호를 확산하여 전송하고, 수신부에서는 송식 측에서 사용한 것과 동일한 의사 랜덤 시퀀스를 발생시켜 동기를 맞추고 수신된 신호를 역 확산(despreading) 하여 신호를 복원하는 방식
    • 장범
      • 통화 단절 및 혼선이 적음
      • 넓은 서비스 권역을 제공
      • 품질이 우수
      • 우수한 통화 품질 제공
      • 통화 단절과 간섭을 최소화
      • 보안성 향상

8.2 이동통신 기술

• 셀룰러(cellular) 통신
  • 개념
    • 전체 서비스 영역을 작은 크기의 셀(cell) 로 나누어 통신 서비스를 제공
    • 셀은 일반적으로 통신 서비스가 이루어지는 하나의 단위
  • 셀룰러 통신의 3대 특징
    • 주파수 재사용(Frequecy Reuse) : 가입자 용량 증가
    • 핸드오프(Handoff) or 핸드오버(Handover)
      • 가입자가 셀 경계를 지나면서 신호의 세기가 작아지거나 간섭이 발생하여 통신 품질이 떨어져 현재 사용 중인 채널을 끊고 다른 채널로 전환하는 것
      • 현재 서비스를 받고 있는 셀 내에서 발생하는 회선 전환을 셀 내 핸드오프(intra-cell handoff) 라고 함
      • 관할 기지국의 자동 전환을 셀 간 핸드오프(inter-cell handoff) 라고 함
      • soft h/o (make-before-break) : CDMA 방식
        • 핸드오프 시에 사용할 채널을 먼저 확보하여 연결한 후 현재 사용 중인 채널의 연결을 끊음(여러 개의 채널 필요, 통화 두절 현상 없음)
        • 소프트 핸드오프의 단점은 동시에 통화 채널을 2개 혹은 3개를 필요로 한다는 사실
          • 복잡도 및 비용 증가
      • hard h/o (break-before-make) : AMPS, GSM 방식
        • 핸드오프 시에 사용 중인 채널을 끊은 후에 사용할 채널을 연결(채널을 한 개만 유지, 일시적 통화 두절 발생)
        • 하드 핸드오프에서는 통화 채널 전환을 적절한 시간에 요청하여 그것을 반드시 성공시킬 수 있는 방안을 강구해야 함
    • 셀 분할(Cell Splitting) : 수용 가능한 최대 가입자 수 증대
  • 로밍 서비스
    • 이동통신 사업자 간에 협정을 통해 기지국을 공유하면서 자사 고객이 자신의 이동 단말기를 이용하여 해당 여행지 및 타 국가로의 통신이 가능하도록 하는 서비스
    • 로밍(roaming) : 이동국이 지역 및 국경을 초월해서 어디서든지 통신을 할 수 있는 것
    • 이동국과 기지국 간의 무선 부분에 관한 인터페이스를 무선 접속(air interface) 이라 하며 그 표준화는 매우 중요함
• 개인 휴대통신 서비스(PCS; Personal Communication Service)
  • 개요
    • 기존 셀룰러 이동 전화가 개발된 이후 한 단계 발전된 통신 기술을 적용하여 멀티미디어 서비스를 가능하게 하는 새로운 무선통신 서비스
    • 기존 이동 전화와 다른 점은 우수한 통화 품질(문자 서비스, 전자우편 착신 통보, 단문 메시지 전송, 인증, 무선 데이터 서비스 등), 다양한 부가 서비스 제공, 탁월한 통화 보안성과 원음 재생력, 단말기(PCS)의 소형 및 경량화 등
• Celluar & PCS 방식 특징 비교
  • Celluar(800MHz)
    • 상대적으로 대역폭이 작기 때문에 장애물로 인한 제한적 상황이 적고, 도달거리가 넓다는 장점이 있음
    • 산악 지형이 많은 우리나라에서는 투자비가 적게 들고, 통화 품질이 좋은 장점이 있음
  • PCS(1.8GHz)
    • 고주파일수록 전파투과율이 높아서 빌딩 사이에 유리하고, 대량의 정보 교환에 유리함
    • 하지만 감쇄율이 높고, 전파 음영이 800MHz 대역보다 크기 때문에 더 많은 중계기의 설치가 필요함
    • Celluar 보다 더 많은 중계기가 설치되지 않은 경우 통화 품질이 떨어지게 됨

👉🏻 [Chapter 09] WLAN과 WPAN

9.1 WLAN

• 무선 LAN(Wireless LAN)
• 어느 기관 내의 사용자로 하여금 어느 곳에서든지 어떠한 물리적인 연결 없이도 기관 내의 네트워크에 접속이 가능하도록 하는 새로운 LAN 기술
• 무선 LAN을 이용하면 무선 접속 장치(AP; Access Point) 가 설치된 곳을 중심으로 일정 거리 이내에서 장치를 통해 초고속 인터넷을 이용할 수 있음
  • 무선 주파수를 이용하기에 물리적인 회선 불필요
  • 장치에 무선 LAN 카드가 장착되어 있어야 함(IEEE 802.11b)

9.2 WPAN

• 무선 개인 영역 네트워크(WPAN; Wireless Personal Area Network)
• 다양한 종류의 휴대용 전자 기기들을 지원하기 위해 설계된 개인 영역 무선 네트워크
• 저전력, 저비용
• 네트워크의 생성이나 장치들 간의 연결 설정이 신속하게 이루어지며 개별 장치를 중심으로 좁은 범위에서 동작하며 동작 시간 또한 비교적 짧음
• 종류
  • 블루투스(Bluetooth)
    • 인간이 사용하는 휴대 단말기에 데이터를 전송하기 적합
    • 어느 정도의 음성/영상 신호 전송도 짧은 거리에서 가능하도록 설계
  • 지그비(Zigbee)
    • 기계 장치들을 서로 연결하는데 필요한 통신 데이터를 처리하기 적합
    • 텍스트 데이터 전송을 안정적으로 송수신할 수 있도록 설계
  • 초광대역(UWB; Ultra-wideband)
    • 휴먼 인터페이스를 비롯하여 홈 네트워크, WLAN 등의 구축에 적합
    • 지하나 건물 벽 등의 장애를 받지 않아서 초고속 인터넷 접속은 물론, 레이더 기능 등을 갖는 차세대 무선통신 기술

👉🏻 [Chapter 10] 최신 네트워크 기반 기술

10.1 네트워크 응용 기술

• 이동통신 기술
  • 1세대 : AMPS를 중심으로 한 최초의 아날로그 이동통신 서비스
    • 14.4Kbps, 음성
    • 아날로그 통신
    • 이동통신의 시작
  • 2세대 : TDMA, GSM, IS-95, CDMA 네트워크에서 디지털 이동 단말 서비스
    • 14.4~153.6Kbps, 음성/문자/저속 인터넷
    • 최초 CDMA 상용화
    • 이동통신의 대중화
  • 3세대 : IMT-2000, W-CDMA, CDMA2000 기술 기반의 글로벌 로밍, 멀티미디어 서비스
    • 2~14.4Mbps, 음성/고속 인터넷/영상통화/로밍 확대
    • W-CDMA 상용화
    • 영상통화와 인터넷의 시작
    • IMT-2000; International Mobile Telecommunications
      • 세계 어느 지역에서나 음성전화, 텔렉스, 무선호출, 전자우편 등의 서비스를 제공받을 수 있음
  • 4세대 : W-CDMA, HSDPA, Wibro 기술을 기반으로 이동 단말 하나로 시간과 장소에 구애받지 않고 개인화된 모바일 멀티미디어 서비스를 제공하는 형태
    • 75Mbps~1Gbps, 고음질 통화/초고속 인터넷/고화질 동영상
    • LTE 상용화
    • 스마트폰 대중화
    • 유﹒무선 네트워크의 통합과 개인의 이동성 증가, 데이터 전송의 고속화 및 용량 증대
  • 5세대 : 초고속 전송 속도와 융합, 기존의 다양한 기술의 수용
    • 20Gbps, VR/IoT
    • 초연결 사회
• BcN 기술
  • 초고속 광대역 통합 네트워크(BcN; Broadband convergence Network)
    • 통신, 방송, 인터넷이 융합된 품질 보장형 광대역 멀티미디어 서비스를 언제 어디서나 끊김 없이 안전하게 광대역으로 이용할 수 있도록 하는 통합 네트워크
  • 특징
    • 종합 통신 서비스 제공이 가능한 광대역 기반 구조 역할 수행
    • 차별화된 품질의 맞춤형 멀티미디어 서비스 제공
    • 네트워크 전체 계층에서의 보안 보장
    • 통신 및 방송 응용 서비스가 네트워크 외부로 개방
    • 홈 네트워크 및 유비쿼터스 환경들이 네트워크 기반 구조를 통하여 통합
    • 전체 네트워크에 IPv6가 적용
• 클라우드 컴퓨팅
  • 클라우드 컴퓨팅(cloud computing)
    • 인터넷 기반(cloud)의 컴퓨팅(computing) 기술을 의미
    • 인터넷 상의 유틸리티 데이터 서버에 유용한 프로그램들을 저장해두고 필요 시 컴퓨터나 휴대전화 등으로 불러와서 사용하는 웹 기반 소프트웨어 서비스
    • 정보가 인터넷 상의 서버에 영구적으로 저장되고, 데스크톱이나 테이블 컴퓨터, 노트북, 벅걸이 컴퓨터, 휴대용 기기 등과 같은 클라이언트에는 일시적으로 보관되는 패러다임
    • 장단점
      • 초기 구입 비용과 비용 지출 적음
      • 다양한 기기를 단말기로 사용 가능
      • 유용한 사용자 환경 구현 가능
      • 사용자의 데이터 안전 보관 가능
      • 전문적인 하드웨어 지식 없어도 사용 가능
      • 서버 공격 시 개인정보 유출 가능성 있음
      • 서버 데이터 손상 시 데이터 손실 가능성 있음
      • 사용자 원하는 응용 프로그램 설치 제약
      • 새로운 응용 미지원
      • 통신 환경에 따라 서비스에 영향이 있음
      • 개별 정보가 물리적으로 어디에 위치하는지 알기 어려움
    • 서비스
      • 공용 클라우드(public cloud), 사설 클라우드(private cloud), 하이브리드 클라우드(hybrid cloud)