2. Emerging Wired&Mobile Networks

Intro

무선 인터넷에 연결되 기기 수가 유선 인터넷에 연결되 기기 수를 넘어섰다는 것은 2가지 중요한 도전과제를 의미합니다.

1. 무선 통신 : 무선 링크를 통한 통신
2. 이동성 : 네트워크 접속 지점을 변경하는 이동 사용자 처리

무선 기술

1. 셀룰러 : 셀룰러 기술은 이동 통신을 지원하며, 휴대전화와 같은 무선 기기가 셀 타워를 통해 통신합니다.
2. 무선 LAN/PAN (근거리 및 개인 네트워크) : 무선 LAN은 IEEE 802.11을 사용하여 지역 네트워크를 구축하는 기술을 나타냅니다. 그리고 무선 PAN은 Bluetooth와 같은 기술을 사용하여 개인 영역의 작은 규모 네트워크를 구성합니다.
3. GPS (전역위치결정시스템) : GPS는 위성을 기반으로 한 위치 결정 시스템으로, 전 세계적으로 위치를 정확하게 파악할 수 있습니다.
4. 위성 기반 GPS : 위성을 활용하여 GPS 기능을 제공하는 시스템으로, 전 세계에서 위치 정보를 수신할 수 있습니다.
5. 가정용 네트워킹 : 가정에서 컴퓨터 및 다양한 기기들 간에 무선으로 연결하는 기술을 의미합니다.
6. Ad Hoc 네트워크 : 특별한 인프라 없이 임시로 구성된 네트워크로, 기기들이 직접 통신합니다.
7. 센서 네트워크 : 센서들이 상호 작용하여 데이터를 수집하고 전송하는 네트워크를 의미합니다.
8. 블루투스 : 근거리 무선 통신을 지원하는 기술로, 주로 휴대전화, 헤드셋 등에서 사용됩니다.
9. 사물 인터넷 (IoT) : 다양한 기기 및 센서들이 인터넷을 통해 연결되어 정보를 교환하는 시스템을 나타냅니다.
10. VLC (시각적 빛 통신) : 빛을 이용하여 데이터를 전송하는 통신 기술로, 주로 조명 및 통신을 결합하여 사용됩니다.

무선 기술 특징

1. 무선 LAN (근거리 네트워크)
   • IEEE 802.11 a/b/g/n/ac 등을 사용하여 지역 네트워크를 무선으로 구축하는 기술을 말합니다.
2. HiperLAN (하이퍼랜)
   • 유럽 표준으로 개발된 고속 무선 LAN 기술을 나타냅니다.
3. 무선 PAN (개인 영역 네트워크)
   • Bluetooth와 같은 기술을 사용하여 작은 범위의 개인 네트워크를 구성하는 기술입니다.
4. 무선 BAN (체내 네트워크)
   • 인체 내부에서 센서 및 기기들 간의 통신을 지원하는 무선 네트워크를 의미합니다.
5. 무선 MAN (도시 광대역 네트워크)
   • WiMAX, 메쉬 네트워크, 3G 및 4G를 활용하여 도시 광대역 영역에서 무선으로 통신하는 기술을 나타냅니다.

무선 / 모바일 네트워크 구조

위의 사진과 같은 구성은 무선 네트워크에서 데이터의 이동과 전송을 가능하게 합니다. 기지국은 유선 네트워크와 무선 호스트 사이에서 중간 역할을 하며, 무선 링크를 통해 이동성 있는 기기들이 통신할 수 있도록 합니다. 다중 액세스 프로토콜은 여러 기기 간의 충돌을 방지하고 효율적인 데이터 전송을 조율합니다.

1. 무선 호스트: 노트북, 스마트폰
   • 무선 호스트는 노트북, 스마트폰과 같은 무선 기기를 나타냅니다.
   • 이러한 기기들은 다양한 응용 프로그램을 실행할 수 있으며, 정지된(이동하지 않는) 상태거나 이동 중인 상태일 수 있습니다.
   • 무선이라고 해도 항상 이동성을 의미하는 것은 아닙니다.
2. 기지국: 셀 타워, 802.11 액세스 포인트
   • 기지국은 일반적으로 유선 네트워크에 연결되어 있습니다.
   • 무선 호스트와 기지국 사이에서 패킷을 전송하는 중계 역할을 하며, 해당 지역 내의 무선 호스트들과 유선 네트워크 간의 통신을 조율합니다.
   • 예로는 셀 타워(셀룰러 네트워크에서), 802.11 액세스 포인트(무선 LAN에서) 등이 있습니다.
3. 무선 링크
   • 무선 링크는 주로 이동 중인 기기들을 기지국에 연결하는 데 사용됩니다.
   • 또한 백본 링크로 사용되기도 합니다.
   • 다중 액세스 프로토콜은 여러 기기가 동시에 무선 링크에 접근할 수 있도록 조정합니다.
   • 다양한 데이터 속도와 전송 거리가 있습니다.

무선 통신 링크 특징

1. 신호 감쇠 (Signal Attenuation)
   • 무선 신호는 물체를 통과하면서 감쇠되는 경향이 있습니다. 이를 경로 손실(path loss)이라고도 합니다.
   • 예를 들어, 무선 신호는 벽, 건물, 땅 등을 통과하면서 에너지를 잃어가게 되며, 이는 신호 감쇠로 이어집니다.
2. 다른 출처로부터의 간섭 (Interference)
   • 무선 네트워크는 일반적으로 특정 주파수 대역을 사용합니다. 예를 들어, 2.4 GHz 주파수 대역은 많은 무선 기기에서 공유되어 사용됩니다 (예: 스마트폰, 블루투스 장치 등).
   • 다른 무선 기기 뿐만 아니라, 일부 전자 기기에서 발생하는 간섭도 문제가 될 수 있습니다. 예를 들어, 전동기와 같은 기계적인 장치가 무선 신호에 간섭을 일으킬 수 있습니다.
3. 다중경로 전파 (Multipath Propagation)
   • 무선 신호는 장애물이나 지형에 의해 반사되어 다양한 경로를 통해 수신자에게 도달할 수 있습니다.
   • 이로 인해 동일한 신호가 다른 경로에서 서로 다른 시간에 도착할 수 있습니다. 이를 다중경로 전파라고 합니다.
   • 다중경로 전파는 신호의 강도와 위상에 변동을 일으켜 신호의 왜곡과 신호 간 간섭을 초래할 수 있습니다.

인프라스트럭처 모드 vs 애드혹 모드

1. 인프라스트럭처 모드 (Infrastructure Mode) 
   • 인프라스트럭처 모드에서는 무선 네트워크의 기반이 되는 기지국이 있습니다. 모바일 기기들은 이 기지국과 통신하여 유선 네트워크에 연결되며, 이동하면서 핸드오프를 통해 다른 기지국으로 전환할 수 있습니다. 
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2. 애드혹 모드 (Ad Hoc Mode)
   • 애드혹 모드에서는 중앙 기지국이 없이 노드들이 서로 직접 통신합니다. 이 모드에서는 주로 작은 규모나 이동성이 높은 상황에서 사용됩니다. 각 노드들은 서로 인접한 노드들과 통신하면서 네트워크를 형성하고, 이 중에서 데이터를 라우팅하여 목적지에 전달합니다. 

인프라스트럭처 모드는 중앙 기지국을 통해 유선 네트워크에 연결되는 구조로, 큰 범위나 이동이 적은 환경에서 효과적입니다. 반면에 애드혹 모드는 중앙 기지국이 없어도 노드들이 서로 통신할 수 있는 구조로, 특히 이동성이 많고 작은 범위에서 사용됩니다.

 

무선 / 이동 네트워크 분류

	Single hop	Multi hops
Infrastructures	큰 인터넷과 연결된 BS(Cellular, Wifi, wiMax)와 연결된 호스트	WMN: 여러 개의 무선 노드가 서로 연결된 형태로 구성된 네트워크를 의미하고, 이 네트워크에서 호스트는 여러 개의 무선 노드를 거쳐 인터넷에 연결될 수 있음
No Infrastructures	BS가 없고, 큰 인터넷과의 연결이 없음(Bluetooth, ad hoc nets)	MANET/VANET: 기지국이나 인프라 없이 이동성이 있는 무선 노드들이 협력하여 네트워크를 형성하는 구조를 가지고, 네트워크에서도 호스트는 목적지에 도달하기 위해 여러 개의 무선 노드를 거쳐 데이터를 전송할 수 있음.

셀룰러 네트워크

1. 1G (1세대) : 아날로그 기술을 사용하여 음성 통화를 제공합니다. 그리고 주로 FDMA 방식을 통해 다수의 사용자가 동시에 통화할 수 있도록 주파수 대역을 나누어 사용했습니다.
2. 2G (2세대) : 디지털 기술이 도입되었고, 디지털 변조, 부호화, 전력 제어 등의 기술이 사용되었으며, TDMA와 CDMA가 주로 사용되었습니다.
3. 2.5G / 3G (2.5세대 및 3세대) : 2.5세대 및 3세대에서는 계층적인 셀 구조와 고속 데이터 전송을 위한 Turbo-coding 등의 기술이 도입되었습니다. 다양한 액세스 기술이 함께 사용되었으며, 데이터 전송률이 이전 세대에 비해 상당히 향상되었습니다.
4. 4G (4세대) : 빔포밍, 다중입출력(MIMO), 적응형 시스템, OFDM 변조 등의 고급 기술이 도입되었습니다. 주파수 대역의 높은 효율성과 고속 데이터 전송을 지원하며, 주로 WCDMA가 사용되었습니다.
5. 5G (5세대) : 높은 속도, 높은 연결성, 낮은 지연성을 목표로 하며, 최대 전송률은 20Gbps를 목표로 합니다. 이를 위해 고주파 대역, MIMO, 밀리미터 웨이브, 빔포밍 등의 기술이 활용되어 무선 통신의 성능을 대폭 향상시키고 있습니다.
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FDMA

Frequency Division Multiple Access - 주파수 분할 다중 접속

FDMA는 여러 사용자가 동시에 무선 통신 네트워크에 접속할 수 있게 하는 방법 중 하나입니다. FDMA는 사용 가능한 주파수 대역을 여러 개의 작은 주파수 대역으로 분할하고, 각 사용자에게 독자적인 주파수 대역을 할당하여 동시에 통신할 수 있도록 합니다.

FDMA Bandwidth Structure

1. 전체 대역폭 (Total Bandwidth): 사용 가능한 전체 주파수 대역입니다. 이는 무선 통신 시스템에서 사용 가능한 총 주파수 범위를 나타냅니다.
2. 채널 대역폭 (Channel Bandwidth): 전체 대역폭을 작은 단위로 나눈 각 채널의 주파수 대역폭입니다. 각 채널은 한 사용자에게 할당됩니다.
3. 가드 밴드 (Guard Band): 인접한 채널 사이에 삽입되는 추가적인 주파수 대역으로, 서로 간의 간섭을 방지하고 채널 간 겹침을 최소화합니다.
4. 주파수 채널 (Frequency Channel): 채널 대역폭에 해당하는 주파수 대역으로, 각 채널은 단일 사용자에게 할당됩니다. 한 사용자가 특정 주파수 채널을 사용하면, 해당 사용자의 통신은 해당 주파수 채널을 통해 이루어집니다.

FDMA는 주로 음성 통화와 같은 대화형 서비스에서 사용되며, 여러 사용자가 동시에 통화하면서 독립적인 주파수 채널을 사용할 수 있도록 합니다. 한 번에 하나의 사용자만 주파수 채널을 사용하므로 간섭이 적고, 각 사용자 간에는 주파수 대역이 분리되어 있습니다.

TDMA

Time Division Multiple Access - 시 분할 다중 접속

TDMA는 여러 사용자가 동시에 무선 통신 네트워크에 접속할 수 있게 하는 방법 중 하나입니다. TDMA는 시간을 여러 개의 슬롯으로 나누고, 각 슬롯을 다른 사용자에게 할당하여 동시에 여러 사용자가 통신할 수 있도록 합니다.

1. 프레임(Frame): TDMA에서는 일정 시간 동안의 데이터 전송을 나타내는 프레임이 정의됩니다. 프레임은 여러 개의 시간 슬롯으로 나뉘어 있습니다.
2. 시간 슬롯(Time Slot): 프레임 내에서 각 시간 슬롯은 특정 기간 동안의 데이터 전송을 담당합니다. 각 슬롯은 특정 사용자에게 할당되며, 해당 기간 동안 해당 사용자만이 통신할 수 있습니다.
3. 가드 타임(Guard Time): 각 시간 슬롯 사이에는 가드 타임이 존재합니다. 가드 타임은 인접한 시간 슬롯 간에 간섭을 방지하고 서로 겹치지 않도록 도와줍니다.
4. 주기(TDMA Frame Period): TDMA 프레임이 반복되는 주기를 나타냅니다. 한 주기가 끝나면 다시 처음부터 시작됩니다.

TDMA의 프레임 구조는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다. 이 예시에서 각 프레임은 3개의 시간 슬롯으로 나누어져 있고, 각 슬롯은 특정 사용자에게 할당됩니다. 이러한 방식으로 여러 사용자가 동시에 통신할 수 있게 되며, 간섭을 최소화하면서 효율적으로 주파수 대역을 활용할 수 있습니다.

|-------- Frame ---------|--------- Frame ---------|--------- Frame ---------|
|Slot 1 | Slot 2 | Slot 3| Slot 1 | Slot 2 | Slot 3| Slot 1 | Slot 2 | Slot 3|
|------------------------|-------------------------|-------------------------|

CDMA

Code Division Multiple Access - 코드 분할 다중 접속

여러 사용자가 동시에 같은 주파수 대역을 공유하면서 서로 간섭 없이 통신할 수 있도록 하는 기술입니다. CDMA는 각 사용자에게 고유한 코드를 부여하여 서로 다른 코드를 사용하는 사용자들이 동시에 통신할 수 있도록 합니다.

 

CDMA는 주로 이동 통신에서 사용되며, 3G와 4G 네트워크에서 채택되어 높은 품질의 음성 통화 및 데이터 전송을 지원하고 있습니다.

1. 고유한 코드 할당: 각 사용자에게는 고유한 코드가 할당됩니다. 이 코드는 다른 사용자들과 구별되게끔 설계되어 있습니다. 각 사용자는 자신의 코드를 사용하여 데이터를 전송하며, 이 코드를 통해 수신자는 특정 사용자의 신호를 식별할 수 있습니다.
2. 동시 다중 액세스: CDMA에서는 여러 사용자가 동시에 같은 주파수 대역을 사용할 수 있습니다. 각 사용자의 신호는 서로 다른 코드를 사용하기 때문에 서로 간섭 없이 공존할 수 있습니다.
3. 신호의 고유성: 각 사용자의 데이터는 해당 사용자의 고유한 코드와 조합되어 전송됩니다. 다른 사용자의 신호는 같은 주파수 대역에서 전송되더라도 서로 다른 코드를 사용하기 때문에 서로 구별됩니다.
4. Soft Handoff: CDMA는 소프트 핸드오프(soft handoff)라고 불리는 기술을 지원합니다. 이는 이동 중에도 사용자가 여러 기지국과 동시에 통신할 수 있는 기능을 제공합니다.
5. 유연한 대역폭 활용: 주파수 대역을 효율적으로 활용할 수 있으며, CDMA는 대역폭을 유연하게 조절하여 다양한 통신 환경에 대응할 수 있습니다.

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing - 직교 주파수 분할 다중화

OFDM은 다중 캐리어 기술 중 하나로, 넓은 주파수 대역에서 데이터를 전송하는 데 사용되는 디지털 통신 기술입니다. OFDM은 주파수를 서로 직교하는 서브캐리어라 불리는 여러 작은 주파수 대역으로 나누어 사용하여 통신하는 방식입니다. 각 서브캐리어는 독립적으로 데이터를 전송하고, 이를 통합하여 전체 통신 채널에서 데이터를 전송합니다.

 

OFDM은 높은 대역폭을 효율적으로 활용하면서 다양한 환경에서 안정적인 통신을 제공하는 특징을 가지고 있습니다. 이로 인해 다양한 통신 표준에서 사용되고 있으며, 특히 고속 데이터 전송이 요구되는 환경에서 많이 채택되고 있습니다.

1. 주파수 분할과 직교성: 주파수 분할을 통해 전체 대역폭을 작은 주파수 대역으로 나눕니다. 서브캐리어들은 서로 직교하도록 설계되어 있어 각 서브캐리어에서의 신호 간 간섭을 최소화합니다.
2. 고효율 통신: 여러 서브캐리어를 사용하여 동시에 다수의 비트를 전송할 수 있습니다. 이로써 고효율의 데이터 전송이 가능하며, 넓은 대역폭에서도 안정적인 통신이 가능합니다.
3. 다중 경로 간 간섭 감소: 다중 경로 간의 간섭을 감소시키기 위해 각 서브캐리어의 신호를 시간 도메인에서 독립적으로 전송합니다. 이는 다중 경로 간에 발생하는 인터페이런스와 같은 간섭을 감소시킵니다.
4. 채널 열결 강건성: 서브캐리어들이 서로 직교하기 때문에 채널 열결 강건성이 향상됩니다. 다양한 환경에서도 안정적인 통신이 가능합니다.
5. 무선 LAN 및 네트워크 통신에 사용: OFDM은 무선 LAN (Wi-Fi), 4G LTE, 그리고 디지털 방송 등 다양한 통신 시스템에서 사용됩니다. 안정적이고 고효율의 데이터 전송을 지원하여 대역폭 효율성을 높입니다.

Cellular System

Cellular : 이동 무선 통신에서 세르이 설치에 의해 통신망을 구성, 운용하는 것을 말합니다.

Cell (zone이라고 불리기도 함)

• 하나의 넓은 서비스 지역을 세포 현태로 분할하여 소형 송신 전력 기지국을 설치하는 작은 구역을 말합니다.
• 하나의 기지국(BS)가 커버하는 구역(기지국 신호가 미치는 구역)을 말합니다.

Early wireless system: Large zone

• 무선전화 초기 (1950~60년대)에는 광역(Large zone)방식을 사용하였습니다.
• 안테나로 강한 신호를 쏘아서 넓은 지역을 한꺼번에 커버하는 방식이였습니다.
• 하지만 사용자가 늘어나자 좀 더 효율적인 방식이 필요해서 나온 방식이 Cellular방식이고, 현재까지 쓰이고 있다.

 

MS, BS, BSC, MSC and PSTN

1. MS - Mobile Station: 이동 국(이동 사용자)을 의미합니다. 이는 휴대전화나 스마트폰과 같은 이동 가능한 장치를 나타냅니다. MS는 이동 통신 네트워크와 통신하여 음성 통화, 데이터 전송 등의 서비스를 이용할 수 있도록 합니다.
2. BS - Base Station: 기지국을 나타냅니다. 기지국은 이동 국과 통신하여 무선 서비스를 제공하는 장치로, 이동 국이 기지국과의 통신을 통해 네트워크에 연결됩니다.
3. BSC - Base Station Controller: 기지국 컨트롤러를 나타냅니다. 이는 여러 기지국을 관리하고 제어하는 역할을 합니다. BSC는 이동 국과 MSC 간의 통신을 조정하고 이동 국의 이동성을 지원합니다.
4. MSC - Mobile Switching Center: 이동 통신 네트워크의 핵심 장치로, 이동 국과 기지국 간의 통신을 제어하고 관리합니다. MSC는 통화 연결, 데이터 라우팅, 로밍 서비스, 이동성 관리 등을 수행합니다.
5. PSTN - Public Switched Telephone Network: 공중 교환 전화망을 나타냅니다. 이는 전통적인 유선 전화망으로, 유선 전화 서비스를 제공하는 공중 통신 시스템입니다.

Control and Traffic Channels

이동 통신에서 MS (Mobile Station)와 BS (Base Station) 간의 통신은 제어 채널(Control Channel)과 트래픽 채널(Traffic Channel)을 사용하여 이루어집니다. 각 채널의 동작은 다음과 같습니다.

1. Reverse (Uplink) Control Channel: 이 채널은 이동 국(휴대전화)에서 기지국으로의 업링크 통신을 위한 제어 채널입니다. 이 채널을 통해 이동 국은 기지국에게 제어 정보를 보냅니다. 예를 들면, 이동 국에서의 호출 요청이나 위치 업데이트와 같은 제어 신호가 전송됩니다.
2. Forward (Downlink) Control Channel: 기지국에서 이동 국으로의 다운링크 통신을 위한 제어 채널입니다. 기지국은 이 채널을 통해 이동 국에게 호출 정보, 서비스 업데이트 등과 같은 제어 정보를 전달합니다.
3. Forward (Downlink) Traffic Channel: 기지국에서 이동 국으로의 다운링크 통신을 위한 트래픽 채널입니다. 이 채널을 통해 음성 통화나 데이터 등의 실제 사용자 데이터가 전송됩니다.
4. Reverse (Uplink) Traffic Channel: 이동 국에서 기지국으로의 업링크 통신을 위한 트래픽 채널입니다. 이 채널을 통해 이동 국이 음성 통화나 데이터를 기지국으로 보냅니다.

즉, 통신 과정

1. 제어 정보는 업링크 제어 채널을 통해 이동 국에서 기지국으로 전송됩니다.
2. 기지국은 다운링크 제어 채널을 통해 이동 국에게 필요한 제어 정보를 전송합니다.
3. 실제 사용자 데이터는 다운링크 트래픽 채널을 통해 이동 국으로 전송됩니다.
4. 이동 국에서 생성된 응답이나 사용자 데이터는 업링크 트래픽 채널을 통해 기지국으로 전송됩니다.

이렇게 각 채널이 제어와 트래픽을 분리하여 사용자의 통신을 효과적으로 관리하고 제어할 수 있습니다.

Call Setup from MS to BS (Outgoing call - 전화를 거는 경우)

1. Need to establish path: 통화 시작을 위해 이동 국(휴대전화)에서 기지국으로 통화 경로를 설정합니다. 이 단계에서는 통화를 시작하고자 하는 사용자가 통화를 위한 경로를 설정하는 요청을 보냅니다.
2. Frequency/time slot/code assigned (FDMA/TDMA/CDMA): 기지국은 이동 국에게 사용할 주파수, 시간 슬롯, 또는 코드를 할당합니다. 이는 무선 통신에서 다양한 다중 액세스 기술(FDMA, TDMA, CDMA)을 통해 통화를 위한 전송 경로를 확보하는 과정입니다.
3. Control information Acknowledgement: 할당된 주파수, 시간 슬롯, 또는 코드에 대한 제어 정보를 기지국이 이동 국에게 전송하고, 이동 국은 해당 정보를 받았다는 응답(Acknowledgement)을 기지국에게 보냅니다.
4. Start communication: 주어진 주파수, 시간 슬롯, 또는 코드를 사용하여 실제 음성 통화 또는 데이터 통신을 시작합니다.

Call Setup from BS to MS (Incoming call - 전화를 수신하는 경우)

1. Call for MS # pending: 기지국에서는 이동 국에게 전화가 대기 중임을 알리는 메시지를 보냅니다. 이는 통화를 시작하고자 하는 상대방(이동 국)에게 통화 요청을 의미합니다.
2. Ready to establish a path: 이동 국이 기지국으로부터 받은 통화 요청 메시지에 응답하여, 통화를 위한 경로 설정에 동의하는 메시지를 기지국에게 보냅니다.
3. Use frequency/time slot/code (FDMA/TDMA/CDMA): 기지국은 이동 국에게 사용할 주파수, 시간 슬롯, 또는 코드를 할당합니다. 이는 통화를 위한 전송 경로를 설정하는 단계로, 이동 국이 할당된 리소스를 사용하여 통화에 참여할 수 있도록 합니다.
4. Ready for communication: 이동 국은 주어진 리소스를 사용하여 통화에 참여할 수 있음을 나타내는 메시지를 기지국에게 보냅니다.
5. Start communication: 이후, 할당된 주파수, 시간 슬롯, 또는 코드를 사용하여 실제 음성 통화 또는 데이터 통신을 시작합니다.

WIFI

무선 로컬 에어리어 네트워크(Wireless Local Area Network, WLAN)는 유선 네트워크 케이블 없이 무선으로 연결된 장치들 간에 데이터 통신을 가능케 하는 네트워크입니다. IEEE 802.11 표준과 Wi-Fi (무선 활동성, wireless fidelity의 약어) 기술은 이러한 무선 로컬 에어리어 네트워크를 구축하고 운영하는 데 사용됩니다.

1. Packet-based and Best-effort service: 데이터 전송은 패킷 기반으로 이루어지며, 네트워크에서 최선의 노력 서비스(Best-effort service)를 제공합니다. 이는 데이터의 신속하고 효율적인 전송을 지원하며, 특별한 QoS (Quality of Service) 보장이 없습니다.
2. Shared and random channel access: 무선 LAN에서는 채널이 공유되며, 다수의 장치가 동시에 같은 주파수 대역을 사용할 수 있습니다. 이를 위해 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)와 같은 접근 제어 기술이 사용되어 충돌을 방지합니다.
3. Coverage: ~300m: 무선 LAN의 전파는 일반적으로 실내에서 약 300m 정도의 거리를 커버할 수 있습니다. 이는 환경, 장애물의 존재, 안테나 강도 등에 따라 변할 수 있습니다.

IEEE 802.11 표준: EEE 802.11은 무선 LAN을 위한 표준으로, 여러 개의 하위 표준이 존재합니다. 가장 널리 사용되는 것은 IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ax 등이 있습니다. 이들 표준은 서로 다른 주파수 대역, 전송 속도, 기능 등을 제공합니다.

Wi-Fi (Wireless Fidelity): Wi-Fi는 무선 LAN 기술을 통칭하는 용어로, IEEE 802.11 표준을 기반으로 한 무선 통신 기술을 가리킵니다. Wi-Fi 인증을 받은 기기는 상호 호환성을 보장하며, Wi-Fi Alliance라는 단체에서는 이러한 상호 운용성을 검증하고 인증합니다.

무선 로컬 에어리어 네트워크는 이동성, 편의성, 그리고 유선 네트워크 배선의 제약을 피하기 위한 목적으로 많이 사용되며, 가정, 사무실, 공공 장소 등에서 널리 사용됩니다.

WiMAX (IEEE 802.16)

WiMAX, 또는 IEEE 802.16은 광범위한 지역을 커버하는 무선 네트워크 표준으로, 고속 인터넷 서비스와 같은 다양한 응용 분야에서 사용되는 기술입니다. 아래는 WiMAX의 주요 특징과 시스템 아키텍처에 대한 설명입니다:

1. Wide Area Wireless Network Standard: WiMAX는 광범위한 지역을 커버하는 무선 통신 표준으로, 면적이 넓은 지역에 대역폭이 높은 인터넷 서비스를 제공하는 데 사용됩니다.
2. System Architecture Similar to Cellular: WiMAX 시스템 아키텍처는 셀룰러 네트워크와 유사하게 구성되어 있습니다. 여러 기지국이 커버하는 셀(Cell)들이 모여 광범위한 지역을 서비스합니다.
3. Hopes to Compete with Cellular: WiMAX는 기존의 셀룰러 통신 기술과 경쟁하고, 특히 지역에 따라 서비스를 확장하고자 하는 데 중점을 두고 있습니다.
4. OFDM/MIMO is Core Link Technologies: WiMAX의 핵심 링크 기술로 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 MIMO (Multiple Input Multiple Output)가 사용됩니다. 이들 기술은 고속 데이터 전송과 다중 경로 간의 간섭 감소를 지원합니다.
5. Fixed (802.16d) vs. Mobile (802.16e): WiMAX는 고정 서비스와 이동 서비스를 위한 두 가지 하위 표준으로 나뉩니다.
   • Fixed (802.16d): 주로 고정 인터넷 서비스에 사용되며, 최대 75 Mbps의 전송 속도를 제공하고 최대 50 마일의 셀 반경을 지원합니다.
   • Mobile (802.16e): 주로 이동성이 요구되는 환경에서 사용되며, 최대 15 Mbps의 전송 속도를 제공하고 1-2 마일의 셀 반경을 지원합니다.

WiMAX는 주로 무선 브로드밴드 서비스, 미디어 스트리밍, 도시 광역망 등 다양한 응용 분야에서 사용되어 왔습니다. 그러나 셀룰러 통신 기술의 발전과 5G의 등장으로 인해 일부 지역에서는 다른 무선 기술로 대체되고 있습니다.

Satellite Systems

위성 시스템은 매우 넓은 지역을 커버하며, 다양한 궤도 높이에서 운영됩니다. 대표적으로 GEOs (Geostationary Earth Orbit, 39000 Km)와 LEOs (Low Earth Orbit, 2000 Km)가 있습니다. 이러한 시스템은 일방향 전송을 최적화하고, 라디오 (XM, Sirius) 및 영화 (위성 TV, DVB/S) 방송과 같은 용도로 사용됩니다. 또한, 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS)은 널리 사용되며, 위성 신호를 이용하여 위치를 정확하게 파악하는 데 활용됩니다. 이러한 기술은 휴대전화와 내비게이션 장치 등에서 널리 사용되고 있습니다.

Paging Systems

페이징 시스템은 주로 짧은 메시지를 넓은 범위에 전달하기 위해 사용되는 통신 시스템입니다. 이는 모든 기지국에서 메시지를 브로드캐스트하고, 간단한 단말기를 사용하여 1차원 통신을 최적화한 시스템입니다. 페이징 시스템은 단방향 통신이 주를 이루며, 단순한 메시지를 전송하는 데 사용됩니다.

페이징 시스템의 주요 특징은 다음과 같습니다:

1. Broad Coverage for Short Messaging: 페이징 시스템은 넓은 범위에 짧은 메시지를 전달하는 데 중점을 둡니다. 이는 특히 수신자가 움직이는 경우에도 메시지를 신속하게 전달할 수 있는 장점을 가지고 있습니다.
2. Message Broadcast from All Base Stations: 모든 기지국에서 메시지를 브로드캐스트합니다. 따라서 사용자는 어떤 위치에 있든 해당 메시지를 수신할 수 있습니다.
3. Simple Terminals: 페이징 시스템의 단말기는 단순하며, 주로 메시지 수신 및 표시에 최적화되어 있습니다. 일반적으로 음성 통화 기능은 없거나 매우 제한적입니다.
4. Optimized for 1-way Transmission: 페이징 시스템은 주로 1차원 통신에 최적화되어 있습니다. 메시지를 수신하는 것이 주된 목적이며, 수신자가 답신하는 것은 어려울 수 있습니다.
5. Answer-back is Hard: 페이징 시스템에서는 수신자가 메시지에 응답하기가 어렵습니다. 주로 메시지를 수신하고 확인하는 데 중점이 있습니다.
6. Overtaken by Cellular: 페이징 시스템은 셀룰러 통신 기술의 발전과 함께 상당 부분 대체되었습니다. 셀룰러 네트워크가 보다 풍부한 기능과 양방향 통신을 제공하면서 페이징 시스템의 사용이 줄어들었습니다.

이러한 이유로 페이징 시스템은 주로 특정 상황이나 환경에서 사용되거나, 특별한 용도에 제한적으로 사용되는 경우가 많습니다.

High-Rate WPAN (Wireless Personal Area Network):

1. Applications:
   • Rapid Upload/Download: 빠른 데이터 업로드 및 다운로드를 위한 응용 프로그램. 고속 데이터 전송이 필요한 환경에서 사용됩니다.
   • Wireless Display: 무선 디스플레이 기술을 통한 응용. 디바이스와 디스플레이 간의 무선 연결을 지원하여 케이블 없이도 화면을 공유할 수 있습니다.
   • WLAN (Wireless Local Area Network): 무선 로컬 에어리어 네트워크에 대한 응용. 높은 전송률을 갖는 무선 통신이 가능합니다.
2. Standards:
   • UWB (Ultra-Wideband): 정확한 위치 파악 및 위치 결정을 위한 표준. 대역폭이 매우 넓어 신호를 고밀도로 전송할 수 있습니다.
   • mmWave or 60GHz (IEEE 802.11ad/WiGig): 60GHz 대역을 사용한 무선 통신 표준. 높은 주파수에서 고속 데이터 전송이 가능합니다.
   • TeraHz Band (IEEE 802.15 TG3d): 100Gbps 무선 통신을 위한 TeraHz 대역 표준.

Low-Rate WPAN (Wireless Personal Area Network):

• Less than 10m Diameter: 직경이 10m 미만인 작은 범위 내에서 동작하는 특징을 갖습니다.
• Replacement for Cables: 케이블 대체를 목적으로 하며, 주로 짧은 거리의 무선 통신을 위해 사용됩니다.
• Ad Hoc Mode and Master/Slaves: Ad Hoc 모드와 마스터/슬레이브 모드를 지원합니다. 슬레이브 디바이스는 데이터를 전송하기 전에 마스터 디바이스에게 허가를 요청하고, 마스터가 요청을 수락합니다.
• Features:
  • 낮은 데이터 전송률 (수십 또는 수백 kbps)
  • CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 채널 액세스 방식
  • 매우 낮은 전력 소비
  • ISM 밴드에서 동작하는 주파수
  • 주요 표준: IEEE 802.15.1 (Bluetooth), IEEE 802.15.4 (Zigbee), Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee

Low-Rate WPAN은 주로 센서 네트워크, 짧은 거리의 디바이스 간 통신, 신속한 데이터 전송이 필요하지 않은 환경에서 사용됩니다. 반면 High-Rate WPAN은 고속 데이터 전송이 필요한 응용에서 활용됩니다.

Emerging Wireless Networks:

1. Vehicular Ad-hoc Networks (VANET):
   • Infrastructure: VANET은 차량 간 또는 차량과 도로 인프라 간의 통신을 허용하는 무선 네트워크입니다. 차량은 서로 정보를 교환하거나 도로 인프라와 통신하여 교통 흐름을 최적화하거나 안전성을 높이는 등 다양한 목적으로 사용됩니다.
   • Vehicle-to-Vehicle (V2V) Communication: 차량 간의 통신은 교통 상황의 실시간 공유, 사고 예방, 길 안내, 비상 상황 알림 등에 활용됩니다. 빠른 응답과 신속한 통신이 중요한 환경에서 사용됩니다.
   • Vehicle-to-Infrastructure (V2I) Communication: 차량이 도로 인프라와 통신하는 것은 신호 제어, 도로 상태 정보 전달, 충돌 예방 등에 사용됩니다. 도로 인프라가 차량에 정보를 전달하거나 차량이 도로 인프라에게 요청을 보내는 등의 상호 작용이 이루어집니다.
2. Wireless Sensor Networks (WSN):
   • Military Applications: 군사적인 용도에서 WSN은 위협 탐지, 협력적 데이터 처리, 경보, 다중 홉 통신 등에 활용됩니다. 예를 들어, 감시 장비나 센서 네트워크를 활용하여 군사적인 상황을 감지하고 대응할 수 있습니다.
   • Low-Power Networking: 의료 분야나 산업 제어에서 WSN은 저전력 특성을 활용하여 무선 센서 간의 효율적인 통신을 제공합니다. 의료 기기 간의 네트워킹이나 산업 장비의 모니터링 등에 사용됩니다.
3. Fundamental Infrastructure for Internet of Things (IoT):
   • IoT Support: IoT에서 핵심적인 역할을 수행합니다. 다양한 사물들이 연결되어 데이터를 교환하고 관리하는데 필수적인 기반을 제공합니다. IoT 디바이스 간의 상호 연결과 데이터 전송을 지원하여 스마트 시티, 스마트 홈 등 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.
4. Cognitive Radio Network (CRN):
   • Dynamic Spectrum Access: 주파수 스펙트럼을 지능적으로 활용하여 사용 가능한 주파수 대역을 동적으로 할당합니다. 이는 무선 통신의 효율성을 높이고 주파수의 효율적인 사용을 가능케 합니다.
   • Intelligent Spectrum Management: 지능적인 스펙트럼 관리를 통해 미사용 주파수 대역을 감지하고 활용할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 주파수 스펙트럼의 효율적인 관리는 무선 네트워크의 성능을 향상시키는 데 기여합니다.
5. Delay/Disruption Tolerant Network (DTN):
   • Challenged Environments: 어려운 환경에서도 지연이나 중단 없이 데이터를 전송하는 네트워크를 의미합니다. 특히, 인터넷 접속이 어려운 지역이나 우주 탐사 임무 등에서 사용됩니다.
   • Interplanetary Communication: 우주 공간에서의 통신을 고려한 기술을 포함합니다. 지구와 우주 탐사 임무 간에 데이터를 안정적으로 전송할 수 있도록 하는 특수한 네트워크 구성이 필요합니다.

Vehicular Ad-hoc Networks (VANET):

1. Infrastructure: VANET은 차량 간 또는 차량과 도로 인프라 간의 통신을 지원하는 무선 네트워크입니다. 인프라 구성 요소가 없더라도 차량 간 통신이 가능하며, 이로써 교통의 효율성 향상과 안전성 강화가 가능해집니다.
2. Vehicle-to-Vehicle (V2V) Communication:
   • 실시간 정보 교환: 차량 간에는 실시간으로 교통 정보를 교환하여 사고 예방, 교통 흐름 최적화, 길 안내 등에 활용됩니다.
   • Collaborative Safety Applications: 여러 차량이 협력하여 교통 안전을 높이는 응용이 가능합니다.
3. Vehicle-to-Infrastructure (V2I) Communication:
   • 도로 인프라와의 통신: 차량은 도로 인프라와 통신하여 도로 상태, 신호 제어, 공사 정보 등을 받아 안전 운전과 교통 최적화에 기여합니다.
   • Traffic Management: 도로 인프라가 차량의 위치 및 속도 정보를 활용하여 교통 흐름을 최적화하고 혼잡을 줄일 수 있습니다.

Wireless Sensor Networks (WSN):

1. Military Applications:
   • Threat Sensing: 군사적 용도에서 WSN은 위협 감지를 위해 센서를 사용합니다.
   • Cooperative Processing: 여러 센서가 수집한 정보를 협력하여 분석하고 해석합니다.
   • Cooperative Signaling: 센서들은 협력하여 특정 이벤트를 탐지하고 이를 신속하게 전파합니다.
   • Alert and Beam Formation: 위험 상황 발생 시 경보를 발생시키고, 전투 시에는 센서의 방향성을 최적화하는 데 사용될 수 있습니다.
   • Multihop Communication: 센서 간의 다중 홉 통신은 네트워크의 범위를 확장하고 효율적인 데이터 전송을 가능케 합니다.
   • Command Level Communication: 전투 상황에서 지휘관이나 중앙 지휘소와의 통신은 센서 네트워크를 통해 이루어집니다.
2. Low-Power Networking:
   • Medical Instrument Internetworking: 의료 분야에서는 저전력 네트워킹이 중요합니다. 의료 기기 간의 데이터 전송 및 모니터링을 위해 사용됩니다.
   • Industrial Controls: 제조업 분야에서는 산업용 제어 장비 간의 효율적인 통신을 위해 저전력 무선 센서 네트워크를 활용합니다.

이러한 무선 센서 네트워크는 다양한 응용 분야에서 사용되며, 특히 군사 분야에서는 적응성, 협력, 신속한 응답이 필수적입니다. 또한 의료 분야나 산업 제어에서는 저전력 특성이 중요한 역할을 합니다.