Chap 7. Wireless Network

무선네트워크란? 

• 신호를 전하는 케이블 없이 전파를 통해 통신하는 네트워크
• 기존 유선 네트워크는 케이블을 통해, 신호가 일정한 세기를 가지고 전송한다.
• 하지만 무선네트워크는 다음과 같은 특성을 가진다.
  
  • 신호 세기 감소
  • 외부의 노이즈로부터 보호받지 못함(신호 간섭)
  • 이동성을 가질 수 있음

 

Elements of a wireless network

1. wireless hosts

• laptop, smartphone, 작동 중인 app 등

 

2. base station (기지국)

• 일반적으로 유선 네트워크에 연결되어 있다
• 릴레이(relay) - 해당 지역의 유선 네트워크와 무선 호스트 간의 패킷 전송을 담당한다

3. wireless link

• 일반적으로 모바일을 base station에 연결하는 데 사용된다

4. infrastructure mode

• Access Point(AP) 중계기를 통하여 무선 Lan Card와 데이터 통신.
  Aceess Point는 유선 네트워크와 연결되어 있다.

• device들은 모든 데이터를 AP에게 보내고, AP가 전달하고자 하는 device나 다른 AP로
  데이터를 보낸다.
• Basic Service Set(BSS): AP 1대를 이용하여 네트워크 구성 -> 소규모 지역에서 사용
  Extended Servic Set(ESS): 최소 2개의 BSS가 만나서 네트워크 구성 -> 비교적 넓은 범위에서 사용

 

5. Ad-Hoc mode

• no infra
• 독립된 device가 다른 device의 도움 없이 네트워크 망을 구성하는 것
• device의 LAN card가 다른 devic LAN card로 직접 데이터 전송 가능
• 예) 휴대폰의 핫스폿을 틀고 노트북과 연결하여 휴대폰의 네트워크를 노트북에서 사용가능

 

 

Wireless network 특징

Hidden terminal problem

• 무선 LAN에서 3개의 노드가 있을 때, 중간 B노드는 양 노드가 보여 모두 통신이 가능하나,
  먼 거리에 있는 2개 A, C 노드들 간에는 서로 통신이 되지 않게 되는 현상

 

 

Exposed terminal problem

• B는 A에게 전송 중일때, C는 A와 B의 영역밖의  D에게 전송을 하고 싶다
• 그러나 C와 B는 동일영역에 있으므로 B의 신호로 인한 carrier sensing 결과 
  매체가 사용중인 busy 상태로 인식하게 되면서 D에게 보낼 수 없게 된다. 

 

 

CSMA/CA (Collision Avoidance)

• 무선 네트워크에서는 충돌을 감지하기 힘들기 때문에 CSMA/CD 방식을 사용할 수 없다
  -> 따라서 충돌을 회피하는 방식을 사용한다.

1. channel이 idle 하다고 감지돼도, 전송을 늦추어서 충돌을 회피한다.
-> IFS(Inter Frame Space)라 불리는 일정 시간을 기다린 후 전송한다

IFS동안 대기한 뒤에도 idle 상태라면 Contention Window(time slot으로 나뉘어 있는 일정 시간 구간)
에서 랜덤한 slot time동안 대기한다.

• slot time만큼 대기한 뒤에도 idle 상태라면 전송한다.
  만약 busy하다면 타이머를 잠시 멈추고 채널이 idle 한 상태로 감지되면 다시 타이머를 작동한다
  -> 가장 오래 대기한 노드가 전송 우선순위를 갖게 된다.

2. 만약 busy하다고 감지되면,

channel이 idle할때까지 랜덤 backoff time만큼 기다리고 전송한다

3. 만약 전송 후 ACK을 받지 못했다면,

랜덤 backoff time을 2배만큼 증가시켜 기다린 후 재전송한다.

 

Collision Avoidance: RTS-CTS exchange

충돌을 피하기 위해 데이터를 random access 하기보단 reserve 한다

-> NAV filter를 써서 주변 노드들에게 알려줌으로써 채널을 reserve 한다.

 

1. sender는 RTS(Request-To-Send) 패킷안에 NAV 필터의 값을 넣어서

BS(Base Station)으로 보낸다

2. RTS를 받은 BS는 누군가 보내려고 한다는 신호(CTS:Clear-To-Send)를

주위 노드에게 보내준다.

3. 신호를 받은 노드들은 데이터를 보내지 않는다. 

 

 

Mobility 용어

• home network: 모바일의 home 네트워크
• permanent address: home 네트워크의 주소
• home agent: 모바일이 멀리 떨어져 있을 때, 
  모바일을 대신해서 mobility function을 수행해주는 것.

• visited network: 모바일이 현재 있는 네트워크
• care-of-address: visited network에서의 주소
• foregin agent: 모바일을 대신해서 mobility function을 수행해 주는 visited network에 속한 것
• correspondent: 모바일과 통신을 원하는 것

 

 

Mobility: registration(등록)

1. 모바일은 visited network에 들어가기 위해 foreign agent에 연락한다.
-> 내 PA가 뭐였는지 말해주고 COA를 받는다

2. foregin agent가 home agent에게 알려준다. 

-> 지금 내 내트워크 안에 있다고 

 

이 과정을 통해 foreign agent는 모바일에 대한 정보를 알 수 있고,

home agent는 모바일의 위치를 알 수 있다.

 

indirect routing

= triangular routing이라고도 한다

 

1. 모바일의 home address로 패킷을 보냄
-> source: correspondent, destination: PA

 

2. 온 패킷을 foreign agent로 forward 시켜준다

->  source: correspondent, destination: COA

 

3. foreign agent가 받아서 모바일로 forward 해준다
->  source: correspondent, destination: COA

 

4. 모바일은 직접 correspondent로 응답해 준다
-> source: PA, destination: correspondent

-> correspondent와 mobile이 같은 네트워크에 있다면 비효율적인 방법이다.

 

direct routing

1. correspondent가 home agent에게 모바일의 주소를 request

-> source: correspondent, destination: PA

 

2. agent는 모바일의 foregin address를 correspondent에게 알려준다.

-> source: PA, destination: correspondent

 

3. correspondent가 foreign agent에게 패킷을 보내고, foreign agent가 모바일로 forward

-> source: correspondent, destination: COA

 

4. 모바일은 직접 correspondent로 응답

-> source: COA, destination: correspondent

 

-> home agent가 현재 모바일의 위치를 바로 알려줘서 빠르다.

그러나 모바일의 위치를 얻었는데 모바일의 위치가 바뀌면 어떻게 할 것인가에 대한 문제가 있다.