[Chapter 08] 무선통신 시스템

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1️⃣ 와이파이

🩶 와이파이 개요

• 와이파이: IEEE 802.11 표준에 기반 한 무선 근거리 네트워크
• 하나의 LAN 선에 여러 기기 공유하도록 만든 공유기 (허브)를 무선으로 연결하도록 만든 장치
• 2.4GHz, 5GHz 사용

🩶 CSMA/CA

• 와이파이도 충돌회피 프로토콜 → CSMA/CA 사용
  • CSMA/CA → CSMA/CD 와 유사한 경쟁방식 프로토콜임
• 무선이라 신호 도달 않는 호스트 존재 가능
  • 호스트 A는 D가 신호 못듣는 호스트
• cf. 유선은 무선에 비해 먼 거리 전송 가능

1. 숨겨진 호스트 문제
   • A 호스트에서 B로 데이터 전송하고 있음
   • D가 이걸 모르고 B에게 데이터를 보내면 충돌

• 해결 방법: CSMA/CA 사용
  • 사용 가능한 모든 채널 감시하다가, 전송 가능할 때 전송 시작
  • A, B 통신할 때, A는 B에게 RTS 신호를 보냄
  • B는 허락의 의미로 CTS 보냄
  • 타임아웃 시간은 RTS와 CTS에 명시 -> 타임아웃 시간 안에 통신을 마무리해야 함
  • A와 B 가 통신 시작하면, 나머지 호스트들은 타임아웃 시점까지 가상전송 모드 (NAV 모드) 진입
    • 가상전송 모드: 누군가 사용중이어서 전송 할 수 없는 상태

• CSMA/CA 핸드쉐이크의 CTS 프레임 → 숨겨진 호스트로부터 충돌 방지 가능

2. 노출된 호스트 문제

• C는 A가 보낸 RTS는 감지, B가 보낸 CTS는 감지 못함
• C와 D는 RTS 전송 시작 → D는 CTS 응답
• but 만약 A가 데이터를 전송하기 시작했다면
• C는 충돌때문에 D가 보낸 CTS 감지 못함
• C는 D에게 데이터 전송할 수 없음

🩶 CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA

• CSMA
  • Carrier가 감지되면, 자기가 보낼 정보 보내지 않고 대기
  • Carrier가 감지되지 않으면, 자기 데이터를 네트워크 상에 보냄
• CD (충돌 감지)
  • 데이터 충돌시, 다른 호스트로 인해 발생하지 않았는지 점검
  • 충돌 발생시, 호스트는 random 시간동안 대기 후 다음 데이터 전송
  • 유선 환경에서의 충돌 감지
• CA (충돌 회피)
  • 예비 신호 RTS, CTS 먼저 보내 패킷 충돌 피하는 방법
  • 무선 환경에서의 충돌 감지

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2️⃣ 블루투스와 비콘

🩶 블루투스 개요

• 무선 개인 통신망 (WPAN): 개인의 작업 공간에 장치들을 연결하기 위한 컴퓨터 네트워크
• 10m 정도 거리에서 통신 가능
• 블루투스 (2.4GHz 대역 사용)
• 블루투스 5.x 최신 규격

🩶 블루투스 특징

• 애드혹 방식: 블루투스가 네트워크를 구성하는 방식
  • LAN이나 인터넷 망과 연결 없이 기기들이 네트워크 구성함
• 1개의 마스터, 여러대의 슬레이브로 네트워크 구성
• 페어링: 마스터 기기가 슬레이브 기기를 쌍으로 묶는 것

• 블루투스 네트워크 (아주 작은 네트워크) = 피코넷
• 피코넷은 전체 8개 (1개 마스터 + 7개 슬레이브)
• 등록은 되어있는데 활성화 안된 상태: 파크 상태
  • 최대 256개까지 연결
• 피코넷을 조합하여 만들어지는 네트워크: 스캐터넷

🩶 블루투스 프레임

• 블루투스는 버전에 따라 다양한 프레임 존재
• 블루투스 프레임
  • 72비트 접근 코드
  • 54비트 헤더
  • 데이터 (0~2744비트)
• 헤더는 같은 내용 3번 반복
  • 처음 3비트는 주소
  • 주소는 슬레이브 ID
• Type 필드: 상위계층으로부터 오는 데이터 유형 나타냄
• HEC: 헤더에 대한 오류 탐색 필드 (책썸 방식)

🩶 비콘

• 블루투스 통신 기술 응용한 기술
• 단방향 모드 지원
  • 페어링 없이 스마트기기 → 블루투스 기기 데이터 전송 가능
• 자동 출석 시스템에 사용

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3️⃣ RFID와 NFC

🩶 ID 코드의 발전

• ID 코드: 사물을 구분하기 위해 만들어진 정보체계
• 바코드 (보안 이슈)
• QR코드 (보안 이슈)

🩶 RFID의 특징

• RFID: 라디오 주파수 대역 사용하여 ID 정보 전달
• 능동형, 수동형, 반수동형
• 수동형 RFID
  • 데이터를 가진 RFID 태그 + RFID 리더기로 구성
  • 태그 안의 칩에 암호화된 정보
  • RFID 리더기가 전파를 쏘면 태그에 달린 안테나가 전파 받아 전기 만듦
  • 만들어진 전기로 데이터 전송

🩶 RFID의 기술적 특징

• 작동방식 3가지 분류
• 수동형 RFID
  • 태그 전원 X
  • 전자기 유도 방식
• 능동형 RFID
  • 태그 전원 O
  • 비쌈
• 반수동형 RFID
  • 수동형 장점 + 능동형 장점

🩶 NFC

• NFC: 초근거리 무선 통신 기술
• 교통카드
• RFID가 NFC 기술 포함
• RFID: 단방향 통신, NFC: 양방향 통신

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4️⃣ 지그비

🩶 지그비

• 먼 거리까지 데이터 전송
• 낮은 에너지 소비
• 낮은 수준의 전송 속도, 긴 배터리 수명 필요하는 분야 사용

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💻 Reference

데이터통신과 네트워킹 | 조성호 - 교보문고