[Chapter 13] Wireless LAN(WLAN)

 

IEEE 802.11에서 만든 표준: Wi-Fi(Wireless Fildelity)

그냥 Wifi에 대한 챕터라고 보자.

 

- 유선 LAN 의 한계를 커버한 것!

- building 간 연결

- Ad-hoc mode 가능

- 이동중 지속적으로 연결 가능

 

Ad-hoc

 

<Infrastructure mode(Access Point 거치기)>

각 station은 Access Point에 연결돼있음

소통할 때마다 AP 거쳐야 함

- 같은 LAN이어도 AP 거쳐 src → AP → dst

- 다른 LAN이면 src → AP → Ethernet switch/hub → AP → dst

 

 

* Access Point 의 역할

- Bridge

- MAC

- Repeater

 

<Ad-Hoc mode(Access Point 거치지 않기)>

: 다른 Access Point에 속한 station끼리도 일시적으로 peer-to-peer 이 가능

 

 

- throuput: MAC의 가장 중요한 목표

- number of nodes: 한 AP 당 50개(BUT, 50개가 동시에 TX 가능하다는 것은 아님)

- Connection to backbone LAN

- Service area: 2.4G(실내에서는 46m, 실외에서는 92m), 5G

→ License-free operation: 2.4G, 5G는 이동통신쪽에서 쓸 수 없도록 함

* Wifi에서도 ISI 존재 !!!

- Battery-power consumption: battery 효율성이 좋게 디자인해야.

* Wifi 쓸 수 있다면, 802.11 모듈이 들어가 있다는 뜻

- Transmission robustness and security: 무선이기 때문에 도청이 쉬움

- Collocated network operation: wifi 많이 잡힘 → 비번 걸어놨지만 들어올 수 있음

- Handoff/roaming

* IEEE 802.1q: Ethernet에서 VLAN 지원하는 protocol

* IEEE 802.11f: inter-AP protocol

* IEEE 802.11r: fast roaming

- Dynamic configuration: AP는 누가 들어오고 나갔는지 정보 관리

 

	Wifi1~4	Wifi 5 (802.11ac)	Wifi 6 (802.11ax)
uplink MIMO 지원		x	o
downlink MIMO 지원		o	o
Multiple User?		x	o
CSMA/CA (Multiple Access Control)	해야 함 (multiple user 지원 안 하기 때문 동시에 들어오면 collision 생기기 때문)		필요x * BUT,, 소통에 관여하는 모든 사람이 6E 이상이어야 필요 없지, 한명이라도 그 이하 버전이면 필요해요
subcarrier spacing	OFDM 사용 subcarrier spacing = 312.5kHz		OFDMA 사용 subcarrier spacing = 78.125kHz link efficiency 더 좋음
Highest Modulization → data rate	1 symbol = 8bit → data rate 상대적 느림 256QAM		1 symbol = 10bit → data rate 상대적 빠름 1024QAM
			bandwidth 작음 → T↑ → ISI↓
			schedule-based sleep time일 때 에너지 소비x battery 효율성 좋아짐

 

13장은 IEEE 802.11에서 정의한 Wireless LAN(WLAN) 표준에 관한 이야기를 합니다.  Wi-Fi의 기본 개념 및 WiFi-5와 WiFi-6 기술의 차이점, 그리고 Hidden node problem, Exposed node problem, CSMA/CA 알고리즘을 핵심으로 학습하게 됩니다.
WLAN은 1999년 Wi-Fi Alliance 가 결성되어 1세대가 출현한 이후 현재 6E 까지 출시되었으며, WiFi-7은 올해 본격적으로 상용화되고 있습니다. WiFi-7에 관해서는 수업 중 자세히 다루지 않겠으나, 6E와 같이 3개의 주파수 대역, tri-band(2.4/5/6GHz)을 사용하며, 전송속도는 6E 보다 4배 이상 빠른 46Gbps(이론상)을 추구하고 있습니다. 이외에도 다른 모든 성능 지표에서 6E를 앞선 표준입니다.

<IEEE802.11 (Wireless LAN)>
1. Ad-hoc networking
* Temporary network
* Direct communication via peer-to-peer without Wireless Access Point(WAP)
* No Internet connection provided

2. Infrastructure mode 
* Using WAP : Every station should be connected to an WAP and communicate to other stations via WAP
* Main functions of a coordinator (WAP) : Relaying data between two stations, Bridging between 802.11 and 802.x and Multiple access among stations
* WAP는 WLAN을 지원하면서 동시에 L2-SW (wired LAN)와 연결되어 있으므로, WAP를 통해 Internet 서비스가 가능함.



History of WiFi

MIMO는 wifi 4 부터 시작함.MU-MIMO는 wifi 5 부터 시작함Wifi 4 와 Wifi 6 는 dual band (2.4GHz와 5GHz)를 지원함.wifi 6e 는 tri band (2.4/5/6GHz)를 지원함.wifi 7의 애칭은 Extremely High Throughput(EHT) 로 46Gbps을 목표로 함.

Wifi-5 vs. ViFi-6
WiFi-6 : 여러명의 user가 동시에 data 전송이 가능하므로 media access control 알고리즘이 필요없으나, (wifi1/2/3/4/5는 CSMA/CA가 필요하므로) backward compatibility를 위해 wifi-6를 지원하는 WAP들도 CSMA/CA 기능을 포함하고 있다.WiFi-5는 Downlink (DL) MU MIMO 만 가능하나, WiFi-6는 Uplink MU MIMO도 가능하여 CSMA/CA 같은 media access control 알고리즘 없이도 8명의 사용자(devices) 고대역 통신지원이 가능함. (%MU MIMO 란 다중 안테나를 이용하여 다중 사용자와 동시에 통신하는 방법임.)WiFi-5는 5GHz 대역만 사용하나, WiFi-6는 2.4Ghz 대역도 사용하므로 coverage 가  wifi-5보다 넓다. Wifi-5와 6 모두 MCM(Multiple carrier modulation)을 이용하여 다중의 orthogonal sub-carrier를 이용하여 고속통신을 함으로써 ISI를 줄이나, Wifi-5는 OFDM 즉, 한 시점에 한명의 사용자만 데이터 전송이 가능한 반면, wifi-6는 OFDMA를 구현하여 한번에 다중 사용자의 데이터전송이 가능하다. (따라서 만일 OFDMA을 구현한 wifi-6 단말기와 WAP들만으로 연결된 WLAN이라면 CSMA/CA는 필요없다. 문제는 모두 wifi-6를 사용하거나 wifi-6 단말이라도 모두 OFDMA을 구현하고 있지 않을 수 있으므로 결과적으로 wifi-6도 CSMA/CA 를 포함하고 있다.)Wifi-6는 battery saving을 위한 scheduled access control 기능을 제공하다.Wifi-6는 하나의 symbol 이 10bit 정보를 실어나르므로 8bit 정보를 실어나르는 wifi 5 보다 25% 전송율이 높다.Wifi-6는 wifi-5 보다 inter-symbol duration (symbol period, T) 를 크게 설계하여 ISI를 낮추었다.