Wireless / mobile networks

Elements of a wireless network

 현대에는 많은 무선기기가 등장하면 무선 인터넷 또한 발전하게 되었다.기본적으로 CSMA기반으로 디자인되었다.하지만 무선과 유선은 완전다른 링크를 사용하기에 유선에서 디자인된 모델들을 완벽하게 적용하기엔 무리가 있다.

Elements of a wireless network2

많은 무선기기는 기지국을 통해 연결된다.Wifi는 흔히 말하는 AP(Access Point,ex.공유기)로 연결되고 LTE 같은 셀룰러서비스는 각 지역의 기지국(Basestation)로 연결된다.

Characteristcs of wireless links

무선 링크는 유선 링크에 비해 훨씬 환경에 민감하고 여러 문제가 생긴다.대표적으로 3가지로 정리할 수 있다.

1. Decreased signal strength(신호 감쇠) 
2. Multipath propagation(다중 경로 전파)
3. Interference from other sources(다른 요소에 의한 간섭)

신호 감쇠는 발송지에서 멀어질수록 신호가 약해지는 것으로 fading이라고도 한다.

Fading(attenuation)

신호는 주파수,거리가 크면 클수록 감쇠가 잘된다.

 

다중전파는 무선 신호가 여러 물체에 반사되어 같은 신호가 여러번 송신지에 도착하는 현상이다.

Multipath propagation

신호는 Coherencetime 동안 데이터가 채널을 통해 온전히 수신될 수 있다.

Coherence time

무선환경에서 SNR(Signal-to-Noise Ratio,신호 대 잡음 비)도 중요한 특성이다.

SNR 높을수록 좋으며 링크 품질에 직접적으로 영향을 끼친다.하지만 무작정 좋지많은 않다.이는 BER(Bit Error Rate)와의 Trade-off 관계이기 때문으로 신호의 게기를 키우면 SNR은 높아지고 BER은 낮아진다.하지만 전력이 많이 들기에 현재는 동적으로 이를 조절해서 사용한다.링크의 상태가 좋다면 SNR을 낮추고 아니라면 점점 올리는 방식을 택한다.

 

BER,SNR tradeoffs

마지막으로 중요한 특성은 Hidden node problem(숨겨진 노드 문제)로 두개 이상의 노드가 서로의 존재를 인식하지 못해 충돌이 발생하는 현상이다.

Hidden node problem

 위의 그림을 살펴보면 (A,B),(B,C)는 서로의 신호를 감지할 수 있지만 (A,C)는 서로의 신호를 감지를 못한다.따라서 CSMA의 동작원리에 의해 Link가 IDLE일때 통신이 시작될때 서로 충돌이 발생할 수 있다.하지만 이를 방지하기 위한 별도의 프로토콜을 적용하지는 않는다.이유는 숨겨진 노드 문제가 잘 발생하지 않기 때문이고 정말 이걸 방지해야할 환경에서만 적용하면 되기 때문이다.

CDMA(Code Division Multiple Access)

 기본적인 원리는 기존의 TDM,FDM과는 다르게 "Chipping" sequence(일종의 코드)를 사용해서 같은 주파수 대역에서 데이터를 동시에 전송할 수 있는 방법으로 Encoding시 이 코드와 데이터를 내적 연산하여 부호화하고 Decoding시 코드와 데이터를 외적 연산하고 복호화한다.

CDMA example

CDMA example

CDMA를 사용하면 대역폭 활용이 크게 늘어난다.