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    2. 네트워크 기출문제

WPAN

개념
10m 이내의 짧은 거리에 존재하는 컴퓨터 및 주변기기, 휴대폰, 가전제품 등 디지털 장치를 식별하고 기기 사이의 데이터 전송 및 제어가 가능한 ad-hoc 기반의 무선 네트워크 기술

I. 근거리 무선 네트워크 기술, WPAN의 개요

 가. WPAN(Wireless Personal Area Network)의 정의

  - 10m 이내의 짧은 거리에 존재하는 컴퓨터 및 주변기기, 휴대폰, 가전제품 등 디지털 장치를 식별하고 기기 사이의 데이터 전송 및    제어가 가능한 ad-hoc 기반의 무선 네트워크 기술

 

 나. WPAN의 주요기술

특성

설명

Ad-hoc

네트워크

- AP(Access Point)같은 통신 중계기의 도움 없이 기기(단말)간 직접 무선 데이터 교환이 가능하며, WPAN 영역 접근 시 자동 동기화 기능으로 사용상의 편의성 제공.

저전력 통신

센서의 전력소비를 최소화해 배터리 교체에 따른 유지보수 부담 경감

전송거리/속도

비교적 단거리에서 빠른 데이터 속도를 요구함

간섭 최소화

여러 네트워크에서 통신이 이루어지기 때문에 혼선 등

의 간섭 작용이 없어야 함

저비용

센서를 분산시키기 위해서 저비용의 Chip 사용

 

 다. 무선 네트워크 유형 별 통신 범위

  - 10m 내외의 개인 영역 내에서 다양한 정보기술 장치들의 Ad-hoc통신 연결

 

 

 라. 블루투스 3.0과 4.0 비교

 

Dual Mode

Single Mode

저에너지 블루투스 기능이 기존의 클래식 블루투스에 통합된 방식

기존 클래식 블루투스 기술의 많은 부분을 공유하므로 경제적

통합성이 높고 크기가 작아 작은 디바이스에 적합

싱글모드 칩은 적은 대기모드 전력,간단한 디바이스 감지, 저비용으로 절전기능과 보안성이 높은 암호화된 연결

 

구분

블루투스 3.0

블루투스 4.0

핵심특징

High Speed

Low Energy

전송속도

24Mbps

1Mbps

전력소모

15~20mW

1.5~2.0mW

토폴로지

스캐터넷

스타버스

활동분야

휴대폰, 헤드셋, PC

헬스케어, 센서, 기기제어

 

 마. IEEE 802 타입별 무선 네트워크 유형

 

II. WPAN(Wireless Personal Area Network)의 종류

 가. 무선연결의 쌍방향 실시간 통신 Bluetooth 의 개요

  1) 블루투스(Bluetooth)의 정의

    - 근거리에 놓여있는 컴퓨터나 이동단말기, 가전제품 등을 무선으로 연결하여 쌍방향 실시간 통신을 가능하게 하는 근거리 무선데이터 통신규격 또는 제품

 

  2) 블루투스의 특징

구분

내용

네트워크

구성

   -Master-Slave구조 : Master가 활성화 된 최대 7개의 종속기 (Slave)와 망이 구성 될수 있음.

-네트워크 토폴리지 : Point-to-Point, Point-to-Multipoint

전송방식

-주파수 호핑 방식( FH : Frequency Hopping) 패킷이 목적까지

 도착하는 경로에 있어서 노드에서 노드로 몇 번이고 연결이

 이루어지는 전송, 즉 1Mhz의 채널을 79개 설정, 1초간 1,600회

 채널을 바꿈) 

전력소모량

-대기상태 0.3mA, 송수신시 30mA 저 소비 전력

주파수

및 변조

-주파수: 2.4Ghz대의 ISM 대역사용 (전파 간섭 원인)

-변조방식: FHSS, MAC 방식: TDMA

-음성 전용채널(동기음성/비동기 음성채널)이 존재

전송속도 및 거리

-전송속도: 최대 24Mbps 지원 (블루투스3.0/ 4.0)

-전송거리: 최대 100M (블루투스 3.0/ 4.0)

 

  3) 블루투스 버전 비교

구분

1.0

V2.1+EDR

3.0+HS

4.0

주파수 대역

2.4 GHz

2.4 GHz

2.4 GHz

2.4 GHz

속도

1Mbps

3Mbps

24Mbps

24Mbps

커버리지

10m

10m

100m

100m

특징

 

보안 강화 및 패어링 향상을 위한 SSP(Secure Simple Pairing)

AMP(Alternate MAC/PHY),

High Speed

Ultra-low power Bluetooth

 

 나. 유비쿼터스 구현을 위한 초광대역 무선기술 UWB의 개요

  1) UWB(Ultra Wide band)의 정의

   - 매우 낮은 전력을 사용하며, 초광대역의 주파수 대역으로 디지털 데이터를 전송하는 차세대 무선 전송 기술

 

  2) UWB(Ultra Wide band)의 특징

구분

내용

전송방식

Baseband (변조하지 않고 그대로 전송하는 방식) 신호로 전송

제작비용

송신기의 제작이 매우 쉽고 싼 가격으로 구현

간섭현상

없음(GPS, PCS, WLAN 기능과 함께 하나의 기기에 통합가능)

전력사용

매우 낮은 스펙트럼 전력 사용, 송수신 기기의 소형화,

저전력화

보안성

매우 우수(초기 군사용 목적)

MEMS기술

Micro Electro Mechanical system 기술 적용하여 기판 위에 집적화 시킴

기타

거리 측정 가능

상호호환성

제조사별 상호 호환성이 떨어짐

기술 및

시장동향

 - 표준의 방향성이 정해지지 못하고 규제의 환경이 안정되지 못함. 그리고 동종 기술(블루투스, 지그비 등)과의 치열한 경쟁과 상대적으로 높은 기술비용 등으로 UWB 업계가 부진에 빠져있는 상황. (2010년)

- 주목할만한 UWB 적용분야 : 실시간 위치 추적시스템(RTLS), Wifi와 UWB조합인 USB(WUSB) 시스템, 군용기기,Radar 등.

 

 

 다. 대규모 센서 네트워킹 기술, Zigbee의 개요

  1) Zigbee(Low Data Rate)의 정의

    저속 전송속도로 집에 놓여 있는 다양한 가전제품 등을 리모콘 하나로 작동 시킬 수 있는 저속 WPAN 기술.

   저전력, 저비용의 가정용 무선 네트워크 규격

 

  2) Zigbee의 구조 및 특징

구분

내용

데이터 전송률

250Kbps

연결 가능 node

최대 65,000개 slave 가능

적용 거리

10 ~ 75m

주파수 대역

물리층: 868/915MHz, 2.4GHz

활동 온도 범위

-40 ~ +90도

설계 기술

저전력 설계(수개월~수년사용), 최적화 변복조 설계

다양한 네트워크
토폴로지 사용

- Star:  하나의 PAN coordinator를 중심으로 여러 기기가 토폴로지를 형성, 주로 홈오토메이션, 컴퓨터 주변기기 연결, 게임기기에서 사용.

- Mesh: 모든 디바이스간의 통신이 가능한 구조로써 자체 네트워크 구성 및 경로회복이 가능, 산업 컨트롤러와 무선 센서 네트워크에서 사용.

- Cluster-tree: 모든 FFD(Full Function Device)와 RFD(Reduced Function Device)가 Leaf node로 연결된 형태로써 모든 FFD가 PAN coordinator의 역할 수행이 가능, 망 확장성이 필요한 분야에 적용.

 

   3) Zigbee 네트워크 구성

    - Zigbee 네트워크는 Coordinator 의 네트워크 생성으로부터 네트워크 확장을 위한 Router, 그리고 End Device 의 네트워크 참여로 구성

    - IEEE 802.15는 무선랜의 표준화를 진행하는 IEEE 802.11과 분리된 근거리 무선통신 표준으로써, 그 아래 Bluetooth, UWB, ZigBee의 대표적인 WPAN 표준으로 분화됨.

 

 라. WPAN 유형 비교.

항목

블루투스

UWB

ZigBee

기술및 표준

802.15.1

802.15.3a

802.15.4

주파수 대역

2.4GHz(ISM Band)

3.1~10.6GHz

868/916Mhz, 2.4Ghz

변조

FHSS

QFK/PAM/PPM

DSSS

MAC

TDMA

CDMA/OFDM

CSMA/CA

전송속도

24Mbps

(Bluetooth 4.0)

500Mbps

250K, 40K, 20Kbps

전송거리

10M~100M(3.0,4.0)

20M

10~100m

노드수

8

1

64000

전송전력

1mW

0.1mW

-4~20(dBm)

네트워크구성

Point-toPoint

Point-to-Multipoint

Point-to-Point

Cluster-tree, Star, Mesh

특징

- 음성, 팩스, AV 등 다양한 통신 지원

- 간섭현상발생         

(IEEE802.11b와 주파수 겹침/ISM

  Band 특성)

-간섭에내성이 강함

-초고속전송이 가능

-송수신회로 간략화

-거리측정 가능

-소비전력이 낮음

(블루투스의 1/4)

- 저렴한 가격

-저속저전력 네트워킹

-긴 배터리 시간

 

적용제품 군

중 저가품($5)

고가품($10이하)

초저가품($1.5~2.5)

활용 분야

-디지털음성전송 분야(헤드 셋, PC주변기기,PDA,Phone)모바일, 헬스, 의료분야로 확대

- Imaging System

-Communication & Measurement Sys

-Radar System

- 센서간 통신

- Mouse

홈 오토메이션

 산업 자동화

 

III. WPAN의 다양한 활용 및 기술 동향

 가. WPAN의 다양한 활용분야

활용

설명

산업용 제어

  • 산업용 장비 모니터링 및 자동화

재난 관리

  • 재난 발생의 인식과 위치 결정

원격제어

  • 장난감 및 게임분야 활용, 가전제품 원격 제어

자동차 제어

  • 타이어 압력 센서, 자동차 내 통신

홈 네트워크 및

 정보가전 분야

  • 가정 내 PC의 주변기기로 무선마우스, 키보드,
  • 조이스틱, 보급형 PDA, 게임기 등 활용.
  • 난방, 환기, 에어컨, 보안, 전등제어, 출입문/창문 잠금 제어, 장난감 및 게임 등 활용.
  • 유비쿼터스 컴퓨팅: 무선인터넷, 휴대전화, 단말기 등 이동성 보장 서비스
 

 나. WPAN 기술동향

- WPAN과 WLAN은 2.4Ghz의 동일대역을 사용함으로 인해 네트워크 성능의 한계점 야기

- WPAN과 WLAN간의 간섭효과를 정량화하는 상호 공존 모델의 개발과 이를 상호 공존 방안의 개발을 추진

- 무선통신기술의 진화에 따른 WPAN기술의 발전 및 변화와 이에 따른 다른 무선망과의 연동방안 제시

 

 다. WPAN 시장동향

- 저전력을 추구하는 WPAN 기술 연구가 그린 IT 표준화와 함께 근거리 통신 (블루투스), 홈 오토메이션 등에 분야로 활용도 높음.

- 홈 네트워크 및 다양한 활용 범위로 인해 시장성 및 다양한 기술연구 진행

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