무선 LAN(Wi-Fi: Wireless Fidelity)은 스마트폰 대중화와 더불어 급속히 확대되는 통신망으로 컴퓨터, 노트북, 태블릿 PC 그리고 스마트폰 등 다양한 기기가 접속되어 유비쿼터스 기반의 핵심 네트워크로 자리 잡아 가고 있다. 현재 많은 무선 LAN 통신 기술이 개발되어 다양한 데이터 전송이 가능해졌으며, 표준인 IEEE 802.11n은 2.4GHz 대역과 5GHz 주파수 대역을 사용하고 있다. 2.4GHz 대역은 파장이 길고 회절 및 수신 거리가 좋아서 802.11b/g 방식으로 널리 보급되었다. 5GHz 주파수 대역은 2.4GHz보다 활용할 수 있는 더 많은 채널을 가지고 있어 블루투스, RFID 등 다른 무선 장치의 주파수 대역과 간섭이 없으며 주파수 사용자가 적어 채널 간섭이 적은 특징을 가지고 있다. 본 논문에서는 초기부터 사용된 802.11b/a/g과 현재 사용되고 있는 802.11n 기술 분석 및 동향 그리고 최근 차세대 무선 LAN 통신망으로 대두되고 있는 802.11ac와 802.11ad의 개발 현황 및 표준화 방향에 대하여 살펴본다. 또한, 무선 LAN 보안 취약점 및 이용 현황과 추가적인 대책 방안에 대하여 논하고자 한다.
최근 무선랜은 Wi-Fi를 채용한 스마트폰에 대한 활용 증가에 따라 무선랜에 기반을 둔 새로운 신규 기술들이 연구 되고 있다. IEEE802의 11번째 워킹 그룹에서 개발된 표준인 비면허대역(ISM)을 기반으로 802.11 b/g/a는 보편화된 무선랜 기술들이다. 용량을 극복한 IEEE 802.11n의 블루레이나 비압축 비디오전송에 한계를 극복한 IEEE802.11ac와 TVWS(TV White Space)를 이용한 IEEE802.af들의 기술에 대한 표준화들이 활발히 연구 되고 있다. 본 논문에서는 이러한 기술들을 바탕으로 운영되는 AP(Access Point)에 보안을 고려하여 전송성능을 측정하고 기존의 무선랜 환경과 비교 분석한다. 분석결과 보안설정을 적용하여 전송성능을 측정했을 경우 장애물이 있는 환경에서 기존의 전송성능보다 안정적이며, 전송시간의 단축을 확인 할 수 있었다.
본 연구에서는 초고속 WLAN(Wireless LAN)인 IEEE 802.11ac 및 802.11ad 에서 처리율 향상을 위한 전송율 제어기법과 이에 따른 MCS(Modulation and Coding Scheme)의 적용방안을 제시한다. IEEE 802.11ac 및 802.11ad 표준은 기존의 IEEE 802.11b/g/a 무선 LAN표준과는 달리 송신측이 시간적으로 변하는 채널조건에 따라 전송율을 제어하여 처리율을 높일 수 있도록 하기 위해 많은 MCS 기능을 지원한다. 그러나 이들 표준에서는 전송율을 제어할 수 있는 알고리듬을 제시하고 있지 않으므로 본 연구에서는 전송율 제어 알고리듬에 대하여 살펴보고 MCS의 적용 방안을 제시한다. 특히 IEEE 802.11ac 무선 LAN의 DCF 처리율 성능을 에러를 갖는 채널 환경하에서 분석하기 위해 A-MPDU 기법이 활용되었고 패킷 에러율, 단말장치의 수, 프레임의 수, 프레임 페이로드 크기 및 전송 확률이 변수로 사용되었다.
현재의 무선랜 표준인 IEEE802.11b가 많은 보안 취약성을 가지고 있는 것은 잘 알려진 사실이다. 특히 IEEEE802.11b에서의 인증은 사용자 인증이 아닌 디바이스 인증에 머물고 있으며, 제공되는 인증 메커니즘들 역시 여러 가지 면에서 취약하다. 한편, IEEE802.1x는 IEEEB02.11b 인증의 취약한 부분을 보완하고 강력한 사용자 인증을 제공할 수 있는 메커니즘으로 개발되었으나 이 역시 AP에 대한 인증을 수행하지 않는 등, 취약한 부분이 있다. 또한 WEP을 통해 제공되는 기밀성 및 무결성 역시 키 스트림 재사용 공격, W 재사용 공격 등에 취약하다. 이에 따라 본 논문에서는 무선랜 환경에 적합한 안전한 사용자 인증 메커니즘 및 기밀성을 제공하는 무선랜 보안 시스템을 제안한다 제안하는 시스템은 IEEE802.1x를 기반으로 하고 TLS를 통해 무선랜의 구성요소인 클라이언트, AP, 인증서버에 대한 사용자 인증을 모두 수행한다. 그리고 동적인 키 분배를 통해 암호통신의 안전성을 향상시킨다.
본 논문애서는 IEEE 802.11a 무선 LAN에서 주파수 선택적이고 완만하게 변하는 Ricean 페이딩 채널환경을 고려하여 $E_{b}/N_{o}$ 및 BER에 따른 MAC(Medium Access Control) 계층의 CSMA/CA 기반 DCF(Distributed Coordination Function) 처리율을 분석하였다. 또한 처리율을 분석하는 데 단말수 및 MSDU(MAC SDU) 크기도 고려하였으며 IEEE 802.11a의 필수 전송속도인 6, 12, 24Mbps 및 54Mbps급에 대하여 검토한 결과 $E_{b}/N{o}$가 증가할 수록 BER이 감소할수록 처리율은 증가한다는 것을 알 수 있다.
본 논문에서는 IEEE Std 802.11b와 IEEE Std 802.11a의 규격집으로부터 RF 송수신 시스템의 설계를 위한 최소성능 요구 조건의 파라메터들을 제시하였으며, 이 파라메터들로부터 RF 송수신 시스템의 설계 과정에서 요구되어지는 최소성능 요구조건을 산출하였다. 그 산출된 값으로부터 RF 송수신 시스템을 구성하기 위한 최적의 조건을 갖는 부품을 선정하여 Agilent ADS로 시뮬레이션을 했다. 이러한 분석결과와 시뮬레이션 결과는 실제 무선 LAN 설계시 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
최근 스마트단말기(스마트폰, 태블릿PC등)가 많이 보급되면서 무선 랜(Wi-Fi)을 사용하는 사용자들이 많이 증가하고 있으며, 현재 사용되어지고 있는 무선 랜의 종류는 802.11 a/b/g/n/ac까지 5종류의 무선 랜이 있다. 이 중 대부분은 802.11n의 무선 랜을 사용하고 있다. 그리고 802.11n의 무선 랜은 사용자가 많아서 주파수 간섭이 심하고 이로 인해 서비스품질이 저하되고 있는 실태이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 서비스업체들은 차세대 무선 랜 규격인 802.11ac 서비스를 시작하게 되었다. 본 논문에서는 802.11n과 차세대 무선 랜인 802.11ac의 서비스 현황 및 문제점을 비교분석해 본다.
무선 LAN(W-LAN)은 IEEE 802.11a, 802.11b의 표준이 제정됨에 따라 전송 속도도 수십 Mbps까지 고속으로 발전되어 왔고, 현재 여러 대학과 기업체에서 무선 LAN(W-LAN)을 많이 보급하고 있으며, 또한 통신 사업자들도 일부 제한된 지역(지하철 구내)에서 W-LAN을 설치하여 일반인에게 서비스하고 있다. 이와 같이 무선 LAN의 확산으로 서비스를 이용하는 사람들이 날로 증가 추세에 있으나 서비스 면에서 문제점들도 대두되고 있다. 특히 건물과 전파의 방해물이 많이 존재하는 도심 지역에서 데이터를 고속으로 전송하려면 상대적으로 주파수가 높아짐에 따라 무선 접속 장치(AP : Access Point)와 이동국(노트북등 단말기)간에 ISI(Inter Symbol Interference)가 발생하여 주파수 선택성 페이딩 채널 환경이 되어 데이터의 끊김과 에러가 발생하는 등 사용자에게 양질의 서비스를 제공하지 못하는 사례가 자주 있어 왔다. 본 논문에서는 다중 경로 채널 환경에서 ISI 영향을 가장 적게 받을 수 있는 OFDM 시스템을 적용하여 성능을 분석 평가 하였다. 데이터 변조 방식으로는 IEEE 802.11a에 근거한 부 반송파의 수가 52개인 BPSK, QPSK, 16QAM 방식을 적용하였고, 구속장이 7이고 부호율이 1/2, 3/4인 천공된 컨벌루셔널 부호를 사용하였으며 성능이 개선됨을 확인하였다. 특히 페이딩의 영향을 많이 받는 무선 채널 환경에서 단일 텝 등화기 및 결정 궤환 등화기(DFE : Decision Feedback Equalizer)를 적용하여 성능이 월등히 향상되고 단말기가 이동 시에도 데이터의 단절 등이 없음을 시물레이션을 통해 입증 하였다.
IEEE 802.11b 무선 네트워크에서 스테이션들이 저 전력 모드로 동작할 때, 스테이션들은 액세스 포인트 (AP)가 주기적으로 전송하는 비콘 (beacon)을 수신하여 동기를 맞춘다. 예정된 TBTT (target beacon transmission time)에 무선채널이 사용 중인 경우 비콘 전송이 지연되고 스테이션들은 지연된 비콘을 수신할 때까지 깨어있어야 한다. 이 논문에서는 다음 TBTT까지 데이터를 성공적으로 전송하기에 시간이 적은 경우 스테이션들이 전송을 지연하는 방법을 제안한다. 이 방법으로 매 TBTT 마다 지연이 없는 비콘 전송이 보장되므로 저 전력 스테이션들이 비콘을 수신하기 위해 깨어있는 시간이 줄어든다. 제안된 방법에 대해 모의실험이 수행되었고 결과 분석을 통해 제안된 방법의 특성을 설명하였다. 비콘 지연시간으로 측정된 결과는 에너지 소모가 개선됨을 보여준다.
본 논문은 입력되는 주파수 대역에 따라 증폭기 및 주파수 체배기로 동작하도록 설계하여, 무선 LAN의 다양한 표준인 802.11a/b/g의 주파수 대역을 만족하는 이중 모우드 증폭기를 설계하였다. 기존의 이중대역 무선 LAM의 경우 동작주파수에 따라 별도의 증폭기를 구성하는 형태였으나, 본 연구에서는 서로 다른 바이어스 조건에 따라 802.11b/g 신호에 대해서는 증폭기로서 동작하고, 802.11a 신호에 대해서는 주파수 체배기로 동작하여 하나의 능동회로를 이용하여 각기 다른 표준의 주파수 대역을 증폭할 수 있도록 하였다. 증폭기로 동작할 경우 약 13dB의 이득과 약 17dBm의 PldB을 얻었으며, 2차 고조파는 약 -37dBc 이하로 억압되었다. 주파수 체배기로 동작할 경우 약 3.3dB의 체배 이득과 약 7.3dBm의 최대 전력을 얻었으며, 3차 고조파는 약 -50dBr 이하로 억압되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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