최근 와이파이를 채용한 스마트폰에 대한 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 무선랜에 기반한 새로운 신규 기술들이 활발히 연구되고 있다. Gbps 이상의 전송을 가능하게 하는 IEEE 802.11ac는 차세대 스마트폰을 위한 핵심 기술로서 기존의 IEEE 802.11n에서는 수용할 수 없었던 초고화질의 비디오 전송을 가능하게 한다. 또한 최근에는 무선랜을 사용하여 최대 수 km까지 광역으로 서비스를 지원하기 위한 광역 무선랜이 IEEE 802.11af 및 802.11ah에서 연구되고 있으며, 초기 링크 셋업 시간을 획기적으로 절감하기 위한 IEEE 802.11ai 기술도 활발히 논의되고 있다. 본고에서는 이러한 IEEE 802.11ac, IEEE 802.11af, IEEE 802.11ah, IEEE 802.11ai 무선랜 기술에 대한 표준화 추진 현황 및 주요 이슈들에 대해 기술하고자 한다.
IEEE 802.11 무선랜 기술은 가장 성공한 무선 통신 기술 중 하나이다. 주로 가정이나 사무실, 공공 장소에서 소규모 무선 네트워크를 형성하여 무선 인터넷 환경을 제공한다 고속통신이 가능하며 사용자의 이동성을 함께 제공하는 무선 통신 기술에 대한 요구가 증가하면서 새로운 기술 표준도 함께 도입되었다. 이에 따라 IEEE 802.11 무선랜은 크고 복잡한 형태로 발전하고 있으며, 이에 상응하는 무선랜 환경을 관리하기 위한 기술 표준이 필요하게 되었다. 이러한 요구를 충족하기 위해서 IEEE 802.11v Task Group (TG)이 발족하여 새로운 기술 표준을 만들고 있다. 본고는 현재 진행중인 IEEE 802.11v TG에서 발행한 초안을 바탕으로 무선네트워크 관리 기술에 대한 내용을 소개한다.
본고에서는 IEEE 802.11에서 표준화가 진행중인 1 GHz 이하 비면허 주파수에서 동작하는 무선랜(WLAN, Wireless LAN) 표준인 IEEE 802.11ah 무선랜 기술에 대해 알아본다. IEEE 802.11ah 는 스마트 그리드, 센서 네트워크, M2M(machine-to-machine) 통신, 셀룰러 오프로딩, 광역 무선랜 서비스 등을 주된 응용 분야로 고려하고 있으며 이러한 응용들은 기존 무선랜 기술대비 보다 확장된 커버리지, 보다 많은 수의 단말 지원, 저전력 동작 지원 등을 요구한다. IEEE 802.11ah는 이러한 요구 사항을 만족하기 위한 Sub 1 GHz 대역을 사용하는 무선랜 PHY 및 MAC 규격을 개발하였다. 본 고에서는 이러한 IEEE 802.11ah 무선랜의 주요 기술 요소들에 대해 살펴본다.
IEEE 802.11 규격[1]은 2.4GHz 및 5GHz 대역에서 무선 근거리 접속 통신을 위한 국제 표준이다. 1997 년 2.4GHz 대역에서 1, 2 Mbps 의 속도를 지원하는 최초의 규격이 정의된 이래, 속도 개선을 위한 변복조 방식, 보안, QoS 등 다양한 요구 사항을 만족하기 위하여 표준이 지속적으로 개정되어 왔으며 2012 년 새로 개정된 표준이 발표된 바 있다. 특히, 최근 들어서 스마트폰의 무선랜 사용량이 폭발적으로 증가하고 무선랜 접속을 위한 핫스팟 역시 수가 크게 늘면서, 보안성을 유지하면서도 무선랜의 초기 연결접속 시간을 최소화(FILS; Fast Initial Link Setup)함으로써 무선랜 접속 요청 이용자 수에 확장성을 갖는 무선랜 규격을 제정할 필요성이 생기면서 IEEE 내에 802.11ai Task Group[3]이 승인되어 현재 표준화 작업을 진행중에 있다. IEEE 802.11 무선랜 규격에서 초기 연결접속 시간의 상당 부분을 네트워크 발견, 보안 접속, 인증 등에 소요하게 되어, IEEE 802.11ai에서는 보안성을 떨어뜨리지 않으면서도 빠르게 인증을 하기 위한 매커니즘에 대해 논의 중이다. 본 논문에서는 IEEE 802.11ai에서 논의 중인 "FILS를 위한 EAP/EAP-RP 기반의 빠른 인증" 기술에 대해 살펴보고, 이의 장단점을 분석하여 보다 개선된 형태의 빠른 인증 기법을 제안하고자 한다.
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.
최근 IEEE802.11 표준에 따르는 무선 랜의 사용이 증대되어 왔다. 더욱이 무선 랜을 통한 인터넷 트래픽은 기존의 웹 서핑이나 이메일 통신 등과 같은 전형적 데이터 형태로부터 서비스 품질(QoS: Quality of Service) 보장을 요구하는 고화질 영상과 음성 트래픽으로 바뀌어 가고 있다. 이에 IEEE 802 표준 위원회에서는 무선 랜 멀티미디어 트래픽의 QoS 보장을 위한 표준인 IEEE 802.11e를 제안한 바 있다. IEEE 802.11e는 QoS 매커니즘으로 EDCA (Enhanced Distributed Channel Access)와 HCCA(HCF Controlled Channel Access) 로 구성된 HCF(Hybrid Coordination Function)를 제안하고 있다. 이 중 EDCA는 모든 단말이 동등한 자격으로 경쟁적인 매체접근을 하는 분산형 프로토콜이며, HCCA는 단말이 무선 랜 연결을 위해 자원을 요청하면 AP (Access Point)가 자원을 할당하여 집입을 허가하는 중앙집중식 허가 방식의 프로토콜이다. EDCA 또는 HCCA를 기반으로 하여 다양한 허가 제어 방식이 사용될 수 있다. 본 논문에서는 우선 IEEE 802.11e에서 제시된 두 가지 표준 매체제어방식을 간략히 살펴 보고, 다음에 이들 매체제어 방식과 결합되어 사용될 수 있는 다양한 허가제어 방식 연구 동향을 살펴 본다.
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.
자율주행을 현실화하기 위해 각국에서는 관련통신표준을 기반으로 시스템을 구성하고 있으며, 그 중 무선랜 표준을 제정하는 IEEE에서는 IEEE 802.11p와 WAVE 계열표준을 제정하여 차량통신용 무선통신을 지원하고 있다. 최근 저전력 동작이 부각됨에 따라 보조수신기를 활용하는 표준인 IEEE 802.11ba이 진행 중이며, 그 사용 예시에는 V2P 동작을 포함하고 있다. 이때, V2X 통신에 사용되는 무선 랜 표준인 IEEE 802.11p가 IEEE 802.11ba와 같이 사용 될 경우, 기존 IEEE 802.11ba에서의 추가적인 wake-up frame의 전송으로 인해 채널용량이 지나치게 낮아져 지연시간 요구사항을 맞추지 못할 수 있다. 본 논문에서는 차량용 무선랜 표준인 IEEE 802.11p 및 WAVE가 최근 개발되고 있는 저전력 표준인 IEEE 802.11ba 표준과 결합될 때의 시스템 구성방법을 제시하고 성능분석과 고찰을 통해 미래 자율주행 통신에서 IEEE 802.11ba를 이용한 저전력 V2P 동작을 효과적으로 사용하기 위한 고려사항 및 개선 방안을 제시하고자 한다.
무선으로 근거리 디바이스들을 연결하는 무선 랜에서는 CSMA/CA를 기반으로 하는 IEEE 802.11이 대표적인 프로토콜로 사용되고 있다. IEEE 802.11 무선망에서 지연에 민감한 실시간 멀티미디어 응용 서비스들의 요구가 증가함에 따라 MAC 계층에서의 지연시간에 대한 연구는 중요하다. IEEE 802.11 무선랜의 기본적인 액세스 방법으로 사용하는 DCF는 경쟁 스테이션이 적은 상황에서는 비교적 우수한 성능을 보이나 경쟁 스테이션의 수가 많은 경우 처리율, 패킷지연 관점에서 성능이 저하되는 문제점이 있다. 본 논문에서는 IEEE 802.11 무선 랜 환경에서 전송에 성공한 패킷의 평균지연시간과 전송에 실패하여 패킷이 폐기되기까지의 평균시간에 대해 제안된 방식들의 성능을 분석하고 시뮬레이션을 통해 이를 입증한다.
오늘날 인프라 무선 랜은 많은 사용자들이 사용하는 중요한 인터넷 접속 기술이다. 따라서, IEEE 802.11 MAC의 성능분석은 지난 몇 년간 무선 랜 연구의 중요한 테마 중의 하나였다. 본고에서는 프로토콜 계층 사이에 존재하는 상호 의존성의 중요성에 주목하며, IEEE 802.11 기반의 무선 랜이 갖는 성능 특성에 관하여 알아본다. 먼저, 무선 노드의 개수가 많아짐에 따라 무선 랜 시스템의 처리율이 감소한다는 IEEE 802.11 MAC DCF 분석 결과를 설명한다. 여기에 MAC 계층과 다른 계층 사이의 상호 작용에 주목하여, 무선 랜의 성능이 어떤 특성을 갖는지 알아본다. 물리 계층에 존재하는 무선 노드들 사이의 불평등성에 대해서 설명하고, 그로 인하여 노드들 간의 혼잡 수준이 떨어지고 경쟁 기반의 DCF 처리율이 혼잡 상태에서도 서서히 감소하게 되는 것을 설명한다. 또한, 전송 계층 프로토콜로서 TCP를 사용하는 경우의 무선 랜 성능에 관하여 알아본다. TCP는 실제로 무선 채널의 경쟁에 참여하는 노드를 $2{\sim}3$개 정도로 제한하는 효과가 있어서, TCP를 사용하는 무선 랜의 성능은 무선 노드의 개수에 상관없이 안정적인 것을 설명한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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