본 논문에서는 무인자동차 시스템 개발을 위하여 적용 가능한 통신을 살펴보고 대안으로 IEEE 802.11a를 제안한다. IEEE 802.11a는 2.4GHz ISM 대역을 사용하는 IEEE 802.11b/g와 달리 5GHz 대 역의 OFDM 변조방식을 사용해 ISM 대역의 IEEE 802.11b/g와 비교하여 간섭으로 인한 성능저하 현상에 강점을 가지고 있으며, 최대 54Mbps의 통신 속도를 제공한다. 무인자동차의 이동성을 보장하기 위한 핵심 요구사항인 로밍 기능을 중점으로 아파트 주차장에서 Soft Roaming과 Hard Roaming방식을 구성하여 실험을 진행하였다. 각각의 실험 결과 값을 토대로 IEEE 802.11a를 무인자동차 시스템에 적용하기 위한 최적의 방법을 제시한다.
본 논문은 모바일 컨버전스를 위해서는 가장 필요하다고 보이는 대중적인 무선통신 방법인 IEEE802.11 무선랜의 성능이 이동성을 가지는 환경에서 어떠한지를 실제로 측정하고 성능을 분석해본다. 성능 분석을 위해서는 기존의 IEEE802.11b/g와 차량간 통신(V2V) 환경에 적합하게 설계된 IEE802.11p에 대해서 성능을 측정하여 분석하였다. 본 논문에서는 기존의 IEEE802.11b/g는 V2I, IEEE802.11p는 V2I와 V2V에서 실험을 진행하였다. 따라서 각각 자동차의 주행속도를 점차 증가시켜 실험을 진행하였으며, 그에 따른 통신반경, 링크접속시간, 데이터 전송속도, 지연시간을 측정하였다. 또한 무선 채널에 512, 1024, 1518 byte의 부하를 가지게 함으로써, 주위에 통신량이 많고 적은 상황에 따른 성능도 확인하였다. 결론을 통해서는 분석된 내용을 기반으로 향후 연구 내용을 논한다.
본 논문은 모바일 환경에서 IEEE802.11 무선랜의 성능을 실제로 측정하고 성능을 분석해본다. 성능 분석을 위해서는 기존의 IEEE802.11b/g와 차량간 통신(V2V) 환경에 적합하게 설계된 IEEE802.11p에 대해서 성능을 측정하여 분석하였다. 기존의 IEEE802.11b/g는 V2I, IEEE802.11p는 V2I와 V2V에서 실험을 진행하였다. 따라서 각각 자동차의 주행속도를 점차 증가시켜 실험을 진행하였으며, 그에 따른 통신반경, 링크접속시간, 데이터 전송속도를 측정하였다.
IEEE 802.11i에서는 기존의 802.11a,b,g가 가지고 있던 보안상 문제점을 보완하기 위해서 RSNA(Robust Security Network Association)를 새로이 규정하고 있다. RSNA에서는 기존의 데이터 암호화를 위한 WEP(Wired Equivalent Privacy)을 대신하여 좀 더 견고한 데이터 암호화를 위하여 TKIP(Temporal Key Integrity Protocol)와 CCMP(Counter with CBC-MAC Protocol)를 사용하고 있다. 본 논문에서는 WEP, TKIP, CCMP의 암.복호 엔진을 설계하여 IEEE 802.11i를 지원하는 MAC Layer를 설계, 구현 하였다. WEP은 기존의 IEEE 802.11 legacy MAC과의 호환성을 보장하기 위하여 구성되었고, TKIP와 CCMP는 IEEE 802.11i에서 규정한 데이터 보안을 보장한다. 본 논문의 CCMP 블록은 동작 주파수 134MHz에서 최대 816.7Mbps의 데이터의 처리속도를 가짐으로써 802.11n의 성능을 보장 한다. 또한 2단 파이프 라인 구조를 가지는 AES 구조를 제안하여 CCMP에서의 동작 모드인 CBC 모드와 CTR 모드를 1개의 AES 코어에서 처리하도록 하여 적은 면적의 하드웨어를 가지도록 하였다.
IEEE802.11g VoWLAN (Voice over Wireless LAN) 단말기는 802.11b 전용 단말기에 비해 통화시간이 30 % 이상 감소하는 문제점이 있어 통화시간이 문제로 대두되고 있다. 일반적으로, 802.11g에서는 멀티캐리어 방식인 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조방식을 사용하여 54 Mbps속도로 전송하기 때문에 기존의 802.11b MAC (Medium Access Control) 전송방식과 비교하여 통화시간을 만족시키는 것이 어렵다. 본 논문에서는 802.11g 규격을 적용한 단말기에서 통화중 Power Save 방법으로 Holdover Time을 처음으로 제안하므로 통화시간을 만족시킨다. 다만, 통화 단말기 수 증가에 따른 네트워크 혼잡으로 경합 창 (contention window)이 많이 발생하여, Back-off 수 증가로 인한 통화품질(QoS)의 문제가 발생하지만, QoS 해결 방안으로 다운 링크 시 802.11 G.711 Sequence Number를 단말기 MAC 단에서 분석하여 손실율에 따른 Holdover Time을 가변 하는 방법을 제안하므로 이 문제를 해결한다. 802.11b/g 소비전류 분석과 통화 단말기 증가에 따른 네트워크 혼잡에 의한 MAC 파라미터 성능을 분석하며, VQT장비와AiroPeek를 이용하여 실제적인 데이터를 분석한다.
본 논문에서는 2.4[GHz]와 5[GHz]로 동작하는 Dual-band WLAN 송신기의 설계에 대하여 기술한다. Dual-band WLAN 송신기는 2.4[GHz] 대역과 5[GHz] 대역에서 각각 동작할 수 있도록 설계되었다. 이중대역의 구조를 갖는 송신 부는 2.4[GHz] 과 5[GHz] 주파수에서 동작하는 증폭기와 두 개의 VCO(Voltage Controlled Oscillator)또는 주파수 가변 범위가 매우 넓은 VCO를 사용해야 한다. 이 문제는 크기와 소비전력으로 나타나며, 이를 해결하기 위하여 이중대역 송신 모듈을 제안하였다. 이 송신부는 단일 송신 블럭을 사용하여 입력되는 주파수와 인가하는 바이어스 전압에 따라, IEEE 802.11b/g의 2.4[GHz] 대역신호에 대해서는 증폭기로 동작하고 IEEE로 802.11a의 5.8[GHz] 대역신호는 주파수 체배 방식을 이용하여 출력신호를 얻도록 설계하였다. 출력스펙트럼은 중심주파수에서 각각 +11[GHz], +20[MHz], +30[MHz] offset인 주파수에서 적응형 방식이 아닌 경우와 비교하여 4[dB], 6[dB], 16[dB]의 ACPR특성이 향상되었으며, IEEE 802.11a 무선 랜 송신스펙트럼 마스크 규격을 만족하였다.
본 논문에서는 IEEE 802.11b/g 규격인 CCK/OFDM 방식의 54 Mbps 속도를 갖는 VoWLAN 단말기에서, RF 모듈을 통해 송수신되는 최종 전송선로(transmission line) 와 안테나 스위치단의 부정합으로 인해 쉽게 발생할 수 있는 입출력 사이의 I/Q 부정합 문제를 새로운 CPW 구조의 정합회로를 적용함으로써 해결할 수 있음을 보인다. I/Q 성능 개선에 대한 분석 방법으로 출력 Spectrum Mast 비선형 특성으로 출력된 CCK(complementary code keying)/OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 데이터에 따른 EVM (Error Vector Magnitude) 특성 및 수신감도 특성을 분석하여 전체 I/Q 성능이 개선됨을 보인다.
본 논문에서는 무선 LAN을 기반으로 u-Hospital 서비스를 지원할 수 있는 임베디드 리눅스 기반의 2.4GHz ISM 대역용 플랫폼 시제품을 개발하였다. 개발된 시스템은 ARM920T 프로세서 보드와 FPGA 보드가 서로 연동되게 설계되었고, 무선 접속을 위해 IEEE 802.11b PHY 보드, AD/DA(10Bit), 그리고 RF(2.4GHz) 보드가 연결되도록 설계하였으며, 임베디드 리눅스를 탑재하여 IEEE 802.11b/g Access Point(Option: IEEE 802.11a/b/g) 시험이 가능하여 임베디드 시스템 설계에 응용될 수 있다. 또한 개발된 시스템은 무선 접속 기술과 Modem(OFDM etc) 및 IP(Intellectual Property) 회로를 시험하고 검증할 수 있으며, 홈&모바일 헬스 케어 및 웰 니스 서비스로의 응용 확장이 가능하다.
본 연구에서는 WiFi 망을 통한 VoIP 용량을 OPNET 모델러를 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석하였다. 연구결과 하나의 AP내에서 VoIP 호의 수가 일정수를 넘어가면 전체 호에서 급격한 통화 품질저하가 일어나며 그 원인은 AP내 다운링크의 큐잉지연으로 분석되었다. IEEE802.11b환경에서 품질을 유지 (MOS > 2.5)하면서 수용가능한 호의 수는 G.711, G.729a, G.729a VAD 방식의 코덱을 사용할 경우 각각 5, 12, 27개인 것으로 분석되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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