IEEE 802.11n은 MAC 계층에서 100Mb/s이상의 데이터 처리량을 달성하므로 초고속 데이터 통신을 지원하는 차세대 무선랜의 표준으로 각광받고 있다. IEEE 802.11n의 연구 동향은 크게 두 가지로 MAC 계층에서 패킷 간의 결합을 통하여 데이터 처리량을 높인 부분과 PHY 계층에서 다중 안테나 기법을 적용하여 데이터 전송속도를 높인 부분으로 정리된다. 그러나 전자는 무선 채널을 고려하지 않음으로 현실성이 결여되어 있었고, 후자는 패킷 간의 결합을 간과함으로 현실적인 처리량 결과를 얻을 수 없었다. 그래서 본 논문에서는 IEEE 802.11n 시스템에서 MAC 계층과 PHY 계층의 연동을 고려하여 성능을 분석한다. 또한, MAC 계층에서는 멀티 서비스를 고려한 A-MPDU, A-MSDU기법을 적용하고, PHY 계층에서는 WLAN MIMO TGn 채널 모델 사용과 함께 SVD 기법을 적용함으로 다중 안테나 기법과 무선 채널을 모두 고려하면서 IEEE 802.11n 시스템의 현실적인 데이터 처리량을 분석한다. 시뮬레이터는 전 계층을 고려하여 Ns-2를 사용하기로 한다.
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.
2007년 3월부터 WFA에서 시작된 "Wi-Fi CERTIFIED(TM)802.11n Draft 2.0" 인증을 통해 현재까지 180가지가 넘는 제품이 출시되고 있는 가운데 이러한 시장의 상황을 반영하듯 여러 매체를 통해 IEEE 802.11n이 2008년 핫이슈로 등장하고 있다. 하지만 차세대무선통신의 기술적인 로드맵을 선도하고 있는 ITU-R WP8F의 IMT-Advanced에서 요구하고 있는 보행시 1Gbps까지 가능하게 하는 기술을 2010년까지 제공한다는 측면에서는 IEEE 802.11n의 성능이 못 미치는 게 사실이며, 이러한 상황을 반영해 IEEE 802.11 내부에서 IEEE 802.11n 후속으로 보행시 Gbps급의 전송 속도를 지원하는 새로운 기술에 대한 표준화 작업에 대한 논의가 꾸준히 있어 왔고, 그 결과 2007년 5월 정식으로 이를 위한 Study Group이 만들어져 작업에 들어갔다. 본 고에서는 이러한 IEEE 802.11에서의 표준화 활동을 중심으로 차세대무선랜에 대한 응용분야, 관련 기술, 표준화 작업 내용에 대해 살펴보고자 한다.
IEEE 802.11ac 무선 랜에서는 무선 채널의 효율성을 높이기 위하여 공간 분할된 다중채널을 활용하여 AP로부터 다중의 단말기들을 향해 서로 다른 프레임들을 동시에 전송할 수 있는 DL MU-MIMO MAC 기술을 도입하였다. IEEE 802.11ac DL-MIMO MAC 기술은 기존 DL SU-MIMO MAC 동작의 두 단계 동작인 무선채널 획득단계와 프레임 전송단계 사이에 TXOP 기간 동안 채널별 목적지 단말기와 전송될 프레임을 선정하는 TXOP 공유단계가 있다. 따라서 IEEE 802.11ac의 MAC 성능을 향상시키기 위해서는 TXOP 공유단계의 성능이 중요하게 고려되어야 한다. 하지만 표준에서 예시적으로 제시한 우선순위 TXOP 공유방식은 버퍼와 버퍼 내 프레임에 대하여 공정하게 다루지 못하고, 많은 지연시간과 특정 버퍼에 대해서는 높은 손실률을 일으키는 문제점이 있다. 본 논문에서는 각 AC가 가지고 있는 속성의 특성을 최대한 살기기 위하여 p-AC, 유사속성 s-AC, 전체 s-AC, 순으로 TXOP를 공유하는 방안을 제시한다. 이는 기존의 EDCA 특성을 해치지 않는 범위 내에서 차별화된 서비스를 제공할 수 있는 방법이다.
1997년에 IEEE 802.11 WG에서 1~2Mbps급의 전송속도를 가지는 근거리 무선 LAN에 대한 규격을 시작으로, 최근 100Mbps 이상 고속의 데이터 전송속도를 지원하는 규격에 이르기까지 무선 LAN에 대한 기술이 지속적으로 발전되고 있다. 최근 무선통신 분야에서는 다양한 멀티미디어 데이터를 고속으로 전송하는 응용서비스가 증가하고 있으며, 이러한 서비스를 지원할 수 있는 무선 QoS MAC 기술이 IEEE 802.11e에서 표준화되었다. 본 고에서는 무선 LAN 관련 국제 표준화기구인 IEEE 802.11 WG에서 진행되고 있는 표준화 내용 중에서 802.11e에서 표준화한 QoS MAC 기술을 중심으로 MAC 기술 및 관련 표준화 동향에 대하여 살펴보고자 한다.
본 논문에서는 IEEE 802.11 무선 랜의 인프라스트럭쳐 모드에서 성능을 향상시키기 위한 새로운 매체 접근 제어(MAC) 프로토콜을 제안한다. 각 단말은 beacon으로부터 전송되는 파라미터와 접속 연결 시에 AP로부터 부여받은 자신의 고유한 ID를 사용하여 단말들 내에서 유일한 백오프 값을 생성하여, 데이터 전송 시에 해당 백오프 값만큼의 유휴 슬롯을 보낸 후 데이터를 전송한다. 제안한 백오프 방식을 따를 경우 단말들 간의 충돌 없는 접속이 가능하며, 시뮬레이션을 통해 성능분석을 한 결과, 기존의 IEEE 802.11 프로토콜의 CSMA/CA 표준 방식과 비교해서 채널 이용률이 늘어나고 패킷 지연이 감소함을 볼 수 있었다.
IEEE 802.11 DCF 모드는 QoS 제공 기능을 포함하고 있지 않으므로, 무선랜에서 실시간 멀티미디어 서비스들을 제공하는 것이 어렵다. 본 논문에서는 IEEE 802.11b DCF 환경에서 실시간 멀티미디어 서비스 제공의 기반이 되는 가용대역폭 측정을 위한 효과적인 방법을 제안한다. 제안 방법은 매 측정 기간마다 총 채널 휴지 시간과 충돌 확률을 측정한다. 그리고 이들 측정값들과 전송과정에서의 MAC과 PHY 계층에서의 오버헤드를 고려하여, 가용대역폭을 측정한다. 실험은 OPNET을 사용하여 수행되었으며, 실험 결과는 제안 방법에서 측정한 가용대역폭이 기존의 방법들 보다 더 정확한 결과값을 제공함을 보여준다.
본 논문은 IEEE 802.11e 무선랜 환경에서 단말 수에 따른 각 AC(Access Category)별 포화 상태의 시스템 처리율과 관련한 기존 결과에 기반을 두어, IEEE 802.11e 무선랜 네트워크에서의 패킷 전송시간 간격을 통해, 각 AC별 매체 접속 지연 시간을 유도한다. 이 매체 접속 지연 시간을 서비스시간으로 갖는 대기행렬모형을 이용하여, 정상 상태에서의 각 AC별 대 기열의 길이와 패킷 지연 시간을 유도한다. 또한, 수치 해석과 모의 실험을 통하여 모형의 정확성을 검증하고 각 AC별 성능을 분석한다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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