무선네트워크 이해 (3) - Chapter3. WIFI 기본

 무선네트워크 이해 (3) - Chapter3. WIFI 기본

 

  무선랜. 즉, WIFI는 "Wireless Local Area Network" 의 의미 입니다. Wi-Fi는 정확히 말하면 와이어리스 피델리티(Wireless Fidelity)의 약자

 로 딱히 정해진 뜻은 없습니다. 그냥 부르기 쉽게 와이파이 라고 부르면 됩니다.

 

  기존 케이블로 연결하던 유선 네트워크의 한계를 벗어나기 위해 전자기파를 이용하여 네트워크 서비스를 제공 할 수 있게 고안된 것이 바로 이

 무선네트워크 이며 케이블을 연결할 필요가 없기 때문에 이동성, 확장성이 굉장히 좋습니다. 사물인터넷(IOT) 등의 발전 속도에 따라 이 무선랜

 의 발전도 굉장히 빨라지지 않을까 싶습니다.  

 

1. 무선랜의 접속 형태

 - 핸드폰으로 무선랜 설정을 하시다 보면 흔히 인프라스트럭쳐(Infrastructure)와 애드훅(Adhoc) 이냐를 설정 하는 것을 보셨을 겁니다.

 인프라스트럭쳐란 유선으로 연결된 망에 무선 액세스포인트(Access Point) 또는 무선랜 공유기 등의 네트워크 장비를 이용하여 통신 하는 방법이고

 애드훅(Adhoc)은 무선랜 카드가 있는 단말기들이 자신들의 무선네트워크 카드를 이용하여 통신 하는 방법 입니다.

   그림으로 표현하면 아래와 같습니다. 우리가 흔히 이야기 하는 무선랜은 애드훅이 아닌 인프라스트럭쳐로 이해하시면 되실 듯 합니다.

 

2. 무선랜 표준

 - 흔히 라디오를 보면 방송사 채널 별로 다른 주파수를 사용한다는 것을 보실 겁니다. 주파수 대역은 TV, 라디오, 무전기 등 주파수 대역 별로 활용 목적이 다르

 며 주파수법으로 정해진 주파수를 다른 사용자가 임의로 사용할 수가 없습니다. 그렇기 때문에 통신사에서 주파수를 정부를 통해 비용을 지불하고 사용을 하는

 것 입니다. 그럼 우리가 WIFI 를 쓰기 위해 주파수를 사야 하나? 하는 질문을 할 수 있는데 그렇지는 않습니다. ISM(Industrial, Science, and Medical) 대역이

 라는 것을 만들어서 산업, 과학, 의료용으로 이 주파수 대역은 마음껏 쓰라고 만들어 두었습니다. 당국에 허가와 허락은 필요가 없지요. 단, 전파법에 따라 최대

 출력, 그리고 국가별로 사용하는 주파수 대역은 정해져 있기 때문에 이는 알아 두시는 것이 좋습니다.

  ISM 밴드는 아래와 같습니다. 902~928 MHz, 2.4~2.4835GHz, 5725~5825 GHz로 무선랜에서는 2.4GHz, 5GHz를 표준으로 정해 사용하고 있습니다.  

- ISM 대역중에서 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, 미국전지전자학회) 가 규정한 802.11a/b/g/n 이 무선 서비스의 표준 입니다.

 이제 802.11ac 까지 표준이 되었는데요. 802.11ac 관련하여선 추후에 다루도록 하겠습니다. (802.11a는 정확한 명칭으론 UNII Band 라고 부릅니다.)

 무선랜 기술은 1999년 9월에 미국 무선랩 협회인 WECA (Wireless Ethernet Capability Alliance; 2002년 WiFi로 변경)가 표준을 정했고, 이와 호환되는 제

 품에 Wi-Fi 인증을 부여하기 시작 했습니다. 아래가 인증을 받은 제품에 붙이는 마크 입니다. 

 

3. IEEE 표준 요약

 - 아래는 IEEE 표준을 요약한 내용 입니다. 802.11b와 802.11a 가 동일한 해에 비준이 되었는데 사람들이 처음에는 802.11a를 사용하지 않았습니다. 바로 가격이

 문제였기 때문인데요. 802.11a가 속도면에서 훨씬 월등 했지만 단말기가 802.11a를 지원하기에는 가격이 비싸져서 802.11a는 거의 사용하지 않다가 단말기 기술

 이 발달되고 가격이 하락하면서 802.11a가 다시 각광 받기 시작한 것입니다.   

 

 - 보시면서 가장 많이 이해 못하는 부분이 OFDM, BPSK, QAM 이런 내용 인데요. 이건 사실 무선네트워크 하는 사람이라면 개념만 간단히 이해 하시고 넘어

 가셔도 됩니다. 무선 공학이나 무선설비 등을 공부하신 분들이면 OFDM을 보시면 CDMA, FDMA, TDMA을 연상하시면 되십니다. ^-^;

 - 도달 거리는 표를 보시고 802.11g 가 802.11a 보다 같은 조건일 때 더 멀리 신호가 전파된다는 것을 이해 하시면 됩니다.

  실제 안테나를 이득을 높을걸 사용하면 Km 단위로 데이터를 전송 할 수 있습니다. (전 1Km 까진 해봤네요. 속도는 확실히 멀수록 느립니다. 흐흐)

 

4. 2.4 GHz 표준

 - 2.4 GHz 의 주파수 분배 관련 내용을 보면 무선랜에서 주파수를 왜 분배 하는지에 대한 이해를 할 수가 있습니다. 국내 전파법상 2.4GHz에서 사용가능 한 주파

 수의 수는 13개 입니다. (1~13번 까지) 우리는 이런 주파수를 1번 채널, 2번 채널 이런 식으로 부릅니다. 일본은 14번 까지, 북미는 11번 까지, 그 외 모든 나라는

 13번 채널까지 사용을 하고 있습니다.  한 주파수 채널당 22MHz 의 대역폭을 가지며 1번 채널과 2번 채널의 간격은 5MHz 입니다. 자 감이 오시죠? 한 주파수가

 22MHz의 대역폭을 사용하는데 채널간 간격이 그거보다 작지요. 그러므로 인접한 주파수 끼리는 필연적으로 중첩이 일어나게 됩니다. 그래서 우리는 중첩을 피하

 기 위해 주파수 채널간의 거리를 벌려서 사용해야 하며 이렇게 사용 했을 시 비중첩 하는 채널은 3개가 되게 됩니다. 아래 그림을 보시면 이해가 되실 겁니다. 

 

 

 - 주파수 하나당 22MHz를 사용하게 되므로 그림을 그리니 위에 처럼 1,6,11번 채널을 사용 할 시에 같은 공간에서 주파수간 중첩되는 부분이 없다는 것을 알 수

 있습니다. 11번과 12번을 사용할 경우 위의 그림과 같이 중첩이 발생하게 됩니다.주파수 라는 것은 신호가 중첩되게 되면 주파수 파형에 변형이 올 수 있기 때문

 에 무선을 잘 사용하기 위해서는 주파수 중첩은 반드시 피하는 것이 좋습니다. 자! 여기까진 좋습니다만 문제가 조금 있습니다. 2.4GHz에선 3개 채널만 사용하기

 때문에 AP가 다수 있는 공간에선 같은 채널을 사용하는 AP가 많아지게 됩니다. 이러면 또 AP들끼리 간섭이기 때문에 채널을 더 늘려서 분배를 시켜주는 것이 좋

 습니다. 그렇게 해서 우리는 AP가 다수인 공간에서는 2MHz의 중첩이 발생하지만 최대한 중첩이 나지 않게 하기 위하여1,5,9,13 번의 채널을 사용해서 서비스 하

 기도 합니다.

 - 아래 그림 왼쪽과 같이 처음에 1,6,11을 썼을 때 1번채널 끼리의 중첩이 해결이 안 되는 것을 볼 수 있습니다. 이를 1,5,9,13 으로 하니 중첩되는 부분이 해소가

 되게 됩니다. 현실에서는 아래그림처럼 AP가 이쁜 원을 그리면서 주파수를 방사 하지 않기 때문에 주파수 2.4GHz 중첩을 완전히 해소하는 것은 매우 어렵습니다. 

 

 

4. 5 GHz 표준

 - 5Ghz는 2.4Ghz에서 이야기한 근접 채널간 중첩이 발생 하지 않습니다. 왜냐하면~ 5GHz도 2.4GHz와 같이 주파수 하나당 20MHz 정도의 대역폭을 갖는데 사용

 하는 채널당 20MHz의 간격을 띄어놨기 때문입니다. 아래 그림을 보시면 이해가 가실 겁니다. 좋은 그림이 있어 이건 그리지 않고 복사해 왔습니다. 후후.

 802.11a (5GHz) 에선 36번 채널(5180) ~ 64번 채널(5320) 까지 8채널을 20MHz간격으로 사용하고 149번 채널(5745) ~ 161번 채널(5805) 까지 4채널을 20MHz 간격

 으로 사용합니다. 36,40,44,48 까지를 UNII-1(Lower UNII) 라고 하며 52,56,60,64 까지를 UNII-2(Middle UNII), 149,153,157,161 까지를 UNII-3 (Upper UNII) 라고 부릅

 니다. 위로 올라 갈수록 사용할 수 있는 전송전력의 차이가 있습니다. 그래서 외부에서 사용할 경우에는 UNII-3 대역을 많이 사용하게 됩니다.

 (한국에서는 UNII-1, UNII-3 이 두 밴드를 주로 사용합니다.)  

   그림을 보시고 어? 주파수 겹치는 거 아닌가요? 라고 생각 하실 수 있으실 텐데요. 맨 오른쪽 파란원으로 표시된 부분이 실제 데이터로 사용되는 부분이라고 이해

 하시기 바랍니다. 맨 오른쪽 아래 그림은 OFDM 의 부반송파 원리를 이야기 하는 부분인데 OFDM관련하여선 나중에 다시 다루도록 하겠습니다.   

- 2.4GHz와 달리 사용할 수 있는 주파수 채널이 무려 12개 입니다. 훨씬 간섭에서 자유롭겠죠? 이렇기 때문에 최근에 WIFI는 5GHz대역을 사용하도록 권고

 하고 있으며 최근 기술인 802.11ac 는 5GHz만 사용하고 있습니다. 여러분들도 집에서 WIFI 사용하신다면 5GHz로 설정한 후 사용하시기 바랍니다.

 

5. 마치며

 - 다음에는 802.11n 에 대해 소개해보도록 하겠습니다.