무선 LAN이란?

무선 LAN 기술 무선 LAN(Wireless LAN)이란 오피스, 상가, 가정 등과 같이 일정 공간 또는 건물로 한정된 옥내 또는 옥외 환경에서 유선 케이블 대신 무선 주파수 또는 빛을 사용하여 허브에서 각 단말까지 네트워크 환경을 구축하는 것을 말한다. 무선 LAN은 배선이 필요 없고 단말기의 재배치가 용이하며 이동 중에도 통신이 가능하고 빠른 시간 안에 네트워크 구축이 가능하다는 장점이 있는 반면에, 유선 LAN에 비하여 상대적으로 낮은 전송 속도와 신호 간섭이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 근거리 무선 통신 기술은 IEEE 802.11, ETSI HIPERLAN/2 이외에도 가정 및 기업 환경에서 사용할 수 있는 HomeRF와 블루투스가 개발되어 있으며, 무선 MAN 기술로 현재 표준화가 진행 중인 IEEE 802.16 Wireless MAN과 ETSI HIPERACCESS와 같은 기술도 있다. 일반적으로 무선 LAN이란 가정 보다는 기업에 이미 구축되어 있는 LAN 환경에서 동작하는 무선 네트워크 기술을 지칭하므로, 서로 다른 LAN 세그먼트 사이를 연결하는 IEEE 802.16, ETSI HIPERACCESS와 같은 무선 MAN 기술이나 개인을 대상으로 10m 이내의 거리에서 사용되는블루투스와 같은 무선 PAN 기술과는 이용 목적 및 전송 거리 관점에서 구분하고 있다. 기본적인 무선 LAN 네트워크는 다른 무선 단말이나 유선 LAN으로 연결하기 위해 각 단말 내에 설치되는 무선 NIC(Network Interface Card), 각 단말과 유선 LAN 간의 게이트웨이 역할을 담당하는 액세스 포인트, 그리고 건물과 건물 또는 분산된 네트워크 세그먼트 사이를 점-대-점 방식으로 연결하는 데 사용되는 무선 브리지 장비로 구성된다. 액세스 포인트는 LAN 허브와 비슷한 역할을 수행하며, 한 개의 액세스 포인트 당 반경 20~150m 정도의 영역에서 동시에 25~50개의 단말을 접속하여 사용할 수 있다. (그림 2)는 무선 LAN의 기본적인 네트워크 토폴로지를 나타낸다. 무선 LAN은 유선 LAN과 독립적으로 무선 NIC를 장착한 복수의 단말들 끼리 단독으로 연결하는 ad-hoc 망과 액세스 포인트를 통해 단말을 유선 LAN에 연결하는 인프라스트랙처 망 방식으로 구성할 수 있다. ad-hoc 망은 일시적으로 형성되는 작업그룹 등에서 주로 이용되며, 인프라스트랙처 망 내에서 서버에 의해 설정될 수도 있고 단독으로 peer-to-peer 모드로 동작할 수도 있다. 인프라스트랙처 망은 유무선 연결 장치인 액세스 포인트를 통해서 무선 단말을 기존 유선 LAN에 연결한다. 이 때 액세스 포인트를 중심으로 무선 셀 BSS (Basic Service Set)가 형성되는데, 액세스 포인트는 BSS 내에 있는 모든 단말들을 LAN에 연결하는 셀룰러 폰 기지국과 동일한 역할을 수행한다. 서로 중첩하지 않는 채널을 사용하는 여러 BSS를 모아 하나의 ESS(Extended Service Set)를 구성할 수도 있는데, 동일 ESS 내의 서로 다른 BSS 간에는 로밍에 의해 단말의 이동이 가능하다.

1. IEEE 802.11b 1999년 9월 기존의 802.11 표준에 덧붙여 새로운 고속 물리 계층 규격으로 개발된 IEEE 802.11b는 CCK 변조 방식을 사용해 2.4GHz ISM(Industrial, Scientific, and Medical) 대역에서 물리 계층에서 최대 11Mbps까지 전송할 수 있도록 설계되었다. IEEE 802.11b는 802.11 표준의 매체접근제어 계층과 DSSS 물리 계층 규격을 그대로 사용하면서 5.5/11Mbps의 고속 데이터 전송 시 확산 대역 방식으로 CCK 변조 방식을 사용하므로 기존의 DSSS 방식 장비와 하위 호환성을 유지할 수 있다. 802.11b표준은 물리 계층에서11Mbps의 속도를 얻기 위해 802.11에서 사용한 11Chip Barker Code 대신에 Complementary Sequence를 사용한다. Complementary Sequence는 8 chip 크기의 64개 Code Word들로 구성되며, 이들은 고속 전송 시 자주 발생하는 다중경로 및 페이딩 등에 강한 수학적 특성을 지닌다. 802.11b는 802.11과 비교해 확산 대역에 사용되는chip의 길이가 11개에서 8개로 감소하였으므로, 802.11과 동일한11Mchip/s수준을 유지하기 위해서는 Symbol rate를 1.375Msymbol/s으로 늘려야 한다. 11Mbps 전송 속도 방식에서는 Symbol 당 8비트를 변조하여 총 11Mbps(8bit×1.375Msymbol/s)를, 5.5Mbps 전송 속도 방식에서는 Symbol 당 4비트를 변조하여 총 5.5Mbps(4bit×1.375Msymbol/s)의 물리 계층 전송 속도를 얻게 된다. 현재 시장에서 상용화된 제품 중 주류를 이루고 있는 802.11b는 그러나 몇 가지 단점을 가지고 있다. 첫째, 기존 장비들의 일부를 사용할 수 없다. 802.11b 이전에 사용되고 있던 장비들은 FHSS 방식이 대부분이다. 따라서 802.11b는 802.11 DSSS와 하위 호환성을 유지하지만 FHSS 방식과는 호환이 되지 않는다. 둘째, 하위 호환성을 유지하기 위해 헤더나 관리 프레임, Contention Window 등은 모두 1Mbps 시스템을 기준으로 하고 있기 때문에 802.11 오버헤드의 비효율성을 그대로 상속하고 있다. 따라서 당초 10BASE-T 수준의 전송 속도를 목표로 했던 802.11b는 실제로 5~6Mbps 정도의 스루풋 밖에 나오지 않는다. 셋째, 2.4GHz DSSS 시스템의 FCC S/N비 요구사항(최소 10dB)을 충족시키기 위해 전송거리가 802.11의 절반 이하로 줄어들게 되었다. 2. IEEE 802.11a 802.11a 표준은 802.11b와 함께 1999년 9월 5GHz UNNI(Unlicensed National Information Infrastructure) 주파수 대역에서 동작하는 고속 물리 계층 표준으로 확정되었다. 802.11b와 달리 802.11a는 전통적인 확산 대역 기술을 사용하지 않고 오피스와 같은 옥내 환경에 더 적합한 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하여 10~ 50m 정도의 짧은 거리에서 6~54Mbps의 고속 데이터 전송을 실현할 수 있다. 무선에서 고속 전송을 실현하기 위해서는 보다 높은 주파수를 사용해야 하며, 이럴 경우 특히 장애물이 많은 옥내 환경에서는 전송 효율이 크게 저하되어 전송 거리가 심각하게 줄어들게 된다. 이 문제를 해결하기 위해 802.11a에서는 OFDM 방식을 사용해 하나의 고속 반송파를 여러 개의 저속 부반송파로 나누어 병렬로 전송하게 함으로써 어느 정도 실효성 있는 전송 거리를 확보할 수 있게 되었다. 802.11a는 FCC에서 비허가 주파수 대역으로 할당한 총 300MHz의 UNNI 주파수 대역(5.150~5.250GHz, 5.250~5.350GHz, 5.725~5.825GHz)을 사용한다. 이 중 첫째와 둘째 200MHz 대역은 각각 50mW, 250mW의 전송 전력으로 제한되어 있어 옥내용으로 사용되고, 마지막 100MHz 대역은 최대 전송 전력이 1W로 옥외용으로 분류된다. 802.11a 표준도 802.11b와 마찬가지로 고속전송이 가능한 반면 몇 가지 단점을 포함하고 있다. 첫째, 전세계적인 주파수 호환성 문제가 제기된다. 802.11b 기술은 2.4GHz 비허가 주파수 대역이 전세계 대부분의 국가에서 이용 가능하기 때문에 장비 사용에는 큰 문제가 없다. 2.4GHz ISM 대역의 경우 국가별로 주파수가 약간씩 다르기는 하나 소프트웨어적으로 간단하게 처리할 수 있다. 하지만 5GHz 주파수 대역에서는 상황이 다르다. 802.11a 기술은 기본적으로 미국 주파수 환경에 알맞게 정의된 표준이므로 다른 국가의 주파수 환경은 고려되지 않았다. 이 때문에 현재 5GHz 무선 LAN 표준은 지역/국가마다 다른 주파수 정책으로 인해 미국 IEEE의 802.11a, 유럽 ETSI BRAN의 HIPERLAN/2, 일본 MMAC-PC의 HiSWAN 규격으로 나뉘어 연구가 진행 중에 있다. 802.11a의 경우 802.11의 매체접근제어 계층을 그대로 사용하므로 물리 계층 Radio만 설계하면 되기 때문에 타 표준보다 상용화 진전 속도는 빠른 편이다. 둘째, 전송 효율성이 낮다. 802.11a의 경우 헤더 부분을 1Mbps가 아닌 6Mbps 속도로 전송하기 때문에 전송 속도에서 조금은 개선의 여지가 있는 편이다. 하지만 그렇다 하더라도54Mbps 전송모드에서 실제 3계층 전송 속도는 32Mbps 정도에 불과하다. 이는 마찬가지로 802.11 매체접근제어 계층의 비효율성에 기인한다. 셋째, 전송 거리는 더욱 짧아져 36~54Mbps 고속 전송 모드를 사용할 경우 액세스 포인트 당 10~15m 정도 밖에 서비스할 수 없다. 802.11b 액세스 포인트로 구성된 네트워크를 802.11a 액세스 포인트로 구성할 경우 동일한 속도(9Mbps)에서도 3대가 더 필요하며, 이 보다 더 빠른 고속 전송 모드를 사용할수록 훨씬 더 많은 액세스 포인트가 필요하게 된다. 3. ETSI BRAN HIPERLAN/2 2000년 4월 1차 표준화가 완료된 HIPERLAN/2(High Performance Radio Local Area Network type 2)는 1991년 시작된 ETSI HIPERLAN/1 프로젝트와 연계하여 BRAN(Broad Radio Access Network) 프로젝트의 일환으로 개발되었으며, IEEE 802.11a와 유사하게 5GHz 주파수 대역에서 OFDM 방식을 이용해 6~54Mbps의 전송 속도를 갖는 무선 LAN 표준 규격이다. HIPERLAN/2 표준은 IEEE 802.11 표준과 달리 무선 ATM 기술을 기반으로 하고 있으며 IP 네트워크뿐만 아니라 ATM, IEEE 1394, UMTS네트워크와도 연결이 가능한 것이 특징이다. HIPERLAN/2는 물리 계층으로 IEEE 802.11a와 동일한 OFDM을 채택하였으며, 매체접근제어 방식으로 HIPERLAN/1에서 사용하는 EY-NPMA 분산채널접근 방법이 아닌 중앙집중방식의 동적 예약식 시분할 다중접속 및 이중화(Dynamic Reservation TDMA/TDD) 방식을 채택하여 ATM 및 IP 네트워크에서 요구하는 다양한 QoS를 보장할 수 있도록 하였다. 현재 ETSI(European Telecommunication Standard Institute)에서는 BRAN프로젝트로 개발 중인 또 다른 무선 통신 표준인 HIPERACCESS와 HIPERLINK의 표준화 작업이 진행 중에 있다. HIPERACCESS와 HIPERMAN은 최대 5km 거리에 있는 댁내 또는 중/소형 사업장의 가입자를 연결하기 위한 광대역 고정 무선 접속 기술(Broadband Fixed Wireless Access)이며, HIPERLINK는 HIPERACCESS/HIPERMAN 노드와 HIPERLAN 간의 초고속 점-대-점 연결 링크로 단거리 백본 역할을 하는 무선 시스템이다. BRAN 전반에 대한 규격 완성은 2002년까지를 목표로 하고 있다.