무선망

무선망 또는 무선 네트워크(無線 - , wireless network)는 네트워크 노드 간에 무선 데이터 연결을 사용하는 컴퓨터 망이다. 무선 네트워킹을 통해 가정, 통신 네트워크, 비즈니스 시설에서 건물 내에 케이블을 설치하는 비싼 과정을 피하거나 다양한 장비 위치 간의 연결로 활용할 수 있다. 관리 통신 네트워크는 일반적으로 무선 통신을 사용하여 구현 및 관리된다. 이 구현은 OSI 모형 네트워크 구조의 물리적 계층에서 이루어진다.

무선망의 예시로는 셀룰러 네트워크, 무선 근거리 통신망(WLAN), 무선 센서 네트워크, 위성 통신 네트워크, 지상 마이크로파 네트워크 등이 있다.

 역사 
 무선망 
최초의 전문 무선망은 1969년 하와이 대학교에서 알로하넷 브랜드로 개발되어 1971년 6월에 가동되었다. 최초의 상업용 무선망은 1986년 NCR에서 개발한 웨이브랜 제품군이었다.

1973  이더넷 802.3
1991  2세대 이동 통신 셀룰러 네트워크
1997년 6월  IEEE 802.11 "와이파이" 프로토콜 첫 출시
1999  803.11 VoIP 통합

 기반 기술 

MOSFET (MOS 트랜지스터) 무선 기술의 발전으로 디지털 무선망 개발이 가능해졌다. RF CMOS (무선주파수 CMOS), 전력 MOSFET 및 LDMOS (Lateral Diffused MOS) 장치의 광범위한 채택은 1990년대에 디지털 무선망의 개발과 확산을 이끌었으며, 2000년대에는 MOSFET 기술의 추가 발전으로 대역폭이 증가했다 (에돌름의 법칙). 무선망의 대부분의 필수 요소는 모바일 무선 송수신기, 기지국 모듈, 라우터, RF 전력 증폭기, 통신 회로, RF 회로, 무선 송수신기를 포함하여 2세대 이동 통신, 3세대 이동 통신, 4세대 이동 통신과 같은 네트워크에서 MOSFET으로 구축된다.

 무선 링크 
섬네일|컴퓨터는 무선 링크(예: WLAN)를 사용하여 네트워크에 연결되는 경우가 많다.

 지상 마이크로파 – 지상 마이크로파 통신은 위성 접시와 유사한 지상 기반 송신기 및 수신기를 사용한다. 지상 마이크로파는 낮은 기가헤르츠 범위에 있어 모든 통신을 가시선으로 제한한다. 중계 스테이션은 약  간격으로 배치된다.
 통신 위성 – 위성은 지구의 대기에 의해 굴절되지 않는 마이크로파 무선 전파를 통해 통신한다. 위성은 일반적으로 적도 위 의 지구 동기 궤도에 배치된다. 이러한 지구 궤도 시스템은 음성, 데이터 및 TV 신호를 수신하고 중계할 수 있다.
 셀룰러 및 PCS 시스템은 여러 무선 통신 기술을 사용한다. 이 시스템은 커버되는 지역을 여러 지리적 영역으로 나눈다. 각 영역에는 한 영역에서 다음 영역으로 통화를 중계하는 저전력 송신기 또는 무선 중계 안테나 장치가 있다.
 무선 및 분산 스펙트럼 기술 – 무선 근거리 통신망은 디지털 셀룰러와 유사한 고주파 무선 기술과 저주파 무선 기술을 사용한다. 무선랜은 분산 스펙트럼 기술을 사용하여 제한된 영역 내에서 여러 장치 간의 통신을 가능하게 한다. IEEE 802.11은 와이파이로 알려진 개방형 표준 무선 전파 기술의 일반적인 종류를 정의한다.
 자유 공간 광통신은 가시광선 또는 비가시광선을 통신에 사용한다. 대부분의 경우 가시선 전파가 사용되어 통신 장치의 물리적 위치를 제한한다.

 무선망의 종류 

 무선 PAN 
무선 개인 통신망 (WPAN)은 상대적으로 작은 영역, 즉 일반적으로 사람의 손이 닿는 범위 내에서 장치를 연결한다. 예를 들어, 블루투스 무선 및 보이지 않는 적외선은 헤드셋을 랩톱에 연결하기 위한 WPAN을 제공한다. 직비 또한 WPAN 응용 프로그램을 지원한다. 2010년에 장비 설계자들이 와이파이를 다양한 소비자 전자 장치에 통합하기 시작하면서 Wi-Fi PAN이 보편화되고 있다. 인텔 "My WiFi" 및 윈도우 7 "가상 Wi-Fi" 기능은 Wi-Fi PAN을 더 간단하고 쉽게 설정하고 구성할 수 있도록 만들었다.

 무선 LAN 
섬네일|upright=0.9|무선랜은 종종 로컬 자원 및 인터넷에 연결하는 데 사용된다.

무선 근거리 통신망 (WLAN)은 무선 분배 방식을 사용하여 짧은 거리에서 두 개 이상의 장치를 연결하며, 일반적으로 인터넷 접속을 위한 액세스 포인트를 통해 연결을 제공한다. 분산 스펙트럼 또는 OFDM 기술의 사용은 사용자가 로컬 커버리지 영역 내에서 이동하면서도 네트워크에 연결된 상태를 유지할 수 있도록 한다.

IEEE 802.11 WLAN 표준을 사용하는 제품은 와이파이 브랜드 이름으로 판매된다.
고정 무선 기술은 두 개의 원거리 위치에 있는 컴퓨터 또는 네트워크 간에 지점 대 지점 링크를 구현하며, 종종 가시선 경로를 통해 전용 마이크로파 또는 변조된 레이저 빔을 사용한다. 도시에서 유선 링크를 설치하지 않고 두 개 이상의 건물에 있는 네트워크를 연결하는 데 자주 사용된다.
모바일 장치를 사용하여 와이파이에 연결하려면 라우터와 같은 무선 라우터 또는 다른 모바일 장치의 개인 핫스팟 기능을 사용할 수 있다.

 무선 애드혹 네트워크 
무선 메시 망 또는 모바일 애드혹 네트워크 (MANET)라고도 알려진 무선 애드혹 네트워크는 메시 토폴로지로 구성된 무선 노드로 이루어진 무선 네트워크이다. 각 노드는 다른 노드를 대신하여 메시지를 전달하고 각 노드는 라우팅을 수행한다. 애드혹 네트워크는 전원을 잃은 노드를 자동으로 재라우팅하여 "자체 치유"할 수 있다. 애드혹 모바일 네트워크를 구현하기 위해서는 Distance Sequenced Distance Vector 라우팅, 연관성 기반 라우팅, 온디맨드 거리 벡터 라우팅, 동적 소스 라우팅과 같은 다양한 네트워크 계층 프로토콜이 필요하다.

 무선 MAN 
무선 도시권 통신망은 여러 무선랜을 연결하는 무선망의 한 종류이다.
 와이맥스는 무선 MAN의 한 종류이며 IEEE 802.16 표준에 의해 설명된다.

 무선 WAN 
무선 광역 통신망은 일반적으로 인접한 도시나 시골과 도시 사이와 같이 넓은 지역을 커버하는 무선망이다. 이러한 네트워크는 기업의 지사를 연결하거나 공공 인터넷 접속 시스템으로 사용될 수 있다. 액세스 포인트 간의 무선 연결은 일반적으로 소규모 네트워크에 사용되는 무지향성 안테나가 아닌 2.4GHz 및 5.8GHz 대역의 포물선 접시를 사용하는 지점 대 지점 마이크로파 링크이다. 일반적인 시스템에는 기지국 게이트웨이, 액세스 포인트 및 무선 브리징 릴레이가 포함된다. 다른 구성으로는 각 액세스 포인트가 릴레이 역할도 하는 메시 시스템이 있다. 태양광 패널이나 풍력 시스템과 같은 재생 에너지 시스템과 결합되면 독립형 시스템이 될 수 있다.

 셀룰러 네트워크 

섬네일|네 가지 주파수(F1-F4)에 대한 주파수 재사용 계수 또는 패턴의 예시
셀룰러 네트워크 또는 모바일 네트워크는 셀이라고 불리는 육상 지역에 분산된 무선 네트워크로, 각 셀은 최소한 하나의 고정 위치 무선 송수신기인 기지국 또는 셀 사이트에 의해 서비스된다. 셀룰러 네트워크에서 각 셀은 일반적으로 모든 인접 셀과 다른 무선 주파수 세트를 사용하여 간섭을 피한다.

이러한 셀들이 결합되면 넓은 지리적 영역에 무선 커버리지를 제공한다. 이를 통해 수많은 휴대용 무선 송수신기 (예: 휴대폰, 무선호출기 등)가 기지국을 통해 서로 통신하고 네트워크 어디에서든 고정 송수신기 및 전화와 통신할 수 있으며, 일부 송수신기가 전송 중에 여러 셀을 이동하는 경우에도 가능하다.

원래는 휴대폰을 위한 것이었지만, 스마트폰의 개발로 셀룰러 전화 네트워크는 일상적으로 전화 통화 외에 데이터를 전송한다.
 이동 통신을 위한 글로벌 시스템 (GSM): GSM 네트워크는 스위칭 시스템, 기지국 시스템, 운영 및 지원 시스템의 세 가지 주요 시스템으로 나뉜다. 휴대폰은 기지국 시스템에 연결하고, 기지국 시스템은 운영 및 지원 스테이션에 연결한 다음, 스위칭 스테이션에 연결하여 통화가 필요한 곳으로 전달된다. GSM은 가장 일반적인 표준이며 대부분의 휴대폰에 사용된다.
 개인 휴대 통신 (PCS): PCS는 북미와 남아시아에서 휴대폰에 사용될 수 있는 무선 대역이다. 스프린트가 PCS를 처음으로 구축한 서비스였다.
D-AMPS: 아날로그 AMPS의 업그레이드 버전인 D-AMPS는 기술 발전으로 인해 단계적으로 폐지되고 있다. 더 새로운 GSM 네트워크가 구형 시스템을 대체하고 있다.

 사설 LTE/5G 네트워크 

사설 LTE/5G 네트워크는 LTE 또는 5G 셀룰러 네트워크 기지국, 소형 셀 및 기타 무선 액세스 네트워크 (RAN) 인프라 덕분에 라이선스, 공유 또는 비라이선스 무선 스펙트럼을 사용하여 음성 및 데이터를 에지 장치 (스마트폰, 임베디드 모듈, 라우터 및 게이트웨이)로 전송한다.

3GPP는 5G 사설 네트워크를 안정성, 접근성 및 유지 보수성에 대한 조직의 요구 사항을 충족하기 위해 일반적으로 소규모 배포를 사용하는 비공개 네트워크로 정의한다.

 오픈 소스 

오픈 소스 사설 네트워크는 소스 코드를 사용, 수정 및 공유하기 위해 피어 검토 및 생산에 의존하는 협력적이고 커뮤니티 중심의 소프트웨어에 기반을 둔다.

 글로벌 영역 네트워크 
글로벌 영역 네트워크 (GAN)는 임의의 수의 무선랜, 위성 커버리지 영역 등을 가로질러 모바일을 지원하는 데 사용되는 네트워크이다. 모바일 통신에서 핵심 과제는 사용자 통신을 한 로컬 커버리지 영역에서 다음 영역으로 핸드오프하는 것이다. IEEE 프로젝트 802에서는 이는 연속적인 지상 무선랜을 포함한다.

 우주망 
우주망은 우주선 간의 통신, 주로 지구 근처에서 사용되는 네트워크이다. 이에 대한 예시로는 NASA의 우주망이 있다.

 용도 
사용 사례 중 일부는 일상적인 무선망의 일부인 휴대폰으로, 쉬운 개인 통신을 가능하게 한다. 또 다른 예시로, 대륙간 네트워크 시스템은 전 세계적으로 통신하기 위해 무선 인공위성을 사용한다. 경찰과 같은 응급 서비스도 무선망을 활용하여 효과적으로 통신한다. 개인과 기업은 소규모 사무실 건물에서든 전 세계적으로든 데이터를 신속하게 보내고 공유하기 위해 무선망을 사용한다.

 속성 

 일반 
일반적인 의미에서 무선망은 비즈니스 및 가정 사용자 모두에게 다양한 용도를 제공한다.
"이제 업계는 여러 가지 무선 기술을 수용하고 있습니다. 각 무선 기술은 OSI 모형의 물리 계층과 데이터 링크 계층 모두에서 고유한 기능을 설명하는 표준에 의해 정의됩니다. 이러한 표준은 지정된 신호 방식, 지리적 범위, 주파수 사용 등에서 다릅니다. 이러한 차이로 인해 특정 기술은 가정 네트워크에 더 적합하고 다른 기술은 대규모 조직 네트워크에 더 적합할 수 있습니다."

 성능 
각 표준은 지리적 범위가 다양하므로 무선망으로 달성하려는 목표에 따라 특정 표준이 다른 표준보다 더 이상적이다.
무선망의 성능은 음성 및 비디오와 같은 다양한 응용 프로그램을 만족시킨다. 이 기술의 사용은 2세대 이동 통신에서 3세대 이동 통신, 그리고 4세대 이동 통신 및 5세대 이동 통신 기술로의 확장 가능성을 제공하며, 이는 각각 4세대 및 5세대 휴대폰 모바일 통신 표준을 나타낸다. 무선 네트워킹이 보편화됨에 따라 네트워크 하드웨어 및 소프트웨어 구성의 정교함이 증가하고, 더 많은 양의 데이터를 더 빠르게 송수신할 수 있는 용량이 향상된다. 이제 무선망은 4세대 이동 통신 표준인 LTE로 작동하고 있다. LTE 네트워크 사용자는 3세대 네트워크보다 10배 빠른 데이터 속도를 가져야 한다.

 공간 
공간은 무선 네트워킹의 또 다른 특징이다. 무선 네트워크는 거리나 강 건너, 건물 반대편의 창고 또는 물리적으로 분리되어 있지만 하나로 작동하는 건물과 같이 배선하기 어려운 지역에서 통신할 때 많은 이점을 제공한다. 무선 네트워크를 통해 사용자는 네트워크가 해당 네트워크를 통해 다른 장치와 통신할 수 있는 특정 공간을 지정할 수 있다.

또한 복잡한 배선을 제거함으로써 가정 내에도 공간이 생성된다. 이 기술은 연선, 동축 케이블, 광섬유와 같은 물리적 네트워크 매체를 설치하는 대안을 제공하며, 이는 또한 비용이 많이 들 수 있다.

 가정 
주택 소유자에게 무선 기술은 프린터, 스캐너 및 고속 인터넷 연결을 공유하는 데 이더넷에 비해 효과적인 옵션이다. WLAN은 케이블 매체 설치 비용을 절약하고, 물리적 설치 시간을 절약하며, 네트워크에 연결된 장치의 이동성을 제공한다.
무선 네트워크는 간단하며 라우터를 통해 인터넷에 직접 연결된 최소 하나의 무선 액세스 포인트만 필요하다.

 무선 네트워크 요소 
물리 계층의 통신 네트워크는 또한 많은 상호 연결된 유선 네트워크 요소 (NE)로 구성된다. 이러한 NE는 단일 제조업체에서 공급되거나 서비스 제공자 (사용자) 또는 시스템 통합업체가 여러 다른 제조업체의 부품으로 조립한 독립형 시스템 또는 제품일 수 있다.

무선 NE는 무선 통신 사업자가 백홀 네트워크 및 이동 교환국 (MSC)을 지원하는 데 사용하는 제품 및 장치이다.

신뢰할 수 있는 무선 서비스는 물리 계층의 네트워크 요소가 모든 작동 환경 및 응용 프로그램에 대해 보호되는지에 달려 있다 (GR-3171, 무선 네트워크에 사용되는 네트워크 요소에 대한 일반 요구 사항 – 물리 계층 기준 참조).

특히 중요한 것은 기지국 캐비닛의 셀 타워에 위치한 NE이다. 안테나 및 관련 밀폐 장치와 케이블의 부착 하드웨어 및 위치는 충분한 강도, 견고성, 내식성 및 바람, 폭풍, 결빙 및 기타 기상 조건에 대한 저항성을 가져야 한다. 하드웨어, 케이블, 커넥터 및 밀폐 장치와 같은 개별 구성 요소에 대한 요구 사항은 부착되는 구조를 고려해야 한다.

 어려움 

 간섭 
유선 시스템에 비해 무선망은 전자파장애에 자주 노출된다. 이는 통신에 사용되는 무선 대역 내 또는 근처에 있는 전파를 생성하는 다른 네트워크 또는 다른 유형의 장비로 인해 발생할 수 있다. 간섭은 신호를 저하시키거나 시스템이 작동하지 않도록 할 수 있다.

 흡수 및 반사 
일부 재료는 전자기파 흡수를 일으켜 수신기에 도달하는 것을 방해한다. 다른 경우에는 특히 금속 또는 전도성 재료의 경우 반사가 발생한다. 이는 수신 불가능한 데드 존을 유발할 수 있다. 현대 주택의 알루미늄 포일 열 차단재는 실내 모바일 신호를 10dB 쉽게 감소시켜 장거리 시골 셀 신호의 수신 불량에 대한 불만을 자주 초래한다.

 다중 경로 페이딩 
다중 경로 페이딩에서 반사로 인해 신호가 취하는 두 개 이상의 다른 경로는 특정 위치에서 신호가 서로 상쇄되고 다른 위치에서는 더 강해지도록 (업페이드) 할 수 있다.

 숨겨진 노드 문제 
숨겨진 노드 문제는 무선 액세스 포인트 (AP)에서 노드가 보이지만 해당 AP와 통신하는 다른 노드에서는 보이지 않을 때 특정 유형의 네트워크에서 발생한다. 이는 매체 접근 제어 (충돌)에 어려움을 초래한다.

 노출 단말 노드 문제 
섬네일|left|200px
노출 단말 문제는 한 네트워크의 노드가 다른 네트워크의 노드로부터의 동일 채널 간섭으로 인해 전송할 수 없는 경우를 말한다.

 공유 자원 문제 
무선 스펙트럼은 제한된 자원이며, 송신기 범위 내의 모든 노드에 의해 공유된다. 여러 참여 사용자와 함께 대역폭 할당은 복잡해진다. 종종 사용자들은 광고된 숫자 (예: IEEE 802.11 장비 또는 LTE 네트워크의 경우)가 자신의 용량이 아니라 다른 모든 사용자와 공유되며, 따라서 개별 사용자 속도는 훨씬 낮다는 것을 인식하지 못한다. 수요 증가에 따라 용량 부족이 발생할 가능성이 점점 더 높아진다. 사용자 인 더 루프 (UIL)는 과잉 공급을 위해 항상 새로운 기술로 업그레이드하는 대안 솔루션이 될 수 있다.

 용량 

 채널 

섬네일|upright=0.9|SISO, SIMO, MISO 및 MIMO의 이해. 다중 안테나를 사용하고 다른 주파수 채널에서 전송하면 페이딩을 줄이고 시스템 용량을 크게 늘릴 수 있다.

섀넌의 정리는 모든 단일 무선 링크의 최대 데이터 전송률을 설명할 수 있으며, 이는 헤르츠 단위의 대역폭과 채널의 노이즈와 관련이 있다.

MIMO 기술을 사용하여 채널 용량을 크게 늘릴 수 있다. MIMO 기술에서는 여러 안테나 또는 여러 주파수가 수신기에 대한 여러 경로를 활용하여 훨씬 높은 처리량을 달성할 수 있다. 이는 각 끝의 주파수 및 안테나 다이버시티의 곱만큼의 요소이다.

리눅스에서 중앙 규제 도메인 에이전트 (CRDA)는 채널 설정을 제어한다.

 네트워크 
총 네트워크 대역폭은 매질이 얼마나 분산되는지 (더 분산되는 매질은 일반적으로 간섭을 최소화하므로 더 나은 총 대역폭을 가진다), 사용 가능한 주파수가 몇 개인지, 해당 주파수가 얼마나 노이즈가 많은지, 사용되는 안테나가 몇 개인지, 방향성 안테나가 사용되는지 여부, 노드가 전력 제어를 사용하는지 여부 등에 따라 달라진다.

셀룰러 무선 네트워크는 일반적으로 방향성 안테나를 사용하고 인접하지 않은 셀에서 무선 채널을 재사용할 수 있기 때문에 우수한 용량을 가진다. 또한, 저전력 송신기를 사용하여 셀을 매우 작게 만들 수 있으며, 이는 도시에서 인구 밀도에 비례하여 네트워크 용량을 제공하는 데 사용된다.

 안전 

무선 액세스 포인트는 종종 사람과 가깝게 위치하지만, 거리에 따른 전력 감소는 역제곱 법칙을 따라 빠르게 이루어진다.
영국 건강보호청 (HPA)의 입장은 "...Wi-Fi를 활용한 무선랜의 무선 주파수 (RF) 노출은 휴대폰보다 낮을 가능성이 있다"는 것이다. 또한 "학교 및 기타 기관이 Wi-Fi 장비를 사용해서는 안 될 이유가 없다"고 보았다. 2007년 10월, HPA는 영국 정부를 대신하여 Wi-Fi 네트워크의 영향에 대한 새로운 "체계적인" 연구를 시작하여 당시 언론에 나타났던 우려를 진정시켰다. HPA의 마이클 클라크 박사는 휴대폰과 마스트에 대한 발표된 연구가 Wi-Fi에 대한 비난으로 귀결되지 않는다고 말했다.

 같이 보기 
 랑데부 지연
 무선 액세스 포인트
 무선 커뮤니티 네트워크
 무선 그리드
 무선 LAN 클라이언트 비교
 무선 사이트 조사
 네트워크 시뮬레이션
 광 메시 네트워크
 무선 메시 망
 무선 이동성 관리

 각주 

 추가 문헌