루 프렌젤

전자 디자인

직렬 데이터 전송률은 일반적으로 비트 전송률이라고 합니다. 그러나 일반적으로 사용되는 또 다른 단위는 전송 속도입니다. 같은 것은 아니지만 특정 상황에서 두 단위 사이에는 특정 유사점이 있습니다. 이 기사는 이러한 개념 간의 차이점에 대한 명확한 설명을 제공합니다.

일반 정보

대부분의 경우 정보는 네트워크에서 순차적으로 전송됩니다. 데이터 비트는 통신 채널, 케이블 또는 무선을 통해 차례로 전송됩니다. 그림 1은 비트 시퀀스를 보여줍니다. 컴퓨터로 전송또는 다른 디지털 회로. 이러한 데이터 신호는 종종 원본이라고 합니다. 데이터는 두 가지 전압 레벨로 표시됩니다(예: 로직 1의 경우 +3V, 로직 0의 경우 +0.2V). 다른 레벨을 사용할 수도 있습니다. NRZ(Non-Return-to-zero) 코드 형식(그림 1)에서 신호는 RZ(Return-to-zero) 형식과 달리 각 비트 후에 중립으로 돌아가지 않습니다.

비트레이트

데이터 속도 R은 초당 비트 수(bps 또는 bps)로 표시됩니다. 속도는 비트 수명 또는 비트 시간(TB)의 함수입니다(그림 1).

이 속도는 채널 너비라고도 하며 문자 C로 표시됩니다. 비트 시간이 10ns인 경우 데이터 속도는 다음과 같이 지정됩니다.

R = 1/10 × 10 - 9 = 100Mbps

이것은 일반적으로 100Mbps로 작성됩니다.

서비스 비트

비트 전송률은 일반적으로 실제 데이터 전송률을 나타냅니다. 그러나 대부분의 직렬 프로토콜에서 데이터는 소스 주소, 대상 주소, 오류 감지 및 코드 수정 비트와 기타 정보 또는 제어 비트를 포함하는 보다 복잡한 프레임 또는 패킷의 일부일 뿐입니다. 프로토콜 프레임에서 데이터는 유용한 정보(유효 탑재량). 데이터가 아닌 비트를 오버헤드 비트라고 합니다. 때로는 서비스 비트 수가 채널을 통해 전송되는 총 유용한 비트 수에 따라 20%에서 50%로 중요할 수 있습니다.

예를 들어, 이더넷 프로토콜 프레임은 유용한 데이터의 양에 따라 최대 1542바이트 또는 옥텟을 가질 수 있습니다. 페이로드는 42~1500옥텟이 될 수 있습니다. 유용한 옥텟의 최대 수로 42/1542 서비스 옥텟 또는 2.7%만 있을 것입니다. 유용한 바이트가 더 적다면 더 많을 것입니다. 프로토콜 효율성이라고도 하는 이 비율은 일반적으로 최대 프레임 크기의 페이로드 양에 대한 백분율로 표시됩니다.

프로토콜 효율성 = 페이로드/프레임 크기 = 1500/1542 = 0.9727 또는 97.3%

일반적으로 네트워크의 실제 데이터 전송률을 나타내기 위해 실제 회선 전송률은 오버헤드의 양에 따라 몇 배로 증가합니다. 1기가비트 이더넷에서 실제 회선 속도는 1.25Gb/s인 반면 페이로드 데이터 속도는 1Gb/s입니다. 10Gbit/s 이더넷의 경우 이 값은 각각 10.3125Gb/s 및 10Gb/s입니다. 네트워크의 데이터 속도를 추정할 때 처리량, 페이로드 속도 또는 유효 데이터 속도와 같은 개념도 사용할 수 있습니다.

전송 속도

"baud"라는 용어는 5비트 텔레타이프 코드를 발명한 프랑스 엔지니어 Emile Baudot의 이름에서 유래했습니다. 전송 속도는 1초 동안의 신호 또는 기호 변경 수를 나타냅니다. 기호는 여러 전압, 주파수 또는 위상 변화 중 하나입니다.

NRZ 이진 형식에는 전압 레벨로 표시되는 두 개의 기호가 있으며 각각 0 또는 1에 대해 하나씩 있습니다. 이 경우 전송 속도 또는 기호 속도는 비트 전송률과 동일합니다. 그러나, 전송 간격에 2개 이상의 심볼이 있을 수 있으며, 이에 따라 각 심볼에 여러 비트가 할당된다. 이 경우 모든 통신 채널의 데이터는 변조를 통해서만 전송될 수 있습니다.

전송 매체가 원래 신호를 처리할 수 없을 때 변조가 우선합니다. 물론 우리는 무선 네트워크에 대해 이야기하고 있습니다. 원래 바이너리 신호는 직접 전송할 수 없으며 무선 주파수 캐리어로 전송해야 합니다. 일부 케이블 프로토콜은 변조를 사용하여 전송 속도를 높이기도 합니다. 이것을 "광대역 전송"이라고 합니다.
위: 변조 신호, 원래 신호

복합 문자를 사용하여 각각은 여러 비트를 전달할 수 있습니다. 예를 들어, 심볼 속도가 4800 baud이고 각 심볼이 2비트로 구성된 경우 총 데이터 속도는 9600 bps가 됩니다. 일반적으로 문자 수는 2의 거듭제곱으로 표시됩니다. N이 문자의 비트 수인 경우 필요한 문자 수는 S = 2N입니다. 따라서 총 데이터 속도는 다음과 같습니다.

R = 전송 속도 × log 2 S = 전송 속도 × 3.32 log 1 0 S

전송 속도가 4800이고 문자당 2비트가 있는 경우 문자 수는 22 = 4입니다.

그러면 비트 전송률은 다음과 같습니다.

R = 4800 × 3.32log(4) = 4800 × 2 = 9600bps

이진 NRZ 형식의 경우와 같이 비트당 하나의 문자를 사용하면 비트 및 전송 속도가 동일합니다.

다단계 변조

많은 변조 방법을 통해 높은 비트 전송률을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, FSK(Frequency Shift Keying)에서 두 개의 다른 주파수는 일반적으로 논리 0과 1을 나타내기 위해 각 기호 간격에 사용됩니다. 여기서 비트 전송률은 전송 속도와 같습니다. 그러나 각 문자가 2비트를 나타내는 경우 4개의 주파수(4FSK)가 필요합니다. 4FSK에서 비트 전송률은 전송 속도의 두 배입니다.

또 다른 일반적인 예는 PSK(Phase Shift Keying)입니다. 바이너리 PSK에서 각 기호는 0 또는 1을 나타냅니다. 바이너리 0은 0°에 해당하고 바이너리 1은 180°에 해당합니다. 심볼당 하나의 비트를 사용하면 비트 전송률은 전송률과 같습니다. 그러나 비트 수와 문자 수의 비율은 증가하기 쉽습니다(표 1 참조).

예를 들어, 쿼드러처 PSK에는 심볼당 2비트가 있습니다. 이 구조와 보드당 2비트에서 비트 전송률은 전송률의 두 배입니다. 보드당 3비트의 경우 변조는 8PSK가 되고 8개의 다른 위상 편이는 3비트를 나타냅니다. 그리고 16PSK에서 16개의 위상 편이는 4비트를 나타냅니다.

다단계 변조의 독특한 형태 중 하나는 직교 진폭 변조(QAM)입니다. 여러 비트를 나타내는 기호를 생성하기 위해 QAM은 다양한 진폭 레벨과 위상 오프셋의 조합을 사용합니다. 예를 들어, 16QAM은 심볼당 4비트를 인코딩합니다. 기호는 다양한 진폭 레벨과 위상 편이의 조합입니다.

4비트 코드의 각 값에 대한 반송파의 진폭과 위상을 시각적으로 표시하기 위해 "신호 성좌"라는 낭만적인 이름이 있는 직교 다이어그램이 사용됩니다(그림 2). 각 포인트는 특정 캐리어 진폭 및 위상 편이에 해당합니다. 총 16개의 문자가 문자당 4비트로 인코딩되어 전송 속도의 4배에 달하는 비트 전송률이 생성됩니다.

보드당 여러 비트가 필요한 이유는 무엇입니까?

보드당 하나 이상의 비트를 전송하면 더 좁은 채널을 통해 고속으로 데이터를 보낼 수 있습니다. 가능한 최대 데이터 전송 속도는 전송 채널의 대역폭에 의해 결정된다는 점을 기억해야 합니다.
데이터 스트림에서 0과 1의 최악의 인터리빙을 고려하면 주어진 대역폭 B에 대한 최대 이론적 비트 전송률 C는 다음과 같습니다.

또는 최대 속도의 대역폭:

1Mb / s의 속도로 신호를 전송하려면 다음이 필요합니다.

B = 1/2 = 0.5MHz 또는 500kHz

심볼당 다중 비트가 있는 다중 레벨 변조를 사용할 때 이론상 최대 데이터 속도는 다음과 같습니다.

여기서 N은 문자 간격의 문자 수입니다.

로그 2 N = 3.32 log10N

주어진 레벨 수에 대해 원하는 속도를 제공하는 데 필요한 대역폭은 다음과 같이 계산됩니다.

예를 들어, 심볼당 2비트와 4단계로 1Mbps의 전송 속도를 달성하는 데 필요한 대역폭은 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

로그 2 N = 3.32 로그 10 (4) = 2

B = 1/2(2) = 1/4 = 0.25MHz

고정 대역폭에서 원하는 데이터 속도를 얻는 데 필요한 심볼 수는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

3.32 로그 10 N = C/2B

로그 10 N = C/2B = C/6.64B

N = log-1(C/6.64B)

이전 예를 사용하여 250kHz 채널을 통해 1Mbps의 속도로 전송하는 데 필요한 심볼 수는 다음과 같이 주어집니다.

로그 10 N = C/6.64B = 1/6.64(0.25) = 0.60

N = log-1(0.602) = 4개 기호

이러한 계산은 채널에 노이즈가 없다고 가정합니다. 노이즈를 설명하려면 Shannon-Hartley 정리를 적용해야 합니다.

C = B 로그 2(S/N + 1)

C - 초당 비트 수의 채널 대역폭,
B - 헤르츠 단위의 채널 대역폭,
S/N - 신호 대 잡음비.

십진 로그 형식:

C = 3.32B 로그 10(S/N + 1)

무엇인가요 최대 속도신호 대 잡음비가 30dB인 0.25MHz 채널에서? 30dB는 1000으로 변환됩니다. 따라서 최대 속도는 다음과 같습니다.

C = 3.32B log 10(S/N + 1) = 3.32(0.25) log 10(1001) = 2.5Mbps

Shannon-Hartley 정리는 이러한 이론적 결과를 달성하기 위해 다중 레벨 변조가 적용되어야 한다고 구체적으로 명시하지 않습니다. 이전 절차를 사용하여 문자당 필요한 비트 수를 확인할 수 있습니다.

로그 10 N = C/6.64B = 2.5/6.64(0.25) = 1.5

N = log-1(1.5) = 32자

32자를 사용한다는 것은 문자당 5비트를 의미합니다(25 = 32).

전송 속도 측정 예

거의 모든 고속 연결은 일종의 광대역 전송을 사용합니다. Wi-Fi에서 직교 다중 변조 방식 주파수 분할채널(OFDM)은 QPSK, 16QAM 및 64QAM을 적용합니다.

WiMAX 및 기술도 마찬가지입니다. 셀룰러 통신롱텀 에볼루션(LTE) 4G. 아날로그 전송 및 디지털 텔레비전케이블 TV 시스템 및 고속 인터넷 액세스는 16QAM 및 64QAM을 기반으로 하는 반면, 위성 통신 QPSK를 사용하고 다양한 버전 QAM.

공공 안전 육상 이동 무선 시스템의 경우 최근 4FSK 음성 및 데이터 변조 표준이 채택되었습니다. 이 대역폭 축소 방법은 채널당 대역폭을 25kHz에서 12.5kHz로, 결국에는 6.25kHz로 줄이도록 설계되었습니다. 결과적으로 다른 라디오에 대한 더 많은 채널을 동일한 스펙트럼 대역에 배치할 수 있습니다.

미국의 고화질 텔레비전은 8레벨 흔적 측파대(측파대가 부분적으로 억제된 8레벨 신호) 또는 8VSB라는 변조 기술을 사용합니다. 이 방법은 8개의 진폭 레벨에서 심볼당 3비트를 할당하여 초당 10,800개의 심볼을 전송할 수 있습니다. 심볼당 3비트의 경우 총 속도는 3 × 10,800,000 = 32.4Mbps가 됩니다. 하나의 전체 측파대와 다른 측파대의 일부만 전송하는 VSB 방법과 함께 사용하면 6MHz 텔레비전 채널을 통해 고화질 비디오 및 오디오 데이터를 전송할 수 있습니다.

110    2장. 물리계층

라인 간섭. 즉, 채널의 대역폭을 제한하면 이상적인 채널에 대해서도 이진 데이터를 전송하는 용량이 제한됩니다. 그러나 다중 전압 레벨을 사용하는 방식이 존재하며 더 높은 데이터 속도를 달성할 수 있습니다. 이 장의 뒷부분에서 이에 대해 논의할 것입니다.

표 2.1. 이 예의 전송 속도와 고조파 수 간의 관계

"대역폭"이라는 용어는 전기 엔지니어와 컴퓨터 과학자에게 서로 다른 의미를 갖기 때문에 오해가 많습니다. 전기 엔지니어의 경우 (아날로그) 대역폭은 위에서 설명한 대로 대역폭의 너비를 나타내는 헤르츠 단위 값입니다. 컴퓨터 전문가에게 (디지털) 대역폭은 채널의 최대 데이터 속도, 즉 초당 비트 수로 측정된 값입니다. 실제로 데이터 속도는 디지털 정보를 전송하는 데 사용되는 물리적 채널의 아날로그 대역폭에 의해 결정되며 이 두 지표는 다음에서 살펴보겠지만 서로 관련이 있습니다. 이 책에서는 각각의 경우(아날로그(Hz) 또는 디지털(bps) 대역폭)에서 어떤 용어가 의미하는지 문맥을 통해 명확하게 알 수 있습니다.

2.1.3. 채널당 최대 데이터 전송률

1924년 AT&T의 미국 과학자 H. Nyquist는 이상적인 채널에서도 일정한 최대 전송 속도가 있다는 결론에 도달했습니다. 그는 대역폭이 제한된 무소음 채널에서 최대 데이터 속도를 찾는 방정식을 도출했습니다. 1948년 Claude Shannon은 Nyquist의 작업을 계속하여 무작위(즉, 열역학적) 잡음이 있는 채널의 경우로 확장했습니다. 이것은 전체 정보전달 이론에서 가장 중요한 작업이다. 오늘날 고전이 된 Nyquist와 Shannon의 작업 결과를 간략히 살펴봅니다.

Nyquist는 임의의 신호가 대역폭 B의 저역 통과 필터를 통과하면 주파수로 측정된 이 신호의 이산 값에서 이러한 필터링된 신호를 완전히 재구성할 수 있음을 증명했습니다.

2.1. 이론적 근거 데이터 전송   111

초당 2B. 신호의 더 높은 주파수 구성 요소가 필터링되었기 때문에 초당 2B보다 더 자주 신호를 측정하는 것은 의미가 없습니다. 신호가 V 이산 레벨로 구성된 경우 Nyquist 방정식은 다음과 같습니다.

최대 데이터 속도 = 2B log2 V, bps.

따라서 예를 들어 대역폭이 3kHz인 무소음 채널은 6000bps를 초과하는 속도로 바이너리(즉, 2레벨) 신호를 전송할 수 없습니다.

그래서 우리는 무소음 채널의 경우를 고려했습니다. 채널에 무작위 노이즈가 있으면 상황이 급격히 악화됩니다. 채널의 열역학적 잡음 수준은 신호 전력 대 잡음 전력의 비율로 측정되며 이를 신호 대 잡음비. 신호 전력 S와 잡음 전력 -N을 표시하면 신호 대 잡음비는 S/N과 같습니다. 일반적으로 비율의 값은 매우 넓은 범위에서 변할 수 있으므로 10:10 lgS/N의 10배에 대한 로그로 표시됩니다. 이러한 로그 스케일의 단위를 데시벨(데시벨, dB, dB)이라고 합니다. 여기서 접두사 "deci"는 "10"을 의미하고 "bel"은 전화 발명가인 Alexander Graham Bell의 이름을 따서 명명된 측정 단위입니다. 따라서 신호 대 잡음비가 10이면 10dB, 100이면 20dB, 1000이면 30dB 등으로 장비의 선형 주파수 응답은 3dB 이내입니다. 3dB의 편차는 약 2배의 신호 감쇠에 해당합니다(10 log10 0.5 ≈ -3이기 때문에).

Shannon의 주요 결과는 대역폭이 BHz이고 신호 대 잡음비가 S/N인 최대 데이터 속도 또는 채널 용량이 다음 공식으로 계산된다는 진술이었습니다.

최대 데이터 속도 = B log2(1 +S/N), bps.

이것은 실제 채널에서 관찰할 수 있는 최고의 정전 용량 값입니다. 예를 들어, ADSL 채널(Asymmetric Digital Subscriber Line, Asymmetric Digital Subscriber Line)의 대역폭은 다음을 통해 인터넷에 대한 액세스를 제공합니다. 전화망는 약 1MHz입니다. 신호 대 잡음비는 사용자의 컴퓨터와 전화 교환기 사이의 거리에 따라 크게 달라집니다. 1km에서 2km 사이의 짧은 링크의 경우 약 40dB 값이 매우 좋은 것으로 간주됩니다. 이러한 특성으로 인해 채널은 신호 변조 방법(예: 사용된 신호 레벨 수, 샘플링 속도 등)에 관계없이 13Mbps 이상을 전송할 수 없습니다. 그러나 서비스 공급자는 최대 12Mbps의 데이터 속도를 주장합니다. , 사용자는 이러한 데이터 전송 품질을 관찰하는 데 거의 성공하지 못합니다. 그럼에도 불구하고 이것은 Shannon 시대의 채널 용량 특성에서 오늘날의 실제 네트워크 특성으로의 엄청난 비약이 있었던 60년 정보 전송 기술 개발의 탁월한 결과입니다.

Shannon에 의해 얻어지고 정보 이론의 가정에 의해 뒷받침되는 결과는 가우스(열) 잡음이 있는 모든 채널에 적용할 수 있습니다. 그렇지 않으면 증명하려는 시도는 실패할 운명입니다. 채널에서 달성하기 위해 ADSL 속도, 13Mbps를 초과하는 경우 비율을 개선하거나

표준의 주요 단점 중 하나 무선 통신 IEEE 802.11 a/b/g - 데이터 속도가 너무 낮습니다. 실제로 IEEE 802.11 a/g 프로토콜의 이론적인 처리량은 54Mbps에 불과하며, 실제 데이터 전송 속도를 이야기하면 25Mbps를 넘지 않습니다. 물론 이 속도는 더 이상 오늘날 많은 작업을 수행하기에 충분하지 않으므로 훨씬 더 빠른 속도를 제공하는 새로운 무선 통신 표준을 도입하는 문제가 의제입니다.
고성능 무선 LAN에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 IEEE-SA(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 표준 위원회는 2003년 하반기에 IEEE 802.11n(802.11 TGn) 연구 그룹의 설립을 시작했습니다. TGn 그룹의 작업에는 최소 100Mbps의 무선 통신 채널 대역폭을 제공하는 새로운 무선 통신 표준 IEEE 802.11n의 개발이 포함됩니다.
IEEE 802.11n 표준은 아직 개발 중이지만 많은 무선 장비 제조업체에서 이미 802.11n 사양의 기본 기술 중 하나가 될 이른바 MIMO 기술을 기반으로 하는 무선 어댑터 및 액세스 포인트를 출시했습니다. 따라서 MIMO 기술을 기반으로 하는 무선 장치는 802.11n 이전 제품으로 간주될 수 있습니다.
이 기사에서는 예제를 사용하여 MIMO 기술의 기능을 고려할 것입니다. 무선 라우터 ASUS WL-106gM 무선 PCMCIA 어댑터와 결합된 ASUS WL-566gM.

802.11 표준 제품군 개발의 역사

프로토콜 802.11

802.11b/g 제품군 프로토콜의 검토를 시작하는 것은 다른 모든 프로토콜의 조상인 802.11 프로토콜로 시작하는 것이 논리적입니다. 하지만 오늘날에는 더 이상 순수한 형태로 발견되지 않습니다. 이 제품군의 다른 모든 표준과 마찬가지로 802.11 표준은 2400~2483.5MHz의 주파수 범위, 즉 83.5MHz 폭의 주파수 범위를 여러 주파수 하위 채널로 나누어 사용하도록 규정합니다.

802.11 표준은 SS(Spread Spectrum) 기술을 기반으로 하며, 이는 초기에 협대역(스펙트럼 폭 측면에서) 유용한 정보 신호가 전송 중에 스펙트럼이 스펙트럼보다 훨씬 더 넓은 방식으로 변환됨을 의미합니다. 원래 신호. 신호 스펙트럼의 확장과 동시에 신호의 스펙트럼 에너지 밀도의 재분배가 발생합니다. 신호 에너지도 스펙트럼에 "번져"집니다.

802.11 프로토콜은 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 기술을 사용합니다. 그 본질은 초기에 협대역 신호의 스펙트럼을 넓히기 위해 직사각형 펄스의 시퀀스인 각 전송 정보 비트에 칩 시퀀스가 ​​내장되어 있다는 사실에 있습니다. 한 칩 펄스의 지속 시간이 정보 비트의 지속 시간보다 n배 짧으면 변환된 신호의 스펙트럼 폭은 원래 신호의 스펙트럼 폭보다 n배 더 큽니다. 이 경우 전송된 신호의 진폭은 n배 감소합니다.

정보 비트에 내장된 칩 시퀀스를 PN 시퀀스(noise-like code)라고 하며 결과 신호가 노이즈와 유사해지고 자연 노이즈와 구별하기 어렵다는 사실을 강조합니다.

수신 측의 잡음 레벨에서 유용한 신호를 구별하려면 신호 스펙트럼을 확장하는 데 사용되는 칩 시퀀스가 ​​특정 자기상관 요구사항을 충족해야 합니다. 지정된 자기 상관 요구 사항을 충족하는 칩 시퀀스가 ​​상당히 많습니다. 802.11 표준은 Barker 코드라고 하는 11칩 시퀀스를 사용합니다.

802.11 표준은 1Mbps와 2Mbps의 두 가지 속도 모드를 제공합니다. Barker 시퀀스의 개별 칩의 반복 속도는 11–106 chip/s이고 이러한 신호의 스펙트럼 폭은 22MHz입니다. 주파수 범위의 너비가 83.5MHz임을 고려하면 이 식에서 총계를 얻습니다. 주파수 범위 3개의 비중첩 주파수 채널이 맞을 수 있습니다. 그러나 전체 주파수 범위는 일반적으로 5MHz 간격으로 각각 22MHz의 중첩 주파수 채널 11개로 나뉩니다. 예를 들어, 첫 번째 채널은 2400~2423MHz의 주파수 범위를 차지하고 2412MHz의 주파수를 중심으로 합니다. 두 번째 채널은 2417MHz를 중심으로 하고 마지막 11번째 채널은 2462MHz를 중심으로 합니다. 이를 고려하여 1번, 6번, 11번 채널은 서로 겹치지 않고 3MHz 간격을 두고 있습니다. 서로 독립적으로 사용할 수 있는 것은 이 세 개의 채널입니다.

정현파 반송파 신호를 1Mbps의 정보 속도로 변조하기 위해 상대 이진 위상 변조(Differential Binary Phase Shift Key, DBPSK)가 사용됩니다.

2Mbps의 정보 속도에서 상대 직교 위상 변조(Differential Quadrature Phase Shift Key)를 사용하여 반송파를 변조하므로 정보 속도를 두 배로 높일 수 있습니다.

프로토콜 802.11b

1999년 7월에 채택된 IEEE 802.11b 프로토콜은 기본 802.11 프로토콜을 확장한 것으로 1Mbps 및 2Mbps 속도 외에 5.5Mbps 및 11Mbps 속도를 제공합니다. 5.5 및 11Mbps의 속도로 작업하기 위해 소위 보완 코드(Complementary Code Keying, CCK)가 사용됩니다.

IEEE 802.11b 표준은 복합 요소 집합에 정의된 복합 상보 8칩 시퀀스를 다룹니다. 8칩 시퀀스의 요소 자체는 8개의 복소수 값 중 하나를 사용할 수 있습니다.

CCK 시퀀스와 이전에 고려된 Barker 코드의 주요 차이점은 엄격하게 정의된 시퀀스(이를 통해 논리적 0 또는 1을 인코딩할 수 있음)가 아니라 전체 시퀀스 집합이 있다는 것입니다. 시퀀스의 각 요소가 8개의 값 중 하나를 취할 수 있다는 점을 감안할 때 충분히 많은 수의 서로 다른 CCK 시퀀스를 결합할 수 있음은 분명합니다. 이러한 상황은 하나의 전송된 심볼에 여러 정보 비트를 인코딩할 수 있게 하여 정보 데이터 전송률을 증가시킨다. 따라서 CCK 코드를 사용하면 11Mbps의 속도로 심볼당 8비트, 5.5Mbps의 속도로 심볼당 4비트를 인코딩할 수 있습니다. 또한 두 경우 모두 심볼 속도는 초당 1.385X106 심볼(11/8 = 5.5/4 = 1.385)이고 각 심볼이 8칩 시퀀스로 지정된다는 점을 감안할 때 두 경우 모두 개별 칩은 초당 11X106 칩입니다. 따라서 11Mbps와 5.5Mbps 모두에서 신호 스펙트럼의 폭은 22MHz입니다.

프로토콜 802.11g

IEEE 802.11g 표준은 802.11b 표준의 논리적 개발이며 동일한 주파수 범위에서 더 빠른 속도로 데이터 전송을 가정합니다. 또한 802.11g는 802.11b와 완벽하게 호환됩니다. 즉, 모든 802.11g 장치는 802.11b 장치를 지원해야 합니다. 802.11g의 최대 전송 속도는 54Mbps입니다.

802.11g 표준은 OFDM 및 CCK 기술을 사용하며 선택적으로 PBCC 기술 사용을 제공합니다.

OFDM 기술의 본질을 이해하기 위해 개방된 환경에서 신호가 전파될 때 발생하는 다중경로 간섭에 대해 좀 더 자세히 살펴보자.

다중 경로 신호 간섭의 영향은 자연적인 장애물의 다중 반사 결과로 동일한 신호가 다른 방식으로 수신기에 들어갈 수 있다는 것입니다. 그러나 다른 전파 경로는 길이가 서로 다르므로 전파 경로가 다르면 신호 감쇠가 동일하지 않습니다. 따라서 수신 지점에서 결과 신호는 진폭이 다르고 시간에 따라 상대적으로 이동하는 많은 신호의 간섭이며, 이는 위상이 다른 신호를 추가하는 것과 같습니다.

다중경로 간섭의 결과는 수신된 신호의 왜곡입니다. 다중 경로 간섭은 모든 유형의 신호에 고유하지만 광대역 신호를 사용할 때 간섭의 결과로 특정 주파수가 위상에 추가되어 신호가 증가하기 때문에 광대역 신호에 특히 부정적인 영향을 미치며, 일부는 반대로 위상이 달라 신호가 주어진 주파수에서 감쇠되도록 합니다.

신호 전송 중에 발생하는 다중경로 간섭에 대해 말하자면, 두 가지 극단적인 경우를 지적한다. 첫 번째 경우, 신호 간의 최대 지연 시간은 한 심볼의 지속 시간을 초과하지 않으며, 전송되는 하나의 심볼 내에서 간섭이 발생합니다. 두 번째 경우는 신호 간의 최대 지연이 한 심볼의 지속시간보다 크므로 간섭의 결과로 서로 다른 심볼을 나타내는 신호가 추가되어 소위 심볼간 간섭(Inter Symbol Interference, ISI)이 발생한다. .

Intersymbol 간섭은 신호 왜곡에 가장 부정적인 영향을 미칩니다. 기호는 반송파 주파수, 진폭 및 위상의 값을 특징으로 하는 신호의 이산 상태이기 때문에 신호의 진폭과 위상은 기호마다 변경되므로 복원하기가 극히 어렵습니다. 원래 신호.

이러한 이유로 높은 비트율에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)이라는 데이터 코딩 기술이 사용됩니다. 이 방법의 본질은 전송된 데이터 스트림이 복수의 주파수 서브채널에 분산되고 전송이 이러한 모든 서브채널에서 병렬로 수행된다는 사실에 있습니다. 이 경우 모든 채널에서 데이터가 동시에 전송되기 때문에 높은 전송률을 정확하게 달성할 수 있지만, 별도의 서브채널에서는 전송률이 낮을 수 있다.

각각의 주파수 서브채널에서 데이터 레이트가 너무 높지 않게 만들어질 수 있다는 사실 때문에, 심볼간 간섭의 효과적인 억제를 위한 전제조건이 생성된다.

주파수 분할을 위해서는 개별 채널이 신호 왜곡을 최소화할 수 있을 만큼 충분히 좁지만 필요한 비트 전송률을 제공할 수 있을 만큼 충분히 넓어야 합니다. 또한, 부채널로 분할된 채널의 전체 대역폭을 경제적으로 사용하기 위해서는 주파수 부채널을 최대한 가깝게 배치하면서 채널간 간섭을 피하는 것이 바람직하다. 그들의 완전한 독립. 위의 요구 사항을 충족하는 주파수 채널을 직교라고 합니다. 모든 주파수 부채널의 반송파 신호는 서로 직교한다. 반송파 신호의 직교성은 채널의 주파수 독립성을 보장하여 채널간 간섭이 없도록 하는 것이 중요합니다.

광대역 채널을 직교 주파수 부채널로 분할하는 고려된 방법을 OFDM(직교 주파수 분할 다중화)이라고 합니다. 송신기에서의 구현을 위해 IFFT(역고속 푸리에 변환)가 사용되며, 이는 n-채널로 미리 다중화된 신호를 시간에서 주파수 표현으로 변환합니다.

OFDM의 주요 이점 중 하나는 높은 비트 전송률과 효과적인 다중 경로 저항의 조합입니다. 물론 OFDM 기술 자체가 다중경로 전파를 배제하는 것은 아니지만 심볼간 간섭의 영향을 제거하기 위한 전제조건을 만든다. 사실 OFDM 기술의 필수적인 부분은 가드 인터벌(Guard Interval, GI)입니다. 심볼의 시작 부분에 첨부된 심볼 끝의 주기적 반복입니다.

보호 구간은 개별 심볼 사이에 시간 간격을 생성하며 보호 구간의 지속 시간이 다중 경로 전파로 인해 최대 신호 지연 시간을 초과하면 심볼 간 간섭이 발생하지 않습니다.

OFDM 기술을 사용하면 보호 간격의 지속 시간이 기호 자체 지속 시간의 1/4입니다. 이 경우 기호의 지속 시간은 3.2μs이고 보호 간격은 0.8μs입니다. 따라서 보호 간격과 함께 기호의 지속 시간은 4μs입니다.

802.11g 프로토콜에서 다양한 속도로 사용되는 OFDM 주파수 직교 채널 분할 기술에 대해 말하면, 우리는 여전히 캐리어 신호 변조 방식의 문제를 다루지 않았습니다.

802.11b 프로토콜에서 이진(BDPSK) 또는 직교(QDPSK) 상대 위상 변조가 변조에 사용되었음을 상기하십시오. 802.11g 프로토콜에서 저속전송은 또한 위상 변조(비상대만), 즉 이진 및 직교 위상 변조 BPSK 및 QPSK를 사용합니다. BPSK 변조를 사용하는 경우 하나의 정보 비트만 하나의 심볼에 인코딩되고, QPSK 변조를 사용할 경우 두 개의 정보 비트가 인코딩됩니다. BPSK 변조는 6 및 9Mbps에서 데이터를 전송하는 데 사용되며 QPSK 변조는 12 및 18Mbps에서 사용됩니다.

고속 전송의 경우 신호의 위상과 진폭을 변경하여 정보를 인코딩하는 직교 진폭 변조 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)이 사용됩니다. 802.11g 프로토콜은 16-QAM 및 64-QAM 변조를 사용합니다. 첫 번째 변조는 16개의 서로 다른 신호 상태를 가정하여 4비트를 하나의 기호로 인코딩할 수 있습니다. 두 번째 - 64개의 가능한 신호 상태로, 하나의 심볼에서 6비트 시퀀스를 인코딩할 수 있습니다. 16-QAM 변조는 24 및 36Mbps에서 사용되며 64-QAM 변조는 48 및 54Mbps에서 사용됩니다.

802.11b/g 프로토콜의 최대 데이터 전송 속도

따라서 802.11b 프로토콜의 최대 속도는 11Mbps이고 802.11g 프로토콜의 경우 최대 속도는 54Mbps입니다.

그러나 총 비트 전송률과 유용한 비트 전송률 사이에는 명확한 구분이 있어야 합니다. 사실 데이터 전송 매체에 대한 액세스 기술, 전송된 프레임의 구조, OSI 모델의 다양한 수준에서 전송된 프레임에 추가된 헤더 - 이 모든 것이 상당히 많은 양의 서비스 정보를 의미합니다. OFDM 기술의 적용에서 최소한 보호 간격의 존재를 상기합시다. 결과적으로 유용하거나 실제 속도전송, 즉 사용자 데이터 전송 속도는 항상 전체 전송 속도보다 낮습니다.

또한 실제 전송 속도는 구조에 따라 다릅니다. 무선 네트워크. 따라서 모든 네트워크 클라이언트가 동일한 프로토콜(예: 802.11g)을 사용하는 경우 네트워크는 균질하고 데이터 전송 속도는 802.11g 및 802.11b 클라이언트가 모두 있는 혼합 네트워크보다 높습니다. 요점은 802.11b 클라이언트가 OFDM 인코딩을 사용하는 802.11g 클라이언트를 "듣지" 않는다는 것입니다. 따라서 서로 다른 유형의 변조를 사용하여 클라이언트의 데이터 전송 매체에 대한 액세스를 공유하려면 이러한 혼합 네트워크에서 액세스 포인트가 특정 보호 메커니즘을 작동해야 합니다. 혼합 네트워크에서 보호 메커니즘을 적용한 결과 실제 전송 속도는 훨씬 더 낮아집니다.

또한 실제 데이터 전송 속도는 사용된 프로토콜(TCP 또는 UDP)과 패킷 길이의 크기에 따라 다릅니다. 당연히 UDP 프로토콜은 더 높은 전송 속도를 제공합니다. 다양한 유형의 네트워크 및 프로토콜에 대한 이론적인 최대 데이터 전송 속도가 표에 나와 있습니다. 하나.

MIMO 기술

OFDM 기술은 802.11g 및 802.11a 프로토콜에서 사용되지만 최대 54Mbps의 속도에서만 사용됩니다. 더 높은 속도에서 OFDM은 심볼 간 간섭을 피할 수 없으므로 다른 코딩 및 데이터 전송 방법을 사용해야 합니다. 예를 들어 스마트 안테나 기술이 널리 사용됩니다. 당연히이 경우 우리는 데이터 인코딩에 대해 이야기하는 것이 아니라 전송 방법에 대해서만 이야기합니다. 여러 수신 및 송신 안테나의 도움으로 수신 신호의 품질을 크게 향상시킬 수 있습니다. 사실 다중경로 신호 전파의 경우 수신 전력 레벨은 송신기와 수신기의 상대 위치와 주변 공간의 기하학적 구조에 따라 달라지는 랜덤 함수입니다. 안테나 다이버시티 어레이를 사용할 때 항상 신호 대 잡음비가 가장 높은 안테나를 선택할 수 있습니다. 지능형 안테나 기반 시스템에서 데이터 전송 속도는 증가하지 않고 채널 품질만 향상됩니다.

그러나 여러 개의 송수신 안테나를 사용하는 기술도 통신 채널의 처리량을 증가시킬 수 있습니다. 이 기술을 MIMO(다중 입력 다중 출력)라고 합니다. 유추하여 기존 시스템, 즉 하나의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나가 있는 시스템을 SISO(Single Input Single Output)라고 합니다.

이론적으로 MIMO 시스템은 N 송신 및 n개의 수신 안테나는 최대 처리량을 제공할 수 있습니다. N SISO 시스템보다 몇 배 더 큽니다. 이것은 송신기가 데이터 스트림을 독립적인 비트 시퀀스로 분할하고 안테나 어레이를 사용하여 동시에 전송함으로써 달성됩니다. 이 전송 기술을 공간 다중화라고 합니다.

예를 들어 다음으로 구성된 MIMO 시스템을 고려하십시오. N 전송 및 중 수신 안테나(그림 1).

그러한 시스템의 송신기는 N 사용하는 독립 신호 N 안테나. 받는 쪽에서는 각각 중 안테나는 모든 송신 안테나에서 n개의 신호가 중첩된 신호를 수신합니다. 그래서 신호 아르 자형 1 , 첫 번째 안테나에서 수신된 는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

아르 자형 1 = 시간 11 티 1 + 시간 21 티 2 + ... + 시간 n1 티 N.

각 수신 안테나에 대해 유사한 방정식을 작성하면 다음 시스템을 얻습니다.

또는 이 표현식을 행렬 형식으로 다시 작성합니다.

[아르 자형] = [시간]·[ 티],

어디 [시간] MIMO 통신 채널을 설명하는 전송 매트릭스입니다.

디코더가 수신 측의 모든 신호를 올바르게 재구성하려면 먼저 계수를 결정해야 합니다. 시간아이각각의 특징 중 엑스 N 전송 채널. 계수를 결정하려면 시간아이 MIMO는 패킷 프리앰블을 사용합니다.

전송 행렬의 계수를 결정하면 전송된 신호를 쉽게 복원할 수 있습니다.

[티] = [시간] -하나 ·[ 아르 자형],

어디 [시간] –1 전송 행렬의 역행렬입니다. [시간] .

기술에 주목하는 것이 중요합니다. MIMO 애플리케이션다중 송신 및 수신 안테나를 사용하면 데이터가 동일한 주파수 범위에서 전송되는 동안 공간적으로 분리된 여러 하위 채널의 구현을 통해 통신 채널의 처리량을 높일 수 있습니다.

MIMO 기술은 데이터 인코딩 방식에 어떠한 영향도 미치지 않으며, 원칙적으로 모든 물리적, 논리적 데이터 인코딩 방식과 조합하여 사용할 수 있습니다. 따라서 MIMO는 802.11a/b/g 프로토콜과 호환됩니다.

따라서 ASUS WL-566gM 액세스 포인트는 3개의 외부 안테나를 사용하므로 동일한 주파수 범위에서 공간적으로 분리된 여러 무선 채널을 생성할 수 있습니다. 결과적으로 무선 네트워크의 "데드 존"의 수가 줄어들고 무선 신호가 더 먼 거리로 전송되어 전체 네트워크의 처리량이 증가합니다.

ASUS WL-566gM 라우터에 통합된 액세스 포인트는 AGN303BB MAC 레벨 프로세서와 AGN301RF/AGN302R 듀얼 밴드 PHY 컨트롤러를 포함하는 Airgo AGN300 칩셋을 기반으로 합니다. Airgo AGN300 칩셋은 802.11a/b/g 표준을 지원합니다. 에 기술 사양 Airgo AGN300 칩셋은 대역폭이 20MHz인 표준 무선 채널을 사용할 때 최대 데이터 전송 속도가 126Mbps임을 나타냅니다. 240Mbps의 속도는 여러 채널을 하나로 결합하는 기술인 ACE(Adaptive Channel Expansion)를 사용하여 달성됩니다. 특히, 우리는 두 개의 인접한 채널을 너비가 40MHz인 하나로 결합하는 것에 대해 이야기하고 있습니다. 이 경우 240Mbps의 데이터 전송 속도가 달성됩니다.

MIMO 기술을 구현하려면 모든 네트워크 클라이언트에 MIMO 기술과 호환되는 무선 어댑터가 있어야 합니다. 그러나 MIMO 모드를 지원한다고 해서 이 라우터가 802.11g/b 장치에서 작동할 수 없다는 의미는 아닙니다. 이러한 장치와의 호환성이 보장되면 MIMO 기술을 지원하는 클라이언트를 포함한 모든 네트워크 클라이언트가 802.11g 또는 802.11b 프로토콜을 사용하여 작동합니다.

ASUS WL-566gM 라우터 설정에서 세 가지 무선 액세스 포인트 작동 모드(자동, 54G 전용, 802.11b 전용) 중 하나를 설정할 수 있습니다. 54G 전용 모드에서 액세스 포인트와 모든 무선 네트워크 클라이언트는 모두 802.11g 프로토콜을 사용하여 작동합니다. 이 모드는 모든 네트워크 클라이언트가 802.11g 프로토콜을 지원할 때 동종 네트워크에서 사용하기 위한 것입니다.

802.11b 전용 모드는 여러 네트워크 클라이언트가 802.11g 프로토콜을 지원하지 않고 802.11b 프로토콜을 통해서만 통신할 수 있는 이기종 네트워크에 중점을 둡니다. 이 모드에서 모든 네트워크 클라이언트와 액세스 포인트는 802.11b 프로토콜을 사용하여 작동합니다.

자동 모드에서 액세스 포인트는 무선 네트워크 유형(동종, 이종)을 독립적으로 결정하고 네트워크에 따라 적응해야 합니다.

보시다시피 액세스 포인트 설정에는 별도의 MIMO 모드가 없습니다. 그러나 MIMO 모드는 802.11g 프로토콜과 모순되지 않는 무선 통신 채널을 구성하는 방법이기 때문에 이것은 모순되지 않습니다. 따라서 우리는 처음에 다음과 같이 가정했습니다. 이 모드자동 및 54G 전용 모드에서 모두 활성화됩니다.

무선 네트워크를 설정하기 위한 다른 옵션은 매우 전통적입니다. 무선 네트워크를 활성화 또는 비활성화하고, 무선 채널 번호를 선택하고, 무선 네트워크 식별자(SSID)를 설정하고, 무선 속도를 설정할 수 있습니다. 또한 연결 속도를 강제로 설정하면 54 이상 240Mbps(72, 84, 96, 108, 126, 144, 168, 192, 216, 240)까지 속도를 설정할 수 있습니다.

또한 숨겨진 무선 네트워크 식별자(Broadcast SSID) 모드가 제공됩니다.

무선 연결의 보안을 향상시키는 방법은 매우 일반적이며 MAC 주소로 필터를 구성하는 기능, 숨겨진 네트워크 ID 모드, 다양한 사용자 인증 및 데이터 암호화 방법을 포함합니다. 물론 MAC 주소 필터를 설정하고 은닉 네트워크 ID 모드를 사용하는 등의 조치는 침입자에게 심각한 장애물로 간주될 수 없다. 이러한 기능은 모든 사람에게 표준이라는 것입니다. 무선 포인트입장.

라우터는 WEP, WPA-PSK 및 WPA-EAP와 같은 유형의 보안 프로토콜을 지원합니다. 프로토콜을 사용할 때 WEP 보안(그런데 취약점 때문에 최후의 수단으로만 사용해야 함) 64비트 및 128비트 키가 지원됩니다. 또한 기본 키를 표시하여 최대 4개의 키를 생성할 수 있습니다. 그러나 이 프로토콜은 실제 보안을 보장하지 않으며 어느 정도는 다음과 같기 때문에 예외적인 경우에만 사용할 수 있음을 다시 한 번 강조합니다. 개방형 시스템데이터 암호화 없이.

공유 키(사전 공유 키)가 있는 WPA-PSK 보안 프로토콜에는 8~64자의 암호(키) 사용이 포함됩니다. WPA-PSK 인증을 사용할 때 TKIP(임시 키 무결성 프로토콜) 또는 AES 또는 AES 및 TKIP 암호화가 사용됩니다. 당연히 AES 암호화가 선호됩니다.

WPA-EAP 보안 프로토콜은 외부 RADIUS 서버에 대한 사용자 인증을 의미합니다(추가로 RADIUS 서버의 IP 주소와 사용 포트를 지정해야 함). 이 프로토콜은 TKIP, AES 또는 AES와 TKIP 암호화를 동시에 지원합니다.

이제 ASUS WL-566gM 라우터를 구성하기 위한 옵션을 살펴보겠습니다.

내부 네트워크(LAN 세그먼트)의 경우 라우터의 IP 주소와 서브넷 마스크를 설정하고 내장 DHCP 서버를 구성할 수 있습니다. 외부 네트워크(WAN 세그먼트) 설정 옵션에는 외부 네트워크(인터넷)에 연결하기 위한 인터페이스 지정 및 구성이 포함됩니다. ASUS WL-566gM 라우터는 동적 IP 주소, 고정 IP 주소, PPPoE, PPTP 및 BigPond와 같은 외부 네트워크 연결 유형을 제공합니다. 실제로 마지막 유형의 연결은 러시아에서 찾을 수 없으며 잊어 버릴 수 있습니다. 가정 사용자 지원 PPPoE 프로토콜(일반적으로 DSL 연결을 통해 연결할 때 사용됨) IP 주소를 동적으로 할당합니다. 연결을 사용할 때 PPPoE 유형또한 ISP(인터넷 서비스 제공자)의 이름을 지정하고 인터넷 액세스를 위한 로그인 및 비밀번호와 DNS 서버 주소(즉, 인터넷 제공자가 제공하는 모든 정보)를 지정해야 합니다. 동적 IP 주소 할당(동적 IP 주소)을 사용할 때 호스트 이름, 즉 네트워크에 있는 노드의 이름만 지정하면 됩니다.

고정 IP 주소를 사용하는 경우 ISP 이름 할당 외에 WAN IP 주소(WAN IP 주소), 서브넷 마스크(WAN 서브넷 마스크), 기본 게이트웨이(WAN 게이트웨이) 및 주소를 지정해야 합니다. DNS 서버.

ASUS WL-566gM 라우터는 NAT 장치이기 때문에 장치에 매우 일반적입니다. 이 수업, NAT 프로토콜의 한계를 우회하기 위한 다양한 수단을 제공합니다. 따라서 액세스하려면 지역 네트워크외부 네트워크에서 라우터는 DMZ(Demilitarized Zone) 생성 및 가상 서버 구성 기능을 지원합니다.

컴퓨터의 IP 주소가 DMZ 영역에 속하도록 지정하면 컴퓨터 한 대만 DMZ 영역에 포함될 수 있습니다. 이 경우 라우터의 WAN 포트 IP 주소를 지정하면 모든 요청이 DMZ 영역에 있는 컴퓨터의 IP 주소로 리디렉션됩니다. 사실 이렇게 하면 NAT 라우터를 우회하여 내부 네트워크의 PC에 액세스할 수 있으므로 물론 보안이 저하되지만 경우에 따라 필요합니다.

DMZ 영역의 대안은 가상 서버를 구성하는 기능입니다(정적 포트 전달 기술). 사실은 NAT 프로토콜을 사용할 때 내부 네트워크는 외부에서 액세스할 수 없는 상태로 유지되고 내부 네트워크로의 트래픽은 내부 네트워크에서 요청이 생성된 경우에만 가능합니다. 내부 네트워크에서 패킷을 수신하면 NAT 장치는 트래픽을 필터링하는 데 사용되는 패킷의 대상 및 소스의 IP 주소 및 포트에 대한 매핑 테이블을 생성합니다. 정적 포트 매핑 테이블을 생성하면 외부에서 네트워크 접근 요청이 시작되더라도 외부 네트워크에서 특정 포트의 내부 네트워크에 접근할 수 있다.

가상 서버를 구성할 때 사용자는 내부 네트워크의 가상 서버에 설치된 특정 응용 프로그램에 대한 외부 액세스 권한을 얻습니다. 가상 서버를 구성할 때 가상 서버의 IP 주소, 사용하는 프로토콜(TCP, UDP 등), 내부 포트(Private Port)와 외부 포트(Public Port)를 지정합니다.

또한 ASUS WL-566gM 라우터는 동적 포트 포워딩 기술을 지원합니다. 정적 포트 포워딩을 사용하면 외부 네트워크에서 NAT 장치로 보호되는 로컬 네트워크 서비스로의 액세스 문제를 부분적으로 해결할 수 있습니다. 그러나 역 작업도 있습니다. 로컬 네트워크 사용자에게 NAT 장치를 통해 외부 네트워크에 대한 액세스를 제공하는 것입니다. 사실 일부 응용 프로그램(예: 인터넷 게임, 화상 회의, 인터넷 전화 및 동시에 많은 세션을 설정해야 하는 기타 응용 프로그램)은 NAT 기술과 호환되지 않습니다. 이 문제를 해결하기 위해 포트 포워딩이 개별 네트워크 애플리케이션 수준에서 설정될 때 소위 동적 포트 포워딩(때로는 애플리케이션이라고도 함)이 사용됩니다. 라우터가 이 기능을 지원하는 경우 특정 애플리케이션(Trigger Port)과 연결된 내부 포트 번호(또는 포트 범위)와 내부 포트에 매핑할 NAT 장치의 외부 포트 번호(Public Port)를 설정해야 합니다.

동적 포트 전달이 활성화되면 라우터는 내부 네트워크의 아웃바운드 트래픽을 모니터링하고 해당 트래픽을 생성하는 컴퓨터의 IP 주소를 기억합니다. 데이터가 로컬 세그먼트로 돌아오면 포트 포워딩이 활성화되고 데이터가 전달됩니다. 전송이 완료되면 리디렉션이 비활성화되고 다른 컴퓨터는 자체 IP 주소에 대한 새 리디렉션을 생성할 수 있습니다.

ASUS WL-566gM 라우터에는 고도로 구성 가능한 SPI 방화벽이 내장되어 있습니다. 방화벽을 활성화 또는 비활성화하고, 외부 네트워크에서 내부 네트워크에 대한 웹 액세스를 거부하고, 외부 네트워크에서 웹 액세스 포트를 지정하고, 라우터가 외부 네트워크에서 Ping 명령으로, 내부 네트워크에서 외부 네트워크로의 액세스 필터에 대한 일정을 구성하고, URL(도메인)을 차단합니다.

ASUS WL-566gM 라우터 테스트

이 라우터는 3단계로 테스트되었습니다. 라우터 자체의 성능은 1단계에서 WAN과 LAN 세그먼트 간 데이터 전송 시, 2단계에서 WLAN과 WAN 세그먼트 간, 마지막 단계에서 WLAN과 LAN 세그먼트 간 데이터 전송 시 평가하였다.

성능 테스트는 특수 장비를 사용하여 수행되었습니다. 소프트웨어 NetIQ Chariot 버전 5.0. 테스트를 위해 PC와 스탠드로 구성된 스탠드를 사용했습니다. 아수스 노트북 A3A. MIMO 기술의 장점을 평가하기 위해 노트북에 내장된 무선 어댑터 802.11g 프로토콜을 통한 Intel PRO Wireless 2200BG 및 MIMO 모드와 호환되는 ASUS WL-106gM 무선 PCMCIA 어댑터.

노트북과 PC에 설치 운영 체제 마이크로소프트 윈도우 XP 프로페셔널 SP2.

테스트 1: WAN-LAN 라우팅 속도(유선 세그먼트)

초기에 라우터의 쓰루풋은 WAN과 LAN 세그먼트 사이에서 데이터를 전송할 때 측정했는데, 외부 네트워크를 시뮬레이션하는 PC는 라우터의 WAN 포트에 연결하고 내부 네트워크를 시뮬레이션하는 랩톱은 LAN 포트에 연결했다.

그 후 NetIQ Chariot 5.0 소프트웨어 패키지를 사용하여 다음을 사용하여 트래픽을 측정했습니다. TCP 프로토콜라우터에 연결된 컴퓨터 간에 스크립트가 5분 동안 실행되어 각각 파일 전송 및 수신을 에뮬레이트합니다. 내부 LAN 네트워크에서 데이터 전송을 시작했습니다. LAN에서 WAN 세그먼트로의 데이터 전송은 Filesndl.scr 스크립트(파일 전송)를 사용하여 에뮬레이트되었으며 반대 방향의 데이터 전송은 Filercvl.scr 스크립트(파일 수신)를 사용하여 에뮬레이트되었습니다. 이중 모드에서 성능을 평가하기 위해 데이터의 동시 송수신을 에뮬레이션했습니다.

무선 라우터에서 테스트할 때 내장 방화벽이 활성화되었습니다.

테스트 2. WAN-WLAN 라우팅 속도(무선 세그먼트)

다음 단계에서는 외부 WAN 세그먼트와 내부 WLAN(무선 네트워크 세그먼트) 간에 데이터를 전송할 때 라우팅 속도를 평가했습니다. 이를 위해 PC는 10/100Base-TX 인터페이스를 통해 WAN 포트에 연결되었고, 무선 어댑터가 있는 내장 액세스 포인트와 ASUS A3A 노트북 사이, 무선 통신 IEEE 802.11g 프로토콜 및 MIMO 모드를 통해. IEEE 802.11g 프로토콜을 통한 상호작용은 노트북에 내장된 Intel PRO Wireless 2200BG 무선 어댑터를 사용하였으며, MIMO 모드에서의 상호작용은 ASUS WL-106gM 무선 PCMCIA 어댑터를 사용하였다.

라우팅 속도는 이전 테스트와 정확히 동일한 방식으로 측정되었습니다. 테스트에서 알 수 있듯이 다양한 트래픽 암호화 모드(WEP, TKIP, AES)를 사용해도 데이터 전송 속도에는 영향을 미치지 않습니다. 따라서 암호화가 없는 상태에서 해당 결과와 완전히 일치하므로 결과를 제시하지 않기로 결정했습니다.

테스트 3. LAN-WLAN 라우팅 속도(무선 세그먼트)

라우터에 내장된 액세스 포인트를 테스트하기 위해 10/100Base-TX 인터페이스를 통해 PC를 LAN 포트에 연결하고 내장 액세스 포인트를 통합 무선 컨트롤러가 장착된 랩톱과 상호 작용했습니다. 데이터 전송 속도는 이전 테스트와 동일한 방식으로 측정되었습니다.

시험 결과

무선 라우터 테스트 결과는 표에 나와 있습니다. 2.

테스트 결과에서 알 수 있듯이 장치에서 제공하는 라우팅 속도는 매우 빠르며 Fast Ethernet 인터페이스의 프로토콜 속도에 의해 제한됩니다. 고속 인터넷 채널에 연결된 기업 사용자의 경우 이는 라우터 자체가 들어오는 패킷(SPI 방화벽)에 대한 전체 분석을 제공한다는 사실에도 불구하고 데이터 링크 병목 현상이 되지 않음을 의미합니다.

예상대로 WAN>WLAN 및 LAN>WLAN 트래픽 전송 모드의 테스트 결과는 서로 거의 차이가 없으며 패킷 라우팅 프로세스가 장치의 성능에 영향을 미치지 않기 때문에 매우 자연스러운 현상입니다. 마찬가지로 WLAN>WAN 모드 트래픽은 WLAN>LAN 트래픽과 동일합니다.

표준 802.11g 모드에서 액세스 포인트의 작동에 대해서는 이 문제에 대해 언급이 없습니다. 모든 모드에서 데이터 전송 속도는 20Mbps 이상이며 이는 802.11g 장치에서 매우 일반적입니다.

MIMO 모드를 사용하면 액세스 포인트에서 무선 클라이언트 방향으로 최대 55Mbps, 반대 방향(최대 70-75Mbps)으로 데이터 전송 속도를 높일 수 있습니다. 물론 이것은 주장된 240Mbps가 아니지만 여전히 일반적인 802.11g 장치보다 거의 3배 더 많습니다.

일반적으로 ASUS WL-566gM 라우터는 매우 기능적이며 모든 작동 모드에서 과도한(가정 사용자의 경우) 설정 수가 많고 성능이 높다고 말할 수 있습니다.

편집자는 검토를 위해 ASUS WL-566gM 무선 라우터, ASUS WL-106gM 무선 어댑터 및 ASUS A3A 노트북을 제공한 ASUSTeK COMPUTER 대표 사무소(www.asuscom.ru)에 감사를 표합니다.

현대의 무선 인터넷매우 빠르게 발전하고 있습니다. 3년 전만 해도 러시아 중부 거의 모든 지역에 4G의 대량 보급에 대해 생각한 사람은 없었고, 대형 사업자들은 이에 대한 계획만 갖고 있었습니다. 지금 초고속 인터넷새로운 정착지에 나타납니다. 이전 세대의 2G와 3G가 오랫동안 표준이 되어 왔다면 매년 4G와 LTE가 진행되고 있습니다. 이 기사에서는 4G 인터넷의 최대 속도와 측정 방법에 대해 알아봅니다. 또한 다음 섹션에서 서로 어떻게 그리고 어떻게 다른지에 대한 유용한 자료를 읽으십시오.

4G는 어떤 속도여야 합니까?

1세대인 4G LTE망을 감안하면 새로운 기술 4G의 경우 성능이 명시된 것보다 훨씬 낮습니다. 2008년에는 4G 네트워크의 최고 속도를 다음과 같이 규정한 표준이 설정되었습니다.

• 모바일 가입자의 경우 100Mb/s. 여기에는 자동차, 기차 등이 포함됩니다.
• 고정 가입자(보행자 및 고정 컴퓨터)를 위한 1Gb/s.

그러나 실제로는 선언된 기준보다 상황이 더 나쁩니다. 이러한 매개변수는 간섭, 네트워크 부하 및 기타 불쾌한 순간이 없는 이상적인 조건에서 기술 제작자가 설정했습니다. 실제로 정적 가입자의 경우 실제 수치는 100Mb/s를 초과하지 않습니다. 그러나 운영자는 200-300Mb / s를 큰 소리로 선언합니다. LTE Advanced 또는 4G+를 지원하는 네트워크를 출시한 Megafon과 Beeline이 이 수치에 가장 가깝습니다. 이 표준의 성능은 이상적인 조건에서 최대 150Mb/s에 이릅니다. 다만 LTE 어드밴스드의 대량 보급은 오랜 시간을 기다려야 한다는 점을 분명히 하고 있다. 또한 가입자 수가 증가하면 네트워크 부하가 증가하여 평균이 감소합니다.

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(C) 우랄 펠메니

IEEE 802.11 작업 그룹은 1990년에 처음 발표되었으며 현재 25년 동안 무선 표준에 대한 작업이 진행 중입니다. 주요 추세는 데이터 전송 속도의 지속적인 증가입니다. 이 기사에서는 기술 개발의 경로를 추적하고 성능 향상이 어떻게 보장되었으며 가까운 장래에 무엇을 기대해야하는지 보여 드리겠습니다. 독자가 무선 통신의 기본 원리(변조 유형, 변조 깊이, 스펙트럼 폭 등)에 익숙하다고 가정합니다. 기본 원칙을 알고 와이파이 작업네트워크. 사실 통신 시스템의 처리량을 높이는 방법은 많지 않고 대부분 802.11 그룹의 표준을 개선하는 여러 단계에서 구현되었습니다.

정의하는 표준을 고려할 것입니다. 물리층, 상호 호환 가능한 a/b/g/n/ac 라인에서. 802.11af(지상파 텔레비전 주파수의 Wi-Fi), 802.11ah(IoT 개념을 구현하도록 설계된 0.9MHz 대역의 Wi-Fi) 및 802.11ad(모니터와 같은 주변 장치의 고속 연결을 위한 Wi-Fi 및 외장 드라이브)는 서로 호환되지 않는 반면, 서로 다른 응용 프로그램을 가지고 있어 장기간에 걸친 데이터 전송 기술의 진화를 분석하는 데 적합하지 않습니다. 또한 보안 표준(802.11i), QoS(802.11e), 로밍(802.11r) 등을 정의하는 표준은 데이터 전송 속도에만 간접적인 영향을 미치기 때문에 고려 대상에서 제외됩니다. 여기와 아래에서 우리는 무선 트래픽의 많은 서비스 패킷으로 인해 실제 데이터 전송 속도보다 분명히 높은 소위 총 속도(gross speed)라는 채널에 대해 이야기하고 있습니다.

최초의 무선 표준은 802.11(문자 없음)이었습니다. 무선 주파수 2.4GHz 및 적외선 범위 850-950nm의 두 가지 유형의 전송 매체를 제공했습니다. IR 장치는 널리 보급되지 않았으며 앞으로 개발되지 않았습니다. 2.4GHz 대역에서는 스펙트럼을 확산하는 두 가지 방법이 제공되었습니다(확산은 현대 시스템통신): 주파수 도약 확산 스펙트럼(FHSS) 및 직접 시퀀스 시퀀스(DSSS). 첫 번째 경우 모든 네트워크는 동일한 주파수 대역을 사용하지만 다른 재구성 알고리즘을 사용합니다. 두 번째 경우에는 5MHz 단위로 2412MHz에서 2472MHz까지의 주파수 채널이 이미 나타나고 있으며 현재까지 남아 있습니다. 11-칩 Barker 시퀀스가 ​​확산 시퀀스로 사용됩니다. 이 경우 최대 데이터 전송 속도는 1~2Mbps였습니다. 그 당시에는 가장 이상적인 조건에서 Wi-Fi를 통한 유용한 데이터 전송률이 채널의 50%를 넘지 않는다는 사실을 감안하더라도 모뎀 액세스 속도에 비해 이러한 속도가 매우 매력적으로 보였습니다. 인터넷.

802.11의 신호 전송을 위해 2 및 4 위치 키잉이 사용되어 불리한 조건신호/잡음 비율 및 복잡한 트랜시버 모듈이 필요하지 않았습니다.
예를 들어, 2Mbps의 정보 속도를 구현하기 위해 전송된 각 심볼은 11개의 심볼 시퀀스로 대체됩니다.

따라서 칩 속도는 22Mbps입니다. 하나의 전송 주기 동안 2비트(4개의 신호 레벨)가 전송됩니다. 따라서 키잉 속도는 11보드이고 스펙트럼의 메인 로브는 동시에 22MHz를 차지합니다. 이 값은 802.11과 관련하여 종종 채널 폭이라고 불리는 값입니다(사실, 신호 스펙트럼은 무한합니다).

이 경우 Nyquist 기준(단위 시간당 독립 펄스 수는 최대 채널 대역폭의 2배로 제한됨)에 따르면 5.5MHz의 대역폭이면 이러한 신호를 전송하기에 충분합니다. 이론적으로 802.11 장치는 10MHz로 분리된 채널에서 만족스럽게 작동해야 합니다(최소 20MHz 간격의 주파수에서 방송해야 하는 표준의 이후 구현과 반대).

매우 빠르게 1-2Mbps의 속도가 충분하지 않았고 802.11은 데이터 전송 속도가 5.5, 11 및 22(옵션) Mbps로 증가된 802.11b 표준으로 대체되었습니다. 블록(CCK) 및 고정밀(PBCC) 코드의 도입으로 오류 수정 코딩의 중복성을 1/11에서 1/2, 심지어 2/3로 줄임으로써 속도가 향상되었습니다. 또한 최대 변조 단계 수가 전송된 심볼당 8개로 증가했습니다(1 보드당 3비트). 사용된 채널 너비와 주파수는 변경되지 않았습니다. 그러나 중복성이 감소하고 변조 깊이가 증가함에 따라 신호 대 잡음비에 대한 요구 사항이 필연적으로 증가했습니다. 장치의 전력을 증가시키는 것이 불가능하기 때문에(에너지 절약으로 인해 모바일 기기및 법적 제한), 이 제한은 새로운 속도로 서비스 영역이 약간 감소하는 것으로 나타났습니다. 1-2Mbps의 레거시 속도에서 서비스 영역은 변경되지 않았습니다. 주파수 호핑으로 스펙트럼을 퍼뜨리는 방식부터 완전히 포기하기로 했다. Wi-Fi 제품군에서는 더 이상 사용되지 않습니다.

속도를 54Mbps로 높이는 다음 단계는 802.11a 표준에서 구현되었습니다( 이 표준 802.11b 표준보다 먼저 개발을 시작했지만 최종 버전은 나중에 릴리스됨). 속도의 증가는 주로 변조 깊이를 심볼당 64레벨(1 보드당 6비트)로 증가시켜 달성되었습니다. 또한 RF 부분이 근본적으로 수정되었습니다. 직렬 신호를 OFDM(병렬 직교 밀도)으로 분할하여 직접 시퀀스 확산 스펙트럼이 확산 스펙트럼으로 대체되었습니다. 48개의 서브채널에서 병렬 전송을 사용하면 개별 심볼의 지속 시간을 늘려 심볼 간 간섭을 줄일 수 있습니다. 데이터 전송은 5GHz 대역에서 수행되었습니다. 한 채널의 너비는 20MHz입니다.

802.11 및 802.11b 표준과 달리 이 대역이 부분적으로 겹치더라도 전송 오류가 발생할 수 있습니다. 다행히 5GHz 대역에서는 채널간 거리가 20MHz로 동일하다.

802.11g 표준은 데이터 전송 속도 측면에서 획기적인 것이 아닙니다. 실제로 이 표준은 2.4GHz 대역에서 802.11a 및 802.11b의 편집이 되었으며 두 표준의 속도를 모두 지원했습니다.

그러나 이 기술은 장치의 무선 부품의 고품질 제조가 필요합니다. 또한 이러한 속도는 기본적으로 모바일 단말기(Wi-Fi 표준의 주요 대상 그룹)에서 실현할 수 없습니다. 충분한 간격으로 4개의 안테나가 있는 경우 공간 부족과 4개의 에너지 트랜시버가 부족합니다.

대부분의 경우 600Mbps의 속도는 마케팅 전략에 불과하며 실제로는 비현실적입니다. 실제로 신호 대 잡음비가 좋은 동일한 공간 내에 설치된 고정 액세스 포인트 사이에서만 달성할 수 있기 때문입니다.

전송 속도의 다음 단계는 802.11ac 표준에 의해 이루어졌습니다. 표준에서 제공하는 최대 속도는 최대 6.93Gb/s이지만 실제로 이 속도는 시장에 나와 있는 어떤 장비에서도 달성되지 않았습니다. 속도 증가는 대역폭을 최대 80MHz 및 최대 160MHz까지 증가시켜 달성됩니다. 2.4GHz 대역에서는 이러한 대역을 제공할 수 없으므로 802.11ac 표준은 5GHz 대역에서만 작동합니다. 속도를 높이는 또 다른 요인은 변조 깊이를 심볼당 256레벨(1 보드당 8비트)로 증가시키는 것입니다. 불행히도 이러한 변조 깊이는 신호 대 신호에 대한 요구 사항이 증가하기 때문에 포인트 근처에서만 얻을 수 있습니다. 소음비. 이러한 개선을 통해 최대 867Mbps의 속도 향상을 달성할 수 있었습니다. 나머지 증가는 앞서 언급한 8x8:8 MIMO 스트림에서 발생합니다. 867x8=6.93Gbps. MIMO 기술이 향상되었습니다. Wi-Fi 표준에서 처음으로 동일한 네트워크의 정보를 다른 공간 스트림을 사용하여 두 가입자에게 동시에 전송할 수 있습니다.

보다 시각적인 형태로 표의 결과는 다음과 같습니다.

표는 증가하는 주요 방법을 나열합니다 대역폭: "-" - 적용할 수 없는 방법, "+" - 이 요소로 인해 속도가 증가했습니다. "=" - 이 요소가 변경되지 않은 상태로 유지되었습니다.

중복 감소를 위한 리소스는 이미 고갈되었습니다. 최대 오류 수정 코드 속도 5/6는 802.11a 표준에서 달성되었으며 그 이후로 증가하지 않았습니다. 변조 깊이를 높이는 것은 이론적으로 가능하지만 다음 단계는 1024QAM입니다. 이는 신호 대 잡음비에 대한 요구가 매우 높아 궁극적으로 고속에서 액세스 포인트의 범위를 감소시킬 것입니다. 동시에 트랜시버의 하드웨어 성능에 대한 요구 사항이 증가합니다. 심볼간 가드 간격을 줄이는 것도 속도 향상의 방향이 될 것 같지 않습니다. 이 간격을 줄이면 심볼 간 간섭으로 인한 오류가 증가할 위험이 있습니다. 160MHz를 초과하는 채널 대역폭의 증가도 거의 불가능합니다. 비중첩 셀을 구성할 가능성이 심각하게 제한되기 때문입니다. MIMO 채널 수의 증가는 훨씬 덜 현실적입니다. 2개 채널도 모바일 장치에 문제가 됩니다(전력 소비 및 크기로 인해).

나열된 전송 속도 증가 방법 중 대부분은 사용에 대한 보복으로 유용한 적용 범위를 사용합니다. 즉, 파동의 대역폭이 감소하고(2.4GHz에서 5GHz로 전환) 신호 대 잡음비에 대한 요구 사항 증가(변조 깊이 증가, 코드 속도 증가). 따라서 개발 과정에서 Wi-Fi 네트워크는 데이터 전송 속도를 위해 한 지점에서 제공하는 영역을 줄이기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다.

사용 가능한 개선 영역으로 다음을 사용할 수 있습니다. 광역 채널에서 가입자 간의 OFDM 부반송파 동적 분배, 서비스 트래픽 감소를 목표로 하는 미디어 액세스 알고리즘 개선 및 간섭 보상 기술 사용.

위의 내용을 요약하면 Wi-Fi 네트워크 개발 동향을 예측하려고 노력할 것입니다. 다음 표준에서는 데이터 전송 속도를 심각하게 높일 수 없을 것입니다 (2- 3배), 질적 도약이 없는 경우 무선 기술: 양적 성장의 거의 모든 가능성이 소진되었습니다. 커버리지 밀도를 높이고(전력 제어로 인한 포인트 범위 축소) 가입자 간에 기존 대역폭을 보다 합리적으로 분배해야만 증가하는 데이터 전송 요구를 충족할 수 있습니다.

일반적으로 서비스 영역이 축소되는 추세는 현대 무선 통신의 주요 추세인 것 같습니다. 일부 전문가들은 LTE 표준이 용량의 정점에 도달했고 제한된 주파수 자원과 관련된 근본적인 이유로 더 이상 발전할 수 없을 것이라고 보고 있다. 따라서 서양에서는 모바일 네트워크오프로드 기술이 발전하고 있습니다. 기회가 있을 때마다 전화가 동일한 사업자의 Wi-Fi에 연결됩니다. 이것은 구원의 주요 방법 중 하나라고합니다. 모바일 인터넷. 이에 따라 역할 WiFi 네트워크 4G 네트워크의 발전과 함께 하락할 뿐만 아니라 증가합니다. 이는 기술에 점점 더 많은 고속 문제를 제기합니다.