WPAN
태그 :
- 개념
- 10m 이내의 짧은 거리에 존재하는 컴퓨터 및 주변기기, 휴대폰, 가전제품 등 디지털 장치를 식별하고 기기 사이의 데이터 전송 및 제어가 가능한 ad-hoc 기반의 무선 네트워크 기술
I. 근거리 무선 네트워크 기술, WPAN의 개요
가. WPAN(Wireless Personal Area Network)의 정의
- 10m 이내의 짧은 거리에 존재하는 컴퓨터 및 주변기기, 휴대폰, 가전제품 등 디지털 장치를 식별하고 기기 사이의 데이터 전송 및 제어가 가능한 ad-hoc 기반의 무선 네트워크 기술
나. WPAN의 주요기술
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특성 |
설명 |
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Ad-hoc 네트워크 |
- AP(Access Point)같은 통신 중계기의 도움 없이 기기(단말)간 직접 무선 데이터 교환이 가능하며, WPAN 영역 접근 시 자동 동기화 기능으로 사용상의 편의성 제공. |
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저전력 통신 |
센서의 전력소비를 최소화해 배터리 교체에 따른 유지보수 부담 경감 |
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전송거리/속도 |
비교적 단거리에서 빠른 데이터 속도를 요구함 |
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간섭 최소화 |
여러 네트워크에서 통신이 이루어지기 때문에 혼선 등 의 간섭 작용이 없어야 함 |
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저비용 |
센서를 분산시키기 위해서 저비용의 Chip 사용 |
다. 무선 네트워크 유형 별 통신 범위
- 10m 내외의 개인 영역 내에서 다양한 정보기술 장치들의 Ad-hoc통신 연결
라. 블루투스 3.0과 4.0 비교
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Dual Mode |
Single Mode |
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저에너지 블루투스 기능이 기존의 클래식 블루투스에 통합된 방식 기존 클래식 블루투스 기술의 많은 부분을 공유하므로 경제적 |
통합성이 높고 크기가 작아 작은 디바이스에 적합 싱글모드 칩은 적은 대기모드 전력,간단한 디바이스 감지, 저비용으로 절전기능과 보안성이 높은 암호화된 연결 |
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구분 |
블루투스 3.0 |
블루투스 4.0 |
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핵심특징 |
High Speed |
Low Energy |
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전송속도 |
24Mbps |
1Mbps |
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전력소모 |
15~20mW |
1.5~2.0mW |
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토폴로지 |
스캐터넷 |
스타버스 |
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활동분야 |
휴대폰, 헤드셋, PC |
헬스케어, 센서, 기기제어 |
마. IEEE 802 타입별 무선 네트워크 유형
II. WPAN(Wireless Personal Area Network)의 종류
가. 무선연결의 쌍방향 실시간 통신 Bluetooth 의 개요
1) 블루투스(Bluetooth)의 정의
- 근거리에 놓여있는 컴퓨터나 이동단말기, 가전제품 등을 무선으로 연결하여 쌍방향 실시간 통신을 가능하게 하는 근거리 무선데이터 통신규격 또는 제품
2) 블루투스의 특징
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구분 |
내용 |
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네트워크 구성 |
-Master-Slave구조 : Master가 활성화 된 최대 7개의 종속기 (Slave)와 망이 구성 될수 있음. -네트워크 토폴리지 : Point-to-Point, Point-to-Multipoint |
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전송방식 |
-주파수 호핑 방식( FH : Frequency Hopping) 패킷이 목적까지 도착하는 경로에 있어서 노드에서 노드로 몇 번이고 연결이 이루어지는 전송, 즉 1Mhz의 채널을 79개 설정, 1초간 1,600회 채널을 바꿈) |
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전력소모량 |
-대기상태 0.3mA, 송수신시 30mA 저 소비 전력 |
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주파수 및 변조 |
-주파수: 2.4Ghz대의 ISM 대역사용 (전파 간섭 원인) -변조방식: FHSS, MAC 방식: TDMA -음성 전용채널(동기음성/비동기 음성채널)이 존재 |
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전송속도 및 거리 |
-전송속도: 최대 24Mbps 지원 (블루투스3.0/ 4.0) -전송거리: 최대 100M (블루투스 3.0/ 4.0) |
3) 블루투스 버전 비교
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구분 |
1.0 |
V2.1+EDR |
3.0+HS |
4.0 |
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주파수 대역 |
2.4 GHz |
2.4 GHz |
2.4 GHz |
2.4 GHz |
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속도 |
1Mbps |
3Mbps |
24Mbps |
24Mbps |
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커버리지 |
10m |
10m |
100m |
100m |
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특징 |
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보안 강화 및 패어링 향상을 위한 SSP(Secure Simple Pairing) |
AMP(Alternate MAC/PHY), High Speed |
Ultra-low power Bluetooth |
나. 유비쿼터스 구현을 위한 초광대역 무선기술 UWB의 개요
1) UWB(Ultra Wide band)의 정의
- 매우 낮은 전력을 사용하며, 초광대역의 주파수 대역으로 디지털 데이터를 전송하는 차세대 무선 전송 기술
2) UWB(Ultra Wide band)의 특징
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구분 |
내용 |
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전송방식 |
Baseband (변조하지 않고 그대로 전송하는 방식) 신호로 전송 |
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제작비용 |
송신기의 제작이 매우 쉽고 싼 가격으로 구현 |
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간섭현상 |
없음(GPS, PCS, WLAN 기능과 함께 하나의 기기에 통합가능) |
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전력사용 |
매우 낮은 스펙트럼 전력 사용, 송수신 기기의 소형화, 저전력화 |
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보안성 |
매우 우수(초기 군사용 목적) |
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MEMS기술 |
Micro Electro Mechanical system 기술 적용하여 기판 위에 집적화 시킴 |
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기타 |
거리 측정 가능 |
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상호호환성 |
제조사별 상호 호환성이 떨어짐 |
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기술 및 시장동향 |
- 표준의 방향성이 정해지지 못하고 규제의 환경이 안정되지 못함. 그리고 동종 기술(블루투스, 지그비 등)과의 치열한 경쟁과 상대적으로 높은 기술비용 등으로 UWB 업계가 부진에 빠져있는 상황. (2010년) - 주목할만한 UWB 적용분야 : 실시간 위치 추적시스템(RTLS), Wifi와 UWB조합인 USB(WUSB) 시스템, 군용기기,Radar 등. |
다. 대규모 센서 네트워킹 기술, Zigbee의 개요
1) Zigbee(Low Data Rate)의 정의
저속 전송속도로 집에 놓여 있는 다양한 가전제품 등을 리모콘 하나로 작동 시킬 수 있는 저속 WPAN 기술.
저전력, 저비용의 가정용 무선 네트워크 규격
2) Zigbee의 구조 및 특징
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구분 |
내용 |
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데이터 전송률 |
250Kbps |
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연결 가능 node |
최대 65,000개 slave 가능 |
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적용 거리 |
10 ~ 75m |
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주파수 대역 |
물리층: 868/915MHz, 2.4GHz |
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활동 온도 범위 |
-40 ~ +90도 |
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설계 기술 |
저전력 설계(수개월~수년사용), 최적화 변복조 설계 |
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다양한 네트워크 |
- Star형: 하나의 PAN coordinator를 중심으로 여러 기기가 토폴로지를 형성, 주로 홈오토메이션, 컴퓨터 주변기기 연결, 게임기기에서 사용. - Mesh형: 모든 디바이스간의 통신이 가능한 구조로써 자체 네트워크 구성 및 경로회복이 가능, 산업 컨트롤러와 무선 센서 네트워크에서 사용. - Cluster-tree형: 모든 FFD(Full Function Device)와 RFD(Reduced Function Device)가 Leaf node로 연결된 형태로써 모든 FFD가 PAN coordinator의 역할 수행이 가능, 망 확장성이 필요한 분야에 적용. |
3) Zigbee 네트워크 구성
- Zigbee 네트워크는 Coordinator 의 네트워크 생성으로부터 네트워크 확장을 위한 Router, 그리고 End Device 의 네트워크 참여로 구성
- IEEE 802.15는 무선랜의 표준화를 진행하는 IEEE 802.11과 분리된 근거리 무선통신 표준으로써, 그 아래 Bluetooth, UWB, ZigBee의 대표적인 WPAN 표준으로 분화됨.
라. WPAN 유형 비교.
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항목 |
블루투스 |
UWB |
ZigBee |
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기술및 표준 |
802.15.1 |
802.15.3a |
802.15.4 |
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주파수 대역 |
2.4GHz(ISM Band) |
3.1~10.6GHz |
868/916Mhz, 2.4Ghz |
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변조 |
FHSS |
QFK/PAM/PPM |
DSSS |
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MAC |
TDMA |
CDMA/OFDM |
CSMA/CA |
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전송속도 |
24Mbps (Bluetooth 4.0) |
500Mbps |
250K, 40K, 20Kbps |
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전송거리 |
10M~100M(3.0,4.0) |
20M |
10~100m |
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노드수 |
8 |
1 |
64000 |
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전송전력 |
1mW |
0.1mW |
-4~20(dBm) |
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네트워크구성 |
Point-toPoint Point-to-Multipoint |
Point-to-Point |
Cluster-tree, Star, Mesh |
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특징 |
- 음성, 팩스, AV 등 다양한 통신 지원 - 간섭현상발생 (IEEE802.11b와 주파수 겹침/ISM Band 특성) |
-간섭에내성이 강함 -초고속전송이 가능 -송수신회로 간략화 -거리측정 가능 -소비전력이 낮음 (블루투스의 1/4) |
- 저렴한 가격 -저속저전력 네트워킹 -긴 배터리 시간
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적용제품 군 |
중 저가품($5) |
고가품($10이하) |
초저가품($1.5~2.5) |
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활용 분야 |
-디지털음성전송 분야(헤드 셋, PC주변기기,PDA,Phone)모바일, 헬스, 의료분야로 확대 |
- Imaging System -Communication & Measurement Sys -Radar System |
- 센서간 통신 - Mouse 홈 오토메이션 산업 자동화 |
III. WPAN의 다양한 활용 및 기술 동향
가. WPAN의 다양한 활용분야
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활용 |
설명 |
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산업용 제어 |
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재난 관리 |
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원격제어 |
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자동차 제어 |
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홈 네트워크 및 정보가전 분야 |
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나. WPAN 기술동향
- WPAN과 WLAN은 2.4Ghz의 동일대역을 사용함으로 인해 네트워크 성능의 한계점 야기
- WPAN과 WLAN간의 간섭효과를 정량화하는 상호 공존 모델의 개발과 이를 상호 공존 방안의 개발을 추진
- 무선통신기술의 진화에 따른 WPAN기술의 발전 및 변화와 이에 따른 다른 무선망과의 연동방안 제시
다. WPAN 시장동향
- 저전력을 추구하는 WPAN 기술 연구가 그린 IT 표준화와 함께 근거리 통신 (블루투스), 홈 오토메이션 등에 분야로 활용도 높음.
- 홈 네트워크 및 다양한 활용 범위로 인해 시장성 및 다양한 기술연구 진행