13. 모바일 네트워크

64. 모바일 네트워크

휴대전화나 이동 통신 등에 이용되는 광역 무선 네트워크

구성 요소:

휴대 단말기
기지국
교환국
휴대 단말기의 통신은 완전히 디지털화되어 있음

무선과 전용 회선을 사용하는 모바일 네트워크

네트워크 구조:

[휴대 단말기]
     |
     | (무선 연결)
     ↓
[기지국] -------- (전용 회선/유선) -------- [교환국]
     |                                      |
     | (무선)                          (전용 회선)
     ↓                                      ↓
[다른 단말기]                          [다른 교환국]

동작 원리:

무선 구간: 휴대 단말기 ↔ 기지국
- 음성이나 데이터를 무선으로 송수신
유선 구간: 기지국 ↔ 교환국
- 일반적으로 전용 회선(유선)으로 연결
라우팅: 교환국의 역할
- 전화번호로 연결 상대방의 교환국 찾기
- 상대방과 연결 가능한 기지국에 연결
- 단말기가 어떤 기지국과 통신 가능한지 관리

핸드오버 (Handover)

[기지국 A 영역]        [기지국 B 영역]
      |                      |
      |  [이동하는 단말기]    |
      |         →            |
      |              →       |
      |                   →  |
      |                      |
   연결 중              연결 전환

핸드오버란?

단말기가 이동할 때 통신 가능한 기지국을 적절히 전환하는 기술
통화 중에도 끊김 없이 기지국 간 전환
교환국이 단말기의 위치 정보를 실시간으로 관리

네트워크 통신 방식

모바일 네트워크의 특징:

휴대 단말기의 모든 통신은 디지털화되어 있음
패킷 교환망 사용
공중전화교환망(PSTN)과는 다른 구조

다중 접속 방식 (Multiple Access)

1. FDMA (Frequency Division Multiple Access)

주파수 분할 다중 접속

주파수 대역 분할:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[채널 1] f1 ━━━━━━━━━ 사용자 A
[채널 2] f2 ━━━━━━━━━ 사용자 B
[채널 3] f3 ━━━━━━━━━ 사용자 C
[채널 4] f4 ━━━━━━━━━ 사용자 D

→ 각 사용자가 다른 주파수 대역 사용

특징:

반송파를 특정 주파수 대역의 채널마다 분할
아날로그 통신 방식의 모바일 네트워크에 이용
1세대 이동통신에서 주로 사용

2. TDMA (Time Division Multiple Access)

시간 분할 다중 접속

시간별 채널 분할:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

시간 →
[A][B][C][D] [A][B][C][D] [A][B][C][D]
 t1  t2  t3  t4 t5  t6  t7  t8 ...

→ 같은 주파수를 시간대별로 나누어 사용

종류:

TDMA/TDD (Time Division Duplex)
- 상하 방향으로 같은 주파수 대역 사용
- 시간으로 송신/수신 구분
TDMA/FDD (Frequency Division Duplex)
- 상하 방향으로 다른 주파수 대역 사용
- 송신과 수신이 각각 다른 주파수

3. CDMA (Code Division Multiple Access)

코드 분할 다중 접속

코드 분할 원리:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

같은 주파수 대역에서:
사용자 A: 신호 × 코드 A → 전송
사용자 B: 신호 × 코드 B → 전송
사용자 C: 신호 × 코드 C → 전송

수신측:
혼합된 신호 × 코드 A = 사용자 A 데이터 추출
혼합된 신호 × 코드 B = 사용자 B 데이터 추출

→ 서로 다른 코드로 신호를 구분

특징:

동일한 주파수 대역에서 다수의 신호 전송
스펙트럼 확산으로 노이즈나 간섭에 강함
3세대 이동통신부터 본격 사용

주요 용어 정리

용어	설명
교환국	지역 내 여러 기지국을 통합하여 다른 교환국으로 중계하는 설비
반송파	통신을 하기 위해 기본적으로 사용하는 일정한 주파수의 신호. 음성이나 데이터를 실어 변조함
스펙트럼 확산	원래 신호를 변조하여 넓은 주파수 대역으로 확산해서 통신하는 기술
다수 신호 전송	여러 송신자의 신호에 서로 다른 코드를 곱하여 각각의 송신자 코드로 연산함으로써 원하는 송신자 데이터를 추출

65. 4G/5G

모바일 네트워크 통신 규격

세대별 진화:
통신 규격은 세대별로 특징이 있으며, AI 개발이나 IoT 기기 보급 등에 대응하고자 지속적인 기술 발전이 요구되고 있음

이동통신 세대별 발전

모바일 네트워크 진화:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

1G (1세대)
└─ 아날로그 음성 통화
   └─ FDMA 방식

2G (2세대)
└─ 디지털 음성 + 문자
   └─ GSM, PDC
   └─ 패킷 교환 방식 도입

3G (3세대)
└─ 모바일 인터넷
   └─ TDMA + CDMA
   └─ HSPA, LTE 진화

4G (4세대)
└─ 고속 모바일 브로드밴드
   └─ LTE-Advanced
   └─ 대용량, 고속

5G (5세대)
└─ 초고속, 초저지연, 초연결
   └─ 10Gbps / 1ms 지연 / 100만 대 동시 접속

세대별 상세 설명

1세대 이동통신 시스템 (1G)

기술: FDMA 이용한 아날로그 통신
대표: 자동차 전화
특징: 음성 통화만 가능

2세대 (2G)

기술: GSM, PDC 등
특징:
- 패킷 교환 방식 도입
- 디지털화 시작
- 문자 메시지(SMS) 가능

3세대 (3G)

기술: TDMA + CDMA
개선: 주파수, 전송 속도 향상
확장:
- HSPA (High Speed Packet Access)
- LTE (Long Term Evolution)

4세대 (4G)

개선: 주파수, 변조 방식 최적화
특징: 빠르고 대용량화된 모바일 네트워크
활용: 모바일 동영상 스트리밍, 고화질 콘텐츠

5세대 (5G)

목표 성능:

전송 속도: 10Gbps
통신 지연: 1밀리초 이내
동시 접속: 100만 대

5G의 3대 특징

5G 핵심 성능:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[초고속]
  └─ 10Gbps 전송
     └─ 4K/8K 콘텐츠 실시간 시청

[초저지연]
  └─ 1ms 이내
     └─ 로봇 원격 조작
     └─ 자율주행

[초연결]
  └─ 100만 대 동시 접속
     └─ IoT 기기
     └─ 센서 네트워크

주요 기술 용어

약어	전체 명칭	설명
HSPA	High Speed Packet Access	3G의 W-CDMA를 개량하여 주로 하향 방향 통신을 고속화시킨 통신 규격
LTE	Long Term Evolution	3G를 고속, 대용량화하여 4G나 5G에 연결하는 통신 규격. 3.9G라고도 함
OFDMA	Orthogonal Frequency Division Multiple Access	LTE의 핵심 통신 방식
MIMO	Multiple Input Multiple Output	다중 안테나 기술
QAM	Quadrature Amplitude Modulation	변조 방식

4K/8K 콘텐츠:

텔레비전 화면의 해상도를 가로 방향의 화소수로 표현
4K: 약 3840 화소
8K: 약 7680 화소
이 해상도에 대응하는 고화질 영상 콘텐츠

LTE 기술 구성

LTE 실현 기술:

LTE 핵심 기술 조합:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[통신 방식]
  └─ OFDMA
     └─ 주파수 효율 극대화

[안테나 기술]
  └─ MIMO
     └─ 다중 안테나로 처리량 증대

[변조 방식]
  └─ QAM
     └─ 높은 데이터 밀도

→ 이 3가지 기술의 조합으로 고속 대용량 실현

변조 (Modulation)

Point: 변조란?

전파로 정보를 보내려면 반송파라고 하는 기본적인 파형의 진폭이나 주파수, 위상 등을 변화시킴으로써 정보를 갖게 함. 이렇게 변화시키는 것을 변조라고 함.

변조 원리:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[원본 데이터]
  1  0  1  1  0

       ↓ 변조

[반송파에 실림]
진폭 변조(AM):  ∩∩ ∩∩∩ ∩∩
주파수 변조(FM): ∿∿ ∿∿∿ ∿∿
위상 변조(PM):  ~~ ~~~ ~~

→ 일정한 법칙으로 파형을 변화시켜
   소리나 비트 데이터를 표현

66. 로컬 5G

특정 구역에 구축하는 5G 네트워크

개념:
5G에는 일반 모바일 네트워크 이외에 IoT 기기나 로봇 제어 등에 응용 가능한 사업자를 위한 로컬 5G가 있음. 공장이나 창고 내부, 상업 시설처럼 제한된 구역에서 서비스에 이용할 수 있음

제한된 범위에서 5G 네트워크 사용

기술적 특징:

로컬 5G 주파수 특성:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[사용 주파수]
  ├─ 4.5GHz 대역
  └─ 28GHz 대역

[장점]
  ✓ 고속 대용량 전송
  ✓ 저지연 통신

[단점]
  ✗ 장애물에 약함
  ✗ 높은 전력 소모

[해결책]
  → 기지국을 4G보다 세밀하게 설치

일반 5G vs 로컬 5G:

일반 5G (전국 서비스):
  └─ 전국 커버리지
     └─ 많은 기지국 필요
     └─ 통신사 제공

로컬 5G (특정 구역):
  └─ 제한된 영역
     └─ 적은 기지국으로 가능
     └─ 기업/지자체 직접 구축
     └─ 정비 용이

로컬 5G의 장점

실시간 제어:

저지연 특성으로 실시간 로봇 제어
자율주행 지원
공장 내 기계 제어

유연한 구축:

공장 안에 5G 안테나 설치로 충분
특정 구역/대형 시설 전용 네트워크
지방자치단체, 기업, 공업단지 등에서 활용

보안 강화:

사업자별로 독립된 네트워크 구축
외부 침입 차단
데이터 보안 강화

활용 사례

1. 교통 분야

[노선 버스 경로]
     |
     | 로컬 5G
     ↓
[자율주행/원격 조종]
  └─ 실시간 제어
  └─ 영상 전송

2. 공장/창고

[로봇/드론]
     |
     | 로컬 5G
     ↓
[중앙 제어 시스템]
  └─ 자율 작업
  └─ 무인 공장
  └─ 무인 창고

3. 상업 시설

[입점자/사업자]
  └─ 네트워크 서비스 제공

[방문 고객]
  └─ VR/AR 서비스
  └─ 실감형 쇼핑 경험

VR/AR 기술

VR (Virtual Reality) - 가상현실

전용 고글에 3D CG 영상 투영
완전한 가상 세계 체험
게임, 교육, 시뮬레이션에 활용

AR (Augmented Reality) - 증강현실

카메라에 비치는 현실 영상에 VR 콘텐츠 합성
현실과 가상의 융합
네비게이션, 쇼핑, 산업 현장에 활용

VR vs AR:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[VR]
  └─ 100% 가상 세계
     └─ [고글로만 보임]

[AR]
  └─ 현실 + 가상 오버레이
     └─ [현실 위에 정보 표시]

67. 이동 통신

휴대 단말기를 사용하는 통신 서비스

정의:

넓은 의미: 단말기나 기지국 중 어느 하나 또는 양쪽이 이동할 수 있는 통신 기술
좁은 의미: 휴대 단말기를 사용하는 통신 서비스 (스마트폰, 노트북, 업무용 무선 등)

BWA (Broadband Wireless Access)

2.5GHz 대역을 사용하는 통신 서비스

BWA 분류:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[모바일 WiMAX]
  └─ 광역 서비스
     └─ 통신 사업자 대상
     └─ 넓은 커버리지

[지역 WiMAX]
  └─ 특정 구역 한정
     └─ 공공 서비스 향상
     └─ 전파 도달 어려운 지역 대체

공통 특징:

2.5GHz 대역폭 이용
LTE나 OFDMA 확장 기술 사용
핸드오버 기능 지원

모바일 WiMAX 서비스

현재: WiMAX 2+

사양:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

주파수 대역: 2.5GHz
통신 방식:   WiMAX Release 2.1
통신 속도:   하향 440Mbps
            상향 75Mbps
            (사양상 최대치)

주요 용도:

스마트폰
노트북용 모바일 Wi-Fi 라우터

특성:

[장점]
  ✓ 안정적인 통신 속도
  ✓ 품질 보장

[단점]
  ✗ 터널, 지하에서 전파 도달 어려움
  ✗ 건물 내부 수신 약함

→ 연결만 되면 안정적

주요 기술 용어

용어	설명
OFDMA	Orthogonal Frequency Division Multiple Access (직교 주파수 분할 다중 접속). 주파수 대역을 세분화하여 다수의 신호를 전송하는 통신 방식
TD-LTE	Time Division LTE. 상향과 하향에서 시간마다 채널을 분할하여 다수의 패킷을 송신하는 LTE 방식
모바일 Wi-Fi 라우터	모바일 네트워크 통신 모듈과 Wi-Fi 액세스 포인트 기능을 갖춘 기기. 노트북 등을 Wi-Fi로 연결하여 통신사의 모바일 네트워크로 인터넷 접속

68. Wi-Fi

IEEE 802.11 시리즈에서 무선 접속을 하는 기술

개요:

무선 LAN의 일종
IEEE 802.11 시리즈에 규정
Wi-Fi Alliance에서 대응 기기 인증
규격은 이용 주파수 대역이나 통신 속도에 따라 a, b, g, n, ac, ax 등으로 구분

Wi-Fi 주파수와 전송의 특성

전파 특성의 기본 원리:

주파수와 성능의 관계:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

주파수 ↑
  │
  ├─ 전송 속도 ↑
  ├─ 도달 거리 ↓
  ├─ 차폐물 영향 ↑
  └─ 소비 전력 ↑

2.4GHz vs 5GHz 비교:

[2.4GHz 대역]
  장점:
    ✓ 긴 도달 거리
    ✓ 벽 투과력 좋음
  단점:
    ✗ 낮은 속도
    ✗ 간섭 많음 (전자레인지, 블루투스)

[5GHz 대역]
  장점:
    ✓ 빠른 전송 속도
    ✓ 간섭 적음
  단점:
    ✗ 짧은 도달 거리
    ✗ 벽 투과력 약함

다중화 효율과 고급 기술

채널 할당:

5.0~5.1GHz 대역 (100MHz):
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

1회선당 20MHz 할당 시:
[채널1][채널2][채널3][채널4][채널5]
  20MHz  20MHz  20MHz  20MHz  20MHz

→ 5개의 독립 채널 사용 가능

MIMO (Multiple Input Multiple Output)

다중 안테나 기술:

MIMO 원리:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[송신기]                    [수신기]
안테나1 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 안테나1
안테나2 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 안테나2
안테나3 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 안테나3
안테나4 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 안테나4

→ 여러 안테나를 묶어 고대역 채널 생성
→ 전송 속도 대폭 향상

MIMO 종류:

SU-MIMO (Single User MIMO)
- 하나의 단말기가 여러 안테나 동시 사용
- 속도 향상
MU-MIMO (Multi User MIMO)
- 다수의 단말기가 안테나 공유
- 효율성 향상

빔포밍 (Beamforming)

지향성 전파 제어:

빔포밍 원리:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[액세스 포인트]
  ∧ ∧ ∧ ∧  (2차원 안테나 배열)
  └─┴─┴─┘
     │
     ↓ (특정 방향 집중)
    [단말기]

안테나별 출력과 위상 조정
→ 특정 방향의 전파 강도 변경
→ 원하는 단말기에 신호 집중

효과:

특정 단말기 방향으로 신호 집중
전파 효율 증대
간섭 감소

69. 공중 무선 LAN

공공 시설이나 상업 시설에 설치된 무료/유료 Wi-Fi 서비스

설치 장소:

공항, 역 등 공공 시설
호텔, 카페
쇼핑몰
상업 시설

시설이나 점포 등에서 이용할 수 있는 무선 LAN

현재 추세:

공중 무선 LAN 보급 배경:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[인터넷 트래픽 증가]
        ↓
[통신사 설비 부담 증가]
        ↓
[트래픽 분산 필요]
        ↓
[공중 무선 LAN 확대]

→ 스마트폰 트래픽을 Wi-Fi로 분산
→ 무료 액세스 포인트 증가

사용자 혜택:

외출 중에도 인터넷 접속
데이터 요금 절약
고속 인터넷 이용

주요 보안 위협

⚠️ 주의점: 공중 무선 LAN은 보안이 취약함

보안 위협:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[위협 1] 도청
  └─ 암호화되지 않은 통신 감청

[위협 2] 중간자 공격 (MITM)
  └─ 통신 가로채기
  └─ 데이터 변조

[위협 3] Evil Twin (악성 AP)
  └─ 가짜 액세스 포인트 설치
  └─ 사용자 속여 접속 유도

[위협 4] 세션 하이재킹
  └─ 세션 쿠키 탈취

대응 방법:

안전한 사용 수칙:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

✓ HTTPS 사이트만 이용
✓ VPN 사용
✓ 중요한 금융 거래 자제
✓ 자동 연결 비활성화
✓ 파일 공유 기능 끄기
✓ 신뢰할 수 있는 AP만 사용

70. LPWA

LPWA = Low Power Wide Area

저소비 전력과 장거리 통신을 특징으로 하는 무선 통신 기술

성능 특성:

통신 범위: 수 km ~ 수십 km
통신 속도: 100bps ~ 1Mbps (낮게 억제)
저소비 전력: 배터리 수년 동작 가능

IoT 기기나 임베디드 기기 등에서 사용되는 LPWA

개발 배경:

LPWA의 목표:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[저소비 전력]
  └─ 배터리 장기 사용
     └─ IoT 기기에 적합

[장거리 통신]
  └─ 넓은 커버리지
     └─ 기지국 적게 필요

→ 스마트폰 외 IoT/임베디드 기기의
   무선 접속 용이화

대상 기기:

IoT 기기
임베디드 기기
센서
계량기

LPWA 분류

라이선스 밴드 (Licensed Band)

[라이선스 밴드]
  └─ 면허 필요
     └─ LTE 기반 통신
     └─ 모바일 사업자 대역 사용
     └─ NB-IoT, LTE-M 등

특징:
  ✓ 안정적 통신
  ✓ 넓은 커버리지 (기지국 범위 내)
  ✓ 유료 서비스

언라이선스 밴드 (Unlicensed Band)

[언라이선스 밴드]
  └─ 면허 불필요
     └─ 920MHz 대역 등 사용
     └─ LoRa, Sigfox 등

특징:
  ✓ 무료 사용 가능
  ✓ 자유로운 구축
  ✓ 간섭 가능성

LPWA의 통신 거리와 통신 속도

통신 거리:

라이선스 밴드:
  └─ 모바일 네트워크 사업자 기지국 범위 내

언라이선스 밴드:
  └─ 수 km ~ 수십 km
     (규격에 따라 차이)

통신 속도:

속도 범위:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

100bps ━━━━━━━━━━━━━━━━━ 1Mbps

→ 대용량 데이터 전송 불필요한
   IoT 기기에 적합
→ 저속으로 저소비 전력 실현

활용 사례

1. 스마트 미터

[가스/수도/전력 계량기]
        |
        | LPWA 무선 전송
        ↓
    [관리 센터]

기능:
  ✓ 원격 검침
  ✓ 사용량 모니터링
  ✓ 원격 공급 제어

스마트 미터란?

무선 또는 유선 통신 기능을 갖춘 전력 계량기
전력 사용량 등을 무선으로 전송
사람이 검침할 필요 없음
전력 공급 제어도 원격으로 가능
재해 대응이나 유지 보수에 효과적

2. 원격 감시

[농장/공원 센서]
        |
        | LPWA
        ↓
   [모니터링 시스템]

활용:
  ✓ 토양 습도 모니터링
  ✓ 온도 감시
  ✓ 침입 감지

3. 자산 추적

[화물/차량 위치 추적기]
        |
        | LPWA
        ↓
    [관리 시스템]

활용:
  ✓ 물류 추적
  ✓ 차량 관리
  ✓ 자산 위치 파악

71. 블루투스/NFC

근거리 무선 통신 기술

공통점:

근거리 무선 통신
단말기 간 연결

차이점:

블루투스: 스마트폰과 주변 기기 연결
NFC: 비접촉식 IC 카드 통신

블루투스 (Bluetooth)

소형 전자 단말기용 근거리 통신 규격

블루투스 기본 정보:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

주파수:    2.4GHz (ISM 밴드)
통신 거리:  약 10m (Class 2 기준)
용도:      주변 기기 연결

ISM 밴드 (Industrial Scientific Medical Band):

원래 산업, 과학, 의료 용도로 ITU가 할당
2.4GHz와 5GHz 대역
Wi-Fi, 블루투스 등이 사용

블루투스 특징

페어링 (Pairing):

페어링 과정:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[스마트폰]              [블루투스 이어폰]
     |                        |
     |----① 검색 시작-------→|
     |                        |
     |←---② 기기 발견---------|
     |                        |
     |----③ 페어링 요청------→|
     |                        |
     |←---④ 페어링 수락-------|
     |                        |
     |  연결 정보 저장         |  연결 정보 저장
     |                        |
     | ←====연결 유지====→ |

→ 한 번 페어링하면 자동 재연결

활용:

무선 이어폰/헤드폰
키보드/마우스
스피커
스마트워치

BLE (Bluetooth Low Energy)

저전력 블루투스:

BLE 특징:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

전력 소비: 극소
배터리 수명: 리튬 전지 하나로 1년 이상 동작

활용:
  ✓ 웨어러블 기기
  ✓ 비콘 (Beacon)
  ✓ IoT 센서
  ✓ 헬스케어 기기

NFC (Near Field Communication)

비접촉형 IC 카드 통신 기술

NFC 기본 정보:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

주파수:    13.56MHz
통신 거리:  약 10cm 이내
전원:      비접촉으로 전력 공급 가능

블루투스 vs NFC 비교

구분	블루투스	NFC
주파수	2.4GHz	13.56MHz
통신 거리	약 10m	약 10cm
전력	낮음 (BLE는 매우 낮음)	매우 낮음 (수동형은 불필요)
페어링	필요	불필요 (즉시 연결)
연결 속도	수 초	0.1초 이하
용도	지속적 연결 (음악, 데이터 전송)	일회성 접촉 (결제, 태그)

NFC 활용 사례

[교통카드]
  └─ 태그만으로 결제
     └─ 전원 불필요

[모바일 결제]
  └─ 스마트폰으로 결제
     └─ 빠른 인증

[스마트 태그]
  └─ 정보 읽기/쓰기
     └─ 제품 정보, 광고

ITU (International Telecommunication Union)

국제전기통신연합:

유엔 전문 기관 중 하나
전파의 국제적 분배
혼선 방지를 위한 국제 조정
이동 통신 등 표준화 촉진

72. 센서 네트워크

IoT 기기와 다양한 센서를 연결해서 구성한 네트워크

규격:

IEEE 802.15.4
구현 예: ZigBee

센서를 연결한 센서 네트워크

구성 센서 종류:

센서 네트워크 구성:
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[센서 종류]
  ├─ 온도계
  ├─ 카메라
  ├─ 압력 센서
  ├─ 가속도 센서
  ├─ 적외선 센서
  ├─ 습도 센서
  └─ 조도 센서

       ↓ 측정 데이터

[네트워크로 전송]
       ↓

[호스트 장치/중앙 관리 서버]
  └─ 데이터 수집
  └─ 분석
  └─ 제어

네트워크 연결 형태

스타형 (Star Topology)

     [센서 1]
         |
     [센서 2] ---- [중앙 허브] ---- [센서 3]
         |
     [센서 4]

→ 가장 일반적인 형태

자율형 (Mesh Topology)

[센서 1] ←→ [센서 2]
    ↕          ↕
[센서 3] ←→ [센서 4]
    ↕          ↕
[센서 5] ←→ [센서 6]

→ IoT 기기 연결 시 유용
→ 노드 간 자율적 통신

무선 연결 특징

기술 사양:

IEEE 802.15.4 기반:
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주파수:     2.4GHz
통신 속도:  250kbps
최대 노드:  65,535개
암호화:     AES-128

장점:

유선 연결 불필요
현장 설치 용이
많은 센서 연결 가능
보안 (암호화)

IEEE 802.15.4를 구현한 ZigBee

ZigBee 개요:

ZigBee 활용 분야:
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[인텔리전트 빌딩]
  └─ 빌딩 자동화
     └─ 전력, 에어컨, 방범 통합 관리

[공장]
  └─ 설비 모니터링
     └─ 자동화 시스템

[우주]
  └─ NASA 화성 탐사차
     └─ 드론 통신

ZigBee 네트워크 형태

1. 메시형 (Mesh)

메시형 네트워크:
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[ZigBee 코디네이터]
        |
        | (네트워크 관리)
        ↓
[노드들이 자율적으로 연결]

[노드1] ←→ [노드2] ←→ [노드3]
   ↕         ↕         ↕
[노드4] ←→ [노드5] ←→ [노드6]

특징:
  ✓ 자율적 경로 설정
  ✓ 장애 시 우회 가능
  ✓ 넓은 커버리지

2. 스타형 (Star)

스타형 네트워크:
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        [ZigBee 라우터]
             /  |  \
            /   |   \
           /    |    \
      [노드1][노드2][노드3]

특징:
  ✓ 중앙 집중 관리
  ✓ 간단한 구조
  ✓ 빠른 응답

ZigBee 동작 특성

슬립 모드 (Sleep Mode):

슬립 모드 동작:
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[신호 없음]
    ↓
[슬립 모드]
    └─ 저전력 대기

[신호 감지]
    ↓
[몇 초 안에 복귀]
    └─ 정상 동작

→ 배터리 수명 극대화

인텔리전트 빌딩

지능형 빌딩:

인텔리전트 빌딩 통합 시스템:
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[센서 네트워크]
     ↓
[중앙 관리 시스템]
     |
     ├─ 전력 관리
     ├─ 에어컨 제어
     ├─ 방범 시스템
     ├─ 조명 제어
     └─ 유지보수 관리

→ 통합 관리로 효율 극대화
→ 에너지 절약
→ 보안 강화

센서 네트워크의 역할:

각 구역의 상태 모니터링
실시간 데이터 수집
자동 제어
이상 감지 및 알림

필수성:

인텔리전트 빌딩 구현에 센서 네트워크는 필수적
건물 전체의 상태를 실시간으로 파악
효율적인 관리와 제어 가능