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09 유무선 네트워크

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1. 통신과 네트워크의 기초

  • 통신(Communication)

    • 정보, 데이터, 메시지를 전달하는 총칭

  • 네트워크(Network)

    • Net(그물) + Work(일하다)의 합성어
    • 통신용 매체를 공유하는 여러 시스템이 프로토콜(통신 규약)을 사용하여 데이터를 주고받는 통신망

  • 기본 구성 요소

    • 송신기(Sender), 수신기(Receiver)
    • 전송매체(Media, 유/무선)
    • 데이터(Data)
    • 프로토콜(Protocol)

2. 통신 방식의 분류

데이터의 종류, 처리 방법, 방향성, 동기화 여부, 매체에 따라 분류된다.

  • 데이터 종류

    • 아날로그: 연속적인 값(소리, 온도 등), 거리 멀어지면 감쇄(증폭기 필요)
    • 디지털: 불연속적인 값(0과 1), 리피터(Repeater)로 신호 재생

  • 비트 처리(전송) 방법

    • 직렬(Serial): 한 비트씩 전송, 느리지만 저렴, 장거리 용이 (RS-232 등)
    • 병렬(Parallel): 여러 비트 동시 전송, 빠르지만 비쌈, 단거리 용이 (CPU-메모리 간)

  • 데이터 흐름 방향

    • 단방향(Simplex): 한쪽만 송신 가능 (TV, 라디오)
    • 반이중(Half Duplex): 양방향 가능하나 동시는 불가 (무전기)
    • 전이중(Full Duplex): 동시에 양방향 전송 가능 (전화기)

  • 동기화 여부

    • 비동기식: 별도 기준 클럭 없음, 시작/정지 비트 사용 (저렴)
    • 동기식: 기준 클럭에 맞춰 전송, 고효율

  • 전송 매체

    • 유선: 꼬임선(Twisted Pair - UTP/STP), 동축 케이블(CATV), 광섬유(고속, 보안 우수)
    • 무선: 전파 이용, 설치 용이하나 보안 취약 (이동통신 1G~5G 발전)
      • 모바일: 무선통신에서 이동 중 사용을 강조

  • 리피터: 디지털 통신의 거리 제한을 해결

3. 네트워크 방식의 분류

  • 구성 형태(Topology)

    • 버스(Bus): 하나의 케이블 공유, 구조 간단, 충돌 발생 가능 (CSMA/CD)
    • 스타(Star): 허브(Hub) 중심 연결, 유지보수 용이, 가장 일반적 (LAN, Wi-Fi)
    • 링(Ring): 원형 연결, 순차적 전송
    • 메시(Mesh): 그물망 연결, 경로 다중화로 신뢰성 우수 (ZigBee)

  • 접속(교환) 방법

    • 회선 교환
      • 경로 독점 (전화망)
      • 실시간성 우수
    • 패킷 교환
      • 데이터를 조각(패킷)내어 전송 (인터넷)
      • 회선 효율 높음

  • 규모

    • PAN(Personal): 개인 통신망 (Wi-Fi, Bluetooth, NFC, Zigbee, UWB 등)
    • HAN(Home): 가정의 디지털 장비들을 연결
    • LAN(Local): 근거리 통신망 (이더넷, FDDI 등)
    • MAN(Metropolitan): 도시 규모
    • WAN(Wide): 국가/전세계 규모 (인터넷)

  • 응용 분야

    • 인터넷, 사설망
    • 산업용 네트워크, 센서 네트워크, 자동차용 네트워크

4. 임베디드 시스템용 주요 무선 기술

IoT(사물인터넷) 확산으로 중요성이 커진 기술들이다.

  • Wi-Fi(무선랜)

    • 유선랜을 무선으로 변경하는 근거리 무선 기술 표준
    • 유선랜을 무선화, 고속, 1:1 통신, 전력 소모 상대적 큼
    • 인터넷 접속, 대용량 데이터
    • cf. IP 공유기의 NAT 기능: 고정 IP → 여러 개의 가상 유동 IP

  • Bluetooth

    • 휴대기기를 연결해 정보를 교환하는 근거리 무선 기술 표준
    • 저전력, 근거리(10m 내외), 2.4GHz ISM 대역, 페어링 필요
    • cf. ISM(Industrial Scientific and Medical): 산업, 과학, 의료용으로 할당된 주파수 대역

  • NFC(Near Field Communication, 근거리 무선 통신)

    • 무선 태그(RIFD) 기술 중 하나로 비접촉식 통신 기술
    • 초근거리(10cm 이내), 13.56MHz, 보안성/편의성 우수
    • 결제, 출입 통제, 티켓팅

  • ZigBee

    • 저속(250kbps), 저전력, 저비용, 메시(Mesh) 네트워크 지원
    • 유비쿼터스 센서 네트워크(USN), 스마트홈

5. 주요 산업 분야별 네트워크

  • 자동차용 네트워크

    • 수많은 ECU(전자제어장치) 간 통신 및 배선 절감을 위해 사용
    • CAN: 신뢰성 높음, 차량용 표준, 2선 차동 신호
    • LIN: 저속, 저가 (창문, 시트 제어 등)
    • FlexRay: 고속, 안전 중요 시스템 (X-by-Wire)
    • MOST: 멀티미디어용 광통신
    • Automotive Ethernet: 차세대 고속 네트워크

  • 산업용 네트워크(Fieldbus)

    • 공장 자동화를 위한 통신
    • 종류: PROFIBUS, CANopen, DeviceNet, Modbus(단순, 시리얼 기반), CC-Link
    • 최근 추세: EtherCAT, PROFINET 등 Ethernet 기반의 산업용 네트워크 확산

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