네트워크 간섭 회피 기술

이전 포스팅을 통해 현재 무선통신은 UHF, SHF 대역대의 주파수를 이용한다는 것을 알아보았습니다.

*페이지참조(하이퍼링크): 주파수와 주파수의 대역대

그 중 2.4GHz 대역은 세계 모든 나라에서 라이센스 비용이나 사용료 없이 사용할 수 있는 무료 주파수 대역대입니다. 그러다보니 많은 통신 표준들이 2.4GHz를 사용하고 이는 무선통신 환경에서 많은 간섭으로 나타납니다.

Wifi는 가장 유명한 2.4GHz 대역의 표준입니다. Bluetooth, ZigBee, Thread 등도 유명하죠. 이런 무선 표준은 단일 채널 시스템이며 모두 하나의 특정 주파수 채널에서 연결됩니다.

단일 채널로 연결되면 네트워크에 물리적으로 근접한 다른 곳에서 또다른 네트워크망이 있다거나, 네트워크 망 안에 다른 표준의 무선 장치가 있다거나, 장애물(벽, 사람, 배관 등)이나 전자기장이 나오는 장치(전자렌지 등)이 있는 환경에서 간섭에 매우 취약해지는 경향이 있습니다.

사람이 전화를 걸거나 인터넷을 사용할 때 잠깐 연결이 안 되거나, 속도가 느려지는 것은 너무 흔한 일이라 그냥 넘어가게 되지만, 산업현장에서 조명, 환기, 난방 등의 건물관리시스템(BMS)를 무선으로 제어하는 경우에는 이러한 간섭은 반드시 배제해야합니다.

간섭을 회피하기 위해 기존 무선통신 표준에 적용된 기술은 다음과 같습니다.

(1)Listen before talk
채널이 비어있는(사용하지 않는) 경우에만 통신이 연결됩니다. 즉 채널이 사용중이라면 통신이 불가합니다.

(2)Frequency agility
채널이 사용중이라면 보다 간섭이 적은 채널(전환가능한 채널이 있는 경우)로 변환합니다. 채널을 변환 할 때 통신의 끊김이 발생하게 됩니다. 네트워크 규모가 커질 경우 문제 발생 시점(간섭)과 통신 끊김 시점(채널 변환)에 시간차로 인해 오류 원인 추적이 까다롭습니다.

(3)Frequency hopping
채널에 간섭이 심할 때 송신기와 수신기에 미리 정해진 채널변환목록을 기반으로 간섭이 약한 채널에 도착할 때까지 빠르게 채널을 전환하는 기술입니다. 네트워크 사용자가 적은 환경에서는 괜찮지만 밀도가 높은 도시지역과 같은 네트워크 환경에서는 호핑만 계속될 수도 있습니다.

(4)Adaptive frequency hopping (AFH)
정해진 채널변환목록 중 유효하지 않다(다른 기기가 상시 사용 중이라거나)고 판단한 채널을 자동으로 식별하여 제외하는 기능이 추가된 기술입니다. 한번 차단된 채널은 작업자가 목록을 재설정하기 전까지 계속해서 배제됩니다.

사무공간에서 2.4GHz 대역대 무선통신 상황 예시

(1)한밤중