정보통신기기I ) 자동 재전송 방식(ARQ)에 대해서 설명하시오.

문서 내 토픽

1. ARQ의 개요, 정지대기 ARQ 원리 및 특징

ARQ는 Automatic Repeat reQuest의 약자로, 데이터 전송 중 오류 검출 및 복구를 위한 기술이다. ARQ는 신뢰성이 보장되어야 하는 통신 시스템에서 많이 사용된다. ARQ는 기본적으로 3가지 요소로 구성된다. 첫째, 송신자는 데이터를 분할하여 일정한 크기의 프레임으로 나눈다. 둘째, 수신자는 데이터를 수신하여 CRC 등의 오류 검출 코드를 이용해 오류를 검출한다. 셋째, 오류가 검출된 경우, 수신자는 이를 송신자에게 알리고, 송신자는 이에 대한 응답을 수신자에게 보낸다. 이를 토대로, 오류가 발생한 프레임을 재전송하거나 다음 프레임을 전송한다. 정지대기 ARQ(Stop-and-Wait ARQ)는 가장 간단한 ARQ 방식 중 하나이다. 송신자는 데이터를 프레임 단위로 분할하여 전송하고, 수신자는 데이터를 수신한 후, 오류 검출을 수행하고, 오류가 없으면 응답 프레임을 송신자에게 전송한다. 송신자는 이를 수신한 후, 다음 프레임을 전송하거나 이전 프레임을 재전송한다. 이 과정은 일종의 반복적인 과정으로 이루어진다.
2. GO back N ARQ 원리 및 특징

GO back N ARQ은 네트워크상에서 데이터 전송 시 오류 제어 프로토콜 중 하나이다. 이는 수신자로부터 확인응답(ACK)을 받기 전에 여러 개의 프레임을 보내는 ARQ 프로토콜의 한 종류이다. Go-Back-N ARQ의 동작 방식은 다음과 같다. 먼저, GO back N ARQ에서 송신자는 일련 번호(sequence number)를 부여하여 여러 개의 프레임을 구별한다. 이때 일련번호는 윈도우 크기(window size)보다 작은 값으로 구성된다. 윈도우 크기는 송신자가 수신자로부터 확인응답을 받지 않고 보낼 수 있는 프레임의 최대 개수를 의미한다. 송신자는 윈도우 안에 있는 모든 프레임을 전송한다. 수신자는 이를 받고, 프레임을 확인한 후, 해당 일련번호의 확인응답을 송신자에게 보낸다. 만약 수신자가 프레임을 받지 못하거나 프레임의 오류를 발견한 경우, 수신자는 송신자에게 이를 알리고, 송신자는 해당 프레임부터 다시 전송을 시작한다.
3. Selective-Repeat ARQ와 적응형 ARQ 원리 및 특징

Selective-Repeat ARQ은 ARQ의 한 형태로, 송신 측에서 여러 프레임을 연속적으로 전송하고, 수신 측에서는 이들 프레임 중에서 분실된 프레임만 재전송을 요청하는 방식이다. Selective-Repeat ARQ의 원리는 다음과 같다. 송신 측에서는 윈도우 내에 속하는 일정 개수의 프레임을 전송한다. 수신 측에서는 받은 프레임들 중에서 손상된 프레임들만 별도로 재전송을 요청한다. 송신 측은 수신 측으로부터 재전송을 요청받은 프레임들만 다시 전송하고, 이어서 윈도우를 한 칸씩 이동시킨다. 적응형 ARQ는 전송 환경의 변화에 따라 전송 중의 패킷 손실률을 모니터링하며, 적절한 재전송 시점과 방식을 선택하는 ARQ 방식이다. 적응형 ARQ는 패킷 손실률을 측정하고, 이를 기반으로 재전송 여부와 방식을 결정한다.
4. 오류제어 상 고려사항

오류 제어(Error Control)는 데이터 통신에서 전송되는 데이터에 발생할 수 있는 오류를 검출하고 수정하는 기술을 말한다. 오류 제어는 크게 두 가지 방식으로 구현된다. 첫 번째 방식은 FEC(Forward Error Correction)이며, 두 번째 방식은 ARQ(Automatic Repeat reQuest)이다. 오류 제어를 구현할 때 고려해야 할 사항은 오류 검출 코드 선택, 재전송 제어, 수신 측 처리 속도 고려, 혼잡 제어, 타이머 설정, 오류 정정 기술 적용 등이다. 이러한 고려 사항을 기반으로 오류 제어 기술을 설계하고 구현함으로써 데이터 통신의 신뢰성을 높일 수 있다.
5. 대역폭이 4kHz인 PSTN 통신망에 신호전압이 31.5μV, 잡음전압이 4μV인 경우 이론적 최대전송용량을 계산하시오.

이론적 최대전송용량은 샤넌의 전송속도 공식을 사용하여 계산할 수 있다. SNR = 20log(31.5/4) = 17.925이다. C = 4000log2(1 + 17.925) = 16,969 bps이다. 따라서 대역폭이 4kHz인 PSTN 통신망에서 신호전압이 31.5μV, 잡음전압이 4μV인 경우 이론적 최대전송용량은 16,969 bps이다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. ARQ의 개요, 정지대기 ARQ 원리 및 특징

ARQ(Automatic Repeat Request)는 데이터 전송 과정에서 발생할 수 있는 오류를 자동으로 감지하고 재전송하는 오류 제어 기법입니다. 정지대기 ARQ는 가장 기본적인 ARQ 방식으로, 송신측에서 데이터를 전송한 후 수신측의 응답을 기다리는 방식입니다. 수신측에서 오류가 감지되면 부정 응답을 보내고, 송신측은 해당 데이터를 재전송합니다. 이 과정을 성공적인 데이터 전송이 이루어질 때까지 반복합니다. 정지대기 ARQ는 구현이 간단하지만 데이터 전송 효율이 낮다는 단점이 있습니다. 특히 전송 지연이 큰 환경에서는 성능이 저하될 수 있습니다.
2. GO back N ARQ 원리 및 특징

GO back N ARQ는 정지대기 ARQ의 단점을 보완한 방식입니다. 송신측에서 N개의 데이터 프레임을 연속적으로 전송하고, 수신측에서 오류가 감지되면 N개의 프레임을 모두 재전송합니다. 이를 통해 전송 효율을 높일 수 있습니다. 하지만 오류가 발생할 경우 불필요한 재전송이 발생할 수 있다는 단점이 있습니다. GO back N ARQ는 전송 지연이 큰 환경에서도 정지대기 ARQ에 비해 성능이 좋으며, 데이터 전송 효율이 높습니다. 따라서 신뢰성과 효율성이 중요한 통신 환경에서 널리 사용되고 있습니다.
3. Selective-Repeat ARQ와 적응형 ARQ 원리 및 특징

Selective-Repeat ARQ는 오류가 발생한 프레임만 선택적으로 재전송하는 방식입니다. 이를 통해 GO back N ARQ에 비해 불필요한 재전송을 줄일 수 있어 전송 효율이 높습니다. 하지만 구현이 복잡하고 버퍼 관리가 어렵다는 단점이 있습니다. 적응형 ARQ는 채널 상태에 따라 ARQ 방식을 동적으로 변경하는 기법입니다. 채널 상태가 좋을 때는 Selective-Repeat ARQ를 사용하고, 채널 상태가 나쁠 때는 GO back N ARQ로 전환하는 식입니다. 이를 통해 채널 환경에 맞춰 최적의 성능을 발휘할 수 있습니다. 적응형 ARQ는 복잡도가 높지만 다양한 통신 환경에서 우수한 성능을 보입니다.
4. 오류제어 상 고려사항

오류 제어 기법을 설계할 때는 다음과 같은 사항들을 고려해야 합니다. 첫째, 채널 환경에 따른 오류 특성을 파악해야 합니다. 채널 환경이 좋은지, 나쁜지, 오류가 발생하는 패턴은 어떤지 등을 분석해야 합니다. 둘째, 전송 지연 시간을 고려해야 합니다. 지연 시간이 큰 환경에서는 정지대기 ARQ보다는 GO back N ARQ나 Selective-Repeat ARQ가 더 적합할 수 있습니다. 셋째, 데이터 전송 효율과 신뢰성 사이의 균형을 찾아야 합니다. 효율성을 높이기 위해 Selective-Repeat ARQ를 사용할 수 있지만, 복잡도가 증가할 수 있습니다. 이러한 트레이드오프를 고려해야 합니다. 넷째, 하드웨어 및 소프트웨어 구현 복잡도를 고려해야 합니다. 적응형 ARQ와 같은 복잡한 기법은 구현이 어려울 수 있습니다. 이러한 요소들을 종합적으로 고려하여 최적의 오류 제어 기법을 선택해야 합니다.
5. 대역폭이 4kHz인 PSTN 통신망에 신호전압이 31.5μV, 잡음전압이 4μV인 경우 이론적 최대전송용량을 계산하시오.

이 문제를 해결하기 위해서는 Shannon-Hartley 정리를 사용해야 합니다. Shannon-Hartley 정리는 채널의 최대 정보 전송률(C)을 계산하는 공식입니다. C = B * log2(1 + S/N) 여기서, - C: 최대 정보 전송률 (bits/s) - B: 채널 대역폭 (Hz) - S: 신호 전력 (W) - N: 잡음 전력 (W) 주어진 정보: - 대역폭 B = 4 kHz = 4,000 Hz - 신호 전압 = 31.5 μV - 잡음 전압 = 4 μV 신호 전력 S와 잡음 전력 N을 계산하면 다음과 같습니다. S = (31.5 μV)^2 / 50 Ω = 0.0199 μW N = (4 μV)^2 / 50 Ω = 0.0032 μW 이를 Shannon-Hartley 정리에 대입하면 다음과 같습니다. C = 4,000 * log2(1 + 0.0199 / 0.0032) = 4,000 * log2(6.25) = 16,000 bits/s 따라서 이 PSTN 통신망의 이론적 최대 전송 용량은 16,000 bits/s입니다.