모바일 감지: WiFi 실내 로컬라이제이션

소개

최근 몇 년 동안 위치 문제는 점점 더 중요해졌습니다. Google Maps와 같은 서비스는 위성을 사용하여 전 세계 어디에서나 특정 지점을 쉽게 탐색하고 찾을 수 있게 했습니다. 이러한 시스템이 이미 야외에서 정확하게 작동하기 때문에 다음 단계는 박물관이나 상업 센터와 같은 건물 내부에서 유사한 기술을 적용하는 것입니다. 아날로그 시스템은 사람들을 박물관의 예술 작품과 같은 관심 장소로 안내하거나 쇼핑 센터의 매장을 지나갈 때 광고와 같은 위치 기반 콘텐츠를 제공할 수 있습니다. 그러나 폐쇄된 환경에서는 위성 정확도가 낮아 효과적인 위치 파악을 위해 다른 기술을 사용해야 합니다.

실내 위치 기술

실내 위치 기반 서비스는 2020년까지 시장 가치가 100억 달러에 달할 것으로 예상되는 등 사회적, 금전적 중요성으로 인해 큰 관심을 불러일으키고 있습니다. 실내 환경에서는 GPS의 비효율성으로 인해 WiFi나 Bluetooth와 같은 대체 기술이 필요합니다. 비콘은 항상 다른 BLE 호환 디바이스에서 포착할 수 있는 신호를 보냅니다. 비콘은 저렴하고 에너지 사용량이 적으며 설치가 간편하기 때문에 위치 추적 시스템에 적합합니다. 그러나 무선 기술을 사용하는 기존의 다양한 실내 추적 알고리즘은 정확도가 떨어지는 경우가 많습니다. WiFi 네트워크에서 RSSI 측정을 기반으로 하는 알고리즘은 매 순간 측정되는 신호의 변화가 크기 때문에 일반적으로 부정확합니다. WiFi의 여러 측면이 개선되고 있지만 정확도는 아직 갈 길이 멀다. 

무선 통신

무선 통신에서는 정보를 전송하는 매체가 항상 공유됩니다. 이는 유선 기술과는 큰 차이점입니다. 주파수 대역 중첩과 간섭을 피하려면 공간 사용 방식에 대한 엄격한 규칙이 있어야 합니다. 각 참여 장치에서 사용하는 통신 프로토콜은 매체에 대한 액세스를 조정합니다. 무선 네트워크의 효율성은 네트워크를 공유하는 컴퓨터의 수, 환경 조건, 전자기 간섭, 장애물, 지연 시간 등 여러 요인에 따라 달라집니다.

최대 데이터 전송 속도는 프레임의 일부가 매체에 대한 액세스 제어, 흐름 제어, 암호화 등에 대한 정보로 채워지기 때문에 최대 "유용한" 데이터 전송 속도를 결코 나타내지 않습니다. 실제 데이터 전송 속도는 항상 표준에 정의된 것보다 낮습니다. 무선 네트워크는 무선으로 브로드캐스트되기 때문에 보안이 중요한 요소가 되며, 무단 액세스를 방지하기 위해 인증 및 데이터 암호화가 필요합니다.

WiFi 실내 로컬라이제이션

무선 충실도의 약자인 Wi-Fi는 서로 다른 장치 간에 호환되는 무선 연결 메커니즘을 구축해야 할 필요성에서 탄생했습니다. 즉, Wi-Fi는 액세스 포인트(AP) 또는 핫스팟으로 알려진 장치를 통해 사용자가 서로 무선으로 연결할 수 있는 무선 기술입니다. 일반적으로 2.4GHz 및 5GHz 주파수에서 작동하며 전기전자기술자협회(IEEE)에서 표준화했습니다. 수년에 걸쳐 수많은 WiFi 프로토콜 표준이 개발되어 이전 프로토콜의 여러 측면이 개선되었습니다.

Wi-Fi 기술의 진화

최초의 공식 표준은 802.11b였으며, 802.11a, 802.11g, 802.11n 및 802.11ac가 그 뒤를 이었습니다. b와 g 버전은 2.4GHz 대역에서 작동하며 가장 널리 사용됩니다. 2019년에는 802.11ax(Wi-Fi 6라고 함)가 출시되었는데, 802.11ac보다 성능이 4배 더 뛰어난 것으로 추정됩니다. 5GHz 네트워크는 2.4GHz보다 속도가 빠르지만 벽이나 가구와 같은 장애물을 통과하는 데 효율적이지 않아 커버리지 범위가 더 좁습니다. 평균 Wi-Fi 네트워크의 범위는 실외 300피트, 실내 150피트입니다.

Wi-Fi 네트워크를 포지셔닝에 사용하는 주요 이점은 인프라가 이미 건물에 있다는 것입니다.가정 및 비즈니스용 무선 네트워크의 급속한 성장으로 인해 한 건물에서 두 개 이상의 Wi-Fi 액세스 포인트를 찾는 것이 일반적입니다. 이러한 액세스 포인트는 자체적으로 설치하거나 근처의 다른 장소에서 가져올 수 있습니다.반면에 가장 큰 문제는 802.11 프로토콜이 이러한 방식으로 사용되도록 만들어지지 않았다는 것입니다. 현재 위치를 찾으려면 매번 모든 Wi-Fi 액세스 포인트에 올바른 정보를 요청하는 메시지를 보내야하므로 네트워크 속도가 느려지고 타사에 속한 일부 액세스 포인트가 이러한 요청을 차단하는 경우가 발생할 수 있습니다.

IEEE 802.11 무선 표준은 CSMA/CA(충돌 회피 기능이 있는 캐리어 감지 다중 액세스)라는 매체 액세스 프로토콜을 사용합니다. 이름은 유선 이더넷 네트워크에서 사용되는 것과 비슷하지만(CSMA/CD: 충돌 감지 기능이 있는 캐리어 감지 다중 액세스), 작동 방식은 다릅니다. 무선의 경우 CA는 충돌 회피를 의미하지만 이더넷에서는 충돌 감지에 관한 것입니다. Wi-Fi 네트워크는 반이중 방식이므로 디바이스가 동일한 무선 채널에서 동시에 송신 및 수신할 수 없습니다. 디바이스는 전송과 동시에 '수신'할 수 없으므로 충돌을 감지할 수 없습니다. 이 때문에 IEEE 전문가들은 DCF(분산 제어 기능)라는 충돌 방지 메커니즘을 사용했습니다.

WiFi 네트워크 보안

전송 매체가 공기이기 때문에 어떤 장치에서도 자연스럽게 접근할 수 있으므로 네트워크 접근이 승인된 장치로 제한되도록 하는 것이 중요합니다. 이를 달성하기 위해 802.11i 표준은 WEP, WPA, WPA2와 같은 다양한 시스템을 정의하며, 여기서 장치는 인증을 위해 키를 사용합니다. 액세스 포인트는 주기적으로 SSID(Service Set Identifier)를 포함한 광고를 브로드캐스트하여 사용자가 올바른 AP를 식별하고 연결할 수 있도록 합니다. 연결 프로세스는 키가 생성되는 인증 절차로 시작됩니다. WiFi 네트워크에는 세 가지 유형의 인증이 있습니다.

1. 유선 동등한 개인 정보 키(WEP):

이 보안 시스템의 목표는 무선 네트워크를 유선 네트워크만큼 안전하게 만드는 것입니다. 안타깝게도 이 보안 시스템은 빠르게 손상되어 현재 사용을 권장하지 않습니다. 인증 프로세스가 시작될 때 클라이언트 디바이스는 암호화되지 않은 문자 메시지를 전송하고, AP는 공유 키를 사용하여 이를 암호화하여 클라이언트에 반환합니다. 키는 일반적으로 128비트 또는 256비트입니다. WEP의 주요 문제점은 키 관리입니다. 일반적으로 키는 수동으로 또는 다른 보안 경로를 통해 배포됩니다. WEP는 공유 키를 사용하므로 모든 클라이언트에 동일한 키를 사용하므로 키가 발견되면 모든 사용자가 위험에 노출됩니다. 키를 얻으려면 인증 프레임을 반환받을 때까지만 수신 대기하면 됩니다. WEP를 사용하는 것이 없는 것보다는 낫지만, 더 나은 방법이 없을 때는 사용하는 것이 좋습니다. SSL, TSL 암호화 등과 같은 상위 계층의 보안을 사용하는 것이 좋습니다.

2. Wi-Fi 보호 액세스(WPA)

WEP의 보안 결함을 극복하기 위해 WPA가 개발되었습니다. 이 시스템은 WiFi Alliance의 후원 하에 설계되었으며 802.11i 표준의 일부를 사용했습니다. 이 표준은 나중에 WEP를 대체하기 위해 업데이트되었습니다. WPA의 주요 요소 중 하나는 TKIP(Temporal Key Integrity Protocol)입니다. 이는 802.11i 표준의 일부이며 동적 키를 생성하여 작동합니다. WPA는 선택적으로 AES-CCMP(Advanced Encryption Standard – Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol)를 TKIP 대신 사용할 수 있습니다.

3. WPA2/WPAv2:

현재 와이파이 네트워크 보안을 위해 사용할 수 있는 최고의 기술입니다. 필수 AES-CCMP를 사용하며 현재 제조되는 모든 디바이스에서 사용됩니다.

표준

현재 우리는 매일 사용하는 여러 장치에 연결할 수 있는 다양한 무선 네트워크에 액세스할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 통신 표준은 'WiFi'라는 이름 아래 다음과 같은 여러 가지가 있습니다:

802.11a: 5 GHz ISM 대역의 캐리어를 사용하며 최대 54 Mbps의 데이터 전송 속도를 제공하는 무선 네트워크.

- 802.11b2.4GHz ISM 대역의 통신사, 최대 11Mbps의 데이터 전송 속도를 지원하는 무선 네트워크입니다.

• 802.11g: 2.4 GHz ISM 대역의 캐리어를 사용하며 최대 54 Mbps의 데이터 전송 속도를 지원하는 무선 네트워크.

• 802.11i: 인증 및 암호화.

• 802.11n: 2.4 GHz 및 5 GHz ISM 대역의 캐리어를 사용하는 무선 네트워크로, 최대 600 Mbps의 데이터 전송 속도를 제공합니다.

• 802.11ac: 6 GHz 미만의 캐리어를 사용하는 무선 네트워크로, 다중 스테이션 운영에서 최소 1 Gbps, 단일 링크에서 500 Mbps의 데이터 전송 속도를 제공합니다.

결론

와이파이 네트워크를 안전하게 보호하는 것은 현관문을 잠그는 것과 같습니다. 아무나 들어오는 것을 원하지 않으시죠? WEP(Wired-Equivalent Privacy)는 한때 네트워크 보안을 위한 옵션이었지만, 지금은 구식이며 결함이 있는 것으로 알려져 있습니다. Wi-Fi 보호 액세스(WPA)와 그 후속 버전인 WPA2/WPAv2는 훨씬 더 효과적인 보안 조치입니다. 와이파이 통신 표준마다 다양한 데이터 전송 속도와 주파수를 제공하므로 필요에 따라 적합한 표준을 선택하는 것이 중요합니다. 이러한 조치를 취하면 무선 연결의 편리함을 희생하지 않고도 WiFi 네트워크를 안전하게 보호할 수 있습니다.