[퍼베이시브 컴퓨팅(Pervasive Computing): 일상생활 구석구석을 파고드는 컴퓨터 관련 기술. 사무실 밖이나 자동차 안, 어느 곳에서든지 자유롭게 회사의 정보망에 연결해 업무를 처리하고, 교통 상황이나 기상 같은 간단한 정보 조회는 물론 금융 업무도 볼 수 있도록 정보화 환경을 제공한다. 스마트폰, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), MP3 플레이어와 같은 손안에 드는 제품, 인터넷 TV나 인터넷 냉장고 따위에 컴퓨터와 인터넷 기술이 적용되는 환경을 말한다. https://terms.tta.or.kr/dictionary/dictionaryView.do?word_seq=062099-2]
무선 인체 통신망(WBAN)은 옷, 신체 또는 사람의 피부 아래에 배치된 독립적인 노드들을 연결합니다. 네트워크는 인체 전체로 확장되고 노드들은 무선 통신 채널을 통해 연결됩니다.
IEEE 802.15.6 표준은 다양한 의료, 비의료 및 엔터테인먼트 애플리케이션을 위해 인체에 배포되거나 인체 내부에 이식되는 소형 저전력 장치에 최적화된 통신 표준을 정의합니다.
의료 응용 분야에서 무선 인체 통신망(WBAN)은 환자의 활동에 대한 제한 없이 일정 기간 동안 환자의 원격 건강 모니터링을 허용합니다. 환자의 중요한 정보가 수집되어 추가 분석을 위해 원격 모니터링 스테이션으로 지속적으로 전달됩니다. 무선 인체 통신망(WBAN)은 장애가 있는 사람들을 돕는 데에도 사용할 수 있습니다.
비의료 애플리케이션에는 잊어버린 물건 모니터링, 데이타 파일 전송, 게임 및 소셜 네트워킹이 포함됩니다.
물리 계층
무선 인체 통신망(WBAN)의 주파수는 여러 국가들의 통신 당국에 의해 규제됩니다. 의료 임플란트 통신 서비스(MICS, Medical Implant Communications Service) 대역은 임플란트 통신에 사용되는 허가된 대역이며 대부분의 국가에서 402–405MHz의 동일한 주파수 범위를 갖습니다. 무선 의료 텔레메트리 서비스(WMTS, Wireless Medical Telemetry Services)는 의료 원격 측정 시스템에 사용되는 라이선스 대역입니다. 그러나 의료 임플란트 통신 서비스(MICS) 및 무선 의료 텔레메트리 서비스(WMTS) 대역은 높은 데이타 전송률 애플리케이션을 지원할 수 없습니다.
기업, 과학, 의료(ISM, Industrial, Scientific, and Medical) 및 초광대역(UWB, Ultra-wideband)은 높은 데이타 속도의 애플리케이션을 지원할 수 있으며 전 세계에서 사용할 수 있습니다. 불행히도 많은 무선 장치가 2.4GHz 대역에서 작동하기 때문에 간섭 가능성이 높습니다.
IEEE 802.15.6 주파수 대역
이 표준은 3개의 PHY 계층(하나는 선택 사항)을 정의하며, 이는 애플리케이션 요구 사항에 따라 선택됩니다.
1.협대역 물리 계층(NB)은 선택 사항입니다. 무선 트랜시버의 활성화/비활성화, 가용 채널 평가(CCA, Clear Channel Assessment) 및 데이타 전송/수신을 담당합니다. PPDU(물리적 프로토콜 데이타 단위)에는 PLCP 프리앰블, PLCP 헤더 및 PSDU(물리적 서비스 데이타 단위)가 포함됩니다.
IEEE 802.15.6 변조 매개변수
IEEE 802.15.6 NB PPDU 구조
PLCP 프리앰블은 수신기가 타이밍 동기화 및 반송파 오프셋 주파수를 사용하는 데 도움이 됩니다. PLCP 헤더에는 수신기가 패킷을 성공적으로 디코딩하기 위한 정보가 포함되어 있습니다. PSDU에는 MAC 헤더, MAC 프레임 본문 및 FCS가 포함되어 있습니다. 무선 인체 통신망(WBAN) 장치는 위 표에 표시된 주파수 대역 중 하나에서 전송 및 수신을 지원할 수 있어야 합니다.
2.초광대역 물리 계층(UWB, Ultra Wideband PHY)은 필수입니다. 두 개의 주파수 대역, 즉 저대역과 고대역에서 작동합니다. 각 대역은 대역폭이 499.2MHz인 채널로 나뉩니다. 저대역은 3개의 채널(1-3)로 구성됩니다. 채널 2는 필수이며 중앙 주파수는 3993.6MHz입니다. 고대역은 8개의 채널(4-11)로 구성됩니다. 채널 7은 필수이며 중앙 주파수는 7987.s MHz입니다. 다른 채널들은 선택 사항입니다. 초광대역 물리 계층(UWB PHY) 트랜시버는 구현 복잡성을 낮출 수 있습니다.
IEEE 802.15.6 UWB PPDU 구조
초광대역(UWB) PPDU에는 SHR(동기화 헤더), PHR(PHY 헤더) 및 PSDU가 포함되어 있습니다. SHR(동기화 헤더)에는 프리앰블과 시작 프레임 구분 기호(SFD)가 포함되어 있습니다. PHR에는 PSDU의 데이타 속도, 페이로드 길이 및 스크램블러 시드에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 수신기는 PHR의 정보를 사용하여 PSDU를 디코딩했습니다. 데이타 속도는 0.5Mbps에서 10Mbps 사이이며 0.4882Mbps가 필수 속도입니다.
3.인체 통신 물리 계층(HBC, Human Body Communication PHY)은 필수입니다. 16MHz 및 27MHz를 중심으로 하는 두 개의 주파수 대역에서 작동하며 대역폭은 4MHz입니다. 두 작동 대역 모두 미국, 일본 및 한국에서 유효합니다. 27MHZ 대역은 유럽에서 유효합니다. 인체 통신(HBC)은 정전기장 통신(EFC, Electrostatic Field Communication) PHY 사양입니다.
IEEE 802.15.6 EFC PPDU 구조
PPDU(물리 계층 프로토콜 데이타 유닛)는 프리앰블, SFD(전단력도), PHY 헤더 및 PSDU로 구성됩니다. 프리앰블과 SFD(전단력도)는 고정 데이타 패턴으로, 패킷 헤더와 페이로드보다 먼저 생성되어 전송됩니다. 프리앰블 시퀀스는 패킷 동기화를 보장하기 위해 4번 전송됩니다. SFD(전단력도)는 한 번 전송됩니다.수신기가 패킷을 수신하면 프리앰블 시퀀스를 감지하여 패킷의 시작을 찾습니다. 그런 다음 SFD(전단력도)를 감지하여 프레임의 시작을 찾습니다.
MAC 계층
노드는 1홉 또는 2홉 스타 토폴로지로 구성됩니다. 하나의 허브/코디네이터가 네트워크 작동을 제어합니다. 무선 인체 영역 네트워크(WBAN)는 하나의 허브와 0에서 MaxBANSize 사이의 여러 노드들로 구성됩니다.
MAC 프로토콜은 채널에 대한 액세스를 제어합니다. 허브는 채널을 일련의 수퍼프레임으로 나누며, 이는 동일한 길이의 비콘 기간으로 제한됩니다. 허브는 비콘 기간의 오프셋을 이동할 수 있습니다.
각 수퍼프레임에는 데이타 전송에 사용되는 할당 슬롯이 포함되어 있습니다. 슬롯은 지속 시간이 동일하며 0에서 s까지 번호가 매겨지며 s는 255≤. 허브는 비콘을 전송하여 수퍼프레임 경계를 정의하고 슬롯을 할당합니다.
비비콘 모드의 경우 수퍼프레임 경계는 폴링 프레임에 의해 정의됩니다.
MAC 프레임은 56비트 헤더, 가변 길이 프레임 본문(최대 255바이트) 및 16비트 FCS(프레임 검사 시퀀스)로 구성됩니다.
MAC 헤더는 32비트 프레임 컨트롤, 8비트 수신자 ID(수신자 식별), 8비트 발신자 ID 및 8비트 무선 인체 통신망(WBAN) ID 필드로 구성됩니다. 무선 인체 통신망(WBAN) ID에는 전송이 활성 상태인 무선 인체 통신망(WBAN)에 대한 정보가 포함되어 있습니다.
프레임 제어 필드는 제어 정보, 즉 프레임의 유형(예: 비콘(beacon), 확인 또는 기타 제어 프레임)을 포함합니다. MAC 프레임 본문의 첫 번째 8비트 필드에는 임시(nonce) 생성 및 재생 감지에 필요한 메시지 새로 고침 정보가 포함되어 있습니다. 마지막 32비트 메시지 인증 코드(MIC, Message Integrity Code)는 프레임의 무결성을 인증하고 확인합니다.
IEEE 802.15.6 MAC 프레임 형식
IEEE 802.15.6 수퍼프레임 구조
IEEE 802.15.6 네트워크는 다음 모드들 중 하나로 작동합니다.
비콘(beacon) 기간 수퍼프레임 경계가 있는 비콘 모드. 비콘은 비활성 수퍼프레임이나 규정에 의해 금지되지 않는 경우를 제외하고 각 비콘 기간에 허브에 의해 전송됩니다. 수퍼프레임 구조는 EAP1(Exclusive Access Phase 1), RAP1(Random Access Phase 1), Type I/II phase, EAP 2(Exclusive Access Phase 2, EAP 2), RAP 2(Random Access Phase 2), Type I/II Phase 및 CAP(Contention Access Phase)로 나뉩니다. EAP, RAP 및 CAP 기간에서 노드는 CSMA/CA 또는 슬롯형 알로하 액세스 절차를 사용하여 리소스 할당을 위해 경쟁합니다. EAP1 및 EAP2는 긴급 이벤트 보고와 같이 우선 순위가 가장 높은 트래픽에 사용됩니다. RAP1, RAP2 및 CAP는 일반 트래픽에 사용됩니다.유형 I/II 단계는 업링크 할당 간격, 다운링크 할당 간격, 바이링크 할당 간격 및 지연 바이링크 할당 간격에 사용됩니다. 폴링은 리소스 할당에 사용됩니다. 요구 사항에 따라 허브는 기간 길이를 0으로 설정하여 이러한 기간을 비활성화할 수 있습니다.
수퍼프레임 경계가 있는 비비콘(Non-beacon) 모드. 전체 수퍼프레임 기간은 다음 중 하나에 의해 포함됩니다. 유형 I 또는 유형 II 액세스 단계, 둘 다 아님.
수퍼프레임 경계가 없는 비비콘(Non-beacon) 모드. 코디네이터는 폴링된 예정되지 않은 유형 II를 제공합니다. 할당만 가능합니다. 수퍼프레임의 각 기간에 사용되는 액세스 메커니즘은 세 가지 범주로 나뉩니다.
-리소스 할당을 위해 CSMA/CA 또는 슬롯형 알로하(Aloha) 절차를 사용하는 랜덤 액세스 메커니즘
–즉흥적이고 예정되지 않은 액세스(리소스 할당을 위해 예정되지 않은 폴링/게시를 사용하는 연결 없는 경합 없는 액세스)하나 또는 여러 개의 예정된 수퍼프레임에서 슬롯 할당 예약
–예약된 액세스 및 변형(connection-oriented contention-free access)(1-periodic 또는 m-periodic 할당이라고도 함).
IEEE 802.15.6 CSMA/CA 절차
CSMA/CA에서 노드는 백오프 카운터를 [1, CW] 간격에 걸쳐 균일하게 분포된 임의의 정수로 설정하며, 여기서 CW는 (CWmin, CWmax)∈. CWmin 및 CWmax의 값은 사용자 우선 순위에 따라 다릅니다. 노드는 pCSMASlotLength와 동일한 기간의 각 유휴 CSMA 슬롯에 대해 백오프 카운터를 1씩 감소시킵니다. 백오프 카운터가 0에 도달하면 데이타가 전송됩니다. CW는 CWmax에 도달할 때까지 각 실패에 대해 두 배가 됩니다. RAP1에서 노드는 먼저 SIFS = pSIFS 지속 시간을 기다린 다음 데이타 전송이 시작되는 0에 도달할 때까지 백오프 카운터를 감소시킵니다. CAP에서 노드는 슬롯의 끝과 CAP의 끝 사이의 시간이 데이타 전송을 완료하기에 충분하지 않고 GTn으로 표시되는 공칭 보호 시간을 완료하기에 충분하지 않기 때문에 백오프 카운터를 잠급니다. 백오프 카운터는 다음 RAP2 기간에 잠금 해제됩니다.
보안 사양
다음과 같은 세 가지 보안 수준이 있습니다.
레벨 0: 보안되지 않은 통신. 데이타는 데이타 인증, 무결성 검사, 기밀성 및 개인 정보 보호, 재생 방어 없이 보안되지 않은 프레임으로 전송됩니다.
레벨 1: 인증만 가능. 전송된 데이타는 인증이지만 암호화되지 않습니다. 기밀 유지 및 개인 정보 보호 지원이 없습니다.
레벨 2: 인증 및 암호화. 데이타는 보안되고 인증되고 암호화된 프레임으로 전송됩니다.
보안 수준은 연결 프로세스 중에 선택됩니다. 매스터 키(MK)는 유니캐스트 보안 통신을 위해 활성화됩니다. 매스터 키(MK)는 사전 공유되거나 인증되지 않은 연결을 사용하여 설정될 수 있습니다. 그런 다음 한 세션에 대해 PTK(Pairwise Temporal Key, 페어와이즈 임시 키)가 생성됩니다. 멀티캐스트 보안 통신의 경우 GTK(Group Temporal Key, 그룹 임시 키)는 유니캐스트 방법을 사용하여 해당 그룹과 공유됩니다.
IEEE 802.15.6 보안 구조
보안 프로토콜은 디피-헬맨(Diffie-Hellman) 키 교환을 기반으로 합니다. 연결 및 연결 해제 프로세스에 사용되는 개인 키는 고유한 256비트 정수입니다. CMAC(Cipher-based Message Authentication Code, 암호 기반 메시지 인증 코드)는 KMAC(Key Message Authentication Codes, 키 메시지 인증 코드) 및 매스터 키(MK)를 파생하는 데 사용됩니다. 처음에 노드와 허브에는 보안 연결 프로시저에 사용되는 사전 공유 매스터 키(MK)가 있습니다.
IEEE 802.15.6 보안 협회
IEEE 802.15.6 보안 연결 해제
노드는 보안 연결 프레임 요청을 허브에 전송하여 프로세스를 시작합니다. 허브는 연결에 가입하거나 연결을 중단하여 응답합니다. 노드가 중단 메시지를 받으면 연결 프로시저를 중지합니다. 노드가 조인 응답을 수신하면 사전 공유 매스터 키(MK)가 활성화되고 상호 합의에 따라 노드와 허브 간에 공유된 다음 PTK(페어와이즈 임시 키)를 생성하는 데 사용됩니다.
연결 해제 절차는 노드 또는 허브에서 시작할 수 있습니다. 발신자는 보안 연결 해제 프레임 요청을 보낸 다음 스토리지에서 매스터 키(MK) 및 해당 PTK(페어와이즈 임시 키)를 제거합니다. 수신자가 요청을 받으면 저장소에서도 키를 제거합니다.
출처
K.S. Kwak, S. Ullah, N. Ullah (2010). IEEE 802.15.6 표준의 개요 , 2010 제 3 회 국제 생물 의학 및 통신 기술 응용 과학 심포지엄 (ISABEL 2010) 간행물, 2010 년 11 월 7-10 일, 이탈리아 로마
S. 울라, M. 모하이센, M.A. 알누엠 (2013). IEEE 802.15.6 MAC, PHY 및 보안 사양에 대한 검토, International Journal of Distributed Sensor Networks, 2013년 호
출처: https://pervasivecomputinginfo.blogspot.com/2018/10/ieee-802156-standard.html