1. 개요
2. 동기화의 종류
1) 비동기식 방식
2) 동기식 방식
3. 비동기식(유사동기식) 디지털계위(PDH)
1) NAS
2) CEPT
3) NAS와 CEPT의 비교
4) 비동기식 다중화의 원리
4. 동기식 디지털 계위(SONET/SDH)
1) SONET
2) SDH
3) 동기식 다중화 구조
5. PDH, SONET, SDH의 비교
6. 결론
1. 개요
- 동기란 데이터통신에서 전송매체를 통해서 전달된 정보를 정확히 읽어내기 위해 송신과 수신 시점을 맞추는 것을 뜻함
- 디지털 다중화란 다수의 저속신호를 하나의 고속신호로 다중화하는 방법
- 디지털 다중화를 위해서는 동기를 맞추는 것이 필수적이며, 동기는 맞추는 방식에 따라서 크게 유사동기방식(PDH:Plesiochronous Digital Hierarchy)과 동기방식(SDH:Synchronous Digital Hierarchy. SONET:Synchronous Optical NETwork)로 구분
- 신호계위는 각종 신호의 전송로 매체의 비트속도, 교환기와의 접속, 망구성 등을 고려하여 각 국가마다 국제적인 표준을 갖고 있음
2. 동기화의 종류
- 모든 통신장비는 동기를 맞추어야만 송수신이 가능하고, 동기를 맞추는 방식에 따라 비동기방식과 동기식 방식이 있음
1) 비동기식 방식
- 특별한 클럭을 제공받지 않고 송수신 장비간 동기를 맞추는 방식으로 특별한 문자열 또는 비트블럭으로 동기를 맞추는 방식
- Start bit(열)와 Stop bit(열)이 있음
- HDLC의 Flag 01111110, 이더넷의 preamble 7Byte
- 문자단위 또는 프레임단위의 전송
참조> Ethernet의 Frame 구조
2) 동기식 방식
- 송수신간의 클럭을 동기시키키 위해 외부클럭을 사용하는 방식
- Start bit와 Stop bit 열이 없음
- PDH, SDH, SONET등의 계위가 있음
3. 비동기식(유사동기식) 디지털 계위(PDH)
- PDH(Plesiochrous Digital Hierarchy)
- 서로 다른 클럭원에 의하여 발생되는 입력신호들을 결합시키는 방식
- 입력신호의 비트속도를 맞추기 위해 추가적인 bit 삽입(Bit Stuffing)
- 북미방식(NAS)과 유럽방식(CEPT)이 있음
- 단계별 다중화를 거쳐 고위계위로 다중화: 다중화된 신호내의 하위계위신호 추출을 위해서는 순차적으로 상위 계위신호를 해제해야하는 과정을 거쳐야 함
※참조(음성신호 sampling)
- 음성신호는 300~3400Hz이며, 보호대역 포함 4kHz로 해석함
- Nyquist 표본화 이론에 따라서 2배로 표본화하면 8kHz로 sampling
- 한 sample을 256단계로 나누어서 양자화, 즉 sample당 8개의 bit가 필요
- 따라서 8000samples/sec*8bits/sample=6400 bits/sec, 다시 말하면 한 개의 음성채널의 전송속도는 64kbps이다
1) NAS(North America Standard, 북미방식)
- Frame 구조
- 표본화 주파수: 8000Hz(125㎲ 주기)
- 프레임당 타임슬롯(채널) 수:24개
- 타임슬롯(채널) 당 비트수: 8비트
- 프레임당 비트수: (8bits * 24채널)+1=193bits
- 출력 비트율(속도): 193bits/frame*8000frame/sec = 1.544Mbps
2) CEPT(유럽방식)
- frame 구조
- 표본화 주파수: 8000Hz(125㎲ 주기)
- 총 채널 수: 32개 수용(정보 채널 30개+동기 채널 1개(time slot 0)+신호 채널 1개(time slot 16))
- 타임슬롯(채널) 당 비트수: 8비트
- 프레임당 비트수: 8bits*32channel=256bits
- 출력 비트율(속도): 256 bits/frame+8000 frame/sec = 2.048Mbps
3) NAS와 CEPT 비교
| NAS | CEPT | |
| Channel 수 | 24 | 32 |
| 음성 채널 수 | 24 | 30 |
| 프레임당 비트 수 | 8bits*24ch+1bit = 193bits | 8bits*32ch = 256bits |
| 동기신호 | 프레임의 첫 비트 | 0번째 time slot |
| 제어신호 | 6, 12번 frame의 채널당 1bit | 16번째 time slot |
| 전송속도 | 1.544Mbps | 2.048Mbps |
| 압신방식 | μ-law(15절선) | A-law (13절선) |
| 정보전송량 | 54/64kbps | 64kbps |
| Line code | AMI | CMI |
| 멀티 프레임 수 | 12개 | 16개 |
4) 비동기식 다중화의 원리
- 여러 개의 하위 계위 신호를 각각의 크기에 맞는 상자에 각자 담아 이것을 모아서 보다 큰 상자인 중간 계위신호에 담고 다시 중간 계위 신호를 모아 보다 큰 상장에 담는 과정을 순차적으로 진행하여 다중화
4. 동기식 디지털 계위(SONET/SDH)
- 기존 디지털 다중화 계위(PDH)는 각 나라별로 서로 다른 계위를 사용하고 있음
- PDH는 동기를 맞추기 위해 Stuffing bit를 추가해야 하고, 단계별 다중화를 거쳐 고위계위로 다중화하는 단점이 있음
- 이를 보완하기 위해 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)가 제안됨
- 각종 계위 신호들은 STM-n 신호로 일단계 다중화
- SONET(Synchronous Optical Network): 북미를 중심으로 제안
- SDH: SONET을 기초로한 세계적인 동기식 전송방식
- SONET/SDH는 광케이블을 통해 다양한 종류의 디지털 통신 서비스를 전송하기 위한 동기식 네트워크 표준 규격
1) SONET
- 북미를 중심으로 제안된 동기식 전송 방식
- SONET의 기본 전송단위인 STS(Synchronous Transport Signal)-1은 90byte*9행의 2차원 논리적 배열구조를 가지는 프레임
- 전체 810Byte 영역에서 36Byte는 프레임이 올바른 전송에 필요한 프로토콜 오버헤드
- 상기와 같은 프레임이 초당 8000번(125㎲) 전달되기 때문에 STS-1의 전송속도는 8000 frames/sec*810 bytes/frame*8bits/byte=51.84Mbps
- SONET이 Gigabit급 이상의 전송속도를 가지기 위해서는 이와 같은 프레임들이 커다란 하나의 프레임으로 다중화되어야 한다
- 다중화는 STS-1 프레임 단위로 이루어지고 다중화된 프레임은 STS-3, STS-12등과 같이 다중화에 포함된 STS-1 프레임의 수로 표시한다.
2) SDH
- SONET을 기초로 한 세계적인 동기식 전송 방식
- 프레임(125㎲ 단위) 구조는 270byte*9행으로 이루어져 있으며 전송속도는 8000frames/sec*2430bytes/frame*8bits/byte=155.52Mbps이다
https://nets.ucar.edu/nets/presentations/sonet/sonet-13.html
- SOH(Section Overhead): STM-n 신호가 구성될 마지막 단계에 삽입, 재생기, 다중화기 구간에서 삽입, 추출
- RSOH(재생기구간 오버헤드): 프레임 정렬, 오류감시
- MSOH(다중화기구간 오버헤드): 오류감시, 구간 APS(자동보호절체)
- AU Pointer: AU로 정렬할 때 추가하는 포인터(TU 또는 AU 프레임 내에 VC가 시작되는 주소 지정)
- POH(Path Overhead): VC 신호가 구성될 때마다 삽입, 해당 VC가 조성되는 점과 해체되는 점 사이의 Ene-to-End 통신을 위해 사용
- STM-1 payload capacity:9행*260bytes = 149.760Mbps
3) 동기식 다중화 구조
- 동기식 신호를 구성하는 단위들은 아래와 같다.
(1) C(Container) : 동기식 다중화 구조를 구성하는 기본신호 단위로 Palyload에 들어갈 최소 정보단위이다.
PHD신호를 수용하기 위한 콘테이너는 C11, C12, C2, C3, C4가 있고 ATM Cell들은 C4에 매핑된 후 동기식 다중화된다.
(2) VC(Virtual container) : POH와 Payload로 구성된다. VC1, VC2는 저위 VC이고 VC3, VC4는 고위 VC이다.
(3) TU(Tributary Unit) : 저위 VC를 고위 VC로 다중화할 때 사용하며 Payload 와 TU포인터로 구성된다.
(4) TUG : TU 한 개 이상 결합한 것으로 Byte Interleaving방식으로 다중화한다. Interleaving이란 brusty한 에러를 분산시켜 robust한다.
(5) AU(Administrative Unit) : 고차 VC를 전송하는 단위로 Payload와 AU Pointer로 구성된다.
(6) AUG : AU 신호들이 한 개 이상 결합한것
(7) STM-n : 동기식 다중화 구조의 최종신호 단위로서 실제 동기식 전송망에 전송되는 신호이다. STM-n은 AUG를 n개 바이트 교직 다중화(BIM) 시킨 후 SOH를 더하여 만들어진다.
각종 계위 신호들은 STM-n 신호로 다중화 시키는 과정을 동기식 다중화라고 하며, C, VC로의 매핑, TU, AU로의 정열, TUG AUG로의 다중화, 포인터 처리를 통하여 이루어진다.
(1) 매핑(Mapping) : PDH계 Data를 해당 VC에 싣는 과정으로 비동기식 신호를 동기식 구조로 맞추는 일이다.
(2) 정렬(Aligning) : 프레임 어긋남(Frame Offset)에 관한 정보를 반영하면서 VC를 TU 또는 AU에 싣는 과정
(3) 포인터 처리 : VC를 TU 또는 AU에 정렬시키면서 프레임 어슷남 정보를 포인터에 기록하는 것
(4) 다중화 : TU가 TUG로, AU가 AUG로 적응되는 과정
- A conceptual diagram of the STM-1 frame can be seen below. This diagram shows how a Container-4 maps into a Virtual Container-4 and how a VC-4 subsequently maps into an Administrative Unit-4 and then into an STM-1 frame
http://www.ece.uvic.ca/~elec499/2001a/group04/sdh_brief_overview.html
5. PDH, SONET, SDH의 비교
- SDH는 기존의 북미시과 유럽식의 디지털 계위를 대부분 수용해서 STM-n 신호로 디지털 계위의 통합이 이루어졌다
- one step multiplexing과 Overhead의 체계적 활용으로 통신망의 운용관리 및 유지보수 업무를 원활하게 수행 가능
- Pointer를 몇 차례 삽입하여 범세계적인 통신망의 동기화를 꾀했다
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