디지털다중화계위
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
