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다중화 기법

1. 다중화를 위한 기본개념

통신자원

- 시스템에서의 자원 나누어 쓰기와 마찬가지로통신에서도 동일하게 적용

- 자원은 한정적이기 떄문에 자원을 나누어 쓰면서 경제적으로 통신비용을 줄이고 전송효율을 높일 수 있음

대역폭(Bandwidth)

- 정보의 전송채널이 얼마만큼 정보 전송능력을 가지는지의 대한 능력

- 대역폭이 넓어질수록 채널의 전송능력이 커짐

대역폭 넓히기 작업의 목적

- 넓은 대역폭을 여러 사용자가 나누어 씀으로써 한 사용자당 통신비용을 최소화

- 고속 통신을 수용하기 위하여 필요

다중화(Multiplexing)

- 단일 통신링크에 다수의 통신서비스를 사용할 수 있도록 해주는 기술

- 수신측에서 본래의 신호로 분리하여 전달

- 다중화 장비 : MUX(Multiplexer)와 DEMUX(Demultiplexer)가 존재

다중화의 종류

- 주파수 분할 다중화(FDM) : 주파수 영역을 나누어 사용

- 시분할 다중화(TDM) : 시간 영역을 나누어 사용

일대일 통신(Point to Point) 방식

- 중앙의 호스트 컴퓨터와 여러개의 터미널들이 독립적인 회선을 이용

- 이용자나 단말의 수에 따른 회선수가 요구됨

* 장점
    : 응답이 신속하고 전송 지연을 최소화 해줌

* 단점

: 구축 및 일괄 관리가 어려움

: 확장시 회선료 부담이 큼

다중화(Multiplexing) 방식

- 단일링크를 통하여 여러 개의 신호를 동시에 전송할 수 있음

- 전송회선 설치비용을 낮출 수 있고 데이터의 전송효율 극대화

2. 주파수 분할 다중화 방식

주파수 분할 다중화 방식(FDM : Frequency Division Multiplexing)

- 넓은 대역폭을 일정한 주파수 영역으로 나누어 몇 개의 좁은 대역폭으로 사용하는 방식

- 아날로그 형태로 전송

주파수 분할 다중화 방식의 특징

- 가장 고전적인 다중화 방법

- 비효율적이지만 시분할 다중화 방식보다 구조가 간단

- 신호간섭을 방지하기 위해 보호대역 사용

주파수 분할 다중화 방식의 사용 예

- TV 신호 : 채널당 6MHz 대역폭이 필요

- CCTV

- AM, FM

FDM 다중화 과정

- 송신측

- 수신측

3. 시분할 다중화 방식

시분할 다중화 방식(TDM : Time Division Multiplexing)

- 가상회선 접근방법은 패킷이 전송되기 전에 논리적인 경로를 설정하여 패킷을 전달하는 방식

타임슬롯을 할당하는 방법에 따라 구분

- 동기식 시분할 다중화(STDM : Synchronous Time Division Multiplexing)

- 비동기식 시분활 다중화(ATDM : Asynchronous Time Division Multiplexing)

동기 시분할 다중화(STDM : Synchronous Time Division Multiplexing)

- 동기 시분할 다중화에서 동기의 의미
    : 다중화기가 각 장치에 대해 그 장치가 전송할 데이터의 유무에 상관없이 항상 시간에 맞추어 타임슬롯을 할당하는 것

- 특징

: 기본적인 시분할 다중화 방식

: 타임슬롯을 모든 사용자에게 규칙적으로 할당

: 모든 사용자의 데이터 전송사용과 관계없이 타임슬롯을 할당하므로 프로토콜에 투명성을 가짐

- 단점

: 비효율적으로 채널을 사용하는 경우

→ 실제 전송데이터가 없는 단말장치도 일정한 타임슬롯을 할당 받음

- 동작과정

① 각 단말장치를 통해서 생성된 일련의 정보들을 버퍼에 저장

② 타임슬롯이 할당될 때까지 버퍼에 생성된 정보들을 저장

③ 정해진 순서를 기다려 타임슬롯이 할당되면 저장된 버퍼의 프레임을 전송매체를 통해 전송

④ 전송된 프레임은 수신측에서 정해진 순서대로 분리

※ 끼워넣기(Interleaving)
: 송신장치에서 수신장치로 프레임을 전송할 때 데이터 등을 일련의 연송성을 유지하면서 구성 요소를 서루 바꾸어 넣어 상호 배치하는 것

동기 시분할 다중화 과정

- 다중화

- 다중화 풀기

비동기 시분활 다중화(ATDM : Asynchronous Time Division Multiplexing)

- 특징

: 통계적 시분할 다중화(Statistical Time-Division Multiplexing)라는 용어로도 쓰임

: 전송할 데이터를 갖고 있는 사용자에게만 타임슬롯을 할당하고 빈 타임슬롯은 다른 사용자에게 할당하는 방식

- 장점

: 실제 데이터가 빈 타임슬롯을 제거하여 전송효율을 높임

- 공간/시분할 결합

① 각 단말장치에서 데이터가 발생하면 지정된 프레임 크기만큼 데이터를 모아 프레임 주소 영역과 함께 버퍼로 저장

② 가장 최근에 버퍼에 저장된 프레임에 타임슬롯을 할당하여 전송

③ 수신측에서는 수신된 프레임의 주소영역에 따라 프레임을 분리

비동기 시분할 다중화 과정

- 비동기 시분할 다중화 방식에서는 동기 시분할 다중화 방식에서처럼 타임슬롯이 고정되어 있지 않음

→ 주소 필드 필요

- 비동기 시분할 다중화 방식에서는 타임슬롯을 동적 할당하므로 목적지가 들어있는 주소 필드를 만들어야 한다.

디지털 가입자 회선

1. 디지털 가입자 회선

디지털 가입자 회선(DSL : Digital Subscriber Line)

- 일반 구리 전화선을 통하여 데이터, 소리, 영상, 멀티미디어의 고속전송을 이루기 위한 기술

xDSL

- 여러 유형의 DSL 기술의 총괄적 명칭

- 전화선의 문제점인 좁은 대역폭의 문제를 해결하기 위하여 전화선의 아날로그 대역폭을 확대하여 사용하는 방법으로 디지털 전송 속도를 높임

- ADSL, SDSL, HDSL, RADSL, VDSL이 있음

- VOD(Video On Demand), 고속 인터넷 접속, 원격교육, 비디오 폰 같은 고속 멀티미디어 서비스 제공

2. ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)

비대칭 디지털 가입자 회선 (ADSL : Asymmetric Digital Subscriber Line)

- 특징

: 하향 스트림 방향이 상향 스트림 방향보다 높은 데이터 전송률을 제공

→ 비대칭성

: 주파수 분할 다중화 방식(FDM) 사용

: 트위스터 페어 케이블(1MHz)의 대역폭을 3개의 대역으로 나눔

- 장점

: 정보 검색 및 대량 데이터 수신 등의 서비스에 적합

: 대칭성 DSL(HDSL, SDSL)에 비해 전송거리를 더 멀리 확장 가능

- 단점

: 다른 회선에 영향을 줄 수 있음

: 사용주파수가 높음

: 선로에 따라 불안정할 수 있음

- 변조방법

: CAP(Carrierless Amplitude/Phase) 변조방식과 DMT(Discrete Multitone Technique) 변조방식

- ADSL 전송 속도

: 통신사에서 가입자로의 하향 스트림 속도 1.544Mbps ~ 8Mbps 지원

: 가입자에서 통신사로의 상향 스트림 속도 16Kbps ~ 640Kbps 지원

: 데이터 전송 속도는 전화국에서 가입자까지의 거리, 사용되는 전화선의 종류, 사용되는 ADSL 장비의 종류에 따라 다름

- ADSL의 대역

* 0 ~ 25 KHz 대역

: 보통 전화서비스(평범한 전화 서비스 또는 POTS)에서 사용

: 대역의 4KHz만 사용(전화 통화 시 목소리를 들을 수 있는 대역)

: 나머지 대역은 데이터 채널로부터 소리 채널을 분리하기 위한 보호대역으로 사용

* 25 ~ 200 KHz 대역

: 상향 스트림(Upstream) 통신에 사용(통신자에서 가입자쪽으로 데이터 전송)

* 250 ~ 1000 KHz 대역

: 하향 스트림(Downstream) 통신에 사용(가입자쪽에서 통신사쪽으로 데이터 전송)

ADSL 서비스 적용

- 가상도시, 생활정보 서비스, TV 쇼핑, 기상정보, 온라인 게임 등

3. RADSL(Rate Adaptive Asymmetrical Digital Subscriber Line)

특징

- ADSL을 기반으로 하는 기술(비대칭성)

- 통신의 종류(소리, 데이터, 영상, 멀티미디어 등)에 따라 다른 데이터 전송률을 허용

장점

- ADSL보다 최소 1.2배의 전송거리가 늘어남

- 새로운 전송선로를 구축하지 않고 가장 저렴한 비용으로 멀티미디어 서비스를 위한 충분한 고속 대역폭을 가입자에게 제공

단점

- 다른 회선에 영향을 줄 수 있음

- 사용주파수가 높음

전송속도

- 통신사에서 가입자로의 하향 스트림 속도 7.5Mbps 지원

- 가입자에서 통신사로의 상향 스트림 속도 640Kbps ~ 1Mbps 지원

활용사례

- 안정성을 최우선 하는 국방관련 네트워크

- 관공서의 행정망

- 원자력 발전소의 제어

4. HDSL(High bit rate Digital Subscriber Line)

특징

- 2B1Q 선로 부호방식 사용

- 기존 가입자의 전화 선로를 이용해서 별도의 중계장치 없이 T1(1.544Mbps)이나 E1(2.048Mbps)급의 고속 전송을 가능하게 해주는 장비

- 전송거리는 4.2 ~ 4.5Km

- 대칭형(양방향의 대역폭의 크기가 같음) 기술

- 두 개의 트위스트 페어 케이블을 이용하여 전이중 전송방식 사용

→ 주문형 비디오(VOD)의 일종인 VDT 서비스 등에 필요한 핵심기술

- 중계기가 필요 없이 전송이 가능하므로 이동교환기에서 기지국까지 중계회선, 인터넷 서버 연결, 사설 데이터망으로 사용

장점

- 기존 전화선을 이용하므로 설치 비용 절감

- 고속 데이터 전송 가능

단점

- 기존 전화선으로 고속 데이터 전송을 제공하므로 전송 거리 제약

활용사례

- T1/E1 서비스

- WAN, LAN 접속

5. SDSL(Symmetric Digital Subscriber Line)

특징

- HDSL과 동일한 형태

- HDSL과는 달리 일반가정용으로 개발된 기술

- 한 개의 트위스트 페어 케이블 사용

- 대칭형의 데이터 전송 속도를 요하는 서비스에 적합한 기술

장점

- 기존 전화선을 이용하므로 설치 비용 절감

- 고속 데이터 전송 가능

단점

- 누화(Crosstalk)현상이 시스템에 영향을 미쳐 전송 속도 제한

- 전송 거리(약 1Mbps 내외)가 짧아짐

전송속도

- 160Kbps에서 2.048Mbps의 전송속도 제공

활용사례

- 양방향 화상회의, LAN 연결, SOHO(Small Office Home Office)등의 서비스 제공

6. VDSL(Very high bit rate Digital Subscriber Line)

특징

- 비대칭 디지털 가입자 회선인 ADSL에 이어 등장한 초고속 디지털 전송 기술

- 일반 가정에서 기존의 전화선을 이용해 양방향으로 빠른 속도로 전송이 가능하고, 많은 양의 데이터를 초고속으로 전송할 수 있어 '광섬유의 가정화(FTTH : Fiber To The Home)'를 위한 최종 단계로 평가되는 기술

- 전송장비로는 동축케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 페어 케이블 등을 사용

장점

- ADSL과는 달리 가입자에게 필요한 데이터만을 전송

- 기존의 전화선을 그대로 이용

- 공급가격이 저렴하고 비교적 작은 설치 공간이 필요

단점

- 이용자 수가 늘어날수록 급격한 성능 저하

전송속도

- 비대칭 서비스(하향 13 ~ 52Mbps, 상향 1.6 ~ 6.4Mbps)와 대칭 서비스(13Mbps, 26Mps) 모두 제공

- 하향스트림 전송속도는 13 ~ 52Mbps, 상향 스트림 전송 속도는 1.5 ~ 2.3Mbps, 전송 거리는 0.3 ~ 1.5km

활용사례

- 우리나라에서는 2003년도부터 상용화

- 완벽하게 상용화가 되면 인터넷 방송, 주문형 비디오(VOD : Video On Demand) 등에 적용 가능하며 원격 교육, 고화질 텔레비전등 대용량 멀티미디어 서비스를 수용할 수 있는 양방향 전송 가능