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Chapter 11 Chapter 11 광대역 기간망 기술광대역 기간망 기술

Telecommunications Management Lab.

Telecommunications Management Lab. 2

주요 기술과 상호관계주요 기술과 상호관계 전송망과 교환과정

초기의 전송과 교환 : 다중화 , 전송 , 역다중화 , 교환처리 ,… 의 순서

디지털전송시스템의 등장 : 교환기가 디지털화 되지 않은 상태이므로 대충 그 전과 비슷한 과정

디지털 교환기 ( 시분할 교환기 ) 의 등장임의의 두 노드 간에 다양한 규격의 디지털 파이프 생성

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy)이미 다중화된 신호를 다시 한 번 다중화하여 다음 단계의 다중화신호를 정의 ( 다중화와 역다중화가 단계적임 )

다중화된 신호단위의 교환처리 장비 Digital Cross-connect System (DCS): 임의의 두 지점간에 일정 용량으로 규격화된 전송경로를 제공 , 전송장비로 분류

ADM (Add-Drop Multiplexer): 보다 작은 신호를 입력신호에서 추출 하거나 출력신호에 삽입


주요 기술과 상호관계 주요 기술과 상호관계 (cont.)(cont.) SDH

PDH 의 비효율성개별신호의 교환 ( 또는 종단 ) 처리 위해서 개별신호 수준까지 입력신호를 차례로 역다중화

종단점에 다양한 다중화와 역다중화가 이루어 지려면 , a hierarchy of mux’s 가 있어야 ,…→ 비효율적인데다 투자비용과다 .

작은 신호라도 직접 입력신호에서 추출하여 종단 또는 교환 (교차연결 ) 처리한 후 , 출력신호로 다중화하여 내 보냄

ISDN, B-ISDN ISDN

디지털화 된 가입자망 에서라도 서비스들에의 접속을 통합운영 목표

B-ISDN 광대역 서비스를 지원하기 위해 전송 / 교환 용량을 대폭 증가

기간망의 통합운영 (network integration)

ATM (Asynchronous Transfer Mode) : B-ISDN 의 핵심 기술


주요 기술과 상호관계 주요 기술과 상호관계 (cont.)(cont.) ATM

전체 PDH/SDH 망을 다 사용 , 각 전송경로 종단점에 ATM 교환기논리적인 전송경로와 같은 디지털 파이프를 대응시켜 (Virtual Channel/ Virtual Path (VC/VP)), 고속으로 ATM 셀들을 관통

ATM 교환기 간에 , 여러 개의 전송경로의 연결형태인 VC/VP 라는 논리적인 디지털 파이프를 통해 , ATM 셀들을 고속으로 전달

광전송기술 PDH: T3 급 (45Mbps) 신호전송

SDH: STM-16(2.5Gbps) 단위의 신호전송

WDM: 낮은 손실을 가지는 넓은 광신호 주파수대 에서 서로 떨어 진 복수의 파장신호를 개별적으로 반송신호로 이용할 수 있는 기술


SDH and SONETSDH and SONET# 디지털다중화체계 : 다수의 저속신호를 고속신호로

다중화하는 배율과 절차 , 동기화 방법 등을 의미

PDH 의 등장배경신호처리의 디지털화 :

전송부문서부터 시작

교환기를 거쳐 가입자선로 순으로 진행

중계교환기 ( 노드 ) 가 디지털화되지 않았다 . 노드에서 Digital Analog 및 Analog Digital 변환 처리


SDH and SONETSDH and SONET 다중화 구조

PDH 구조 : 북미식 (T 계열 ), 유럽식 (E 계열 ) 의 다중화체계

동기화 방법고속신호에서의 저속신호부분의 비트속도는 미세하게 차이가 발생할 수 있으며 , 시간이 지나면서 증폭됨 비트스터핑 (bit stuffing)

계위 북미 유럽 북미 - 유럽간 연동DS-0 64 64 64

DS-1 1,544(T1,24 X DS0) 2,048(E1,30 X DS0) 2,048(E1)

DS-2 6,312(T2,4 X T2) 8,448(E2,4 X E1) 6,312(T2)DS-3 44,736(T3,7 X T2) 34,368(E3,4 X E2) 44,736(T3)

DS-4 139,264(E4,3 X T3) 139,264(E4,4 X E3) 139,264(E4)단위 : Kbps


SDH고도화된 DCS 등의 개발로 다중화된 신호상에서 직접 분기 , 결합 , 교차 및 연결 등이 가능하여 새로운 디지털 계위 요구 SDH 등장

SDH 는 고속의 신호 상에서 저속의 신호가 추적가능하고( 동기화되고 ) 점대점 환경뿐만 아니라 망환경에서도 효과적으로 운용가능

# SDH 와 ATM : SDH 의 “동기”는 물리계층의 동기이며 , ATM에서의 “비동기”는 트래픽이 생성되면서 셀이 만들어 진다는 뜻 , 즉 채널에서의 셀의 상대적 위치가 정해지지 않는다는 뜻이다 .

SDH and SONETSDH and SONET


다중화 구조

SDH 다중화 계위는 다양한 PDH 신호를 효율적으로 수용할 수 있도록 설계상자 (container, C) : 기존의 PDH 신호를 수용하는 기본단위가상상자 (Virtual Container, VCon) : 상자의 목적지와 기타 관리정보를 포함하는 경로 오버헤드를 더한 것관리단위 (Administrative Unit, AU) : VCon3, VCon4 에 포인터를 붙여서 구성관리단위그룹 ((Administrative Unit group, AUG) : 관리단위의 단순한 집합으로 STM 프레임에 실리기 위해서 구성된다 .

보조단위 , 보조단위그룹 (Tributary Unit, TUG): 관리단위와 개념적으로 동일 , Vcon3, Vcon4 에 실리기 위함 .

# 동기식 수송모듈 (STM) : SDH 의 전송단위로서 기본단위는 STM-1 이다 .



STM-1 STM-1 프레임의 구조프레임의 구조


SDH and SONETSDH and SONET STM-N 프레임의 구조

byte interleaved multiplexing 9 행 x9Bxn:SOH 및 포인터공간 , 9 행 x261Bxn:payload 공간


동기식 다중화 구조동기식 다중화 구조


동기화 방법 : 포인터를 통한 동기화SDH 에서는 동기화 방법으로 PDH( 비트 스터핑 사용 ) 와는 다르게 포인터를 사용

VCon 과 AU( 또는 TU) 와의 차이로 나타남 다른 지점에서 생성된 VCon 이 STM 내부의 AU 에 실릴 때 , AU 의 비트속도와 VCon 의 비트속도 간에는 미세한 차이가 생길수 있다 .

이러한 차이에 대비하여 잉여 바이트를 포인터 내에 , 잔여 바이트를 AU payload 내에 확보한다 .

잉여바이트 (surplus B): • Vcon 이 AU 의 생성속도보다 빠를 경우• 누적된 잉여분이 한 바이트가 될때

잔여바이트 (slack B): 반대의 경우



SDHSDH 의 계층화 운용의 계층화 운용 3 단계로 계층화된 전송처리

재생기구간 (regenerator section) 계층인접한 재생기간의 구간 , AUG 를 실어 나르는 재생기구간 오버헤드 (Regenerator Section Overhead, RSOH) 가 재생기를 거칠 때마다 갱신 (삽입 추출• ) 된다 .

디지털구간 (digital section 또는 multiplexer section) 계층인접한 다중화기 (multiplexer, 예를 들면 ADM, DCS 등 ) 간의 구간

다중 ; 화기구간 오버헤드 (Digital Section Overhead, DSOH) 가 다중화기를 거칠 때마다 갱신 ( 삽입 추출• )

단위 : STM 프레임

전송경로 (transmission path) 계층임의의 종단 다중화기간의 경로

POH(Path Overhead) 가 경로의 시작과 끝에서 갱신 ( 삽입 추출• )

단위는 VCon


SDHSDH 의 계층화 운용의 계층화 운용 세 계층으로 운용

Regenerator, Multiplexer(Digital), Transmission Path


SDHSDH 의 다중화과정의 다중화과정 C,F. 기차에 짐 싣는 과정

기차역 : 전송경로 종단점의 다중화기에 대비수송코자 하는 물건 (PDH 신호 ) 을 정해진 규격의 상자에 싣는다 (Container 생성 )

이 상자에 목적지 태그를 단다 ( 경로 오버헤드 부착 , Vcon 생성 )

기차의 차량 (STM-1 frame) 에 싣는다 .이때 상자 별로 위치 기록 (pointer 부착 , AU 또는 TU 구성 )

수송 물량이 늘어나면 차량편수 더 늘인다 (STM4, STM-16 frame)

종착역에 도착하면 실린 상자 별로 태그를 확인


SDH and SONETSDH and SONET PDH vs. SDH

PDH SDH

프레임주기 일정하지 않다 125s 로 일정하다다중화단계 다단계 (n-step) 다중화 일단계 (1-step) 다중화동기화방법 비트스터핑 (bit-stuffing) 포인터 (pointer)

최소동기화단위 비트 바이트가시성 바로 아래 수준의 신호만 가시적 STM-1 내의 모든 하위신호가 가시적

오버헤드의 사용 매 단계 새로운 오버헤드 추가 STM-1 이후 오버헤드 추가 없음계층화구조 비계층화구조 계층화구조적합성 점대점 (point-to-point) 환경에 적합 망 (network) 환경에 적합

표준의 광역성 세계표준이 없음 세계표준


SDH and SONETSDH and SONET SONET(Synchronous Optical Network)

북미 통신표준기인 T1 위원회에서 승인한 광전송표준

SDH, SONET 의 신호계층OC 단위 : Series of physical protocols (OC-1, OC-2, OC-3, and so on) defined for SONET optical signal transmissions.

전송단위 전송률 (Mbps) SONET SDHOC-1 51.84 STS-1 -OC-3 155.52 STS-3 STM-1OC-9 466.56 STS-9 -

OC-12 622.08 STS-12 STM-4OC-18 933.12 STS-18 -OC-24 1244.16 STS-24 -OC-36 1866.24 STS-36 -OC-48 2488.32 STS-48 STM-16


노드 전송장비 ( 다중화장비 ) 의 요구기능다중화 / 역다중화 Terminal mode Multiplexer(TM)

결합 / 분기 Add Drop Multiplexer(ADM)

크로스 커넥트 기능 DCS(Digital Cross Connector)



ATMATM ISDN 의 회선모드와 패킷모드

회선모드발신 착신 사이에 하나의 회선을 점• - 대 - 점으로 연결하여 독점적 배타적으로 •사용하는 방식

고정된 타임슬롯의 위치로 프레임 내에서 회선의 식별

패킷모드회선을 독점적으로 연결하지 않고 , 정보가 발생할 때마다 패킷을 송출하는 방식

발신자가 송출하는 패킷의 헤더에 설정된 라벨로 식별

B-ISDN 의 ATM 패킷모드의 특성 ( 효율적인 망운용 ):

정보가 발생할 때마다 셀을 할당

회선모드의 특성 ( 고속처리 ): 패킷 : 작은 셀 단위로 고정 , 획일화 ( 타임슬롯화 )


ATMATM 교환기술의 스펙트럼

다중속도회선교환 : N-ISDN 의 화상전화에서 응용고속회선교환 : 정보 전송 발생시만 회선 설정

프레임 교환 : 일부 중계노드의 오류복구기능 생략

프레임 중계 : 모든 중계노드의 오류복구기능 생략 ( 최종 목적지의 단말에서 오류 점검 )

고속패킷교환 : OSI 2 계층의 모든 링크제어기능 생략하고 단순화된 패킷의 하드웨어적 처리


ATMATM Why “asynchronous” tranfer mode?


ATM Cell ATM Cell 구조구조

ATM 헤더구조

ATM 셀구조


ATM Cell ATM Cell 구조구조 GFC (Generic Flow Control)

UNI 에만 적용종단점에 접속된 복수의 단말 별로 흐름 제어

VPI, VCI PT (Payload Type)

사용자정보 , 망정보 구분 , 등등 CLP(Cell Loss Probability)

망 폭주시 폐기될 우선 순위 명시 HEC( Header Error Control)

CRC 방식


ATMATM ATM 의 특징

고속적합성 : 셀에 의한 전송다양한 정보들은 셀 ( 고정길이의 블록 : 53bytes) 에 넣어서 운반

5bytes(header) : 대부분 경로정보 ( 트래픽 /혼잡 제어 일부 포함 )

망운용의 효율성 : 통계적 다중화방식Burst traffic 들을 통계적 다중화하면 , 군집성이 사라지고 평활화 되고 필요대역 감소


ATMATM인터넷 트래픽의 특징

자기유사성 : 통계적 다중화방식에 대한 기대 감소


ATMATM B-ISDN 에서의 ATM 전달망

ATM 에서는 망과 단말의 역할을 구분망 : 셀의 전달기능만을 수행

단말 ( 연접점 ): 셀의 조립 / 분해와 기타기능


ATM ATM 전달망의 계층구조 전달망의 계층구조


ATM ATM 전달망의 계층구조전달망의 계층구조


가상경로가상경로 ,, 가상채널의 교환가상채널의 교환


ATMATM ATM 을 통한 서비스 처리과정

ATM 적응계층 (AAL) : 특성이 다른 다양한 광대역 서비스 (텔레서비스 , 부가서비스 )

ATM 전달서비스 (베어러서비스 ) 로 구현키 위해서는

적응기능 (Adaptation Function) 이 필요

AAL 서비스의 분류


ATMATM B-ISDN 프로토콜 참조모델에서의 하위계층 기능

계층 부계층 기능 비고상위계층 - 상위계층기능

AALConvergence 서비스 범주의 특성에 적합한

구조로 프레임 만듬

Segmentation and reassembly 셀단위에 맞게 분할 , 재조립

ATM

- 일반흐름제어 ATM 종단에서만 존재셀헤더의 생성 , 추출 ATM 종단에서만 존재

식별자 전환 스위치에서만 존재셀 다중화 역다중화• 단일흐름시 생략

Physical Layer

Transmission Convergence 셀속도맞춤

HEC 생성 , 확인셀경계선 구분

전송프레임 수렴 Cell 기반 전송시 생략

전송프레임 조립 , 분해 Cell 기반 전송시 생략

Physical Medium 비트시간 정보기능물리매체 관련기능


ATMATM 계층간의 대응관계


WDM 이전의 광전송 시스템

1968년 Kao 에 의한 광전송실험발광소자로 LED 사용

불순물이 많은 광섬유사용

분산으로 실용성에 문제

1970, 미국 Corning 사에서 분산 줄인 광섬유개발

1980, 광통신 시대 개막 T3, STM-1, STM-4, STM-16 급의 고속전송 가능

광전 / 전광 변환에 대한 물리적인 제약으로 5~10Gbps 속도 제한 본격적인 연구로 현재의 WDM 결실

WDMWDM


광전송체계의 전송 특성 ( 광손실 , 분산 )

광손실

산란손실• 직경이 파장정도의 물체표면에 닿았을 때 여러방향으로 산란• 제조과정에서 발생하는 불가피한 손실

흡수손실• 광섬유에 포함된 불순물에 흡수

구조불안정에 의한 손실• 코아 -클래딩경계면 , 광도파로 구조의 불균일

마이크로벤딩 손실• 제조과정에서 가해진 측면의 압력으로 인한 섬유축의 미세한

구부러짐에 의한 손실

WDMWDM


WDMWDM분산

모드분산• 입사된 빛이 모드라 불리는 서로 다른 광로를 따라 진행• 이러한 지연에 따른 분산

색분산• 재료분산이라고도 ..• 유리의 굴절율이 파장에 따라 변하는데 따른 분산현상

구조분산• 광섬유의 구조변화로 섬유 축과 이루는 각이 모드의 경로에 따라 변화

• 광의해석으로는 모드분산의 일종


광섬유의 전송특성광섬유의 전송특성


Dense WDM vs. Coarse WDM 광전송체계의 요소기술

광섬유기술 : 단일모드 광섬유다중모드에서 전송특성이 우수한 단일모드로 발전

코어의 폭이 좁아지고 , 코어와 글래딩간의 굴절률 차이를 대폭 적게 한 단일모드

진행각도 차이에 따른 광선간의 도달 시간차이가 없어져 100GHz*km 이상의 고속전송 가능

• ( 광전송 성능척도 : 대역폭 ( 속도 , Hz 단위 ) * 무중계거리 ) 가 많이 쓰인다 .

레이저 기술 : DFB 레이저광통신 레이저 다이오드중 , 좁은 스펙트럼의 광을 출력시키는 DFB-LD(distributive feedback laser diode) 개발

Dense WDM 기술을 위한 발광소자로도 적합

WDMWDM


Dense WDMDense WDM 과 과 coarse WDMcoarse WDM


Allwave Allwave 광섬유의 전송특성광섬유의 전송특성


광전송체계 요소기술광전송체계 요소기술 단일 모드 광섬유

코어를 따라 직진하는 광선과 각도별로 전반사 하는 정도가 다른 과언들의 경로차이로 인한 모드분산 (mode dispersion) 을 막음코어의 폭을 좁게 하고 코어와 클래딩 간의 굴절률 차이를 대폭 적게 한 광섬유

DFB 레이저 (Distributive FeedBack Laser Diode)단일모드 레이저 다이오드 : 좁은 스펙트럼의 광을 출력

분산을 크게 줄임

회절격자제조시 격자간격을 조정하여 출력광의 파장을 조정DWDM 의 발광소자로도 이용

Tunable 레이저넓은 범위에 걸쳐 사용 파장을 자유로이 선택하여 조정함

유연한 WDM 네트워크 구성 광섬유 증폭기술 : EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)

장거리 전송시 손실을 보상하기 위한 기술 EDFA

EDFA 를 통한 전송성능 ( 거리 용량 ) 의 증가


광 교환기광 교환기 광 교환기 (Optical switch)

전기신호로의 변환없이 광신호를 그대로 교환처리 MEMs(micro-electro-mechhanical systems) 의 구성요소인 작은 거울을 미세조정하여 광 경로를 바꾸는 방법이 일반적


파장 변환기파장 변환기 파장변환기 (wavelength converter)

입력 파장신호의 데이터를 입력파장과는 다른 출력 파장의 신호로 옮겨싣는 광전송장치WDM 네트웍의 효율적인 구축에 매우 유용

파장변환을 위한 대표적인 방법 : opto-electronic ( 광 - 전 ) 방식입력파장의 신호를 복조하여 전자신호로 바꾸고 , 재생기를 거친다음 , 원하는 다른 파장에 변조해서 실음


WDMWDM 기존의 광통신

약 200THz(2x214Hz) 의 광파를 반송파로 하여 기저대역신호에 따라 광원을 ON/OFF 하여 수신측에서 직접 감시하는 방법 가용 주파수 대역이 넓지만 , 극히 일부분만 정보전달에 사용

WDM 시스템하나의 광섬유를 상이한 파장을 가진 빛으로 다중화하여 전송하는 주파수다중화 방식

기존 시스템의 광신호가 하나의 파장에 실리고 , 다수의 파장이 다중화되어 단일 광코어에 의해서 전송 가능하게 됨

‘단일파장의 광신로 속도 * 가능한 파장의 수’ = 전송속도동선이나 무선에서만 사용되던 QAM 방식의 전송이 광섬유에서도 가능해짐


파장분할다중화의 기본원리파장분할다중화의 기본원리


WDMWDM 의 용량구조의 용량구조


WDM WDM 네트워킹네트워킹 Broadcast-and-select WDM network

송신노드로부터 받은 신호를 모든 파장신호에 복사하여 방송

LAN 이나 MAN 등에서 간단히 WDM 을 구현하는 방식


WDM WDM 네트워킹네트워킹 Wavelength routing WDM networking

대규모 WAN 의 구축시 적용

예시 : 앞 slide (b)

파장변환 기능에 따라 구분

교차 연결장치수동성형 (Passive star): 입력된 신호를 모든 출력포트에…

수동라우터 ( Passive router/switch)• 입력된 파장신호들을 해당 출력포트에 출력• passive star 와 같이 가입자망 , 지역망의 구축에 쓰임

능동 라우터 / 스위치• 입력과 출력간의 경로결정하는 라우팅 메트릭스가 재구성 가능• wavelength-routing switch, wavelength selective crossconnect 라고도 불림• 파장변환이 가능한 경우는 wavelength iunterchanging crossconnect


WDMWDM 망망 WDM 망에서는 사용자간 광경로 (light path) 채널로 연결 광경로 : 복수개의 fiber 링크의 연결 .

중간노드 : all-optical bypass 기능을 갖춘 능동 스위치 설치

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