9장. 전송효율화기술

데이터의 전송효율을 극대화하는 방법

다중화

링크의 이용효율을 높임

 

압축기법

전송 시간을 줄이고 전송효율을 높임

 

 

다중화 기법

여러 개의 저속 신호 채널들을 결합하여 하나의 고속 링크로 전송
수신측에서 본래의 신호채널로 분리하여 전달

 

주파수 분할 다중 방식 (FDM: Frequency Division Multiplexing) 

하나의 회선을 다수의 주파수 대역으로 분할

아날로그전송, 동축케이블, 광케이블

넓은 대역폭을 몇 개의 좁은 대역폭으로 나누어 사용

WIFI

동작과정

①각각의 신호 소스가 다중화 되어, 각 신호를 각기 다른 주파수 (f1,f2,...,f6)로 변조하여 전송
②각 변조된 신호는 채널(Channel)이라고 하는 일정량의 대역을 할당
③보호 대역(Guard Band)을 사용하여 인접한 채널 간의 간섭을 막음
④수신부에서는 이 보호대역을 이용해 신호를 각각 분리

 

특징
고전적인 다중화 방법
아날로그 형태로 전송
시분할 다중화 방식에 비해 비효율적
TV, AM, FM 방송과 유선방송에 많이 사용

시분할 다중 방식 (TDM: Time Division Multiplexing)

하나의 회선을 시간간격(time slot)으로 분할

디지털 전송

하나의 회선을 시분할하여 각각의 채널들이 타임슬롯(time slot)을 이용하여 전송

동기식 TDM, 통계적 TDM 2가지가 있음

동작과정

①다중화기는 각 터미널로부터 입력을 제공받아 그것을 세그먼트들로 나눔
②각 세그먼트들을 고속의 공통채널 내에 번갈아가며 할당하는 작업 반복
③반대편에서는, 각 신호들이 디멀티플렉서에 의해 개별신호로 분리
④분리된 신호는 각 터미널에게 보내짐

 

특징
주파수 분할 다중화 방식에 비해 각 터미널의 수가 동적으로 변함
가용 주파수 대역을 최적으로 사용하기 위해 시간간격을 조절하므로 융통성이 있음

 

동기식 TDM

각 프레임내에서 타임슬롯 위치가 항상 일정하게 고정

 

동작과정

①각 단말장치를 통해서 생성된 일련의 정보들이 버퍼에 저장
②타임 슬롯이 할당될 때까지 각 터미널들은 버퍼에 생성된 정보들을 저장
③정해진 순서를 기다려 타임 슬롯이 할당되면 저장된 버퍼의 데이터 프레임을 전송매체를 통해서 전송
④전송된 프레임은 수신부에서 정해진 순서대로 분리

 

버퍼에 저장되는 단위
비트 삽입식(bit-interleaving)
–타임슬롯 크기가 비트단위
–버퍼의 크기가 작아도 됨

문자 삽입식(character interleaving)
–타임슬롯 크기가 문자 단위
–수신측에서 문자를 재구성하는데 오버헤드가 불필요

 

통계적 TDM

타임슬롯 위치를 동적으로 결정

수신지 주소를 데이터에 같이 보낸다는 특징이 있음 ==> 오버헤드가 발생할 우려가 있어 성능저하요인, 전송지연

 

동작 과정
①각 터미널에서 데이터가 발생하면 지정된 프레임 크기만큼 데이터를 모아 프레임 주소영역과 함께 임시버퍼로 저장
②가장 최근에 버퍼에 저장된 데이터 프레임에 타임 슬롯을 할당하여 전송
③수신부에서는 수신된 프레임의 주소영역에 따라 프레임을 분리

 

동기식 TDM과 통계적 TDM의 비교
통계적 시분할 다중화 방식이 회선을 더 효율적으로 사용

 

코드분할 다중 방식 (CDM: Code Division Multiplexing)

확산 대역(spread spectrum)을 이용하여 다중화

여러 사용자가 같은 시간, 같은 주파수를 이용하여 전송

사용자별 상호직교성이 있는 코드를 부여 => 다중화 이루어짐

잡음과 다중경로에 대한 면역성

FDM + TDM 

이동통신, 2세대 통신망 CDMA에서 기본적으로 사용함

 

동작 과정
①송신측에서는 PSK(Phase Shift Keying : 위상변조)와 FSK(Frequency Shift Keying : 주파수 변조)를 사용하여 일차 변조
②일차 변조된 신호의 대역폭을 넓히기 위해 이차 확산 변조
③수신측에서는 확산 변조된 신호를 원래의 신호로 복구하기 위하여 이차 복조 혹은 역 확산
④역확산 된 신호는 송신측에서의 일차 확산된 신호와 거의 동등하기 때문에 일차복조 후 출력

 

장점
도청과 간섭을 방지
각 터미널에 개별 코드 할당

단점
수신부에서는 인코딩에 사용되는 코드를 알아야 함
배경잡음을 분리해야 하는 오버헤드
수신부는 디코딩을 적용하기 위해 송신부와 동기화를 이루어야 함

 

역 다중화(Inverse Multiplexing)

고속의 데이터 스트림을 여러 개의 낮은 속도의 데이터 스트림으로 변환하여 전송

 

 

다중화 응용

디지털 서비스 

종단 가입자에 연결된 64Kbps서비스부터 274.176Mbps 서비스 까지 5등급의 서비스 제공

각 단계별 서비스
DS-0 : 64Kbps의 단일 디지털 채널을 제공
DS-1 : 1.544Mbps을 제공 - 24 배의 64Kbps 에 8Kbps의 오버헤드
DS-2 : 6.312Mbps을 제공 - 96 배의 64Kbps 에 168Kbps의 오버헤드
DS-3 : 44.376Mbps을 제공 - 672 배의 64Kbps 에 1.368Mbps의 오버헤드
DS-4 : 274.176Mbps을 제공 - 4032 배의 64Kbps 에 16.128Mbps의 오버헤드

 

T 디지털 계층(T-carrier)

펄스 부호화 변조(PCM) 및 시분할 다중화(Time Division Multiplexing)를 사용
24개의 64Kbps 채널 들을 1.544 Mbps 광대역 신호에 실어 전송
북미 표준

 

E 디지털 계층

유럽의 전송 규격으로 32개의 채널(30 데이터 채널 + 2 신호 채널)을 그룹화 해서 사용

16번째는 신호정보가 담겨져 있음

채널수가 많으니까 속도가 빠르다

 

T 디지털계층과 E 디지털 계층의 다중화 구조

 

위에 한것들은 전자기적인 신호에 대한 규격이였고

SONET, SDH는 이를 포함하고 광통신 전송에 대한 표준화

 

SONET

STS-1의 프레임 단위로 전송
프레임은 transport 오버헤드와 payload 영역으로 구성

SDH

최소 전송 프레임으로 STM-1 사용
Payload를 가상으로 구분

 

가상 컨테이너 (Virtual Container)
상이한 속도 및 구조에 특성화된 신호들의 수송
경로 오버헤드(POH: Path Overhead)와 상자(C: Container)로 구성

 

포인터 (Pointer)
정상 속도보다 빠르게 또는 느리게 수신되는 VC들을 수용
다중화 및 역다중화 기능을 용이
전송 장비들의 클럭 차이로 인해 발생할 수 있는 속도차를 해결

 

기본 전송 프레임이 SONET은 STM-1의 155Mbps, SDH는 50Mbps급의 차이
SDH는 체계적으로 다중화 하는 반면 SONET은 가상 계위 신호(VT:Virtual Tributary)라는 하나의 중간 단위 설정
SDH와 SONET은 모두 계층화 개념, 프레임 사용, 동일한 포인터 기법 등 개념 상의 차이는 없음

 

 

WDM

손실이 적은 주파수 대역을 이용하여 파장이 다른 복수의 광 신호를 한 가닥의 광섬유에 다중화

 

특징

양방향 전송, 이종 신호의 동시 전송 가능
단일모드, 다중 모드 모두 사용
회선 증설이 용이, 대용량화 가능

 

네트워크 구조

 

방송 선택 네트워크 (Broad-and-Select Network)
보내는 신호가 다른 모든 노드로 전달, 수신할 노드는 전자 신호로 변환
성형 또는 버스 토폴로지를 사용하여 네트워크를 구성

 

파장 라우팅 네트워크 (Wavelength Routing Network)
논리적인 연결을 가지고 있는 두 노드 사이의 하나의 파장을 할당
겹치지 않는 경로에 대해 파장의 재사용 가능

 

 

데이터 압축

복원성에 따른 분류

무손실(lossless) 기법
압축에서 복원한 데이터가 압축전의 데이터와 완전히 일치
압축할 데이터에 어떤 변경이나 수정을 가하지 않음

손실(lossy) 기법
복원한 데이터가 압축전의 데이터와 일치하지 않음
연속매체를 압축하는데 적당

 

매커니즘에 따른 분류

Run-Length Encoding 방식
특정 문자나 데이터의 반복성을 이용

Difference Mapping
서로 인접한 데이터 값의 차이를 이용

 

패턴 치환 (Pattern Substitution)
자주 있는 패턴의 데이터 블록을 하나의 압축 부호어로 할당

허프만(Huffman) 기법
출현 빈도가 높은 문자에 짧은 부호, 낮은 문자에 긴 부호어 할당

LZW (Lempel-Ziv-Welch) 압축 기법
통계적 성질을 이용하여 일정 패턴을 생성해 압축

 

데이터 압축 기법

JPEG

ISO 산하 TC97/SC2 연구단체에서 제정
정지 영상을 처리
손실 기법과 무손실 기법을 수학적으로 구현
평균 25:1의 압축률
프레임에 모든 프레임에 대한 압축의 정보를 그대로 유지
데이터 양이 많다는 단점

 

M-JPEG

동영상의 한 프레임을 JPEG로 압축, 재생
MPEG에 비해 효능 및 화질이 떨어짐

 

H.261

동영상 압축 알고리즘
높은 압축률(100:1~2000:1)과 실시간 압축을 지원
ISDN 채널 용량은 64Kbps~1.92Mbps를 지원

 

MPEG

디지털 비디오, 오디오의 압축, 해제에 대한 표준 개발