정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 63. 광전송 방식의 개요

63. 광전송 방식의 개요

 

가. 광전송망과 디지털 계위
고화질 동영상이 포함된 초고속 멀티미디어 서비스가 등장하면서 이들 서비스를 원
활히 제공해주기 위한 통신망을 필요로 하였으며, 단말기와 통신망 간의 가입자망 인
터페이스뿐만 아니라 통신망 내의 노드(교환기) 간에도 초고속 전달망이 구축되어야
한다. B-ISDN은 ATM 기술 이외에 광섬유케이블과 SDH 전송구조의 채택으로 구축
될 수 있었다.
광섬유케이블은 동축케이블에 비해 이용할 수 있는 주파수 대역폭이 넓고 전송 손
실이 작으며, 전기적인 신호 등에 의한 잡음의 영향을 받지 않는다. 이와 같은 특성으
로 인해 광대역 신호를 고속·고품질로 전송할 수 있다.
광대역의 아날로그 신호를 디지털화 하면 전송속도가 높은 고속의 디지털 신호가
되며, 대용량의 데이터를 짧은 시간에 전송하는 통신에서 이용되는 신호도 고속의 디
지털 신호가 된다. 이와 같은 광대역 또는 고속의 정보신호를 다루는 B-ISDN에서 필
요한 전송로인 경우, 가입자선의 전송속도는 수 100Mbps 이상이 되고, 통신망 내의
노드 간에는 수 Gbps 이상의 초고속이 되어야 한다. 이러한 속도의 정보를 전송하기 위해서는 광섬유케이블을 사용한 광전송이 되어야만 한다.
특히, 통신망 내의 노드 간의 전송은 장거리의 중계 전송로를 사용함으로써, 한가닥
의 케이블로 가능한 많은 신호를 다중 전송하는 것이 회선(채널) 당 전송비용을 줄일
수 있다. 하지만, 다수의 회선에 대한 다중도를 실현하는 경우, 다수의 신호를 모아서
한 번에 다중화하는 방법은 적합하지 않기 때문에 여러 단계로 나누어 단계별로 다중
화하는 방식을 사용해오고 있다. 이런 다중화의 단계를 디지털 계위(hierarchy)라고
하며, 국제적으로 표준화되어 사용되고 있다.
통신망에 최초로 도입된 디지털 방식은 전화용 케이블을 사용하는 24채널의 다중
전송방식으로서 전송속도는 1.544Mbps이며, 미국에서 표준화되었고 북미방식으로서
T1 전송시스템 또는 DS-1(Digital Signal-1)이라고 한다. 유럽에서도 32채널의 다
중 전송방식으로서 2.048 Mbps의 전송속도를 갖는 E1 전송시스템이 표준화되었고,
일본을 포함하여 3개의 계열이 표준화되어 있다. 이들 3개 표준은 유사 동기식 디지털
계위(PDH : Plesiochronous Digital Hierarchy)라고 부르며, [그림 5-22]와 같은
구조를 갖는다
하지만, 이들 방식들은 경제성을 고려하였기 때문에 전송속도가 낮게 억제되었고,
각종 제어신호를 보내기 위한 비트가 부족하며, 디지털 교환기와의 정합도 용이하지
않았다. 특히, 광섬유케이블을 사용하는 전송방식이 등장으로 전송속도가 증대되더라
도 전송로 측에서 대응하기 어려운 상황이었다. 초기에 우리나라에서는 T1, 즉 DS-1
과 DS-3(44.736Mbps), E1 등이 많이 사용되었다.
따라서, 동기 다중화와 광통신 기술의 발전을 배경으로 새로운 디지털 전송구조가
표준으로 개발되었는데, 이것이 바로 동기 디지털 계위(SDH : Synchronous Digital
Hierarchy)이다. 초기에 광대역 정보를 통신망 내에서 전송하기 위해 광통신망을 도
입하여 동기식 광통신망(SONET : Synchronous Optical NETwork) 접속 표준을
만들던 중, 이를 B-ISDN의 망노드 인터페이스(NNI) 표준으로도 사용할 수 있도록
일반화 시킨 것이 SDH이다.
SDH는 155.52Mbps를 기본으로 하여 유료 부하(payload) 신호들을 적절히 처리하
여 전송망을 통해서 수송할 수 있도록 새롭게 표준화한 디지털 수송 구조의 계위적인
집합이며, [그림 5-23]과 같은 구조를 갖는다. SDH는 PDH보다 매우 단순하며, 특히
PDH의 신호 계열들을 모두 155.52Mbps의 기본 속도에 다중화하고, 이것을 초과하
는 속도는 155.52Mbps의 정수배의 속도를 갖도록 하였다. 즉, 동기식 다중화 과정을
통해서 기존의 PDH 신호들을 STM-n(Synchronous Transport Module level n)
신호로 다중화 시키고, 동기식 분기/결합(add/drop) 장치나 동기식 크로스커넥트 장
치 등을 통해 재구성하는 형태로 동기식 광통신망을 통해서 전송하고 재생하는 일련

동기식 디지털 계위(SDH)의 구조

의 동기식 처리 과정을 통틀어서 동기식 전송방식이라고 한다. STM-1의 신호 속도는
155.52Mbps가 되고, STM-4는 STM-1의 4배에 해당되는 622.08Mbps가 된다.
또한, PDH에서는 신호 프레임의 동기화를 위해 고정길이 프레임 크기를 맞추기 위
해서 비트가 삽입되는 비트 스터핑(bit stuffing) 방식을 사용한다. 반면에 SDH는 각
디지털 신호 프레임의 선두위치를 표시하는 정보를 다중화 프레임 내에 표시하는 포인
터(pointer) 방식을 사용한다. <표 5-11>은 PDH와 SDH의 특징을 비교한 것이다.

 

<PDH와 SDH의 특징 비교>

구 분	PDH	SDH
프레임 주기	일정하지 않음	125㎲로 일정
다중화 단계	다단계 다중화	일단계 다중화
동기화 방법	비트 스터핑	포인터
최소 동기화 단위	bit	Byte
계층화 구조	비계층화 구조	계층화 구조
오버헤드	매 단계 추가	STM-1 이후, 추가 없음
적용 환경	점대점 환경에 적합	망 환경에 적합
표준화	세계 표준이 없음	세계 표준임
응용 분야	PSTN에 적합	B-ISDN에 적합

나. 광전송망의 종류
광대역 서비스를 제공하기 위한 전달망 분야는 사용자가 연결되어 있는 통신망의
에지(edge)에 있는 노드 사이에서 물리적인 접속을 해주며 통신망 구성 노드 또는 서
비스 노드를 찾아 접속시켜 송수신 정보를 속도 지연이나 데이터 손실 없이, 안전하고
경제적으로 전달해 주는 교환 및 광전송 기능을 수행한다. 이들 기능을 수행하기 위해
라우터, 미디어 및 시그널링 게이트웨이, SDH/SONET, 파장분할 다중화(WDM :
Wavelength Division Multiplexing) 장거리 전송망 시스템, 다중 서비스 지원 플랫
폼(MSPP : Multi-Service Provisional Platform), 광회선 분배기(OXC : Optical
Cross-Connect) 등의 광통신 장비 등이 사용되고 있다.
WDM은 한 가닥의 광섬유에 각 채널 별로 여러 개의 파장을 동시에 전송하는 다중
화 방식의 기술로서 광섬유케이블의 전송 용량을 대폭 증대시킨 것이다. 그리고
WDM 보다 전송용량을 증대시킨 고밀도 파장분할다중화(DWDM : Dense WDM)이 도입되었는데, 이것은 다수의 파장을 하나의 회선을 통해 전송하고, 각각의 파장을 하
나의 채널화 함으로써 광섬유의 용량을 극대화하여 싣는 기술이다.
MSPP는 TDM 전송 효율성을 제고한 차세대 SONET/SDH를 기반으로 하여 종래
에는 별도의 장비로 운용되던 이더넷 스위치, ATM 스위치, IP 라우터 등과 같은 다양
한 서비스 인터페이스와 DWDM 전송 기능을 부가시켜 하나의 장비로 지원하는 것이
며, 자유로운 대역폭 조절 기능으로 고객별 맞춤 서비스가 가능하고, 불필요한 장비의
감소로 인한 구축비용과 유지보수 비용이 절감되는 장점이 있다.
OXC는 파장다중화 되어 있는 광 신호를 파장 단위 혹은 그 이하의 단위로 회선 분
배하는 역할을 한다. 최근 서비스 제공자의 백본 망에서 요구되는 대역폭 용량이 크게
증가하면서 SDH/SONET 장비가 코어에서 에지 또는 국간 전송 수준으로 밀려나고,
그 자리를 대용량 DWDM 장비가 대신하고 있다. 이에 따라 DWDM 장비를 통해 전송
되는 수십, 수백 개의 광 파장들을 관리할 수 있는 새로운 망 구성 요소가 필요하게 되
었는데, 이것이 바로 OXC이다. OXC를 사용할 경우 대용량의 신호를 교환할 수 있을
뿐만 아니라, 라우팅이나 스위칭으로 인한 지연 및 정보 손실을 최소화할 수 있고, 나
아가 트래픽의 변화에 맞게 광 채널을 실시간으로 설정, 변경 및 해제하는 기술을 제
공할 수 있다. OXC는 분기/결합 기능의 유무, 파장 변환 기능의 유무, 스위치의 형태
등 다양한 기준으로 분류할 수 있다.
인터넷 트래픽의 증가는 기존 액세스 트렁크(trunk), 즉 E1, DS-3 등의 대역폭으
로는 감당할 수 없어 많은 병목현상을 초래했다. 또한, LAN의 속도와 통신업체의 중
계망 속도는 향상시켜 놓았으나, 일반 사용자들과 통신업체들을 연결하는 액세스단의
WAN 구간은 여전히 낮은 대역폭을 이용해 트래픽을 전송하고 있었다. 이런 병목현상
들은 고객들로 하여금 더 높은 대역폭을 요구하게 되었고, 이런 요구사항을 충족시키
기 위해 높은 대역폭을 제공하는 DWDM 개발을 촉진시켰다.
DWDM 등을 이용한 광전송망의 보급 확대는 100Km 이내의 대도시를 중심으로
하는 MAN 시장을 활성화 시켰다. MAN이 구축된 메트로(metro) 시장은 고객의 요
구가 다양하고 사이트가 장거리 구간에 비해 매우 많다. 즉, 메트로 네트워크는 기
업 고객에게 기간망과도 같은 의미이므로, 이들 네트워크에서는 데이터 통신, 기존
의 음성 통신, TDM, 비디오 등 다양한 트래픽 유형들을 수용할 수 있어야 한다. EOS
(Ethernet Over SDH)를 통해 TDM과 이더넷 등을 동시에 구현하는 MSPP는 기존
의 광전송 장비보다 유연한 인터페이스를 요구하는 고객들의 요구사항과 기존 네트워
크의 구성과 인프라에 큰 변화를 주지 않고, 또한 새로운 서비스를 제공하려는 서비스
업체들의 요구가 맞아떨어지면서 급속히 발전하게 되었다.