[컴퓨터통신] Multiplexing (1)

Multiplexing

<Abstration of Multiplexing>

1개의 link에 N개의 channel을 태워 전송하는 것을 이야기한다.

Methodology

FDM (Frequency Division Modulation)

Frequency를 분할해서 Channel을 assign한다.

<FDM System>

  Receiver는 특이하게 Bandpass filter 라는 것을 사용하는데, 이는 특정 주파수만을 filtering해서 결과적으로 해당 채널의 signal만 추출할 수 있도록 해준다.

<FDM of Three Voiceband Signals>

  (a)를 보면, 음성 시그널은 가청주파수 대역 내에서 300~4000Hz 대로 진동한다. 이를 64KHz의 중심주파수 (Bandpass 방식)로 modulation한다. Fourier transform을 이용하면 영점좌표계를 중심으로 좌우에 스펙트럼이 분포된 것을 볼 수 있는데, 이는 중심주파수로부터의 offset을 활용한 주파수 분포로 볼 수 있다.

  중심주파수로부터 왼쪽에 위치한 주파수를 Lower sideband, 오른쪽에 위치한 주파수를 Upper sideband라고 한다.

Analog Carrier Systems

채널(Group)의 채널(Supergroup)의 채널(Mastergroup)

original signal이 여러번의 채널링을 거칠 수 있다

긴 거리의 링크는 FDM 계층 구조를 사용하여 데이터를 전송한다.

미국의 AT&T와 국제표준인 ITU-T는 서로 상이한 정의를 가지고 있다.

<그림은 AT&T의 Carrier system>

  1개의 group은 12개의 voice channel(each 4KHz)을 탑재할 수 있고, 이는 60~108KHz인 총 48KHz의 대역폭을 요구한다.

  Supergroup의 경우 5개의 group으로 이루어져 있고 총 60개의 채널을 탑재할 수 있다. 420~612KHz인 188KHz의 대역폭을 요구하는데, 토탈 240KHz(4*12*5)가 공식이긴 하나 약간 모자르다.

  Mastergroup은 10개의 Supergroup으로 이루어져 있고 600개의 채널을 탑재할 수 있다.

  ITU-T에서는 Mastergroup이 5개의 supergroup으로 이루어져 있어 약 1.2MHz(4*12*5*5)의 대역폭을 요구한다.

WDM (Wavelength Division Multiplexing)

파장을 나누어 Multiplexing하는 방법, Optical fiber에 쓰이는 방식

<Wavelength equation, 출처: http://ka.do/kR7>

FDM과 비슷한 방식이긴 하지만 frequency대신 wavelength를 나누어 사용함

<Wavelength Division Multiplexing>

  서로 다른 wavelength를 가진 데이터를 Multiplexing하여 전송하고, demodulation해서 정보를 획득함

<ITU WDM Channel spacing>

  wavelength equation에 c값으로 빛의 속도가 들어가고 광자의 진동수로 인해 높은 frequency에서 operation되는 것을 볼 수 있고, 주파수가 0.05THz(50GHz) 단위로 spacing이 되어 있다.

TDM (Time Division Modulation)

시간을 분할해서 Channel을 assign한다.

<Synchronous Time Division Multiplexing>

  위에 살펴본 FDM과는 다르게 주파수 대신 시간으로 Time slotting을 해서 전송하는 방식이다.

  Receiver측에서는 Modem이 demodulation을 하고 Operation scan을 진행하여 다시 여러개의 시그널로 나누게 된다.

TDM Link Control

TDM의 특징으로는 Header와 Trailer가 없다.

또한 Data Link control protocol이 필요가 없다.

Error control의 경우 각 채널에서 직접한다. (TDM이 error control에 관여하지 않음)

<Use of Data Link Control on TDM Channels>

  Time slot에 순차적으로 input signal을 돌려 넣어 보낸다.

Framing

  시작지점이 일치하지 않아 TDM시 잘못 읽어버리는 문제가 발생할 수 있는데, 이를 Framing을 통해 해결한다. Framing이란 1개의 control bit을 TDM frame에 삽입하여 Synchronous한 TDM을 만드는 방법을 의미한다.

Pulse stuffing

각각의 Time slot에 미달되는 데이터가 있으면, dummy bit를 추가하여 slot을 완성시킨다.

<TDM of Analog and Digital Sources>

문제점 1. 2KHz와 4KHz 신호에게 Time slot을 동일하게 분배해도 괜찮을까?

  - 기본적으로 각각의 input에게는 동일한 time slot이 돌아가게 된다. 그러나 4KHz 신호에 대해서는 2KHz의 신호보다 2배 높은 대역폭을 가지고 있으므로 Time slot 또한 2배로 늘려줘야 한다.

  그래야 대역폭이 2배니깐.

문제점 2. bitrate가 모자른 신호의 경우 time slot에 태우기 전 어떻게 해야할까?

  - Pulse stuffing을 하면 된다. 8Kbps의 신호를 받아야 하는데 7.2Kbps의 신호를 받은 경우, 나머지 0.8Kbps를 pulse stuffing을 통해 dummy bit로 채워줘서 전송하면 scan operation시 synchronization에 관한 문제가 발생하지 않는다.

<North American and ITU-T's TDM Carrier Standards>

  NA TDM Carrier Standard 의 경우 DS-1/2/3이 각각 Voice channel을 24, 96, 672개씩 태울 수 있다.

  ITU-T의 Carrier Standard는 Level 5에서 7680개의 voice channel을 태울 수 있다.

DS-1 Transmission Format

<DS-1 Tranmission Format>

  DS-1 Transmission format의 특이점으로는 각 채널이 8개의 Time slot으로 이루어져 있다는 점과 맨 앞 1칸을 비워서 sync를 맞추는 용도로 사용한다는 것이다.

  또, 24번 채널은 Signaling 전용으로 사용되는 경우가 있다.

  1-7번 비트는 56Kbps의 서비스에 사용되고, 2-7번비트는 비교적 낮은 9.6Kbps, 4.8Kbps, 2.4Kbps의 서비스에 사용된다.

  총 193bits를 125microsec에 보내는데, 1.544Mbps (193/125)의 전송률을 보이는 것을 알 수 있다.

SONET/SDH

ANSI(NA)에서는 Synchronous Optical Network, ITU-T에서는 Synchronous Digital Hierarchy로 부른다.

광 네트워크는 속도가 느린 대신 많은 Multiplexing이 가능해져서 백본 등 용도에 적합하다.

SONET/SDH에는 header 정보가 들어간다.

Data rate(총 데이터의 양) - Payload rate(실제 의미있는 데이터의 양) = overhead

<SONET/SDH Frame Formats)

  SONET의 STS-1 frame format은 특이하게 section overhead라는 부분과 line overhead, path overhead가 존재하며 section overhead와 line overhead를 합쳐 transport overhead라고 부른다. 총 810옥텟(6480비트, 90*9)의 크기를 가지고 있으며 section overhead를 제외한 부분을 payload라고 부른다.

  반면 STM-N은 STS-1에 비해 간단하게 section overhead를 제외하고는 line overhead가 존재하지 않는다.