2. 데이터 전송기술과 전송미디어

목차

1. 데이터 전송과 신호의 개념

2. 신호 전송과 정보이론

3. 데이터 전송과 전송모드

4. 다중화 기법과 교환기술

5. 전송미디어와 전송특성

 

1. 데이터 전송과 신호의 개념

신호(signal)란?

정보의 전송은 실제로는 신호의 전송 과정이다.

신호란 정보의 전송과 관련된 개념으로, 전자기 신호는 전압이나 전류에 대한 파형으로 나타난다.

신호는 에너지 신호와 전력 신호, 랜덤 신호와 결정 신호, 주기신호와 비주기 신호 등으로 구분

 

2. 신호 전송과 정보이론

정보이론

정보원과 통신채널에 관한 현대적 정보이론의 통계적 모델: Shannon에 의하여 기초 확립

정보이론: 정보의 '수량화', 정보를 전송할 수 있는 '통신채널의 용량', 전송효율의 향상과 에러의 감소를 위한 '부호화 기술'등 기본이론 포함

 

하틀리의 법칙: 대역폭이 증가하거나 혹은 다루는 부호 계열의 레벨 수가 커지면, 채널 용량이 증가한다.

C :  채널 용량[bit/s], B: 채널 대역폭[Hz], N:부호레벨의 수/ 오른쪽, 잡음이 있는 통신채널에서 채널의 용량

 

데이터 전송 시 고려사항

감쇄(attenuation)

데이터가 전송 도중 흡수되거나 열에 의해서 변화가 되기 때문에 발생하는 전자파의 에너지 손실

최대 이용할 수 있는 거리는 전파가 전력을 감소하는 비율과 수신 측이 전자기파를 감지할 수 있는 전력량에 의존

 

왜곡(distortion)

링크상에서의 전파현상은 서로 다른 주파수에 따라 서로 다르게 감쇄되고 지연되어, 수신 신호가 전송 신호와 다르게 되는 현상

등화기(equalizer) : 서로 다른 주파수에서 서로 다른 왜곡을 보상해주는 장치

 

잡음(noise)

도전체에서 전자의 열운동(thermal agitation)으로 인한 광자수의 불확실함으로 발생

 

3. 데이터 전송과 전송모드

부호화(encoding)과정

이진수 정보 ‘0’은 음의 전압값을 갖는 신호로 바꾸고, 이진수 정보 ‘1’은 양의 전압값을 갖는 신호로 변환함 -> encoding

이렇게 데이터를 표현할 수 있음

 

동기식 전송방식

동기식 전송방식은 2대의 송수신 시스템이 통신 시에 시차가 있을 경우 보내온 데이터를 잘못 해석할 가능성을 막기 위해 양방향 시차를 맞추어 수신자가 정확히 수신할 수 있는 기술이다. 한 글자 단위가 아닌 미리 정해진 수만큼의 글자열을 한 블럭으로 만들어 일시에 전송한다.

 

효율적인 전송이 가능하지만, 유연한 인터페이스의 제공이 어렵고 스위칭 구조가 복잡하다.

데이터 프레임

전송데이터의 분량이 상당히 큰 경우에 비동기식 전송방식보다 효율적

 

비동기식 전송방식

비동기식 전송이란 데이터를 전송할 때 하나의 글자를 나타내는 부호의 전후에 스타트비트와 스탑 비트를 넣어서 블록의 동기화를 취해주는 방식으로 start-stop 전송 방식이라고도 한다. 비트열을 전송하지 않을 때는 송수신기의 회선은 휴지 상태 (idle, 항상 1)로 있다가 데이터 전송시에 ST상태 (0)를 전송하여 수신측은 타임슬랏의 1/2시간 동안 0 상태를 유지함을 감지하여 데이터 수신을 준비한다. 글자를 구성하는 각 비트의 길이는 통신속도에 따라 정해진다.

 

사용하는 이유

비동기 전송방식에서는 각 문자정보마다 동기화 비트를 포함하고 있어서 동기식 전송방식에서처럼 전송 측과 수신 측 사이에 클록을 일치시키는 과정이 중요하지 않기 때문

 

구분	동기식 전송 방식	비동기식 전송 방식
통신 속도	고속	저속
회로 복잡도	복잡	단순
구축 비용	고가	저가
동기 제어 방식	클럭 동기	Start bit, Stop bit
전송 단위	블럭 단위 전송	문자 단위 전송
적용 예	전화 교환망, ATM, 데이터 통신망	RS-232C

 

4. 다중화 기법과 교환기술

패킷 전송의 개념과 다중화 기법

 

다중화기

n개의 입력 디바이스가 동시에 하나의 데이터링크를 상호 공유하도록 해주는 특별한 장치

 

다중화 기법

데이터링크의 효율성을 극대화하기 위해 다수의 디바이스가 단일 데이터링크를 공유하여 전송하는 효율적인 데이터 전송 기법

다중화 기법의 종류

주파수분할 다중화(FDM : Frequency Division Multiplexing) 기법

시분할 다중화(TDM : Time Division Multiplexing) 기법

통계적 시분할 다중화(Statistical TDM) 기법

 

주파수분할 다중화 방식 (FDM)

데이터링크(채널)의 주파수 대역폭을 몇 개의 작은 주파수 대역으로 나누어서 각각을 부채널(sub channel)로 재구성한 다음, 각 부채널을 여러 개의 디바이스에 할당함으로써 각 디바이스로부터 나오는 신호를 동시에 전송하는 방식

장점 : 비교적 간단한 구조, 비용 저렴, 별도의 변복조기가 필요하지 않음

단점 : 대역폭 낭비로 인한 채널의 이용률 저하

 

시분할 다중화 기법(TDM)

channel에 할당된 데이터 전송 허용시간을 일정한 time slot으로 나누고, 채널도 다시 부채널로 나누어, 각 시간 슬롯을 부채널에 순차적으로 할당하여 사용하는 방식

장점 : 비교적 간단한 구조로 되어 있어 구현이 용이, 저렴한 비용, 데이터 전송률 조절 가능

단점 : 시간 슬롯의 낭비

 

통계적 시분할 다중화 기법 (Statistical TDM)

동기식 시분할 다중화의 단점을 보완한 기술로서, 동적으로 대역폭을 각각의 부채널에 할당하는 방식

시간 슬롯을 데이터 전송을 하고자 하는 부채널에만 데이터통신 기회를 허용 → 동적 할당기법

장점 : 대역폭 낭비 최소화

단점 : 회로가 복잡해지고 비용이 증가

 

교환기술

회선 설정, 데이터 전송, 회선 해제 단계

데이터가 전송되기 전에 스테이션 사이에 회선이 설정

 

 

 

메시지(message)라고 하는 데이터의 논리적 단위를 교환하는 방식

두 스테이션 사이에 전용 전송로를 설정할 필요 없음

메시지에 목적지 주소를 첨부하여 전송하며, 메시지는 노드에서 노드로 네트워크를 통해 이동

축적 후 전달(store and forward) 방식이라고 함

왼쪽) 회선교환 방식, 오른쪽) 메시지교환 방식

패킷교환 방식

메시지교환 방식과 회선교환 방식의 장점을 결합하고 단점을 최소화한 방식

패킷을 목적지 주소에 따라 적절한 경로를 선택하여 전송하도록 하는 교환 방식

패킷 stream을 처리하는 방법에 따라 datagram 방식과 virtual circuit 방식으로 구분

연결설정 단계가 불필요하고 혼잡을 피해 경로구성이 가능하기 때문에 융통성이 개선

논리적 연결설정, 에러제어와 흐름제어가 가능하여 신뢰성 향상

교환 방식의 비교

5. 전송미디어와 전송 특성

동선 (copper wire)

모양 : 두 가닥의 절연된 동선이 균일하게 서로 감겨 있는 형태

구성 : 서로 꼬임선(twisted pair)이 되도록 구성함으로써 신호 간의 간섭효과를 최소화

동선의 굵기 : 0.016∼0.036인치 정도

거리, 대역폭, 전송률에 있어서 많은 제약이 있고, 또한 간섭이나 잡음에 매우 민감함

동선의 길이와 데이터 전송률과의 관계

 

 

 

동축케이블

구성 : 두 개의 단일 전선과 감싸고 있는 원통형의 외부도체

용도 : 장거리 전화 및 video 전송, 케이블TV 분배, LAN, RF 및 마이크로파 전송, 컴퓨터와 계측기간 데이터 연결

감쇄, 열잡음, 상호잡음변조 등에 따른 제약이 있어서 장거리 전송 시 수 km마다 리피터 필요

높은 주파수를 사용할수록 리피터의 사용이 더욱 필요하게 됨

 

광섬유

구성 : 두 개의 단일 전선과 감싸고 있는 원통형의 매우 가는(2∼125 μm정도) 전송미디어로, 유리 또는 플라스틱을 이용하여 구성

구조 : core, cladding, jacket 등 3개의 동심 부분으로 구성된 원통형 구조

기본적인 제약 중, 감쇄에 의한 제약은 광을 증폭함으로써 개선하며, 분산에 따른 제약은 산란에 영향이 적은 파장대역으로 천이하는 방법으로 개선. 전파모드 수에 따라 단일모드와 다중모드 광섬유로 분류됨

빛의 전파모드가 여러 개이면 다중모드 광섬유, 기본모드 빛만 통과시키면 단일모드 광섬유

장점 : 고속 대용량의 전송이 가능, 장거리 전송, 고품질의 전송 가능, 가볍고 내구성이 강함

단점 : 높은 비용과 접속이 쉽지 않음

 

광섬유의 특성

광대역폭 : 넓은 대역폭의 사용이 가능하여 수 Gbps 이상의 전송률까지 가능

         (동축케이블은 수백 Mbps까지 가능, 트위스트페어인 경우 수 Mbps 정도)

경량 구조 : 크기가 아주 작으며, 무게가 가벼워서 설치와 지지에 필요한 구조물 최소화가 가능

 

적은 감쇄현상 : 동축케이블이나 동선(트위스트 페어)에 비하여 감쇄현상이 현저히 적음

 

전자기적 격리 : 외부적 전자기장에 영향을 받지 않으므로 간섭, 충격잡음, 누화 현상 등에 유리

 

넓은 리피터 설치 간격 : 리피터 설치의 수가 적으므로 비용 면에서 유리

 

마이크로파와 위성통신 링크

마이크로파

대기의 전리층을 이용한 microwave 통신은 장거리 전송에 널리 이용됨

마이크로파 통신 시스템은 송신기, 가시관 전송경로, 수신기 등으로 구성

수신기로 도착하는 전파의 다중경로 현상인 fading 현상으로 인해 양질의 서비스를 보장할 수 없는 경우도 발생

 

위성통신 링크

SHF 이상의 대역을 사용하는 통신 방식으로, 가장 넓은 통신 영역을 포함할 수 있는 통신기술