전화망의 구조

가. 개요

정보통신분야는 기술간의 연계성이 높고 그 발전속도도 매우 빠르게 새롭게 등장하는 기술들을 일일이 쫒아가기 힘들 뿐 아니라 총체적으로 이해하기는 더욱 벅찬 실정이다.

네트워크란 말은 여러 가지 의미를 가지고 있다. 원래는 그물세공이나 망사직물의 의미를 나타냈으나 그 뜻이 바뀌어 지금은 도로나,철도,버스노선과 같은 망사조직을 네트워크라고 부르고 있다. 여기서 말하는 네트워크는 정보통신 네트워크로서 다른 것과 구별하는 의미에서 전기통신네트워크(Telecommunication Network) 또는 통신망이라고 한다. 그 대표적인 예로서는 전화망을 들 수 있으며, 한국내의 전화망에는 약 1800만 이상의 전화가입자가 접속되어 있으며, 어느 전화기에서도 상대방 전화번호를 누르면 수초 이내에 1800만 여개의 번호중에서 오직 다이얼한 그 번호를 정확하게 골라 접속할 수 있도록 되어 있다. 그러나 전기통신 네트워크는 철도의 네트워크와 같이 우리들의 눈을 통해 구체적인 형태로 볼 수는 없다. 따라서 네트워크의 전체적인 윤곽을 파악하기 위해 전화가 어떠한 경로를 거쳐 연결되는가를 정리해 본다.

나. 본론

각 사무실(가정)의 전화기는 하나하나의 가입자선에 연결되어 전화국의 교환기에 접속되어 있으며, 가입자서느이 수용을 목적으로 하는 이 교환기를 시내교환기(LS : local switch, 일명 가입자교환기라고도 함)라고 한다. LS 가 설치되어 있는 전화국은 다수의 가입자를 수요하기에 편리하도록 그 구역의 거릐 중심에 자리잡고 있으며, 수 km~수십km간격으로 설치되어 있어 쉽게 눈에 띈다.

1. 교환기에는 LS와 TS의 2종류가 있다.

교환기는 작은 스위치의 집합으로 다이얼번호를 따라 차례로 스위치를 닫아서 전화를 걸고자 하는 상대방의 가입자선에 접속하는 것이 주된 역할이다. 상대방이 같은 구역내에 존재하고 있으면 같은 LS내에서 접속될 수 있지만 다은 구역에 있을 경우에는 그 구역의 LS까지 전송로를 접속시키지 않으면 안된다.

시외전화에서는 경로가 훨씬 복잡해진다. 다이얼 숫자를 보고 시회전화임을 식별하게 되면 LS는 시외전화국의 교환기를 선택하여 접속하고 여기서 상대방의 구역에 접속하는 구조로 되어있다. 이 교환기는 통화상대가 서울에서 부산방면인지, 광주방면인지를 식별하여 그 방면의 전송로를 골라서 접속하는 역할을 담당하고 있다. 이와같이 가입자와는 직접 접속하지 않고 교환기와 교환기간을 중계하는 기능을 가진 교환기를 시외교환기 또는 시외중계교환기(TS : Toll Switch 또는 TTS : Toll Transit Switch)라고 부른다.

전화국과 전화국간을 연결하는 전송로를 국간전송로라고 하며, 전송로 매체로는 동축케이블, 마이크로웨이브 무선, 그리고 최근에는 광섬유케이블이 사용되고 있다. 거리가 짧은 곳에서는 두가닥의 동선이 꼬여 있는 꼬임페어케이블(Twisted Pair Cable, 일명 쌍대선케이블)이 사용되기도 한다.

국간 전송로는 같은 루트상에 여러개 깔려 있으며, 서울~부산간 루트라 하더라도 영동,호남 등의 지역을 우회하는 몇 개의 우회경로를 준비하여 재해나 사고에 대비하고 있다.

2. 전화국에서 가정까지를 연결하는 가입자 선로

전화국에서 각 가입자 댁내까지의 배선케이블을 가입자선이라고 한다. 도심에서는 케이블의 지하화가 이루어져 있으나, 주거지역이나 교외로 나가면 전신주에 전화케이블이 연결되어 있음을 보게된다.

이 케이블을 잘 들여다보면 군데군데 검은 상자가 매달려 있는데 거기에서 한집 한집 각 가정까지 선이 나가고 있다, 이 전화케이블속에는 몇십 또는 몇백 가닥의 가는 선이 다발로 되어 있는데, 도중에 몇 개의 작은 다발로 나누어져 검은 상자속으로 분기되어 나가고, 여기서 각 가입자 댁까지 하나씩 배선되는 구조로 되어 있다. 전선도 각 가정에 전선이 연결되어 있지만 처음부터 공통된 선을 도중에서 점차분기하여 한집씩 배선하고 있는데 반하여 전화가입자선은 전화국에서부터 따로 따로 별개의 선이 각 가입자 댁까지 개별적으로 배선되고 있는 것이 크게 다르다. 네트워크 형태상 전력선은 나무구조인 반면 전화가입자선은 성형구조이다.

가입자선을 가입자 가정에서 전화국쪽으로 더듬어가면 도중에 지하로 들어가 전화국에서는 지하로부터 전화선이 나와 접속되는 것이 일반적이다,

이 지하케이블은 가입자선을 차례로 모르면서 점차 굵어지게 되고, 가입자선의 줄기와 같은 구실을 하게 되는데 이를 피터케이블이라고 하며, 이에 대해 선신주에 길 게 걸려있는 케이블(가공케이블)은 피더 케이블로부터 분기되어 각 가입자 가정에 한가닥씩 배선하는 역할을 하기 때문에 배선케이블이라고 부른다.

가입자선은 그림3과 같이 두 가닥의 동선을 꼬은 페어케이블이 주로 사용되며, 심선의 굵기는 외경 0.32mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.65mm, 0.9mm 등 여러 가지가 있다 0.3mm는 주로 전화국에서 1km 이내에, 0.9mm는 보다 원거리 지역에 사용된다. 케이블에 수용되는 심선페어수는 10페어에서 최대 3600페어까지 있다. 피더케이블은 통상 600페어 이상으로 굵으며, 배선케이블은 피더케이블로부터 분기되어 비교적 좁은 구역(배선구역)을 커버하면 되므로 200~400페어 이하가 보통이다.

LS가 설치되어 있는 전화국은 각각의 수용구역이 정해져 있으며 그 구역내의 모든 가입자에 대하여 전화국으로부터 가입자선이 접속되어 있다, 수용구역의 범위는 대 도시에서는 약 1.5km, 중도시에서는 반경 약3km, 소도시에서는 시골이라도 반경 7km 이내가 보통이다. 이는 직선거리를 나타낸 것으로 실제 케이블의 길이는 최대 10km 정도 평균은 1.9km 이다(일본의 예임)

케이블은 미리 몇 년 후의 수요까지 예측하여 부설하지만, 새로운 대규모 아파트 단지나 오피스 건물이 들어서게 되면 선이 부족하게 되는 경우가 있다. 역으로 지나치게 여분을 두어 부설하는 것은 낭비가 된다. 따라서 그림4와 같이 피더 케이블 중에 몇 개의 페어선을 A 구역의 배선 케이블과 B구역내의 배선 케이블에 공통으로 끌어 넣어둔다. 만약 A 구역의 수요가 증가되면 이선은 A구역의 전화를 접속하기 위해 사용하게 되고 B 구역으로 나간선은 사용하지 않고 놀린다. 이렇게 하면 적어도 페어 케이블의 최적 사용을 도모할 수 있게 된다.

하나의 페어선에서 분기된 형태로 접속되어 놀고 있는 선을 브리지 탭이라고 한다. 전화음성은 최고로 하더라도 3400Hz로 주파수가 낮기 때문에 문제가 되지 않지만 ISDN과 같이 고속펄스를 전송하는 경우는 이 브리지탭에서 펄스의 반사가 발생하여 신호전송을 방해한다. 그래서 최근에는 신설 가입자 케이블에는 브리지 탭을 부설하지 않도록 하고 있다.

3. 가입자수에 따라 네트워크는 변화한다.

세계 8위권의 회선보유국으로 성장한 우리나라에 자석식 교환기가 최초로 설치된 해는 1895년이다. 이어 1902년 3월 20일 서울-인천간에 통신원에서 운용하는 전화가 개통됨으로써 우리나라 최초의 공중통신용 전화가 시작되었다. 당시 총 5명(서울2, 인천3)의 가입자를 상대로 시작한 매우 소규모의 사업이었다. 그러나 그후 여러차례 격동기를 거치면서 1987년에는 1000만 회선을 돌파하였으며 93년에는 2000만 회선을 돌파하였고 94년에는 전국 전화의 전자화가 달성되었다. 95년 10월말 현재 전화회선수는 약 2148만 회선이며 가입자수는 1800만으로 100인당 보급율이 40명을 넘어서는 수준으로까지 발전하였다.

일반적인 통신망의 발전모습을 모델화하여 나타내면 그림5와 같다.

처음에는 어느 지역에 산재하는 가입자를 아나의 교환기(LS)에 수용한 구성 A로 시작되어, 가입자수가 일정수준 모이게 되면 B와 같이 또 하나의 교환국을 만들고(분국이라 함), 일부 가입자를 새로운 LS로 이관하여 LS 상호 전송로(중계전송로)로 접속한다. 때에 따라서는 서울,인천과 같이 처음부터 2국으로 출발하는 수도 있다.
그러는 사이 여러 지역에 같은 형태의 교환국이 설치되고 C와 같이 LS 상호간의 중계선으로 연결한 네트워크가 생기게 된다. 그러나 LS 수가 많아지면 망형망(mesh network)으로는 비 경제적이 되기 때문에 일부 교환기에는 가입자를 수용함과 동시에 다은 LS 간의 국간 교환을 수행하는 기능을 갖도록 하게 되었다.

하지만, 이 기능은 독립되어 D와 같이 국간 교환에만 전념하는 중계교환기(TS)가 되고, 나아가 TS가 늘어나게 되면 E와 같이 TS상호간을 중계선으로 연결한 네트워크가 형성된다.

E는 네트워크가 LS와 TS의 2단 구조로 되어 있음을 알 수 있다. 이를 네트워크 계층구조하 하며 LS,TS각각의 레벨을 국계위(局階位 : office class 또는 office rank)라고 한다. E는 국계위가 2개 있으므로 2계위망, C는 국계위가 하나 뿐이기 때문에 단일 계위망 또는 무 계위망이라고 부른다.

대규모 통신망은 몇 계위의 계층구조(hiersrchical structure)로 구성되는 것이 일반적이다. 그 구성방법은 나라에 따라 약간씩 다르나 대체로 기본구조는 유사하며 그림 6-A 와 같이 4 계위망으로 구성된다. 즉 가입자에서 가까운 쪽부터 차례로 단국(EO : End office), 집중국(TC : Toll Center), 중심국(DC : Disrict Center), 총괄국(RC : Regional Center)을 말한다. 이에 비새 국토가 넓고 가입자수가 많은 북미지역에서는 5계위망을 채용하고 있다.

5. 전송로의 저비용화로 계위수가 줄어든다

그던데 그림 6-A에서 가입자 A가 가입자 B와 전화 통화하는 경우 실선의 경로를 따르게 되면 4계위망의 최상위국을 거치게 되어 전부 8회나 교환기를 통하게 된다.
그러나 실제로는 트레픽이 많은 국간에는 점선으로 나타낸 바와 같은 직통의 중계선(Traverse Route)이 설치되어 있다. 더욱이 교환국중에는 2개 이상의 계위를 겸하는 겸용교환기를 설치한 곳도 있어 교환기를 통하는 회수는 훨씬 적어진다.
국 계위수를 얼마로 하는 것이 최적인가는 교환기와 전송로의 비용대비, 교환기의 용량,트래픽 등에 의해 결정된다.

일반적으로 교환기의 가격이 싸고 전송로가 비싸면 교환기수를 많게(국 계위수를 많게)하여 전송로의 사용 효률을 높이며, 반대로 교환기가 비싸고 전송로가 싸면 교환기수를 줄이는(국계위수를 적게) 쪽이 이득이다.

최근에는 디지털교환기의 등장으로 인해 대용량 교환기의 실현이 가능하게 되었고, 광섬유에 의한 전송로의 경제화도 추진되고 있다. 따라서 장래의 디지털 네트워크에서는 지금까지의 국 계위를 통합하여 GC(Group unit Center)와 ZC(Zone Center)의 2계위망을 기본으로 하는 그림 6-B와 같은 구조가 고려되고 있다.