3장: 전화의 이해

3.2 전화망의 구성

사설교환기(PBX: Private Branch eXchange) : 구내 전화(Individual User Station Lines or Extensions) 또는 키폰 등의 가정용 서비스(Residential Service)를 제공함 시내 교환기(Local exchange) : Class 5 스위치, 전화국(Central Office)이 이에 해당함 시내 중계 교환기(Tandem / Junction Switch) : 도시 내의 교환기 사이의 경로 설정 시외 중계 교환기(Tol / Transit Switch) : 다른 도시의 시외 교환기와의 경로 설정 국제 관문국(International Gateway) : 국외에 위치한 교환기와 경로 설정

전화망의 진화단계

지역에 산재하는 가입자를 하나의 시내 교환기에 수용(A)

가입자 수가 일정 수준에 이르면 (B)와 같이 분국 생성

분국 생성 후 일부 가입자를 새로운 교환기에 옮김

여러 지역에 같은 형태의 교환국이 설치되면 (C)와 같이 교환기 상호간을 중계선으로 연결

이후 각 기능이 독립되어 (D)와 같이 중계교환기 설치

중계 교환기가 증가되면 (E)와 같이 중계교환기 상호간을 중계선으로 연결

 

전화망에 사용되는 통신매체

 

초기의 전화망 형태

가입자 회선 : 트위스티더 페어

교환기 상호간 : 동축케이블, 마이크로웨이브, 광섬유

교환기 상호간 통신은 디지털 통신

 

가입자 선로를 제외하고는 거의 모두 디지털 신호를 사용

디지털 신호는 오직 두 가지의 전압만을 사용하기 때문에 본래의 신호로 복구하기 위해 회선 중간에 디지털 재생기를 삽입하는 것이 가능

디지털 신호는 다수의 재생기를 거쳐 전송될 수 있고 정보의 손실 없이 먼 거리까지 전파가 가능

반면 아날로그 신호는 증폭이 되면 어느 정도의 손실이 있게 마련이고 손실은 누적된다. 즉 디지털 전송의 에러율이 더 낮음

음성, 일반자료, 음악, 그리고 영상 등의 데이터를 함께 다중화 시킬 수 있기 때문에 회로 및 장비를 보다 효율적으로 사용하고 더 많은 데이터를 전송할 수 있음

디지털 전송은 아날로그 전송에 비해 비용이 적게 소요

아날로그 전송에서는 대륙 간의 전송에 있어 수백 개가 될 수도 있는 증폭기를 거치면서 생기게 되는 손실을 재생해 주어야 한다. 반면 디지털 전송에 있어서는 0과 1만 인식이 가능하면 충분하기 때문에 아날로그 방식에서와 같이 많은 증폭은 필요하지 않다.

 

전화망에 사용되는 시설

전화망의 시설은 전송시설과 교환시설로 구성

전송시설은 가입자 선로, 중계선(trunk) 시설로 구분

교환시설은 시내교환기, 시외교환기, 중계교환기, International Gateway로 구성

 

전송시설

 

가입자 선로

가입자 전화기를 시내 교환국에 연결시키는 전송설비

대부분의 경우 한 쌍의 케이블을 이용하지만 가입자 선로 집선장치나 원격 교환장치 등과 같은 시스템을 적용하는 경우도 있음

 

시내 중계선

시내 교환국 상호간, 시내 교환국과 시외 교환국을 연결하는 전송설비

케이블, 중계기, 아날로그 및 디지털 반송장치로 구성

동축케이블, 무선, 광섬유 케이블 등을 이용한 대용량 전송장치로 구성되는 경우도 있음

 

PSTN(공중교환전화망, public switched telephone network) 구성

PSTN은 크게 엑세스 망, 교환기, 교환기 대 교환기간의 국간망 등 3가지 구성요소로 이루어져 있음

액세스 망

가입자 전화에서부터 전화국에 설치된 교환기까지의 구간을 의미

음성신호를 포함하여 다양한 신호를 교환기까지 전달하는 역할을 수행

교환기는 반경 4km 안에 있는 가입자가 존재하는 것을 기본으로 설계

4km가 넘는 가입자들의 경우에는 RSS(Remote Subscriber Switch system)를 사용

RSS는 원거리에 있는 가입자를 수용할 뿐만 아니라 PCM 기술과 함께 사용되어 가입자에서 전화국까지 연결에 필요한 케이블 용량을 획기적으로 줄일 수 있음

 

기존의 가입자 선로 연결

2,000명의 가입자를 수용하기 위해 단국과 분배함(distribution cabinet) 까지 2,000 페어의 라인을 사용

RSS와 디지털 전송을 이용한 가입자 선로 구성

PCM 기능을 이용하여 1페어의 라인에 30채널을 다중화 하는 경우 RSS를 사용하지 않을 때와 비교하여 1,000배 이상으로 라인의 수를 줄일 수 있음

 

교환시설

 

시내 교환기

가입자와 직접 연결되어 있는 교환기

“클래스 5 교환기” 또는 “TDM 교환기” 라고도 함

시내 교환기는 “call forwarding”과 “call waiting” 같은 서비스를 처리하며 최근에는 거의 대부분의 “call recording”과 과금 처리를 수행

과거 이러한 기능은 클래스 4 시외 교환기에서 수행

일반적으로 시내 전화사업자는 시내 교환기와 중계 교환기를 모두 소유하고 있으며 이들 스위치는 동일한 하드웨어를 갖고 소프트웨어만 다름

시내 교환기에 연결된 모든 가입자에게는 7 ~ 8 자리의 번호가 할당

상위 3 ~ 4 자리는 시내 교환기의 번호를 의미하며, 하위 4 자리는 각각의 가입자를 나타내는 번호를 의미

과거 시내 교환기는 단지 시내통화만 제공하였지만 현재는 시외통화까지 모두 제공

 

중계(tandem) 교환기

가입자와 직접 연결되지 않고 시내 교환기를 서로 연결해주는 기능을 수행

“클래스 4 교환기” 또는 “TDM 교환기”라고 불리기도 함

과거에는 대부분의 “call recording”과 과금 관련 정보가 중계 교환기에서 처리가 되었으나 현재에는 시내 교환기에서 대부분 처리

중계(tandem)라는 의미는 말 그대로 여러 개를 순차적으로 연결한다는 뜻으로 트렁크들을 연속적으로 연결하는 것을 의미

중계 교환기는 시내 다른 지역과의 연결을 제공하는 섹터 중계 교환기 (sector tandem switch)와 다른 통신사업자로의 장거리 통화를 제공하기 위한 액세스 중계 교환기(access tandem switch)로 구분

 

시외 교환기

“trunk exchange” 또는 “transmit switch”라고 불리기도 함

시외 통화 트랜잭션(toll call transaction)을 처리

즉 장거리 통화를 처리하는 교환기

도시의 크기에 따라 하나 이상의 시외 교환기가 위치

 

전화망의 구성요소와 기능

종류	구성장비		수행기능
전송 시설	가입자 선로		가입자 전화기를 시내 교환기에 연결
	중 계 선	시내 중계선	시내 교환기 상호간, 시내 교환기와 시외 교환 기를 연결
		시외 중계선	시외 교환기 상호간의 연결
교환 시설	시내 교환기		가입자 전화기를 수용하며 동일 시스템 내부 가입자 상호간이나 내부 가입자를 다른 교환기 와 연결되는 중계선 사이에서 교환
	시외 교환기		시내 교환기의 중계선과 시외 교환기의 중계선 사이에서 교환기능 수행
	중계 교환기		중계선 사이의 교환기능은 시외 교환기와 동일 하나 연결 구역이 시내지역으로 한정됨

 

전화망의 계층 구성

 

대역제 (Zone System)

교환국과 그 교환국이 관할하는 구역을 구분하여 다단 계층적 구조로 망을 구성하는 구성법

중계선 그룹의 감소, 특정경로의 높은 통화량 처리, 초과(overflow)허용, 회 선 고장 시 우회 등의 기능을 제공

 

국계위 (office rank)

기능에 따라 교환국을 계층 별로 분류한 것

 

우리나라의 국계위

총괄국 (Regional Center)

중심국 (Distinct Center)

집중국 (Toll Center)

단국 (End Office)

가입자 (Local Loop)

 

 

우리나라 전화망의 국계위

1980년대 중반까지 국내 전화망은 서울, 대구, 대전, 광주 등 4개 도시의 최상위 총괄국을 중심으로 약 20여 개의 중심국을 설치, 운영

그러나 전자교환기의 대량 보급에 따라 중심국과 집중국 기능이 통합

국 단위 통화건의 모든 상위국들을 단국으로 전환

국내 전화망은 3계위로 축소

중심국 이상을 연결하는 중계망은 일반적으로 메쉬형으로 구성

중심국을 관할 구역 내의 통화권 모국에 연결하는 중계망은 경제성을 감안하여 스타형으로 구성

통화량이 많은 인접지역간은 직통회선을 구성하여 통화량을 효율적으로 중계

 

단국(end office)

전화망의 최하위 국계위로서 가입자와 직접 연결되어 있는 교환국을 의미

가입자 수가 적어 한 개의 교환국으로 이루어진 경우를 단국지(single-office area)

가입자 수가 1만 가입자가 넘어서 여러 개의 분국(local office)으로 나누어 이루어진 경우를 복국지(multiple-office area)

한편 분국수가 20~30국 이상의 대규모 시내 전화망에서는 국 사이의 경로 수가 많아지기 때문에 시내 중계교환기능을 제공하는 시내 탠덤국(local tandem office)을 두어 통신망을 운용

 

집중국(toll center)

중심국 다음의 하위국으로 중심국이 처리하는 영역을 분할하여 처리하는 기능을 수행

단국으로부터의 중계선을 통합하여 단국 상호 간에 교환 접속 기능을 제공

해당 지역 이외의 국에 대한 시외 통화는 상위국에서 교환 접속

 

중심국(district center)

집중국군의 중심이 되는 계위를 중심국

소속 집중국간의 통화 및 다른 중심국과의 중계교환을 행함

 

총괄국(regional center)

중심국군의 중심을 총괄국

다단중계의 중추역할을 하는 최상위국

시외 대역제에 있어서 최상위에 위치

 

전화망의 계층별 연결 회선

기간 회선 (Basic Trunk)

국계위 상에서 직속 상위국과의 사이 및 총괄국 상호간에 연결된 회선

바이패스 회선을 갖지 않는 국간의 호 접속이나 바이패스 회선에서 차단되는 호의 접속에 사용

바이패스 회선 (By-pass Trunk)

구역이 다르게 떨어져 있더라도 트래픽이 많은 국간에는 직통회선을 연결하여 직접 접속

트래픽을 모두 상위국으로 돌려 중계한다면 총괄국과 중심국에 과도한 부하가 부여되어 문제발생 가능성 존재

바이패스 회선으로 트래픽 분산

 

국계위와 교환계위

교환의 부과된 역할에 따라 분류한 것을 교환계위라고 함

다음은 국계위와 교환 계위와의 대칭관계임

대역제에 따른 국계위	교환 계위명
총괄국 (RC)	시외 중계교환기 TTS (Toll Transit Switch)
중심국 (DC)
집중국 (TC)	시외 발신교환기 TOS (Toll Outgoing Switch) 시외 착신 교환기 TIS (Toll Incoming Switch)
시내 중계국 (LMO)	시내 중계 교환기 TS (Tandem Switch)
단국 (EO) 분국 (LO) 종국 (SO)	시내 교환기 LS (Local Switch)

 

3.3 전화망의 동작과 신호방식

 

전화망의 동작 단계

수화기가 후크(hook)를 누르고 있는 온 후크(on-hook) 단계

수화기를 들어 올리는 오프 후크(off-hook) 단계

전화기의 다이얼을 돌리거나 번호를 누르는 다이얼링(dialing) 단계

신호 전달경로를 결정하는 스위칭(switching) 단계

전화벨을 울리는 전화벨 울리기(ringring) 단계

상대방과 대화를 나누는 말하기(talking) 단계

 

온 후크(on-hook) 단계

발신자가 전화를 걸기 전에 수화기가 후크(hook)를 누르고 있는 상태

48V DC 회로가 열려 있어 전화기의 비동작 상태를 알려줌

 

오프 후크(off-hook) 단계

사용자가 전화를 걸기 위해 수화기를 전화기로부터 들어 올리는 단계

교환기와 전화기 사이의 루프(loop) 형성

교환기는 이 전류의 흐름을 찾으면 발신음(350와 440Hz 연속적인 톤(tone)) 을 전화기에 송신

 

다이얼링(dialing) 단계

발신자가 착신자의 전화번호(주소)를 입력

펄스를 생성하는 다이얼(Dial)식 전화 또는 음을 생성하는 푸쉬(push)식 전화 사용하여 전화번호를 교환기에 전달

 

교환(switching) 단계

교환기는 착신자의 전화번호를 기반으로 착신자의 전화기와 연결되어 있는 교환기까지 비어있는 회선을 선택하여 접속

이때 교환기는 ISUP(ISDN User Part) 메시지인 IAM(Initial Address Message) 를 톨 또는 상위 교환기로 전송

상위 교환기는 전화번호를 분석하여 착신교환기를 결정

 

링잉(ringing) 단계

교환기가 착신 가입자의 라인에 20Hz의 90V 신호를 보내어 착신자의 전화벨을 울리게 됨

착신자의 전화가 울리는 동안 교환기는 발신자에게 재신호(ringback) 음을 보내는데 440Hz, 480Hz 톤(tone)의 신호음을 사용

동시에 교환기는 ACM(Address Complete Message) 메시지를 국간 전송구간을 거쳐 발신자가 접속되어 있는 교환기로 전송

발신자가 접속되어 있는 교환기는 ACM 메시지를 링잉 톤으로 변화시켜 발신자에게 전송

만일 착신자의 전화가 사용 중이면 교환기는 발신자에게 480Hz와 620Hz 톤 (tone)의 신호음을 송신

 

말하기(talking) 단계

착신자가 전화가 울리고 있는 것을 듣고 전화를 받음

착신자가 전화를 받는 순간 착신자의 전화기에도 오프 후크(off-hook)가 발생

루프(loop) 회로가 닫힘

 

다이얼링(dialing) 방식

펄스 다이얼링(pulse dialing) 방식

다이얼링(dialing)을 사용하여 전화를 거는 아날로그 전화에서 사용

다이얼을 돌릴 때마다 교환기 또는 PBX(Private Branch Exchange) 스위치와 연결된 회로를 닫거나 열어 동작

Make는 후크(hook)가 오프(off)될 때, Break는 후크(hook)가 온(on)될 때

 

Make는 후크(hook)가 오프 될 때 즉 회로가 닫힐 때를 의미하고 Break는 후크가 온 될 때, 즉 회로가 열릴 때를 의미

매 100ms마다 Make와 Break가 연속적으로 생성

일반적으로 Make는 60ms이고 Break는 40ms인데 다음 다이얼을 위해서 대기하는 동안은 Make 상태를 유지

펄스 다이얼링 방식은 숫자가 커질수록 해당 숫자만큼의 펄스를 생성해야 하므로 다이얼링 하는 속도가 상대적으로 느림

예를 들어 번호 1은 펄스 하나를 생성하면 되지만 번호 0의 경우에는 10개의 펄스를 생성해야 함

 

톤 다이얼링(tone dialing) 방식

대역 내 신호 방식 기술이며 터치 톤(touch tone) 패드를 가지고 있는 아날로그 전화에 사용

숫자 당 단지 두 개의 주파수 톤(tone)만을 사용 예) 숫자 0을 다이얼링 할 때 10개의 Make와 Break 펄스를 생성하는 대신 941, 1336hz 주파수 톤(tone)만을 사용해서 생성

 

전화망에서 통신망을 구성하는 요소 상호간, 예를 들어 가입자의 전화기와 교환기, 교환기와 교환기 상호 간에 통화회선의 설정, 유지, 과금 및 복구 등과 같은 일련의 기능을 제어하기 위해 필요한 정보를 서로 교환하는 절차 및 기준을 신호방식이라고 함

전화망의 신호방식은 적용하는 구간에 따라 전화기와 같은 단말기와 교환기 간의 신호방식을 가입자선 신호방식, 교환기와 같은 통신망 내부 노드 간의 신호방식을 국간 중계선 신호방식이라고 함

가입자선 신호방식의 경우는 간단한 사용법과 표준화된 절차가 중요시 됨

국간 중계선 신호방식의 경우는 인적 요소에 거의 제한을 받지 않기 때문에 운용효율과 융통성이 중요하게 간주됨

 

신호(signaling) 방식

전화망에서 통신망을 구성하는 요소 상호간에 통화회선의 설정, 유지, 과금 및 복구 등과 같은 일련의 기능을 제어하기 위해 필요한 정보를 서로 교환하는 절차

 

가입자선 신호 (단말기와 교환기 사이의 신호)

송수화기를 들거나 내리는 것을 알리는 발호신호와 복구신호

다이얼 숫자를 보내는 선택신호

발신음과 벨 신호를 보내는 응답신호와 호출신호

 

국간 신호 (교환국 사이의 신호)

선택신호 : 다이얼 숫자 정보 등의 중계 경로 선택에 필요한 제어 정보

감시신호 : 호의 상태를 감시하고 이것에 기초하여 필요한 제어를 행하기 위한 신호

 

통화로 신호방식

주소 신호방식

Loop Start 신호방식

Ground Start 신호방식

 

공통선 신호방식

SS7

 

주소 신호방식

전화번호를 통해서 착신자의 단말기를 제어하기 위해 필요한 정보를 서로 교환하여 신호제어

전화번호는 전화망에 수용된 상대 가입자 또는 특수기능을 구분해서 선택 할 수 있는 수단을 제공

북미의 번호 체계 (NANP : North American Numbering Plan) - 전화 번호를 나타내기 위해 10개의 숫자를 사용 - Area Code, Office Code, Station Code 3개의 부분으로 구성

 

북미의 번호 체계

Area Code : 북미의 어떤 지역을 나타내는 번호

Office Code : 네트워크 상에 존재하는 스위치의 고유한 번호

Station Code : 스위치 내에 연결된 유일한 포트 번호

 

국제 번호 체계

ITU-T 국제표준인 E.164

모든 전화 번호가 15자리를 넘어갈 수 없음

처음 세 자리는 나라의 코드를 표시

나머지 12 자리는 국내에서 사용되는 번호

타 국가에서 북미의 어떤 지역에 전화를 걸기 위해서는 우선 1을 다이얼 하고 NANP에서 요구하는 10자리의 번호를 입력

미국에서는 타국가로 전화를 하기 위해서 011 같은 특정 코드를 사용하여 타 국가에 국제 호출

 

Loop Start 신호 방식

온 후크(on hook)와 오프 후크(off hook) 상태를 나타내기 위해 사용되는 관리 신호기술

교환기 - 48V DC 링(ring) 라인에 20Hz, 90V AC를 보내므로 전화, PBX 링(ring) 라인을 점유 - 피호출 가입자의 전화기를 울리거나 PBX 모듈에 입력 호출신호가 있음을 알림 - 전화나 PBX 모듈에서 팁(tip)과 링(ring) 라인 사이의 회로가 닫힌 경우에 위 동작을 중지

 

전화는 벨을 울릴 수 없으므로 주기적(약 4초 소요)으로 교환기가 벨을 울려 줌

전화벨을 울릴 때 발생하는 지연

교환기와 전화기, PBX 또는 FXO 모듈을 동시에 점유 하려고 할 때 발생

이 지연을 Glare라고 함

 

이 문제는 교환기와 PBX와 FXO 모듈 사이에서 Loop Start를 할 때는 더 많은 호출 신호가 발생하므로 Glare 현상을 가중시켜 문제를 일으킴

 

Loop Start 신호 방식

온 후크(on hook)와 오프 후크(off hook) 상태를 나타내기 위해 사용되는 관리 신호기술

스위치와 스위치가 연결 될 때 처음에만 사용

Loop Start 신호 방식과 다른 점은 Ground Start 신호 방식이 팁(tip)과 링(ring) 라인이 닫치기 전에 양 끝단에서 그라운드 감지 수행

 

SS7(Signaling Stystem 7)

공통선 신호방식의 원리

기존 PSTN의 신호방식 -신호와 트래픽이 동일한 회선, 즉 동일한 경로를 통하여 전달 -단순한 음성 통화로 설정 및 해지를 위한 방식 -Loop Decadic, R2 신호방식 -다양한 신규 서비스의 출현, 대용량 데이터 전송에 비효율적, 점점 복잡해지는 망 구성에 효율적으로 대처할 수 없음

신호와 트래픽을 분리하여 통신망을 구성, 신호 정보와 트래픽 정보를 분리하여 처리

특징 -고속 데이터 전송 -통화회선과 신호회선의 분리 -다량의 통화회선을 하나의 신호회선으로 제어 -통화회선의 양방향 운용 및 신호 기능의 집중화

 

공통선 신호방식과 개별선 신호방식

 

SS7(Signaling Stystem 7)

공통선 신호방식의 원리는 신호정보와 호 정보를 처리하는 통신망을 완전히 분리하는 것

공통선 신호방식의 출현으로 신규 서비스의 도입이 용이

다양하고 복잡해지는 망 환경에서 운용 및 유지보수가 용이

신호정보를 처리하기 위한 SS7 망은 패킷 네트워크

중요한 신호정보를 보호하기 위해 이중, 삼중으로 장비와 링크가 연결되어 있음

회선망과 완전히 분리된 SS7 망은 직접 연결되어 있지 않은 교환기 간의 신호처리도 가능

통화 중에도 신호 메시지를 송수신 할 수 있음

패킷망을 이용하여 음성속도보다 훨씬 높은 고속의 데이터전송이 가능

보안측면에서도 개별선 신호방식보다 우수

음성 톤이 아니라 메시지 형태로 신호를 처리하기 때문에 훨씬 다양한 신호 메시지를 제공

 

SS7(Signaling Stystem 7)과 회선교환망

 

SS7(Signaling Stystem 7)을 이용한 전화걸기

 

 

 

연습문제: https://godxxy1229.tistory.com/51