오류제어란?
데이터 전송 시 감쇠, 왜곡, 잡음에 의해 생성된 오류를 검출하고 정정하는 기능으로 데이터 전송의 신뢰성을 위해 반드시 필요한 기능입니다. 이번 포스팅에서는 데이터 오류 발생 원인과 오류 제어 방식에 대해 알아보겠습니다.
1. 오류 발생 원인
◆ 감쇠 ( Attenuation ) :
- 전송 신호 세력이 전송 매체를 통과하는 과정에서 거리에 따라 약해지는 현상입니다.
- 주파수가 높을수록 감쇠 현상이 심해집니다.
- 감쇠 현상을해결하기 위해 중계기(기지국)를 이용합니다.
◆ 지연 왜곡 ( Delay Distortion ) :
- 유선 매체에서 발생하는 문제로 하나의 전송 매체를 통해 여러 신호를 전달했을 때 주파수에 따라 그 속도가 달라짐으로써 생기는 오류입니다.
- 중심 주파수의 전달 속도가 가장 빠르고 양쪽 끝의 주파수일수록 느려집니다.
◆ 잡음 ( Noise )
백색 잡음 (White Noise)
- 가우스 잡음(Gaussian Noise), 열 잡음(Thermal Noise)이라고도 합니다.
- 전송 매체 내부에서 온도에 따라 전자의 운동량이 변화함으로써 생기는 잡음으로 완벽하게 제거하기는 힘듭니다.
상호 변조(간섭) 잡음 (Inter-modulation Noise)
- 서로 다른 주파수들이 하나의전송 매체를 공유할 때 주파수 간의 합(合)이나 차(差)로 인해 새로운 주파수가 생성되는 잡음을 말합니다.
- 통신 시스템의 비선형성 때문에 생깁니다.
누화 잡음 = 혼선 (Cross Talk Noise)
- 인접한 전송 매체의전자기적 상호유도 작용에 의해 생기는 잡음입니다.
- 신호의 경로가 비정상적으로 결합된 경우에 나타납니다.
- 전화 통화중 다른 전화의 내용이 함께 들리는 현상을 말합니다.
충격성 잡음 (Impulse Noise)
- 번개와 같은 외부적인 충격 또는 통신 시스템의 결함이나 파손 등의 기계적인 충격에 의해 생기는 잡음입니다.
- 순간적으로 일어나는 높은 진폭의 잡음으로 비연속적이고 불규칙적인 진폭을 가집니다.
- 디지털 데이터를 전송하는 경우 중요한 오류 발생 요인이 됩니다.
돌발성 잡음
- 자연 현상, 통신 장비의 결함 등 예측할 수 없는 외부 요인에 의해 발생하는 잡음입니다.
위상 지터 잡음 (Phase Jitter Noise)
- 전송 네트워크에서 전송 신호의 위상이 연속적으로 일그러지는 현상입니다.
위상 히트 잡음 (Phase Hit Noise)
- 전송 네트워크에서 전송 신호의 위상에 불연속적인 순간 변화가 일어나는 현상입니다.
2. 오류율
전송 데이터에 대한 오류의 비율을 나타내는 것으로 전송 형태에 따라 다음과 같이 계산합니다.
- 비트 오류율 = 오류 비트 수/전송한 총 비트 수
- 블록 오류율 = 오류 블록 수/전송한 총 블록 수
- 문자 오류율 = 오류 문자 수/전송한 총 문자 수
3. 전송 오류 제어 방식
전진(순방향) 오류 수정 (FFC : Forward Error Correction)
데이터 전송 과정에서 발생한 오류를 검출하여 검출된 오류를 재전송 요구 없이 스스로 수정하는 방식입니다.
- 송신 측에ㅓ는 문자나 프레임에 오류 검출을 위한 부가 정보를 추가시켜 전송하고, 수신 측에서는 이러한 부가 정보를 이용하여 자신이 수신한 데이터에 존재하는 오류를 발견하고 수정합니다.
- 재전송 요구가 없기 때문에 역 채널이 필요 없고, 연속적인 데이터 흐름이 가능합니다.
- 데이터 비트이외에 오류 검출 및 수정을 위한 비트(잉여 비트)들이 추가로 전송되어야 하기 때문에 전송 효율이 떨어집니다.
- 오류 검출과 수정을 모두 수행해야 하므로 후진(역방향) 오류 수정에 비해 기기와 코딩이 더 복잡합니다.
- 오류 검출과 수정을 위한 방식에는 해밍 코드 방식과 상승 코드 방식이 있습니다.
후진(역방향) 오류 수정 ( BEC : Backward Error Correction )
데이터 전송 과정에서 오류가 발생하면 송신측에 재전송을 요구하는 방식입니다.
- 패리티 검사, CRC, 블록합 방식을 사용하여 오류를 검출하고, 오류 제어는 자동 반복 요청( ARQ : Automatic Repeat reQuest )에 의해 이루어집니다.
4. 자동 반복 요청 ( ARQ : Automatic Repeat reQuest )
자동 반복 요청은 오류 발생 시 수신 측은 오류 발생을 송신 측에 통보하고, 송신 측은 오류 발생 브록을 재전송하는 모든 절차를 의미하는 것입니다.
정지-대기(Stop-and-Wait) ARQ
- 송신 측에서 한 개의 블록을 전송한 후 수신 측으로부터 응답을 기다리는 방식입니다.
- 수신 측의 응답이 긍정 응답(ACK)이면 다음 블록을 전송하고, 부정 응답(NAK)이면 앞서 송신했던 블록을 재전송합니다.
- 블록을 전송할 때마다 수신 측의 응답을 기다려야 하므로 전송 효율이 떨어집니다.
- 오류가 발생한 경우 앞서 송신했던 블록만 재전송하면 되므로 구현 방법이 가장 단순합니다.
연속 (Continuous) ARQ
- 정지-대기 ARQ가 갖는 오버헤드를 줄이기 위해 연속적으로 데이터 블록을 보내는 방식으로, 수신 측에서는 부정 응답(NAK)만을 송신합니다.
Go-Bank-N ARQ |
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선택적 재전송 (Selective Repeat) ARQ |
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적응적 (Adaptive) ARQ
- 전송 효율을 최대로 하기 위해서 데이터 블록의 길이를 채널의 상태에 따라 그때그때 동적으로 변경하는 방식입니다.
- 전송 효율이 제일 좋습니다.
- 제어 회로가 매우 복잡하고 비용이 많이 소요되므로 현재는 거의 사용되지 않습니다.
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