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대부분의 직장인이 그러하겠지만, 나 역시 팔자에도 없을 거라고 생각했던 분야 및 직무로 일하고 있다. 한국에서는 어문계열 및 사학과 그리고 아일랜드에서는 비즈니스 공부를 했던 나는 광통신이라는 전혀 생각지도 못했던 분야에서 기술직 직무를 맡아서 일하고 있다. 당시 채용 프로세스로는 이력서 검토 및 1 차 면접을 했고, 3일 후에 2차 면접으로 화상 프레젠테이션 과제가 주어졌었다. 주어진 과제는 회사에서 미리 제공한 전반적인 광통신 관련된 내용과 자사 제품 스펙 및 타사 제품 비교 PPT였다.
지금까지 살면서 광통신은 사실 궁금해한적도 없었고 이해도도 낮은데 PPT 슬라이드에 맞춰서 한글도 아닌 영어로 발표해야하는 것은 심적 부담이 굉장히 컸다.
그럼에도 해낸 이유와 이 과제를 준비하면서 받은 심적 스트레스를 극복할 수 있었던 큰 이유는 과제를 내 준 회사의 입장에서 한번 생각해본 것이다. 회사는 내가 광통신 관련하여 academic 한 배경이 없을 뿐 아니라 관련 업무도 해 본적이 없음을 인지하고 있다. 그럼에도 불구하고 2차 면접에서 과제를 준 건 내가 3일의 시간 동안 얼마나 많은 지식을 섭렵하고 흡수하는지를 알고 싶은 것이 아니라, 정말 하고자 하는 의지가 있는지 그리고 해낼 수 있는지를 보고 싶었던 것이기 때문이다.
나는 면접 과제를 준비하면서 우리가 밥 먹듯이 사용하는 인터넷에 대해서 얼마나 무지 했는지 깨닫게 되었다. 그리고 비전공자이자 업계 경험이 없는 나로서는 검색만으로는 광통신 용어와 구조 등을 이해하기가 쉽지는 않았다.
내가 기억하는 첫번째 컴퓨터는 window98이었다. 초등학교때 가정용 컴퓨터가 보급되기 시작하였고, 천리안을 통해 인터넷 접속을 했다. 내가 기억하는 천리안은 접속과 종료 시간이 떴고, 오래 사용하면 유선통신 사용료 때문에 엄마 눈치를 봐야했다. 신문물이었던 천리안은 초등학교 고학년이 되기도 전에 사라졌다. 그렇게 첫 번째 인터넷 기억을 더듬어가며 준비된 PPT를 가지고 2차 면접 준비를 하게 되었다. 그리고 준비과정에서 습득했던 내용과 1년 넘게 일하면서 알게 된 정보들을 기록해 두었다.
광통신이란?
광통신이란 빛을 이용하여 정보를 전달한다. 정보는 광섬유를 매체로 하여 송신기에서 전기적인 신호를 빛으로 바꾸고 수신기에서 빛을 다시 전기 신호로 바꿔전달된다. 즉, 광섬유는 순도 높은 유리를 통해 광 펄스로 정보를 전송하는 것과 관련된 기술을 말한다. 광섬유 케이블에는 이러한 유리 섬유가 몇 개에서 최대 몇 백 개까지 다양하다. 과거 통신에는 구리선을 많이 사용하였는데 최근 몇십 년 사이에는 광통신이 더 많은 정보를 더 빠른 속도로 전달하는 등의 이점들로 인해 광섬유가 구리선을 대체하고 있다.
사람 머리카락 가늘기를 가지고 있는 광섬유는 크게 코어(Core)와 코어(Core)를 둘러싸고 있는 클래딩(Clading)으로 나뉘다. 그리고 버퍼 튜브(Buffer Tube)로 알려진 레이어는 클래딩(Cladding)을 보호하고, 재킷 레이어(Jacket Layer)는 개별 가닥들을 최종 보호하는 레이어 역할을 한다.
광섬유는 먼 거리뿐 아니라 데이터 센터, 사무실 건물 등 짧은 거리에 있으나 많은 정보의 움직임이 필요한 곳 등과 같이 다양한 종류의 네트워크 시스템에 백본(Backbone)을 제공할 수 있다.
이렇게 서로 다른 네트워크 장치를 연결하는데 사용되는 광섬유로는 일반적으로 크게 단일 모드(Singlemode)와 다중 모드(Multimode)로 나뉜다. 어느 것이 더 우위에 있다기보다는 고유의 차이가 있기 때문에 프로젝트 성향에 따라 맞게 골라야 한다.
Singlemode (SMF)
단일 모드(Singlemode)는 하나의 전송 모드로 장거리 통신에 적합하며, 일반적인 코어 크기는 9μm (micron)이다. 이 코어의 크기는 다중 모드(Multimode)의 코어보다 훨씬 작다. (멀티 모드 코어 크기는 50μm, 62.5μm.)
9μm의 작은 코어와 싱글 전송 모드의 광파는 겹치는 광 펄스로 인해 발생할 수 있는 모든 손실을 제거하여 가장 높은 전송 속도를 제공할 수 있다는 장점이 있다. 광 펄스가 일직선으로 단순하게 진행되기에 손실이 적게 일어난다.
단일 모드(Singlemode)는 일반적으로 1310 또는 1550nm 대역 파장으로 전파되고, 다중 모드(Multimode) 광섬유보다 더 높은 대역폭을 전달하지만, 단일 모드(Singlemode) 광섬유에는 코어가 작기 때문에 좁은 스펙트럼 폭의 광원이 필요하다.
단일 모드(Multimode) 광섬유는 데이터가 다중 주파수 (WDM Wave-Division- Multiplexing)로 전송되는 많은 애플리케이션에서 사용되므로 하나의 케이블만 필요합니다. 단일 광섬유의 단일 모드입니다.
Multimode (MMF)
다중 모드(Multimode)는 대개 500미터 이하의 짧은 거리에 사용된다. 다중 모드(Multimode) 파이버는 사양 및 대역폭 성능에 따라 일반적으로 OM1, OM2, OM3 및 OM4로 분류됩니다. 각 다중 모드 유형은 특정 프로토콜, 애플리케이션 및 수신기 유형에 대해 서로 다른 전송 데이터 속도, 링크 길이 및 대역폭을 갖습니다.
일반적인 다중 모드(Multimode) 파이버 코어 크기는 62.5μm (OM1) 및 50μm (OM2 / OM3 / OM4)이다. (참고: Singlemode 9μm)
다중 모드(Multimode)는 긴 거리와 같은 긴 케이블 연결에서는 여러 광선 경로로 인해 수신단에서 신호 왜곡이 발생할 수 있으므로 불명확할 수 있다. 고차 도로를예를 들어 보면, 1차선에 비해 차선이 많아지면서 혼란이 가중될 수 있다.
다중 모드(Multimode) 파이버의 광파는 일반적으로 850nm 또는 1310nm 케이블의 코어를 통과할 때 수많은 경로 또는 모드로 분산된다. (단일 모드로 분산되는 손실이 적어가장 높은 전송 속도를 제공할 수 있다는 장점의 단일 모드(Singlemode)와 대비되는 점)
Singlemode (SMF)와 Multimode (MMF)의 차이
A. 제조방식 차이
단일 모드(Singlemode) 파이버의 코어 크기가 더 작고 광을 광케이블로 직접 전달합니다 (광선의 기본 모드만 광케이블로 전송되도록 허용). 그 결과, 광 전송 중에 생성되는 광 반사가 감소하여 감쇠가 낮아지고, 신호가 장거리로 성공적으로 이동할 수 있습니다.
다중 모드(Multimode)의 코어 크기는 싱글 모드보다 직경이 훨씬 더 커서 집광 용량이 훨씬 더 커지고 저렴한 전기 광학 장치를 사용할 수 있다. 전통적으로 전송 거리와 대역폭이 제한된 여러 모드 또는 광 경로가 한 번에 광섬유를 따라 이동한다.
B. Application 차이
다중 모드(Multimode) / 광 paths가 다중 모드(Multumode) 광섬유 케이블을 따라 이동하기 때문에 짧은 거리에서만 높은 대역폭을 제공합니다. 더 먼 거리에서 실행하면 모달 분산(Modal Dispersion), 왜곡으로 인한 한계가 생긴다. 증가하면 모달 분산 효과로 인해 도달 거리가 감소한다. 1차선과 6차선 고속도로를 생각해보자. 일정한 힘을 주었을 때, 1차선에 있는 차는 더 멀리 갈 수 있을지라도 6차선에서는 기본적으로 많은 자동차가 짧은 거리일지라도 다닐 수 있다.
단일 모드(Singlemode) 광섬유에서 펄스의 모든 빛은 거의 동일한 속도로 이동하고 거의 동시에 도달한다. 이는 장거리에서 신호 손실이 적으면서 더 높은 대역폭 레벨을 지원합니다. (멀티모드에서는 짧은 거리에서만 높은 대역폭 제공) A 마을에서 B마을 간, 도시 간도시와 같은 장거리 신호 전송 애플리케이션에추천되어진다. 본질적으로 거리 제한이 없습니다. (비용 고려할 필요는 있음)
C. 광 전파 차이
단일 모드(Singlemode) 광섬유와 다중 모드(Multimode) 광섬유 사이의 빛 전파는 차이가 크다. 다중 모드(Multimode) 광섬유에는 단계 인덱스(Step Index)와 등급 인덱스(Graded Index)의 두 가지 유형의 광 전파가 있으며, 단일 모드(Singlemode) 광섬유에는 단 하나의 단계 인덱스(Step Index)만있다. 그리고 광 전파는 다중 모드 (Multimode) 광섬유보다 단일 모드(Singlemode) 광섬유 전송에서 덜 감소합니다. 예를 들어, 일정한 힘을 좁은 path와 넓은 path에주었을 때, 도달되는 거리가 다를 수 있음을 생각하면 이해하기 좋을 것 같다.
D. 설치 비용 차이
단일 모드(Singlemode) 파이버는 일반적으로 다중 모드(Multimode) 보다 저렴하지만, 다른 가격 요소도 염두해야 한다. 즉 파이버 자체는 단일 모드(Singlemode)가 저렴하지만 시스템 비용을 고려하면 다중 모드(Multimode)가 저렴하다.
예를 들어, 대부분의 광섬유 시스템은 광섬유 기술을 사용하여 송신기를 사용하여 전기에너지를 빛 에너지로 변환하고 수신기에서는 빛 에너지를 전기에너지로 변환한다고 앞에서 이야기했다. 그런데 광 네트워크를 통해 데이터를 송수신하는 것이 트랜시버이다. 단일 모드(Singlemode) 트랜시버는 데이터 속도에 따라 다중 모드(Multimode) 트랜시버보다 더 비싸다. 또한 다중 모드(Multimode) 트랜시버는 단일 모드(Singlemode) 트랜시버보다 전력을 덜 소비한다. 단일 모드(Singlemode) 파이버 자체는저렴할 수 있지만, 수천 개의 링크가 있는 대규모 데이터 센터에서 다중 모드(Multimode) 파이버 케이블 링 솔루션은 파이버 트랜시버와 전력 / 냉각 관점에서 상당한 비용 절감을 제공할 수 있다. 그러나 트랜시버 가격이 하락함에 따라 단일 모드(Singlemode)는 비용 효율적인 면에서 단거리 애플리케이션에서 더 자주 사용되기 시작했다.
E. 케이블 유형
다중 모드(Multimode)는 코어 크기에 따라 OM1(62.5 micron), OM2, OM3, OM4 (50 micron)로 나뉜다고 앞서 언급하였다. OM1은 8-90년대 가장 일반적으로 사용된 다중 모드(MMF)이었지만, 다른 MMF와 비교하면 가장 낮은 데이터 전송 용량과 최단 거리 제한이란 한계를 가지고 있다. 50 micron 모드로서 OM3와 OM4 케이블은 가장 일반적으로 사용된다. 50 미크론 및 62.5 미크론 다중 모드 파이버의 성능 측면에서 차이는 파이버의 대역폭 또는 신호 전달 용량에 있습니다. 즉 코어가 작을수록 더 큰 대역폭을 제공할 수 있다.
그러나 단일 모드(Singlemode) 광케이블은 조금 더 복잡하게 나뉜다. 단일 모드(Singlemode) 파이버 유형은 다음과 같다.
- Standard singlemode fiber (G.652)
- Cutoff shifted fiber (G.654)
- Low water peak fiber (G.652)
- Dispersion shifted fiber (G.653)
- Non-zero dispersion shifted fiber (G.655)
- Bend-insensitive fiber (G.657)
각 유형의 단일 모드(Singlemode) 광섬유는 작동 파장, 거리 및 전송 링크 등에 따라 고유 성질이 다르다. 가장 빈번하게 접속되는 두 단일 모드(Singlemode)로는 G.652와 G.657이 있다. G.657은 구부러져 있는 곳에서 스탠다드한 G.657보다 빛 반사가 적게 일어나서 최근 많이 사용하게 된 단일 모드 (Singlemode) 광섬유다.
고려해야 할
단일 모드(Singlemode) 나 다중 모드(Multimode)를 선택할 시에 가장 크게 고려해야할 점은 거리다. 데이터 센서 같은 곳에서는 대개 짧은 거리인 300-400미터 내외이기에 다중 모드 (Multimode)를 사용한다. 한편, 건물과 건물 사이 혹은 도시와 도시 간의 먼 거리를 고려할 시에는 단일 모드(Singlemode)가 적합하다.
그러나 기본적으로 단일 모드 (Singlemode)가 더 높은 대역대와 거리를 보장하기 때문에 비용은 더 든다. 또한 단일 모드(Singlemode)와 다중 모드 (Multimode)는 서로 상호연결을 할 수가 없다. 즉 코어의 직경이 다르기 때문에 SM-MM 이렇게접속하기 어렵다.
결론
단일 모드(Singlemode)와 다중 모드(Multimode) 광섬유 거리와 속도 등에 따른 고유한 기능이 있다는 걸인식해야 한다. 단일 모드(Singlemode) 광섬유는 멀리 빨리 가기에 장거리 데이터 전송 애플리케이션에 적합하다. 일반적으로 다중 모드(Multimode)는 데이터 센터와 같은 애플리케이션에 더 비용 효율적인 선택이다. 전송 거리 외에 전체 비용도고려해야 합니다. 네트워크 요구 사항에 가장 적합한 시스템을 선택해야 한다. 즉 단일 모드(Singlemode) 또는 다중 모드(Multimode)를 사용할지 여부는 애플리케이션 및 예산 제약에 따라 다를 수 있다.