공중 교환 전화망

공중 교환 전화망(public switched telephone network, PSTN)은 국내, 지역 또는 지역 텔레포니 사업자가 운영하는 전 세계 전화망의 총합이다. 이는 공공 텔레포니를 위한 인프라와 서비스를 제공한다. PSTN은 전화선, 광케이블, 마이크로파 전송 링크, 셀룰러 네트워크, 통신 위성, 해저 통신 케이블로 구성되며, 이들은 중앙국, 네트워크 탠덤, 국제 게이트웨이와 같은 교환 센터에 의해 상호 연결되어 전화 사용자들이 서로 통신할 수 있게 한다.

원래 유선 아날로그 전화 시스템의 네트워크였던 PSTN은 이제 코어 네트워크에서 주로 디지털화되어 있으며, 지상 셀룰러, 위성, 유선전화 시스템을 포함한다. 이러한 상호 연결된 네트워크는 전 세계 거의 모든 전화로 전화를 걸고 받을 수 있도록 전 지구적 통신을 가능하게 한다.^[1] 이러한 네트워크 중 상당수는 전화 트래픽을 처리하기 위해 점진적으로 인터넷 프로토콜로 전환하고 있다.

PSTN의 기술적 운영은 ITU-T에 의해 국제적으로 공표된 표준을 따른다. 이러한 표준은 주로 미국의 벨 시스템과 유럽 ITU 회원국의 네트워크에서 지역 전화망 개발에서 기원한다. E.164 표준은 전화번호 형태의 단일 글로벌 주소 공간을 제공한다. 상호 연결된 네트워크와 글로벌 전화번호 할당 계획의 조합은 전 세계의 전화가 서로 연결될 수 있도록 한다.^[2]

역사

전화의 상업화는 발명 직후 시작되었으며, 두 장소 간 사적 용도로 두 대의 기기가 쌍으로 작동했다. 여러 장소에 있는 사람들과 통신하기를 원했던 사용자들은 목적에 필요한 만큼의 전화를 가지고 있었다. 다른 사용자에게 전화 통화를 설정하고 싶다는 것을 알리는 것은 상대방이 알림을 들을 때까지 송화기에 크게 휘파람을 부는 것으로 이루어졌다. 곧 벨이 신호용으로 기기에 추가되었다.

후기 전화 시스템은 전신망에서 이미 사용되던 교환 원리를 활용했다. 각 전화는 마을이나 지역을 위해 설치된 전화 교환기에 연결되었다. 이 교환 영역 외부와의 통신을 위해 교환기 사이에 트렁크가 설치되었다. 네트워크는 도시, 주 및 국제 거리에 걸쳐 계층적으로 설계되었다.

자동화는 전화와 교환기 사이에 펄스 다이얼링을 도입하여 각 가입자가 동일한 교환기에 연결된 다른 가입자에게 직접 전화를 걸 수 있도록 했지만, 여러 교환기에 걸친 장거리 전화는 교환원의 수동 교환이 필요했다. 나중에는 다중 주파수 신호 방식을 포함한 더 정교한 주소 신호가 가입자에 의한 직통 장거리 전화를 가능하게 했고, 이는 20세기 말까지 대부분의 교환기 간 통화를 제어하는 Signalling System 7 (SS7) 네트워크로 절정에 달했다.

PSTN의 성장은 네트워크에서 서비스 품질 (QoS)을 제공하는 텔레트래픽 엔지니어링 기술에 의해 가능해졌다. A. K. 에를랑의 연구는 특정 서비스 수준을 제공하는 데 필요한 장비의 용량 요구 사항 및 구성과 인력 수를 결정하는 데 필요한 방법의 수학적 토대를 확립했다.

1970년대에 통신 산업은 PSTN에서 이미 사용 중이던 종단 간 장비의 상당 부분에 X.25 프로토콜을 통해 전송되는 패킷 교환 네트워크 데이터 서비스를 구현하기 시작했다. 이는 공중 데이터망 또는 공중 교환 데이터망으로 알려지게 되었다.

1980년대에 업계는 음성 서비스와 거의 동일한 패턴을 따를 것이라고 가정하고 디지털 서비스를 계획하기 시작했으며, 광대역 종합 정보 통신망 (B-ISDN)으로 알려진 종단 간 회선 교환 서비스를 구상했다. B-ISDN 비전은 인터넷의 파괴적 기술에 의해 추월되었다.

21세기 초, 전화망의 가장 오래된 부분은 여전히 아날로그 기저대역 기술을 사용하여 최종 사용자에게 라스트 마일을 통해 오디오 주파수 연결을 제공했다. 그러나 DSL, ISDN, FTTX, 케이블 모뎀과 같은 디지털 기술이 주로 고속 인터넷 접속을 제공하기 위해 이 네트워크 부분에 점진적으로 배포되었다.

2023년 기준^[update], 전 세계 사업자들은 라스트 마일 아날로그 텔레포니와 ISDN에 대한 지원을 중단하고 있으며, DSL, 케이블 모뎀 또는 FTTP를 통해 제공되는 인터넷 접속을 통한 Voice over IP로 음성 서비스를 전환하여 PSTN과 인터넷 접속을 위한 두 개의 별도 기술 인프라를 운영하는 비용과 복잡성을 제거하고 있다.

여러 대규모 사설 전화망은 PSTN에 연결되어 있지 않으며, 보통 군사 목적으로 사용된다. 또한 대기업이 운영하는 사설망도 있으며, 이들은 대규모 구내 교환기 (PBX)와 같은 제한된 게이트웨이를 통해서만 PSTN에 연결된다.

운영자

네트워크를 구축하고 고객에게 서비스를 판매하는 업무는 네트워크 운영자에게 주어졌다. PSTN 서비스를 제공하기 위해 설립된 최초의 회사는 미국의 벨 전화 회사였다.

그러나 일부 국가에서는 전화망을 제공하는 일이 정부의 몫이 되었다. 필요한 투자가 매우 컸고 전화 서비스 제공이 점점 더 필수적인 공익사업이 되었기 때문이다. 예를 들어, 영국 중앙우체국은 여러 민간 기업을 통합하여 단일 국유 기업을 설립했다. 최근 수십 년 동안 이러한 국영 독점 기업은 해체되거나 민영화를 통해 매각되었다.^[3][4][5]

기술

네트워크 토폴로지

 셀 (이동 통신)에서의 라우팅 문서를 참고하십시오.

 이 부분의 본문은 PSTN 네트워크 토폴로지입니다.

PSTN의 아키텍처는 가입자 수, 통화량, 목적지, 기능 및 기술의 증가를 지원하기 위해 시간이 지남에 따라 진화했다. 북미와 유럽에서 개발된 원칙은 지역 시장에 대한 적응과 함께 다른 국가에서도 채택되었다.

핵심 개념은 전화 교환기가 계층적으로 배열되어 있어 지역 클러스터에서 통화를 처리할 수 없는 경우 상위 클러스터로 전달되어 다음 라우팅을 처리하는 방식이다. 이는 장거리에서 사업자 간에 필요한 연결 트렁크 수를 줄였고, 지역 트래픽을 분리하는 효과도 있었다. 현대 기술은 단순화를 가져왔다.

디지털 채널

대부분의 자동 전화 교환기는 기계식 또는 아날로그 교환 대신 디지털 교환을 사용한다. 교환기를 연결하는 트렁크도 디지털이며, 회선 또는 채널이라고 불린다. 그러나 아날로그 2선식 회로는 교환기에서 가정의 전화(또한 가입자 회선이라고도 함)까지의 라스트 마일을 연결하는 데 여전히 사용된다. 호출자에서 피호출자로 일반적인 통화를 전달하기 위해 아날로그 오디오 신호는 G.711로 알려진 특수 유형의 비선형 펄스 부호 변조를 사용하여 8kHz의 샘플 레이트와 8비트 해상도로 디지털화된다. 그런 다음 통화는 전화 교환기를 통해 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 전송된다. 통화는 전체 PSTN 라우팅 전략에 따라 전화 교환기 간의 통화 설정 프로토콜(일반적으로 ISUP)을 사용하여 교환된다.

통화는 벨 연구소에서 원래 설계한 64 kbit/s 채널을 사용하여 PSTN을 통해 전송된다. 이 채널에 부여된 이름은 디지털 시그널 0 (DS0)이다. DS0 회로는 전화 교환기에서 회선 교환의 기본 단위이다. DS0은 시분할 다중화 (TDM) 장비에서 DS0가 집계되어 더 높은 용량의 통신 링크를 형성하기 때문에 타임슬롯이라고도 알려져 있다.

디지털 시그널 1 (DS1) 회로는 북미 또는 일본 T-캐리어 (T1) 회선에서 24개의 DS0를, 또는 대부분의 다른 국가에서 사용되는 E-캐리어 (E1) 회선에서 32개의 DS0(통화용 30개와 프레이밍 및 신호용 2개)를 전송한다. 현대 네트워크에서는 다중화 기능이 최종 사용자에게 가능한 한 가깝게 이동하며, 일반적으로 주거 지역의 도로변 캐비닛이나 대규모 사업장으로 이동한다.

이러한 집계된 회로는 초기 다중화기에서 교환기까지 액세스 네트워크라고 총칭되는 장비 세트를 통해 전달된다. 액세스 네트워크 및 교환기 간 전송은 동기식 광 전송, 예를 들어 SONET 및 동기 디지털 계층 (SDH) 기술을 사용하지만, 일부 부분은 여전히 구형 PDH 기술을 사용한다.

액세스 네트워크는 여러 참조 지점을 정의한다. 이들 대부분은 주로 ISDN과 관련이 있지만, V 참조점은 더 일반적인 관심사이다. 이는 기본 다중화기와 교환기 간의 참조 지점이다. 이 참조 지점의 프로토콜은 ETSI 영역에서 V5 인터페이스로 표준화되었다.

IP 표준에 미치는 영향

PSTN 네트워크의 음성 품질은 IP 텔레포니에 대한 음성 품질 권장 사항에 대한 미국 전기통신공업회의 TIA-TSB-116 표준 개발의 벤치마크로 사용되어, 허용 가능한 오디오 지연 및 에코 수준을 결정했다.^[6]

규제

대부분의 국가에서 정부는 PSTN 서비스 제공에 전념하는 규제 기관을 두고 있다. 이 기관은 기술 표준, 법적 요구 사항을 규제하고 서비스 업무를 설정하는데, 예를 들어 독점이 존재할 수 있는 서비스에 대해 최종 고객이 과도하게 청구되지 않도록 보장하는 것이 될 수 있다. 이러한 규제 기관은 또한 사업자 간에 서로의 트래픽을 전달하기 위해 부과되는 요금을 규제할 수도 있다.

기술 퇴역

영국에서는 구리 POTS 및 ISDN 기반 PSTN이 SIP 텔레포니를 위해 퇴역하고 있으며, 초기 목표는 2025년 12월이었으나 2027년 1월로 연기되었다.^[7]

에스토니아, 독일, 아이슬란드, 네덜란드, 스페인, 포르투갈을 포함한 여러 다른 유럽 국가들도 전통적인 네트워크를 퇴역했거나 퇴역할 계획이다.^[8][9][10]

다른 대륙의 국가들도 유사한 전환을 수행하고 있다.^[9]

같이 보기

• 국가 호출 코드 목록
• 관리형 시설 기반 음성 네트워크
• 프리킹
• 플레인 올드 텔레폰 서비스 (POTS)