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문제 정의
- 85℃/85% 조건에 노출된 미디어에서 이러한 현상이 발생하 는 이유는 BD-R 미디어의 외주 영역에서 보호층 또는 코팅층 재료의 온도 저항성의 한계와 외주 봉합(sealing) 방식의 문제라고 생각된다. 국제 실험 규격에서 알 수 있듯이, 광디스크의 가속 열화 실험 조건은 상온/상습(25℃/50%) 조건에서 미디어 내부의 기록층이 열화 되는 것을 가속화 하는 것이 목적이다. 즉 85℃/85% 조건은 BD-R 미디어의 비이상적인 외주 오류를 일으키기 때문에 가속 열화 조건으로서는 부적당하다고 판단되며, 이때 문에 BD-R 의 장기보존 특성 평가를 위한 가속 열화 실험 조건은 반드시 80℃ 이하로 설계되어야 한다고 생각된다.
- 특히 각 실험 미디어를 Full track 기록하고, 기록 위치 별 오류율 변화를 DVD-R 의 Parity Inner Error(PI Sum 8)와 BD-R 의 Random-Symbol Error Rate(RSER)를 측정하여 확인하였다. 또한 현재 규격화 되어 있지 않은 BD-R 의 신뢰성 있는 파단(Failure) 미디어 기준에 대하여 논하고자 한다.
- 구조적으로도 DVD-R, +R 은 반사층과 기록층을 2 장의 Poly Carbonate(PC)기판 사이에 두는 구조이나, BD-R 의 경우 1 장의 PC 기판에 기록층, 보호층을 두는 형태로 동일한 온도와 습도 조건에서도 기록층에 미치는 영향이 다를 수 있다[7]. 본 연구에서는 BDR 미디어의 신뢰성 있는 장기 보존 특성 평가를 위한 가속 열화 실험 조건 도출을 위하여, DVD-R과 BD-R 미디어를 기록하고 여러 온도, 습도 조건에서 기록층의 열화 양상을 관찰하였다. 특히 각 실험 미디어를 Full track 기록하고, 기록 위치 별 오류율 변화를 DVD-R 의 Parity Inner Error(PI Sum 8)와 BD-R 의 Random-Symbol Error Rate(RSER)를 측정하여 확인하였다.
제안 방법
- DVD-R 과 BD-R 미디어의 가속 열화 실험을 진행하기 전에 초기 기록된 데이터의 품질을 확인할 필요가 있기에, 모든 실험 미디어는 초기 기록 직후 PI sum 8 과 R-SER 을 측정하였다. 먼저 DVD-R 미디어의 경우 앞서 서술한 바와 같이 16 배속의 CAV 방식으로 전 영역(4.
- 따라서 본 연구에서는 DVDR 과 BD-R 모두 3 가지의 온도/상대습도 조건, ① 85℃/85%, ②80℃/80%, ③65℃/80%에서 가속 열화실험이 진행 되었다. 가속 열화 실험이 고온/고습의 환경에서 진행되기 때문에, 실험 미디어가 온도와 습도의 급격한 변화에 따라서 물리적으로 손상되는 것을 방지하기 위해서 상온/상습에서 고온/고습으로 변화하는 시간을 6 시간으로 정하여 영향을 최소화 하였고, 고온/고습 상태의 가속 열화 실험이 종료되면 상온/상습에서 24 시간 이상 평형화 기간을 가지도록 했다[6]. 또한 실험 미디어가 고온/고습의 환경에 노출되어 있는 동안 물방울 생성, 이물질 흡착 등 미디어 표면에서 생길 수 있는 문제를 방지하기 위하여 각각의 미디어 사이에 2mm 이상 공간을 두는 구조의 미디어 홀더를 테프론으로 제작하여 사용하였다.
- 상용 광디스크 드라이브는 일반적으로 PC 에서 사용되는 Half-height type 과 노트북, 넷북 등에서 사용하는 Slim-type 으로 나눌 수 있는데, 본 연구에서는 광디스크 드라이브의 주류를 이루고 있는 Slim-type 드라이브를 선정하였다. 각 실험 미디어는 광디스크 기록/평가 소프트웨어를 이용하여 모든 data address(full track)를 기록하였다. 실험 미디어의 기록 속도는 DVD-R 의 경우 선행 연구의 제안을 따라서 Constant Angular Velocity(CAV) 방식의 16 배속으로 기록 하였고[8], BD-R 은 기록 드라이브의 최고 배속인 Partial CAV 방식의 4 배속으로 기록하였다.
- 고온/고습 가속 열화 실험이 250 시간 진행 될 때 마다, 미디어의 데이터 안정성 평가를 위해서 DVD-R 과 BD-R 의 오류율 지표인 PI Sum 8 과 RSER 을 측정하였다. 또한 미디어의 물리적인 위치(내주, 중주, 외주)에 따른 오류율 변화를 관찰하기 위하여 실험 미디어의 전 기록 영역에서의 SER 을 측정했다.
- 현재 BD-R 미디어의 경우에는 가속 열화 실험 규격이 표준화 되어 있지 않기 때문에, DVD-R 미디어 가속 열화 조건을 기준으로 온도와 습도 조건을 선정할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 DVDR 과 BD-R 모두 3 가지의 온도/상대습도 조건, ① 85℃/85%, ②80℃/80%, ③65℃/80%에서 가속 열화실험이 진행 되었다. 가속 열화 실험이 고온/고습의 환경에서 진행되기 때문에, 실험 미디어가 온도와 습도의 급격한 변화에 따라서 물리적으로 손상되는 것을 방지하기 위해서 상온/상습에서 고온/고습으로 변화하는 시간을 6 시간으로 정하여 영향을 최소화 하였고, 고온/고습 상태의 가속 열화 실험이 종료되면 상온/상습에서 24 시간 이상 평형화 기간을 가지도록 했다[6].
- 현재 BD-R 의 장기보존 특성 혹은 수명 평가를 위한 가속 열화 실험에서 미디어의 파단 기준이 정확하게 정해 지지 않았다. 때문에 본 연구에서도 BD-R Specification 에서 정하는 여러 가지 요구 조건을 기준으로 분석하였다. 극도로 신뢰성 있는 드라이브와 미디어를 장기 보존용으로 사용하기 위하여 가장 가혹한 조건을 파단 기준으로 사용하는 것이 타당한 것은 사실이지만, 터무니 없이 높은 기준은 충분히 재생 가능한 미디어 조차도 쉽게 버려 지도록 할 수 있다.
- 실험에 사용될 미디어는 Maker 별 편차를 최대한 줄이기 위하여, DVD-R 과 BD-R 모두 생산하는 브랜드의 각각 Single Layer 미디어를 선정하여 사용했다. 또한 DVD-R 과 BD-R 미디어 기록을 위해서 두 미디어 모두 안정적으로 기록 할 수 있는 DVD-R, BD-R combo writer 를 사용하였다. 상용 광디스크 드라이브는 일반적으로 PC 에서 사용되는 Half-height type 과 노트북, 넷북 등에서 사용하는 Slim-type 으로 나눌 수 있는데, 본 연구에서는 광디스크 드라이브의 주류를 이루고 있는 Slim-type 드라이브를 선정하였다.
- 고온/고습 가속 열화 실험이 250 시간 진행 될 때 마다, 미디어의 데이터 안정성 평가를 위해서 DVD-R 과 BD-R 의 오류율 지표인 PI Sum 8 과 RSER 을 측정하였다. 또한 미디어의 물리적인 위치(내주, 중주, 외주)에 따른 오류율 변화를 관찰하기 위하여 실험 미디어의 전 기록 영역에서의 SER 을 측정했다. 파단(Failure) 미디어의 판단은, DVD-R 의 경우 DVD 규격인 ISO/IEC 16448:2002 를 참고하여 Max PI sum 8 값이 280 이상인 경우로 정의 하였다[9].
- 가속 열화 실험이 고온/고습의 환경에서 진행되기 때문에, 실험 미디어가 온도와 습도의 급격한 변화에 따라서 물리적으로 손상되는 것을 방지하기 위해서 상온/상습에서 고온/고습으로 변화하는 시간을 6 시간으로 정하여 영향을 최소화 하였고, 고온/고습 상태의 가속 열화 실험이 종료되면 상온/상습에서 24 시간 이상 평형화 기간을 가지도록 했다[6]. 또한 실험 미디어가 고온/고습의 환경에 노출되어 있는 동안 물방울 생성, 이물질 흡착 등 미디어 표면에서 생길 수 있는 문제를 방지하기 위하여 각각의 미디어 사이에 2mm 이상 공간을 두는 구조의 미디어 홀더를 테프론으로 제작하여 사용하였다.
- 모든 DVD-R, BD-R 실험 미디어는 3 가지의 다른 온도/습도 조건의 가속 열화 환경에서 1 cycle 에 250 시간(65℃/80% 조건의 경우 500 시간)씩 총 1500 시간 동안 지속되었고, 각 cycle 이 끝날 때 마다 오류율을 측정하였다. 먼저 DVD-R 의 결과를 살펴보자.
- 여러 도서관과 기록물 보존소에서 광디스크를 장기 보존을 위한 매체로 주목하는 지금, 최신 포멧인 BD-R 미디어의 장기 보존 특성을 정확하게 평가 할 수 있는 가속 열화 실험을 설계하는 것은 매우 중요한 일임이 분명하다. 본 연구에서는 이미 수명 평가를 위한 국제 실험 규격이 있는 DVD-R 의 가장 가혹한 실험 조건인 85℃/85%을 참고하고, 추가로 80℃/80%, 65℃/80%조건을 추가하여 BD-R 의 가속 열화를 위한 온도/습도 조건을 찾아 보았다. 그 결과 85℃/85% 조건에서는 BD-R 의 외주 영역에서 비이상적으로 오류율이 높아지는 현상을 R-SER 측정을 통해서 관찰했으며, 다른 두 조건에서는 전 기록 영역에서 열화가 정상적으로 진행되는 것을 확인했다.
- 실험 미디어의 기록 속도는 DVD-R 의 경우 선행 연구의 제안을 따라서 Constant Angular Velocity(CAV) 방식의 16 배속으로 기록 하였고[8], BD-R 은 기록 드라이브의 최고 배속인 Partial CAV 방식의 4 배속으로 기록하였다. 수집되는 열화 양상의 재현성 확보를 위하여, DVD-R 과 BD-R 각 실험군 별로 5 장씩 기록하였다.
- 실험에 사용될 미디어는 Maker 별 편차를 최대한 줄이기 위하여, DVD-R 과 BD-R 모두 생산하는 브랜드의 각각 Single Layer 미디어를 선정하여 사용했다. 또한 DVD-R 과 BD-R 미디어 기록을 위해서 두 미디어 모두 안정적으로 기록 할 수 있는 DVD-R, BD-R combo writer 를 사용하였다.
- 본 연구에서는 BDR 미디어의 신뢰성 있는 장기 보존 특성 평가를 위한 가속 열화 실험 조건 도출을 위하여, DVD-R과 BD-R 미디어를 기록하고 여러 온도, 습도 조건에서 기록층의 열화 양상을 관찰하였다. 특히 각 실험 미디어를 Full track 기록하고, 기록 위치 별 오류율 변화를 DVD-R 의 Parity Inner Error(PI Sum 8)와 BD-R 의 Random-Symbol Error Rate(RSER)를 측정하여 확인하였다. 또한 현재 규격화 되어 있지 않은 BD-R 의 신뢰성 있는 파단(Failure) 미디어 기준에 대하여 논하고자 한다.
대상 데이터
- 또한 DVD-R 과 BD-R 미디어 기록을 위해서 두 미디어 모두 안정적으로 기록 할 수 있는 DVD-R, BD-R combo writer 를 사용하였다. 상용 광디스크 드라이브는 일반적으로 PC 에서 사용되는 Half-height type 과 노트북, 넷북 등에서 사용하는 Slim-type 으로 나눌 수 있는데, 본 연구에서는 광디스크 드라이브의 주류를 이루고 있는 Slim-type 드라이브를 선정하였다. 각 실험 미디어는 광디스크 기록/평가 소프트웨어를 이용하여 모든 data address(full track)를 기록하였다.
이론/모형
- 각 실험 미디어는 광디스크 기록/평가 소프트웨어를 이용하여 모든 data address(full track)를 기록하였다. 실험 미디어의 기록 속도는 DVD-R 의 경우 선행 연구의 제안을 따라서 Constant Angular Velocity(CAV) 방식의 16 배속으로 기록 하였고[8], BD-R 은 기록 드라이브의 최고 배속인 Partial CAV 방식의 4 배속으로 기록하였다. 수집되는 열화 양상의 재현성 확보를 위하여, DVD-R 과 BD-R 각 실험군 별로 5 장씩 기록하였다.
성능/효과
- 80℃/80% 조건에서 실험한 미디어도 평균 Max Pi sum 8 값은 조금 작았지만 매우 유사한 경향을 보였고, 1500 시간 실험 후 대부분의 미디어가 오류 미디어로 확인 되었다. 65℃/80% 조건에서 실험한 미디어는 1000 시간 까지 50 이하의 평균 Max PI sum 8 값을 유지 하였으나, 마찬가지로 1000 시간 이후 오류율이 급격히 증가하는 경향을 보였다. Fig.
- 2x10-3 를 크게 넘었으며, 최 외주(11900000 부근)에서 측정 되었다. 80℃/80% 조건에서 1500 시간 노출된 미디어의 Max R-SER 값은 9.7x10-4 로 역시 최 외주에서 측정되었고, 85℃/85% 조건에 노출된 미디어와 다르게 1500 시간 후에도 전 data address 에서의 R-SER 값이 Good 등급으로 확인되었다. 이와 비슷하게 65℃/80% 조건에서 1500 시간 노출된 미디어의 Max RSER 값은 6.
- 85℃/85% 조건에서 실험한 미디어의 평균 Max PI sum 8 값은 500 시간 까지는 50 이하 의 좋은 품질을 유지 하지만, 1000 시간 이후로 크게 증가하여 1500 시간 후에는 280 이상의 값을 가지게 되어 오류(Failure) 미디어로 확인 되었다. 80℃/80% 조건에서 실험한 미디어도 평균 Max Pi sum 8 값은 조금 작았지만 매우 유사한 경향을 보였고, 1500 시간 실험 후 대부분의 미디어가 오류 미디어로 확인 되었다. 65℃/80% 조건에서 실험한 미디어는 1000 시간 까지 50 이하의 평균 Max PI sum 8 값을 유지 하였으나, 마찬가지로 1000 시간 이후 오류율이 급격히 증가하는 경향을 보였다.
- 0x10-3 로 측정되었다. 80℃/80% 조건에서는 85℃/85% 조건과는 다르게 가속 열화 실험 시간이 흐름에 따라서 매우 천천히 오류율이 증가하는 양상을 보였으며, 1500 시간이 지났음에도 평균 Max R-SER 값이 8.1x10-4 로 측정되어 Good 미디어로 판단 되었다. 이보다 온도가 더 낮은 조건인 65℃/80% 에서 역시 동일한 경향을 확인 할 수 있었으며, 1500 시간이 지난 후의 평균 Max R-SER 값은 6.
- 먼저 DVD-R 의 결과를 살펴보자. 85℃/85% 조건에서 실험한 미디어의 평균 Max PI sum 8 값은 500 시간 까지는 50 이하 의 좋은 품질을 유지 하지만, 1000 시간 이후로 크게 증가하여 1500 시간 후에는 280 이상의 값을 가지게 되어 오류(Failure) 미디어로 확인 되었다. 80℃/80% 조건에서 실험한 미디어도 평균 Max Pi sum 8 값은 조금 작았지만 매우 유사한 경향을 보였고, 1500 시간 실험 후 대부분의 미디어가 오류 미디어로 확인 되었다.
- 한편 BD-R 미디어의 경우 4 배속 partial-CAV 방식으로 전 영역(25GB) 기록되었다. R-SER 측정 결과 미디어 전 영역에서 1.0x10-3 이하의 값이 측정되었고, 평균 Max R-SER 값은 3.4x10-4 으로 DVD-R 과 마찬가지로 매우 안 정적으로 기록된 것을 확인 하였고, 이 상태 그대로 가속 열화 실험을 진행 하였다.
- 본 연구에서는 이미 수명 평가를 위한 국제 실험 규격이 있는 DVD-R 의 가장 가혹한 실험 조건인 85℃/85%을 참고하고, 추가로 80℃/80%, 65℃/80%조건을 추가하여 BD-R 의 가속 열화를 위한 온도/습도 조건을 찾아 보았다. 그 결과 85℃/85% 조건에서는 BD-R 의 외주 영역에서 비이상적으로 오류율이 높아지는 현상을 R-SER 측정을 통해서 관찰했으며, 다른 두 조건에서는 전 기록 영역에서 열화가 정상적으로 진행되는 것을 확인했다. 따라서 BD-R 미디어의 보호층과 코팅층을 이용하는 구조적인 특성상 기록층의 정상적인 열화를 유도하기 위해서는 반드시 80℃ 이하의 온도로 가속 열화 실험을 설계해야 한다고 판단된다.
- 85℃/85% 조건에서 1500 시간 노출된 이후의 Max PI sum 8 값은 411 로 35000 번 data address 주변에서 측정 되었다. 이 미디어는 또한 외주 영역 (160000~)영역 보다는 내주 영역(~60000)과 중주영역(60000~160000)의 오류율 증가 추이가 두드러지며, 특히 35000 번 data address 주변의 내주 영역 에서 크게 열화가 진행 된 것을 관찰 할 수 있다. 외주 영역의 경우 1500 시간 가속 열화를 진행 했음에도 불구하고 PI sum 8 값이 50 부근으로 측정 되어 고온, 고습 열화 환경에의 강한 저항성을 가 지고 있음을 확인했다.
- 80℃/80% 조건에서 1500 시간 노출 시킨 미디어의 Max PI sum 8 값은 308 로 35000 번 data address 주변에서 측정 되었고, 65℃/80% 조건에서 1500 시간 노출 시킨 미디어의 Max PI sum 8 값은 199 였고, 마찬가지로 35000 번 data address 에서 측정되었다. 즉, 3 가지의 다른 온도/습도 조건이 정도의 차이는 있지만 실험 미디어의 기록층 열화에 주는 영향이 매우 유사하다는점을 알 수 있고, 최 내주(0 부근)와 최 외주 (2280000 부근)의 오류율 증가가 거의 없는점으로 보아, 이 미디어는 가속 열화 실험이 진행되는 동안 기판 봉합(sealing) 에 따른 문제는 발생하지 않은 것으로 판단된다.
- 따라서 BD-R 미디어의 보호층과 코팅층을 이용하는 구조적인 특성상 기록층의 정상적인 열화를 유도하기 위해서는 반드시 80℃ 이하의 온도로 가속 열화 실험을 설계해야 한다고 판단된다. 추가로 현재 정해지지 않은 장기 보존 평가에서의 BD-R 미디어의 파단 기준에 대해서도 논의 하였으며, 그 결과 드라이브에서의 재생 특성 평가 기준 중 가장 가혹한 R-SER 1.0x10-3 보다는 충격 실험 또는 지문 실험에 이미 사용되고 있는 R-SER 4.2x10-3 이 가장 타당한 기준이라 판단된다.
- 평균 Max PI sum 8 과 Max R-SER 을 가속 열화 실험 시간에 따라 측정 함으로서, 각각의 미디어가 얼마나 열화 되었는가를 확인 할 수 있었다. 그러나 Max PI max8 과 Max R-SER 값은 기록된 데이터 영역 중 최대 오류율 이라는 특성상 대표값은 될 수 있지만 정확히 미디어의 어느 영역이 열화 되었는지는 알 수 없다.
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