비동기 시분할 다중화(Asynchronous TDM(비동기 TDM)는 동기 TDM의 타임 슬롯 낭비 요인을 제거하기 위해 실제로 전송할 데이터가 있는 장치에만 타임 슬롯을 할당하고 전송할 데이터가 없는 장치에는 타임 슬롯을 할당하지 않는 방식이다. 따라서 데이터에는 송신 장치를 나타내기 위한 주소가 반드시 필요하다.

비동기 TDM을 통계적 TDM(Statistical TDM, STDM) 또는 지능적 TDM(intelligent TDM)이라고도 한다. 여기서 '비동기'라는 단어는 데이터 통신의 다른 분야에서 사용하는 의미와 달리 유연함 또는 고정되어 있지 않음을 의미한다.

비동기 TDM의 동작 과정은 다음과 같다.

• 각 송신 장치에서 데이터가 발생하면 지정된 프레임 크기만큼 데이터를 모았다가 각 장치의 프레임 주소와 함께 임시 버퍼에 저장한다.
• 먼저 버퍼에 저장된 데이터 프레임에 타임 슬롯을 할당하여 전송한다. 이와 같은 과정을 반복하면서 다중화를 수행한다.
• 수신부에서는 수신된 프레임의 주소에 따라 프레임을 분리한다.

비동기 TDM에서도 여러 개의 저속 입력 회선이 하나의 고속 회선으로 다중화된다. 비동기 TDM에서는 링크 용량이 입력 회선의 총 용량보다 작을 수도 있다. [ 그림 7-18 ] 과 같이 비동기 TDM에서는 n개의 입력 회선이 있다면 프레임은 n보다 작은 m개의 타임 슬롯을 가질 수 있다. 같은 방법으로 비동기 TDM은 적은 회선 용량으로도 동기 TDM과 같은 수의 입력 회선을 다중화할 수 있다. 다시 말해, 같은 회선을 사용한다면 비동기 TDM이 동기 TDM보다 더 많은 장치를 지원할 수 있다.

비동기 TDM에서 프레임의 타임 슬롯 개수 m을 한꺼번에 전송할 가능성이 있는 입력 회선의 개수에 대한 통계적인 분석에 기초한다. 각 타임 슬롯은 미리 지정되지 않고 전송할 데이터가 있는 장치에 따라 사용된다. 다중화기는 각 입력 회선을 검사하여 프레임이 완성될 때까지 계속 검사한다. 만일 모든 타임 슬롯을 다 채울 만큼 데이터가 충분하지 않으면 해당 프레임은 일부만 채워진 상태로 전송된다. 따라서 전체 링크 용량을 100% 사용하지 않을 수도 있다. 그러나 타임 슬롯을 동적으로 할당함으로써 낭비 가능성과 정도가 크게 줄어든다.

[ 그림 7-19 ] 는 비동기 TDM과 동기 TDM을 비교한 것이다. 동기 TDM의 타임 슬롯은 데이터로만 채워져 있고, 비동기 TDM의 프레임에는 데이터와 목적지 주소가 필요 없다. 그러나 비동기 TDM은 입력과 출력이 고정되어 있지 않으므로 수신 주소를 타임 슬롯에 넣어주어야 한다. 가장 간단한 주소 지정 방법으로, 입력이 n개인 경우 출력 회선을 지정하기 위해 N=log2 n관계로부터 N개 비트를 주소로 사용할 수 있다. 예를 들면, 8개의 입력 회선에 대해 3비트 주소를 사용한다.

각 타임 슬롯에 주소 비트를 추가하면 비동기 TDM의 오버헤드를 증가시켜 전송 효율이 떨어진다. 이러한 단점을 줄이기 위해 주소는 보통 적은 수의 비트를 사용하며, 처음 보내는 프레임에만 전체 주소를 붙여 전송하고 이후에 전송하는 프레임에는 식별을 위한 단축 주소를 넣을 수도 있다.

비동기 TDM은 타임 슬롯의 길이를 조절하여 다양한 속도의 전송률을 수용할 수도 있다. 빠른 속도로 데이터를 전송하려는 장치에는 긴 타임 슬롯을 배정할 수 있다. 가변 길이 타임 슬롯(variable length time slot)을 관리하려면 모든 타임 슬롯 앞에 데이터 길이를 알려주는 제어 비트를 추가로 넣어야 한다. 이 추가 비트가 다시 오버헤드를 증가시키므로 이러한 방식은 상당히 긴 타임 슬롯을 사용하는 경우에만 효율적이다.