Camada Fsica e Tecnologias de Transmisso

Prof. Mauro Tapajs

Sistema Telefnico

Primeira rede de comunicao

Originalmente desenvolvido para transmisso de voz humana (qualidade regular de udio) Bell 1876

Necessidade de centralizao da fiao criando a comutao na central telefnica

Outras designaes comuns:PSTN - Public Switched Telephone Network

RTPC - Rede de Telefonia Pblica Comutada

POTS - Plain Old Telephone Service

Conexes Telefnicas Bsicas

Central TelefnicaCentral TelefnicaCentral Telefnica

Sinalizao User to Network

Atravs do par telefnico

In-BandAnalgica DTMF (tom de discagem)

Out-of-bandISDN (PRI/BRI Canal D 16kbps)

Sinalizao Network to Network

Entre dispositivos da rede

In-bandCAS channel associated signalingMF semelhante a DTMF s que possui frequncias diferentes daquela

E&M analgica (vrios tipos I, II, ...) PABX com a operadora

R1(robbed-bit signaling) feixes T1

R2 feixes E1

Out-of-BandCCS Common Channel SignallingSS7 Signalling System Number 7

Sinalizao SS7

Padro ITU-T de sinalizao telefnica out-of-band que permite variantes nacionais (ANSI, Telebrs, Bell, ETSI, etc)

Trabalha atravs de links de sinalizao independentes dos canais de voz

Permite a incluso imediata de novos servios na planta telefnica (servios de rede inteligente) e evita a fraude telefnica

Reduz o tempo de discagem atravs de uma nica mensagem com toda a informao de discagem

Melhora os indicadores de completamento de chamadas por no onerar tanto a rede

Sinalizao SS7

Troca de mensagens em chamada bsica

Pilha de Protocolos SS7 usados em Telefonia

Cabeamento Telefnico Externo

Cabeamento Telefnico Externo (evitar perder o controle)!

Loop Local

Hoje ainda basicamente um par de fios metlicos que liga o telefone do assinante central telefnica

No futuro pode ser um equipamento sem fio ou fibra tica

Estgios Remotos

Digitalizao do Sistema Telefnico

Tendncia normal nos sistemas de comunicao que tambm chegou rede telefnica

Centrais CPA (central de programa armazenado)

No Brasil o sistema digital a partir da central telefnica

O loop local ainda basicamente analgico na maior parte da planta nacional

A digitalizao da voz feita atravs do PCM Telefnico com compresso logartmica (A-Law e -law)

PABX - Private Automatic Branch Exchange

Equipamentos privados com funcionalidades de comutao interna de canais telefnicos

Podem manter vrios ramais internos e manter um nmero menor de linhas externas com a operadora para ligaes externas empresa

Economizando ao evitar que exista uma linha para cada telefone de cada usurio

PABX

Privatizao das Telecomunicaes no Brasil

Tendncia mundial que aconteceu no Brasil tambm

A exigncia cada vez maior de servios robustos e modernos de telecomunicaes deixou claro para os governos que o caminho para a modernidade e prosperidade do pas

Incentivou os governos a desatarem as amarras sobre a rea de telecomunicaes sob a bandeira da liberdade de mercado

Redes de Acesso

Redes de acesso garantem meio e disponibilidade para usurios individuais do servio conectando-os ao cerne (core) da rede e permitindo a conectividade com o servio desejada

Implementam o chamado last mile para clientes de servios de telecomunicaes

Em reas residenciais ainda so basicamente redes baseadas em par tranado e cabo coaxial

Em reas metropolitanas com concentrao de empresas outras alternativas so usadas (fibra em anis SDH, rdio, links E1/T1, etc)

Acesso Via Par Metlico

Acesso Via Par Metlico

Estrutura j pronta para utilizao (cabeamento telefnico)

Grande capilaridade

Para expanso: altos custos e tempo de implantao muito longo

Vrias tecnologias buscam dar uma sobrevida rede telefnica enquanto uma soluo totalmente integrada no est disponvel

Transmisso de Dados via Loop Local

Inicialmente a transmisso de dados a longas distncias usada era sobre a estrutura telefnica - falta de alternativas

Para transmisso de dados a taxa de bits baixa e a de erros alta

Necessidade de modems especficosDiscados

XDSL

RDSI

Modems

Permitem que se envie bits por uma canal de comunicao (por exemplo modem discado, de satlite ou rdio)

Dispositivos de camada fsica do modelo OSI

Modems

Modems Discados

O limite de banda fsico do loop local no trabalhava bem em frequncias maiores que 4 kHz

Os modems atuais utilizam tcnicas combinadas para transportar mais bits por baud

Para evitar erros em tantas possibilidades de sinal, se utilizam tcnicas de deteco como bits de paridade

Exemplo: Acesso Internet discado (Linhas Dial-up)

Alguns Padres para Modems
ITU-T

RDSI Rede Digital de Servios Integrados (ISDN)

Tambm chamada ISDN (Integrated Services Digital Network)

Comeou a ser idealizada em 1984 pelas companhias telefnicas e CCITT (ITU-T)

Impulsionada pela futura demanda de servios digitais fim-a-fim

Servios de voz, comunicao de dados, identificao do chamador, alarmes, etc

Proposta inicial: digitalizar todas as etapas do usurio numa rede multiservios, evitando o uso de modems

Baseado no conceito de oferecer vrios canais numa nica interface

Demora na padronizao e avanos da tecnologia condenaram a RDSI. Hoje procura-se outra aplicao para velocidades to baixas (aplicaes especficas como conexo a Internet ou vdeoconferncia a 128 kbps, combinando os 2 canais B)

RDSI Rede Digital de Servios Integrados (ISDN)

RDSI

Taxas definidas:

Taxa Bsica:baixa velocidadeusurios residenciaisdois canais de 64 kbps (B) + 1 canal de 16 kbps (D)

Taxa Primria:maior velocidadeusurios corporativos30 canais B + 1 canal D

RDSI Rede Digital de Servios Integrados

RDSI Rede Digital de Servios Integrados

Uma nova alternativa de alta velocidade foi pensada: RDSI-FL (faixa larga = banda larga)

Seria disponibilizada sobre ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Ofereceria uma taxa de 155 Mbps, mas implicaria em muitas mudanas: comutao por pacotes, local loop, equipamentos de comutao

Tecnologias xDSL

Impulsionada pela demanda de maiores taxas de bits pelas linhas telefnicas normais

Utiliza modems especiais que permitem a utilizao da linha para conversaes de voz e transmisso de dados simultaneamente

Utiliza outras formas de modulao e codificao dos sinais digitais diferentes das usadas normalmente pelas linhas telefnicas comuns

ADSL Asymetric Digital Subscriber Line

O acesso oferecido via tecnologias ADSL garante banda aceitvel sobre a infra-estrutura de par metlico existente

A necessidade de separao das redes e sinais na central cria uma arquitetura de difcil evoluo, pois expanses implicam na aquisio de mais equipamentos especficos ADSL

Estrutura de Acesso ADSL

Faz uso dos novos avanos na tecnologia de processamento digital de sinais para eliminar ecos e rudos com procedimentos digitais, aumentando a banda possvel de ser transmitida

Est limitada uma distncia mxima dos usurios at a central

Os concentradores ADSL devem ficar na central (fisicamente)

Faixa de Frequncias ADSL

Estrutura de Acesso ADSL

Tecnologias xDSL

Linhas Dedicadas

Tambm chamadas:Links ou enlaces ponto-a-ponto

LPCD - Linha Privativa de Comunicao de Dados

SLDD Servio de Linha Dedicada Digital

Leased Lines

Circuitos digitais fsicos dedicados conectando dois pontos atravs de uma infra-estrutura privada

Podem ter vrias velocidades de 1,2 kbps at 2 Mbps

Redes multiponto podem oferecer o servio de linha dedicada sobre a sua infra-estrutura (Frame Relay, redes IP com MPLS, etc)

Exemplo: Linha dedicada para servio Internet

Sistema de TV a Cabo Convencional

Originalmente preparado para trfego de sinais numa direo somente (TV por assinatura)

Capacidades de aproximadamente 60 canais analgicos de 6 MHz

Transmisso de Dados via Rede de TV a Cabo

A partir da fibra, saem cabos coaxiais que podem atender vrios usurios

Cable Modems

Utilizao dos cabos de TV por assinatura para transmisso de dados ao mesmo tempo em que se assiste a TV

H compartilhamento da linha

No tecnologia xDSL!!!

Sistema de Cable Modems

Headend: ponto de distribuio dos sinais (CMTS Cable Modem Termination System)

Padro DOCSIS: usado nos cable modems

Servios HFC

Servios oferecidos (vdeo analgico e digital, vdeo sob demanda, dados LAN e MAN, VoIP)

Sistemas HFC modernos podem transmitir at 110 canais de TV analgica

HFC

Um canal de 6 MHz usado para dados pode ter velocidades de 27 (64 QAM) ou 36 Mbps (256 QAM) downstream e 500k (16 QAM) a 10 Mbps (QPSK) upstream

Esta banda compartilhada com outros usurios pendurados no mesmo ramo

Um modem individual pode experimentar velocidades de 1 a 3 Mbps downstream e 500k a 1,5 Mbps upstream dependendo da quantidade de usurios

O espectro de 750 MHz normalmente usado como abaixo

Cable Modems

Alternativas com Base em Meios No-Guiados em Uso Atualmente

Infra-vermelho

Rdio / Microondas

Spread Spectrum

Satlite

Rede Mvel Celular

Transmisso sem fio (wireless)

Uso de ondas eletromagnticas livres de condutores

Sempre que se fala de ondas importante saber que frequncias so utilizadas

Frequncias usadas para comunicao: rdio, microondas, infra-vermelho e luz visvel

Frequncias no usadas: ultra-violeta, raios-X e raios-gamma (perigosas e difceis de se produzir)

Comunicao Wireless

uma necessidade

Origem e destino pode ser mveis ou estticos

Comunicao feita em terrenos onde o uso de cabeamento invivel ou impossvel (desertos, pntanos, selvas, etc)

Casos onde um sistemas de comunicao deve ser montado rapidamente (situao de conflitos, eventos, etc)

Opera em ambientes onde difcil o controle (mais susceptveis a rudos, atenuaes, escutas e perda de sinal)

Comunicao Wireless

Adequada onde o custo inicial de montagem do sistema de comunicao deve ser baixo

Aplicao nos casos onde a mesma informao deve atingir vrias reas

Normalmente sistemas wireless apresentam taxas de dados menores que os baseados em meios guiados

A reutilizao de frequncias melhor quando se usa meios guiados

Irradiao Broadcast e Ponto-a-ponto

Espectro Eletromagntico

No Brasil, a ANATEL define as atribuies de frequncias no espectro

Espectro Eletromagntico

Espectro de Transmisso

Transmisso via Infra-vermelho

Usada para comunicao de curto alcance e servios domsticos (controles remotos, brinquedos, comunicao entre PDAs, etc)

Propagao direcional e de curto alcance

Tecnologia barata

No atravessa obstculos slidos (reflete), til em dispositivos de segurana

No pode ser usada ao ar livre (interferncia do sol)

Suas caractersticas so teis para LANs sem fio, dispositivos de segurana, etc

Transmisso via Rdio Broadcast

Sinais fceis de gerar (antenas simples!), atravessam longas distncias e obstculos como prdios

Propagao omnidirecional: no necessita alinhamento preciso de transmissor e receptor

Adequada para transmisses em broadcast (rdio e TV aberta)

Sujeitas a interferncias de motores e equipamentos eltricos

Transmisso via rdio em todas as direes

Transmisso via microondas propagao direcional

Transmisso via Rdio Microondas

Propagao em linhas diretas implicando em antenas mais direcionais

Necessidade de repetidores para longas distncias

Comps a infra-estrutura de comunicao de longa distncia por muito tempo

Problemas com a chuva e reflexo nas camadas mais baixas da atmosfera (efeito multipath fading)

Tecnologia relativamente barata

Transmisso via Rdio Microondas

Propagao em linhas diretas implicando em antenas mais direcionais (visada direta)

Sensvel a obstculos fsicos e interferncia

Comps a infra-estrutura de comunicao de longa distncia por muito tempo com a utilizao de torres altas e enlaces ponto-a-ponto (substituida pela fibra tica)

Trabalha normalmente acima da faixa de 1 GHz e acima dos 2 Mbps

Transmisso via Rdio Microondas

Necessidade de repetidores para longas distncias

Problemas com a chuva e reflexo nas camadas mais baixas da atmosfera

Tecnologia relativamente barata

Links de Rdio Ponto-a-Ponto

Necessidade de visada direta (linha reta)

Todos os links de rdio devem ser homologados pela Anatel (licena de transmisso)

Tempo de instalao reduzido (adequado para eventos temporrios e links ocasionais)

Enlaces de rdio tronco (longa distncia) - Freq < 10 GHz - equipamentos todos concentrados na estao, ligados antena por um guia de ondas

Enlaces de rdio acesso (curta distncia) - Freq > 10 GHz - equipamentos divididos em IDU (in-door unit) e ODU (out-door unit)

Componentes em Links de Rdio Ponto-a-Ponto

Comunicaes com estgios remotos

Acesso Internet

Exemplos de Aplicaes

Acesso Via Rdio PMP

BS - Base Station

TS - Terminal Station

Sistemas de Pager

Semelhantes aos avisos de aeroportos ou hospitais

Muito utilizado nos Bips

Comunicao Simplex

Unidirecionais

Sistema Mvel Celular

Sistemas aperte-para-falar (rdio-taxis e carros de polcia): comunicao half-duplex

Divide a rea em clulas com frequncias distintas (a potncia requerida pequena)

Uma frequncia pode ser reutilizada em outra clula

Procedimento de handoff

Primeira gerao - 1GAMPS Advanced Mobile Phone System (multiplexao FDM canais de voz em 30 kHz, FSK para canais de controle)

ETACS verso europia semelhante (multiplexao FDM canais de voz em 25 kHz, FSK para canais de controle)

Zona deInterferncia18 dB

Organizao de uma rede celular

Uma rede celular composta pelos seguintes elementos:Estao Mvel (EM) - CelularEstao Radio Base (ERB)Central de Comutao e Controle (CCC)

ERBERBERBERBERBCCCEMEMEM

RTPC

Estao Mvel

o telefone propriamente dito. Se comunica com a ERB atravs de sinais de rdio.

Transmite e recebe sinais de controle, de voz e de dados.

Principais componentes:Bateria

Antena

Microprocessador

Transceptor de RF

Display

Teclado

Microfone e Auto-falante

Entre as diversas mensagens de controle que troca com a ERB, destacam-se:Mensagens para o estabelecimento de uma chamada;

Mensagens para registro do aparelho no sistema;

Mensagens para determinao do canal a ser utilizado na conversao;

Mensagens para controle da potncia de transmisso.

EM

ERB Estao Rdio Base

responsvel pelo atendimento de todas as estaes mveis situadas em sua rea de cobertura.

Constitui-se basicamente em uma antena de recepo/transmisso e uma unidade de controle e superviso dos canais.

Monitora os nveis de potncia de recepo de cada EM, ajustando sua potncia de transmisso.

So interligadas a CCC por meio de enlaces de fibra ptica ou de microondas.

ERB

CCC - Central de Comutao e Controle

Unidade central do sistema, responsvel pelo controle e comutao das chamadas telefnicas das estaes mveis.

Faz a interconexo com a rede de telefonia pblica comutada (RTPC), para encaminhamento de chamadas para telefones no celulares ou pertencentes a outra rede.

Responsvel pela tarifao das chamadas

Monitoramento de trfego e de alarmes de todas as ERB

Efeito Multipath

Alternativas para Acesso Mltiplo

Diviso do espectro entre vrios usuriosFrequency-division multiplexing (FDM)

Time-division multiplexing (TDM)

Code-division multiplexing (CDM)

Space-division multiplexing (SDM)

CDMA - Code Division Multiple Access

Divide o meio em vrios canais que usam a mesma faixa de frequncias

Utiliza tcnicas de spread spectrum, que diluem o sinal original de forma a ocupar todo o espectro disponvel

Direct Sequence: para cada estao individualizada com um cdigo (chipping sequence), sendo que estes devem ser ortogonais

Usado em meios digitais wireless broadcast (LANs wireless, celular)

Sistema Mvel Celular

Utiliza clulas de 2 a 20 Km

Clulas adjacentes no podem utilizar a mesma frequncia

Segunda Gerao 2G - Digital:TDMA (D-AMPS) IS136 CODECs de voz VSELP (Vector Sum Excited Linear Predictive) e EFR (Enhanced Full-Rate) modulao DQPSK canais de 30 kHz

CDMA IS95a canais de 1,25 Mhz (10% da faixa da operadora) CODECs QCELP e QCELP13 modulao QPSK

GSM Global Systems for Mobile Communications (sistema europeu) TDMA em canais de 200 kHz junto com Frequency Hopping uso do chip SIM (Subscriber Identity Module) e criptografia CODEC RELP (Residually Excited Linear Predictive) - modulao GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying - variao da modulao FSK)

Rede Celular Interconectada com a Rede Fixa

CCC

RTFC

EM

EM

ERB

ERB

EM - Estao Mvel (celular);CCC - Centro de Comutao e Controle;RTFC - Rede Telefnica Fixa Comutada.

ERB1 ERB2ERB3

Projetada inicialmente para o servio telefnico

Mais tarde foi ampliada para o uso de servios de Comunicao de Dados (servio de Pager, transmisso de arquivo texto, acesso internet, WAP).

Rede Celular Interconectada com a Rede Fixa

So upgrades das redes 2G, que permitem a transmisso de dados a taxas maiores que as obtidas nas tecnologias 2G.

Constituem um passo intermedirio para a migrao das redes para a tecnologia 3G, a qual exige investimentos muito altos e envolve inclusive a aquisio de novas faixas de espectro.

A maioria das redes 2,5G apresenta servios de dados comutados por pacotes, mais adequadas a conexo de dados de dispositivos mveis com a Internet, embora as taxas de transmisso ainda deixem a desejar.

As modificaes so feitas sem a necessidade de grandes mudanas nas redes 2G existentes. Consiste em upgrade de software e adio de novos equipamentos. A estrutura bsica da interface area continua a mesma

Redes Celulares de Gerao 2,5

Redes de gerao 2,5 agregam transmisso de dados em taxas maiores (em teoria at 144 kbps na prtica at 64 kbps) que as de 2 gerao com troca de equipamentos e software:CDMA IS95b melhorias no padro IS95a, a preferncia foi migrar para 1xRTT

CDMA 2000 1xRTT compatvel com os padres IS95 a e b

GPRS Dados a 160 kbps (em teoria) em redes GSM

EDGE evoluo do padro GPRS (modulao 8PSK mais bits podem ser enviados) 473 kbps tecnologia considerada tambm como 3G

Redes Celulares de Gerao 2,5

BSC GSM

As ERB no se conectam diretamente a CCC, mas sim a um equipamento denominado Base Station Controller (BSC)

Os BSC podem controlar centenas de ERB, e so os responsveis pelo controle de Handoff, reduzindo consideravelmente o processamento na CCC

A conexo entre o BSC e as ERB padronizada, o que teoricamente permite a conexo de ERB de diferentes fabricantes

ERBNokiaCCCNortel

ERBNokia

ERBEricsson

ERBNokia

ERBEricsson

BSCNokia

Interface A

BSCEricsson

Premissas:Convergncia de servios (Voz/dados/multimdia)

144 kbps em ambiente veicular (automvel/trem)

384 kbps em ambiente urbano (pedestre)

At 2 Mbps em ambiente indoor (escritrio)

Taxas de transmisso simtrica e assimtrica

Suporte tanto para comutao por circuito como por pacotes

Melhor uso do espectro

Suporte a uma grande variedade de equipamentos mveis

Flexibilidade para a introduo de novos servios e tecnologias

Possibilidade de uso simultneo de voz e dados

Redes Celulares de Gerao 3

Maiores investimentos e necessidade de uso de outras bandas do espectroW-CDMA (UMTS) proposto como evoluo do GSM dados a 2 Mbps CDMA com canais de 5 Mhz modulao PSK CEDEC AMR (Adaptive Multi-rate codec)

CDMA-2000 1xEV-DO tambm chamado HDR (High Data Rate) uso de um canal de 1,25 Mhz para dados a 2,6 Mbps

CDMA-2000 1xEV-DV at 3,1 Mpbs

CDMA-2000 3xRTT uso de 3 canais 1xRTT de 1,25 MHz

Redes Celulares de Gerao 3

Comunicao Via Satlite

A idia era enviar sinais que refletissem num satlite (no caso, a lua), como o reflexo passivo do sinal no forte o bastante para voltar terra

O sinal do satlite est disponvel numa rea muito grande

Servio adequado para usurios mveis, lugares de difcil acesso e pouco desenvolvimento, alm de sinais de broadcast em larga escala

Permite a disponibilizao rpida do sinal (interessante para aplicaes militares)

Deve utilizar tcnicas de compartilhamento do meio para vrios clientes

Comunicao Via Satlites

Os sinais apresentam atraso de propagao considervel

um meio inseguro por natureza necessidade de criptografia

Em aplicaes de acesso, permite aos usurios finais evitarem o lento local loop nas redes telefnicas

No se costuma medir o custo por distncia

Os satlites so equipados com transponders que transmitem de volta um sinal recebido (uplink), normalmente em frequncia diferente (downlink) para evitar interferncia

Satlites Geoestacionrios

Um satlite geosncrono (parado em relao terra) a uma altitude de aproximadamente 36000 Km e no plano da linha do equador

No apresentam efeito Doppler

Os transponders usados normalmente tem largura de banda de 36 Mhz (entre 20 e 30 por satlite normalmente)

Os satlites atuais podem ter um tempo de vida de dezenas de anos

Satlites Geoestacionrios

O sinal pode ser muito atenuado no seu percurso pelos 36000 km

reas como as regies polares e trechos mais ao sul e ao norte do globo no so muito bem atendidos

Mesmo na velocidade da luz o atraso do sinal para subir ao satlite e voltar para a terra significativo

Satlites Geoestacionrios Faixas de Frequncias

Banda L - 0,5 GHz 1,5 GHz ou 950-1450 MHz, - Frequncia intermediria de converso

Banda C - 3,7 a 4,2 GHz, para o enlace de descida (DownLink) e 5,925 a 6,425 GHz , para o enlace de subida (Up-Link)

Banda X 7,25 a 8,40 GHz. Usada para fins militares

Banda Ku 11,7 a 12,2 GHz (downlink) e 14,0 a 14,5 (uplink). Usada para os servios DTH (Direct-to-home)

Banda Ka 17,7 a 21,2 (downlink) e 27,5 a 31,0 GHz (uplink). Tambm utilizada por alguns satlites nos servios de DTH

Interferncia num Enlance de Satlite

Comunicao Via Satlites - Topologias

Ponto a ponto

Broadcast

Exemplo: Satlites Brasileiros - Brasilsat B3

Brasilsat B3Modelo: Hughes HS 376 W

Veculo de Lanamento: Arianespace / Ariane 44 LP

Polarizao: Linear

Brasilsat B3

Satlites de rbita Baixa

GEO: Um satlite geosncrono (GEO) a uma altitude de aproximadamente 36000 Km e impe um grande retardo no sinal

MEO: exige mais de um satlite para manter o raio de viso, porm necessria menor energia para mandar o sinal para o satlite

LEO: mantm no raio de viso por muito pouco tempo (altitude de aproximadamente 750 Km). Apresenta baixos retardos, sendo adequados para dispositivos portteis de baixa potncia. O procedimento de handoff ocorre quando um usurio se move ou a clula se move. Deve-se utilizar muitos satlites para que sempre haja um no raio de viso

Exemplo de aplicaes: INMARSAT sistema de auxlio navegao

GPS Global Positioning System

Acesso Internet via satlite

Sistema Iridium 66 satlites (servio de telecomunicaes mveis a nvel mundial)

Alguns Problemas na Comunicao Via Satlite

Fenmeno de interferncia solar - representa falta de sinal satelital em determinadas pocas do ano (normalmente maro e setembro no Brasil)

Comunicao Fim-a-Fim atravs de Vrias Tecnologias de Rede

Transmisso de Informao Digital

A informao analgica ou digital pode ser codificada como sinal analgico ou digital

Alguns meios como FO ou comunicao sem fio somente iro propagar adequadamente sinais analgicos (no transmitem bem sinais puramente digitais)

Parmetros importantes a serem considerados num primeiro momento:Largura de banda necessria para o sinal

Sincronizao entre transmissor e receptor

Possibilidade de deteco de erros

Custo e complexidade do sistema

Comunicao Paralela

Um conjunto de bits, em geral um byte, transmitido em vrios suportes (pinos e condutores), cada bit do byte em um meio independente e ao mesmo tempo

Por exemplo: conexes internas do computador e conexes entre o computador e os perifricos

Nos casos que envolvem maiores distncias, a transmisso em paralelo mostra-se inadequada, em razo de custo de fabricao de longas metragens de cabos

Comunicao Serial

Os bits de um byte so transmitidos, um aps o outro, utilizando um mesmo meio fsico. Alm da economia da interconexo, os dados, mesmo transmitidos seqencialmente, deslocam-se com velocidade muito maior

A transmisso serial divide-se em dois tipos: assncrona e sncrona

Modos de Transmisso

Na transmisso dos bits do sinal digital, o receptor deve ser capaz de reconhecerOnde se inicia um bit

Onde se inicia/termina um elemento de dado (byte ou caracter)

Onde se inicia/termina uma mensagem (conjunto de bytes)

Desta forma o problema de sincronizao entre quem envia e quem recebe muito importante

Modo Serial Assncrono

Adequado para comunicaes onde os dados so gerados aleatoriamente ou as taxas de dados so baixas (teclado, terminais, etc)

Neste caso existe a necessidade de se estabelecer delimitadores de Caracteres (bytes) start/stop bits

Blocos de dados Bytes especficos (DLE Data Link Escape)

Modo Serial Assncrono

A transmisso assncrona caracteriza-se pela possibilidade de ser iniciada a qualquer tempo

Para cada byte que deseja-se transmitir, utiliza-se um elemento de sinalizao para indicar o incio do byte (START Bits) e um outro para indicar o trmino do byte (STOP Bits).

O START (bit de partida) corresponde a uma interrupo do sinal na linha e o STOP (bit de parada), condio de marca ou repouso, ou seja, existncia do sinal na linha (STOP corresponde a 1,4 ou 2 vezes o tempo de START)

Modo Serial Assncrono

Vantagem: os equipamentos assncronos tem custos menores que os equipamentos sncronos.

Desvantagem: m utilizao do canal, j que os caracteres so transmitidos irregularmente espaados no tempo, alm do alto overhead (bits de controle - cabealhos), ocasionando uma baixa eficincia na transmisso

Em transmisso assncrona o mtodo utilizados para deteco de erros o bit de paridade

Modo Serial Sncrono

Adequado para comunicaes em altas taxas de bits

Neste caso existe a necessidade de se sincronizar transmissor e receptor de forma que os bytes sejam enviados num fluxo ininterrupto de bits

Mesmo que no haja informao til a ser enviada, sempre h envio de bits para manter o receptor sincronizado com o clock do transmissor

A codificao do fluxo de bits deve ser adequada de forma a permitir a perfeita sincronizao do clock do receptor

A unidade de dados (bloco) chamada de quadro (frame) e delimitada por caracteres especiais

Modo Serial Sncrono

Os bits de um byte so enviados imediatamente aps o anterior, no existindo START-STOP e tempo de repouso entre eles

A transmisso sncrona estabelecida atravs de uma cadncia fixa para a transmisso dos bits de todo um conjunto de caracteres (bloco).

Antes da transmisso de um bloco e no meio de longos blocos, o equipamento transmissor envia uma configurao de bits de sincronizao (sinal SYN) com o objetivo de colocar o equipamento receptor sincronizado com o mesmo.

A formao de um bloco de caracteres um processo que requer buffer

Modo Serial Sncrono

Vantagem: atinge velocidades de transmisso (taxas de bits) maiores. Utilizao mais eficiente do canal.

Desvantagem: este tipo de equipamento requer um circuito interno mais complexo para transmisso sncrona, sendo, desta forma, equipamentos de custo mais elevado.

Em transmisso Sncrona os mtodos utilizados para deteco de erros so o bit de paridade e o CRC

Transmisso Assncrona

Transmisso Sncrona

A cada caracter adicionado um bit no incio (Start bit) e um bit no fim (Stop bit)

Os caracteres de sincronizao so transmitidos antes dos dados

Pode haver um tempo ocioso entre os caracteres transmitidos

Os caracteres de sincronizao so transmitidos entre blocos de dados para manter a sincronizao da linha

Os bits contidos em um caractere so transmitidos em um intervalo de tempo pr-definido

No h intervalos entre os caracteres

Uma temporizao estabelecida independentemente no computador e no terminal

uma temporizao estabelecida e mantida entre os modens, pelo terminal e outros equipamentos

Os terminais devem ter buffers

As velocidades no ultrapassam 9600 BPS em ambientes comutados e 19200 em conexo dedicadas ou linhas alugadas.

As velocidades de transmisso ultrapassam 2 Mbps

Comparao Assncrono / Sncrono

Comunicao em Banda Base

Transmisso do sinal da mesma forma que ele foi gerado (puramente digital) e sem grande alterao nas suas componentes em frequncia

No permite uso do canal por mais de um sinal (o meio compartilhado por broadcast - somente um sinal pode trafegar por vez)

Exemplos: Loop Local em redes telefnicas, PCM, redes LAN's Ethernet, token ring, etc

Codificao de Linha

Determina como o sinal digital (0s e 1s) ser codificado no meio fsico

Permite que o clock do receptor recupere o sincronismo a partir do prprio sinal enviado

Deve evitar grandes sequncias de zeros no sinal, para no comprometer o sincronismo na recepo

Deve utilizar a menor largura de banda possvel

Pode ser feita de forma a permitir deteco de erros

Codificao de Linha de Sinais Digitais

Unipolar - Sinal do tipo RZ (Return-to-Zero). Adequado somente para pequenas distncias (em grandes o

efeito da capacitncia distribuda acrescenta uma componente DC )Polar Sinal do tipo NRZ (Non-Return-to-Zero). Evita a componente DC permitindo dois nveis opostos de sinal. Necessita de menor potncia para enviar o sinal.

Codificao de Linha de Sinais Digitais

Bipolar Sinal NRZ (Non-Return-to-Zero). Evita a componente DC invertendo os 1s. Tambm chamado de AMI (Alternate Mark Inversion). Necessita de 3 nveis de sinal possveis.

No possui componente DC e sempre apresenta uma transio no meio do bit seja ele qual for. Erros podem ser detectados na falta desta transio em algum bit.

Note que so enviados 2 smbolos para cada bit (necessita de alta taxa de sinalizao

Codificao de Linha Manchester

Taxa de Sinalizao

a taxa na qual o sistema pode mandar smbolos pelo meio fsico

No caso da codificao Manchester, temos o envio de smbolos (nveis de sinal) igual a duas vezes a taxa de bits enviados

Codificaes de Linha Usadas em Redes de Comunicao

RS-232D - Bipolar NRZ

Linhas T1 / DS-1- B8ZS - Bipolar Ami RZ

DS-3 B3ZS

Linhas E1 - HDB3 (Japo e Europa)

Ethernet 10 Mbps Manchester (exige altas taxas de sinalizao)

IEEE 802.12 100VG-AnyLAN 5B6B

Ethernet 100baseTX MLT-3 (adequado para cabos de par tranado evita emisses indesejveis de energia)

Ethernet 100baseFX 4B5B NRZI

Ethernet 100baseT4 - 8B6T (sinalizao ternria)

FDDI - 4B5B

ISDN - 2B1Q e 4B3T

Gigabit Ethernet 8B/10B (patente da IBM sofisticado oferecendo deteco de erros

Fibre Channel 8B/10B

ATM 25 Mbps 4B/5B

Interfaces Fsicas

DTE - Data Terminal Equipment : equipamento terminal ou computador responsvel pela origem e destino dos sinais de dados de uma rede

DCE - Data Communications Equipment : dispositivo que estabelece, mantm e termina uma transmisso de dados recebidos de um DTE (o DCE no gera dados). Pode realizar uma converso de sinais para a transmisso. Ex.: modem, conversores, CODEC, transmissores digitais, etc

As interfaces fazem a interao entre os computadores (DTE) e os dispositivos de comunicao (DCE

Padres ITU-T de Interfaces com Redes Pblicas

Documentos da Srie V Conexo de equipamentos rede telefnica (exemplo: V.32)

Documentos da Srie X Conexo de equipamentos Rede de Comutao de Pacotes pblica (exemplo: X.25)

Documentos da Srie I Conexo de equipamentos ISDN

Interfaces Fsicas

CaractersticasMecnicas (cabos, conectores, distncias)

Eltricas (nveis de voltagem, temporizao dos circuitos)

Funcionais (controle, sincronizao)

Procedurais (sequncia de eventos envolvida na troca de dados)

Exemplos:V.24 (ITU-T)Somente caractersticas funcionais e procedurais)

EIA-232-F (RS-232)Idntica definio V.24 porm com as caractersticas eltricas e mecnicas)

Semelhante s normas V.24 e V.28

Exemplo de Interface Fsica: EIA-232

Define:25 pinos no conector DB25 e o que cada um deles significa (ISO2110)

Codificao de linha: NRZ-L

Bit 1 tenso menor que 3 volts

Bit 0 tenso maior que +3 volts

Taxas de at 20kbps (originalmente, agora vai at 115kbps)

Cabos de at 15 metros

A nova interface definida EIA RS-449 (2 Mbps em cabos de at 60 metros)

Para conexo de dois computadores utiliza-se um cabo null (ex. conexo direta via cabo do windows)

Exemplo: RS-232C (EIA 232C) e RS-232D

Usados para conexes entre DTEs e modems alm de outras aplicaes

RS232D nova verso adotada em 1987

Melhorias no aterramento e testes de loopback

RS232C ainda muito usado

Exemplo: Pinagens e Conectores RS-232

Padres de Cdigos Digitais

A transmisso digital (1s e 0s) deve representar informaes

Como representar letras, nmeros e caracteres em formato binrio?

Exemplo antigo: cdigo morse

Cdigo comum atualmente: ASCII

Cdigos para imagens: fax, grficos bitmapped (.bmp), grficos orientados a objetos (postscript, TIFF, Corel)

1-bit code: 00000000
00111100
01110110
01111110
01111000
01111110
00111100
00000000

Padres de Cdigos Digitais

ASCII Padro (7 bits) computadores pessoais

ASCII extendido (8 bits)

EBCDIC mainframes IBM

UNICODE

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Fundamentos de Comunicaao de Dados - Camada Fsica

Prof. Mauro Tapajs Santos