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
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