04 - Camada de Fısica

18 de maio de 2015

Conteudo

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Camada fısica

I Camada OSI mais baixa: PHYI Natureza do meio

I ConstituicaoI Forma (dimensoes dos fios)I Parametros fısicos (impedancia, atenuacao)

I Modo de interconexao fısica

I Mapeamento entre sinais do meio e bits

I Procedimento de modulacao e multiplexacao, se houver

I Padroes IEEE 802

I Comunicacao em 1 passo em meio nao confiavel

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Camada fısica segundo OSI

I Caracterısticas muito variadas

I Conexao pode 1-para-1 ou 1-para-NI Funcoes

I Ativacao e desativacao da ligacao fısicaI Transmissao da unidade de dados de servicos fısicosI MultiplexacaoI Gerenciamento da camada fısica

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Subcamadas da camada fısica

I Subcamada de codificacaoI Physical Coding Sublayer no EthernetI Negociacao e codificacao de transmissao

I Exemplo: codificacao 8b/10b

I Subcamada de ligacao ao meioI Physical Coding Sublayer no EthernetI Montagem de quadrosI Temporizacao e codificacaoI Deteccao e sincronizacao de octetos

I Subcamada de dependencia ao meioI Physical Medium Dependent no EthernetI Define detalhes de circuitos de transmissor e receptor de bits

para o meio

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Meios de transmissao

I Cabo coaxial

I Cabo par trancado

I Fibra otica

I Ondas

I outros

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Meio: Cabo coaxial

condutor

dieletricoCapa de isolamento

Blindagem

Figura: Cabo coaxial fino 10Base2

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Cabo Twinaxial

Figura: 100Gb Ethernet e Cabos SATA 3

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Meio: Par trancado

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Meio: Par trancado

I Par trancado: dois fios de cobre enroladosI Fios enrolados evitam efeito “antena” de fios esticados e entre

si cancelam ruıdosI Sinal mais comum: diferenca de potencial entre fiosI Ruıdo nos dois fios tende a ser o mesmo, entao erro

desaparece na diferencaI Uso mais comum: telefonia tradicionalI Ethernet 100 Mbps usa somente 2 pares (dos 4), 1 par para

cada direcao (half-duplex)I Ethernet 1 Gbps usa os 4 pares nas duas direcoes

simultaneamente (full-duplex)I Exige cada lado considerar o sinal que esta sendo enviado

I Cabo Cat 3: telefoniaI Cabo Cat 5/5e, mais trancamento que Cat 3 (menor

interferencia entre fios)I Cabo Cat 6: sinais de 500 MHz para 10 GbpsI Cabo Cat 7: shielding

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Meio: Fibra otica

Figura: 1: nucleo de 8 micrometros; 2: revestimento com menor ındice derefracao de 125 micrometros; 3: protecao de plastico de 250micrometros; 4 camada mais rıgida de 400 micrometros.

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Meio: Fibra otica

I Luz e mantida na fibra devido ao fenomeno de reflexaointerna total

I Largura de banda teoricamente disponıvel: 50 Tbps

I Limite atual: capacidade de processar sinais

I Sinal: tem ou nao luz

I Envio de luz: Laser (+caro, +rapido, +distancia,-durabilidade) ou Diodo Emissor de Luz (LED)

I Recepcao de luz: diodo

I Perdas e atenuacao: qualidade do meio

I Fibra monomodo (1 comprimento de onda): fina e pode cobrirmaiores distancias

I Fibra multimodo: mais dados, menores distancias

I Atenuacao tıpica: 1 dB/km de fibra (atenuacao pela metade10 log10 2 = 3dB)

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Meio: Fibra otica

I Fibras podem vir sozinhas ou em conjunto em um cabo

I Em meio terrestre, fibras tendem a ser enterrada para protecao

I Em aguas perto da costa, sao enterradas

I Em aguas profundas, deixadas na superfıcie do fundo do mar

I Fibras podem ser juntadas mecanicamente em 5 minutos,podem perder ate 10% da capacidade de transmissao de luz

I Fibras podem ser fusionadas (derretidas), mais caro e difıcil,mas quase nao perdem qualidade

I Fibra vs CobreI Fibra: +leve, +rapida, +duradoura, -interferenciasI Cobre: +barato

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Figura: Fusao de fibras oticas: ar quente ou acido sulfurico aquecido pararemocao da protecao do vidro

https://www.youtube.com/watch?v=99BLGMtbRr8

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Meio: Ondas

I Antenas direcionais e omni-direcionais

I Frequencias de onda (2.4Ghz – microondas)

I WiFi IEEE 802.11

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Meio: Linhas de transmissao de energia

I Ideia antiga

I Dificuldades tecnicas pelos ruıdos e efeitos de transmissao alongas distancias

I Estudos sobre uso internos

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Codificacao de Sinais Digitais

I Em circuitos, um bit 0/1 em geral e codificado por tensaoalta/tensao baixa

I Ondas quadradas de formato irregular

I Codigo PolarI Ondas quadradas polarizadas -V;+V

I Codigo ManchesterI Transicao entre bits ocorre no meio do tempo entre bitsI Se tensao sobe: 1, se desce 0I CSMA/CD IEEE 802.3

I E outros...

I Modulacao: de ondas quadradas para senoides

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ON/OFF

Polar NRZ

Unipolar RZ

Manchester

Relógio

Sinal Digital 0 000 01 1 1 1 1 1 1

Manchester Dif.

CMI

Figura: Formas de codificacao de sinais digitais.

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Analise de Fourier

Funcoes periodicas g(t), com

I perıodo T

I frequencia f = 1/T

pode ser escrita na forma:

g(t) =1

2c +

∞∑n=1

an sin(2πnft) +∞∑n=1

bn cos(2πnft)

onde:

I an e bn sao amplitudes dos termos de ondas n

I c e constante do nıvel da funcao g(t)

Sinais de duracao finita, sem perıodo, podem ser enxergados comorepetidos. Parte do perıodo [T , 2T ] sera igual a [0,T ].

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A funcao g(t)

Para a funcao de Fourier:

g(t) =1

2c +

∞∑n=1

an sin(2πnft) +∞∑n=1

bn cos(2πnft)

Ao multiplicar por sin(2πkft) e integrar no intervalo [0,T ]:

an =2

T

∫ T

0g(t) sin(2πnft)dt

Ao multiplicar por cos(2πkft) e integrar no intervalo [0,T ]:

bn =2

T

∫ T

0g(t) cos(2πnft)dt

Ao integrar no intervalo [0,T ]:

c =2

T

∫ T

0g(t)dt

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Exemplo

I Transmissao da letra “b”: 01100010

0 1 1 0 0 0 1 0

Numero harmonico

Frequencias originais

Tempo

Am

plit

ud

eR

MS

Vol

tage

m

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Exemplo

I Transmissao da letra “b”: 01100010I Amplitudes RMS (raiz-media-quadratica)

√a2n + b2n

I Proporcional a energia transmitida

I Na analise de Fourier, os coeficientes de “b” sao:

an =1

πn[cos(πn/4) − cos(3πn/4) + cos(6πn/4) − cos(7πn/4)]

bn =1

πn[sin(3πn/4) − sin(πn/4) + sin(7πn/4) − sin(6πn/4)]

c = 3/4

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Perdas na transmissao

I As amplitudes dos sinais sofrem distorcoes para transmissao

I Diferentes amplitudes sofrem diferentes nıveis de distorcao

I Depende do meio, frequencias sofrem pouca distorcao ate umlimite fc hz

I O intervalo de frequencias que sofre pouca distorcao echamado de largura de banda logica

I A largura de banda e uma propriedade fısica do meio detransmissao

I Canais de TV analogica usam ate 6 MHzI 802.11 usam ate 20MHz de largura de banda

I Meta na transmissao digital e transmitir o mınimo possıvelpara reconstrucao da sequencia de bits

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Teorema de Nyquist

Se a frequencia maxima (ou largura de banda analogica) permitidapelo meio fısico for B hz, entao deve-se usar 2B amostras porsegundo para decodificacao.

taxa maxima de transmissao = 2B log2 Vbit/s

onde V e o numero de nıveis discretos que o canal e capaz detransmistir.

Exemplo

Um canal binario (V = 2) com largura de banda analogica deB = 3kHz nao pode transmitir mais que 6000 bps.

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Teorema de Shannon

I Transmissoes apresentam ruıdos aleatorios(termais/eletromagneticos)

I SNR - Razao Sinal Ruıdo (Signal-Noise Ratio)I Potencia do sinal (S)I Potencia do ruıdo (R)

I SNR = 10 log10 S/N dB (decibeis)

transmissao maxima em bit/s = B log2(1 + S/N)

I ADSL, com largura de banda de 1 MHz

I Com 40dB para linhas de 1km a 2km

I 40 = 10 log10 S/N, ou seja, S/N = 10000

I Resulta em log2(1 + 104) ≈ 13.28Mb/s

I Para mais que isso, aumentar largura de banda ou reduzirSNR.

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Modulacao/demodulacao – Modem

I Modulacao: variacao de amplitude, frequencia ou fase pararepresentar um sinal digital

I Modulacao por chaveamento de amplitude (ASK)I ASK = Amplitude-Shift keyingI Frequencia fixaI Dois nıveis de amplitude (bit 0/1)

I Modulacao por chaveamento de frequencia (FSK)I FSK = Frequency-Shift keyingI Duas frequencias (bit 0/1)I Token Bus IEEE 802.4

I Modulacao por chaveamento de fase (PSK)I PSK = Phase-Shift keyingI Bits representados por avanco ou retrocesso de fase

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Sinal Digital 0 000 01 1 1 1 1 1 1

ON/OFF

PSK

FSK

ASK

Figura: Modulacao de sinais digitais

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Transmissao sem fio

I “Quando eletrons se movem, eles criam ondameletro-magneticas”

I Ondas identificadas por Maxwell (1985) e observadas porHertz (1887)

I No vacuo, vale queλf = c

onde λ e o comprimento de onde, f e a frequencia da onda ec e a velocidade da luz no vacuo.

I Se λ esta em metros e f esta em Mhz, λf ≈ 300.

I Ondas de 100 Mhz tem 3 metros de comprimento.

I Luz ultra violeta, raios X e raios gamma difıceis de produzir edaninhos a seres vivos

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Uso de trechos de frequencias

I Uso mais comum e de trechos pequenos de frequencias∆f /f << 1

I Tambem existe a tecnica de saltar de trechos de frequenciaem um amplo espectro (frequency hopping spread spectrum)

I spread spectrum = espalhamento espectralI Mudanca do trecho de transmissao centenas de vezes por

segundoI Resistencia a interferencia, ruıdo e obstrucao (jamming)I Difıcil de interceptar informacoes e impedir comunicacoes

propositalmenteI Usado em Bluetooth (802.15.1) e versoes antigas do 802.11I Inventado por Hedy Lamarr, atriz de filmes de Hollywood (ver

filme Extase de 1933)

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Uso de trechos de frequencias: amplo espectro

I Outra tecnica: direct sequence spread spectrum

I Espalha sinais em uma ampla sequencia

I Multiplos sinais compartilham a mesma banda

I Cada sinal possuem um codigo unico usando Code DivisionMultiple Access

I Tolera perdas de partes do sinal

I Usado em 802.11b

I W-CDMA - criptografia por sequencia pseudo-aleatoria

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Uso de trechos de frequencias: amplo espectro

I Outra tecnica: Ultra-WideBand (UWB)I Envio de serie de pulsos rapidos variando a posicao em uma

grande variedade de frequenciasI Largura de banda maior que 500 Mhz (ou 20% de largura de

banda em relacao a frequencia central)I Sinal de baixa energia causa pouca interferencia em outros

sinaisI Usado para visualizacao atraves de objetos solidos (chao,

paredes, corpos)I Cogitado para tecnologias de redes pessoais, IEEE 802.15.3

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Comparacao de tipos de espalhamento de espectro

Ultrawideband

CDMA

CDMA

EspalhamentoEspectral porSequênciaDireta

EspalhamentoEspectral porSalto de Frequências

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Ondas de Radio

I Facil de gerarI Viajam longas distanciasI Passam por paredes com pouca perdaI Sao omnidirecionais: nao e necessario ter antenas bem

alinhadasI Caso dos Cadillacs em Ohio

I Baixas frequencias de radioI Atravessam obstaculos bemI Ondas divergem na propagacaoI Potencia atenua rapidamente com distancia (pelo menos com

1/r2)I Altas frequencias

I Ondam divergem relativamente poucoI Ondam refletem em objetos solidosI Sofrem mais atenuacao com chuva

I Todas frequencias no espectro do radio sofrem interferenciasde motores e equipamentos eletricos

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Comparacao com meios guiados

I fibra, cabo coaxial e par trancado sinal decai linearmente coma distancia

I Exemplo, no par trancado: 20dB/100m

I Radio sinal decai uma mesma quantidade conforme adistancia dobra

I Exemplo: 6 dB por duplicacao do espaco viajado (6dB para100 metros, 6 dB para 200 metros, 6 dB para 400 metros)

I Decaimento e lento, entao radio pode viajar por longasdistancias

I Problema: interferencias entre usuarios da mesma frequenciaI Origem da regumentacao governamental dos sinais de radio

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Bandas de onda de radio

I Radio Amplitude Modulation (AM) foi o principal tipo deradio transmissao por 7 decadas (do final da decada de 1910ao final da decada de 1970)

I Radio AM usa largura de banda MF (por volta de 106 MHz)

I Radio AM vai de 153 KHz a 26.1 MHz

I Essas frequencias atravessam objetos solidos bem, por issoradios portateis funcionam dentro de predios

I Problema: pouca largura de banda

Superfície da Terra

IonosferaOnda terrestre

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Transmissao em microondas 1

I De maneira abrangente, microondas sao ondas comfrequencias de cerca 300 MHz a 300 GHz

I Ondas a partir de 100MHz viajam quase em linha reta, semmuita dispersao

I Possıvel direcionar sinal com melhor precisao

I Microondas colidem e refletem em obstaculos

I Reflexao em conjunto com condicoes atmosfericas especıficaspodem causar um efeito de atenuacao (multipath fading)devido a parte da onda chegar fora de fase e cancelar com osinal original

I O uso de antenas parabolicas faz concentrar energia emelhorar relacao sinal/ruıdo

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Transmissao em microondas 2

I Microondas foi bastante empregado antes de fibras oticasI Possıvel montar sequencias de antenas proximas transmitindo

simultaneamente sem interferenciaI Negocio explorado inicialmente pela AT&T e MCI (Microwave

Communications, Inc. hoje parte da Verizon)

I Transmissao for entre lugares distantes, necessario repetidorespara “dar volta a terra”

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Satelites

Altitude (km)

35,000

30,000

25,000

20,000

15,000

10,000

5,000

0

GEO

MEOCi

LEO

270

35–85

1–7

10

50

Cinturão de Van Allen

Cinturão de Van Allen

Tipo Latência (ms)Satélites necessários

I Latencia: “tempo para sinal ir e vir”

I Tipos: GEO (geoestacionarios)

I Mınimo de satelites necessarios para cobertura global

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Satelites

Band Downlink Uplink Bandwidth Problems

L 1.5GHz 1.6GHz 15MHz Lowbandwidth; crowded

S 1.9GHz 2.2GHz 70MHz Lowbandwidth; crowded

C 4.0GHz 6.0GHz 500MHz Terrestrial interference

Ku 11GHz 14GHz 500MHz Rain

Ka 20GHz 30GHz 3500MHz Rain, equipment cost

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Satelites: Iridium

Each satellite hasfour neighbors

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Satelites: rede

Bent-pipesatellite

Satellite switchesin space

Switchingon theground

(a) (b)

Figure2-19. (a) Relaying inspace. (b) Relayingontheground.

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Satelites: CubeSats

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Multiplexacao

I Multiplexacao: processo de compartilhamento do meio fısicoI Divisao por frequencia: Frequency Division Multiplex (FDM)

I fibras oticas

I Divisao por tempo: Time Division Multiplex (TDM)I aloca o tempo independentemente do uso

I Divisao por Frequencias OrtogonaisI OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

I Divisao por CodificacaoI Code Division Multiplexing (CDM)

I Divisao por Comprimento de Onda: Wavelength DivisionMultiplexing

I Fibras oticas

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FDM

300 3100

Channel 3

Channel 2

Channel 1

1

1

1

Attenuationfactor

64

Frequency (kHz)

(c)

Channel 1 Channel 3

Channel 2

68 72

60 64

Frequency (kHz)

(b)

Frequency (Hz)

(a)

68 72

60

Figure2-25. Frequency division multiplexing. (a) The original bandwidths.(b) Thebandwidths raised infrequency. (c) Themultiplexedchannel.

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OFDM

Frequency

Power

f3 f4f2f1 f5

Separation

f

One OFDM subcarrier(shaded)

Figure2-26. Orthogonal frequency divisionmultiplexing(OFDM).

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TDM

1

2

3

Round-robinTDM

multiplexer

32312 1

Guard time

2

Figure2-27. TimeDivisionMultiplexing(TDM).

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CDM

(b)

A =(–1 –1 –1+1+1 –1+1+1)

B =(–1 –1+1 –1+1+1+1 –1)

C =(–1+1 –1+1+1+1 –1 –1)

D =(–1+1 –1 –1 –1 –1+1 –1)

(a)

(c) (d)

S1=C =(–1+1 –1+1+1+1 –1 –1)S2=B+C =(–2 0 0 0+2+2 0 –2)S3=A+B =( 0 0 –2+2 0 –2 0+2)S4=A+B+C =(–1+1 –3+3+1 –1 –1+1)S5=A+B+C+D=(–4 0 –2 0+2 0+2 –2)S6=A+B+C+D=(–2 –2 0 –2 0 –2+4 0)

S1 C =[1+1–1+1+1+1–1–1]/8=1S2 C =[2+0+0+0+2+2+0+2]/8=1S3 C =[0+0+2+2+0–2+0–2]/8=0S4 C =[1+1+3+3+1–1+1–1]/8=1S5 C =[4+0+2+0+2+0–2+2]/8=1S6 C =[2–2+0–2+0–2–4+0]/8=–1

Figure2-28. (a) Chip sequences for four stations. (b) Signals the sequencesrepresent (c) Six examplesof transmissions. (d) Recovery of stationC’ssignal.

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Tipos de transmissao

I Simplex: comunicacao somente em 1 sentido

I Half-duplex: comunicacao alternada nos 2 sentidos

I Full-duplex: comunicacao simultanea nos 2 sentidosI Transmissao de bits

I Serial vs. ParalelaI Um bit por vez ou varios simultaneos

I Sıncrona vs. AssıncronaI De acordo com um relogio ou em momentos arbitrarios

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Capacidade de transmissao de um canal

I A frequencia de propagacao de um sinal e descrita pelaunidade baud

I Um canal de 10 Mbaud propaga 106 variacoes do sinal porsegundo

I Relacao entre bauds e bits depende da codificacaoI Para sinal digital com quadrada N bauds = N bit/sI Para codificacao Manchester N bauds ≈ N/2bit/s

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Estrutura do sistema de telefonia

I Inventor foi Graham Bell (1876)

I Inicialmente, para dois telefones se comunicarem, deveriahaver um fio direto entre eles

I Em pouco tempo ocorreu a criacao da Bell TelephoneCompany

I Escritorio de chaveamento (1878)I Girar manivela para chamar atencao de um operadorI Pouco a pouco, surgiram diversos nıveis de chaveamento

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Organizacao atual simplificada

I Cada telefone tem 2 fios de cobre ate um “escritorio fim” (de1km a 10km de distancia)

I O conjunto de ligacoes dos clientes ate os escritorios-fim(End-office) e chamado de laco-local (local loop)

I Se dois telefones estao conectar pelo mesmo escritorio-fim,uma conexao eletrica direta e fixa e estabelecida

I Se telefones sao de escritorios-fim diferentes, o escritorio-fimfaz

I conexao a um “escritorio de pedagio” (Toll Office) se longadistancia ou

I um ‘’escritorio de ligacao” (Tandem Office) se na mesma rede

I Fiacao chamada de “entroncamento de conexao de pedagio”

I Numero de escritorios (switches) e topologia varia de acordocom a necessidade do paıs

I Dois escritorios de pedagio podem se comunicar para conectardois telefones de redes distintas

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Organizacao atual simplificada

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Meios de comunicacao do sistema de telefonia

I Grande variedade de tecnologias nos entroncamentosI No laco local, a maior parte e formada de par-trancado com

transmissao analogicaI Entre escritorios de pedagio, entroncamentos de fibra oticaI Multiplexacao por frequencia e tempo

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A polıtica da telefonia

I American Telephone and Telegraph (AT&T) fundada por Bellera dona do Bell System

I Bell System monopolizou o sistema americano de 1877 ate1984

I Em 1984, houve a quebra da AT&T em empresas menores eindependentes, criando competicao

I Surgiram 23 companhias agrupadas em 7 regionais “babybells”

I Estados Unidos foram divididos em 164 codigos de area(LATA), com predominancia de baby bells em telefoniatradicional local (LEC)

I LATA = Local Access and Transport AreasI LEC = Local Exchange Carriers

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A polıtica da telefonia 2

I Apos a quebra da AT&T surgiram por volta de 1500operadoras locais menores

I Trafego entre operadoras locais e manipulado por outrasempresas: Operadoras de Troca (IXP)

I IXPs nao podem concorrer com LECsI Um IXP tem um ponto de presenca (POP) onde deseja operar

I IXP = IntereXchange CarrierI POP = Point of Presence

I Exemplos de operadoras de troca: AT&T Long Lines, Verizone Sprint

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Separacao de IXP e LEC torna-se obsoleta

I Popularizacao de televisao a cabo e celulares mudou omercado

I Tanto IXP e LEC comecaram a concorrer nesses produtos

I Em 1996, congresso americano regulamenta pacotes decabo+telefonia+internet

I Nessa regulamentacao, qualquer empresa pode competir

I Tambem surge o conceito de portabilidade de numeros entreoperadoras

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O laco local

I A “ultima milha”: maior parte ainda e analogicaI Modens telefonicos, ADSL

I Largura de banda estreitaI Atenuacao e distorcao de sinal significativasI Sucetibilidade a ruıdos eletromagneticos (crosstalk)

I Fibra oticaI Ainda em processo de popularizacao

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Modem telefonico

I Modem = Modulator/demodulatorI Modular bits em linha dedicada a voz: banda de 3100Hz

(4000Hz com bandas de guarda)I Frequencia limitada por filtro de 300 Hz a 3400 HzI Maior parte de modens transmitem a 2400 baud, com

multiplos bits por baud

I O numero de bits por baud depende do tipo de modulacao ecodigos de correcao de erros

I V.34 bis define 14 bits/baud e alcanca 33,600 bit/sI Limite de Shannon para ruıdo tıpico e aprox. 35 kb/sI Se linha for de alta qualidade, V.90 e 56 kb/s

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Modem telefonico

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Digital Subscriber Line (DSL)

I Cabo Cat 3, assim como de telefonia, mas nao existe o filtrode frequencias

I Capacidade cai como funcao da distanciaI Para distancias ideais ate 2 km:

I ADSL 8 Mb/s (1.1 MHz), ADSL2 12Mb/s, ADSL2+ 24 Mb/s(2.2MHz)

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Modulacao DSL

I Qualidade de linha DSL e monitorada e taxa desımbolos/segundo ajustada ate 15 bit/sımbolo

I Sinal do cliente sai pelo NID (Network Interface Device)I Frequencia a partir de 26kHz segue para DSLAM (Digital

Subscriber Line Access Multiplexer)

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Fibra otica

I Em 2005, instalacao de fibra otica as casas para explorarmercado de vıdeo pela Internet

I Instalacao de fibra depende de questoes economicas

I Arquitetura PON (Passive Optical Network)

I Largura de banda de gigabits

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Entroncamento e multiplexacao

I Entroncamentos sao digitais

I Uso de tipos de multiplexacao TDM e FDM para fibra otica(SONET)

I Voz e digitalizada por Pulse Code Modulation (PCM)I Uma amostra de voz de 8 bits a cada 125 µs, ou seja, voz e

64kb/s

I FDM para fibra otica e chamada de Wavelength DivisionModulation (WDM)

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TDM de voz baseado em PCM

I A linha T1 tem 24 canais que divide o tempo em blocos de125 µs (1.544 Mb/s)

I Linhas T2 multiplexam 4 T1 via TDM e 7 linhas T2 formamuma linha T3, e 6 × T3 = T4

I Linhas T1 e T3 sao usadas por clientes especiais (aluguel por$250 e $3000 por mes)

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Synchronous Optical Network (SONET)

I SONET (ou para ITU, SDH) e um padrao criado porempresas apos quebra da AT&T em 1984 para conectardiferentes sistema

I Tecnologia predominante para trafego telefonico de longadistancia

I Objetivo: padronizacao de aspectos para viabilizar ainterconexao de redes

I Comprimentos de ondaI TemporizacaoI Estrutura de quadro (enlace)I Operacoes, manutencao e administracao

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SONET

I Sistema sıncrono, usa relogio para combinar transmissaoI Em um canal SONET basico STS-1, o quadro de 810 bytes

para cada 125 µs, resultando em 51.84 Mb/sI STS = Synchronous Transport SignalI Uso de “envelope” para enviar dados a qualquer instante

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Wavelength Division Multiplexing (WDM)

I WDM e uma forma de FDM em altas frequenciasI Comprimentos de onda sao transportados juntosI No fim, comprimentos sao separados entre fibras individuaisI Mais facil processar varios canais estreitos que um amploI 2006, 192 canais de 10 Gb/s = 2.56Tb/sI Reforco de sinal a cada 1000 km

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Sistema de telefonia movel

I Fibra otica nao serve para conectividade movelI Geracoes de redes de telefonia movel

I Voz analogica (1G)I IMTS, AMPS

I Voz digital (2G)I D-AMPS e GSM (CDMA)

I Voz digital e dados (3G +)I WCDMA e CDMA

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Uma breve historia da telefonia movel

I Nos EUA, AT&T criou 1o sistema de telefonia movel(analogica)

I Governo americano se absteve e surgiram dois sistemasprincipais incompatıveis de telefonia movel

I Na Europa, no inıcio, cada paıs criou um sistema incompatıvel

I Depois, governos europeus chegaram em um consenso: GSM

I Na Europa, numeros de celular eram separados de numerosfixos e, portanto, quem liga, paga.

I Nos EUA, numeros de celular eram como outros e, portanto,quem recebe no celular, paga.

I Na Europa criaram telefones pre-pagos

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Telefonia movel 1G

I Em 1946, sistema de telefonia em carros de canal unico combotao para falar/ouvir

I Decada de 1960, Improved Mobile Telephone System (IMTS)I Sem botao para falar pois usava 2 trechos de frequencias para

cada um dos 23 canais de entre 150 e 450 MHzI Poucos canais e poucas antenas por area (1 antena por

100km) permitia atender poucos usuarios

I De 1982 a 2008, Advanced Mobile Phone System (AMPS)I Uma celula = area de cobertura de uma antenaI 1 antena para 10km ou 20km e 10 a 15 por faixa de frequencia

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Telefonia movel 1G

I Frequencias nao sao reusadas em celulas adjacentes quepodem ser subdividida microcelulas

I No centro de uma celula esta a estacao base (umcomputador, um transmissor/receptor e a antena)

I Estacoes base sao conectadas a um Centro ChaveamentoMovel (Mobile Switching Center, MSC)

I Varios MSC organizam-se em hierarquias, comunicam-se entresi e com o resto do sistema de telefonia

I Handoff e a transferencia de um telefone pelo MSC entreestacoes base: 300ms

I FDM para 832 canais full-duplex de pares de frequencias de30 kHz entre 824 a 849 MHz

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Telefonia movel 1G

I Cada telefone AMPS tinha um codigo serial identificador de32 bits

I Cada numero de telefone AMPS tinha 10 dıgitos

I Ao ligar o telefone, escaneava os 21 canais buscando a basemais forte

I Cada numero tem um MSC de origem

I Emitia o numero e o codigo serial para registrar no MSC deorigem em qual base esta atualmente

I Reregistro ocorre de 15 em 15 minutos

I Ao realizar chamada, verifica se numero/serial correspondema cliente da companhia

I Ao receber chamada, MSC de origem deve repassar a ligacaoa MSC e a estacao atual

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Telefonia movel 2G

I Digital AMPS e Global System for Mobile communicationsI GSM melhora 1G por ser digital e usar tecnologias de sinais

I Melhor divisao das frequencias para permitir mais aparelhospor celula

I Propagacao de sinais por multiplos caminhosI Sincronizacao de transmissores e receptores

I Codigo serial e de um chip (Subscriber Identify Module, SIM)I Base Station Controller (BSC) controla os handoffs (assistido

pelos dispositivos), conecta-se ao MSC que liga-se ao sistemade telefonia (PSTN)

I VLR (Visitor Location Register) e HLR (Home LocationRegister) sao base dos aparelhos conectados

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Telefonia movel 3G

I Voz e dados digitais em banda larga: ITU IMT-2000

I Opcao: Ericsson WCMDA (Wideband CMDA) chamada deUMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Apoioda Uniao Europeia.

I Outra opcao: Qualcomm CDMA2000. Apoio dos EUA.I Principais vantagens:

I Uso do tempo desperdicado por inatividade em TDM ou FDMtradicional

I Nao precisa separar transmissoes de celulares como em TDM(diminui complexidade)

I Todas as frequencias sao usadas por todas as celulas e facilitao handoff

I PoremI Instalacao tem sido lentaI Sub-padroes que fingem ser mais que GSM ou 3G. Exemplo:

EDGE ou 2.5G

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Telefonia movel 4G e futuro

I Long Term Evolution (LTE) (2008/2009 na Europa e EUA)I WiMAX IEEE 802.16 (Coreia do Sul)

I Maior largura de bandaI Melhor conectividadeI Integracao com redes IP (exemplo 802.11)I Adaptabilidade e gerenciamento de recursos de redeI Garantia de qualidade para servicos de multimedia

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Rede de televisao a cabo coaxial

I CAT = Community Antenna Television (Origens no final de1940)

I Popularizacao na decada de 1970 com conteudo TV exclusivopara cabo

Tap Coaxial cable

Drop cable

Headend

Antenna for pickingup distant signals

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Rede de televisao a cabo coaxial

I Hoje, uso de hıbrido de fibra otica e cabo coaxial

High-bandwidthfibertrunk

Coaxialcable

House

Tap

Fiber node

Fiber

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Rede de televisao a cabo coaxial

I Envio de bits com QPSK ou QAM-128

I Uso de CDMA (minislot) e TDM (para upstream)

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Referencias

I Redes de Computadores, Andrew S. Tanembaum. 5 Edicao.Pearson.

I Material didatico de Pedro Frosi e Luıs F. Faina (Faculdade deComputacao/UFU)

I Material didatico de George Varghese (University of California,San Diego)

I Redes de Computadores: Modelo OSI. Eleri Cardozo,Mauricio F. Magalhaes (FEEC, Unicamp)

I Howto Cantenna: http:

//www.turnpoint.net/wireless/cantennahowto.html

I A comparative study of wireless protocols: bluetooth, UWB,ZigBee and Wifi.

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