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Métodos de acesso múltiplo
Baseados em disputa
MACA
MACAW
FAMA
CSMA/CA
Livres de disputa
Varredura (polling)
Reserva
TDMA
FDMA
CSMA
Carrier Sense Multiple Access
Uso de detecção de portadora (sinal no meio)
Evita colisões
Duas ou mais estações transmitem ao mesmo tempo →colisão
MACA
Multiple Access with Collision Avoidance
Criado para redes sem fio
Não usa detecção de portadora
Detecção de portadora reduz colisões mas não aselimina
Lida com o problema do terminal escondido
Usa quadros RTS e CTS
MACA
Estação transmite um RTS para o destino
Request To Send
Quadro curto
Contém o comprimento (duração) do quadro de dadosque eventualmente será enviado em seguida
Estações vizinhas (no alcance de transmissão dafonte) irão adiar as suas transmissões
MACA
Destino responde com um CTS
Clear To Send
Também contém o comprimento (duração) do quadrode dados
Quadro curto para que as estações vizinhas (noalcance do destino) escutem a transmissão
Evitem transmitir enquanto o quadro de dados (grande)
estiver sendo enviado
MACA
Uso de RTS e CTS para o problema do terminal escondido
RTS
MACA
Uso de RTS e CTS para o problema do terminal escondido
CTS CTS
MACA
Uso de RTS e CTS para o problema do terminal escondido
Dados
MACA
Ainda podem haver colisões
Envio de RTSs ao mesmo tempo e em outros casos
Colisão inferida através do não recebimento do
CTS em um tempo T
Retransmissão dos quadros após a
temporização aleatória
Recuo binário exponencial do Ethernet
MACAW
MACA for Wireless
Uso de reconhecimento positivo
Diminuição do tempo de retransmissão dos quadros
FAMA
Floor Acquisition Multiple Access
Utiliza a detecção de portadora e o mecanismo
de RTS/CTS
Para melhorar o acesso ao meio
MACA pode ainda ter problemas em relação aterminais escondidos
FAMA
Problema atacado pelo FAMA
FAMA
Supondo que A e C tenham dados para
transmitir para B
A transmite um RTS para B
B transmite um CTS para A
C transmite um RTS para B
Pois dependendo dos atrasos de propagação, CTS de B
para A pode ter sido recebido em A, mas não em C
A começa a enviar dados para B → colisão com RTSde C para B
FAMA
Solução
Uso de intervalos de tempo entre uma recepção de umquadro e a transmissão de outro
Intervalos chamados espaços entre quadros
Intervalos devem levar em consideração os atrasos de
propagação e de processamento
Intervalos devem ter um tamanho mínimo
Para garantir que todas as estações estão a par da
transmissão atual
No exemplo
Se B tivesse esperado um tempo antes de responder
com um CTS, o RTS de C teria chegado
Colisão de um quadro de controle com um quadro
de dados é mais severa
CSMA/CA
Carrier Sense Multiple Access/Collision
Avoidance
Combina características de
CSMA
MACA/MACAW
FAMA
Inclui um tempo aleatório
Para evitar colisões de estações que estavamsimultaneamente disputando o meio
CSMA/CA
Escuta de portadora
Durante um tempo chamado intervalo entre quadros
Quanto menor o intervalo maior a prioridade
Não há delimitador de fim de quadro
Evita colisões
Tempo aleatório (backoff) entre transmissõessucessivas de quadros
ACK
Informa que o quadro foi recebido corretamente
Recuperação de erros
CSMA/CA
CSMA/CA
Backoff
Escolhe-se um tempo aleatório entre 0 e um temporelativo à janela de contenção
Esse tempo é associado a um temporizador de backoff
Meio livre por mais de IFS → decrementa-se o
temporizador periodicamente
Temporizador para quando há alguma transmissão
Quando o temporizador chega a zero → transmite o
quadro
ACK não recebido → considera-se que houve colisão eque o quadro deve ser retransmitido
Valor da janela de backoff começa com um valormínimo e a cada transmissão não sucedida éaumentado
CSMA/CA
Usado no IEEE 802.11
Varredura
Estação controladora envia mensagens a outras
estações
Convidando-as a transmitir dados
Estações ao serem consultadas podem
transmitir dados
Ordem das consultas-convites é estabelecida
por uma lista armazenada na estação
centralizadora
Introduz um atraso de seleção
Usada no modo PCF do IEEE 802.11, no
Bluetooth e no IEEE 802.16
Reserva
Estações reservam o direito de acessar o meio
compartilhado
Pedidos de reserva são enviados pelas estações
e são processados pela estação centralizadora
(caso exista) que escalona o posterior acesso ao
meio
Dependendo do protocolo, podem haver colisões depedidos
Usada no IEEE 802.16
TDMA
Acesso múltiplo por divisão de tempo (Time
Division Multiple Access)
Acesso múltiplo feito em função do tempo
Tempo é dividido em slots
Em cada slot somente uma estação pode
transmitir
Usado no IEEE 802.16
FDMA
Acesso múltiplo por divisão de frequência
(Frequency Division Multiple Access)
Acesso múltiplo feito em função da frequência
Cada estação está associada a uma banda de
frequência diferente
Multiplexação
Também tem por objetivo compartilhar o meio
físico
Divisão do meio ocorre na camada física
Pode ser classificada em função da variável
usada para separar as fontes
Multiplexação por divisão de tempo (Time DivisionMultiplexing - TDM)
Usada no IEEE 802.16
Multiplexação por divisão de frequência (FrequencyDivision Multiplexing - FDM)
Multiplexação
Multiplexação por divisão de tempo (fonte: Stallings)
Multiplexação
Multiplexação por divisão de frequência (fonte: Stallings)
Duplexação
Comunicação entre duas estações pode ser
classificada em
Unidirecional (simplex) → único sentido
Bidirecional alternado (half-duplex) → dois sentidos,porém não simultaneamente
Bidirecional simultâneo (full-duplex) → dois sentidos,simultaneamente
Duplexação
Pode ser classificada em função da variável
usada para separar as fontes
Duplexação por divisão de tempo (Time DivisionDuplexing - TDD)
Usada no Bluetooth e no IEEE 802.16
Duplexação por divisão de frequência (FrequencyDivision Duplexing - FDD)
Usada no IEEE 802.16
Tipo especial de multiplexação
Técnicas de transmissão
Parte da camada física
Bits podem ser codificados ou modulados
Codificações
Trabalham em banda básica
Preservam as faixas de frequências originais dos dados
Modulações
Modificam a faixa de frequências dos dados
Codificações
NRZ
NRZI
Manchester
4B/5B
PAM
PPM
Outras
PPM
Modulação por posição de pulso (Pulse Position
Modulation)
M-PPM
Log2 M bits codificados através da transmissão
de um único pulso entre M deslocamentos no
tempo
PPM
Ex.: 4-PPM (bits símbolos PPM)
00 0001
01 0010
10 0100
11 1000
PPM
Pode sofrer problemas de interferência por
múltiplos caminhos
Usada na transmissão por infravermelho do
IEEE 802.11
Modulação
Ondas quadradas das codificações compostas
de diversas frequências
Atenuação e velocidade de propagação nomeio variam com a frequência
Codificação em banda básica é mais usada empequenas distâncias e baixas velocidades
Alguns meios como fibra óptica exigem que o
sinal ocupe uma determinada faixa
Podem existir diversas estações que devem
acessar um mesmo meio físico
Modulação
Também chamada chaveamento (keying)
Transforma os bits em uma maneira apropriada
para transmissão
Geralmente através da transposição dos dados emsinais de frequências mais altas
Uso de uma portadora de mais alta frequência
Senóide é geralmente usada como portadora
Variação da amplitude, da frequência ou da fasedetermina o tipo de modulação
Modulações
ASK
FSK
PSK
QAM
Outras
ASK
Amplitude Shift Keying
M-ASK
Varia a amplitude da portadora entre M valores
BASK
Binary ASK
Usa duas amplitudes (M = 2)
FSK
Frequency Shift Keying
M-FSK
Varia a frequência da portadora entre M valores
BFSK
Binary FSK
Usa duas frequências (M = 2)
FSK
GFSK
Gaussian FSK
Pulsos
Passam por um filtro gaussiano de modo a diminuir oespectro dos mesmos
Depois são modulados em frequência
Usada no IEEE 802.11 original e no Bluetooth
PSK
Phase Shift Keying
M-PSK
Varia a fase da portadora entre M valores
PSK
BPSK
Binary PSK
Usa duas fases (M = 2)
Deslocamento em função de transições de sequênciasde bits
Transição fase é deslocada de 180°
PSK
DPSK
Differential PSK
DBPSK
Diferential Binary PSK
Usa duas fases (M = 2)
Deslocamento em relação à fase do fim do bit anterior
Bit 0 fase é mantida
Bit 1 fase é deslocada de 180°
PSK
QPSK
Quadrature PSK
Usa quatro fases separadas de π/2
Mais eficiente que a BPSK
Transmite dois bits em um único símbolo
PSK
DQPSK
Vários tipos de modulação PSK usados no IEEE
802.11 e no IEEE 802.16
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
M-QAM
Pode variar a amplitude e a fase da portadora
entre M valores
Quanto maior o número de símbolos, maior a
probabilidade de ocorrerem erros
Em função do ruído e da atenuação
Torna-se difícil a distinção entre os símbolos
QAM usada no IEEE 802.11 e no IEEE 802.16
QAM
8-QAM 16-QAM
QAM
32-QAM
Outras técnicas de transmissão
Podem ser usadas junto com as modulações
Espalhamento de espectro
Modulação por divisão de frequências ortogonais
Espalhamento de espectro
Spread Spectrum
Espalham um sinal em uma largura de banda
superior à exigida pelo sinal original
Objetivo
Minimizar o efeito da interferência em frequênciasespecíficas
Minimizar o efeito da interferência causada pormúltiplos caminhos
Custo
Desperdício de banda
Espalhamento de espectro
Ineficiente quanto à utilização da banda para um
usuário (rede)
Vantagem
Permite que vários usuários (redes) usemsimultaneamente a mesma banda sem interferênciassignificativas entre eles torna-se eficiente em termosde banda
Usam sequências pseudo-aleatórias
Parecem aleatórias
Podem ser reproduzidas pelos receptores
Espalhamento de espectro
Modelo geral de espalhamento de espectro (fonte: Stallings)
Espalhamento de espectro
Dois tipos
Espalhamento de espectro por saltos de frequência
Espalhamento de espectro por sequência direta
FHSS
Frequency Hopping Spread Spectrum
Utiliza saltos de frequência para implementar o
espalhamento
Usa uma modulação com uma portadora que
salta de frequência em frequência em função do
tempo
Transmissor e receptor ficam em cada um
desses canais por um certo tempo e saltam para
outro canal
Exemplo de FHSS (fonte: Stallings)
FHSS usando FSK ou BPSK (fonte: Stallings)
FHSS usando FSK ou BPSK (fonte: Stallings)
FHSS
Permite a coexistência de várias redes em uma
mesma área
Através do uso de diferentes padrões pseudo-aleatórios chamados sequências de saltos
Usado no Bluetooth e nas primeiras versões do
IEEE 802.11
DSSS
Direct Sequency Spread Spectrum
Consiste na multiplicação do sinal por uma
sequência pseudo-aleatória com taxa de
transmissão bem maior
Geralmente é realizado um XOR dos dados com
a sequência binária
Bit
0 sequência
1 complemento da sequência
Exemplo de DSSS (fonte: Stallings)
⊕
⊕
DSSS usando BPSK (fonte: Stallings)
DSSS usando BPSK (fonte: Stallings)
DSSS usando BPSK (fonte: Stallings)
DSSS
Número de bits da sequência (fator de
espalhamento) determina a banda passante do
sinal resultante
Espectro ocupado pelo DSSS (fonte: Stallings)
Espectro ocupado pelo DSSS (fonte: Stallings)
DSSS
Usado no IEEE 802.11
OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Divide o espectro em múltiplas sub-bandas de
frequências bem estreitas
Envia alguns bits em cada sub-banda
Todas as sub-bandas são dedicadas a uma
única fonte
Diferentemente do FDM
OFDM
Efeito de espalhamento de espectro é similar às
outras técnicas
Sinal usa diversas frequências
Espalhamento em bandas estreitas
Maior eficiência espectral
Maior imunidade à interferência de frequências
específicas
Permite não usar canais onde a interferência é alta
Subportadoras chegam a se sobrepor
Subportadoras ortogonais
Centradas nos zeros das subportadoras adjacentes
Exemplo de OFDM (fonte: Stallings)
Exemplo de OFDM (fonte: Stallings)
OFDM
Geralmente as subportadoras são moduladas
para transmissão
OFDM (fonte: Stallings)
OFDM
Maior imunidade a ruídos e interferências
Subportadoras são independentes
Pode-se descartar uma ou mais subportadoras eutilizar as restantes para a transmissão dos dados
Usado no IEEE 802.11 e no IEEE 802.16
Bibliografia
Stallings – Capítulos 1, 2, 5, 6, 7 e 11
Tanenbaum – Capítulos 1, 2 e 4
Kurose – Capítulos 1 e 6