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Sumário
• Introdução à Comunicação de Dados;
• Modelo OSI / ISO - Comunicação em Rede;
• Protocolos de Comunicação em Redes Industriais.
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Tipos de Sinais:
Sinais Analógicos
• Sinais elétricos produzidos a partir de fenômenos
que apresentam variação contínua, nos quais o
parâmetro portador da informação é implementado
segundo a variação do fenômeno básico,
constituindo um réplica do mesmo (analogia);
Básico de Transmissão Tipos de Sinais:
Sinais Digitais
• Sinais elétricos produzidos a partir de fenômenos
que apresentam variação discreta;
• Estas informações passam por processos de
codificação e o sinal produzido difere do
fenômeno original.
Sinal digital com três
estados discretos
Sinal digital com informação
impressa na freqüência
(dois valores distintos)
Introdução à Comunicação de Dados
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Elementos do Sinal:
• Amplitude;
• Freqüência;
• Fase.
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Modulação
Portadora
• Onda destinada a ser combinada a uma grandeza
moduladora em um processo de modulação
Moduladora
• Onda que provoca uma variação em
características da onda portadora;
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Modulação
Onda Modulada
• Onda obtida por um processo de modulação; é a
“soma” da portadora com a onda moduladora;
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Tipos de Modulação
Portadora Senoidal
Portadora Trem-de-Pulsos
Moduladora Analógica
Moduladora Digital
Moduladora Analógica
Moduladora Digital
Introdução à Comunicação de Dados Modulação por Chaveamento de Amplitude (ASK
– Amplitude Shift Keying)
Introdução à Comunicação de Dados Modulação por Chaveamento de Freqüência
(FSK – Frequency Shift Keying)
Introdução à Comunicação de Dados
Modulação por Diferencial por Chaveamento de Fase
(DPSK – Diferential Phase Shift Keying)
Modulação Otimizada
• Nas técnicas mostradas anteriormente, para cada
bit a ser transmitido corresponde uma variação na
onda portadora; esta técnica é denominada de
MONOBIT
Esta variação bit a bit faz com que
um espectro de freqüência muito
grande do meio de transmissão seja
ocupado
Introdução à Comunicação de Dados
Introdução à Comunicação de Dados
Modulação Otimizada
• Para otimizar o sinal modulado, diminuindo o
espectro de freqüência ocupado no meio de
transmissão, aplicam-se as técnicas de
transmissão multinível, DIBIT, TRIBIT e TETRABIT
Com esta transmissão, o
número de bps aumenta,
mas também aumenta a
possibilidade de erro na
transmissão e na
demodulação, devido à
interferência de ruídos (4
níveis devem ser detectados
com precisão)
Introdução à Comunicação de Dados
Modulação Otimizada
• FSK: 4 diferentes freqüências para representar os
dibits
Introdução à Comunicação de Dados
Modulação Otimizada
• PSK: uso de detecção diferencial e associação de
cada dibit a uma certa mudança de fase
Introdução à Comunicação de Dados
Modulação em Amplitude por Quadratura
(QAM – Quadrature Amplitude Modulation)
• Para aumentar o número de bps numa transmissão
por mudança de fase, por exemplo, pode-se
aumentar o número de mudanças de fase
utilizadas; para que cada mudança de fase (cada
estado) corresponda a um tribit, será necessário
utilizar 8 diferentes mudanças de fase.
• Alto custo e grande probabilidade de erros
Solução: Co-Modulação
Introdução à Comunicação de Dados
Modulação em Amplitude por Quadratura
(QAM – Quadrature Amplitude Modulation)
• No processo de Co-Modulação é realizada uma
modulação combinada em amplitude e fase:
Introdução à Comunicação de Dados
• A modulação DPSK associa um deslocamento de
fase a cada símbolo (0 ou 1). Utilizando uma
representação vetorial para representar um
possível símbolo com seu deslocamento de fase
correspondente, obtemos uma Constelação
Y
X
A
Amplitude
Deslocamento de
Fase do Símbolo
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Codificação
Uso de códigos que atuam sobre a forma do sinal elétrico
representativo dos bits, preservando a faixa de
freqüências original dos pulsos gerados, tendo os
seguintes objetivos:
• Otimizar o espectro de energia do sinal transmitido,
dentro de uma determinada faixa;
• Eliminar componentes do sinal com nível DC,
permitindo o uso de acoplamentos a transformador;
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão
Codificação - Objetivos
• Prover um mecanismo de relógio dentro do sinal de
forma a possibilitar a extração do mesmo,
eliminando a necessidade de um canal separado
para o envio de sincronismo;
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Códigos Binários – Quatro Categorias
• NRZ (não retorno a zero): o nível do sinal não muda
no meio do dígito;
• RZ (retorno a zero): o pulso que corresponde ao bit 1
sempre retorna ao nível “0” antes da chegada do
próximo bit;
• Codificação de Fase;
• Multinível Binário.
Básico de Transmissão Códigos Binários – NRZ: três tipos – NRZ-L
Os dados são representados por um nível constante do sinal
durante o intervalo de tempo representativo do bit, onde um
nível do sinal corresponde a um estado lógico e o outro nível
do sinal corresponde ao estado lógico oposto.
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Códigos Binários – NRZ: três tipos – NRZ-M
Transição no início do intervalo do bit corresponde a 1 enquanto
ausência de transição no início do intervalo corresponde a 0
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Códigos Binários – NRZ: três tipos – NRZ-S
A transição no início do intervalo do bit corresponde a 0 enquanto a ausência de
transição no início do intervalo corresponde a 1.
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Códigos Binários –RZ:
• Usualmente simples combinações de dados em
NRZ-L e seus associados clocks. Através da
combinação do clock com os dados, todos os
códigos RZ possuem algum aspecto intrínseco de
sincronização;
• Exemplo: RZ Unipolar – formado pela combinação
lógica (AND) de um sinal NRZ-L com seu sinal de
relógio.
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Códigos Binários –RZ Unipolar:
O bit 1 é representado por um pulso retangular com duração igual à
metade do intervalo significativo de bit. O bit 0 é representado pela
ausência de pulso.
Inconvenientes quanto ao nível DC variável com a estatística dos bits. Além disso,
uma seqüência longa de zeros não apresenta transições, dificultando a
recuperação do relógio. Outros códigos RZ: PPM e PDM.
Básico de Transmissão Códigos Multiníveis (Bipolares)
• Este grupo de códigos tem como característica
comum o uso de três níveis de sinal (+,0 e -) para
representar a informação binária.
• Ex.: AMI(Alternate Mark Inversion)
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Código HDB-3
• Para facilitar a identificação da seqüência longa de
zeros, utiliza-se o recurso da violação, que consiste
no uso de um pulso que tenha a mesma polaridade
que o pulso anterior (o que viola o princípio básico do
AMI);
• Limitação do número de zeros em uma seqüência,
para, no máximo, três zeros consecutivos.
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Detecção e Correção de Erros
Paridade - Vertical
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Detecção e Correção de Erros
Paridade - Longitudinal
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Detecção e Correção de Erros
Códigos Cíclicos (CRC)
• Consiste em tomar o trem de bits a ser transmitido,
efetuar sua divisão (módulo 2) por um número
binário fixo, denominado gerador de código, e
transmitir efetivamente a informação original seguida
do resto desta divisão
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Detecção e Correção de Erros
Códigos Cíclicos (CRC) – Transmissão
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Detecção e Correção de Erros
Códigos Cíclicos (CRC) – Recepção
Introdução à Comunicação de Dados
Códigos Cíclicos (CRC) – Exemplo
1 0 0 1 1 0 1
Transmissão:
1 0 1
X6 + X3+ X2 + 1 X2 + 1
Informação Polinômio
Gerador
X4 + X2 + X X+1
Resto (BCC)
1 1
0 0 1 1 0 1 1 1 1
Informação Transmitida
Introdução à Comunicação de Dados
1 0 0 1 1 0 1
Recepção:
1 0 1
X8 + X5+ X4 + X2+ X+ 1 X2 + 1
Informação
Polinômio
Gerador
X6 + X4 + X3 +X+1
Resto
0
0 0 1 1 0 1 1
Informação Recebida
Códigos Cíclicos (CRC) – Exemplo
1 1
Resto (BCC)
Indica ausência de
erros na transmissão
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Multiplexação - Introdução
Canal de Voz: Espaço necessário para uma conversação
telefônica inteligível. Representado, segundo
convenções internacionais como segue:
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Multiplexação - Introdução
Técnica que possibilita a comunicação entre circuitos
sem que estes sofram interferências entre si e que
permite a identificação destes circuitos.
• FDM (Multiplexação por divisão de freqüência):
técnica analógica;
• TDM (Multiplexação por divisão de tempo):
técnica digital.
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Multiplexação – FDM
Translação ou Conversão de Freqüências
Introdução à Comunicação de Dados
Multiplexação – FDM
• Técnica que permite que diversos canais de voz,
todos com a mesma faixa de freqüência, mas em
pares de condutores diferentes, sejam
transladados para posições adjacentes e
predeterminadas do espectro de freqüências de um
meio de transmissão único, onde são agrupados e
transmitidos, sem que haja interferência mútua;
• Na recepção, o processo é o inverso,
reconstituindo-se cada canal de voz e enviando-o
separadamente ao seu destino.
Introdução à Comunicação de Dados
Multiplexação – FDM – Formação de Sistemas de 12
Canais (Grupo Básico)
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Multiplexação – TDM
• Utiliza processo de amostragem dos sinais para a
transmissão dos vários canais em um único meio de
transmissão;
• Baseia-se no princípio de que é possível transmitir
amostras periódicas de um sinal e recuperá-lo,
posteriormente, com uma pequena margem de
distorção em relação ao sinal original;
Introdução à Comunicação de Dados
Básico de Transmissão Multiplexação – TDM
• As amostras são tomadas em intervalos
regularmente espaçados, e têm a duração suficiente
para que o sinal original possa ser recomposto
posteriormente. Este período de tempo é bem menor
que o período entre duas amostragens;
• O intervalo de tempo que decorre entre duas
amostras sucessivas de um sinal é utilizado para
transmissão de amostras de sinais provenientes de
outros canais.
Introdução à Comunicação de Dados
TDM – Digitalização PCM (Pulse Code Modulation)
• Sistemas que operam através de Modulação por Pulsos
Codificados (PCM) baseiam-se na técnica TDM, a qual
consiste na possibilidade de se reconstruir
integralmente um sinal a partir de um certo número de
amostras instantâneas, retiradas periodicamente do
mesmo, em um processo denominado Amostragem;
• Em seguida, as amostras têm seus valores
aproximados (arredondados) para níveis de amplitude
previamente determinados, chamados de níveis de
quantização (processo de quantização – necessário
pela impossibilidade de codificar-se infinitos níveis de
amplitudes presentes nos sinais analógicos);
Introdução à Comunicação de Dados
TDM – Digitalização PCM (Pulse Code Modulation)
• Após a quantização, o sinal discreto no tempo
(amostrado) e discreto em amplitude (quantizado),
passa por um processo de codificação, formando o sinal
PCM;
• No sentido da recepção, o sinal é decodificado e
entregue a um filtro passa-baixa, recuperando-se assim
o sinal original.
Introdução à Comunicação de Dados
TDM – Digitalização PCM – Etapas
Amostragem:
• Processo pelo qual são retiradas amostras do sinal
original, de forma que a partir destas amostras seja
possível reconstruir o sinal, sem que ocorra perda de
informação;
• Para que seja possível reconstruir o sinal original x(t),
segundo o Teorema da Amostragem, devemos amostrar
este sinal com uma freqüência (fA) maior ou igual ao
dobro da maior freqüência presente neste sinal (fM): fA
>= 2fM
Introdução à Comunicação de Dados
TDM – Digitalização PCM – Etapas
Quantização:
• Processo através do qual se aproximam os valores das
amostras colhidas de um sinal para níveis
predeterminados. Exemplo:
Sinal a ser
quatizado
Introdução à Comunicação de Dados
TDM – Digitalização PCM – Etapas
Codificação: Consiste em atribuir códigos aos níveis de
quantização.
Introdução à Comunicação de Dados
TDM – Digitalização PCM de 1a Ordem
32 canais
30 canais de voz
01 canal de sinalização
01 canal de sincronização
Canal de voz: 300Hz a 3400Hz – Freq. Amostragem
8000Hz
Período de Amostragem (TA): 125us
Largura da Amostra (t): 3,8us
Introdução à Comunicação de Dados
TDM (Time Division Multiplexing)
PCM - Pulse Code Modulation Sinal
x(t)
AMOSTRAGEM QUANTIZAÇÃO CODIFICAÇÃO
Sinal
PCM
64Kbps
Introdução à Comunicação de Dados
Hierarquias TDM
Nível Taxa Transmissão
1 2,048Mbps (E1)
2 8,448Mbps (E2)
3 34,368Mbps (E3)
4 139,264Mbps (E4)
Introdução à Comunicação de Dados
PDH - Plesyochronous Digital Hierarchies
“Quase síncrono”
• Variações existentes entre os relógios
das fontes geradoras dos sinais;
• A taxa nominal de cada sinal é a
mesma mas a taxa real pode ser
ligeiramente diferente;
Introdução à Comunicação de Dados
PDH – (Plesyochronous Digital Hierarchies)
Problemas
•Dificuldade de Inserção /Extração
de canais e/ou tributários
MUX
1
32 MUX
MUX
MUX
Introdução à Comunicação de Dados
SDH
SDH (Synchronous Digital Hierarchy – definido pelo European
Telecommunications Standards Institute – ETSI e padrão
utilizado no Brasil)
SONET (Synchronous Optical Network – definido pelo American
National Standards Institution – ANSI)
estão relacionados a um grupo de taxas de
transmissão em fibra óptica as quais podem
transportar sinais digitais com diferentes capacidades.
Introdução à Comunicação de Dados
SDH
- Redes de transmissão que operam de
maneira multi-vendor, podendo conectar
equipamentos de diferentes de fabricantes) com
uma sofisticada estrutura de sinal.
- Resultado de novas aplicações de redes
Introdução à Comunicação de Dados
• Desenvolvimento da transmissão utilizando fibras ópticas e
integração de circuitos em larga escala:
- tornaram possíveis novos padrões, mais complexos de
equipamentos/serviços de comunicação de dados.
• Demanda por maiores e melhores serviços os quais
necessitavam de uma maior largura de banda, maior facilidade de
monitoramento e maior flexibilidade de rede.
padrões SONET/SDH
Introdução à Comunicação de Dados
Padrões originalmente concebidos para transmissão em
redes de fibra óptica:
SONET é uma interface de Hierarquia Digital
definida pela ANSI para uso nos Estados Unidos;
SDH é uma interface de Nó de Rede (NNI –
Network Node Interface) definida pelo
CCITT/ITU-TS e parcialmente compatível com
SONET.
Introdução à Comunicação de Dados
SDH
Interfaces Multi-Vendor
• 155Mbps: são definidas no padrão óptico e elétrico
• Para taxas maiores (Múltiplos de 155,52Mbps),
somente no padrão óptico.
622,08Mbps (referenciada como 622Mbps)
2488,32Mbps (referenciada como 2.5Gbps).
Introdução à Comunicação de Dados
Para suportar o crescimento da rede e da demanda por
serviços de banda larga:
a multiplexação para taxas superiores como 10Gbps
segue o mesmo caminho, com o limite imposto apenas
pela tecnologia e não por padrões, como aconteceu
com o PDH
Introdução à Comunicação de Dados
Hierarquias SONET/SDH:
SONET SDH Line Rate (Mbps)
OC n STS n STM n
OC-1 STS-1 STM-0 51,840
OC-3 STS-3 STM-1 155,520
OC-9 STS-9 -- 466,560
OC-12 STS-12 STM-4 622,080
OC-18 STS-18 -- 933,120
OC-24 STS-24 -- 1.244,160
OC-36 STS-36 -- 1.866,230
OC-48 STS-48 STM-16 2.488,320
OC-96 STS-96 -- 4.876,640
OC-192 STS-192 STM-64 9.953,280
OC: Optical Carrier
STS: Synchronous Transport Signal
STM: Synchronous Transport Mode
Equipamentos
Uma rede baseada em SDH (SONET) normalmente
trabalha com uma estrutura de anel duplo
(protegido) de fibra óptica.
• Sistemas de cabos de fibra óptica/Rádios
Digitais:
provém o backbone para a rede SDH
Introdução à Comunicação de Dados
Equipamentos
• Terminal Multiplexers: Provém o acesso à rede SDH
de vários tipos de tráfego, utilizando interfaces
tradicionais como tributários E1 (2Mbps - G703),
FDDI, etc.
• ADM (Add Drop Multiplexer): basicamente,
trabalham como multiplexadores síncronos.
Introdução à Comunicação de Dados
• Função: inserção/retirada de tráfego STM-n (OC-n) da rede,
assim como os sinas E1 (T1). Trabalham de forma bidirecional
no anel duplo SDH (SONET), de tal forma a possibilitar o
tráfego na presença de falha em um dos anéis.
Add/Drop
direto
155Mbps
Até 63 Tributários de
2Mbps
ou outras taxas
155Mbps
Introdução à Comunicação de Dados
Hub Multiplexers: Um Multiplexador para consolidação de
tráfego. O transporte entre Hubs proporciona roteamento
alternativo.
Vários Anéis de ADM podem convergir para um único Hub,
proporcionando interconexão de tráfego entre estes anéis e
conexão à rede existente.
Alguns ADM´s são projetados para atuarem também com Hubs
multiplexadores, combinando ambas as funções, otimizando
portanto o projeto da rede;
Introdução à Comunicação de Dados
DCS (Digital Cross-Connect):
Funções:
• garantia de transporte
• separação dos tráfegos de banda larga/estreita através do uso
de diferentes portas
• encaminhamento e mapeamento de diversos tipos de sinais
(tributários) entre si, permitindo, portanto, a consolidação de
tráfego
Introdução à Comunicação de Dados
ADM
ADM
ADM
ADM ADM
DCS
Anel
Protegido
Anel
Protegido
TM
STM-n
STM-n
STM-n
STM-n
ATM E1
E3
TM FDDI E1
STM-n E1 TM ADM
TM
PABX
PABX
E1
E1
TM
REDE SDH