CAPÍTULO 3 - MODOS DE TRANSMISSÃO

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CAPÍTULO III - MODOS DE TRANSMISSÃO
1. INTRODUÇÃO
	A linha de comunicação é o meio que transporta a mensagem em um sistema de comunicação de dados. Freqüentemente, o meio utilizado é uma linha telefônica (discada ou dedicada). Ou seja, na maioria dos casos, utilizamos a Rede Telefônica - aproveitando seu alcance e flexibilidade - como meio de transmissão para a rede de comunicação de dados.
	No design de um sistema de processamento de dados devemos definir se a linha deve transmitir os dados em uma direção apenas ou em ambas. Se a transmissão for em ambas direções, precisamos definir se a transmissão pode ser feita simultaneamente nas duas direções. Ainda, temos outras considerações a fazer no tocante a:
	- Transmissão serial/paralela;
	- Transmissão síncrona/assíncrona;
	
	Neste item, definiremos as várias opções de definição do tipo de transmissão.
2. TRANSMISSÃO SIMPLEX
	Um canal simplex é aquele em que as transmissões de dados são unidirecionais; ou seja, as informações podem ser enviadas somente em uma direção (note que uma linha de comunicação pode possuir um ou mais canais de comunicação). Transmissões de emissoras de rádio e TV são um exemplo de transmissão simplex, a informação sempre flui no sentido emissora ( receptor. As figuras 3.1 e 3.2 ilustram a idéia de um sistema simplex.
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Figura 3.1 - Exemplo de Transmissão Simplex.
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Figura 3.2 - Exemplo de Transmissão Simplex.
3. TRANSMISSÃO HALF-DUPLEX
	No modo half-duplex podemos ter transmissão de dados em ambos os sentidos, porém não simultaneamente. Ou seja, teremos informações sendo transmitidas ora em um sentido ora em outro. Assim, neste sistema, os equipamentos envolvidos devem ser capazes tanto de transmitir quanto de receber.
	Um exemplo bastante simples de um sistema half-duplex é uma conversa entre duas pessoas educadas, onde um fala de cada vez. As figuras 3.3 e 3.4 mostram outros exemplos de sistemas half-duplex.
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Figura 3.3 - Exemplo de Sistema Half-Duplex.
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Figura 3.4 - Exemplo de Sistema Half-Duplex.
	Uma característica importante no sistema half-duplex é o tempo de reversão do sentido de transmissão (system turnaround time). O turnaround time do sistema é a combinação do tempo de reação, tempo que o operador (ou equipamento) leva para reconhecer o fim da transmissão, e o tempo de reversão da linha, tempo gasto para chavear o sistema de forma a permitir a transmissão em sentido reverso (tempo de mudança das chaves da figura 3.4 para as posições R - sala A - e T - sala B). O tempo de reversão do sistema (system turnaround time) pode influir no desempenho global do sistema, dependendo das características do mesmo; devendo, neste caso, ser considerado nos cálculos.
4. TRANSMISSÃO FULL-DUPLEX
	No modo de transmissão full-duplex podemos ter fluxo de informações em ambos os sentidos simultaneamente. Usualmente, um canal transporta informação em um sentido enquanto o outro transporta informação em sentido reverso. Desta forma, os equipamentos envolvidos devem ser capazes de receber e transmitir dados simultaneamente. As figuras 3.5 e 3.6 ilustram a idéia de sistemas full-duplex.
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Figura 3.5 - Exemplo de Sistema Full-Duplex.
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Figura 3.6 - Exemplo de Sistema Full-Duplex.
	Vale a pena comentar que, as vezes, os equipamentos do sistema permitem a implantação de um modo full-duplex; mas, por limitação dos operadores, a transmissão não é efetivamente full-duplex. Isto acontece pois, possivelmente, o operador não conseguirá interpretar a mensagem que está chegando e transmitir sua mensagem simultaneamente. Neste caso, o tempo de reação (definido anteriormente) continua existindo. No entanto, o tempo total de reversão do sistema é sensivelmente reduzido, uma vez que o tempo de reversão da linha é eliminado.
	Em muitas aplicações temos dados fluindo em uma determinada direção e sinais de controle fluindo em outra. Ainda, muitas vezes, temos capacidades de transmissão diferentes para cada um dos canais (por exemplo, podemos ter uma taxa de 1.200 BPS em uma direção e uma taxa de 75 BPS em outra).
5. OPERAÇÃO A DOIS FIOS E QUATRO FIOS
	Operação a dois fios, como o próprio nome indica, envolve um meio de transmissão com dois fios (um sinal e uma referência) ou uma configuração que seja equivalente a termos somente dois fios (vide figura 3.4). Da mesma forma, uma operação a 4 fios envolve um meio de transmissão com 4 fios (vide figura 3.6) ou alguma configuração equivalente.
	Na operação a dois fios podemos ter transmissões half-duplex ou full-duplex. Para operações full-duplex, os sinais trafegando em direções opostas devem ocupar “espaços” diferentes no espectro de freqüência, de forma que não haja interferência de um sinal no outro. Em se utilizando a Rede Pública de Telefonia, a operação full-duplex a dois fios só é possível para transmissões a baixas velocidades (1200 bps, 2400 bps, por exemplo). Assim, para trabalharmos a altas velocidades no modo full-duplex necessitamos, geralmente, de um circuito a 4 fios (OBS: Hoje, já começam a surgir MODEMs nacionais trabalhando no padrão CCITT V.32, que opera a 9600 bps full-duplex a dois fios).
	Com operação a 4 fios, os sinais que propagam em direções opostas utilizam-se de meios físicos separados. Desta forma, eles podem ocupar o mesmo “espaço” no espectro de freqüência. Por termos meios físicos independentes, a operação a quatro fios provê um maior grau de isolação entre as informações, mas, também, possuem um custo mais elevado.
6. TRANSMISSÃO PARALELA E TRANSMISSÃO SERIAL
	Dados digitais podem ser enviados sobre linhas de comunicação no modo serial ou no modo paralelo. O fluxo de dados, normalmente, é dividido em caracteres, que por sua vez são compostos de bits. Os dados podem ser transmitidos de forma serial por caracter e serial por bit (denominado transmissão serial) ou de forma serial por caracter e paralela por bit (denominado transmissão paralela).
6.1. TRANSMISSÃO PARALELA
	Para exemplificar, suponha que os caracteres da mensagem são compostos de 8 bits. Em uma transmissão paralela, os 8 bits de cada caracter são transmitidos simultaneamente. A figura 3.7 ilustra esta transmissão.
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Figura 3.7 - Transmissão Paralela.
	Este tipo de transmissão, se por um lado possui a vantagem de não necessitar de um circuito para decidir a que caracter pertence cada bit que chega, por outro tem a desvantagem de necessitar de vários caminhos de comunicação (OBS: existem sistemas em que cada bit é representado por um tom, e a transmissão paralela pode ser feita sobre uma única linha).
	A transmissão paralela é freqüentemente utilizada para comunicação entre um computador e seus periféricos, uma vez que este tipo de transmissão permite que se faça transferência de dados a altas taxas. Em comunicações onde distâncias maiores são envolvidas, normalmente utiliza-se a comunicação serial.
6.2. TRANSMISSÃO SERIAL
	Este é o método de transmissão mais comumente utilizado em Redes de Comunicação de Dados. Aqui, os bits de cada caracter são transmitidos um a um, como mostrado na figura 3.8.
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Figura 3.8 - Transmissão Serial.
	Note que, neste caso, o receptor deve ser capaz de remontar os caracteres.
	O receptor de uma transmissão serial apresenta dois problemas no tocante a sincronismo: alcançar o sincronismo a nível de bit e a nível de caracter.
6.3. SINCRONISMO A NÍVEL DE BIT
	O receptor deve ser capaz de interpretar corretamente o padrão de bits gerado pela fonte. Assim, o receptor deve saber em que instantes ele deve “olhar” para a linha, de forma a pode “ler” os bits que estão chegando. Para superar este problema podemos colocar um circuito de clock em cada extremidade da linha, como mostra a figura 3.9.
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Figura 3.9 - Circuito de clock para obter sincronismo de bit.
	O clock da fonte indica a freqüência com que os bits são colocadosna linha, enquanto o clock do receptor indica a freqüência com que o mesmo deve “olhar” para a linha, a fim de capturar a informação transmitida.
	O receptor deve, baseado em seu clock, amostrar a linha de forma a obter as informações transmitidas. O instante de amostragem é decisivo para o desempenho do sistema. Idealmente a amostragem deve ser feita no centro do bit, de forma a diminuir a probabilidade de se interpretar erroneamente a informação.
	Na prática temos clocks independentes em cada extremidade da linha e, provavelmente, teremos alguma diferença na freqüência (mesmo que muito pequena). Esta diferença acarretará, ao longo do tempo, problemas na “amostragem” dos bits recebidos. Para contornarmos este problema devemos fazer uma ressincronização periódica do sistema. Como veremos em itens posteriores, existem várias técnicas para esta ressincronização.
6.4. SINCRONISMO A NÍVEL DE CARACTER
	O receptor deve, além de ser capaz de atingir o sincronismo a nível de bit, possuir alguma forma de alcançar o sincronismo a nível de caracter. Ou seja, ele deve ser capaz de determinar a que caracter cada um dos bits pertence. Se o receptor conhece a taxa de bits e o número de bits de um caracter, ele pode “separar” os caracteres transmitidos, bastando para isso que se possa identificar o primeiro bit dos caracteres transmitidos.
	Comumente, temos dois caminhos para determinar qual o primeiro bit de um caracter que está para chegar. Um caminho se utiliza da técnica conhecida como transmissão síncrona, enquanto o outro se utiliza da técnica conhecida como transmissão assíncrona.
7. TRANSMISSÃO SÍNCRONA
	Em transmissões síncronas os caracteres são enviados de forma contínua. Por exemplo, podemos ter um bloco de dados composto de 100 caracteres, enviados de uma só vez. Aqui, o último bit de um caracter é imediatamente seguido do primeiro bit do próximo caracter.
	Assim, na transmissão síncrona a mensagem é dividida em blocos, que por sua vez são divididos em caracteres. Não há a presença de bits de start/stop nos caracteres e não há pausa de transmissão entre caracteres. O transmissor e o receptor devem estar em perfeito sincronismo pela duração do bloco, de tal forma que o receptor possa, reconhecendo o primeiro bit do caracter, distinguir todos os caracteres transmitidos.
	Para que o receptor possa detectar o primeiro bit do primeiro caracter, nós precedemos cada bloco de dados por um padrão de sincronismo. O padrão de sincronismo não é, usualmente, composto de um único caracter. Isto é feito para evitar que o receptor interprete erroneamente um caracter de mensagem como sendo o caracter de SYN (sincronização falsa). Note que o receptor “olha” continuamente para os bits recebidos, em busca do padrão de sincronismo. A figura 3.10 ilustra a ocorrência de uma sincronização falsa (para o caso de termos um único caracter SYN).
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Figura 3.10 - Ocorrência de falso SYN.
	Para contornar o problema de falso sincronismo utilizamos, como padrão, mais de um caracter (a quantidade depende do sistema). Na maioria dos casos, o padrão de sincronismo é composto de dois caracteres, iguais ou não. O receptor “olha” constantemente para a linha em busca do primeiro caracter. Ao encontrá-lo, ele aguarda a recepção de 2. caracter de sincronismo, logo a seguir. Se isto ocorrer, o receptor toma como verdadeiro o padrão de sincronismo. Se o segundo caracter não for o caracter SYN, o receptor interpreta uma sincronização falsa e volta a esperar o primeiro caracter SYN. A figura 3.11 ilustra uma transmissão síncrona, enquanto a figura 3.12 exemplifica a transmissão da palavra DATA, no modo síncrono.
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Figura 3.11 - Transmissão síncrona.
		1111 01101000 01101000 00010001 11000001 11010001
		 SYN SYN D		 A		 T
		11000001 111111
					 ( t
Figura 3.12 - Exemplo de transmissão síncrona.
	Em sistemas que utilizam transmissão síncrona os terminais, usualmente, devem possuir capacidade de buffer. Isto se faz necessário por dois motivos.
	- O operador é incapaz de manter o sincronismo entre caracteres;
	- A velocidade de transmissão é alta comparada à velocidade com que o operador é capaz 	de entrar com os dados.
	Para contornar estes problemas, o terminal armazena os dados em uma memória e os envia posteriormente (ao fim da mensagem ou a cada vez que o buffer se completar). A figura 3.13 ilustra esta idéia.
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Figura 3.13 - Terminais com buffer.
	Um bloco de bits enviado de forma síncrona deve possuir algumas características. Como já vimos, ele deve iniciar com um padrão de sincronismo e, normalmente, termina com um (ou mais) caracter(es) de check de erro. Ainda, o bloco pode ser de tamanho fixo ou variável. Na maioria dos sistemas, a utilização de blocos com tamanho fixo faz com que freqüentemente sejam introduzidos caracteres brancos para completar o bloco (diminuindo a eficiência). Assim, é mais usual utilizar blocos de tamanho variável. Neste caso, devemos ter um padrão (caracter) que indique o fim do bloco. Este padrão (caracter) normalmente é enviado imediatamente antes do caracter de check de erro.
	Após o padrão de sincronismo podemos ter o endereço para onde a mensagem vai ser enviada e/ou de onde ela está sendo enviada. Ainda, é possível que a mensagem a ser enviada ultrapasse o tamanho máximo de bloco permitido para o sistema. Neste caso, a mensagem é dividida em blocos e teremos um caracter que indicará que houve a segmentação da mensagem.
8. TRANSMISSÃO ASSÍNCRONA
	A transmissão assíncrona é freqüentemente chamada de transmissão start-stop. Aqui, um caracter é enviado de cada vez. O caracter é inicializado por um sinal de start, mostrado na figura 3.14 como sendo um nível 0 na linha, e finalizado por um sinal de stop, mostrado como um nível 1 (o sinal de stop pode ser composto de 1 ou mais bits). Os pulsos entre os bits de start e stop é que compõe o caracter. Entre caracteres a linha permanece no estado 1.
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Figura 3.14 - Transmissão assíncrona.
	No modo assíncrono o tempo entre caracteres pode variar enormemente de sistema para sistema (podemos ter um após o outro ou grande intervalos entre eles). O receptor reconhece o início de um caracter detectando o bit de start. A figura 3.15 ilustra um caracter transmitido assincronamente.
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Figura 3.15 - Transmissão assíncrona.
	Quando o receptor detecta uma transmissão do estado 1 para o estado 0, ele dá um “start” no clock. Metade de um bit mais tarde, o receptor “amostra” a linha para verificar se ela está no estado zero. Se isto ocorre, o receptor aceita o zero como start bit, e passa a amostrar a linha a intervalos de um bit. Se, de outra forma, o receptor detecta um nível 1 ao amostrar inicialmente a linha, ele admite que a transição de 1 para 0 se deveu a um ruído na linha, voltando ao estado de espera.
	O clock do receptor é, assim, ressincronizado ao início de cada caracter, e nós podemos tolerar pequenas variações entre os clocks do receptor e do transmissor. Ao fim de cada caracter um sinal de stop é transmitido para permitir que o receptor se estabilize, antenas da transmissão de outro caracter.
	A transmissão assíncrona é usualmente utilizada com terminais sem buffer (de baixo custo), em que o operador envia dados à linha a intervalos aproximadamente randômicos.
9. EFICIÊNCIA DE TRANSMISSÃO
	Em um sistema com 1 start bit, 1 stop bit e oito bits de informação por caracter, temos um total de 10 bits transmitidos para cada caracter. Se os caracteres forem transmitidos sem intervalo (um logo após o outro), temos a máxima eficiência de transmissão possível, que neste caso é de 80%.
	Vamos agora admitir uma transmissão síncrona com um bloco de 240 caracteres mais 3 caracteres de sincronismo, o que resulta em (240 + 3) x 8 = 1944 bits transmitidos. Neste caso, a relação entre a informação transferidae o número total de bits transmitidos é (1920/1944) = 0,99, o que resulta em 99% de eficiência.
	Aparentemente, quanto maior o bloco maior a eficiência . Entretanto, com blocos muito grandes a probabilidade de erro aumenta, e teremos uma maior taxa de retransmissão, diminuindo a eficiência.
	Baseado nos resultados acima verificamos que a transmissão síncrona apresenta uma eficiência bem superior a transmissão assíncrona. Esta situação pode se reverter se trabalharmos com blocos pequenos. Por exemplo, para um bloco com 12 caracteres mais 3 caracteres de sincronismo temos uma eficiência de 80%. Assim, podemos concluir que a transmissão assíncrona é mais eficiente para mensagens curtas, e a transmissão síncrona é mais eficiente para mensagens maiores.
	Em geral, a transmissão síncrona usa o canal de comunicação mais eficientemente que a transmissão assíncrona. Um canal capaz de transmitir 4800 bits por segundo pode manusear cerca de 600 caracteres ASCII por segundo no modo síncrono e apenas 480 caracteres por segundo no modo assíncrono (assumindo um sinal de stop de um bit).
	A vantagem da transmissão assíncrona é que equipamentos simples e baratos podem ser utilizados. Esta diferença de custo, entretanto, decrementada a cada dia com o progresso da tecnologia.
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10. BIBLIOGRAFIA
1) HOUSLEY, Trevor. Data Communications and Teleprocessing Systems. Prentice-Hall, Inc. 	New Jersey.
2) MARTIM, James. Introduction to Teleprocessing. Prentice-Hall, Inc. New Jersey, 1972.
3) TOMASI, Wayne. Advanced Electronic Communications Systems. Prentice-Hall, Inc. New 	Jersey, 1987.
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