Rede de computadores Aula 08

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Redes de Computadores 1
8a Aula:8 Aula:
Meios Não-guiados (wireless): Rádio Digital
Satélite
Utilidade:
•Atender a necessidade de mobilidade dos usuários.
• Alcançar locais de difícil cabeamento:
Meios Não-guiados
• Alcançar locais de difícil cabeamento:
� Restrições arquitetônicas (prédios antigos e sem
infraestrutura, ou através de propriedades de terceiros);
� Limitações de ordem geográficas (regiões inóspitas e de
difícil acesso ou muito espalhadas).
Funcionamento:
• Utiliza ondas de rádio porque:
� são fáceis de gerar;
Meios Não-guiados
� podem percorrer longas distâncias inclusive no vácuo;
� e penetram com facilidade nos prédios.
• As ondas de rádio compreendem somente um entre os diversos
comprimentos de onda do espectro eletromagnético.
Espectro eletromagnético e sua utilização em comunicação:
Meios Não-guiados
Espectro eletromagnético e sua utilização em comunicação:
•As bandas (ou faixas) de freqüências na parte inferior da figura
são os nomes oficiais definidos pela ITU.
Meios Não-guiados
•Essas freqüências se baseiam nos comprimentos de onda;
portanto, a banda LF vai de 1 a 10 km (aproximadamente, de 30
kHz a 300 kHz).
•Os termos LF, MF e HF são as abreviaturas, em inglês, de baixa,
média e alta freqüência, respectivamente.
Espectro eletromagnético e sua utilização em comunicação:
•É claro que, quando esses nomes foram criados, ninguém
esperava ultrapassar 10 MHz, e assim foram atribuídos os
Meios Não-guiados
seguintes nomes às bandas mais altas surgidas posteriormente:
Very, Ultra, Super, Extremely e Tremendously High Frequency.
•Além desses não há outros nomes, mas Incredibly, Astonishingly
e Prodigiously (IHF, AHF e PHF) ficariam muito bem.
Espectro eletromagnético e sua utilização em comunicação:
•As propriedades das ondas de rádio dependem da freqüência.
•Em baixas freqüências, as ondas de rádio atravessam os
Meios Não-guiados
obstáculos, mas a potência cai abruptamente à medida que a
distância da fonte aumenta, cerca de 1/d2 no ar.
•Em altas freqüências, as ondas de rádio tendem a viajar em linha
reta e a ricochetear nos obstáculos. Elas também são absorvidas
pela chuva.
Espectro eletromagnético e sua utilização em comunicação:
• Com a tecnologia atual, é possível codificar alguns bits por Hertz
em freqüências baixas; no entanto, comumente esse número pode
chegar a 8 em altas freqüências;
Meios Não-guiados
• Quanto mais larga a banda de frequência (∆∆∆∆f), mais alta a taxa
de dados. ∆∆∆∆f = c∆λ∆λ∆λ∆λ //// λλλλ2222 , onde λλλλ = c / f
•Considererando a banda de 1,30 mícron da F.O. Temos λλλλ =
1,3x10-6 e ∆λ= 0,17x10-6; assim, ∆f é aproximadamente 30 THz.
A 8 bits/Hz, por exemplo, teremos 240 Tbps.
Espectro eletromagnético e sua utilização em comunicação:
•Em todas as freqüências, as ondas de rádio estão sujeitas à
interferência de motores e outros equipamentos elétricos.
Meios Não-guiados
•Devido à capacidade que as ondas de rádio apresentam de
percorrer longas distâncias, a interferência entre os usuários é um
problema.
•Por essa razão, todos os governos exercem um rígido controle
sobre o licenciamento do uso de transmissores de rádio.
(a)Nas bandas VLF, VF e MF:
Meios Não-guiados
•As ondas de rádio obedecem à curvatura da
Terra.
• Podem ser detectadas dentro de um raio de
1000 Km nas freqüências mais baixas, porém1000 Km nas freqüências mais baixas, porém
bem menor nas freqüências mais altas.
•As ondas de rádio nessas bandas atravessam com facilidade os prédios; esse
é o motivo por que os rádios portáteis funcionam em ambientes fechados.
• O principal problema relacionado à utilização dessas bandas em
comunicação de dados diz respeito à baixa largura de banda que oferecem.
(b) Na banda HF:
Meios Não-guiados
•as ondas que se propagam ao longo
do solo tendem a ser absorvidas pela
terra.
•No entanto, as ondas que alcançam a
gadas situadas em torno da Terra a uma altura de 100 a 500 km) são
refratadas por ela e enviadas de volta à Terra.
•Em determinadas condições atmosféricas, os sinais podem ricochetear
diversas vezes.
•Os operadores de radioamador utilizam essas bandas em comunicações de
longa distância. Os militares também se comunicam nas bandas HF e VHF.
ionosfera (camada de partículas carre
(c) Microondas (de VHF para cima):
• Acima de 100 MHz, as ondas trafegam praticamente em linha reta e,
portanto, podem ser concentradas em uma faixa estreita.
• A concentração de toda a energia em um pequeno feixe através de um
refletor (“antena parabólica”) oferece uma relação sinal/ruído muito mais
Meios Não-guiados :
refletor (“antena parabólica”) oferece uma relação sinal/ruído muito mais
alta, mas as antenas de transmissão e recepção devem estar alinhadas com o
máximo de precisão.
• Além disso, essa direcionalidade permite o alinhamento de vários
transmissores em uma única fileira, fazendo com que eles se comuniquem
com vários receptores também alinhados sem que haja interferência, desde
que sejam observadas algumas regras mínimas de espaçamento.
(c) Microondas (de VHF para cima):
• Tendo em vista que as microondas viajam em linha reta, se as torres
estiverem muito afastadas, a Terra acabará ficando entre elas sendo preciso
instalar repetidores a intervalos periódicos.
Meios Não-guiados :
• Quanto mais altas são as torres, mais distantes elas podem estar umas da
outras. A distância entre os repetidores aumenta de acordo com a raiz
quadrada da altura da torre. Torres com 100 m de altura devem ter
repetidores a cada 80 km.
• Ao contrário das ondas de rádio nas freqüências mais baixas, as
microondas não atravessammuito bem as paredes dos edifícios.
(c) Microondas (de VHF para cima):
• Além disso, muito embora o feixe possa estar bem concentrado no
transmissor, ainda há alguma divergência no espaço. Assim, algumas ondas
podem ser refratadas nas camadas atmosféricas mais baixas e,
Meios Não-guiados :
conseqüentemente, sua chegada pode ser mais demorada que a das ondas
diretas.
• As ondas retardadas podem chegar fora de fase em relação à onda direta, e
assim cancelar o sinal. Esse efeito é chamado esmaecimento de vários
caminhos (multipath fading) e costuma provocar sérios problemas.
(c) Microondas (de VHF para cima):
• As bandas de até 10 GHz agora são de uso rotineiro, mas a partir de 4 GHz
surge um novo problema: a absorção pela água. Essas ondas têm apenas
alguns centímetros e são absorvidas pela chuva.
Meios Não-guiados :
• Assim como acontece com o esmaecimento de vários caminhos, a única
solução é desligar os enlaces que estão sendo afetados pela chuva e criar
uma nova rota que os contorne.
Política de alocação do espectro:
• Para evitar o caos total, têm sido feitos acordos nacionais e internacionais a
respeito de quem terá o direito de usar cada uma das freqüências. Todos
querem uma taxa de dados mais alta, desejam um espectro maior.
• Os governos nacionais alocam bandas do espectro para rádio AM e FM,
Meios Não-guiados :
• Os governos nacionais alocam bandas do espectro para rádio AM e FM,
televisão e telefones celulares, como também para as empresas de telefonia,
a polícia, os usuários marítimos, de navegação, militares, do governo, e para
muitos outros usuários concorrentes.
• Em termos mundiais, uma agência da ITU-R (WARC) tenta coordenar essa
alocação de forma que possam ser fabricados dispositivos que funcionem
em vários países.
Política de alocação do espectro:
• De acordo com essa proposta, a maioria dos governos reserva algumas
bandas de freqüência, chamadas bandas ISM (Industrial, Scientific,
Medical) para uso sem licença. Sistemas para abertura de portas de
garagens, telefones sem fios, brinquedos controlados por rádio, dispositivos
Meios Não-guiados :garagens, telefones sem fios, brinquedos controlados por rádio, dispositivos
de indicação sem fio e vários outros aparelhos domésticos sem fios utilizam
as bandas ISM.
• Para minimizar a interferência entre esses dispositivos não coordenados, a
FCC (Federal Communications Commission) estabelece que todos os
dispositivos nas bandas ISM devem utilizar técnicas de espectro de
dispersão.
Política de alocação do espectro:
• No espectro de dispersão de salto de freqüência, o transmissor salta de uma
freqüência para outra centenas de vezes por segundo. Essa técnica é muito
usada em comunicações militares, pois dificulta a detecção das transmissões
e é praticamente impossível obstruí-las.
Meios Não-guiados :
e é praticamente impossível obstruí-las.
• Ela também oferece boa resistência ao multipath fading, porque o sinal
direto sempre chega primeiro ao receptor. Os sinais refletidos percorre m
caminhos mais longos e chegam depois. A essa altura, o receptor pode ter
mudado de freqüência e não aceitar mais sinais na freqüência anterior,
eliminando assim a interferência entre o sinal direto e os sinais refletidos.
Política de alocação do espectro:
Meios Não-guiados :
• A localização das bandas ISM varia de país para país. Por exemplo, nos
Estados Unidos, dispositivos cuja potência está abaixo de 1 watt podem usar
as bandas acima sem exigir uma licença da FCC.
• A banda de 900 MHz funciona melhor, mas está lotada e não se encontra
disponível em todo o mundo.
Política de alocação do espectro:
• A banda de 2,4 GHz está disponível na maioria dos países, mas é sujeita a
interferências de fornos de microondas e instalações de radar. A rede
Meios Não-guiados :
Bluetooth e algumas LANs sem fios que seguem o padrão 802.11 operam
nessa banda.
• A banda de 5,7 GHz é nova e relativamente pouco desenvolvida, e assim o
equipamento para ela é dispendioso; porém, à medida que as redes 802.11a
a utilizarem, ela logo se tornará mais popular.
Comunicação com infravermelho:
Meios Não-guiados :
Satélites de telecomunicação:
Meios Não-guiados :
Satélites GEO (Geoestationary Earth Orbit):
• Não precisam ser rastreados pelas estações de terra;
• São amplamente utilizados em sistemas de telecomunicações;
Meios Não-guiados :
• Bandas utilizadas:
Satélites GEO:
• sistemas VSATs (Very Small Aperture Terminals) :
Meios Não-guiados :
Retransmissão do sinal de satélite:
Meios Não-guiados :
Satélites os satélites MEO (Medium-Earth Orbit):
• Vistos da Terra, esses satélites se deslocam lentamente em longitude, levando
cerca de 6 horas para circular a Terra. Conseqüentemente, eles devem ser
acompanhados à medida que se movem pelo céu.
Meios Não-guiados :
• Pelo fato de estarem em órbitas mais baixas que os GEOs, eles têm uma área
de cobertura menor no solo e exigem transmissores menos potentes para
alcançá-los.
• Atualmente, esses satélites não são usados para telecomunicações. Os 24
satélites GPS (Global Positioning System) que estão em órbita a cerca de 18.000
km de altitude são exemplos destes.
Satélites LEO (Low-Earth Orbit):
•Devido a seu rápido movimento, são necessárias grandes quantidades desses
satélites para formar um sistema completo. Por outro lado, pelos fato de os
satélites estarem muito próximos da Terra, as estações terrestres não precisam
de muita potência, e o retardo de ida e volta é de apenas alguns milissegundos.
Meios Não-guiados :
de muita potência, e o retardo de ida e volta é de apenas alguns milissegundos.
Exemplo:
Sistema de telefonia
mundial IRIDIUM
Satélites X Fibra Óptica:
• Mobilidade: usuários móveis, aviões e navios;
• Sistemas de difusão: empresa que transmite um fluxo de preços de ações,
Meios Não-guiados :
apólices ou mercadorias a milhares de corretores;
• Comunicação em lugares com terreno inadequado ou com uma infraestrutura
terrestre pouco desenvolvida: Por exemplo, a Indonésia possui seu próprio
satélite para o tráfego telefônico doméstico (um satélite era mais econômico que
estender milhares de cabos submarinos entre as 13.677 ilhas do arquipélago).
Satélites X Fibra Óptica:
• Cobrir áreas em que a obtenção do direito de estender cabos de fibra é difícil
ou excessivamente dispendiosa: comunicações internacionais;
Meios Não-guiados :
• Exploração/implantação rápida tem importância crítica: sistemas de
comunicação militares em tempo de guerra