10 - Tecnologias para Conexoes longas

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Introdução 
 
Tecnologias para 
conexões digitais 
de longa distância 
Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 
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Introdução 
 
 As companhias telefônicas foram os 
responsáveis por desenvolverem as tecnologias 
de transmissões de dados de longas distâncias. 
 
 As rede de dados de computadores utilizam esta 
infra-estrutura criada para transmitir seus dados. 
 
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Telefonia digital 
 
 A telefonia digital surgiu pela necessidade de melhorar a 
qualidade do sinal de voz para longas distâncias. 
 
 O sinal analógico sendo transmitido para longas 
distâncias necessita de circuitos que amplifiquem o sinal 
para manter-se. Isto porém, introduz distorções e ruídos 
na transmissão. 
 
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Telefonia digital 
 A conversão para sinais digitais, evita esses problemas 
mencionados. 
 
 A versão digital de um sinal áudio analógico é chamado de áudio 
digital. 
 
 O processo utilizado para converter um sinal analógico para digital é 
chamado de digitalização. 
 
 O hardware necessário para a conversão é chamado de conversor 
analógico-digital (conversor AD). 
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Conversor AD 
 O conversor AD faz amostragem periódicas do sinal, convertendo o 
valor da amplitude do sinal daquele instante. 
 
 
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Conversor AD 
 
 Os cientistas descobriram que um sistema para 
transmissão de voz deve ser capaz de reproduzir a 
frequência de pelo menos até 4000Hz para transmitir 
uma voz humana. 
 
 Se tivermos que codificar este sinal, devemos recorrer a 
teoria de Nyquist para saber qual a largura de banda 
necessária para fazer a transmissão de dados que utiliza 
4000 Hz. 
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Conversor AD 
 Segundo a teoria, um sinal (informação) pode ser reconstituído se a 
largura de banda for pelo menos duas vezes maior que a frequência 
significativa mais alta utilizada. 
 
 Deste modo, para um sistema com frequência de 4000hz, 
precisaremos de pelo menos 8000 amostragem por segundo para 
podermos reconstituir o sinal depois. O conversor AD deve ser capaz 
de ter uma amostra a cada 125 microssegundos. 
 
 
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O padrão PCM 
 
 O esquema de amostragem de sinal utilizado para 
transmissões digitais das companhias telefônicas é 
chamado de “pulse Code Modulation” - PCM. 
 
 Ela define que um sinal analógico pode ser amostrado a 
cada 125 microssegundos com valores de até 255 níveis 
diferentes. 
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Comunicação SINCRONA 
 A tecnologia utilizada para transmissões de longas 
distâncias são baseadas em comunicações 
SINCRONAS. 
 
 Características: 
– Nasceram para serem utilizadas apenas para transmissão voz 
analógicas; 
– São tecnologias baseadas em comutação de circuitos. 
 
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Circuitos digitais 
 As redes de computadores também utilizam a redes inventadas 
pelas companhias telefônicas para fazer as transmissões de dados. 
 
 As companhias alugam suas conexões por uma taxa mensal para 
permitir que computadores possam se comunicar entre dois 
prédios distantes ou até entre cidades. 
 
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Circuitos digitais 
 A tecnologia de transmissão digital de voz e de dados 
utilizado pelos computadores tem características de 
funcionamentos diferentes. 
 
 Os padrões são diferentes, portanto há necessidade de 
utilizar um dispositivo de hardware especiais para que 
interajam entre si. 
 
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Circuitos digitais 
 
 Conhecido como data Service Unit/Channel Service Unit (DSU/CSU) 
 
 
 
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Circuitos digitais 
 A porção CSU, trata de terminação da linha e diagnósticos. 
 
– Contém circuitos para tratar surtos de energia elétrica provocada por 
raios; 
– Verificar se a outra unidade DSU/CSU está funcionando 
corretamente; 
– Tem um circuito que limita o envio excessivo de „1‟s. 
 
 A porção DSU, traduz os dados do formato digital usado no circuito da 
concessionária para o formato digital que o computador entende. 
 
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Padrões telefônicos 
 Os dispositivos DSU/CSU devem comportar os padrões 
adotadas pelas companhias telefônicas. Esses padrões definem 
as diferentes capacidade de transmissão de dados digitais que 
podem ser usados. 
 
 
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Padrões telefônicos 
 Um canal de voz exige uma linha de 64kbps (8000 amostras de 
8bits/s). 
 Uma linha T1, pode comportar 24 canais independente de 64kbps. 
 Um multiplexador é utilizado para multiplexar vários canais numa 
transmissão, enquanto que na outra ponta é usado um 
demultiplexador para restaurar os vários canais recebidos na 
transmissão. 
 É possível multiplexar 28 canais de T1 em um circuito T3. 
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Padrões DS 
 Padrões DS especificam padrões de multiplexação de 
múltiplos telefonemas sobre uma única conexão. 
 
 São denotados através de “DS” seguido de um númeroigual aos denotadas as linhas “T”. 
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Circuitos fracionários 
 As linhas T1 podem ser multiplexadas para fornecerem 
canais menores para os usuários. São canais tais como: 
64 Kbps,128 Kbps, 9.6 Kbps, etc. 
 
 A técnica utilizada para a multiplexação/Demultiplexação 
é a TDM. 
 
 Esta divisão permite preços populares para pequenas 
empresas que não precisam de uma largura de banda 
muito maior. 
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Circuitos intermediários 
MUX INVERSO 
 Como alocar velocidades apenas pouco maiores que T1, porém sem 
ter usar o próximo, que seria o T3, que tem 28 vezes a capacidade 
de um T1. 
 
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Circuitos de mais alta capacidade 
 Os padrões Synchronous Transport Signal (STS) padronizam 
velocidades ainda maiores. São utilizados para fazer conexões que 
interligam um país ou entre países. 
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O que é o padrão OC 
 Padrões para concessionária óticas: 
 Padrão OC - Optical Carrier. O padrão OC é o termo correto para 
referir o meio de transmissão usado para o meio ótico. 
 
 Enquanto que STS define o padrão elétrico usado para fazer a 
interface na conexão ótica. 
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SONET 
 Synchronous Optical NETwork - SONET 
– Define padrões para envio dos dados , mais especificamente 
define o formato dos quadros e informações adicionais de 
sincronismo de relógio 
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SONET 
 Um aluguel de um circuito STS-1 provavelmente usará 
equipamentos que codifiquem os dados em SONET. 
 
 Cada quadro SONET STS-1 possui 810 octetos, que são 
distribuídos em 9 filas de 90 colunas. 
 
 Um quadro SONET STS-3 possuirá por sua vez, 2430 
octetos. 
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Loop de Assinante Local 
 
 É o termo utilizado para se referir à conexão entre o 
Escritório Central (EC) e a empresa ou residência. 
 
 É a conexão utilizada para a conexão entre o provedor 
de rede até seus assinantes. 
 
 Geralmente é baseada em circuitos analógicos. 
 
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Modens Dial-up 
 Apesar dos modens terem melhorado bastante, 
ainda são limitados pela largura de banda de 
áudio (voz) e ruídos da linha telefônica. 
 
 Várias outras tecnologias foram inventadas para 
permitir serviços de acesso mais rápidos 
utilizando a linha telefônica comum. 
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ISDN 
 
 Integrated Services Digital Networks (ISDN) 
– Foi um dos primeiros esforços para oferecer altas taxas de 
transmissão de dados em um alinha telefônica comum. 
 
– Fornece voz e dados digitalizados para assinantes através do 
cabeamento de loop local convencional (par de cobre do 
telefone) 
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ISDN 
 
 Fornece três canais de digitais de dados, B+B+D. 
– Os dois canais 2B, operam cada um com 64Kbps. Podem 
transportar áudio, vídeo e dados digitais. 
– O canal D, opera em 16Kbps e serve para trafego de sinais de 
controle. Controla os tipos de serviços que pode ser solicitado e 
administra a sessão em uso. 
 
 Os dois Canais B podem ser unidos para fornecer um 
canal de 128Kbps. 
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ISDN 
 
 Como é possível criar canais com largura de 
banda disponível de 2B+D? 
 
 
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ISDN 
 Utilizando uma forma de multiplexação por divisão de 
tempo – TDM 
 
 A ilusão de vários canais é criada pelo uso da 
multiplexação. 
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Tecnologia da Linha Assimétrica 
Digital de Assinantes 
 O ISDN foi um das primeiras tecnologias que surgiu para permitir 
altas taxas de transmissões de dado digitais (64-128Kbps). 
 
 Um das tecnologias mais interessantes é a Digital Subscriber Line – 
DSL. Existem diversas variantes que forçam a referência a 
tecnologia como xDSL. 
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ADSL 
 Asymmetric Digital Subscriber Line – ADSL 
– Utiliza a linha telefônica comum 
 
– Fornece serviço assimétrico relativas as taxas de velocidades (Upload e 
download diferentes); 
 
– Depende da qualidade do meio para fornecer uma velocidade máxima; 
 
– Depende da distância da linha; 
 
– Taxa máxima de downstream de 6,144Mbps e upstream de 640Kbps 
 
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ADSL 
 Apesar de altas taxas que a tecnologia ADSL pode 
permitir, a velocidade depende muito da qualidade da 
linha telefônica. 
 
 Desta forma a tecnologia utiliza métodos complexos 
para otimizar / Adaptar a melhor combinação de 
técnicas para extrair a melhor velocidade da linha que 
estiver conectada. 
 
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ADSL 
Conexão típica 
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ADSL 
 Esteserviço é possível, porque os engenheiros 
descobriram que muitos loops locais permitem a 
transmissão de sinais de alta frequência. 
 
 A solução envolver adaptar dependendo das diferentes 
características de cada loop local: 
– Distância 
– Do cabeamento utilizado 
– Ruídos e interferências 
 
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ADSL 
 Quando os modens são ligados, eles examinam quais 
faixas de frequências ele pode utilizar sem grandes 
interferências e atenuações. O resultado é que o modem 
se ajusta a linha e otimiza o uso das frequências que ele 
pode usar. 
 
 A modulação utilizada é a Discrete Multi Tone – DMT – 
Combina técnicas de multiplexação por divisão de 
frequência e multiplexação inversa. 
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ADSL 
 O DMT divide a largura de banda em 286 
frequências separadas ou subcanais: 
– 255 canais são para downstream; 
– 31 canais são oara upstream; 
– 2 canais para informações de controle. 
 
 Existe um modem virtual para cada canal criado. 
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ADSL 
 Cada canal é espaçado em intervalos de 4,1325Khz 
para evitar interferências entre os canais subjacentes. 
 
 A ADSL também evita usar a largura de banda menor 
que 4Khz para não interferir na comunicação de voz. 
 
 
 
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ADSL 
 A ADSL, verifica qual frequência consegue se comunicar melhor e 
descarta aquelas que tem muita interferências 
 
 Também verifica se a qualidade da linha for muito boa, para tenta 
codificar mais bits por baud. Se a houve ruídos e interferências que 
prejudiquem a qualidade da transmissão, ele ainda sim utiliza a 
frequência codificando menos bits por baud. 
 
 
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ADSL 
 O resultado final é que A ADSL não garante 
taxas mínimas de velocidade. 
 
 As taxas de downstream podem variar de 
32Kbps até 6,4Mbps 
 
 As taxas de upstream podem variar de 32 a 
640Kpbs 
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Outras DSL 
 Symmetric Digital Subscriber Line – SDSL 
 
– Fornece taxas de velocidades iguais para ambas as direções; 
– Tem uma leve vantagem em operar onde a ADSL não consegue. 
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HDSL 
 O High Rate Digital Subscriber Line – HDSL 
– Fornece velocidades DS1 (1,544Mpbs) 
– Limite restrito de distância para loops locais 
– Exige dois pares de cabo 
 
 
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VDSL 
 A Very-high rate Digital Subscriber Line – VDSL: 
– Taxas de até 54Mbps; 
– Não podem manter uma conexão entre sua casa e 
Estação Central (EC); 
– Exige pontos intermediários de conexão ( Ex: em cada 
bairro) com fibras óticas ligando esses pontos a EC. 
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Modem de Cabo 
 
 As soluções usando Loop Local tem limitações inerentes ao uso de 
fios telefônicos. 
 
 As soluções ADSL permitem altas taxas de bits, mas dependem de 
muitos fatores para alcançar uma boa velocidade de transferência de 
dados. 
 
 Alternativa: Uso do cabeamento da TV à cabo. 
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Modem de Cabo 
 Vantagens: 
– Tem proteção a ruídos; 
– Infra estrutura existente; 
– Facilidade de envio de downstream de alta capacidade; 
– Tem largura de banda ociosa. 
 
 É possível então utilizar essa largura de banda sobrando 
para enviar além dos canais de TV, dados digitais. 
 
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Modem de Cabo 
 
 Os dados podem ser enviados através de modens de 
cabo residentes na central da TV. Um outro modem 
sintonizado na mesma portadora da central de TV que 
está na casa do assinante é responsável por receber as 
informações digitais. 
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Modem de Cabo 
 Na prática não é possível criar uma portadora (ou canal) 
para cada assinante. 
 
 A solução encontrada foi multiplexar no tempo (TDM) o 
sinal para vários usuários ao mesmo tempo. 
 
 Em vez de alocar uma portadora para cada assinante 
existente, a TV a cabo define uma portadora para vários 
usuário e define também um endereço para cada modem 
de um assinante. 
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Modem de Cabo 
 
 Cada modem escuta a portadora, e fica verificando o 
endereçamento de cada pacote, caso o endereço seja 
igual, os pacotes são encaminhados para o computador 
do usuário. 
 
 O esquema é muito parecido com a tecnologia de LAN 
Ethernet com sua rede compartilhada. 
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Modem de Cabo 
 Os modens podem alcançar até 36Mbps, mas devido a 
esse esquema de compartilhamento, a cada novo 
assinante a capacidade efetiva de entrega de dados cai 
na razão de 1/N. 
 
 Uma frequência portadora pode ser compartilha com os 
assinantes de um bairro, por exemplo. 
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Comunicação Upstream 
 A infra estrutura original de TV à cabo não foi feita para providenciar 
upstream. Na verdade existem várias barreiras que impedem a 
comunicação inversa ao downstream. 
 
 Uma alternativa é combinar um modem dial-up. 
 
 Outra solução é fazer investimento na infra estrutura atual para que 
tenhao caminho dual previsto para permitir uma comunicação 
bidirecional. Justificativa: Vídeo sob demanda, TV interativa, etc. 
 
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Coaxial de Fibra Híbrida 
 Hybrid Fiber Coax - HFC - tecnologia híbrida que utiliza fibra ótica e 
cabo coaxial para a transmissão de dados. 
 
– Utiliza fibras óticas para os trechos que exige alta capacidade e cabos 
coaxiais nas partes que as velocidades podem ser menores. 
 
 Tronco - trecho de alta capacidade que interliga o escritório da TV à 
cabo aos bairros. 
 
 Circuito alimentador - refere-se ao trecho que faz conexão do 
tronco a sua casa. 
 
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Coaxial de Fibra Híbrida 
 Característica 
– Usa TDM e FDM; 
– Possui largura de banda de 50 à 450 Mhz para TV analógica; 
– Possui largura de banda de 450 à 750 para comunicação digital 
downstream; 
– Os dados dos usuários são multiplexados dentro da faixa de um canal 
(6Mhz). 
 Desvantagem 
– Alto investimento. 
 Vantagens 
– Consegue multiplexar mais grupos de assinantes independentes 
através da linha de tronco. 
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Fibra para o Meio-fio 
 
Fiber to the Curb – FTTC. É semelhante ao HFC, pois usa fibras para o 
tronco de alta velocidade. A idéia é trazer a fibra mais perto possível do 
assinante e conectar ao tronco através de cabos coaxiais e fios 
adicionais. 
 
O primeiro traz o circuito para entregar vídeo interativo e o segundo é 
usado para transportar voz. 
 
Outras Tecnologias: Satélites.