ri 1303 redes industriais

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Sumário
“A INTEGRAÇÃO DA PRODUÇÃO ATRAVÉS DAS 
REDES DE COMUNICAÇÃO: AS REDES LOCAIS 
INDUSTRIAIS”
I — AS REDES E OS NÍVEIS HIERÁRQUICOS DA INTEGRAÇÃO 
FABRIL
1.1. O MODELO CIM
1.2. A INTEGRAÇÃO NO MODELO CIM: TIPOS DE REDE
» DEVICEBUS/CONTROLBUS, FIELDBUS, ENTERPRISE
NETWORK
Sumário
II — AS REDES LOCAIS INDUSTRIAIS
2.1. MOTIVAÇÕES
2.2. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DAS REDES INDUSTRIAIS: 
– COMPORTAMENTO TEMPORAL
– CONFIABILIDADE
– REQUISITOS DO MEIO AMBIENTE
– TIPO DE MENSAGENS
– INTERCONECTIVIDADE/INTEROPERABILIDADE
2.3. PROJETOS DE PADRONIZAÇÃO DAS REDES INDUSTRIAIS
– PROWAY
– IEEE802 E ISO/IEC 8802
» IEEE 802.3: Ethernet, switched ethernet, fast ethernet
» IEEE 802.4: Token-bus
» IEEE 802.5: Token-ring
» IEEE 802.11: Redes sem fio
– MAP/TOP
– FIELDBUS
Sumário
III — O PROJETO MAP 
3.1. MOTIVAÇÃO E HISTÓRICO
3.2. A ARQUITETURA MAP
3.3. A PROPOSTA MAP-EPA
3.4. A PROPOSTA MINI-MAP
3.5. O PADRÃO DE MENSAGENS MMS
– Objetos MMS
– Serviços MMS
Sumário
IV — O PROJETO FIELDBUS
4.1. MOTIVAÇÕES E REQUISITOS DO FIELDBUS
4.2. A PROPOSTA FRANCESA FIP
– Introdução
– A camada Física
– A camada de Enlace
– A Camada de Aplicação
– Funções de gerenciamento da rede
4.3. A PROPOSTA ALEMÃ PROFIBUS
– Introdução
– A camada Física
– A camada de Enlace
– A camada de Aplicação
Sumário
4.4. A PROPOSTA ISA/IEC FIELDBUS (FIELDBUS 
FOUNDATION)
– Introdução
– A camada Física
– A camada de Enlace
– A camada de Aplicação
– Camada do Usuário
– Serviços de Gerenciamento de rede
Sumário
V — ALGUNS PRODUTOS EXISTENTES E SUA 
APLICABILIDADE EM AUTOMAÇÃO
5.1. INTRODUÇÃO
5.2. REDES PARA INSTRUMENTAÇÃO: GPIB
5.3. REDES PARA AUTOMAÇÃO DE ESCRITÓRIOS: 
ETHERNET, TOKEN-RING, ARCNET
5.4. REDES INDUSTRIAIS, PREDIAIS E OUTRAS: 
PROFIBUS DP/PA/FMS, BITBUS, CAN, VAN, HART, 
INTERBUS-S, ASI-BUS, FAIS, LON, P-NET, SERCOS, 
MODBUS, REDES IBM (TOKEN-RING, TOKEN-BUS, 
SNA), UCA, etc.
Introdução
- Primeiros computadores:
• Máquinas complexas, grandes, caras
• Requeriam salas isoladas com ar condicionado
• Operadas apenas por especialistas
• programas submetidos em forma de “jobs”
seqüenciais
• Usuário inseria programa por meio de cartões
perfurados
• Várias idas ao NPD eram necessárias para rodar
um programa, mesmo pequeno.
Introdução
• Primeiros computadores:
¾ 1946: ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator)
¾ 1948: UNIVAC, primeiro computador comercial
¾ 1953: IBM 701
ENIAC pesava 30 toneladas
e ocupava 180 m² de área construída
Introdução
• Anos 60:
– usuários conectados ao computador por terminais
– terminais necessitavam técnicas de comunicação de dados com
computador central => inicio das redes
teleprinter
Televideo 925
Introdução
• Anos 60:
– Esforços para melhorar interação entre computador e usuários.
– Surge técnica de time-sharing, primeiros sistemas multi-usuários
– Usuários conectados ao computador por terminais
– Cada terminal atendido por um interpretador de comandos
– Comunicação entre terminais e computador central:
» Definição de uma interface (serial, paralela), conectores, cabos,
etc.
» Definição de unidade básica de informação (bit = binary unit) –
definir duração, sinais 0 e 1, sincronização, etc.
» Definição de códigos para representar letras, números e outros
símbolos alfanuméricos – ASCII, EBCDIC
» Definição de protocolos para envio, recepção, detecção de erros,
etc.
– Surgem primeiras técnicas de comunicação
Sistemas Multiuser
Terminal 2
Terminal 3
Terminal 4
Terminal 1
Mainframe com 
time-sharing OS
st1
st2
st4
st3
RR
Introdução
- Anos 70:
• surgem microprocessadores
• computadores muito mais baratos => difusão do uso
- Após década de 70:
• Computadores cada vez mais velozes, tamanho menor, preço mais
acessível
• Surgem novas aplicações
• Incremento na capacidade de cálculo e armazenamento
• Aplicações mais complexas requerem computadores cada vez mais
poderosos (PC, Workstation, Mini, Mainframe, Supercomputador,
etc.)
• Computadores conectados podem ter desempenho melhor do que um
mainframe, além de custo menor => Sistemas Distribuídos
• Necessidade de desenvolver técnicas para interconexão de
computadores => redes
Introdução
- Informatização crescente das empresas
- Sistemas de Bancos de Dados muito úteis
- Primeiros setores a serem informatizados:
- Finanças, folha de pagamento, compras, vendas, setor de pessoal
- Posterior informatização do chão de fábrica:
- CNC, CLP, RC, IC, Sistemas de aquisição de dados, etc.
- Mais recente: Sensores e Atuadores microprocessados.
- Métodos iniciais de comunicação de dados:
- fitas K7, cartões, fitas perfuradas, disquetes.
- Método moderno: redes de comunicação (LA 
Introdução
- Requisitos de comunicação fabril:
¾Compartilhamento de recursos;
¾Gerenciamento da heterogeneidade;
¾Gerenciamento de diferentes tipos de diálogo;
¾Garantia de um tempo de resposta médio ou 
máximo;
¾Confiabilidade dos equipamentos e da 
informação;
¾Conectividade e interoperabilidade;
¾Evolutividade e flexibilidade.
- 
Introdução
- Necessário definir arquiteturas, topologias e protocolos 
apropriados para redes de comunicação industriais.
- Redes do tipo ponto-a-ponto: falha em uma máquina pode 
afetar comunicação entre outras máquinas (centralização das 
funções de comunicação).
- Redes de difusão: falha em uma máquina não necessariamente 
afeta comunicação entre outras máquinas (possibilidade de 
descentralização da comunicação).
- Idéia do final dos anos 70/ início 80: rede única para toda a 
fábrica.
- Idéia atual: não existe uma rede única que atende as 
necessidades de todas as atividades existentes em uma fábrica. 
Os Níveis Hierárquicos de Integração Fabril
Administração
Corporativa
Planejamento
(Factory)
Área
(Shop)
Célula
(Cell)
Subsistema
(Subsystem)
Componente
(Component) S A S A S A S A
CAD, CAE, CAP,
CAPP, CAQ, etc...
FMS
FMC
Torno, Manipulador,
Centro de Usinagem,
etc...
Motores, Chaves,
Relés, etc...
SISTEMA DE
COMUNICAÇÃO
Enterprise-
network
(MAP, TOP)
Fieldbus, MAP-
EPA, Mini-MAP
RTLAN
Características da comunicação em CIM
Vida útil e
tamanho
médio dos
dados
Tráfego
médio
Quadros /
seg.
Tempo
ocioso entre
transmissões
Número
de
estações /
segmento
Administração Corporativa 
Planejamento
Área
Célula
Unidade (subsistema)
Componente
Custo
médio
de uma
estação
Hostilidade
do meio
Motivação das Redes Industriais
- Na década de 80, maioria das redes de comunicação existentes
concebidas para automação de escritórios.
- Ambiente industrial tem características e necessidades que tornam
redes para automação de escritórios mal adaptadas:
- ambiente hostil para operação dos equipamentos
(perturbações eletromagnéticas, elevadas temperaturas,
sujeira, áreas de segurança intrínseca, etc.);
- troca de informações se dá entre equipamentos e, as vezes,
entre um operador e o equipamento;
- tempos de resposta críticos;
- segurança dos dados crítica;
- grande quantidade de equipamentos pode estar conectada na
rede => custo de interconexão crítico.
Características e requisitos básicos
das redes industriais
• Comportamento temporal
• Confiabilidade
• Requisitos do meio ambiente
• tipo de mensagens e volume de
informações
• Conectividade/interoperabilidade
(padronização)
a) Comportamento temporal
- Aplicações Industriais freqüentemente requerem sistemas de 
controle e supervisão com características de Tempo-Real.
- Em aplicações tempo real, importante poder determinar 
comportamento temporal do sistema de comunicação.
- Mensagens em STR podem ter restrições temporais:
– Periódicas: tem que ser enviadas em intervalosconhecidos e 
fixos de tempo. Ex.: mensagens ligadas a malhas de 
controle.
– Esporádicas: mensagens sem período fixo, mas que tem 
intervalo de tempo mínimo entre duas emissões 
consecutivas. Ex.: pedidos de status, pedidos de emissão de 
relatórios.
– Aperiódicas: tem que ser enviadas a qualquer momento, sem 
período nem previsão. Ex.: alarmes em caso de falhas. 
Sistemas Tempo-Real
• Um STR é um sistema computacional que deve reagir a 
estímulos (físicos ou lógicos) oriundos do ambiente dentro de 
intervalos de tempo impostos pelo próprio ambiente.
• A correção não depende somente dos resultados lógicos obtidos, 
mas também do instante no qual são produzidos. 
Sistema
a
Controlar
(Ambiente)
Sistema 
de
Controle
SENSOR
ATUADOR
INTERFACE
estímulo
resposta
Arquitetura para Sistemas Tempo-Real
A Problemática da Comunicação em Tempo-Real
M1
DL = 10
End. 01
M2
DL = 15
End. 02
M3
DL = 50
End. 03
M4
DL = 25
End. 04
M5
DL = 5
End. 05
• Mensagens pendentes em cada estação devem ser entregues a 
seu destino antes de um prazo limite (deadline) associado.
 
Comunicação em Tempo-Real
• Problema de comunicação tempo real:
– Queremos garantir que todas as mensagens sejam entregues antes
de seu deadline
– Como atribuir prioridades:
» priorizar mensagens individuais ou estações?
– Como escalonar uso do meio (recurso compartilhado)?
– Como verificar se escalonamento está correto?
– Escalonar com base em eventos (event trigger) ou no tempo (time
trigger)?
– como definir concessão do direito de acesso ao meio entre estações
diferentes de forma e respeitar prioridades ?
• Protocolo MAC deve atender mensagens periódicas com a
maior eficiência possível, respeitando seus deadlines.
• Protocolo MAC precisa garantir rápido acesso ao
barramento para mensagens esporádicas de alta prioridade.
• MAC deve ter comportamento determinista e, idealmente,
permitir escalonamento ótimo global de mensagens.
• LLC (Controle Lógico de Enlace) deve escalonar
mensagens locais pendentes por deadline ou prioridade
associada.
Comunicação em Tempo-Real
Arquitetura de rede para CTR 
Camada de Aplicação
Controle Lógico de enlace (LLC) 
Controle de Acesso ao Meio (MAC)
Camada Física
AP APSoftware
Aplicativo
1
2
7
Serviços de enlace para CTR
Serviços sem conexão:
• SEND (receptor, mensagem, requisitos TR);
• mensagem = RECEIVE (emissor);
Serviços com conexão:
• rtcid = CONNECT(receptor, requisitos TR);
• SEND (rtcid, mensagem);
• mensagem = RECEIVE (rtcid);
• DISCONNECT(rtcid);
Classificação dos Protocolos MAC
• Alocação fixa: alocam o meio às estações por determinados intervalos de 
tempo, independentemente de haver ou não necessidade de acesso (ex.: 
TDMA = Time Division Multiple Access);
• Alocação aleatória: permitem acesso aleatório das estações ao meio (ex.: 
CSMA = Carrier Sense Multiple Access). Em caso de envio simultâneo por 
mais de uma estação, ocorre uma colisão e as estações envolvidas tem que 
transmitir suas mensagens após a resolução do conflito resultante 
(protocolos de contenção);
• Alocação controlada: cada estação tem direito de acesso apenas quando de 
posse de uma permissão, que é entregue às estações segundo alguma 
seqüência predefinida (ex.: Token-Passing, Master-Slaves);
• Alocação por reserva: para poder usar o meio, as estações tem que reservar 
banda com antecedência, enviando pedidos a uma estação controladora 
durante um intervalo de tempo pré-destinado e este fim (ex.: CRMA = 
Cyclic Reservation Multiple Access);
• Híbridos: consistem de 2 ou mais das categorias anteriores.
 
Classificação dos Protocolos MAC
• Classificação com relação ao comportamento 
temporal:
– protocolos deterministas: caracterizados pela 
possibilidade de definir um tempo limite para a 
entrega de uma dada mensagem (mesmo que 
somente em pior caso);
– protocolos não deterministas: tempo de entrega 
não determinável (aleatório ou probabilístico).
 
Protocolos MAC não deterministas - CSMA
- CSMA: Carrier Sense Multiple Access = Acesso Múltiplo por Detecção de Portadora
- método não deterministico com controle distribuído
- variantes:
- CSMA não persistente:
- emissor escuta o meio
- se meio livre, transmite msg
- se meio ocupado, tenta retransmitir mais tarde
- CSMA 1-persistente:
- meio livre, transmite com probabilidade 1 (100%)
- meio ocupado, espera na escuta (persiste) até o canal ficar livre
- CSMA p-persistente:
- meio livre, transmite com probabilidade p ou atrasa a tx em um dado 
tempo com probabilidade (1-p); se canal ainda livre, repete 
procedimento; se ocupado, aguarda liberação e reinicia
- meio ocupado, aguarda liberação e reinicia
 
CSMA persistente e não persistente
• CSMA 1-persistente: faz melhor uso da banda, mas tem grande chance
de gerar colisões
• CSMA não persistente: faz pior uso da banda, mas tem menor
probabilidade de gerar colisões
• CSMA p-persistente (p<1): compromisso entre as soluções anteriores.
tempo
np
P-p
1-p
CSMA
- Todas as variantes: não impedem colisão => escuta só no início
- Estação receptora envia quadro de reconhecimento (ACK) a
emissora se msg Ok
- Em caso de colisão ou erro de tx: msg retransmitida após Time-
out no emissor
CSMA/CD (ETHERNET)
- CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection =
Acesso Múltiplo por Detecção de Portadora com Detecção de Colisão
- Método de acesso não determinístico com controle distribuído
- operação:
- emissor escuta meio
- Se meio livre, enviar primeiro byte do quadro
- emissor escuta meio durante sua tx e compara com byte enviado
- Se igual, não houve colisão => enviar resto da mensagem
- Se diferente, houve colisão => parar tx, esperar tempo randômico
e reiniciar operação (repetida no máximo 16x)
limite tempo de espera na i-esima colisão= 2i - 1 [time slots]
- Se tx bem sucedida (sem colisão), emissor espera ACK do
receptor
O protocolo CSMA/CD
- Inovação: escuta e envio podem estar ativos ao mesmo tempo!
emissor
emissor
receptor
emissor
O protocolo CSMA/CD
• Métodos de acesso CSMA convencionais:
– Simplicidade;
– Autonomia das estações;
– tempo de reação não pode ser exatamente determinado (não
determinismo).
• Tempo de espera é randomizado segundo algoritmo
BEB (Binary Exponential Backoff)
Randomização de tempo no CSMA/CD
(Binary Exponential Backoff)
start
Station
Ready ?
New
Frame ?
Ether
Silent ?
transmit
Collision ?
nc = nc+1
limit = 2nc-1
Wait=random [0,limit]
nc = 0
no
no
no
yes
CSMA/CD
Probabilidade 
de colisão
Tráfego x número 
estações
CSMA/CD
- Desempenho muito melhor que CSMA, pois:
• não perde tempo enviando dados após colisão
• ocorrência da colisão detectada logo no início da tx
- Razões do não-determinismo:
• não se sabe se haverão colisões
• não se sabe quantas colisões seguidas podem ocorrer
• não se conhece de antemão tempo aleatório de espera em 
caso de colisão
- Esta característica torna protocolos CSMA e CSMA/CD ruins 
para aplicações com restrições de tempo de resposta (sistemas 
tempo real), muito comuns na automação de chão de fábrica.
 
Protocolos MAC Deterministas
- Métodos de acesso deterministas: tem tempo de 
resposta limitado e determinável (ao menos em 
pior caso).
- Podem ser classificados em:
- métodos com comando centralizado (ex.: 
Mestre-Escravos, árbitro de barramento)
- métodos com comando distribuído (ex.: 
Token-Passing, variantes deterministas do 
CSMA).
- 
Comando Centralizado: Mestre-escravos
escravo escravo escravo escravo
Comando Distribuído: Token-bus
receptor
emissorficha
Comando Distribuído:Token-Ring
Estação
Interface
p/ anel
anel unidirecional
TAP
Token
Comando Distribuído: Forcing Headers
- Variante determinista de CSMA (CSMA/NBA = CSMA with 
Nondestructive Bitwise Arbitration – usado em CAN).
- Estações enviam bit a bit um identificador da mensagem, que 
define prioridade da mesma.
- Cada mensagem tem que ter prioridade diferente das demais.
- Se todos os bits do identificador são 0, prioridade máxima.
- Camada física executa AND sobre cada bit enviado ao 
barramento (CD ativada ao enviar um 1 e desativado ao enviar 
um 0).
- Transmissão interrompida quando um 1 é enviado e ocorrer 
colisão (0 é lido).
- Se identificador transmitido até o fim sem colisão, resto da 
mensagem é enviado.
 
Comando Distribuído: Forcing Headers
100 dados
000 dados 001 dados 010 dados 011 dados
Frame a enviar
Nó 4
Nó 0 Nó 1 Nó 2 Nó 3
Header do frame
Comando Distribuído: Forcing Headers
• Para evitar monopólio do meio por nó gerador de 
mensagem de alta prioridade, espaço entre quadros 
preenchido por campo de bits em 1 inserido no final de 
cada quadro.
• O barramento só é considerado livre para o mesmo nó 
enviar nova mensagem após ter detectado que o espaço 
interframes não foi interrompido por um bit em 0.
• Estação possuidora da mensagem de alta prioridade terá 
que esperar ao menos o envio de uma mensagem de 
prioridade menor para tomar o barramento para si 
novamente.
 
Comando Distribuído: Comprimento de Preâmbulo
- Variante determinista de CSMA/CD
- A cada mensagem é associado um preâmbulo com 
comprimento diferente, que é transmitido com CD 
desativada.
- Após término de envio do preâmbulo, CD reativada
- Se há colisão, existe outra mensagem mais 
prioritária sendo enviada e estação fica a espera de 
meio livre.
 
Comando Distribuído: Comprimento de Preâmbulo
Frame a enviar
Nó 4
Nó 0 Nó 1 Nó 2 Nó 3
Preambulo do frame
Comando Distribuído: Comprimento de Preâmbulo
Mensagem do nó 4
Mensagem do nó 3
Mensagem do nó 2
Mensagem do nó 1
Mensagem do nó 0
Instantes de inicio de detecção de colisão em cada estação
Comando Distribuído: CSMA/DCR
- CSMA with Deterministic Collision Resolution
- determinismo garantido através de busca em árvore binária balanceada
- prioridades são atribuídas a cada estação => “Índices”
- cada estação deve conhecer:
- status do barramento:
- livre
- ocupado com transmissão
- ocupado com colisão
- seu próprio índice
- número total de índices consecutivos alocados às fontes (Q)
- tamanho da árvore binária q = menor potência de 2 maior ou igual a Q 
(ex.: Q = 12, q = 16)
 
CSMA/DCR
- operação como CSMA/CD até colisão
- em caso de colisão, iniciado período de resolução por busca em árvore
binária => “época”
- estações envolvidas se auto-classificam em dois grupos: Winners
(W) ou Losers (L):
- W = índices entre [0,q/2[
- L = índices entre [q/2, q]
- estações do grupo W tentam nova transmissão
- se nova colisão, nova divisão em grupos:
- W = [0,q/4[
- L = [q/4, q/2]
CSMA/DCR
- se não ocorrer nova colisão (só sobrou uma estação no grupo W),
estação transmite seu frame de dados
- estações do grupo L desistem e aguardam término de transmissão
bem sucedida de outro nó seguida de meio livre
- se grupo W vazio, busca revertida => nova subdivisão de nós a
partir do último grupo L:
- W = [q/2, 3q/4[
- L = [3q/4, q]
- Época encerrada quando todas as estações envolvidas na colisão 
original conseguiram transmitir seus dados
- tempo de duração de uma época pode ser calculado => determinismo !
- seqüência de concessão de direito de acesso ao meio = seqüência de 
índices crescentes => nós mais prioritários transmitem primeiro !
 
CSMA/DCR - Exemplo
- 6 estações de uma rede com 16 fontes enviam frames simultaneamente
- Índices de cada estação conforme figura acima
- Q = 16
- q = 16 (24)
- altura da árvore binária = log2 16 = 4
 
Índice 2 Índice 3 Índice 5
Índice 12 Índice 15Índice 14
CSMA/DCR - Exemplo
[0,15]
[0,7]
[0,3] [4,7]
[8,15]
[8,11] [12,15]
[0,1] [2,3] [4,5] [6,7] [8,9] [10,11] [12,13] [14,15]
3
1
2
4 5
6
7 8
9
10
11 12
13
14 15
Árvore binária balanceada completa para Q = 16
12 C
14,15
W= 14 
L=15
CSMA/DCR - Exemplo
0 C
2,3,5,12,14,15
W= 2,3,5
L=12,14,15
1 C
2,3,5
W= 2,3
L=5
2 C
2,3
W= 
L=2,3
3 V 4 C2,3
W=2 
L=3
5 T
2
6 T
3
7 T
5
8 C
12,14,15
W= 
L=12,14,15
9 V 10 C12,14,15
W= 12 
L=14,15
11 T
12
13 T
14
14 T
15
Evolução do algoritmo
CSMA/DCR
- O tempo até o inicio da transmissão da fonte com índice 5 será:
- 4 colisões + 1 vazio = 5. slot-time
- 2 transmissões = 2.(tamanho quadro em slot-times)
- Assumindo que cada quadro tem um tamanho fixo de 6 slot-times e considerando 1
slot-time como 40 microssegundos, o tempo para início da transmissão da
mensagem da fonte com índice 5 seria:
- Tinicio 5 = 5.40 + 2.6.40 = 680 microssegundos (não é ainda pior caso)
- O tempo de duração total da época será:
- 7 colisões = 7.slot-time
- 2 vazios = 2. slot-time
- 6 transmissões = 6 .(tamanho do quadro em slot-times)
- Assumindo 1 slot-time = 40 microssegundos:
- T época = 7.40 + 2.40 + 6.6.40 = 1800 microssegundos = 1.8 ms
CSMA/DCR
- Cálculo do tempo de pior caso pode ser formalizado como
segue...
- Seja:
− ϕ (v) = número de ramos da árvore binária percorridos por 
uma mensagem proveniente de um nó com índice v
- q = menor potência de 2 maior ou igual ao maior índice
disponível
− σ (v) = número de potências de 2 contidas em v
- s = 1 slot-time (2 vezes o tempo de propagação do sinal na
rede)
− μ = tempo máximo de transmissão da uma mensagem no 
meio físico (depende do comprimento da mensagem em 
bits e da taxa de transmissão)
CSMA/DCR
- Para uma mensagem participando de uma dada época, temos que:
− ϕ (v) = log2 q + v - σ(v)
- Tespera (v) = ϕ (v).s + v.μ
- Para o exemplo anterior, tomando uma mensagem da estação com
índice 5, temos:
- q =16
- v =5
− σ (5) = 2 (5 = 22+20)
− ϕ (5) = log2 16 + 5 - 2 = 7
- T espera (5) = 7.s + 5.μ
- Assumindo s = 40 microssegundos e μ = 6.s = 240 microssegundos, 
obteremos para o pior caso de tempo de espera da mensagem da fonte 
com índice 5 o valor de 1480 microssegundos.
 
- O tempo de duração da época, no pior caso, é dado por:
T época = ϕ (q-1).s + Q.μ
- Para uma mensagem que chega a fila de emissão de uma fonte com
índice v em um instante qualquer, o pior caso de tempo de espera é
maior, pois a nova mensagem pode chegar na fila imediatamente após
o inicio de uma época, da qual ela ainda não faz parte.
- Neste caso, o pior caso do tempo de espera será dado por:
T max espera (v) = T época + ϕ (v).s + v.μ
CSMA/DCR
Abordagens Para CTR
Abordagem
Atribuição de Prio-
ridades com teste de
escalonabilidade
Off-line (em tempo
de projeto)
Circuito Virtual TR
com escalonamento
On-line de
mensagens
Reserva com
escalonamento
global
Requistos
MAC com resolução
de prioridades
MAC com tempo de
acesso ao meio
limitado
Requer cópias locais
de todas as filas de
mensagens,
difundidas em “slots
times” de reserva
Ex.de Protocolos
Token-Ring c/Pr.
Dif. atrasos
Comp. Preâmbulo
Forcing Headers
(CSMA/CA)
TDMA
Token-Passing
Waiting Room
CSMA/DCR
PODA
b) Confiabilidade
- Em aplicações industriais, erro de 1 bit pode ter conseqüências 
desastrosas => dispositivos ON/OFF.
- Para aumentar confiabilidade, enlace usa teste cíclico de 
redundância (CRC - Cyclic Redundancy Check) sobre quadros 
(técnica polinomial).
- Em sistemas que necessitem de uma operação contínua, pode 
ser utilizado um meio de transmissão eestações redundantes.
- Recomenda-se usar cabos blindados em ambientes com fortes 
campos magnéticos.
- Uso crescente de fibra ótica. 
c) Requisitos do Meio Ambiente
- Perturbações eletromagnéticas requerem escolha adequada do meio
de transmissão.
- Fonte: acionamentos de motores elétricos de grande porte, fontes
chaveadas, estações de solda, conversores estáticos, etc.
Par trançado (assíncrono)
Par trançado (síncrono)
Cabo coaxial
Fibra Ótica Custos
Sensibili-
dade à
pertur-
Taxa
de
transmissão
Distância
bações
Suportes de Transmissão
- Com guia físico
- Cabos elétricos
- Par trançado
- Cabo coaxial
- Fibra ótica
- Sem guia físico:
- Ondas de rádio
- Ondas de luz (laser, infravermelho) 
Par Trançado (Twisted Pair)
- forma mais barata e clássica de conexão
- cabo composto de “n” pares de fios de cobre 
isolados e arranjados de forma helicoidal
- Efeito do arranjo helicoidal => reduzir induções 
eletromagnéticas parasitas => fios paralelos 
formam antena !
- Categoria 3: telefone, LAN
- Categoria 5: isolamento teflon, LAN
- Usados com HUBs, Switchers 
Par Trançado (Twisted Pair)
- Servem para transmissão analógica e digital
- Usados na rede telefônica e em LANs
- Taxas de transmissão de dezenas de Kbps até ~100 Mbps 
(distâncias pequenas)
- Banda passante depende de:
- diâmetro fios
- pureza cobre
- isoladores
- comprimento do cabo
 
Par Trançado (Twisted Pair)
Conector RJ45
UTP
Par Trançado Blindado (STP)
Cabos Coaxiais
•2 tipos mais usados: impedância de 50 Ohms (sinais digitais,
baseband versões thin e thick) e 75 Ohms (sinais analógicos,
broadband)
•Constituídos de 2 condutores concêntricos separados por
isolante
Capa 
protetora
Trança 
metálica
Capa 
isolante
Alma de cobre
Cabos Coaxiais
- Possuem melhores características elétricas do que par trançado => 
menos sensíveis a interferências eletromagnéticas
- Usados para distâncias de até 1Km => taxas de transmissão de 1 a 
2 Gbps em banda base possíveis
- Usados para distâncias maiores (100Km) se usada transmissão 
analógica (broadband com modulação ASK, FSK ou PSK)
- Muito usados para transmissão em banda larga => vários canais 
simultâneos de comunicação em faixas de freqüência diferentes
- Requerem terminadores => impedâncias terminais para impedir 
ressonâncias na rede
 
Cabos Coaxiais
Cabo com conectores BNC (British
Naval Connector ou Bayonet Neil 
Concelman ou Bayonet Nut Connector)
Fibras Óticas
- Sinais binários transmitidos como impulsos luminosos:
- lógico 1 => presença de luz
- lógico 0 => ausência de luz
- Pode transmitir sinais com taxas de vários Gbps (109 bps) a 
distâncias de até 100Km sem repetidores.
- Imune a perturbações eletromagnéticas => fóton sem carga 
elétrica
- Fibra => fio de silício (núcleo) com capa externa para retenção 
de luz
 
Fibras Óticas
E
i
R
fibra
i
- sistema de transmissão composto de 3 elementos:
- Fibra: transmite sinal ótico
- Emissor: converte sinal elétrico em ótico (LED ou diodo Laser)
- Receptor: converte sinal ótico em elétrico (Fotodiodo ou
Fototransistor)
Fibras Óticas
- Princípio de transmissão na fibra:
- ângulo de incidência grande => reflexão e refração
- ângulo de incidência pequeno => reflexão total
α1
β1
α2
β2
α3
β3
Silício 
Ar
fonte de 
luz 
multimodo monomodo
Fibras Óticas
• Fibra multimodo com índice degrau: núcleo constituído de um único
tipo de material (plástico, vidro) e tem índice de refração constante. Os
raios de luz refletem no cladding em vários ângulos, resultando em
comprimentos de caminhos diferentes para o sinal. Isto causa o
espalhamento do sinal ao longo da fibra e limita a largura de banda do
cabo. Este fenômeno é chamado dispersão modal. A atenuação é elevada
(maior que 5 dB/km), fazendo com que essas fibras sejam utilizadas em
transmissão de dados em curtas distâncias (até 2 km).
Fibras Óticas
• Fibra multimodo com índice gradual: a interface núcleo/cladding é
alterada para proporcionar índices de refração diferentes dentro do núcleo e
do cladding. Os raios que viajam na direção do cabo tem um índice de
refração menor e são propagados mais rapidamente. O objetivo é ter todos
os modos do sinal à mesma velocidade no cabo, de maneira a reduzir a
dispersão modal. Essa fibra pode ter larguras de banda de até 500 Mhz.km.
O núcleo tem, tipicamente, entre 125 e 50 μm e a atenuação é baixa (3
dB/km), sendo por esse motivo empregada em telecomunicações.
Fibras Óticas
• Fibras monomodo: O núcleo de 8 µm de diâmetro e o índice
núcleo/cladding permite que apenas um modo seja propagado através da
fibra, diminuindo a dispersão do pulso luminoso. A emissão de sinais
monomodo só é possível com laser, podendo atingir taxas de transmissão
na ordem de 100 GHz.km, com atenuação entre 0,2 dB/km e 0,7 dB/km.
Contudo, o equipamento como um todo é mais caro que o dos sistemas
multimodo. Essa fibra possui grande expressão em sistemas telefônicos.
Fibras Óticas
Feixe de fibras óticas Conectores ST para fibra ótica
Cabo multimodo 
62.5/125 micrometros
Fibras Óticas
- Muito usadas em WAN, MAN e CAN
- Uso crescente em LAN, com topologia ponto-a-ponto => difícil 
realizar derivações (bifurcações) em T para barramento
- Técnicas de realização de derivações:
- derivação passiva: usa princípios óticos (p.ex. prismas) => 
problemas de perda de intensidade luminosa
- derivação ativa: converte sinal ótico para elétrico 
nos pontos de derivação => aumenta custo, requer 
alimentação, perde velocidade e introduz pontos sensíveis à 
perturbações eletromagnéticas
- Muito usadas com HUBs e Switchers
 
Transmissão Sem Guia Físico
- Sistemas com guia físico implicam na construção de 
canalização ou postes para condutores => caro para grandes 
distâncias
- Técnicas com emissor e receptor de luz direcionados:
- Laser
- Infravermelho
- Bom para distâncias médias
- Técnicas com sinal de rádio:
- antena / antena => distâncias médias ou grandes
- antena / satélite / antena => distâncias muito grandes
 
Transmissão Sem Guia Físico
Sinais de Rádio:
Vantagens:
- Flexibilidade
- Interconexão completa
- Estações móveis
Desvantagens:
- Problema de autenticação
- Privacidade
- Dependência de regulamentação 
pública
 
Limitações / compromissos:
- Banda passante
- área de cobertura
- interferências
- regulamentações
- custos
Meio de Transmissão
Meio Sinalização Bitrate (max.) Distancia*
(p. Bitrate max.)
Par trançado Digital 10Mbps (CAT-3)
16Mbps (CAT-4)
100Mbps (CAT-5)
300 Mbps (STP)
100m
100m
100m
100m
Cabo coaxial Digital
Analógica
2 Gbps
3 Mbps
1 Km
100 Km
Fibra ótica Digital 1 Gbps
1 Tbps
100 Km
1 Km
Rádio VLF, LF, MF
Microwave
50 Mbps (telecom.)
50 Kbps (celular)
54 Mbps (rede) 
1000 Km
50 Km
100 m
* Sem repetidores
Meios de Transmissão
- Cabo coaxial:
- Boas características elétricas, porém caro.
- Requer impedâncias terminais.
- Conectores BNC fáceis de abrir.
- Par trançado:
- Usualmente usado com HUB/Switcher
- Atualmente solução mais usada para chão fábrica.
- UTP (Unshielded Twisted Pair) CAT-5 / STP (Shielded Twisted Pair).
- Fibra ótica:
- Ótimo para rejeitar perturbações eletromagnéticas.
- Dificuldade de realizar topologia em barramento (bus). Mais usado em topologias 
ponto a ponto: anel, estrela, árvore. Emulação de bus com HUB ou Switcher.
 
Áreas de Risco (Segurança Intrínseca)
• Sujeitas a incêndio, explosão
• Presença de líquidos ou gases inflamáveis/explosivos
• Não pode haver faiscamento
• Freqüência de sinais elétricos limitada
• Modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept):desenvolvido na Alemanha pelo PTB
(Physikalisch Technische Bundesanstalt) e 
reconhecido mundialmente como modelo básico para 
operação de redes em áreas de risco de explosão ou 
incêndio.
 
Áreas de Risco (Segurança Intrínseca)
• Princípios de transmissão segundo modelo FISCO:
– Cada segmento possui uma única fonte de alimentação.
– Não se alimenta o barramento enquanto uma estação está 
enviando.
– Cada dispositivo de campo consome uma corrente constante 
em steady-state de pelo menos 10 mA, que alimenta o 
dispositivo.
– Os dispositivos de campo funcionam como uma carga 
passiva de corrente.
– Existe uma terminação passiva em ambos os extremos da 
rede.
– Topologias permitidas: linear, em árvore e em estrela.
 
Áreas de Risco (Segurança Intrínseca)
• Norma IEC 1158-2 para camada física:
– Transmissão de dados: digital, bit - síncrona, Manchester
– Taxa de transmissão: 31,25 kbit/s, modo voltagem
– Cabo: STP com 2 fios
– Alimentação remota: opcional, via linhas de dados
– Classes de proteção contra explosão: Intrinsically safe
(EEx ia/ib) e encapsulation (EEx d/m/p/q)
– Topologias: linha e árvore ou uma combinação
– Numero de estações: até 32 estações por segmento,
máximo de 126 com 4 repeaters
d) Tipo de mensagens
• Níveis hierárquicos superiores da fábrica:
¾ mensagens grandes (KByte)
¾ podem ter tempos de transmissão longos
¾ longos intervalos entre transmissões (meio ocioso)
• Níveis hierárquicos mais próximos ao processo:
¾ mensagens curtas, tais como:
9 ligar ou desligar uma unidade ON/OFF -> 1 bit
9 fazer leitura de um sensor / medidor -> 8 Bytes 
9 alterar o estado de um atuador -> 8 Bytes 
9 verificar o estado de uma chave ou relê - > 1 bit 
¾ Taxa de ocupação do barramento elevada (grande número de
quadros pequenos transmitidos).
d) Tipo de mensagens
• Requisitos:
- Taxa de transmissão de dados na camada física não precisa ser 
muito elevada
- Mais importante ter tempo de entrega conhecido do que taxa de 
transmissão muito alta
- Desejável protocolo MAC que não permita colisões
- Na especificação do protocolo de enlace, é desejável que o 
frame seja pequeno (envelope grande para carta pequena não é 
eficiente!). Por exemplo:
¾Frame Ethernet pode ter até 1500 Bytes de dados, mais 14 
Bytes de outros campos
¾Frame CAN pode ter até 8 Bytes de dados, mais 8 Bytes de 
outros campos
 
e) Conectividade / interoperabilidade
(padronização)
• Identificou-se na década de 80 necessidade de uma especificação 
de redes locais para aplicações industriais diferente daquela 
adotada em automação de escritório.
• Surgiram diversas redes proprietárias para ambiente fabril, mas 
não permitem a interligação de equipamentos de outros 
fabricantes.
• Maior entrave à conectividade e interoperabilidade: não 
padronização das interfaces e protocolos de comunicação.
• Grandes esforços tem sido despendidos para solucionar estes 
problemas => Projetos de Padronização.
 
Projetos de Padronização
de redes industriais
• Iniciativas mais importantes de padronização para 
redes industriais:
- Projeto PROWAY
- Projeto IEEE 802
- Projeto MAP (MAP/EPA e MINI-MAP)
- Projeto TOP 
- Projeto FIELDBUS
 
Projeto PROWAY
- Proposta PROWAY (Process Data Highway) iniciada em 1975 pela IEC
(International Electrotechnical Commission) para a normalização de
redes de comunicação para controle de processos.
- Proway passou pelas fases A, B e C.
- Proway A e B utilizavam o protocolo HDLC da ISO na camada de
enlace, com acesso ao meio tipo Mestre / Escravos.
- Proway C adotou a técnica de Token-Passing.
- Arquitetura composta de 4 camadas do modelo OSI:
- "Line" (camada física),
- "Highway" (camada de enlace),
- "Network" (camada de rede) e
- "Application" (camada de aplicação)
Projeto IEEE 802 (ISO/IEC 8802)
- IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) iniciou em
1980 o projeto 802, que definiu normas para as camadas Física e
Enlace do modelo de referência OSI.
- Camada de Enlace subdividida em duas subcamadas:
- LLC (Logical Link Control): montagem dos quadros, controle
de erros, controle de fluxo, estabelecimento de conexões,
serviços às camadas acima;
- MAC (Medium Access Control): Controle de acesso ao meio.
- Proposta IEEE virou norma internacional: ISO/IEC 8802.
IEEE 802 (ISO/IEC 8802)
• IEEE 802.1: serviços de gerenciamento de redes e 
generalidades;
• IEEE 802.2: sub-camada LLC da camada de Enlace. Norma 
prevê três tipos de serviços:
• LLC tipo 1 (Sem Conexão e Sem Reconhecimento): não é 
feito controle de erros nem de fluxo e o receptor das 
mensagens não envia um quadro de reconhecimento ao 
emissor;
• LLC tipo 2 (Com Conexão): antes de trocar dados, estações 
estabelecem uma conexão entre si. É feito controle de erros e 
de fluxo e a entidade receptora envia um quadro de 
reconhecimento para cada mensagem recebida;
• LLC tipo 3 (Sem Conexão mas com Reconhecimento): 
comunicação sem conexão, mas é realizado controle de fluxo 
e de erros e o receptor envia um quadro de reconhecimento 
ao emissor para cada mensagem recebida.
 
IEEE 802 (ISO/IEC 8802)
• IEEE 802.3 : descrição da sub-camada MAC e camada Física 
para redes com topologia em barramento e método de acesso ao 
meio baseado em CSMA/CD;
• IEEE 802.4 : descrição da sub-camada MAC e camada Física 
para as redes com topologia em barramento e método de acesso 
ao meio baseado em "token-passing" (Token-Bus);
• IEEE 802.5 : descrição da sub-camada MAC e camada Física 
para as redes com topologia em anel e método de acesso ao meio 
baseado em "token-passing" (Token-Ring);
• IEEE 802.6 : descrição da sub-camada MAC e camada Física 
para as redes metropolitanas com DQDB (Distributed Queue 
Dual Bus, barramento dual com filas distribuídas);
• IEEE 802.7 : contém recomendações do IEEE para LANs 
usando Broadband. Na versão da ISO/IEC, define uma 
subcamada MAC com slotted ring e a camada física 
correspondente;
 
IEEE 802 (ISO/IEC 8802)
• IEEE 802.8 : o IEEE criou o “Fibre optic technical advisory 
group”, cuja meta era propor um padrão de LAN usando fibra 
ótica como meio físico em redes com token passing, como 
FDDI (Fiber Distributed Data Interface);
• IEEE 802.9 : IS (Integrated Services) para integrar LANs 
com RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados, ISDN em 
inglês) e FDDI;
• IEEE 802.10 : aborda questões de segurança na interoperação 
de LANs e MANs (atualmente define o padrão SDE, Secure 
Data Exchange);
• IEEE 802.11 : padroniza LANs com MAC sem fio (Wireless) 
e a camada física correspondente (transceivers de rádio);
• IEEE 802.12 : método de acesso com demanda priorizada 
(DPA, Demand Priority Access) e camada física 
correspondente.
 
IEEE 802 (ISO/IEC 8802)
• Mais recentemente foram acrescentados
ainda:
– IEEE 802.15: trata de Wireless Personal Area Networks
(como Bluetooth);
– IEEE 802.16: aborda Wireless Metropolitan Area Networks;
– IEEE 802.17: padrão para Resilient Packet Ring;
– IEEE 802.18: comitê de padrões LAN/MAN.
IEEE 802 (ISO/IEC 8802)
IEEE 802.1 - Aspectos Gerais e Gerenciamento de Rede
IEEE 802.2 - Camada de Enlace
Tipo 1 - sem conexão
Tipo 2 - com conexão
Tipo 3 - com reconhecimento
Sub-Camada LLC
(Logical Link Control)
IEEE 802.3
CSMA/CD
(MAC)
IEEE 802.4
Token Bus
(MAC)
IEEE 802.5
Token Ring
(MAC)
IEEE 802.11
MACA
(MAC)
Banda
Larga
(PHY)
Banda
Base
(PHY) (PHY)
Banda
Larga
(PHY)
Banda
Base
(PHY)
A norma IEEE 802.3 (CSMA/CD)
- Origem: rede Ethernet (Xerox, 1976), criada por Robert Metcalf.
- Ethernet original: protocolo CSMA/CD, cabo coaxial de 1000 
metros de comprimento, taxa de transmissão de 3 Mbps, até 100 
estações conectadas.
- Xerox, DEC e Intel definiram um padrão"de fato" para uma rede 
Ethernet, com taxa de transmissão de 10 Mbps.
- IEEE 802.3 (1985) define família de protocolos CSMA/CD 1-
persistentes, para diferentes meios de transmissão, com taxas de 
transmissão originalmente de 1 a 10 Mbps (depois ampliada para 
100Mbps, 1Gbps e agora 10Gbps).
- Parâmetros iniciais da norma: canal de 10 Mbps em banda base, 
cabo coaxial de 50 ohms, comprimento máximo 500 m.
 
Quadro IEEE 802.3
- Preâmbulo de 7 bytes (seqüência 10101010).
- Delimitador de Início de Quadro (seqüência 10101011).
- Endereços de Destino e de Origem, com formatos de 16 ou 48 bits. MSB 
define se endereço é individual (0) ou de grupo (1), permitindo multicast 
e broadcast.
- Tamanho do Campo de Dados, em bytes (max. 1500 bytes).
- FCS: palavra de 32 bits, para o controle de erros por CRC.
- Se quadro total menor que 64 Bytes, o quadro deve ser completado 
através do campo PAD (padding = enchimento, estofamento).
 
PREÂMBULO DEST FONTE DADOS PAD FCS
7 1 2-6 2-6 2 0-1500 46 4
DELIMITADOR
DE QUADRO
COMPRIMENTO
DOS DADOS
bytes
IEEE 802.3 - Arquitetura
Enlace
Física
LLC (Logical Link Control)
MAC (Medium Access Control)
PLS (Physical Layer Signaling)
AUI (Attachment Unit Interface)
MAU (Medium Attachment Unit)
MDI (Medium Dependent Interface)
IEEE 802.3 - Camada Física
• PLS (Physical Layer Signaling): interface entre o nível físico 
e a subcamada MAC. Fornece à MAC serviços de envio e 
recepção de bits e de detecção de colisão.
• AUI (Attachment Unit Interface): cabos tipo par trançado 
blindado que permitem conectar à rede estações localizadas a 
uma certa distância do meio de transmissão (até 50m). AUI 
interliga a placa de rede ao MAU.
• MAU (Medium Attachment Unit): dispositivo eletrônico que 
transmite, recebe e detecta a presença de sinais no meio e deve 
estar fisicamente muito próximo a este.
• MDI (Medium Dependent Interface): conector que faz 
conexão entre o MAU e o meio físico em si.
 
IEEE 802.3 - Camada Física
• A norma IEEE 802.3 define várias opções de meio físico e taxa
de transmissão, especificadas da forma:
<taxa em Mbps><técnica de sinalização><tamanho máximo do segmento * 100>
• Exemplo:
– 10BASE5: define uma camada física com taxa de 
transmissão de 10Mbps, técnica de sinalização em banda 
BASE (baseband) e comprimento máximo do cabo de 500 
metros.
 
IEEE 802.3 - Camada Física 10BASE5 (thicknet)
Placa de rede
Conector AUI
Cabo AUI
Conector de
pressão MDI
Cabo coaxial
grosso 50
Ohms
MAU
(Vampire tap)
IEEE 802.3 - Camada Física 10BASE2 (thinnet)
Placa de rede
Conector BNC
fêmea
Conector
BNC macho
Conector T
BNC
Cabo coaxial
fino 50 Ohms
Terminador BNC
macho 50 Ohms
IEEE 802.3 - Camada Física
• 10BROAD36: opera com taxa de transmissão de 10Mbps, 
técnica de sinalização em Banda Larga e um cabo de 3600 
metros.
• Especificações adicionais de MAU:
• 10BASE-T: define MAU para par trançado, usualmente 
empregada para conexão com repetidores multiporta (Hubs);
• 10BASE-F: MAU para fibra ótica
• 10BASE-FL: define MAU para fibra ótica, usada para 
conectar uma estação a um Hub;
• 10BASE-FB: define MAU para interligar repetidores 
entre si, usada em redes backbone;
• 10BASE-FP: define MAU para operar como estrela 
passiva.
 
IEEE802.3 – Camada Física 10BASE-T
Placa de rede
Plug RJ-45
Par Trançado
HUB
Lançada em 1987
IEEE802.3 – Camada Física 10BASE-FL
Placa de rede
Conector AUI
Cabo AUI
MAU
10BASE-FL
HUB 
10BASE-FL
R T
R T
Fibra ótica 
Max. 
2000m
IEEE802.3 – Camada Física 10BASE-FP
Placa de rede
Conector AUI
Cabo AUI
MAU
10BASE-FP
Estrela 
Passiva 
10BASE-FP
R T
R T
Fibra ótica 
Max. 
500m
IEEE802.3 – Camada Física 10BASE-FB
REPEATER 
10BASE-FB
R T
REPEATER 
10BASE-FB
R T
Fibra ótica
Max. 2000m
backbone
IEEE 802.3u – Fast Ethernet
• 3 versões com 100 Mbps, sempre com HUB:
– 100BASE-T4: usa 4 pares de cabos UTP categoria
3 (fio telefônico), com sinalização em 25MHz cada,
com até 100m até HUB, modo half-duplex.
– 100BASE-TX: usa 2 pares de cabos UTP categoria
5 (usa isolante de teflon), um para o HUB e outro
de retorno, até 100m até o HUB, modo full-duplex;
– 100BASE-FX: lançada em 1995, usa 2 fibras óticas
multimodo, uma em cada direção, distância de até 2
Km até HUB.
IEEE802.3 – Switched Ethernet
• Melhora de performance da ethernet pode ser obtida com fast
ethernet, porém requer novas placas de rede
• Outra solução: manter placas 10BASE-T e ligar a um switcher
(lançado em 1997)
LC switcher
Placas 
10BASE-T 
(hoje 
100BASE-TX)
IEEE802.3 – Switched Ethernet
• Ainda pode haver colisão no SW se mensagens tem 
mesmo destino
• Solução adotada hoje: alocar buffers para enfileirar 
mensagens que tem mesmo destino
• Cálculo de tempo ainda problemático se porta de saída 
sobrecarregada (overflow)
• Novos SW enviam pacote PAUSE para emissores se 
buffer de saída lotado
• Ok para pacotes unicast (só um destinatário)
• Ainda há problemas de não determinismo em pacotes de 
multicast e broadcast!
 
Gigabit Ethernet
• IEEE802.3z 1000BASE-F: lançada em 1998, opera a
1 Gbps, em banda base sobre fibra ótica com
concentrador.
• IEEE802.3ab 1000BASE-T: idem para par trançado.
• IEEE 802.3ae: em andamento, define uma rede de 10
Gbps.
A norma IEEE 802.4 (Token Bus)
- define topologia tipo barramento, com direito de transmissão 
transmitido por meio de ficha/bastão.
- Inicialização: passagem da ficha se dá segundo ordem 
descendente do valor do endereço físico das estações.
- Estação proprietária da ficha possui o direito exclusivo de 
transmissão sobre o barramento.
- Este direito pode ser exercido durante um certo período de 
tempo ("token retention time"), após o qual ela deve ceder a 
ficha para a próxima estação do "anel" lógico.
- Protocolo define mecanismo de prioridades de quatro níveis, 
referenciados por 0, 2, 4 e 6 (nível 0 tem a mais baixa prioridade 
e o nível 6 a mais alta prioridade). 
IEEE 802.4 – Inserção e Remoção de Nós
- Periodicamente, a estação com token consulta estações inativas para 
verificar se querem fazer parte do anel lógico (quadro “Solicit_Sucessor").
- Quadro indica endereço da estação emissora e o da estação seguinte no anel 
lógico. Apenas as estações cujos endereços estiverem entre os dois 
endereços podem candidatar-se à participação no anel lógico.
- Se houver mais de um candidato, haverá colisão, resolvida por um 
algoritmo de arbitragem executado pelo detentor do token (quadro 
“Resolve_Contention”).
- Se nenhuma estação apresenta interesse, a estação proprietária da ficha 
retoma a evolução normal do anel.
- Se só uma estação apresenta-se como candidata, ela passa a compor o anel 
lógico e torna-se a próxima destinatária da ficha.
- Se uma estação B situada entre duas estações A e C quer abandonar o anel 
lógico, ela envia à estação A um quadro indicando que a sucessora de A 
será a estação C (quadro “Set_Sucessor”).
 
Quadro IEEE 802.4
- Preâmbulo (sincronização a nível de bit);
- Delimitador de Início de Quadro;
- Controle de Quadro: quadros de dados ou de controle;
- Endereço Destino e Origem codificados em 16 ou 48 bits;
- campo de Dados (até 8182 bytes de comprimento);
- FCS: campo de Controle de erros por CRC;
- Delimitador de Fim de Quadro.
 
DEST FONTE DADOS FCS
1 2-6 2-6 0-8182 4
CONTROLE DE QUADRO
DELIMITADOR DE INÍCIO
bytes 11
PREÂMBULO
1
DELIMITADOR DE FIM
IEEE 802.4 – Opções de Camada Física
• Rede com canal único e modulação FSK (Frequency Shift 
Keying) fase contínua, com topologia em barra bidirecional, taxa 
de transmissão de 1Mbps;
• Rede com canalúnico e modulação FSK fase coerente, topologia 
em barra bidirecional, taxas de transmissão de 5Mbps ou 
10Mbps;
• Rede em banda larga, topologia em barra bidirecional com 
headend (central repetidora com conversor de freqüências do 
canal de recepção para o canal de envio), taxas de transmissão de 
1Mbps, 5Mbps ou 10Mbps;
• Rede utilizando fibra ótica, topologia lógica em barra (mas 
fisicamente em estrela, com um Hub como elemento central), 
requer um par de fibras para cada estação (uma para receber e 
outra para transmitir), taxas de transmissão de 5Mbps, 10Mbps 
ou 20Mbps.
 
A norma IEEE 802.5 (Token Ring)
- Rede em anel: conjunto de ligações ponto-a-ponto, em modo 
unidirecional.
- Cada nó do anel é equipado de um acoplador.
- Cada bit é copiado numa memória de espera do acoplador 
antes de ser retransmitido ao nó seguinte.
- Token fica circulando quando não existe transmissão de 
quadro.
- Quando uma estação quer emitir um quadro, ela deve adquirir
o token e substituí-lo pelo quadro a enviar.
- Como apenas uma ficha está circulando no anel, a emissão de 
um quadro é ação exclusiva de uma única estação.
 
IEEE 802.5
estação
anel
unidirecionalinterface
para anel
IEEE 802.5
IEEE 802.5
• Token-ring com wire center (hub) – parece topologia
em estrela (mas não é)!
Quadro IEEE 802.5
• Status do Quadro: composto de bits A (Ativo) e C (Copiado).
• Valores dos bits A e C:
- A = 0 e C = 0: o destinatário está inativo e quadro não foi
copiado;
- A = 1 e C = 0: o destinatário está ativo mas o quadro não foi
copiado;
- A = 1 e C = 1: o destinatário está ativo e o quadro foi copiado
(serve como acknowledge).
DEST FONTE DADOS FCS
1 2-6 2-6 ilimitado 4
CONTROLE DE QUADRO (FC)
CONTROLE DE ACESSO (AC)
1
DELIMITADOR DE INÍCIO (SD)
1
DELIMITADOR DE FIM (ED)
1
STATUS QUADRO (FS)
1
IEEE 802.5 - Camada Física
• Segmentos com par trançado blindado (STP):
– 4 ou 16Mbps
– até 250 repetidores no anel
• Segmentos com par trançado comum (UTP):
– 4Mbps
– até 250 repetidores no anel
• Bits codificados em Manchester diferencial.
IEEE 802.11 - Introdução
• Redes sem fio podem usar:
–Rádio
–Laser
– Infravermelho
• Boa alternativa para aplicações onde é 
difícil instalar cabos.
 
Introdução
• Emprego:
– computadores portáteis em um ambiente 
de rede local móvel;
– onde rompimento de um cabo pode 
paralisar todo o sistema;
– chão de fábrica: AGVs (Automatic Guided 
Vehicles), Robôs Autônomos Móveis e 
Sensores Inteligentes.
 
Introdução
• Em 1986 o FCC (Federal Communications 
Commission) autorizou utilização da 
tecnologia de transmissão em rádio freqüência 
"Spread Spectrum"
• Até então esta tecnologia era de uso exclusivo 
Militar.
• Foi desenvolvida para utilização em casos de 
Guerra por sua alta imunidade a interferências 
e por ser difícil de interceptar transmissão.
 
Arquitetura Wireless e o RM-OSI
Conceitos básicos
• Redes sem fio dividem a área coberta pela rede em 
células.
• Células são denominadas BSA (Basic Service Area).
• O tamanho da BSA (célula) depende das características 
do ambiente e da potência dos transmissores/receptores 
usados nas estações.
• O sinal emitido por uma estação com uma potência de 
100mW cobre uma área de 500 m2.
• Áreas maiores podem ser cobertas decompondo a rede 
em várias células. 
Conceitos básicos
• Em uma célula podemos identificar dois
tipos de dispositivos:
–Estação remota ou Cliente: é a unidade
móvel, onde o usuário se instala
–Ponto de acesso (AP): possui a função de
gerenciar o transporte de informação “das e
para as” estações remotas.
Conceitos básicos
• BSS (Basic Service Set) – representa um grupo de estações 
comunicando-se por radiodifusão ou infravermelho em uma BSA.
• Ponto de acesso (Access Point – AP) – são estações especiais 
responsáveis pela captura das transmissões realizadas pelas 
estações de sua BSA, destinadas a estações localizadas em outras 
BSAs, retransmitindo-as, usando um sistema de distribuição.
• Sistema de distribuição – representa uma infra-estrutura de 
comunicação que interliga múltiplas BSAs para permitir a 
construção de redes cobrindo áreas maiores que uma célula.
• ESA (Extend Service Area) – representa a interligação de vários 
BSAs pelo sistema de distribuição através dos APs.
• ESS (Extend Service Set) – representa um conjunto de estações 
formado pela união de vários BSSs conectados por um sistema de 
distribuição.
 
Conceitos básicos
Conceitos básicos
• Potência do sinal de rádio decai com o quadrado da
distância do emissor.
• Pode-se reutilizar a mesma freqüência de transmissão
para estações em BSAs diferentes, desde que estejam
suficientemente distantes.
• Para construir redes cobrindo áreas maiores, BSAs são
interligadas por um sistema de distribuição, que consiste
de uma rede usando meio físico convencional.
Conceitos básicos
Rede fixa
Wireless Clients
AP
Host ou Servidor
de Aplicações
Modos de operação
• Ad Hoc mode: rede sem infra-estrutura
onde estações se comunicam numa mesma
célula, sem necessidade dos APs.
• Infrastructure mode: quando existe um
AP coordenando a comunicação entre as
estações de uma célula.
Modos de operação
Serviços do Sistema de Distribuição (DSS)
• Associação: Antes da estação poder transmitir ou 
receber quadros, sua identidade e endereço devem ser 
conhecidos. Para tal, a estação deve estabelecer uma 
associação com o AP de uma BSS em particular.
• Reassociação: habilita uma associação estabelecida 
para ser transferida de um AP para outro, permitindo 
que a estação móvel possa se mover de uma BSS para 
outra (roaming);
• Dissociação: notificação oriunda do AP ou da estação 
de que a associação existente está terminada. Esta 
notificação deve ser feita antes da estação deixar o ESS 
ou ser desligada;
 
Serviços do Sistema de Distribuição (DSS)
• Distribuição: serviço primário usado pelas estações 
para trocar quadros MAC quando estes devem 
atravessar o sistema de distribuição, passando de uma 
estação em um BSS para uma estação em outro BSS. 
Neste caso, o quadro obrigatoriamente deve passar pelo 
AP da primeira BSS, depois pelo sistema de 
distribuição, chegar ao AP da BSS destino e finalmente 
repassa à estação receptora;
• Integração: responsável pela transferência de dados 
entre uma estação na rede IEEE 802.11 e outra estação 
de uma rede 802.x integrada (rede cabeada fisicamente 
anexada ao sistema de distribuição e cujas estações são 
logicamente conectadas a rede 802.11 via serviço de 
integração).
 
Serviços de Estação (SS)
• Autenticação: serviço com o qual as estações 
estabelecem sua identidade com as estações que desejam 
se comunicar.
• Desautenticação: serviço que finaliza uma autenticação;
• Privacidade: serviço que previne a leitura de conteúdos 
das mensagens por entidades que não sejam as 
receptoras intencionadas. O padrão prove o uso opcional 
de criptografia para assegurar a privacidade;
• Entrega MSDU: A entrega de MSDU assegura-se de 
que a informação na unidade de dados do serviço do 
MAC seja entregue entre os APs do serviço de controle 
de acesso ao meio.
 
AP (Ponto de acesso)
• Desempenha as seguintes funções:
– Autenticação, associação e reassociação: permite
que uma estação móvel, mesmo saindo de sua célula
de origem, continue conectada à infra-estrutura e
não perca a comunicação (handoff).
– gerenciamento de potência: permite que as estações
operem economizando energia, através de um modo
chamado power save.
– Sincronização: garante que as estações associadas a
um AP estejam sincronizadas por um relógio
comum.
Camada 1: Bandas de Rádio
• Bandas de freqüência ISM(Industrial, Scientific and 
Medical) e UNII (Unlicensed National Information 
Infrastructure)
• Podem ser utilizadas sem que seja necessária uma 
licença.
– ISM1: banda 902 até 928 MHz.
– ISM2: 2.4 até 2.48 GHz.
– ISM3: 5.75 até 5.85 GHz.
– UNII usa 5.2 GHz
• 
Camada 1: Modulação
• Transmissão por radio de microondas usa
tecnologia de Espalhamento Espectral (Spread
Spectrum)
• Duas formas de modulação:
– FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum):
Espalhamento espectral com saltos de Freqüência,
banda dividida em 79 canais.
– DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum):
Espalhamento espectral em Seqüência Direta,
banda dividida em 11 canais.
• interliga equipamentos sem-fio e a rede local cabeada.
• Ligação à Ethernet por UTP
Características da Comunicação por RF
•Freqüência de operação: 2.4 a 2.48 GHz
• FH em 79 canais ou DS em 11 canais (3 sem
sobreposição).
• Potência de Transmissão: 500mW (FH) ou 100 mW (DS)
• Antena: Externa, permite uso de duas antenas para melhor
recepção (diversidade).
• Alcance: Maior que 300m em ambientes abertos; 55 a 95m
em ambientes típicos de escritório, industriais , depósito ou
varejo. Links repetidores a km de distância, com o uso de
antenas adequadas.
Ponto de Acesso Ethernet 
Roaming
• Para se agrupar um maior número de estações utiliza-
se a arquitetura celular.
• Sistema permite o "roaming" ao usuário: caso ele saia
do alcance de seu Access Point ele automaticamente
conecta-se ao próximo, e assim sucessivamente até
retornar ao seu ponto de origem.
Roaming
• A função do roaming funciona da seguinte forma:
– Uma estação móvel, ao entrar em uma nova célula, e não
estando em conversação, registra-se automaticamente pelo
AP que controla a célula destino.
– Na célula visitada, o AP irá verificar se a estação móvel
visitante não havia se registrado anteriormente. Caso esse
procedimento não tenha sido efetuado, o referido AP irá
informar ao AP da célula origem sobre a nova posição.
– Com isso, o AP da célula origem fica sabendo da nova
posição da estação móvel, e envia a informação a ela
destinada, como se a referida estação estivesse em sua própria
célula.
Gerenciamento de energia
• Dispositivos móveis tem restrições de tempo da bateria
• Estação cliente móvel usa “sleep mode”.
• Mensagens para a estação em sleep mode são
armazenadas no AP.
• AP executa procedimento TIM (Traffic Information
Message):
– AP informa as estações se existe alguma mensagem.
– Estações tem que “acordar” por uma fração de tempo para
escutar o TIM.
– Uma vez que não haja mensagem direcionada à elas, estas
voltam ao sleep mode.
– Havendo mensagem ocorre o recebimento da mesma por
parte da estação cliente direcionada.
Desvanecimento de Rayleight
• Problema típico das redes de rádio
• Parte das ondas de rádio são refletidas quando
encontram objetos sólidos.
• Em decorrência desta reflexão, várias cópias de
uma mensagem de rádio podem estar em
propagação no meio e chegar a estação
receptora em instantes de tempo diferentes.
Desvanecimento de Rayleight
Desvanecimento de Rayleight
• Quando as várias cópias do sinal chegam ao receptor
após percorrerem distancias diferentes, elas se somam
aleatoriamente, podendo resultar em um sinal muito
enfraquecido ou mesmo nulo.
• Se a diferença no comprimento dos caminhos for um
múltiplo do comprimento de onda da portadora do
sinal, os vários componentes podem cancelar-se
mutuamente.
Camada 2: MAC Wireless
• Como várias estações compartilham o meio (rede de difusão) é
necessário utilizar um método de acesso.
• Idéia inicial: utilizar CSMA.
• Problema: alcance do sinal de rádio.
• Um sinal oriundo de A pode alcançar B, mas não alcança C
nem D. Um sinal oriundo de B alcança A e C, mas não D, etc.
(a) estação A transmitindo; (b) estação B transmitindo
A B C D A B C D
Raio de alcance
(a) (b)
Hidden Station problem
• Suponha que A está enviando dados para B:
– Se C escutar o meio, não irá detectar que A esta enviando.
– C pode tentar enviar um quadro para B, mas como B está no
alcance de C, o quadro enviado por A irá colidir com o
quadro enviado por C a nível de B.
• O fato de uma estação não poder detectar que o meio não está
livre porque o concorrente está fora de alcance é chamado de
"problema da estação escondida" (hidden station problem).
A B C D
Raio de alcance
Exposed Station problem
• Se B estiver transmitindo um quadro para A, C irá
detectar a transmissão e concluir que não pode
transmitir um quadro para D neste momento.
• Mas, como os receptores de A e D não estão na área
de interferência uma da outra, nada impede que C
envie dados para D enquanto B envia para A !
• Esta situação é conhecida como o "problema da
estação exposta" (exposed station problem).
• O que interessa ao emissor é saber se há ou não
atividade na área do receptor.
A B C D
MAC Wireless
• O DFWMAC (Distributed Foundation Wireless MAC) suporta dois 
métodos de acesso: um método distribuído obrigatório, e um 
método de acesso centralizado, opcional. Os dois métodos de 
acesso podem coexistir.
• No IEEE 802.11, uma função de coordenação é um mecanismo que 
determina quando uma estação específica tem permissão para 
transmitir.
• Se a função de coordenação for distribuída (Distributed 
Coordination Function – DCF), a decisão de quando transmitir é 
tomada individualmente pelos nós, o que pode resultar em 
transmissões simultâneas.
• Quando a função de coordenação é pontual (Point Coordination 
Function – PCF), a decisão é centralizada em um ponto, que 
determina qual estação deve transmitir em que momento, evitando a 
ocorrência de colisões. 
MAC Wireless
• DCF usa protocolo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Avoidance).
• Emissor deve estimular o receptor a emitir um quadro pequeno que possa ser
detectado pelos seus vizinhos antes de mandar os dados.
• B quer enviar um quadro para C:
– (a) B escuta o meio e se estiver livre, envia para C quadro RTS (Request
To Send), contendo o tamanho do quadro de dados que deseja enviar.
– (b) C responde com quadro CTS (Clear To Send), contendo a mesma
informação de tamanho.
• B inicia a transmissão quando recebe o quadro CTS de C.
(a) (b)
A B C D A B C D
Raio de alcance de B
RTS
Raio de alcance de C
CTS
MAC Wireless
RTS
CTS
tempo
dados
ack
difs
sifs
emissor receptor
Difs = distributed
inter frame space
Sifs = short inter 
frame space
sifs
sifs
MAC Wireless
• Estação que captar RTS estará próxima a B e deve se manter em 
silêncio por tempo suficiente para que B receba o CTS e emita os 
dados.
• Estação que captar CTS estará próxima a C e deve também se 
manter em silêncio por tempo suficiente para que C receba o 
quadro de dados que B vai enviar a seguir, cujo tamanho pode ser 
avaliado examinando o quadro CTS.
• Como se comportam as demais estações ?
– A escuta o RTS de B mas não o CTS de C, de modo que pode 
enviar seus quadros a qualquer estação em seu raio de 
alcance, menos para B (idealmente escolhe outro canal);
– D escuta o CTS de C mas não o RTS de B, o que indica que 
está próxima a uma estação que vai receber um quadro de 
dados logo a seguir e portanto deve se manter em silêncio até 
que este seja recebido.
 
MAC Wireless
• Apesar destas precauções, colisões ainda podem 
ocorrer:
– A e C podem enviar quadros RTS para B ao 
mesmo tempo.
– Estes irão colidir e ser perdidos.
• No caso de colisão, o emissor do RTS espera um certo 
tempo pelo CTS e, se não receber nada, tenta 
novamente mais tarde.
• O tempo de espera é definido pelo algoritmo BEB 
(Binary Exponential Backoff) usado na Ethernet.
 
Frame IEEE 802.11
• Duração/ID: tempo restante para receber a próximatransmissão. Para CTS/RTS esse campo contém o 
período de tempo que o meio vai ficar ocupado.
• Controle de Seqüência: usado para controle de 
fragmentos.
• Corpo: dados a transmitir.
• FCS: controle de erros por CRC 32 bits.
 
O campo Frame Control
• Versão do protocolo: Indica a versão corrente do protocolo 802.11 utilizado.
• Tipo e subtipo: determina a função do quadro (controle, dados e gerenciamento)
• Para o sistema de distribuição e Do sistema de distribuição: Indicam se o quadro 
está indo para o DS ou se é oriundo do DS.
• Mais fragmentos: indica se mais fragmentos do quadro (dado ou gerenciamento) estão 
vindo.
• Retransmissão: indica se a informação está ou não sendo retransmitida.
• Gerenciamento de Energia: indica se a estação que transmitiu a informação está em 
modo ativo ou em modo economia de energia.
• Mais dados: indica para uma estação operando em modo economia de energia que o 
AP tem mais quadros para enviar.
• WEP: indica se está sendo usado no quadro o processo de criptografia e autenticação.
• Ordem: indica se todos os quadros de dados recebidos devem ser processados em 
ordem.
 
Frame IEEE 802.11
• Significado dos 4 campos de endereço:
– SA (Source Address): endereço MAC da fonte da msg
– DA (Destination Address): endereço MAC do destinatário final
– RA (Recipient Address): endereço MAC do próximo AP ou estação
– TA (Transmitter Address): endereço da estação ou AP que enviou o
quadro para a rede
– BSSID: endereço MAC do AP (Infrastructure mode)
Equipamentos mais usados
Servidores
EthernetAP repetidor
sem fio
Antenas
É utilizada uma gama variada de antenas garantindo 
cobertura ótima de rádio sob as mais diversas 
condições:
• Omnidirecionais espalham igualmente o sinal em todas as
direções
• Direcionais concentram o sinal em uma determinada
direção.
Antena Omni Simples 5.5 dBi
Antena de uso geral, oferece ótima cobertura 
omnidirecional.
Antena F Plane 3 e 4,5 dBi (também conhecida como 
Sandra D)
Antena ominidirecional de pequeno tamanho, para 
aplicações em que a antena deve ficar discreta.
Antenas
Antenas Omni de Alto Ganho - 8, 9 e 12 dBi
Antena de uso geral, oferece ampla cobertura omnidirecional
Utilizada em áreas abertas e ambientes agressivos.
Antenas
Antena Patch (7 dBi)
Antena direcional, de facho largo. 
Normalmente montada em paredes.
Antena Yagi (13,8 dBi)
Antena fortemente direcional, de 
lóbulo estreito. 
Antena compacta (1 dBi)
Antena ominidirecional de uso geral, empregada em terminais 
veiculares e em montagens em ambiente de escritório, alem de 
placas ISA, PCI e PCMCIA.
• Plug and Play
• Adaptador de rede sem fio
• Permite a mobilidade das
workstations, sem fio e de forma
ininterrupta.
• Uso em locais cujo layout é alterado
com freqüência ou em redes de PCs
onde o cabeamento não é possível.
• Drivers padrão ODI ou NDIS
Cartão ISA ou PCI Plug and Play 
Adaptador de rede sem fio
PC Card
Adaptador de rede sem fio
• Padrão PCMCIA
• Adaptador de rede sem fio
• Alta performance e baixo consumo
• Para conexão na rede Spectrum24 de
terminais portáteis.
• Opções de antena embutida ou externa
• Drivers padrão ODI ou NDIS
Placa ISA e Cartão PCMCIA MicroAP
• Solução para pequenas redes
sem fio
• Gerencia uma célula com até
16 dispositivos móveis.
• Instalado diretamente em um
PC desktop ou notebook
• Permite a criação de sistemas
compactos e móveis, além de
“workgroups”.
Adaptador Serial e Ethernet
• Para conexão de dispositivos
seriais ou Ethernet à rede Sem
fio.
• Permite conectar dispositivos
como impressoras, balanças,
leitores fixos, câmeras,
microcomputadores e outros de
forma absolutamente
transparente.
Wireless com IR
Wireless com Laser
Interferência em redes wireless
• fornos de microondas dividem a faixa de
espectro de 2.4GHz;
• Essa banda também é dividida com os
telefones sem fio;
• A proliferação dessas redes em
residências e edifícios de escritórios
aumenta os problemas de interferência.
Segurança em redes wireless
• Autorização de acesso:
– Para impedir acesso não autorizado, um valor de 
identificação chamado de ESS-ID, é programado 
em cada AP para identificar a sub-rede de 
comunicação de dados.
– Se uma estação não puder identificar esse valor, 
não poderá se comunicar com o AP respectivo.
– Alternativa: duplicar a tabela de controle de 
endereços MAC sobre o AP, permitindo que 
apenas estações com o endereço MAC 
reconhecido possam acessar a WLAN.
 
Segurança em redes wireless - WEP
• Dados irão trafegar pelo ar e poderão ser interceptados por
pessoas com equipamentos apropriados => Criptografia
necessária!
• A norma IEEE incluiu um mecanismo de criptografia no MAC.
• Este mecanismo é chamado WEP (Wired Equivalent Privacy) e
é baseado no algoritmo de criptografia RC4.
• A possibilidade de interceptação na comunicação é pequena,
uma vez que a tecnologia FHSS realiza a comunicação entre os
transceptores em freqüências aleatórias (mais de 70 canais de
modulação), possuindo cada transceptor uma identidade própria
para sincronia com todo o sistema.
Variantes de Wireless Networks
• IEEE 802.11 – WLAN (Wireless Local Area
Network)
– Opera na faixa de 2.4GHz ISM (Industrial, Scientific and
Medical) ou IR
– taxas de 1 ou 2 Mbps
– FHSS
– Largura de banda de 83.5MHz
– Aprovada em Julho de 1997
– Também chamado padrão “Legacy”
– Poucos produtos no mercado
Variantes de Wireless Networks
• IEEE 802.11a (Wi-Fi5, Wireless Fidelity)
– atua na banda de 5GHz UNII (Unlicensed National 
Information Infrastructure), menos comum do que ISM e 
com problemas de regulamentação em alguns países
– Menos interferência, mas mais desvanecimento de 
Rayleight!
– usa OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), 
sistema de modulação com múltiplas portadoras
– 12 canais independentes
– largura de banda de 300MHz
– Não compatível com legacy nem 802.11b
– taxas de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 e 54Mbps
– Aprovada em Setembro de 1999
– Primeiros produtos surgiram em 2001
 
Variantes de Wireless Networks
• IEEE 802.11b (Wi-Fi)
– opera na banda de 2.4 GHz ISM
– DSSS
– usa CCK (Complementary Code Keying), sistema de 
modulação com uma única portadora;
– taxas de 1, 2, 5.5 e 11 Mbps;
– Usa tecnologia direct sequence spread spectrum (DSSS)
– Aprovada em Setembro de 1999.
– Alcance de 30m a 11 Mbps, 90m a 1Mbps
– Com antenas fixas direcionais de alto ganho, alcance pode 
chegar a 8Km.
 
Variantes de Wireless Networks
• IEEE 802.11g
– Lançado em junho de 2003
– Opera na banda de 2.4GHz ISM
– taxas de 1, 2, 5.5, 6, 9, 11, 12, 22, 24, 33, 36 e 54Mbps
– Usa CCK (como b) para taxas de 5.5 e 11 Mbps e OFDM
(como a) para demais taxas
– Compatibilidade com o sistema Wi-Fi (802.11b) para taxas ≤
11Mbps
– Ampla aceitação no mercado
Variantes de Wireless Networks
• IEEE 802.11n
– Em fase final de homologação.
– Tem sua largura de banda de até 540 Mbps e opera nas faixas
de 2,4 Ghz e 5 Ghz.
– Promete ser o padrão wireless para distribuição de mídia, pois
oferecerá, através de configurações MIMO, taxas mais altas de
transmissão (até 500 Mbps), maior eficiência na propagação
do sinal e ampla compatibilidade reversa com demais
protocolos.
– O 802.11n atende tanto as necessidades de transmissão sem
fio para o padrão HDTV, como de um ambiente altamente
compartilhado, empresarial ou não.
Padrões IEEE 802.11
• IEEE 802.11 - Padrão original: 1 Mbit/s e 2 Mbit/s, 2.4 GHz RF e IR
(1999)
• IEEE 802.11a - 54 Mbit/s, 5 GHz (1999, produtos lançados em 2001)
• IEEE 802.11b - Melhoramentos para 802.11 atingir taxas de 5.5 e 11 Mbit/s 
(1999)
• IEEE 802.11c - Procedimentos de operação em pontes; incluído no padrão 
IEEE 802.1D (2001)
• IEEE802.11d - Extensões de Roaming Internacional (2001)
• IEEE 802.11e - Melhoramentos: QoS, incluindo packet bursting (2005)
• IEEE 802.11F - Protocolo Inter-Access Point (2003) Retirado Fev 2006
• IEEE 802.11g - 54 Mbit/s, 2.4 GHz (compatível com b) (2003)
• IEEE 802.11h - 802.11a com gerenciamento de espectro (5 GHz) 
regulamentação Européia (2004)
• IEEE 802.11i - Segurança melhorada (2004)
• IEEE 802.11j - Extensões para o Japão (2004)
• IEEE 802.11k - Melhoramentos de medição de recursos de rádio
 
Padrões IEEE 802.11
• IEEE 802.11l - (reservado)
• IEEE 802.11m - Manutenção do padrão.
• IEEE 802.11n – Melhorias de taxas de transmissão de dados
• IEEE 802.11o - (reservado)
• IEEE 802.11p - WAVE - Wireless Access for the Vehicular Environment 
(para automóveis e ambulâncias)
• IEEE 802.11q - (reservado, não será usado pela fácil confusão com 802.1Q 
VLAN trunking)
• IEEE 802.11r - Roaming rápido
• IEEE 802.11s - ESS Mesh Networking
• IEEE 802.11T - Wireless Performance Prediction (WPP) – métodos e 
métricas de teste
• IEEE 802.11u - Intertrabalho com redes não 802 (por exemplo, celular)
• IEEE 802.11v – Gerenciamento de rede sem fio
• IEEE 802.11w – Gerenciamento protegido de frames
• IEEE 802.11x - (reservado)
• IEEE 802.11y - 3650-3700 Operação nos EUA
 
Outros padrões Wireless
• IEEE 802.15 – WPAN (Wireless Personal Area
Network)
– Opera na banda de 2.4GHz ISM, padrão baseado na especificação
Bluetooth;
– Para taxas ≥ 20Mbps, permitindo baixa potência, e soluções de
baixo custo visando aplicações de multimídia e imagens digitais
em estações portáteis.
– Aprovada em Março de 2002.
– A especificação Bluetooth é uma solução de baixo-custo que pode
fornecer links entre celulares, computadores e outros dispositivos
portáteis, e conectividade à internet. Ela é um complemento as
WLAN.
Conclusões
• Redes sem fio cada vez mais usadas em automação
• Muito úteis em dispositivos móveis (AGVs, Robôs,
etc.) ou estações fixas em locais de difícil colocação de
cabos
• Ainda existem problemas de:
– alcance
– segurança
– interferência
Projeto MAP
- Manufacturing Automation Protocol: iniciativa da GM (1980), 
com a finalidade de definir rede voltada para automação da 
manufatura (baseada no RM-OSI).
- MAP bem adaptada para comunicação entre equipamentos de 
chão de fábrica, tais como: Robôs, CNC, CLP, terminais de 
coleta de dados, Computadores, etc.
- Para aplicações com tempos críticos foi definida a versão 
MAP/EPA (Enhanced Performance Architecture), que apresenta 
duas pilhas de camadas: arquitetura MAP completa (7 camadas) 
e uma arquitetura simplificada (camadas 1, 2 e 7).
- Versão mais simplificada: MINI-MAP implementa somente as 
camadas 1, 2 e 7 do RM-OSI.
 
Projeto TOP
- Technical Office Protocol: desenvolvido pela BOEING a partir de 
1983.
- Redes para automação de áreas técnicas e administrativas.
- Baseado no modelo OSI de 7 camadas.
- Serviços:
- correio eletrônico;
- processamento de textos;
- acesso a base de dados distribuída;
- transferência de arquivos;
- CAD/CAM distribuído;
- troca de documentos;
- transações bancárias.
- A partir de 1986: MAP e TOP reunidos (projeto MAP/TOP).
 
Projeto FIELDBUS
- Fieldbus (Barramento de Campo): solução de comunicação para 
os níveis hierárquicos mais baixos dentro da hierarquia fabril.
- Interconecta dispositivos primários de automação (Sensores, 
atuadores, chaves, etc.) e os dispositivos de controle de nível 
imediatamente superior (CLP, CNC, RC, PC, etc.).
- Ainda existe ampla discussão em torno do padrão mundial para
o Fieldbus.
- Principais grupos envolvidos nos trabalhos de padronização:
- Avaliadores: IEC, ISA, EUREKA, NEMA
- Proponentes: PROFIBUS, FIP, ISA-SP50 (FF).
 
Introdução
• Projeto MAP nasceu no início dos anos 80 por iniciativa da 
General Motors.
• Na época, apenas 15% dos equipamentos programáveis de 
suas fábricas eram capazes de se comunicar entre si.
• Custos de comunicação muito elevados, avaliados em 50%
do custo total da automação.
• Quantidade de equipamentos programáveis deveria sofrer 
uma expansão de 400 a 500% num prazo de 5 anos.
 
Manufacturing Automation Protocol
MAP: introdução
• Opções da GM:
- continuar utilizando máquinas programáveis de vários 
fabricantes e solucionar o problema da maneira como vinha 
sendo feito;
- basear produção em equipamentos de um único fabricante;
- desenvolver uma proposta padronizada de rede que 
permitisse interconectar todos os equipamentos.
• Solução adotada: terceira opção.
• Em 1981, a GM uniu-se a outras empresas (DEC, HP e IBM) 
definindo solução baseada no RM-OSI.
 
A arquitetura MAP
• Camadas 1 e 2: selecionadas normas IEEE 802.4 (barramento
com ficha) e IEEE 802.2 (LLC).
• Camada Física: escolhido o suporte de comunicação em
broadband, com cabo coaxial.
• Escolha de broadband baseada nas razões seguintes:
- possibilidade de uso de vários canais de comunicação sobre
um mesmo suporte;
- permitir a troca de sinais como voz e imagem para aplicações
como supervisão, circuito fechado de TV, teleconferência,
etc.;
- a GM já possuía muitas instalações operando em broadband.
A arquitetura MAP
• Camada de Enlace (MAC): escolhido Token-Bus, pois:
- era o único protocolo suportado em broadband;
- muitos equipamentos programáveis já usavam 
broadband e IEEE 802.4;
- possibilidade de atribuir prioridades às mensagens.
• Camada de Enlace (LLC): optou-se por LLC tipo 1 (sem 
conexão e sem reconhecimento).
• Camada de Rede: sem conexão, cada mensagem sendo 
roteada individualmente através da rede.
• Protocolo de roteamento definido pelo projeto MAP e 
normalizado na ISO sob o número 9542. 
A arquitetura MAP
• Camada de Transporte: protocolo classe 4 da ISO
(TP4, ISO 8072/73), orientado à conexão, com
controle de erros.
• Oferece um canal de comunicação confiável, sem
perdas, erros, nem duplicação de mensagens.
• TP4 assegura ainda as funções de fragmentação e
blocagem de mensagens.
• Camada de Sessão: norma ISO 8326/27, modo full-
duplex e resincronização.
• Camada de Apresentação: representação de dados
baseada na ASN.1.
A arquitetura MAP
• Camada de Aplicação:
- MMS: troca de mensagens entre equipa-mentos 
de produção;
- FTAM: acesso e a transferência de arquivos;
- ROS: gestão de nomes (diretório);
- Funções de gerenciamento de rede: gestão dos 
recursos, medição de desempenho, modificação 
dos parâmetros da rede.
 
Problemas com MAP
• MAP original tinha alguns problemas:
– Caro: placas broadband requerem Modem
– Lento: protótipos da década de 80 tinham tempos de
resposta da ordem de 500 ms
– Requer muita memória: necessário armazenar
software das camadas 3 até 7 em algum lugar
» Não critico em um PC: HD
» Problema para dispositivo como CLP, CNC,
RC, etc.: EPROM
A arquitetura MAP-EPA
• Proposta MAP original adequada aos níveis hierárquicos 
superiores. A arquitetura a 7 camadas oferece um overhead 
indesejável nos níveis mais baixos da hierarquia.
• Solução: Definição de uma versão simplificada denominada 
MAP-EPA (Enhanced Performance Architecture).
• Definição de duas pilhas de protocolos: pilha normal Full-MAP e 
pilha MAP-EPA, desprovida das camadas de Rede, Transporte, 
Sessão e Apresentação.
• Protocolo IEEE 802.4 (Token-Bus) ainda adotado, porém sobre 
um suporte de transmissão em baseband a 5 Mbit/s.
• Um processo de aplicação tem a opção de enviar seus dados 
através da pilha normal ou, em casos onde o requisito seja um 
tempo de resposta rápida, pela pilha MAP-EPA.
 
A arquitetura MAP-EPA
convencionais
Aplicações
MAP EPA
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Enlace LLC 802.2 Tipos 1 e 3
MAC 802.4 Token Bus
Rede
Física Banda Base 5 Mbps