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Comunicação de dados Comunicação de dados –– Aula 08Aula 08
Prof. Stéfany Mendes
Esp. Em Segurança em Redes de Computadores
Multiplexação
Utilização da largura de banda
É o uso inteligente da largura de banda disponível para atingir objetivos específicos.
A eficiência pode ser alcançada através de multiplexação, ou seja, o compartilhamento
da largura de banda entre múltiplos usuários.
1. Multiplexação - É o conjunto de técnicas que permite a transmissão simultânea
de vários sinais por meio de um único link de dados. Em um sistema multiplexado, n
linhas compartilham a largura de banda de um link.
Os sinais podem ser multiplexados através de uma das seguintes técnicas:
¸ Sinais analógicos:
• Multiplexação por Divisão de Freqüência (FDM)
• Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM)
¸ Sinais digitais:
• Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM)
Utilização da largura de banda
1.1 Multiplexação – Frequency Division Multiplexing (FDM)
•É um técnica analógica que pode ser utilizada quando a largura de banda de um link
(em Hertz) for maior que a largura de banda combinada do conjunto de sinais a serem
transmitidos.
•Os sinais gerados em cada dispositivo transmissor são modulados em portadoras de
freqüências diferentes.
• Bandas de proteção/segurança: faixas de separação, inutilizadas propositalmente,
para prevenir sobreposição de sinais.
Na próxima figura o meio físico de transmissão é dividido em três partes, cada um 
dos quais representando um canal que transporta uma transmissão.
Utilização da largura de banda
1.2 Processo de Multiplexação - Cada fonte gera um sinal em um intervalo de
freqüência similar. Dentro do multiplexador, esses sinais similares modulam
freqüências de portadoras diferentes (f1, f2 e f3).
Utilização da largura de banda
1.3 Processo de Demultiplexação – Usa uma serie de filtros para separar o sinal
multiplexado em seus sinais componentes constituintes como se ver na figura.
Utilização da largura de banda
1.4 O sistema de Portadora Analógica
Para maximizar a eficiência de suas infra-estruturas, as companhias telefônicas tem,
tradicionalmente, multiplexado sinais de linhas de baixa largura de banda em linhas
com maior largura de banda. Dessa forma, muitas linhas comutadas ou alugadas podem
ser combinadas em um numero menor de canais, mas com maior largura de banda.
Utilização da largura de banda
1.5 Implementação – Em muitos casos, como na transmissão de radio e TV, não existe
a necessidade de um multiplexador ou demultiplexador físico. Desde que as estações
concordem em enviar suas transmissões para o ar usando diferentes freqüências de
portadora, a multiplexação é obtida naturalmente.
Em outros casos como o sistema de telefonia celular, a estação-base precisa
alocar uma freqüência de portadora ao usuário do telefone.
¸Características:
• FDM é uma técnica de multiplexação analógica que combina sinais analógicos;
• Para linhas analógicas, o FDM e tipicamente utilizado;
• Uma aplicação muito comum do FDM é a transmissão de radio AM e FM;
• A primeira geração de celular (ainda em operação) também usa FDM.
Utilização da largura de banda
2. Multiplexação por Divisão de Comprimento da Onda (WDM) - A
WDM foi desenvolvida para suportar transmissões de dados em velocidades altíssimas
através de cabos de fibra óptica. A multiplexação permite há combinação de várias
linhas de diversos usuários em um único circuito.
Utilização da largura de banda
¸A técnica WDM é a combinação de varias fontes de luz em uma única fonte luminosa
no multiplexador e o inversor do lado do demultiplexador.
¸A combinação e a divisão de fontes luminosas são facilmente tratadas por um prisma.
Utilização da largura de banda
¸ Características:
• WDM é uma técnica de multiplexação analógica que combina sinais ópticos;
• A diferença entre FDM para o WDM é que as freqüências são muito altas;
• Conceitualmente é muito parecida com a FDM;
• Uma aplicação típica do WDM é em redes Sonet, nas quais varias linhas de fibra
óptica são multiplexadas e demultiplexadas.
• A idéia é a mesma: combinar vários sinais em diversas freqüências diferentes. Mas as
freqüências envolvidas são muito altas.
Utilização da largura de banda
3. Multiplexação por Divisão de Tempo - É um processo digital onde muitas
conexões compartilham um link de maior largura de banda.
Em vez de compartilhar parte da largura de banda, como acontece no FDM, o 
que é compartilhado aqui é o tempo. 
Utilização da largura de banda
¸Características:
• Toda banda é entregue a um canal num determinado intervalo de
tempo;
• Cada conexão ocupa o link durante uma porção do tempo;
• O TDM é uma técnica de multiplexação digital que combina vários
canais de baixa taxa de transmissão em um único canal de alta taxa de
transmissão.
•O TDM é dividido em dois tipos distintos: Síncrono e Estatístico.
Utilização da largura de banda
• TDM Síncrono - cada conexão de entrada aloca um porção fixa do
tempo de saída mesmo que não esteja transmitindo dados.
• No TDM síncrono, o fluxo de dados de cada conexão de entrada é
dividido em unidades, em que cada entrada ocupa um time slot de
entrada.
1. Times Slots e Frames – Se um time slot de entrada for T s, o time
slot de saída é T/n s, em que n é o numero de conexões.
2. Se tiver n conexões, um frame é dividido em n time slot e cada slot é
alocado a uma unidade, uma para cada linha de entrada.
Utilização da largura de banda
Utilização da largura de banda
¸Características:
• A duração de um time slot de saída é n vezes mais curta que
a duração de um time slot de entrada;
• Uma unidade pode ser de n bit, um caractere ou um bloco de
dados;
• A taxa de dados do link de saída tem de ser n vezes a taxa de
dados de uma conexão para garantir o fluxo de dados;
• Um frame consiste em um ciclo completo de time slots, com
um slot dedicado a cada um dos dispositivos emissores.
Utilização da largura de banda
Intercalação (Interleaving) – O TDM pode ser visualizado como duas
chaves comutadoras de alta rotação, uma do lado da multiplexação e a
outra do lado da demultiplexação.
Utilização da largura de banda
¸Características:
• No lado da multiplexação, à medida que a chave abre diante de uma
conexão, essa conexão tem a oportunidade de enviar uma unidade de
dados pelo link;
• No lado da demultiplexação, à medida que a chave abre diante de uma
conexão, ela tem a oportunidade de receber uma unidade do link;
•As chaves são sincronizadas e giram na mesma velocidade, mas em
direções opostas.
Utilização da largura de banda
Slots Vazios – Se uma fonte não tiver dados a serem enviados,
o slot correspondente no frame fica vazio.
Utilização da largura de banda
Gerenciamento da Taxa de Dados – O TDM síncrono é como tratar
disparidade nas taxas de dados de entrada.
Se as taxas de dados não forem as mesmas, três estratégias, ou
uma combinação delas, podem ser usadas, tal como:
• multiplexação multinível,
• alocação de múltiplos slots
• inserção de pulsos.
Utilização da largura de banda
Multiplexação multinível – É uma técnica que pode ser utilizada
quando a taxa de dados de uma linha de entrada for múltiplos das
demais.
Utilização da largura de banda
Alocação de múltiplos slots – É usado quando existe um maior divisor
comum (GCD) entre as taxas de dados.
Os canais de maior taxa de bits são alocados mais slots por
quadro, e a taxa de quadros de saída é um múltiplo de cada link de
entrada.
Utilização da largura de banda
Inserção de pulsos – Às vezes, as taxas de bits das entradas de um
multiplexador não são iguais nem múltiplos inteiros entre si.
Uma solução seria fazer que a taxa de dados de entrada mais
elevada fosse a taxa de dados dominante, e então inserir bits fictícios nas
outras linhas de entrada com taxas menores.
Utilização da largura de banda
Sincronização de Frames – Se o multiplexador e o demultiplexador não
estiverem sincronizados, um bit pertencente a um canal pode
eventualmente ser recebido pelo canal incorreto.
Por essarazão um ou mais bit de sincronização são inseridos no
inicio de cada frame, alternando entre 1e 0.
Utilização da largura de banda
Serviço de Sinal Digital – As companhias telefônicas
implementam o TDM por meio de uma hierarquia de sinais
digitais denominada como:
Serviço de sinal digital (DS) ou Hierarquia digital
Utilização da largura de banda
¸Características:
• Um serviço DS-0 é composto por um único canal de 64 kbps;
• DS-1 é um serviço de 1,544 Mbps, equivale 24 vezes 64 kbps, mais 8 kbps de
Overhead (qualquer processamento ou armazenamento em excesso), ou seja,
(multiplexação de 24 canais de DS-0);
• DS-2 é um serviço de 6,312 Mbps, equivale 96 vezes 64 kbps mais 168 kbps de
Overhead, ou seja, (multiplexação de 4 canais de DS-1, 96 canais de DS-0);
• DS-3 é um serviço de 44,376 Mbps, equivale 672 vezes 64 kbps mais 1,368 Mbps de
Overhead, ou seja, (multiplexação de 7 canais de DS-2, 28 canais DS-1, 672 canais DS-
0);
• DS-4 é um serviço de 274,176 Mbps, equivale a 4.032 vezes 64 kbps mais 16,128
Mbps de Overhead, ou seja, (multiplexação de 6 canais DS-3, 42 canais DS-2, 168
canais DS-1, 4.032 canais de DS-0) .
Utilização da largura de banda
Utilização da largura de banda
Nos Estados Unidos usam Linhas T (T-1 a T-4) nas suas companhias 
telefônicas. Como apresentado:.
Utilização da largura de banda
Linhas T para Transmissão Analógica – As linha T pode ser usadas
para transmissão analógica, desde que os sinais analógicos sejam
amostrados, e, então, multiplexados (PCM). Hoje em dia uma
organização pode combinar 24 linhas de entrada em uma única linha T-1
e estender apenas linhas T-1 até a central.
Utilização da largura de banda
¸Estrutura do Frames T-1
• Cada time slot contem um segmento de sinal de cada canal; 24
segmentos são intercalados em um frame. Se uma linha T-1 transportar
8.000 frames, a taxa de dados será de 1.544 Mbps (193 x 8.000 = 1.544
Mbps) a capacidade da linha.
Utilização da largura de banda
Os europeus usam um versão das linhas T chamadas de linhas E.
Sua capacidade diferem do padrão americano (linha T=1).
Utilização da largura de banda
TDM Estatístico – Os slots são alocados dinamicamente para
aumentar a eficiência da largura da banda.
Somente quando uma linha de entrada tiver uma
quantidade de dados que valha a pena ser enviada, ela receberá
um slot no frame de saída.
Utilização da largura de banda
¸Características:
•Na multiplexação estatística, o numero de slots em cada frame é menor que o
numero de linhas de entradas;
• O multiplexador verifica cada linha de entrada em um sistema de rodízio, ou
seja ele aloca um slot para uma linha de entrada quando a linha tiver dados a
serem enviados, caso contrario ela pula a linha e verifica a próxima;
• No TDM estatístico, um slot necessita transportar dados e endereços de
destinos;
• Os frames do TDM estatístico não precisam ser sincronizados, portanto, não
precisamos de bits de sincronização;
• No TDM estatístico, a capacidade do link normalmente é menor que a soma
das capacidades de cada canal.
Utilização da largura de banda
¸ Exemplo de um TDM síncrono e outro TDM estatístico.
Utilização da largura de banda
Espalhamento Espectral – Foi projetado para ser utilizado em
aplicações wireless para ambientes de redes LANs e WANs.
¸ Objetivos;
• Otimização da largura da banda;
• Compartilhamento do meio sem suscetíveis interceptação da
comunicação de dados e interferências por um intruso mal intencionado.
Utilização da largura de banda
Características;
Uma das técnicas de espalhamento espectral é adicionar
redundância;
Se a largura de banda necessária para cada estação for
B, o espalhamento espectral vai expandi-lo de modo que Bss
seja maior que B;
A largura de banda expandida possibilita uma
transmissão mais segura.
Utilização da largura de banda
Após o sinal ser criado pela fonte, o processo de espalhamento
usa um código de espalhamento e espalha as freqüências ao longo da
largura da banda.
O código de espalhamento é uma serie de números que parecem
aleatórios, mas, na realidade, faz parte de um padrão.
Utilização da largura de banda
Existem duas técnicas para o espalhamento da largura da banda:
Espalhamento espectral por saltos de freqüências (frequency hopping
spread spectrum - FHSS)
Espalhamento espectral de seqüência diretas (direct sequence spread
spectrum –DSSS).
Utilização da largura de banda
Espalhamento espectral por saltos de freqüências – FHSS 
Embora a modulação seja feita utilizando apenas uma
freqüência de portadora por vez, são usadas M freqüências ao
longo de um ciclo.
A largura de banda ocupada por uma fonte após o
espalhamento é BFHSS maior que B.
Utilização da largura de banda
¸ Um gerador de código pseudo-aleatórios, cria um padrão de
K-bits para cada período de transição em uma freqüência Th.
¸A tabela de freqüência usa o padrão para encontra a freqüência a
ser usada para esse período de transição e o passa para o
sintetizador de freqüência.
¸O sintetizador de freqüências cria um sinal de portadora nessa
freqüência e o sinal da fonte modula o sinal da portadora.
Utilização da largura de banda
Utilização da largura de banda
¸Exemplo:
Utilizando oito saltos e oito freqüências. Nesse caso,
M é 8 e K é 3. O gerador de código pseudo-alheatório criara
um seqüência de oito padrões diferentes de 3 bits.
Estes estão associados a oito freqüências distintas na
tabela de freqüências como mostrado na figura.
Utilização da largura de banda
Utilização da largura de banda
O sinal muda ciclicamente de portadora em portadora. Partido do 
pressuposto de que a largura de banda do sinal original seria de 100 kHz. 
Utilização da largura de banda
Compartilhamento da largura da banda – Se o numero de freqüências
de transição for M, se pode multiplexar até M canais utilizando a largura
de banda Bss.
Isso se deve a fato de uma estação usar apenas uma freqüência
em cada período de transição; M-1 outras freqüências podem ser usadas
por outras M-1 se for usada uma técnica de modulação apropriada, como
o FSK múltiplo (MFSK).
Utilização da largura de banda
Exemplo:
Quatro canais usando FDM e quatro canais usando FHSS. No
FDM, cada estação usa 1/M de largura de banda, mas a alocação é fixa;
no FHSS, cada estação usa 1/M da largura de banda; entretanto, a
alocação muda de salto em salto.
Utilização da largura de banda
Espalhamento espectral de seqüência diretas (DSSS) 
Para cada bit é assinalado um código de n bits, denominado 
chips, em que a taxa de chip é n vezes a da taxa de bits. 
Utilização da largura de banda
¸Exemplo:
Uma seqüência utilizada em rede LAN sem fio, em que n é igual a 11.
vamos assumir que o sinal original e o chip no gerador chip utilizam a
codificação polar NRZ.
Se a taxa original de sinalização for N, a taxa d sinal espalhada é 11/N.
Utilização da largura de banda
Utilização da largura de banda
¸Características:
• O espalhamento do sinal pode prover privacidade se um intruso não
conhece o código de espalhamento.
• Provê imunidade contra interferências quando a estação utiliza códigos
diferentes.
OBS:
Se for usado um código de espalhamento que propague sinais (de
estações diferentes) que não podem ser combinados e separados, não é
possível compartilhamento da largura de banda.
Se for usado um tipo especial de código de seqüência que permita
a combinação e a separação de sinais propagados, é possível
compartilhar a largura de banda.
Utilização da largura de banda
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Contato:
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