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Pontifcia Universidade Catlica PUC-SPMatria: RedesTema: Tecnologias para Conexes Digitais de Longa Distncia

Apresentao:Diogo Arruda PereiraRafael Esteves

Tecnologias para Conexes Digitais de Longa Distncia

IntroduoNas apresentaes anteriores foram apresentados tecnologias des LANs que fundamentalmente possuem como caractersticas as limitaes de nmeros de computadores interligados e a distncia que tambm no poderia ser arbitraria.Nesta apresentao sero apresentados basicamente duas caractersticas chave desse tema:> Circuitos de conexo digital ponto a ponto;> Tecnologia que fornecem acesso digital de alta velocidade.


Telefonia DigitalA telefonia j utilizava comunicao digital antes das redes de computadores, tal motivao surgiu por tentar tratar de uma grande quantidade de conexes de voz em alta qualidade e a longa distncia. Como j visto anteriormente, os sinais eltricos se degradam conforme sua viagem e o uso de amplificadores so necessrios, porm estes amplificadores alm de distorcer levemente o sinal ainda insere rudo na mesma. Mas com a digitalizao do udio esse processo passa a no mais ocorrer, porque feita a codificao do udio original para o formato digital e esse processo ocorre com um hardware digitalizador chamado conversor analgico-digital (conversor A-D).


O conversor analgico-digital (conversor A-D) tem o funcionamento como mostrado no exemplo acima. Ele busca o sinal e o digitaliza com um nmero inteiro mais prximo do sinal, onde no exemplo comea com 0, 2, 4, 4, 7, 1, ... e assim por diante.


Aps estudos chegaram a concluso que para a reproduo da voz humana exigisse um sistema que reproduza freqncias em at 4000 Hz. E isso mostra que um conversor analgico-digital dentro da telefonia deva amostrar o sinal de um microfone uma vez a cada 125 microssegundos.Para um projeto de codificao digital alm da taxa de amostragem deve ser escolhida tambm a faixa de valores inteiros a ser usada. O que se nota com isso que quanto maior a taxa de valores, mais exato ou preciso fica o sinal porm a transmisso dos bits ser ainda maior e talvez inviabilizando o processo. A digitalizao da voz foi escolhida por pesquisadores na faixa de 0 a 255 e o esquema de amostragem ficou padronizado mundialmente pelo PCM (Pulse Code Modulation).Resumindo o PCM obtm amostras a cada 125 microssegundos e converte cada amostra em um inteiro entre 0 e 255.


Comunicao SncronaTrata-se de uma tecnologia utilizada na telefonia que o oposto da utilizada nas redes de computadores onde a comunicao assncrona. Na telefonia os dados precisam ser transferidos com exatido sem atrasos ou aceleraes nas transmisses mesmo que digitalizadas. Esses empecilhos poderiam causar rudos e interferncias. A transmisso sncrona funciona de tal maneira que o receptor desses dados usa informaes adicionais para sincronizar seu relgio e assegurar que os dados deixam a rede exatamente na mesma taxa em que entram.


Circuitos Digitais e DSU/CSUsMesmo sendo projetadas para transporte do trfego de voz, as instalaes telefnicas desde o incio das redes tem sido usadas nas conexes bsicas para computadores em longa distncia e isso ocorre porque as companhias telefnicas alugam seus circuitos por uma taxa mensal.Os circuitos digitais alugados de transportadores (carriers) comuns formam as peas fundamentais para as redes de computadores de longa distncia. Cada circuito se estende entre dois pontos especificados; a taxa depende da capacidade do circuito e da distncia.


Para que tal processo seja efetivado necessrio concordar com as regras do sistema telefnico. Uma vez que as tecnologias de telefonia e dos computadores so diferentes mesmo que sejam digitais necessrio um dispositivo de hardware especial chamado de DSU/CSU (Data Service Unit/Channel Service Unit). E so necessrios dois destes dispositivos em cada ponta de um circuito digital alugado.


A parte CSU do dispositivo DSU/CSU a terminao da linha de diagnsticos. Este possui circuitos onde acomoda surtos de corrente gerados por raios ou interferncias eletromagntica, ele ainda testa se a linha foi desconectada e se o outro dispositivo DSU/CSU da outra ponta est funcionando corretamente. Ainda possui uma caracterstica denominada de Loopback que usada ao instalar e testar circuitos. O CSU ainda possui a caractersticas de verificar excessos de bits 1. O porque de controlar a entrada de muitos desses bits pelo fato de considerar que o excesso deles significa que a voltagem est alternada e isso se deve pelo fato da utilizao dos cabos de cobre.


J o DSU responsvel pela parte dos dados em um DSU/CSU. Ele que o intrprete dos dados do formato digital usado na companhia telefnica para o computador do cliente.Em resumo um circuito digital precisa de um dispositivo conhecido como DSU/CSU em cada ponta. Alm de terminar a linha, o DSU/CSU traduz entre a representao digital usada pelas companhias telefnicas e a representao digital usada pela indstria de computadores.


Padres TelefnicosAqui um breve resumo onde informa que em determinados lugares cada um adotou uma padronizao de transmisso digital diferente e acima esto os exemplos com suas especificaes e caractersticas. Por exemplo os EUA usam o padro T1 e ainda alguns outros como no exemplo, a Europa utiliza o padro E e o Japo um padro modificado do T americano.


Terminologia DS (Digital Signal level) e Taxas de DadosEssas taxas podem at parecer que so aleatrias, mas na verdade so nmeros que as companhias telefnicas chegam como recorde que as companhias telefnicas projetaram os circuitos digitais no transporte de voz. Um canal de voz exige 64Kbps. A taxa padro T1 foi projetada para permitir que sejam transportadas no circuito, 24 telefonemas de voz ao mesmo tempo. Nesses circuitos T1 so utilizados switch de telefone para multiplexar e demultiplexar as ligaes em ambas as extremidades.Os circuitos digitais so classificados de acordo com um conjunto de padres telefnicos. Dois dos tipos de circuitos mais populares na Amrica do Norte so o T1 e T3, onde T3 o equivalente 28 circuitos T1.


Circuitos de Capacidade Mais BaixaUma empresa que no precisa da capacidade T1 pode economizar alugando um circuito fracionrio digital T1. A companhia telefnica usa o termo Time Division Multiplexing (TDM) quando est se referenciando tecnologia usada para subdividir um circuito T1. Umas das capacidades fracionrias de T1 mais populares 56Kbps.


Circuitos Digitais de Capacidade IntermediriaEstes so mais utilizados pelas empresas que necessitam de um circuito ligeiramente maior do que um T1 e que no compensaria financeiramente ter um circuito T3, nesse caso feita a multiplexao inversa. Nesse caso necessrio o dispositivo Mux Inverso em cada uma das extremidades, e nesse caso o mux inverso recebe os dados do computador e os envia atravs dos canais do circuitos digitais e tudo isso por streams de dados.E isso pode-se dizer que exige um DSU/CSU nas pontas dos circuitos, e dependendo do modelo do mux inverso ele ter finalidade de DSU/CSU.


Circuitos de Capacidade Mais AltaAs companhias telefnicas denominam isso como tronco e no crescimento da telefonia digital as companhias telefnicas comearam a trabalhar com mais circuitos digitais de grande capacidade. E alguns padres foram adotados para a tecnologia de circuitos digitais de alta capacidade conhecido como STS (Synchronous Transport Signal). Abaixo os exemplo das especificaes destes circuitos de grande capacidade:


Padres de concessionrias pticasOs engenheiros usam a terminologia OC (Optical Carrier) visto no exemplo anterior para terminologia existentes nas taxas de dados mais altas utilizadas no STS que exigem fibra ptica. A diferena bsica entre STS e OC que o primeiro se refere aos sinais eltricos usados na interface de um circuito digital (em cobre) enquanto o OC se refere aos sinais pticos utilizados atravs da fibra. Porm comum a utilizao dessas terminologias sem essa distino.


Sufixo CAlgum dos STS e OC mostrado anteriormente, possui ainda um sufixo adicional chamado C (concatenado), e a presena deste mostra um circuito sem multiplexao inversa. Um exemplo: um circuito OC-3 consiste de trs circuitos OC-1 a 51,840Mbps e cada um planejado para ser trs circuitos enquanto um OC-3C (STS-3C) um nico circuito 155,520Mbps. A vantagem deste na utilizao de rede de dados, onde so utilizados o trfego de pacotes, dessa forma melhor transitar em uma rede com sua capacidade total e com menos equipamentos de multiplexao inversa para uma melhor transitao dos pacotes.


Synchronous Optical NETwork (SONET)Existem ainda outros padres de transmisso digital alm dos apresentados STS e OC, na amrica do norte por exemplo estes padres so chamados de Sycronous Optical NETwork (SONET). O SONET basicamente especifica a forma que os dados so enquadrados, como os circuitos de baica capacidade so multiplexados com os de alta velocidade e como as informaes sncronas de relgio so enviadas junto com os dados.As maior parte das concessionrias que alugam um STS-1 pedem para que seja usada a codificao SONET nos circuitos. Um SONET utilizado em um circuito STS-1 por exemplo, possui quadros onde cada um possui 810 octetos que so divididos em 9 filas com 90 colunas em cada fila, e assim com os demais STSs.


Embora o padro de SONET defina uma tecnologia que possa ser usada para se construir uma rede em anel de alta capacidade com mltiplos circuitos de dados multiplexados atravs das fibras que constituem o anel, a maioria das redes de dados usa SONET apenas para definir o enquadramento e a condificao em um circuto alugado.


Este termo utilizado para se referir conexo entre o Escritrio Central (EC) de uma companhia telefnica at a residncia ou empresa, isso significa a conexo entre os provedores de rede aos assinantes individuais e a maioria desses loops locais usam sinais analgicos devido ao servio telefnico que tambm analgico. Embora tenha evoludo com o tempo os modems dial-up e a largura das bandas, ainda sim a conexo limitada devido a relao entre sinal e rudo das linhas telefnicas. O Loop de Assinante Local


Esta foi a primeira tecnologia desenvolvida para tentar suprir a baixa velocidade dos modens da poca onde operavam a 10Kbps. O ISDN utiliza o mesmo par tranado de cobre da telefonia normal, porm opera com trs canais digitais separados: B, B, e D (2B+D).

Os canais B operam em uma velocidade de 64Kbps e servem para o transporte de Voz Digitalizada, Dados ou Vdeo Comprimido.

O canal D opera a 16Kbps e serve como um canal de controle (pode solicitar servios providos pelos canais B e tambm para administrar uma sesso em andamento ou finalizar uma sesso ou ainda para fazer um telefonema que utiliza voz digitalizada). Os canais B podem ser unidos e usados a 128Kbps.

O ISDN (2B+D) utiliza uma forma de multiplexao por diviso de tempo para dar a iluso de mltiplos canais de dados em apenas um par de fios.

ISDN Integrated Services Digital Network


Cabo e foto de um modem ISDNPlaca Isdn


Uma das mais interessantes tecnologias desenvolvidas recentemente para servios digitais em loop local a DSL. Como existem algumas variantes dessa tecnologia ento chamaremos de XDSL onde apenas a primeira palavra difere a tecnologia utilizada.Tecnologia da Linha Assimtrica digital de AssinanteA ADSL geralmente utilizada usurios que recebem muito mais informaes do que enviam. Para acomodar tal uso, a ADSL fornece uma taxa de transferncia Downstream mais alta do que Upstream. A mais conhecida a ADSL (Asymmetric Digital Subscribe Line). Esta utilizada de maneira a fornecer um servio mais rpido no envio e recebimento das informaes.

Por ser assimtrica a ADSL divide a Banda utilizada em Downstream (recebimento) e Upstream (envio).


Taxas de dados chegam a 6,144Mbps em Downstream e em Upstream a 640Kbps (-64Kbps do controle de Rede ficam 576Kbps).

Alm de possuir alta velocidade de transmisso de dados a ADSL se conecta em paralelo ao cabeamento telefnico padro e podem simultaneamente ser utilizados os servios de dados e voz.


Esquema de ligao de um modem ADSL


Foto de um modem ADSL


Um dos fatores que so muito interessantes e exmplicam muito bem o fato de a ADSL possuir uma taxa to alta e com o mesmo cabeamento o esquema utilizado entre os modems de ADSL que chamada de modulao Discrete Multi Tone (DMT) que nada mais que a combinao entre a multiplexao por diviso de freqncia e tcnicas de multiplexao inversa. Para alcanar taxas de bit altas atravs de cabeamento de par tranado convencional, a ADSL usa uma tecnologia adaptativa em que um par de modems examina muitas freqncias na linha entre eles e seleciona freqncias e tcnicas de modulao que fornecem resultados timos naquela linha.


Outras Tecnologias de DSL SDSL: (Symmetric Digital Subscriber Line) ao contrrio do ADSL ela funciona de maneira simtrica, com a taxa de transferncia igual para ambas as direes. Essa tecnologia vantajosa para usurios ou empresas que necessitam de enviar mais informaes do que obte-las. HDSL: (High-Rate Digital Subscriber Line) pode alcanar uma taxa de 1,544Mbps. Porm possui duas desvantagens, a primeira o fato da limitao da distncia entre os escritrios centrais e os loops locais, a segunda o cabeamento, exige dois cabos de pares tranados. Mas essa tecnologia suporta tolerncia a falhas por possuir dois cabos e seu modem detecta quando h um problema e passa a trablhar automaticamente em um cabo at que o outro retome. E a segunda vantagem a taxa de transferncia compatvel com um circuito T1 onde mover dados de uma para o outo um processo simples.


Uma outra variante da DSL a VDSL (Very-high bit rate Digital Subscriber Line), esta pode alcanar taxas de dados de at 52Mbps. Embora a alta taxa de dados, necessrio que existam pontos de concentrao intermedirios, por exemplo, um Escritrio Central em cada bairro para que seja alcanada tal taxa. Outras Tecnologias de DSL


Tecnologia de Modem a Cabo Apesar da tecnologia DSL possuir uma taxa alta de transferncia, chega a um ponto onde ela fica estvel no conseguindo alcanar uma taxa maior devido ao seu cabeamento. Por isso aps alguns estudos chegaram a concluso que poderiam utilizar as TVs a cabo para fazer com que transferissem dados por elas utilizando o cabeamento de cabo coaxial que imune a interferncias eletromagnticas. Na teoria o sistema a cabo envia informaes digitais downstream usando a multiplexao de diviso de freqncia. Como existem freqncias sobressalentes pesquisadores estudam como melhor utilizar essa Banda Ociosa para realizar a transmisso de dados.


Foto de um Cable Modem


O problema com a comunicao Upstream nos Cable Modems Como a infra-estrutura original de cabo fornecia somente o servio Downstream, por no haver condies de realizar-se o Upstream, foram realizadas pesquisas e alteraes no sistema de cabeamento da TV a Cabo para que o sistema se tornasse bidirecional.

Foram tambm adicionados a essa nova direo de dados a possibilidade de realizar TVs interativas alm da transferncia de dados como na tecnologia DSL.


Coaxial de Fibra HbridoHFC (Hybrid Fiber Coax) que a mistura da fibra ptica com o cabo coaxial em hierarquia, ou seja, necessrio que as empresas de cabo passem a utiliziar cabos de fibra ptica e amplificadores bidirecionais e nas residncias podero ser utilizadas cabos coaxiais e cable-modems bidirecionais, esse sistema opera por meio da combinao entre multiplexao de diviso de freqncia e multiplexao por diviso de tempo. As taxas de Downstream se equivalem ao utilizado no ADSL e a taxa de upstream pode alcanar cerca de 1,5 a 2,0Mbps.


Fibra para o Meio-fio (Curb) FTTC (Fiber to the Curb) este utiliza tambm a fibra ptica nos troncos e usar os fios de cobre nos circuitos alimentadores.

A idia levar a Fibra ptica at perto do assinante e ento usar fio de cobre para os circuitos alimentadores.


Alternativas para Casos Especiais Em regies muito distantes dos centros urbanos, pelas tecnologias ADSL E HFC no possurem um longo alcance, para esse caso existe um esquema hbrido com conexo dial-up transportando Upstream em um satlite de transmisso broadcast direto transportando Downstream. E ainda possvel usar tecnologias sem-fio como os dos servios celulares digitais.


Pergunta1 Onde so e porque so utilizados os DSU/CSUs?.


Resposta1 Utilizados em redes de transmisses de dados via companhias telefnicas e servem basicamente para fazer a comunicao entre os computadores digitais e a telefonia digital, funcionando como um interprete das duas tecnologias digitais.


Pergunta2 Quais as vantagens bsicas de possuir conexo ADSL em relao as conexes dial-up?.


Resposta2 As principais vantagens fica por conta de possurem taxas de transferncias muito maiores e no preciso fazer mudana de cabeamento.


Pergunta3 Quais os tipo de tecnologia DSL existentes?.


Resposta3 ADSL, SDSL, HDSL e VDSL.


FIM!!!

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