Introdução
Tecnologias para
conexões digitais
de longa distância
1
Introdução

As companhias telefônicas foram os
responsáveis por desenvolverem as tecnologias
de transmissões de dados de longas distâncias.

As rede de dados de computadores utilizam esta
infra-estrutura criada para transmitir seus dados.
2
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Telefonia digital

A telefonia digital surgiu pela necessidade de melhorar a
qualidade do sinal de voz para longas distâncias.

O sinal analógico sendo transmitido para longas
distâncias necessita de circuitos que amplifiquem o sinal
para manter-se. Isto porém, introduz distorções e ruídos
na transmissão.
3
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Telefonia digital

A conversão para sinais digitais, evita esses problemas mencionados.

A versão digital de um sinal áudio analógico é chamado de áudio
digital.

O processo utilizado para converter um sinal analógico para digital é
chamado de digitalização.

O hardware necessário para a conversão é chamado de conversor
analógico-digital (conversor AD).
4
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Conversor AD

O conversor AD faz amostragem periódicas do sinal, convertendo o
valor da amplitude do sinal daquele instante.
5
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Conversor AD

Os cientistas descobriram que um sistema para
transmissão de voz deve ser capaz de reproduzir a
frequência de pelo menos até 4000Hz para transmitir
uma voz humana.

Se tivermos que codificar este sinal, devemos recorrer a
teoria de Nyquist para saber qual a largura de banda
necessária para fazer a transmissão de dados que utiliza
4000 Hz.
6
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Conversor AD

Segundo a teoria, um sinal (informação) pode ser reconstituído se a
largura de banda for pelo menos duas vezes maior que a frequência
significativa mais alta utilizada.

Deste modo, para um sistema com frequência de 4000hz,
precisaremos de pelo menos 8000 amostragem por segundo para
podermos reconstituir o sinal depois. O conversor AD deve ser capaz
de ter uma amostra a cada 125 microssegundos.
7
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O padrão PCM

O esquema de amostragem de sinal utilizado para
transmissões digitais das companhias telefônicas é
chamado de “pulse Code Modulation” - PCM.

Ela define que um sinal analógico pode ser amostrado a
cada 125 microssegundos com valores de até 255 níveis
diferentes.
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Comunicação SINCRONA

A tecnologia utilizada para transmissões de longas
distâncias são baseadas em comunicações
SINCRONAS.

Características:
–
–
Nasceram para serem utilizadas apenas para transmissão voz
analógicas;
São tecnologias baseadas em comutação de circuitos.
9
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Circuitos digitais

As redes de computadores também utilizam a redes inventadas
pelas companhias telefônicas para fazer as transmissões de dados.

As companhias alugam suas conexões por uma taxa mensal para
permitir que computadores possam se comunicar entre dois
prédios distantes ou até entre cidades.
10
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Circuitos digitais

A tecnologia de transmissão digital de voz e de dados
utilizado pelos computadores tem características de
funcionamentos diferentes.

Os padrões são diferentes, portanto há necessidade de
utilizar um dispositivo de hardware especiais para que
interajam entre si.
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Circuitos digitais

Conhecido como data Service Unit/Channel Service Unit (DSU/CSU)
12
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Circuitos digitais

A porção CSU, trata de terminação da linha e diagnósticos.
–
–
–

Contém circuitos para tratar surtos de energia elétrica provocada por
raios;
Verificar se a outra unidade DSU/CSU está funcionando
corretamente;
Tem um circuito que limita o envio excessivo de ‘1’s.
A porção DSU, traduz os dados do formato digital usado no circuito da
concessionária para o formato digital que o computador entende.
13
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Padrões telefônicos

Os dispositivos DSU/CSU devem comportar os padrões
adotadas pelas companhias telefônicas. Esses padrões definem
as diferentes capacidade de transmissão de dados digitais que
podem ser usados.
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Padrões telefônicos



Um canal de voz exige uma linha de 64kbps (8000 amostras de
8bits/s).
Uma linha T1, pode comportar 24 canais independente de 64kbps.
Um multiplexador é utilizado para multiplexar vários canais numa
transmissão, enquanto que na outra ponta é usado um
demultiplexador para restaurar os vários canais recebidos na
transmissão.

É possível multiplexar 28 canais de T1 em um circuito T3.
15
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Padrões DS

Padrões DS especificam padrões de multiplexação de
múltiplos telefonemas sobre uma única conexão.

São denotados através de “DS” seguido de um número
igual aos denotadas as linhas “T”.
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Circuitos fracionários

As linhas T1 podem ser multiplexadas para fornecerem
canais menores para os usuários. São canais tais como:
64 Kbps,128 Kbps, 9.6 Kbps, etc.

A técnica utilizada para a multiplexação/Demultiplexação
é a TDM.

Esta divisão permite preços populares para pequenas
empresas que não precisam de uma largura de banda
muito maior.
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Circuitos intermediários
MUX INVERSO

Como alocar velocidades apenas pouco maiores que T1, porém sem
ter usar o próximo, que seria o T3, que tem 28 vezes a capacidade
de um T1.
18
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Circuitos de mais alta capacidade

Os padrões Synchronous Transport Signal (STS) padronizam
velocidades ainda maiores. São utilizados para fazer conexões que
interligam um país ou entre países.
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O que é o padrão OC



Padrões para concessionária óticas:
Padrão OC - Optical Carrier. O padrão OC é o termo correto para
referir o meio de transmissão usado para o meio ótico.
Enquanto que STS define o padrão elétrico usado para fazer a
interface na conexão ótica.
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SONET

Synchronous Optical NETwork - SONET
–
Define padrões para envio dos dados , mais especificamente
define o formato dos quadros e informações adicionais de
sincronismo de relógio
21
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SONET

Um aluguel de um circuito STS-1 provavelmente usará
equipamentos que codifiquem os dados em SONET.

Cada quadro SONET STS-1 possui 810 octetos, que são
distribuídos em 9 filas de 90 colunas.

Um quadro SONET STS-3 possuirá por sua vez, 2430
octetos.
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Loop de Assinante Local

É o termo utilizado para se referir à conexão entre o
Escritório Central (EC) e a empresa ou residência.

É a conexão utilizada para a conexão entre o provedor
de rede até seus assinantes.

Geralmente é baseada em circuitos analógicos.
23
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Modens Dial-up

Apesar dos modens terem melhorado bastante,
ainda são limitados pela largura de banda de
áudio (voz) e ruídos da linha telefônica.

Várias outras tecnologias foram inventadas para
permitir serviços de acesso mais rápidos
utilizando a linha telefônica comum.
24
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ISDN

Integrated Services Digital Networks (ISDN)
–
Foi um dos primeiros esforços para oferecer altas taxas de
transmissão de dados em um alinha telefônica comum.
–
Fornece voz e dados digitalizados para assinantes através do
cabeamento de loop local convencional (par de cobre do
telefone)
25
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ISDN

Fornece três canais de digitais de dados, B+B+D.
–
–

Os dois canais 2B, operam cada um com 64Kbps. Podem
transportar áudio, vídeo e dados digitais.
O canal D, opera em 16Kbps e serve para trafego de sinais de
controle. Controla os tipos de serviços que pode ser solicitado e
administra a sessão em uso.
Os dois Canais B podem ser unidos para fornecer um
canal de 128Kbps.
26
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ISDN

Como é possível criar canais com largura de
banda disponível de 2B+D?
27
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ISDN

Utilizando uma forma de multiplexação por divisão de
tempo – TDM

A ilusão de vários canais é criada pelo uso da
multiplexação.
28
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Tecnologia da Linha Assimétrica
Digital de Assinantes

O ISDN foi um das primeiras tecnologias que surgiu para permitir
altas taxas de transmissões de dado digitais (64-128Kbps).

Um das tecnologias mais interessantes é a Digital Subscriber Line –
DSL. Existem diversas variantes que forçam a referência a
tecnologia como xDSL.
29
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ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line – ADSL
–
Utiliza a linha telefônica comum
–
Fornece serviço assimétrico relativas as taxas de velocidades (Upload e
download diferentes);
–
Depende da qualidade do meio para fornecer uma velocidade máxima;
–
Depende da distância da linha;
–
Taxa máxima de downstream de 6,144Mbps e upstream de 640Kbps
30
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ADSL

Apesar de altas taxas que a tecnologia ADSL pode
permitir, a velocidade depende muito da qualidade da
linha telefônica.

Desta forma a tecnologia utiliza métodos complexos
para otimizar / Adaptar a melhor combinação de
técnicas para extrair a melhor velocidade da linha que
estiver conectada.
31
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ADSL
Conexão típica
32
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ADSL

Este serviço é possível, porque os engenheiros
descobriram que muitos loops locais permitem a
transmissão de sinais de alta frequência.

A solução envolver adaptar dependendo das diferentes
características de cada loop local:
–
–
–
Distância
Do cabeamento utilizado
Ruídos e interferências
33
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ADSL

Quando os modens são ligados, eles examinam quais
faixas de frequências ele pode utilizar sem grandes
interferências e atenuações. O resultado é que o modem
se ajusta a linha e otimiza o uso das frequências que ele
pode usar.

A modulação utilizada é a Discrete Multi Tone – DMT –
Combina técnicas de multiplexação por divisão de
frequência e multiplexação inversa.
34
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ADSL

O DMT divide a largura de banda em 286
frequências separadas ou subcanais:
–
–
–

255 canais são para downstream;
31 canais são oara upstream;
2 canais para informações de controle.
Existe um modem virtual para cada canal criado.
35
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ADSL

Cada canal é espaçado em intervalos de 4,1325Khz
para evitar interferências entre os canais subjacentes.

A ADSL também evita usar a largura de banda menor
que 4Khz para não interferir na comunicação de voz.
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ADSL

A ADSL, verifica qual frequência consegue se comunicar melhor e
descarta aquelas que tem muita interferências

Também verifica se a qualidade da linha for muito boa, para tenta
codificar mais bits por baud. Se a houve ruídos e interferências que
prejudiquem a qualidade da transmissão, ele ainda sim utiliza a
frequência codificando menos bits por baud.
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ADSL

O resultado final é que A ADSL não garante
taxas mínimas de velocidade.

As taxas de downstream podem variar de
32Kbps até 6,4Mbps

As taxas de upstream podem variar de 32 a
640Kpbs
38
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Outras DSL

Symmetric Digital Subscriber Line – SDSL
–
–
Fornece taxas de velocidades iguais para ambas as direções;
Tem uma leve vantagem em operar onde a ADSL não consegue.
39
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HDSL

O High Rate Digital Subscriber Line – HDSL
–
–
–
Fornece velocidades DS1 (1,544Mpbs)
Limite restrito de distância para loops locais
Exige dois pares de cabo
40
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VDSL

A Very-high rate Digital Subscriber Line – VDSL:
–
–
–
Taxas de até 54Mbps;
Não podem manter uma conexão entre sua casa e
Estação Central (EC);
Exige pontos intermediários de conexão ( Ex: em cada
bairro) com fibras óticas ligando esses pontos a EC.
41
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Modem de Cabo

As soluções usando Loop Local tem limitações inerentes ao uso de
fios telefônicos.

As soluções ADSL permitem altas taxas de bits, mas dependem de
muitos fatores para alcançar uma boa velocidade de transferência de
dados.

Alternativa: Uso do cabeamento da TV à cabo.
42
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Modem de Cabo

Vantagens:
–
–
–
–

Tem proteção a ruídos;
Infra estrutura existente;
Facilidade de envio de downstream de alta capacidade;
Tem largura de banda ociosa.
É possível então utilizar essa largura de banda sobrando
para enviar além dos canais de TV, dados digitais.
43
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Modem de Cabo

Os dados podem ser enviados através de modens de
cabo residentes na central da TV. Um outro modem
sintonizado na mesma portadora da central de TV que
está na casa do assinante é responsável por receber as
informações digitais.
44
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Modem de Cabo

Na prática não é possível criar uma portadora (ou canal)
para cada assinante.

A solução encontrada foi multiplexar no tempo (TDM) o
sinal para vários usuários ao mesmo tempo.

Em vez de alocar uma portadora para cada assinante
existente, a TV a cabo define uma portadora para vários
usuário e define também um endereço para cada modem
de um assinante.
45
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Modem de Cabo

Cada modem escuta a portadora, e fica verificando o
endereçamento de cada pacote, caso o endereço seja
igual, os pacotes são encaminhados para o computador
do usuário.

O esquema é muito parecido com a tecnologia de LAN
Ethernet com sua rede compartilhada.
46
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Modem de Cabo

Os modens podem alcançar até 36Mbps, mas devido a
esse esquema de compartilhamento, a cada novo
assinante a capacidade efetiva de entrega de dados cai
na razão de 1/N.

Uma frequência portadora pode ser compartilha com os
assinantes de um bairro, por exemplo.
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Comunicação Upstream

A infra estrutura original de TV à cabo não foi feita para providenciar
upstream. Na verdade existem várias barreiras que impedem a
comunicação inversa ao downstream.

Uma alternativa é combinar um modem dial-up.

Outra solução é fazer investimento na infra estrutura atual para que
tenha o caminho dual previsto para permitir uma comunicação
bidirecional. Justificativa: Vídeo sob demanda, TV interativa, etc.
48
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Coaxial de Fibra Híbrida

Hybrid Fiber Coax - HFC - tecnologia híbrida que utiliza fibra ótica e
cabo coaxial para a transmissão de dados.
–
Utiliza fibras óticas para os trechos que exige alta capacidade e cabos
coaxiais nas partes que as velocidades podem ser menores.

Tronco - trecho de alta capacidade que interliga o escritório da TV à
cabo aos bairros.

Circuito alimentador - refere-se ao trecho que faz conexão do
tronco a sua casa.
49
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Coaxial de Fibra Híbrida

Característica
–
–
–
–

Desvantagem
–

Usa TDM e FDM;
Possui largura de banda de 50 à 450 Mhz para TV analógica;
Possui largura de banda de 450 à 750 para comunicação digital
downstream;
Os dados dos usuários são multiplexados dentro da faixa de um canal
(6Mhz).
Alto investimento.
Vantagens
–
Consegue multiplexar mais grupos de assinantes independentes
através da linha de tronco.
50
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Fibra para o Meio-fio
Fiber to the Curb – FTTC. É semelhante ao HFC, pois usa fibras para o
tronco de alta velocidade. A idéia é trazer a fibra mais perto possível do
assinante e conectar ao tronco através de cabos coaxiais e fios
adicionais.
O primeiro traz o circuito para entregar vídeo interativo e o segundo é
usado para transportar voz.
Outras Tecnologias: Satélites.
51
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