UFPR
Departamento de Engenharia Elétrica
Mestrado em Telecomunicações
COMUNICAÇÃO DE DADOS
(TE-723)
Aluno: Salmo Pustilnick
TE-723 Comunicação de Dados


4.1 – O Problema de Alocação de Canais
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo
4.1 – O Problema de Alocação de Canais

Como alocar um único canal de difusão
entre usuários que competem entre si!
• Alocação Estática de Canal
• Alocação Dinâmica de Canal
4.1 – O Problema de Alocação de Canais

Alocação Estática de Canais
Quando existe um número de usuários pequeno e fixo e
cada usuário tem uma carga grande de tráfego,
FDM/TDM são mecanismos simples e eficiente para a
alocação.
Problemas que pode apresentar:
 Se o espectro estiver dividido em N áreas e nem
todos os usuários estiverem interessados em se
comunicar,
uma
parte
do
espectro
será
desperdiçada.
 Se um número maior que N usuários precisar se
comunicar, alguns não terão permissão, mesmo se
alguns dos que tenham conseguido permissão não
estejam transmitindo.
4.1 – O Problema de Alocação de Canais

Alocação Dinâmica de Canais
Premissas fundamentais:
1. Modelo da Estação:
Consiste
em
N
estações
independentes
(computadores ou terminais) cada uma com um
programa ou usuário que gera quadros para
transmissão.
Num
intervalo
de tempo
t, a
probabilidade de um quadro ser gerado é t, onde  é
constante (taxa de chegada de novos quadros). Uma
vez gerado um quadro a estação fica bloqueada e nada
faz até que o quadro tenha sido transmitido com êxito.
4.1 – O Problema de Alocação de Canais

Alocação Dinâmica de Canais (cont.):
2. Canal único:
Apenas um canal é disponível para toda a
comunicação. Todas as estações podem transmitir e
receber através dele.
3. Colisão:
Se dois quadros são transmitidos simultaneamente,
eles se sobrepõem no tempo e o sinal resultante é
adulterado. Todas as estações devem detectar colisões.
4a. Tempo contínuo:
A transmissão de quadros pode começar a qualquer
instante.
4.1 – O Problema de Alocação de Canais

Alocação Dinâmica de Canais (cont.):
4b. Tempo Segmentado:
O tempo é dividido em intervalos discretos (slots).
5a. Há Detecção de Portadora (Carrier Sense):
As estações conseguem detectar se o canal está
sendo usado antes de tentar utilizá-lo. (Ex.: LAN’s)
5b. Não Há Detecção de Portadora:
As estações não conseguem saber sobre o status do
canal antes de tentar utilizá-lo. Elas simplesmente
transmitem e mais tarde conseguem determinar se a
transmissão foi boa ou não. (Ex.: Redes de Satélites)
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

Existem vários algoritmos para a alocação
de um canal de acesso múltiplo:
•
•
•
•
•
•
•
ALOHA
Protocolos CSMA
Protocolos Livres de Colisão
Protocolos de Contenção Limitada
Protocolos WDMA
Protocolos de LAN sem fio
Rádio Celular Digital
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

ALOHA Puro



Técnica proposta em 1970 pela Universidade do
Havaí (EUA).
O problema encontrado era a interligação de
terminais geograficamente dispersos à um
computador central utilizando um canal único de
rádio.
Se dois destes terminais transmitissem ao mesmo
tempo, o sinal resultante da soma das duas
transmissões seria impossível de decifrar.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

ALOHA Puro

Princípio utilizado:
Quando um terminal possui um dado para
transmitir, ele o transmite e fica aguardando a
confirmação de recepção do computador central.
Se a confirmação não chegar num determinado
tempo, o terminal assume que houve colisão ou
erro de transmissão e retransmite o quadro.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

ALOHA Puro

Problemas:
• Se dois quadros forem transmitidos ao mesmo
tempo, ambos serão destruídos.
• Se o último bit de um quadro coincide com o
primeiro bit de outro, também ambos serão
destruídos.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

ALOHA Puro

O melhor desempenho esperado é de 18,4% de
utilização do canal.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

ALOHA Discreto (Slotted ALOHA)




Uma variação na técnica ALOHA introduziu uma
maior disciplina no acesso ao meio.
Divisão do tempo em intervalos (slots), cada um
correspondendo a um quadro (frame).
Uma estação emite um bip no início de cada
intervalo, como um relógio. Um usuário sempre
espera o início do próximo slot.
O desempenho melhora chegando a 36,8%. (O
dobro do ALOHA Puro)
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

Protocolos CSMA


(Carrier Sense Multiple Access)
A eficiência das técnicas ALOHA é muito baixa,
principalmente devido à grande possibilidade de
ocorrerem colisões.
No CSMA, a estação “escuta”, ou examina o meio
antes de realizar uma transmissão, evitando desta
forma que uma estação provoque colisão quando
outra transmissão estiver em curso.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

CSMA 1-persistente:
1) Estação verifica se alguém está utilizando o canal.
2) Se o canal está ocupado, a estação espera até que
ele se torne livre e transmite um quadro.
3) Se uma colisão ocorre, a estação espera por um
tempo aleatório e começa tudo novamente.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

CSMA não-persistente:
1) A estação verifica se alguém está utilizando o
canal.
2) Se estiver desocupado ela transmite.
3) Se o canal está ocupado, a estação não
permanece monitorando a linha. Ela espera por um
tempo aleatório e repete o algoritmo.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

CSMA p-persistente:
(p/ slotted channels)
1) A estação monitora o canal.
2) Se o canal está desocupado, a estação transmite com
probabilidade p.
3) Com uma probabilidade q = 1-p, ela transmite no
próximo slot.
4) Este procedimento é repetido até que o quadro
(frame) seja transmitido ou outra estação inicie a
transmissão.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

CSMA/CD
(Carrier
Collision Dettection)


Sense
Multiple
Access
with
O problema do CSMA é o fato de que se duas
estações iniciarem a transmissão exatamente ao
mesmo tempo, elas irão transmitir um quadro
completo antes de descobrirem que ocorreu uma
colisão. (Perda de tempo).
No CSMA/CD a estação transmite e “escuta” o
meio simultaneamente. Quando o sinal de Tx  do
sinal de Rx  Colisão.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

CSMA/CD




O tempo do percurso entre duas estações “A” e
“B” é τ.
O pior caso ocorre quando:
• “A” começa a transmitir no instante to;
• Num instante τ-ε, “B” inicia a Tx e percebe a
colisão.
• “B” Pára a Tx.
• O efeito da colisão chega a “A” num tempo
2τ-ε.
Portanto 2τ é o tempo necessário para que a
estação esteja segura que assumiu o controle.
Num cabo de 1 Km = 5 s.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo
CSMA/CD
Após detectar uma colisão, uma estação
cancela sua Tx e espera um intervalo de tempo
aleatório para em seguida voltar a Transmitir.
Ocorrerão
períodos
alternados
de
contenção/Tx/Inatividade.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

Protocolos Livres de Colisão
*** No CSMA/CD  Colisão no Período de Contenção ***
1.
2.
Protocolo de Mapa de Bits
Protocolo de Contagem Regressiva Binária
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo
1.
Protocolo de Mapa de Bits
com reserva)
•
•
•
(Protocolo
Idéia: Pressupor N estações, cada uma com
um endereço de 0 a N-1.
Cada período de contenção consiste em N
slots.
Se uma estação “j” tiver um quadro p/ Tx,
enviará um “1” durante o slot “j”.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo
2.
Protocolo de Contagem Regressiva
Binária
•
•
•
O problema com o Protocolo Mapa de Bits é
que o cabeçalho é de apenas 1 bit/estação.
Pode-se melhorar utilizando uma seqüência
de bits para cada estação.
Os bits de cada posição de endereço das
diferentes estações passam por uma operação
“OU” Booleano ao mesmo tempo.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo
2.
Protocolo de Contagem Regressiva
Binária
Ex.:
•
•
•
As estações 0010, 0100, 1001, 1010 estão
tentando acessar o canal. No primeiro período
elas transmitirão 0, 0, 1, 1, respectivamente,
que passarão por uma operação para formar
um 1.
As estações 0010 e 0100 vêm o 1 e sabem
que uma estação de numeração mais alta
está disputando o canal e desistem.
Isto se repete até ficar a última estação com
a numeração mais alta de todas.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo
2.
Protocolo de Contagem Regressiva
Binária
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

Protocolos de Contenção Limitada
• Objetivo: Combinar as melhores propriedades
dos protocolos de contenção (CSMA) e
protocolos livres de colisão (Mapa de bits e
Contagem Regressiva Binária).
• Em cargas baixa  Baixo índice de retardo
• Em cargas altas  Livre de colisão (Melhor
eficiência do canal)
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

Protocolos de Contenção Limitada
Ex.: Protocolo Adaptável de Percurso
em Árvore
• Algoritmo desenvolvido pelo Exército Norte
Americano para testar a sífilis em soldados na
Segunda Guerra mundial.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo
 Protocolos Adaptável de Percurso
em Árvore



Dividir as estações em
grupos
Atribuir “slots” a grupos
A contenção ocorre
dentro do grupo apenas
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

Protocolos WDMA
(Wavelength Division Multiple
Access)
• Consiste em dividir em sub-canais utilizando
FDM,
TDM
ou
ambas,
e
alocá-los
dinamicamente de acordo com a necessidade.
• Usados em redes de fibra óptica.
• Diferentes conversações utilizam diferentes
comprimentos de onda (freqüências) ao mesmo
tempo.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

Protocolos de LAN sem fio
• MACA e MACAW (Multiple Access with Collision
Avoidance)
• É o padrão de LAN sem fio IEEE 802.11
• Aplicações (Ex.: Edifícios comerciais)
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

Rádio Celular Digital
• São conexões diferentes das LAN´s sem fio.
As conexões duram minutos.
• A alocação do canal é feita por chamada e
não por quadro.
4.2 – Protocolos de Acesso Múltiplo

Rádio Celular Digital

Ex.:
• GSM (Global System for Mobile Communicatios)
• Combina ALOHA + TDM +FDM
• Comutação por circuito
• CDPD (Cellular Digital Packet Data)
• Baseado em CSMA não-persistente
• Comutação por pacotes
• CDMA (Code Division Multiple Access)
• Cada estalção transmite em todo o espectro
• Teoria de codificação para separar os sinais
FIM