REDES INDUSTRIAIS AULA 2 CAMADA FSICA 12282021 Redes

REDES INDUSTRIAIS AULA 2 – CAMADA FÍSICA 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 1

Sistemas Heterogêneos n n Vantagens n Custo n Evolução tecnológica n Vários fornecedores n Facilidade de Interligação entre os sistemas (conhecimento do protocolo) Desvantagens n Aplicação genérica. n Muitas estruturas desnecessárias para uma dada aplicação. n Dificuldade de implementação de necessidades específicas n Demora na definição de padrões n Os padrões prevêem evolução tecnológica para viabilizar sua utilização. 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 2

3. TRANSMISSÃO DA INFORMAÇÃO 3. 1 Conceitos de Sistema n Comunicação é a arte do transporte de informação de um ponto a outro. n Sinal é o fenômeno físico capaz de assumir configurações diferentes, as quais se associam o conteúdo da informação. n Sinal analógico variam continuamente com o tempo. (Fig. 3 -1) n Sinal digital assume valores fixos durante discretos intervalos de tempo. (Fig. 3 -2) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 3

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3. 2 Modelo do Sistema de Comunicações 3. 2. 1 Fonte e Destinatário n Fonte é o ente que produz a informação. Para tanto dispõe de um modo generalizado de elementos simples e símbolos. n Elemento é o componente mais simples que entra na composição representativa da informação. Ex. : letras, números. n Símbolo é o conjunto ordenado de elementos. Ex. : através do alfabeto A, B, C, . . . podem compor-se os símbolos AA, BB, AB, . . . etc. 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 5

3. 2. 1 Fonte e Destinatário (Cont. ) n n A saída da fonte sera sempre de símbolos, ficando entendido que nos casos de sistemas mais simples o símbolo coincide com o elemento. Mensagem é o que a fonte produz, consistindo em um conjunto ordenado de símbolos que a mesma seleciona de seu alfabeto conforme critérios próprios. (Fig. 33, 3 -4) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 6

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3. 2. 1 Fonte e Destinatário (Cont. ) Destinatário é o ente a quem a informação é dirigida. n Problema básico para o técnico: n Estudar a maneira como serão transmitidos estes símbolos(mensagens) de modo que a informação associada não seja perdida nem alterada. n 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 8

3. 2. 2 Canal n n n Canal é um meio que transporta os símbolos e a informação associada, da fonte ao destino. Ex. : sinal de natureza elétrica exige um canal que seja projetado para transportar sinais elétricos. (Fig. 3 -5) A fonte não dispõe de potência suficiente para cobrir as perdas da propagação. Esta potência é suprida pelo emissor. Emissor é um ente que, acionado pela fonte, entrega um sinal de energia adequada ao meio. 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 9

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n n n 3. 2. 2 Canal Modulador é um componente interno do emissor que transforma os elementos entregues pela fonte em sinais convenientes para serem transmitidos pelo meio. Meio é o ente que propaga a energia entregue pelo emissor até o receptor. Receptor é o ente que retira a energia do meio e recupera os símbolos, de modo a reproduzir a mensagem a ser entregue no destino. 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 11

3. 2. 2 Canal n n n Demodulador componente interno ao receptor e acoplado ao meio que recupera, a partir da energia recebida, os símbolos portadores da informação. Distorção é a alteração das características do sinal provocada pelo processo de transmissão e limitações físicas do sinal que se propaga pelo meio. Ruído são sinais espúrios de natureza térmica ou aleatória que se somam ao sinal. 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 12

3. 2. 3 Codificador e Decodificador n Codificador altera a natureza dos elementos dos símbolos gerados pela fonte de tal forma que eles sejam adequados para acionar o canal de transmissão (transmissão). (Fig. 3 -6, 37) n Decodificador desempenha um papel inverso ao codificador. 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 13

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3. 2. 4 Modelo Completo de um Sistema de Comunicações n Os elementos ou símbolos gerados pela fonte a sua saída, podem ser transformados em outros elementos ou símbolos ao longo do processo de transmissão. n Porém o conteúdo de informação gerado pela fonte deve ser preservado ao longo de todo o processo. (Fig. 3 -8) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 18

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3. 2. 5 Velocidade de Transmissão n Velocidade de transmissão digital serial de um ETD é a quantidade de bits transmitidos na unidade de tempo (VT). n Unidade = bit por segundo (bps) n A 9600 bps => cada bit tem duração de 104, 2 microsegundos 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 20

3. 2. 6 Taxa de Sinalização n Taxa de sinalização ou velocidade de modulação é a quantidade de modulações feitas durante a unidade de tempo (VM) n Unidade = Baud n VT = VM log 2 L n L = L níveis, onde L é uma potência inteira de 2. n Figs (3 -9, 3 -10, 3 -11) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 21

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3. 3 Banda Passante n Série de Fourier é uma soma infinita de senos e cossenos de diversas frequências. (Fórmula 1) n Um sinal periódico g(t) sempre pode ser descrito: n Em função do tempo t n Em função da frequência f 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 25

3. 3 Banda Passante n Transformada de Fourier G(f) de uma função g(t) é uma função da frequência que representa a energia do sinal em cada uma de suas componentes de frequência. (Fórmula 2) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 26

3. 3 Banda Passante n Banda passante de um sinal é o intervalo de frequências que compõem este sinal. n Largura de banda desse sinal é a diferença entre a maior e menor frequência que compõem o sinal. n Banda passante do meio físico é a faixa de frequências que permanece praticamente preservada pelo meio. (Fig. 3 -12) n Quanto menor a largura de banda passante do meio menor a probabilidade de se receber um sinal de forma correta. (Fig. 3 -13) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 27

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3. 4 Filtros n n Filtro ou filtro de frequência é um elemento físico que age sobre a banda do sinal de entrada. Tipos: n Passa-baixo: Deixa passar somente as frequências abaixo de um valor específico FC. n Passa-alto: Deixa passar somente as frequências acima de FC. n Passa-banda: Deixa passar as frequências que estiverem contidas numa faixa F 2 -F 1. n Corta-banda: Deixa passar as frequências que estiverem fora de uma faixa F 2 -F 1. (Fig. 3 -14) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 30

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3. 5 Sinal de Voz n Um ouvido humano normal pode sentir frequências desde 20 Hz a 20. 000 Hz. n A esta faixa de frequência audível deram o nome de “faixa de áudio”. n Qualquer sinal que nela se acomode chamase “sinal de áudio”. n Voz humana: 100 Hz a 8000 Hz. n A maior parte da energia se concentra em torno de 400 Hz. (Fig. 3 -15) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 32

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3. 5 Sinal de Voz n Um filtro que deixa passar as frequências do sinal de voz maiores que 300 Hz e menores que 3400 Hz gera um sinal de voz inteligível. n A importância de manter a inteligibilidade esta entre 700 Hz a 3000 Hz. n Faixa de Voz: faixa de 300 a 3400 Hz. n Canal de Voz: é um canal de 3100 Hz. 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 34

3. 6 Multiplexação e Modulação n Na prática a banda passante necessária para um sinal é, em geral, bem menor que a banda passante dos meios físicos disponíveis. (Fig. 3 -16) n Multiplexação é a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um meio físico (FDM e TDM). (Fig. 3 -17) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 35

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3. 6. 1 Multiplexação na Frequência n Modulação são técnicas utilizadas para permitir um deslocamento ou shift de frequências. (fig. 3 -18, 3 -19) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 38

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3. 6. 2 Técnicas de Modulação n Todas as técnicas de modulação envolvem o deslocamento do sinal original, denominado sinal modulador, de sua faixa de frequência original para outra faixa. n O valor desse deslocamento corresponde à frequência de uma onda denominada portadora. (Fig. 3 -20) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 40

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3. 6. 3 Sistemas em Banda Larga e em Banda Básica Sistemas em Banda Básica (Sinalização Digital) n Todo o espectro de frequência do meio é utilizado para produzir o sinal. n O sinal é colocado na rede sem se utilizar qualquer tipo de modulação n Não necessita de modems e possibilita transmissão em alta velocidade (para 1 Km de cabo 1 a 2 Gbps é possível. n Não é adequada a circuitos que estão sujeitos a ruído, interferências e erros aleatórios. n Adequada para redes locais. 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 42

Sistemas em Banda Larga (Sinalização Analógica) n Realiza multiplexação em frequência. n Existem sistemas de baixo custo que utilizam apenas um canal (banda larga de único canal - singlechannel broadband) n E onde o espectro de frequência do meio é dividido em vários canais (FDM broadband) n Geralmente utilizada em redes locais em barra (custo bem menor que topologia em anel). n Sinais inseridos no meio podem propagar em apenas uma direção 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 43

Sistemas em Banda Larga (Sinalização Analógica) n n n Não é viável em termos de custo a construção de amplificadores que passem sinais de várias frequências nas duas direções. Desta forma dois caminhos são necessários: caminho inbound e outbound. Estes caminhos se juntam em um ponto da rede conhecido como central repetidora (headend). Figs. 321 Todas as estações devem transmitir em um dos caminhos na direção da central repetidora (caminho inbound). Os sinais recebidos pela estação repetidora são transmitidos ao longo do segundo caminho, sendo então recebidos pelas estações (caminho de retorno outbound). 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 44

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Sistemas em Banda Larga (Sinalização Analógica) n Na transmissão em banda larga com cabo único, os tráfegos de transmissão e de retorno são multiplexados em frequência. n A meia banda inferior do cabo é usada para canais de retorno. n A meia banda superior para canais de transmissão. n A central repetidora contém um dispositivo conhecido como conversor de frequências, para a tradução das frequências de transmissão nas frequências de retorno. (Fig. 3 -22) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 46

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Sistemas em Banda Larga (Sinalização Analógica) Exemplo de Três divisões de frequências utilizadas para as configurações em cabo simples (único): n Sub-split: 5 a 32 MHz como caminho de retorno e 54 a 300 MHz como caminho de transmissão (utilizado pela indústria de TV a cabo) n Mid-split: 5 a 102 MHz como retorno, 162 a 300/400 MHz como transmissão (adequada para redes locais). n High-split: 5 a 174 MHz como retorno, 234 a 300/400 MHz. Utilizados pela indústria de TV a cabo. (Fig. 3 -23) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 48

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Sistemas em Banda Larga (Sinalização Analógica) n n n Para uma rede de 10 Mbps o IEEE 802. 4 recomenda o uso dos canais 3´ e 4´ e os canais P e Q, que são adjacentes, como canais de uso compartilhado. Largura do canal: 1, 5 MHz em 1 Mbps, 6 MHz em 5 Mbps, 12 MHz em 10 Mbps. Canais recomendados: n (59, 75 MHz - 71, 75 MHz) e (252 MHz - 264 MHz) em 10 Mbps n (59, 75 MHz - 65, 75 MHz) e (252 MHz - 258 MHz) em 5 Mbps n (65, 75 MHz - 71, 75 MHz) e (258 MHz - 264 MHz) em 5 Mbps n Para 1 Mbps qualquer dos oito subcanais de 1, 5 MHz igualmente espaçados entre (59, 75 MHz - 71, 75 MHz) e o correspondente entre (252 MHz - 264 MHz) 12/28/2021 Redes Industriais - R. C. Betini 50