William Stallings Data and Computer Communications 7 th Edition

1. William StallingsData and Computer Communications7th Edition Capítulo 4 “Transmission Media” Meios de Transmissão

2. Sumário • Confinado (ou guiado) – “Guided – wire” • Não-confinado – “Unguided – wireless” • Características e qualidade da transmissão determinadas pelo meio e sinal • Para “guided”, o meio é mais importante • Para “unguided”, a largura de faixa proporcionada pela antena é mais importante • Aspectos essenciais são a taxa de dados e a distância

3. Fatores de projeto • Largura de faixa / Bandwidth - BW • Maior BW, proporciona maiores taxas • Problemas na transmissão • Atenuação • Interferência • Número de receptores • Em meios confinados • Mais receptores (multi-point) introduzem mais atenuação

4. Espectro Electromagnético

5. Meios de transmissão confinados • Par trançado / Twisted Pair • Cabo coaxial / Coaxial cable • Fibra óptica / Optical fiber

6. Frequency Range Typical Attenuation Typical Delay Repeater Spacing Twisted pair (with loading) 0 to 3.5 kHz 0.2 dB/km @ 1 kHz 50 µs/km 2 km Twisted pairs (multi-pair cables) 0 to 1 MHz 0.7 dB/km @ 1 kHz 5 µs/km 2 km Coaxial cable 0 to 500 MHz 7 dB/km @ 10 MHz 4 µs/km 1 to 9 km Optical fiber 186 to 370 THz 0.2 to 0.5 dB/km 5 µs/km 40 km Características de transmissão de meios confinados

7. Par trançado / Twisted Pair

8. Aplicações do par trançado • Meio mais comum • Rede telefônica • Entre a residência e central local (subscriber loop) • Em prédios • Para PBX (private branch exchange) • Para local area networks (LAN) • 10Mbps ou 100Mbps

9. Par trançado - Pros e Cons • Barato • Fácil de se trabalhar • Baixa taxa de dados • Curto alcance (distância)

10. Características de transmissão do par trançado • Analógico • Amplificadores a cada 5km a 6km • Digital • Usa sinal analógico ou digital • Repetidor a cada 2km ou 3km • Distância limitada • Bandwidth limitada (1MHz) • Taxa de dados limitada (100MHz) • Susceptível a interferências e ruído

11. Near End Crosstalk • Acoplamento do sinal de um fio ao do outro • Acoplamento acontece quando o sinal entrando no link interfere o sinal saindo do mesmo (transmissor e receptor) • Ou seja, um sinal transmitido interfere o receptor local

12. Crosstalk http://www.cabletesting.com/CableTesting/Testing/Definitions/Definitions_NEXT.htm

13. NEXT em rede de computadores – exemplo de informação técnica • In order to certify a cable as Category 3 (see Categories of twisted pair cabling systems), the NEXT test must be performed in 1 MHz steps from 1 Mhz to 16 MHz. Since the level of signal loss or interference can change with frequency, a range of frequencies must be used to certify that the cable is acceptable over the entire range. In order to certify a cable for Category 5 use, the test frequency range must be extended up to 100 MHz. A 1 MHz frequency step should still be used. In both cases, you must test both ends of the cable. This is because NEXT occurs on the ends of the cable right where the connector is attached. • Simply using Category 5 cables, connectors, and patch panels does not guarantee that a network will support 100 Mb operation. You must actually certify your network for use at this speed with a CAT 5 cable tester after the network is fully installed.

14. NEXT em rede de computadores

15. Unshielded (não-blindado) e Shielded (blindado) TP • Unshielded Twisted Pair (UTP) • Linha telefônica comum • Mais barato • Mais simples de instalar • Sofre the interferência eletro-magnética (EM) externa • Shielded Twisted Pair (STP) • Capa metálica que reduz interferência • Mais caro • Mais difícil de manusear: (mais grosso e pesado)

16. Categorias UTP • Cat 3 • até 16MHz • “Voice grade” popular na maioria dos escritórios • “Twist length” de 7.5 cm a 10 cm • Cat 4 • até 20 MHz • Cat 5 • até 100MHz • Comumente usado em novas instalações • “Twist length” de 0.6 cm a 0.85 cm • Cat 5E (Enhanced) (ou melhorado) • Cat 6 • Cat 7

17. Attenuation (dB per 100 m) Near-end Crosstalk (dB) Frequency (MHz) Category 3 UTP Category 5 UTP 150-ohm STP Category 3 UTP Category 5 UTP 150-ohm STP 1 2.6 2.0 1.1 41 62 58 4 5.6 4.1 2.2 32 53 58 16 13.1 8.2 4.4 23 44 50.4 25 — 10.4 6.2 — 41 47.5 100 — 22.0 12.3 — 32 38.5 300 — — 21.4 — — 31.3 Comparação de Shielded e Unshielded Twisted Pair

18. Category 3 Class C Category 5 Class D Category 5E Category 6 Class E Category 7 Class F Bandwidth 16 MHz 100 MHz 100 MHz 200 MHz 600 MHz Cable Type UTP UTP/FTP UTP/FTP UTP/FTP SSTP Link Cost (Cat 5 =1) 0.7 1 1.2 1.5 2.2 Categorias e Classes de Twisted Pairs

19. Cabo coaxial

20. Aplicações de cabo coaxial • Meio versátil • Distribuição de TV • TV a cabo • Transmissão de telefonia em longa distância • Pode transportar 10.000 chamadas simultaneamente • Está sendo substituído por fibra • Conexão de sistemas computacionais a curta distância • Redes LAN

21. Características de transmissão do cabo coaxial • Analógico • Amplificadores a cada poucos km • Mais próximos se em altas frequencias • Até 500MHz • Digital • Repetidor a cada 1km • Mais próximos para altas taxas de dados

22. Fibra Óptica

23. Benefícios da fibra • Maior capacidade • Taxas de dados de centenas de Gbps • Menor tamanho e peso • Menor atenuação • Isolamento eletromagnético • Maior espaçamento entre repetidores • Dezenas de km, no mínimo

24. Aplicações de fibras ópticas • Long-haul trunks • Metropolitan trunks • Rural exchange trunks • Subscriber loops – loop do assinante: de sua casa até a central local • LANs • Obs: trunks são as vias de dados (troncos) entre centrais telefônicas, os quais operam em altas taxas.

25. Características de transmissão da fibra óptica • Age como guia de onda de 1014 a 1015 Hz • Porções do infravermelho e espectro visível • Light Emitting Diode (LED) • Mais barato • Faixa de temperatura de operação mais ampla • Dura mais • Injection Laser Diode (ILD) • Mais eficiente • Maior taxa de dados • Wavelength Division Multiplexing

26. Optical Fiber Transmission Modes

27. Wavelength (in vacuum) range (nm) Frequency range (THz) Band label Fiber type Application 820 to 900 366 to 333 Multimode LAN 1280 to 1350 234 to 222 S Single mode Various 1528 to 1561 196 to 192 C Single mode WDM 1561 to 1620 185 to 192 L Single mode WDM Freqüências utilizadas em aplicações de fibras

28. Attenuation in Guided Media

29. Freqüências de transmissão wireless • 2GHz a 40GHz • Microwave • Altamente direcional • Point to point – ponto a ponto • Satélite • 30MHz a 1GHz • Omnidirectional • Rádio broadcast • 3 x 1011 to 2 x 1014 • Infrared • Local

30. Antenas • Condutor elétrico (ou sistema de…) usado para irradiar energia eletromagnética ou colegar energia eletromagnética • Transmissão - Tx • Converte sinal em energia eletromagnética • Irradia pela vizinhança • Recepção - Rx • Energia eletromagnética alcança a antena • Alimenta o receptor • Mesma antena pode ser usada para Tx e Rc

31. Padrão de radiação • Potência irradiada em todas as direções • Não é o mesmo desempenho em todas as direções • Antena isotrópica é (teoricamente) um ponto no espaço que • Irradia em todas as direções igualmente • Alcança um padrão de radiação esférico

32. Antena Parabólica • Usada para microondas terrestres e via satélite • Uma fonte colocada no foco da parábola, produzirá ondeas refletidas pela parábola de forma paralela ao eixo da mesma • Cria (teoricamente) um feixe paralelo de luz, som ou rádio • Na recepção, o sinal é concentrado no foco, onde o detector é colocado

33. Antena parabólica

34. Ganho da antena / “Antenna Gain” • Medida da direcionalidade da antena • A potência de saída numa direção particular é comparada com aquela produzida por uma antena isotrópica • Medida em decibéis (dB) • Resulta na perda de potência em uma outra direção • Área efetiva relaciona-se ao tamanho e forma

35. Microondas terrestres • Disco parabólico – “parabolic dish” • Feixe focado – “focused beam” • Visada direta – “line of sight” • Teleco de longas distâncias – “Long haul telecommunications” • Aumentando a freqüência proporciona taxas mais altas

36. Microondas via satélite • Satélite é uma estação de comutação (“relay station”) • Satélite recebe em uma frequencia, amplifica ou repete o sinal e transmite em outra frequencia • Requer uma órgbita geoestacionária (“geo-stationary” • Altura de 35,784km • Televisão • Telefonia de longa distância • Redes de empresas (Private business networks)

37. Link satélite ponto a ponto

38. Link satélite broadcast

39. Rádio broadcast • Omnidirectional • Rádio FM • TV UHF e VHF • Visada diret • Sofre de interferência multi-percurso • Reflexões

40. Infravermelho • Visada direta (ou reflexão) • Bloqueado por paredes • Ex: controle remoto de TV, porta IRD, etc.

41. Propagação Wireless • Sinais atravessam 3 possíveis rotas • Onda de superfície - Ground wave • Segue o contorno da terra • Até 2MHz • Rádio AM • Sky wave • Rádio amador, BBC world service, Voice of America • Sinal refletido na ionosfera • Visada direta - Line of sight • Acima de 30Mhz • Pode ir além da visada direta óptica devida à refração

42. Ground Wave Propagation - superfície

43. Sky Wave Propagation

44. Line of Sight Propagation – visada direta

45. Refração • Velocidade da onda electromagnetica é uma função da densidade do material • ~3 x 108 m/s no vácuo, menor em qualquer outro meio • Quando uma onda move de um meio para outro, sua direção pode mudar • Índice de refração • Lei de Snell • Pode causar uma curva gradual se a densidade do meio varia • Densidade da atmosfera decresce com a altitude • Resultado é que as ondas de rádio se curvam em direção à terra

46. Refração (cont.)

47. Refração (cont.)

48. Horizonte óptico e de rádio

49. Transmissão em visada direta (Line of Sight) • Perda no espaço livre • Sinal atenua com distância • Maior para baixas freqüências (maior comprimento de onda) • Absorção atmosférica • Vapor de água e oxigênio absorvem sinais de rádio • Água, maior em 22GHz, menor abaixo de 15GHz • Oxigenio, maior em 60GHz, menor abaixo de 30GHz • Chuva e neblina • Multipercurso • Melhor captar em visada direta, se possível • Sinal pode ser refletido, e múltiplas cópias alcançarem receptor • Pode não haver sinal direto • Refletido pode reforçar ou até cancelar direto • Refração • Pode resultar em perda parcial ou total do sinal no receptor

50. Perdanoespaçolivre