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Capítulo 3 dados e sinais (1º unidade)

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Transcript

  • 1. 1.1 Capítulo 3 Dados e Sinais 1º Unidade Prof. Rodrigo Ronner rodrigoronner@gmail.com rodrigoronner.blogspot.com Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
  • 2. • Dados e Sinais 1º Unidade – Sinais analógicos e digitais – Sinais Periódicos x Não periódicos – Período e Frequência – Domínio do Tempo x Frequência – Sinal composto e meio de transmissão – Largura de banda – Perda na Transmissão – Limite na Taxa de Transmissão de Dados – Taxa de Transferência • Desempenho 1º Unidade – Largura de Banda – Largura de Banda em Hertz – Largura de Banda em Bits por Segundo – Throughput – Latência (Retardo) – Tempo de Propagação – Tempo de Transmissão – Tempo de Fila – Jitter • Transmissão Digital e Analógica 2º Unidade – Principais combinações de dados e Sinais – Transmissão Analógica – Conversão Digital-Digital – Transmissão Digital Vantagens – Codificação em Linha • Esquemas de codificação: unipolar, polar e bipolar • codificação polar os esquemas NRZ, RZ, Manchester e Manchester Diferencial – Codificação em Bloco • Fases da codificação de bloco • 4B/5B • Modos de Transmissão 2º Unidade – Serial – Paralela • Códigos de Dados 2º Unidade – EBCDIC – ASCII – Unicode • Multiplexação 3º Unidade  FDM  TDM  FDM versus TDM  WDM  FDMA  Espalhamento de frequência – FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) • Comutação 3º Unidade  Comutação Circuitos  Comutação Pacotes  Comutação de Mensagens • Técnicas de Detecção de Erros 3º Unidade  Prevenção de Erros  Detecção de Erros  Controle de erros • Seminário 3º Unidade  -Sonet e Ethernet - Sumário
  • 3. Informação  É tudo aquilo que se deseja transmitir entre um emissor e um receptor  Em redes de computadores as informações devem ser convertidas em sinais eletromagnéticos para transmitir os dados  Dados podem ser transmitidos na forma analógica ou na forma digital  A informação analógica é formada naturalmente, como por exemplo a voz humana, possui uma infinidade de estados ao longo de tempo  A informação digital é aquela onde os dados usam somente dois estados discretos, 0`s ou 1`s, um exemplo é a armazenagem dos dados em um disco rígidos
  • 4. 4 Quatro combinações de Dados e Sinais
  • 5. Exemplo de Sinais analógicos e digitais
  • 6. Sinais Analógicos e Digitais • Assim como a informação, os sinais podem ser representados como analógicos e digitais, um sinal analógico possui uma infinidade estados por um certo tempo, um sinal digital possui apenas um número finito e limitado de estados. • Sistemas analógicos: são aqueles que conservam a forma dos sinais desde a fonte ao destino. • Sistemas digitais: são aqueles em que a forma do sinal transmitido é diferente do sinal original. Neste sistema, as formas dos sinais são convertidos para um sistema binário antes de serem transmitidos.
  • 7. Sinais Periódicos x Não periódicos • Tanto um sinal analógico quanto o sinal digital pode se apresentar como periódicos ou não. • Um sinal dito periódico completa um padrão dentro de um intervalo de tempo mensurável, a esse intervalo de tempo chamamos de ciclo. • Um sinal não periódico não possui essa característica. • Em comunicação de dados utilizamos geralmente sinais analógicos periódicos e sinais digitais não periódicos
  • 8. Sinais analógicos • Podem ser classificados como simples ou compostos • Um sinal simples não pode ser decompostos em sinais menores • Um sinal compostos é uma soma de sinais periódicos , possivelmente infinito, de múltiplas ondas senoidais
  • 9. Onda Senoidal • É a forma fundamental de um sinal analógico, varia de forma contínua ao longo do ciclo. • Quando visualizamos como uma curva oscilante simples, sua mudança ao longo do curso de um ciclo é suave e consistente, um fluxo oscilante e contínuo. • Cada Ciclo consiste um arco único acima do eixo do tempo seguido por um arco único abaixo dele.
  • 10. Amplitude Máxima • A amplitude máxima de um sinal é o valor absoluto da máxima intensidade, proporcional à energia que ela transporta. • Para sinais elétricos, a amplitude máxima é normalmente medida em volts. Exemplo: • A eletricidade em sua casa pode ser representada por uma onda senoidal com uma amplitude máxima de 155 a 170v. Entretanto, é de domínio público que a voltagem da eletricidade em nossas residências é de 110 a 127v.
  • 11. Amplitude Máxima
  • 12. Período e Frequência • Período se refere a quantidade de tempo, sem, segundos, que um sinal precisa para completar 1 ciclo. • Frequência Corresponde ao número de períodos em 1s. Obs: Note que período e frequência são apenas uma característica definida de duas formas diferentes. Período e frequência são inversamente proporcionais; T = 1 / f e f = 1 / T
  • 13. Dois Sinais com a mesma amplitude e fase, mas frequências diferentes
  • 14. Exercício
  • 15. Fase • O termo fase descreve a posição da forma de onda com relação ao marco zero do tempo • A fase é medida em graus ou radianos • 360º = 2πrad
  • 16. Três ondas senoidais com a mesma amplitude e frequência, mas com fases diferentes
  • 17. Domínio do Tempo x Frequência • Uma onda senoidal para ser bem definida precisa dos parâmetros de amplitude, fase e frequência, na maioria dos gráficos a amplitude é apresentada em função do tempo, mas também pode ser apresentada em função do frequência. • Para mostrar a relação entre amplitude e frequência, podemos usar assim o chamado gráfico domínio da frequência. • Um Gráfico domínio da frequência se preocupa apenas com o valor máximo e a frequência.
  • 18. Exemplo Os Gráficos domínio do tempo e domínio da frequência de uma onda senoidal. Domínio do Tempo Domínio da Frequência
  • 19. Sinais Compostos • Podemos enviar uma onda senoidal simples. Ela tem diversas aplicações no cotidiano. • Ex: Companhia distribuidora de energia envia um a onda senoidal simples com frequência de 60 Hz para distribuir energia elétrica para residência e empresas. • Um sinal composto é formado de várias ondas senoidais simples. • Uma onda senoidal simples não é útil em comunicação de dados; precisamos enviar um sinal composto, um sinal formado por várias ondas senoidais simples.
  • 20. Exemplo
  • 21. Sinal composto e meio de transmissão • Fisicamente quando um sinal viajar por um meio de comunicação sofre com fenômenos que limitam ou impedem a passagem de determinadas frequências, com isso um sinal composto que entra, nunca será igual ao sinal de saída
  • 22. Largura de banda • Entendemos como largura de banda como o intervalo da faixa de frequência que passa pelo meio físico, ou seja, é a diferença entre a maior e menor frequência transmitida. • É a faixa de frequências passantes por um meio físico. • A largura de banda normalmente se refere à diferença entre duas frequências, das quais as superiores e inferiores são filtradas pelo meio
  • 23. Exemplo
  • 24. Exercício Resolvido Se um sinal é decomposto em 5 ondas com freqüências de 100, 300, 500, 700, e 900 Hz, qual a largura de banda? Desenhe o espectro, assumindo que todos os componetes tem máxima amplitude de 10 v.
  • 25. Exercício Resolvido Se um sinal é decomposto em 5 ondas com freqüências de 100, 300, 500, 700, e 900 Hz, qual a largura de banda? Desenhe o espectro, assumindo que todos os componetes tem máxima amplitude de 10 v. Solução Seja fh a maior freqüência, fl a menor freqüência, and B a largura de banda. Então:
  • 26. Perda na Transmissão • Causas da perda • Atenuação • Sinal perde energia, mas não existe deformação • Em cabos metálicos é decorrente da perda por calor • Distorção • Significa que o sinal muda de forma ou formato • Pode ocorrer num sinal composto com diversas frequências. • Ruído • Afeta geralmente o meio de transmissão • Existem vários tipos de ruído
  • 27. Perda na Transmissão Atenuação = Significa perda de energia
  • 28. Limite na Taxa de Transmissão de Dados Distorção = é a alteração de um sinal devido às diferentes velocidadesdepropagaçãodecadafrequênciaqueformaumsinal
  • 29. Limite na Taxa de Transmissão de Dados Ruído = é a energia externa que causa danos a um sinal
  • 30. Limite na Taxa de Transmissão de Dados
  • 31. Taxa de Transferência • A maioria dos sinais digitais é não periódica e, consequentemente, frequência e período não são características adequadas. • Outro termo – taxa de transferência é numero de bits enviados em 1s, expresso em bits por segundo (bps).
  • 32. Exemplo 1 • Suponha que precisamos baixar documentos de texto a uma taxa de 100 páginas por minuto. Qual seria a taxa de transferência do canal? • Solução • Uma página tem, em média, 24 linhas com 80 caracteres por linha. Se supusermos que um caractere precise de 8 bits, a taxa de transferência seria: • 100 x 24 x 80 x 8 = 1.636.00 bps = 1,636 mbps
  • 33. Exemplo 2 • Qual a taxa de transferência para TV de alta definição (HDTV)? • Solução • A HDTV usa sinais digitais para transmitir sinais de video de alta qualidade. A tela de uma HDTV tem normalmente a proporção 16:9 (comparada aos 4:3 de uma TV comum), o que significa que a tela é mais larga. Existem 1.920 por 1.080 bits por tela e a taxa de renovação na tela é de 30 vezes por segundo. • Obs: Vinte e quatro bits representam um pixel de cor. • 1.920 x 1.080 x 30 x 24 = 1.492.992.000 ou 1,5 Gbps
  • 34. Exercícios 1) Descreva 3 características de uma onde senoidal 2) O que é espectro de frequência de um sinal? 3) Compare um sinal digital com um sinal analógico 4) Qual a relação entre período e frequência? 5) Quais são as unidades de medida do período e da frequência? 6) O que indica a frequência de um sinal e o que é o período do sinal? 7) O que indica a amplitude do sinal? 8) O que indica a frequência de um sinal? 9) O que indica a fase de um sinal? 10) Em que tipo de gráfico mostramos a amplitude em um dado instante de tempo?
  • 35. Desempenho
  • 36. Largura de Banda • Uma Característica que mede o desempenho das redes é a largura de banda. • O Termo pode ser empregado em dois contextos diferentes com duas medidas diversas: largura de banda em Hertz e largura de banda em bits por segundo.
  • 37. Largura de Banda em Hertz • È o intervalo de frequências contido em um sinal composto ou o intervalo de frequências que um canal deixa passar. • Podemos dizer que a largura de banda de uma linha telefônica é de 4Hz.
  • 38. Largura de Banda em Bits por Segundo • Se refere ao número de bits por segundo que um canal, um enlace ou até mesmo uma rede é capaz de transmitir. • Podemos dizer que a largura de banda de uma rede ethernet (ou os enlaces nessa rede) é de no máximo 100Mbps. Relação: • Podemos dizer um aumento na largura de banda em hertz significa um aumento na largura de banda em bits.
  • 39. Largura de Banda em Hertz e Bits (Exemplo) A largura de banda de uma linha telefônica por assinatura é de 4Khz para voz ou dados. A largura de banda para essa linha para transmissão de dados pode ser de até 56.000 bps usando um modem sofisticado para transformar o sinal digital em analógico. Se a companhia telefônica melhorar a qualidade da linha e aumentar a largura de banda para 8 kHz, podemos enviar 112.000 bps.
  • 40. Throughput • É uma medida realmente de rapidez pela qual podemos enviar dados pela rede. Exemplo: Uma rede com largura de banda de 10 Mbps é capaz de deixar passar um média de 12.000 pacotes por minuto, em que cada pacote transporta uma média de 10.000 bits. Qual é o throughput desta rede? Throughput = 12.000 x 10.000 ____________ = 2 Mbps 60
  • 41. Latência (Retardo) • Define quanto tempo leva para uma mensagem inteira chegar de forma completa no seu destino, desde o momento em que o primeiro bit é enviado da origem. • A latência e formada por quatro componentes: tempo de propagação, tempo de transmissão, tempo de fila e retardo de processamento.
  • 42. Tempo de Propagação Mede o tempo necessário para um bit trafegar da origem ao seu destino, ele é calculado dividindo-se a distância pela velocidade de propagação. Exemplo: Qual é o tempo de propagação, se a distância entre os dois pontos for de 12.000 Km? suponha que a velocidade de propagação no cabo seja 2,4 x 108 m/s Tempo de propagação = 12.000 x 1.000 ------------------ = 50 ms 2,4 x 108 m/s
  • 43. Tempo de Transmissão • Em comunicação de dados, não podemos simplesmente enviar apenas 1 bit; enviamos uma mensagem. • O Primeiro bit pode levar um período igual ao tempo de propagação para chegar ao seu destino; o último bit poderia também levar o mesmo período. Entretanto, existe um tempo entre a saída do primeiro bit do emissoro e a chegada do último bit no receptor. • O primeiro bit sai primeiro e chega antes; o último bit sai depois e chega mais tarde ao seu destino. • O tempo necessário para transmissão de uma mensagem depende do tamanho da mensagem e da largura da banda do canal.
  • 44. Tempo de Transmissão • Exemplo: Qual é o tempo de propagação e qual é o tempo de transmissão de uma mensagem de 2,5 kbytes (um e-mail), se a largura de banda da rede for de 1Gbps? Suponha que a distância entre o emissor e o receptor seja de 12.000 km e que a luz trafegue a 2,4 x 108 m/s Tempo de propagação = 12.000 x 1.000 ------------------ = 50 ms 2,4 x 108 m/s Tempo de Transmissão = 2.500 x 8 ------------ = 0,020 ms 109
  • 45. Tempo de Fila • O tempo necessário para casa dispositivo intermediário ou terminal manter a mensagem antes de esta ser processada. • O tempo de fila não é um fator fixo; ele muda com a carga da rede. • Exemplo: • Um dispositivo intermediário, por exemplo, um roteador, coloca na fila as mensagens que chegam e as processa uma a uma. Se existirem muitas mensagens, cada uma delas terá de aguardar.
  • 46. Jitter • Jitter é uma variação estatística do atraso na entrega de dados em uma rede, ou seja, pode ser definida como a medida de variação do atraso entre os pacotes sucessivos de dados. • O jitter é simplesmente a variação de diversos pings, ou seja, é a subtração do maior valor com o menor valor. Como nos outros termos, quanto menor o jitter, melhor. • Um exemplo de sistemas que tem o Jitter como inimigo é o serviço de Voz sobre IP (VoIP). Para este sistema, tanto o efeito do Jitter, variação de latência, quanto a sua mais simples solução, bufferização, não são agradáveis.