Métodos de acesso múltiplo

Baseados em disputa

MACA

MACAW

FAMA

CSMA/CA

Livres de disputa

Varredura (polling)

Reserva

TDMA

FDMA

CSMA

Carrier Sense Multiple Access

Uso de detecção de portadora (sinal no meio)

Evita colisões

Duas ou mais estações transmitem ao mesmo tempo →colisão

MACA

Multiple Access with Collision Avoidance

Criado para redes sem fio

Não usa detecção de portadora

Detecção de portadora reduz colisões mas não aselimina

Lida com o problema do terminal escondido

Usa quadros RTS e CTS

MACA

Estação transmite um RTS para o destino

Request To Send

Quadro curto

Contém o comprimento (duração) do quadro de dadosque eventualmente será enviado em seguida

Estações vizinhas (no alcance de transmissão dafonte) irão adiar as suas transmissões

MACA

Destino responde com um CTS

Clear To Send

Também contém o comprimento (duração) do quadrode dados

Quadro curto para que as estações vizinhas (noalcance do destino) escutem a transmissão

Evitem transmitir enquanto o quadro de dados (grande)

estiver sendo enviado

MACA

Uso de RTS e CTS para o problema do terminal escondido

RTS

MACA

Uso de RTS e CTS para o problema do terminal escondido

CTS CTS

MACA

Uso de RTS e CTS para o problema do terminal escondido

Dados

MACA

Ainda podem haver colisões

Envio de RTSs ao mesmo tempo e em outros casos

Colisão inferida através do não recebimento do

CTS em um tempo T

Retransmissão dos quadros após a

temporização aleatória

Recuo binário exponencial do Ethernet

MACAW

MACA for Wireless

Uso de reconhecimento positivo

Diminuição do tempo de retransmissão dos quadros

FAMA

Floor Acquisition Multiple Access

Utiliza a detecção de portadora e o mecanismo

de RTS/CTS

Para melhorar o acesso ao meio

MACA pode ainda ter problemas em relação aterminais escondidos

FAMA

Problema atacado pelo FAMA

FAMA

Supondo que A e C tenham dados para

transmitir para B

A transmite um RTS para B

B transmite um CTS para A

C transmite um RTS para B

Pois dependendo dos atrasos de propagação, CTS de B

para A pode ter sido recebido em A, mas não em C

A começa a enviar dados para B → colisão com RTSde C para B

FAMA

Solução

Uso de intervalos de tempo entre uma recepção de umquadro e a transmissão de outro

Intervalos chamados espaços entre quadros

Intervalos devem levar em consideração os atrasos de

propagação e de processamento

Intervalos devem ter um tamanho mínimo

Para garantir que todas as estações estão a par da

transmissão atual

No exemplo

Se B tivesse esperado um tempo antes de responder

com um CTS, o RTS de C teria chegado

Colisão de um quadro de controle com um quadro

de dados é mais severa

CSMA/CA

Carrier Sense Multiple Access/Collision

Avoidance

Combina características de

CSMA

MACA/MACAW

FAMA

Inclui um tempo aleatório

Para evitar colisões de estações que estavamsimultaneamente disputando o meio

CSMA/CA

Escuta de portadora

Durante um tempo chamado intervalo entre quadros

Quanto menor o intervalo maior a prioridade

Não há delimitador de fim de quadro

Evita colisões

Tempo aleatório (backoff) entre transmissõessucessivas de quadros

ACK

Informa que o quadro foi recebido corretamente

Recuperação de erros

CSMA/CA

CSMA/CA

Backoff

Escolhe-se um tempo aleatório entre 0 e um temporelativo à janela de contenção

Esse tempo é associado a um temporizador de backoff

Meio livre por mais de IFS → decrementa-se o

temporizador periodicamente

Temporizador para quando há alguma transmissão

Quando o temporizador chega a zero → transmite o

quadro

ACK não recebido → considera-se que houve colisão eque o quadro deve ser retransmitido

Valor da janela de backoff começa com um valormínimo e a cada transmissão não sucedida éaumentado

CSMA/CA

Usado no IEEE 802.11

Varredura

Estação controladora envia mensagens a outras

estações

Convidando-as a transmitir dados

Estações ao serem consultadas podem

transmitir dados

Ordem das consultas-convites é estabelecida

por uma lista armazenada na estação

centralizadora

Introduz um atraso de seleção

Usada no modo PCF do IEEE 802.11, no

Bluetooth e no IEEE 802.16

Reserva

Estações reservam o direito de acessar o meio

compartilhado

Pedidos de reserva são enviados pelas estações

e são processados pela estação centralizadora

(caso exista) que escalona o posterior acesso ao

meio

Dependendo do protocolo, podem haver colisões depedidos

Usada no IEEE 802.16

TDMA

Acesso múltiplo por divisão de tempo (Time

Division Multiple Access)

Acesso múltiplo feito em função do tempo

Tempo é dividido em slots

Em cada slot somente uma estação pode

transmitir

Usado no IEEE 802.16

FDMA

Acesso múltiplo por divisão de frequência

(Frequency Division Multiple Access)

Acesso múltiplo feito em função da frequência

Cada estação está associada a uma banda de

frequência diferente

Multiplexação

Também tem por objetivo compartilhar o meio

físico

Divisão do meio ocorre na camada física

Pode ser classificada em função da variável

usada para separar as fontes

Multiplexação por divisão de tempo (Time DivisionMultiplexing - TDM)

Usada no IEEE 802.16

Multiplexação por divisão de frequência (FrequencyDivision Multiplexing - FDM)

Multiplexação

Multiplexação por divisão de tempo (fonte: Stallings)

Multiplexação

Multiplexação por divisão de frequência (fonte: Stallings)

Duplexação

Comunicação entre duas estações pode ser

classificada em

Unidirecional (simplex) → único sentido

Bidirecional alternado (half-duplex) → dois sentidos,porém não simultaneamente

Bidirecional simultâneo (full-duplex) → dois sentidos,simultaneamente

Duplexação

Pode ser classificada em função da variável

usada para separar as fontes

Duplexação por divisão de tempo (Time DivisionDuplexing - TDD)

Usada no Bluetooth e no IEEE 802.16

Duplexação por divisão de frequência (FrequencyDivision Duplexing - FDD)

Usada no IEEE 802.16

Tipo especial de multiplexação

Técnicas de transmissão

Parte da camada física

Bits podem ser codificados ou modulados

Codificações

Trabalham em banda básica

Preservam as faixas de frequências originais dos dados

Modulações

Modificam a faixa de frequências dos dados

Codificações

NRZ

NRZI

Manchester

4B/5B

PAM

PPM

Outras

PPM

Modulação por posição de pulso (Pulse Position

Modulation)

M-PPM

Log2 M bits codificados através da transmissão

de um único pulso entre M deslocamentos no

tempo

PPM

Ex.: 4-PPM (bits símbolos PPM)

00 0001

01 0010

10 0100

11 1000

PPM

Pode sofrer problemas de interferência por

múltiplos caminhos

Usada na transmissão por infravermelho do

IEEE 802.11

Modulação

Ondas quadradas das codificações compostas

de diversas frequências

Atenuação e velocidade de propagação nomeio variam com a frequência

Codificação em banda básica é mais usada empequenas distâncias e baixas velocidades

Alguns meios como fibra óptica exigem que o

sinal ocupe uma determinada faixa

Podem existir diversas estações que devem

acessar um mesmo meio físico

Modulação

Também chamada chaveamento (keying)

Transforma os bits em uma maneira apropriada

para transmissão

Geralmente através da transposição dos dados emsinais de frequências mais altas

Uso de uma portadora de mais alta frequência

Senóide é geralmente usada como portadora

Variação da amplitude, da frequência ou da fasedetermina o tipo de modulação

Modulações

ASK

FSK

PSK

QAM

Outras

ASK

Amplitude Shift Keying

M-ASK

Varia a amplitude da portadora entre M valores

BASK

Binary ASK

Usa duas amplitudes (M = 2)

FSK

Frequency Shift Keying

M-FSK

Varia a frequência da portadora entre M valores

BFSK

Binary FSK

Usa duas frequências (M = 2)

FSK

GFSK

Gaussian FSK

Pulsos

Passam por um filtro gaussiano de modo a diminuir oespectro dos mesmos

Depois são modulados em frequência

Usada no IEEE 802.11 original e no Bluetooth

PSK

Phase Shift Keying

M-PSK

Varia a fase da portadora entre M valores

PSK

BPSK

Binary PSK

Usa duas fases (M = 2)

Deslocamento em função de transições de sequênciasde bits

Transição fase é deslocada de 180°

PSK

DPSK

Differential PSK

DBPSK

Diferential Binary PSK

Usa duas fases (M = 2)

Deslocamento em relação à fase do fim do bit anterior

Bit 0 fase é mantida

Bit 1 fase é deslocada de 180°

PSK

QPSK

Quadrature PSK

Usa quatro fases separadas de π/2

Mais eficiente que a BPSK

Transmite dois bits em um único símbolo

PSK

DQPSK

Vários tipos de modulação PSK usados no IEEE

802.11 e no IEEE 802.16

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

M-QAM

Pode variar a amplitude e a fase da portadora

entre M valores

Quanto maior o número de símbolos, maior a

probabilidade de ocorrerem erros

Em função do ruído e da atenuação

Torna-se difícil a distinção entre os símbolos

QAM usada no IEEE 802.11 e no IEEE 802.16

QAM

8-QAM 16-QAM

QAM

32-QAM

Outras técnicas de transmissão

Podem ser usadas junto com as modulações

Espalhamento de espectro

Modulação por divisão de frequências ortogonais

Espalhamento de espectro

Spread Spectrum

Espalham um sinal em uma largura de banda

superior à exigida pelo sinal original

Objetivo

Minimizar o efeito da interferência em frequênciasespecíficas

Minimizar o efeito da interferência causada pormúltiplos caminhos

Custo

Desperdício de banda

Espalhamento de espectro

Ineficiente quanto à utilização da banda para um

usuário (rede)

Vantagem

Permite que vários usuários (redes) usemsimultaneamente a mesma banda sem interferênciassignificativas entre eles torna-se eficiente em termosde banda

Usam sequências pseudo-aleatórias

Parecem aleatórias

Podem ser reproduzidas pelos receptores

Espalhamento de espectro

Modelo geral de espalhamento de espectro (fonte: Stallings)

Espalhamento de espectro

Dois tipos

Espalhamento de espectro por saltos de frequência

Espalhamento de espectro por sequência direta

FHSS

Frequency Hopping Spread Spectrum

Utiliza saltos de frequência para implementar o

espalhamento

Usa uma modulação com uma portadora que

salta de frequência em frequência em função do

tempo

Transmissor e receptor ficam em cada um

desses canais por um certo tempo e saltam para

outro canal

Exemplo de FHSS (fonte: Stallings)

FHSS usando FSK ou BPSK (fonte: Stallings)

FHSS usando FSK ou BPSK (fonte: Stallings)

FHSS

Permite a coexistência de várias redes em uma

mesma área

Através do uso de diferentes padrões pseudo-aleatórios chamados sequências de saltos

Usado no Bluetooth e nas primeiras versões do

IEEE 802.11

DSSS

Direct Sequency Spread Spectrum

Consiste na multiplicação do sinal por uma

sequência pseudo-aleatória com taxa de

transmissão bem maior

Geralmente é realizado um XOR dos dados com

a sequência binária

Bit

0 sequência

1 complemento da sequência

Exemplo de DSSS (fonte: Stallings)

⊕

⊕

DSSS usando BPSK (fonte: Stallings)

DSSS usando BPSK (fonte: Stallings)

DSSS usando BPSK (fonte: Stallings)

DSSS

Número de bits da sequência (fator de

espalhamento) determina a banda passante do

sinal resultante

Espectro ocupado pelo DSSS (fonte: Stallings)

Espectro ocupado pelo DSSS (fonte: Stallings)

DSSS

Usado no IEEE 802.11

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Divide o espectro em múltiplas sub-bandas de

frequências bem estreitas

Envia alguns bits em cada sub-banda

Todas as sub-bandas são dedicadas a uma

única fonte

Diferentemente do FDM

OFDM

Efeito de espalhamento de espectro é similar às

outras técnicas

Sinal usa diversas frequências

Espalhamento em bandas estreitas

Maior eficiência espectral

Maior imunidade à interferência de frequências

específicas

Permite não usar canais onde a interferência é alta

Subportadoras chegam a se sobrepor

Subportadoras ortogonais

Centradas nos zeros das subportadoras adjacentes

Exemplo de OFDM (fonte: Stallings)

Exemplo de OFDM (fonte: Stallings)

OFDM

Geralmente as subportadoras são moduladas

para transmissão

OFDM (fonte: Stallings)

OFDM

Maior imunidade a ruídos e interferências

Subportadoras são independentes

Pode-se descartar uma ou mais subportadoras eutilizar as restantes para a transmissão dos dados

Usado no IEEE 802.11 e no IEEE 802.16

Bibliografia

Stallings – Capítulos 1, 2, 5, 6, 7 e 11

Tanenbaum – Capítulos 1, 2 e 4

Kurose – Capítulos 1 e 6