Classificações de Rede

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1 Classificações de Rede Wide- Area Network, WAN Metropolitan- Area Network, MAN Local- Area Network, LAN Personal- Area Network, PAN Human- Area Network, HAN Alan Menk Santos Camada Física: Meios de transmissão não guiados Transmissão sem Fio 1

2 Pessoas cada vez mais dependente das redes; Alguns especialistas afirmam que haverá apenas dois tipos de tecnologia no futuro (fibras e sem fio); Será? O homem não inventou as ondas eletromagnéticas, mas aprendeu a utilizá-las. 2

3 Tópicos da Camada Física: Espectro Eletromagnético; Transmissão de Rádio; Transmissão de Microondas; Ondas de infravermelho e milimétricas; Transmissão por ondas de luz; Espectro Eletromagnético Os Elétrons criam ondas eletromagnéticas que podem se propagar pelo espaço livre. Essas ondas foram previstas pelo físico inglês Maxwell em 1865, mas foram observadas pelas primeira vez pelo físico alemão Heinrich Hertz em

4 Espectro Eletromagnético O número de oscilações por segundo de uma onda eletromagnética é chamado frequência f, e é medido em Hz (Hertz); A distância entre dois pontos máximos (ou mínimos) consecutivos é chamada de comprimento de onda (lambda). Espectro Eletromagnético Quando se instala uma antena com tamanho apropriado, as ondas eletromagnéticas podem ser transmitidas e recebidas com eficiência. Toda a comunicação sem fio é baseada nesse princípio. 4

5 Espectro Eletromagnético As ondas eletromagnéticas viajam à mesma velocidade, independente da sua frequência. Essa velocidade é chamada de velocidade da luz c, aproximadamente 30 cm por nanossegundo. Já no cobre ou na fibra ela é cerca de 2/4 desse valor e se torna liogeiramente dependente da frequência. Toda a comunicação sem fio é baseada nesse princípio. Espectro Eletromagnético Muitos viram no último domingo, 05 de agosto de 2012, falando-se sobre a nova exploração de Marte. Um jipe que deram o nome de Curiosity, que significa Curiosidade em português, para coletar algumas informações geológicas daquele planeta, onde vai ficar dois anos, isso de planeta Terra, fazendo essas análises e enviando informações. Diga agora, quem não ficou impressionado com as tecnologias empregadas nesse projeto, um projeto que custou na faixa de 5 bilhões de reais para a empresa espacial NASA, tal que utilizou parcerias com a ESA, no sentido de utilizar um de suas sondas espaciais para retransmitir informações com relação aos "sete minutos de terror", que era a parte mais complexa, a aterrissagem. Como vimos amistosas tecnologias foram empregadas, fora os cálculos na rota de sua chegada em Marte até a programação de inteligência artificial do Curiosity. Foi explanado sobre tantas tecnologias, que pode até passar desapercebido para outros, mas não para acadêmicos e profissionais da área de TI, o fato da transmissão dos dados só chegarem ao processamento da NASA (à Terra) com 13 minutos de atrasos. 5

6 Espectro Eletromagnético Todas as ondas de rádio (ondas eletromagnéticas) viajam à velocidade da luz e são comumente identificada por um valor determinado, conhecido como frequência (f). Frequência é o número de ciclos (ou ondas) que ocorrem num tempo padronizado em 1 segundo. Por convenção internacional a unidade de medida de frequência é Hertz (Hz). Esta unidade de medida admite os seguintes múltiplos: * KHz : Kilo Hertz = Hz * MHz : Mega Hertz = Hz * GHz : Giga Hertz = Hz Assim, uma frequência de 7,055 MHz equivale a 7055 KHz. Espectro Eletromagnético Já o comprimento (l) de uma determinada onda é medido em metros (m) e seu valor é obtido através de uma relação entre a velocidade da luz e a frequência. Simplificando podemos obter o valor do comprimento de onda dividindo 300 pelo valor da frequência em MHz (l = 300 / f (MHz)). Assim uma frequência de KHz (ou 150 MHz) terá um comprimento de onda de 2 metros. No caso de ondas cujo comprimento seja menor do que 1 metro usaremos como unidade de medida o centímetro (cm). 6

7 Espectro Eletromagnético A equação universal da onda Em que: v: Velocidade da onda λ: Comprimento de onda f: Frequência de onda Comprimento de onda. Espectro Eletromagnético Outra divisão importante diz respeito à primeira divisão que faremos no espectro de rádio frequências, as bandas. Assim o espectro é dividido nas seguintes bandas : * de 3 KHz a 30 KHz : VLF (Very Low Frequency) * de 30 KHz a 300 KHz : LF (Low Frequency) * de 300 KHz a 3000 KHz : MF (Medium Frequency) * de 3 MHz a 30 MHz : HF (High Frequency) * de 30 MHz a 300 MHz : VHF (Very High Frequency) * de 300 MHz a 3000 MHz : UHF (Ultra High Frequency) * de 3 GHz a 30 GHz : SHF (Super High Frequency) * de 30 GHz a 300 GHz : EHF (Extremely High Frequency) 7

8 Espectro Eletromagnético Comprimento da Onda de Rádios amadores * MF o 160 m khz a 1850 khz * HF o 80 m khz a 3800 khz o 40 m khz a 7300 khz o 30 m khz a khz o 20 m khz a khz o 17 m khz a khz o 15 m khz a khz o 14 m khz a khz o 12 m khz a khz o 10 m khz a khz * VHF o 6 m - 50 MHz a 54 MHz o 2 m MHz a 148 MHz o 1,3 m MHz a 225 MHz * UHF o 70 cm MHz a 440 MHz o 33 cm MHz a 907,5 MHz e 915 MHz a 928 MHz o 23 cm MHz a 1300 MHz o 13 cm MHz a 2450 MHz * SHF o 9 cm MHz a 3600 MHz o 5 cm MHz a 5925 MHz o 3 cm - 10 GHz a 10,50 GHz Espectro Eletromagnético 8

9 Espectro Eletromagnético As porções de Rádio, microondas, infravermelho e luz visível do espectro podem ser usadas na transmissão de dados, desde que seja modulada a amplitude, a frequência ou a fase das ondas. A luz ultravioleta, os raios X e os raios gama representariam opções ainda melhores, por terem frequências mais altas, mas são difíceis de produzir e modular, além de não se propagarem bem através de prédios e ainda serem perigosas para os seres vivos. Espectro Eletromagnético no Brasil Consultar o Espectro no Brasil Divisão do Espectro no Brasil Situação desesperadora do Brasil acao=264865&assuntopublicacao=apresenta%e7%f5es%20%20?%2031%20de %20agosto%20de% &caminhoRel=null&filtro=1&documentoPath= pdf 9

10 Espectro Eletromagnético Transmissão de Rádio As Ondas de rádio são fáceis de gerar, podem percorrer longas distâncias e penetrar facilmente nos prédios; As ondas de rádio são também omnidirecionais, o que significa que elas viajam em todas as direções a partir da fonte, deste modo o receptor não precisa estar alinhado com o transmissor e vice-versa. Então omnidirecional é perfeito! A GM também achou isso em 1970 quando equipou os novos Cadillacs em Ohio. 10

11 Transmissão de Rádio As ondas de rádio dependem da frequência; Em baixas frequências elas atravessam obstáculos; Em altas as ondas tendem a viajar em linha reta e ricochetear nos obstáculos. Ambas as frequências as ondas de radio estão sujeitas a interferência de motores e outros equipamentos elétricos. Transmissão de Rádio 11

12 Transmissão de microondas Acima de 100 MHz as ondas trafegam praticamente em linha reta e, portanto, podem ser concentradas em uma faixa estreita. A Concentração de toda a energia em um pequeno feixe através de uma antena, tendo a necessidade de estarem alinhadas ao extremo. Antes da fibra óptica, era a transmissão por microondas a responsável pela comunicação em longa distância. A distância entre as torres não pode ser maior que 80 KM*, por conta da curvatura da terra. (A distância entre os repetidores aumenta de acordo com a raiz quadrada da altura da torre). *Considerando uma torre de 100mts. Transmissão de microondas Ao contrário das ondas de rádio, as microondas não atravessam muito bem as paredes dos edifícios. As bandas de até 10GHz são de uso rotineiro, mas a partir de 4 GHz surge um novo problema: a chuva!!! Como a onda tem alguns centímetros qualquer perda é relevante para telecomunicação. A comunicação por micrrondas é muito usada na telefonia a longa distância, em telefones celulares, na distribuição de sinais de TV. Vantagens: Economico, Economico e Economico. 12

13 Transmissão de microondas Ondas de infravermelho/milimétricas São extensamente utilizadas na comunicação de curto alcance. Todos os dispositivos de controle remoto utilizados nos aparelhos de televisão, dvds, controles em geral empregam a comunicação por infravermelho. Eles são relativamente direcionais, econômicos e fáceis de usar. Mas tem um probleminha : Não atravessam superfícies solidas. Será que é um problema? 13

14 Ondas de infravermelho/milimétricas Transmissão por ondas de luz A sinalização óptica sem guia é utilizada há seculos. A versão mais moderna consiste em conectar as LANs em dois prédios por meio de lasers instalados em seus telhados. Esquema é unidirecional, com isso cada prédio precisa do seu próprio raio laser e fotodetector. Alta largura de banda, com custo baixo; O probleminha problemão : Apontar um feixe de raios laser com 1mm de largura para um alvo com o tamanho da cabeça de um alfinete a 500 metros de distância. Outros probleminhas: Não funciona em chuva, neblina, mas funciona em dias ensolarados. Ooops temos problemas também com dias ensolarados. 14

15 Transmissão por ondas de luz Transmissões não guiadas DÚVIDAS?!?!? 15

16 Próxima Satélites de Telecomunicações Alan Menk Santos Camada Física: Meios de transmissão não guiados 16

17 Em 1945 o escritor Arthur Clarke calculou que um satélite em km em órbita circular equatorial pareceria manter-se imóvel no céu, e assim não precisaria ser rastreado. Ele descreveu e chamou de satélites geoestacionários ou satélites geossíncronos (tripulados), incluindo órbitas, os painéis solares, as frequências de rádio e os procedimentos de lançamento. Infelizmente ele concluiu que era impraticável o lançamento por conta das válvulas. Sputnik (Lançado em 1957) - O Primeiro satélite artificial da terra. Estudar as capacidades de lançamento de cargas úteis para o espaço; Estudar os efeitos da ausência de peso e da radiação sobre os organismos vivos. Estudar as propriedades da superfície terrestre com vista à preparação do primeiro voo espacial tripulado. Som 17

18 Foto Sputnik 1957 Telstar (Lançado em 1962) - O Primeiro satélite de comunicações. Ilustração do primeiro Telstar; na parte superior ficavam as antenas telemétricas, no centro as antenas receptoras (o aro de pequenos quadrados) e as antenas transmissoras (os quadrados maiores); nas partes inferior e superior do globo várias baterias solares. 18

19 Com a nossa tecnologia atual, não é muito inteligente manter um satélite com uma distância muito menor que 2 graus entre eles. Com isso: 360/2 = 180 satélites no céu ao mesmo tempo. Porém, cada satélite pode usar várias frequências e polarizações, com objetivo de aumentar a largura de banda disponível. Para evitar o caos a alocação de slots de órbitas é feita pela ITU. Com a nossa tecnologia atual, não é muito inteligente manter um satélite com uma distância muito menor que 2 graus entre eles. Com isso: 360/2 = 180 satélites no céu ao mesmo tempo. Porém, cada satélite pode usar várias frequências e polarizações, com objetivo de aumentar a largura de banda disponível. Para evitar o caos a alocação de slots de órbitas é feita pela ITU. 19

20 Pergunta: Então posso colocar o meu satélite no espaço? R. Humm... Você tem algum amigo político? Se sim então terá chances, caso contrário não. Pergunta: Todos os Países tem direito a reserva de espaço na órbita? R. Não...ou melhor talvez! Seus País é amigo dos EUA ou UE? Se sim então poderá. Pergunta: Então é injusto! Os direitos não são iguais? R. Sim é injusto! Não, os direitos não são iguais em se tratando de política. Pergunta: Fiquei Chateado com esta situação. R. Não fique as frequências também são motivos de discórdia entre os governos, empresas, militares... Opinião do professor: Estender a dimensão territorial/populacional/etc, para a órbita, os Países que não utilizarem, poderiam arrendar aos demais. Em 2000 foi firmado um novo acordo e acrescentado as bandas L e S, ficando: Banda Downlink Uplink Largura de Banda Problemas L 1,5 GHz 1,6 GHz 15 MHz Baixa largura de banda; Lotada S 1,9 GHz 2,2 GHz 70 MHz Baixa largura de banda; Lotada C 4,0 GHz 6,0 GHz 500 MHz Interferência terrestre Ku 11 GHz 14 GHz 500 MHz Chuva Ka 20 GHz 30 GHz MHz Chuva; custo do equipamento As principais bandas de satélite 20

21 Atualmente temos: Banda Ku Não congestionado, porém chuvas atrapalham, está sendo muito utilizada comercialmente. Exemplo: Link Banda Ka Não congestionado, porém o custo dos equipamentos ainda está fora da realidade de muitos. VSAT Very Small Aperture Terminals: Microestações de baixo custo. Nesta topologia um primeiro terminal VSAT que deseja transmitir para um segundo executa os seguintes passos: 1) Transmissão VSAT1 para satélite 2) Transmissão satélite para HUB 3) Transmissão HUB para satélite 4) Transmissão satélite VSAT2 21

22 VSAT Very Small Aperture Terminals: Microestações de baixo custo. Altitude de metros. Os satélites modernos são compostos de 24 transponders cada um com largura de banda podendo chegar até 110 Mbps. Satélites terrestres de órbita média Em altitudes muito mais baixas, encontram-se os satélites MEO (Medium Earth Orbit). Vistos da Terra, eles se deslocam lentamente, levam 6 horas para circular a terra. Consequentemente eles devem ser acompanhados a medida em que semovem pelo céu. Não são usados para telecomunicações e sim para GPS. Existem 24 satélites em órbita; Estão a mil KM de altitude. 22

23 Satélites terrestres de órbita baixa Em altitudes ainda menores encontram-se os satélites LEO (Low Earth Orbit). Como se movem de forma rápida, são necessárias grandes quantidades desses satélites para formar um sistema completo. Como estão próximos da terra, não se faz necessário grandes potências. Outra vantagem é que com a pequena distancia o delay é de apenas alguns milissegundos. Muito utilizado para comunicações de voz e dados. Satélites terrestres de órbita baixa - IRIDIUM Satélites em baixa órbita raramente eram usados para comunicação, porque apareciam e desapareciam de vista de forma muito rápida. Em 1990 a Motorola deu inicio a um novo empreendimento chamado Iridium. A ideia era que assim que um satélite estivesse fora de vista, outro o substituiria. Com essa nova solução, todas as empresas de telecomunicações queriam lançar satélites. 23

24 Satélites terrestres de órbita baixa - IRIDIUM Após 7 anos reunindo verba e parceiros, em 1997 foi lançado os satélites. Alguém tem o celular da Iridium? Em 2001 um investidor comprou da Motorola por 5 Bi, e hoje ainda vende o serviço. Os satélites ficam a 750 km Foi um fisco total pois eles eram grandes e pesados. Não haviam interessados pois a ideia é utiliza-los em lugares inóspitos pagando mensalidade. Projeto foi abandonado em 1999, se tornando um dos maiores fiascos da história. Satélites terrestres de órbita baixa Globalstar Alternativa ao Iridium, a Globalstar baseia-se em 48 satélites LEO. Mas utiliza um esquema de comutação diferente. Enquanto o Iridium retransmite as chamadas de satélite para satélite, o Globalstar utiliza um projeto tradicional de canal em curva. 24

25 Satélites terrestres de órbita baixa Teledisc A idéia é oferecer aos frustrados das empresas de telefonia, um serviço de internet banda larga de 100 mb de up e 720 mbps de down, usando uma pequena antena VSAT. A transmissão fica na banda Ka. Comparação entre satélites e fibra óptica Apesar de uma única fibra ter, em principio, maior largura de banda potencial do que todos os satélites lançados até hoje, essa largura de banda não está disponível para a maioria dos usuários. O preço do serviço por satélite é extremamente caro. Em suma, os satélites são e serão uteis em locais de difícil acesso, que não aceitam outro meio de comunicação. 25

26 Preços: ml 26

27 Transmissões não guiadas DÚVIDAS?!?!? Próxima Satélites de Telecomunicações 27