Conceitos Básicos de Teleprocessamento e Comunicação de Dados
Conceitos Básicos de Teleprocessamento e Comunicação de Dados Desde 1838, quando Samuel F. B. Morse transmitiu, pela primeira vez, uma mensagem telegráfica através de uma linha de cerca de 15 Km, os sistemas elétricos para comunicação estão sendo mais e mais utilizados para permitir a transferência de informação entre os homens e entre uma máquina e outra. A comunicação através do telefone, rádio e televisão é considerada corriqueira em nosso dia a dia. Da mesma forma, estão se tornando cada vez mais comuns as ligações entre computadores situados em locais distantes. Dentre as formas de comunicações elétricas, uma das classes que mais se desenvolveu nos últimos anos e que continua crescendo rapidamente é justamente a da área de comunicação de dados.
Conceitos Básicos de Teleprocessamento e Comunicação de Dados Como os sistemas de comunicação (telefonia, rádio, televisão, etc.) experimentaram um desenvolvimento tecnológico anterior ao desenvolvimento dos computadores digitais, eles serviram de base e campo experimental para o desenvolvimento técnico de conceitos que formaram o alicerce do enorme e vertiginoso progresso anterior às ciências de computação. Como será visto, há muita coisa por detrás de uma simples linha com a qual ligamos os computadores e os nodos de uma rede entre si.
Conceitos Básicos de Teleprocessamento e Comunicação de Dados Aqui serão tratados os aspectos básicos dos sistemas de comunicação, subjacentes a qualquer rede de computadores. Todos os aspectos compreendidos aqui correspondem às camadas mais inferiores do modelo OSI (camada física e enlace de dados).
Modelo de um sistema de comunicação Em um primeiro momento, a maneira mais simples de representar um Sistema de Comunicação seria considerar apenas uma fonte e um destino, como apresentado abaixo: Fonte Destino
Modelo de um sistema de comunicação A fonte é o ente que produz a informação. Para tanto dispõe de elementos simples e símbolos. O elemento é o componente mais simples que entra na composição representativa da informação. Ex: A, B, C, ou dígitos 0 e 1. Por exemplo, na máquina de escrever, os elementos são letras, dígitos e caracteres especiais, situados nas teclas.
Modelo de um sistema de comunicação O símbolo é um conjunto ordenado de elementos. Por exemplo, dispondo-se dos elementos A, B, C,... podem-se compor os símbolos AA, AB, BB,... ou os símbolos AAA. BBA, BBB,... Dispondo dos elementos 0 e 1, podem-se compor os símbolos 1, 0, 10, 11,..., 1000,... ou 1100, 1101, 1011, Dispondo-se dos elementos 0, 1, 2,..., 9, v, + e -, podemse compor os símbolos +5v, -3v, 0v,....
Os símbolos são utilizados para representar configurações de um sinal. Como os símbolos podem ser formados por um único elemento, o elemento também pode constituir uma representação de um sinal. Podemos pensar em um sinal, de forma intuitiva, conforme os seguintes exemplos: letra do alfabeto, dígito binário, fonema da pronúncia, voltagem, corrente elétrica, etc. Para cada um destes exemplos podemos imaginar diferentes configurações para a composição representativa da informação. Uma mensagem consiste em um conjunto ordenado de símbolos que a fonte seleciona para compor uma informação.
Uma única mensagem, ou um conjunto de mensagens, ordenado para produzir um significado, constitui o que chamamos de informação. A cada símbolo corresponde uma certa quantidade de informação e a cada mensagem se associa uma quantidade de informação, dada pela soma das quantidades de informação de cada símbolo.
Todos os sistemas de comunicação, independente da natureza da informação transmitida ou dos sinais utilizados podem ser analisados segundo o modelo:
A fonte geralmente não dispõe de potência suficiente para cobrir as perdas da propagação do sinal. Esta potência é suprida pelo emissor. O emissor é o ente que, acionado pela fonte, entrega um sinal de energia adequada à transmissão pelo canal. O canal (meio) é o ente que propaga a energia entregue pelo emissor até o receptor, permitindo que o sinal seja transmitido, geralmente cobrindo distâncias razoavelmente grandes. O receptor é o ente que retira a energia do meio e recupera os símbolos, de forma tão precisa quanto possível, de modo a reproduzir a mensagem a ser entregue ao destino. O destino é para onde se dirige a informação.
Deste modo o emissor e o receptor desempenham funções inversas e complementares e o meio os interliga. Existe um fluxo de sinal entre o emissor e o receptor e este sinal contém em si, os símbolos portadores da informação.
Em condições ideais o sistema deveria se comportar de modo que a mensagem produzida pela fonte conseguisse ser fielmente recuperada pelo receptor. Na prática isto não ocorre no processo de transmissão, limitações físicas e outros fatores alteram as características do sinal que se propaga, produzindo o que se chama distorção. Além disso, aparecem no canal sinais espúrios de natureza aleatória, que se somam ao sinal, produzindo o ruído
Este efeito pode ser representado esquematicamente pela adição de um bloco, representando uma fonte externa geradora de ruído, simbolizando todos os ruídos presentes no canal. Um dos maiores problemas do projetista do sistema consiste em manter tanto a distorção como o ruído em níveis aceitáveis, de modo que na recepção a mensagem possa ser recuperada de forma adequada e que seja entregue a informação devida ao destino.
Sinais Analógicos x Sinais Digitais Em uma comunicação, o que se transmite são sinais, e não mensagens. Até o século 19, a comunicação era feita por voz (sinais sonoros), escrita (sinais gráficos) e outros sinais tais como fumaça, tambores, todos com alcance limitados pelos sentidos humanos. O telégrafo e o telefone aumentaram grandemente o alcance e a velocidade das comunicações, convertendo a informação em sinais elétricos (voltagem ou corrente) para a transmissão através de meios físicos ou ondas eletromagnéticas, e reconvertendo estes sinais em escrita ou voz no receptor
Os sinais de forma geral e os elétricos em particular, podem ser vistos como uma forma de onda, isto é, uma função do tempo, num dado ponto do espaço. Estes sinais são classificados, conforme a natureza de sua variação no tempo em analógicos ou digitais. Os sinais analógicos variam de forma contínua, podendo assumir qualquer valor real. Já os sinais digitais podem assumir somente valores discretos (inteiros) variando de forma abrupta e instantânea entre eles.
Algumas formas de informação têm natureza analógica e outras têm natureza digital. A voz, por exemplo, provoca uma variação contínua da pressão do ar formando ondas acústicas e é portanto uma informação analógica. Já mensagens de texto ou de dados são formas de informação codificada que usam um conjunto finito de símbolos de um alfabeto. Estes símbolos são codificados como um conjunto de bits (dígitos binários), formando caracteres ou palavras, o que caracteriza a natureza digital destas formas de informação.
Qualquer tipo de informação (seja analógica ou digital) pode ser transmitida através de um sinal analógico ou digital. O sinal analógico pode ser amostardo e quantizado, e o resultado dessa quantização é codificado em sinal digital para transmissão. A transmissão de sinais digitais através de sinais analógicos também é possível e será vista posteriormente, nas técnicas de modulação.
Bits x Bauds A fonte de informação transmite mensagens a uma determinada taxa de transferência de informação, medida em bits por segundo (bps). O transmissor codifica estas mensagens em símbolos. A taxa de sinalização, ou seja, o número de símbolos por segundo que ocorrem no canal de comunicação é medido em bauds. Ou seja, a taxa em bauds indica o número de vezes que a característica do sinal portador se altera por segundo.
Se o estado do sinal representa a presença ou ausência de um bit, então a taxa em bauds é a mesma que a taxa em bps. Por outro lado, o nível de um sinal digital não precisa necessariamente se restringir a dois. Outras formas possíveis de codificação de sinais digitais podem ser obtidas através de mais que um bit a cada nível de amplitude, com mais do que duas amplitudes. Ao se transmitir dois bits por nível, por exemplo, necessita-se de quatro níveis para expressar todas as conbinações possíveis de dois bits. Essa combinação é denominada dibit.
A comunicação entre dois navios, por exemplo, pode ser feita através de sinais de luz, ligando e desligando uma lanterna. A cada vez que a lanterna pisca, uma unidade de informação é enviada. Alternativamente, poder-se-ia enviar duas unidades de informação a cada piscada se tivéssemos uma lanterna com quatro cores (símbolos) para representar grupos de informação. Por exemplo, vermelho, verde, azul e branco poderiam representar os grupos 11, 10, 01 e 00 respectivamente. Esta codificação multinível (dibit) reduz a largura de banda necessária, enviando duas vezes mais informação por unidade de tempo. Se a velocidade de sinalização neste caso fosse 200 bauds/s, por exemplo, teríamos 400 bits transmitidos em um segundo.
Pode-se ter esquemas com três ou mais bits tribit ou mais níveis de amplitude. No caso de uma comunicação tribit, o número de níveis necessários será oito. De uma forma geral, para se codificar n bits em um nível de amplitude, são necessários 2n níveis diferentes. Um esquema utilizando 4 bits é denominado tetrabit e assim sucessivamente. Um esquema utilizando 6 bits a cada baud é denominado hexabit e assim sucessivamente.