Este trabalho será apresentado à disciplina Redes de Computadores I (EEL-878) para composição da nota final. Se divide em duas partes: a primeira é composta desse arquivo em HTML - para que possa ser publicado na Internet - e a segunda, trata-se de uma apresentação oral em sala de aula no dia 10 de julho de 2003.
O aparecimento da chamada internet de banda larga para usuários domésticos tem chamado a atenção de muitas pessoas. Não só Email rápido, não só o ganho de tempo na longa espera para que uma página possa ser carregada, como também a possibilidade da utilização de outras mídias como áudio de melhor qualidade e até vídeo fazem com que a procura por serviços de acesso outros que não o acesso discado cresçam de maneira estrondosa.
Esse crescimento que desde muito se observa em países desenvolvidos deveu-se primordialmente ao uso de uma infraestrutura já montada, qual seja a de TV a cabo, para acesso a internet. Em 1996, 92% das casas dos EUA já tinham disponível o serviço de TV a cabo; 63% delas já estavam conectadas; dos 60 milhões de casas que assinavam o serviço de TV, metade possuía computador; e o que a nova tecnologia oferecia era no mínimo indecente se comparado ao acesso discado de 28.8Kbps da época - era indecente também se comparado ao serviço ISDN (128Kbps): os modens a cabo poderiam chegar a 36Mbps de downstream (nas freqüências de 88-800MHz) e a 10Mbps de upstream (nas freqüências de 5-42MHz) e taxas mais altas poderiam ser alcançadas pelo fato de o limite teórico da banda do cabo ser de 1GHz - é lógico que outros limites devem ser observados como os 10Mbps do Ethernet (que conecta o modem ao computador) e os limites oriundos dos congestionamentos que podem ocorrer pelo compartilhamento do meio. Com esses dados podemos vislumbrar o mercado que se abriu quando as operadoras de TV começaram a disponibilizar o acesso à Internet pelos cabos já instalados.
O objetivo principal desse trabalho não é analisar o crescimento da internet através do uso dos modems a cabo, mas de dar uma introdução um tanto técnica sobre o funcionamento desses dispositivos, além de fazer observações que consigam explicar o porquê de seu sucesso. Para conseguirmos expor essas idéias, julgamos necessária uma pequena introdução sobre o histórico dos sistemas de TV a cabo, além de uma pequena explanação sobre o que são modems de maneira bem geral para que depois possamos falar especificamente dos modems a cabo.
Os primeiros sistemas de televisão a cabo eram, na verdade, antenas estrategicamente distribuídas com longos cabos conectados aos aparelhos de TV. Sua função primordial era na verdade poder disponibilizar o serviço de TV para pessoas que estavam "eletrogneticamente" isoladas (as freqüências usadas para os sinais de TV exigem, para que o sinal seja recebido, que haja visada direta entre transmissor e receptor. Deste modo, casas em montanhas, mesmo que não tão distantes geograficamente, estão impossibilitadas de receber esses sinais). Pelo fato de o sinal se tornar fraco à medida que viaja pelo cabo, amplificadores eram introduzidos em espaços regulares para que seu nível dos aparelhos das casas fosse suficiente para a recepção das imagens. Na época uma grande limitação dos projetistas estava justamente no projeto desses amplificadores. Antes do final da década de 70, em um sistema a cabo, o sinal tinha de passar por cerca de 30 ou 40 amplificadores, antes que chegasse às casas, a cada 300 metros! Ainda temos de considerar que cada um desses amplificadores adicionava ruído e pior, se um deles falhasse, a imagem não era mais passível de recepção.
Já nos anos 70, o objetivo dos sistemas de TV a cabo passaram de um singelo provimento do serviço de TV para os "isolados" para um modelo que acrescentaria novos canais, com programações das mais variadas. O aparecimento de estações de CATV (community antenna television) e a grande difusão que os sistemas a cabo estavam apresentando, fez com que os fabricantes de aparelhos TV adicionassem uma chave em seus televisores para que pudesse ser escolhido o modo que o sintonizador deveria trabalhar: ele sintonizaria os canais que eram recebidos via antena, cujas freqüências eram ditadas pela FCC (Federal Communications Commision), ou os CATV.
O plano de alocação de freqüências estabelecido pela FCC dita para os sistemas de TV (transmissão via rádio) o uso do espectro de VHF: 12 canais de televisão cada um com 6MHz de banda distribuídos em dois grupos - existe um intervalo entre as freqüências de 88MHz e 174MHz que já havia sido designado para a transmissão de rádio FM. Além desses canais a FCC estabeleceu uma nova gama de freqüências em UHF para que novos canais pudessem ser alocados (trata-se dos canais 13 a 69, usando o bloco de freqüências entre 470MHz e 812MHz).
Como o sinal da TV a cabo não viaja pelo ar, os engenheiros puderam alocar canais de televisão nas freqüências que antes eram destinadas ao serviço de rádio. Assim, eles utilizaram as freqüências entre 88MHz a 174MHz para a alocação de 13 canais. Também nos sistemas de TV a cabo, para cada canal é designada uma banda de 6MHz.
As considerações que fazia anteriormente se baseiam no desenvolvimento do sistema de TV a cabo experimentado nos EUA. Uma checagem mais apropriada do sistema brasileiro, nos revela algumas diferenças, por exemplo no que diz respeito à alocação de freqüências. A Lei no. 8.977, de 06 de janeiro de 1995 instituiu o serviço de TV a cabo no Brasil, sendo regulamentada pelo Decreto no. 2.206, de 14 de abril de 1997. A NORMA no. 13/96 - REV/97 veio detalhar essa regulamentação e dela eu gostaria de destacar algumas curiosidades:
"7.1 Os sinais dos canais correspondentes às geradoras locais de televisão deverão ser oferecidos aos assinantes desde o início da operação do Serviço.
7.1.1 Para fins de cumprimento do disposto no art. 23, inciso I, alínea "a" da Lei no 8.977/95, as operadoras de TV a Cabo estão obrigadas a transmitir em seus sistemas os sinais das emissoras geradoras de televisão, em VHF e UHF, cujos sistemas irradiantes estejam localizados em localidade integrante da área de prestação do Serviço, que atinjam esta área com os níveis mínimos de intensidade de campo a seguir indicados:
a) canais 2 a 6 - 58 dBm;
b) canais 7 a 13 - 64 dBm;
c) canais de UHF - 70 dBm."
A tabela que segue foi extraída da norma sobre a qual tecemos comentários em parágrafos anteriores.
|
DESIGNAÇÃO
DO
CANAL |
FREQÜÊNCIA
DA PORTADORA DE VÍDEO (MHz) |
||
|
PFP |
PHR | PIR | |
|
1 |
não
designado |
72.0036 |
73.2625 |
|
2 |
55.2500 |
54.0027 |
55.2625 |
|
3 |
61.2500 |
60.0030 |
61.2625 |
|
4 |
67.2500 |
66.0033 |
67.2625 |
|
5 |
77.2500 |
78.0039 |
79.2625 |
|
6 |
83.2500 |
84.0042 |
85.2625 |
|
7 |
175.2500 |
174.0087 |
175.2625 |
|
8 |
181.2500 |
180.0090 |
181.2625 |
|
9 |
187.2500 |
186.0093 |
187.2625 |
|
10 |
193.2500 |
192.0096 |
193.2625 |
|
11 |
199.2500 |
198.0099 |
199.2625 |
|
12 |
205.2500 |
204.0102 |
205.2625 |
|
13 |
211.2500 |
210.0105 |
211.2625 |
|
14 |
121.2625 |
120.0060 |
121.2625 |
|
15 |
127.2625 |
126.0063 |
127.2625 |
|
16 |
133.2625 |
132.0066 |
133.2625 |
|
17 |
139.2500 |
138.0069 |
139.2625 |
|
18 |
145.2500 |
144.0072 |
145.2625 |
|
19 |
151.2500 |
150.0075 |
151.2625 |
|
20 |
157.2500 |
156.0078 |
157.2625 |
|
21 |
163.2500 |
162.0081 |
163.2625 |
|
22 |
169.2500 |
168.0084 |
169.2625 |
|
23 |
217.2500 |
216.0108 |
217.2625 |
|
24 |
223.2500 |
222.0111 |
223.2625 |
|
25 |
229.2625 |
228.0114 |
229.2625 |
|
26 |
235.2625 |
234.0117 |
235.2625 |
|
27 |
241.2625 |
240.0120 |
241.2625 |
|
28 |
247.2625 |
246.0123 |
247.2625 |
|
29 |
253.2625 |
252.0126 |
253.2625 |
|
30 |
259.2625 |
258.0129 |
259.2625 |
|
31 |
265.2625 |
264.0132 |
265.2625 |
|
32 |
271.2625 |
270.0135 |
271.2625 |
|
33 |
277.2625 |
276.0138 |
277.2625 |
|
34 |
283.2625 |
282.0141 |
283.2625 |
|
35 |
289.2625 |
288.0144 |
289.2625 |
|
36 |
295.2625 |
294.0147 |
295.2625 |
|
37 |
301.2625 |
300.0150 |
301.2625 |
|
38 |
307.2625 |
306.0153 |
307.2625 |
|
39 |
313.2625 |
312.0156 |
313.2625 |
|
40 |
319.2625 |
318.0159 |
319.2625 |
|
41 |
325.2625 |
324.0162 |
325.2625 |
|
42 |
331.2750 |
330.0165 |
331.2750 |
|
43 |
337.2625 |
336.0168 |
337.2625 |
|
44 |
343.2625 |
342.0171 |
343.2625 |
|
45 |
349.2625 |
348.0174 |
349.2625 |
|
46 |
355.2625 |
354.0177 |
355.2625 |
|
47 |
361.2625 |
360.0180 |
361.2625 |
|
48 |
367.2625 |
366.0183 |
367.2625 |
|
49 |
373.2625 |
372.0186 |
373.2625 |
|
50 |
379.2625 |
378.0189 |
379.2625 |
|
51 |
385.2625 |
384.0192 |
385.2625 |
|
52 |
391.2625 |
390.0195 |
391.2625 |
|
53 |
397.2625 |
396.0198 |
397.2625 |
|
54 |
403.2500 |
402.0201 |
403.2625 |
|
55 |
409.2500 |
408.0204 |
409.2625 |
|
56 |
415.2500 |
414.0207 |
415.2625 |
|
57 |
421.2500 |
420.0210 |
421.2625 |
|
58 |
427.2500 |
426.0213 |
427.2625 |
|
59 |
433.2500 |
432.0216 |
433.2625 |
|
60 |
439.2500 |
438.0219 |
439.2625 |
|
61 |
445.2500 |
444.0222 |
445.2625 |
|
62 |
451.2500 |
450.0225 |
451.2625 |
|
63 |
457.2500 |
456.0228 |
457.2625 |
|
64 |
463.2500 |
462.0231 |
463.2625 |
|
65 |
469.2500 |
468.0234 |
469.2625 |
|
66 |
475.2500 |
474.0237 |
475.2625 |
|
67 |
481.2500 |
480.0240 |
481.2625 |
|
68 |
487.2500 |
486.0243 |
487.2625 |
|
69 |
493.2500 |
492.0246 |
493.2625 |
|
70 |
499.2500 |
498.0249 |
499.2625 |
|
71 |
505.2500 |
504.0252 |
505.2625 |
|
72 |
511.2500 |
510.0255 |
511.2625 |
|
73 |
517.2500 |
516.0258 |
517.2625 |
|
74 |
523.2500 |
522.0261 |
523.2625 |
|
75 |
529.2500 |
528.0264 |
529.2625 |
|
76 |
535.2500 |
534.0267 |
535.2625 |
|
77 |
541.2500 |
540.0270 |
541.2625 |
|
78 |
547.2500 |
546.0723 |
547.2625 |
|
79 |
553.2500 |
552.0276 |
553.2625 |
|
80 |
559.2500 |
558.0279 |
559.2625 |
|
81 |
565.2500 |
564.0282 |
565.2625 |
|
82 |
571.2500 |
570.0285 |
571.2625 |
|
83 |
577.2500 |
576.0288 |
577.2625 |
|
84 |
583.2500 |
582.0291 |
583.2625 |
|
85 |
589.2500 |
588.0294 |
589.2625 |
|
86 |
595.2500 |
594.0297 |
595.2625 |
|
87 |
601.2500 |
600.0300 |
601.2625 |
|
88 |
607.2500 |
606.0303 |
607.2625 |
|
89 |
613.2500 |
612.0306 |
613.2625 |
|
90 |
619.2500 |
618.0309 |
619.2625 |
|
91 |
625.2500
|
624.0312 |
625.2625 |
|
92 |
631.2500
|
630.0315 |
631.2625 |
|
93 |
637.2500
|
636.0318 |
637.2625 |
|
94 |
643.2500 |
642.0321 |
643.2625 |
|
95 |
91.2500 |
90.0045 |
91.2625 |
|
96 |
97.2500 |
96.0048 |
97.2625 |
|
97 |
103.2500 |
102.0051 |
103.262 |
|
98 |
109.2750 |
108.0250 |
109.275 |
|
99 |
115.2750 |
114.0250 |
115.275 |
|
100 |
649.2500 |
648.0324 |
649.262 |
|
101 |
655.2500 |
654.0327 |
655.2625 |
|
102 |
661.2500 |
654.0327 |
661.2625 |
|
103 |
667.2500 |
660.0330 |
667.2625 |
|
104 |
673.2500 |
666.0333 |
673.2625 |
|
105 |
679.2500 |
672.0336 |
679.2625 |
|
106 |
685.2500 |
684.0339 |
685.2625 |
|
107 |
691.2500 |
690.0345 |
691.2625 |
|
108 |
697.2500 |
696.0348 |
697.2625 |
|
109 |
703.2500 |
702.0351 |
703.2625 |
|
110 |
709.2500 |
708.0354 |
709.2625 |
|
111 |
715.2500 |
714.0357 |
715.2625 |
|
112 |
721.2500 |
720.0360 |
721.2625 |
|
113 |
727.2500 |
726.0363 |
727.2625 |
|
114 |
733.2500 |
732.0366 |
733.2625 |
|
115 |
739.2500 |
738.0369 |
739.2625 |
|
116 |
745.2500 |
744.0372
|
745.2625 |
|
117 |
751.2500 |
750.0375
|
751.2625 |
|
118 |
757.2500 |
756.0378
|
757.2625
|
|
119 |
763.2500 |
762.0381
|
763.2625 |
|
120 |
769.2500 |
708.0384
|
769.2625 |
|
121 |
775.2500 |
774.0387 |
775.2625 |
|
122 |
781.2500 |
780.0390 |
781.2625 |
|
123 |
787.2500 |
786.0393 |
787.2625 |
|
124 |
793.2500 |
792.0396 |
793.2625 |
|
125 |
799.2500 |
798.0399 |
799.2625 |
|
126 |
805.2500 |
804.0402 |
805.2625 |
|
127 |
811.2500 |
810.0405 |
811.2625 |
|
128 |
817.2500 |
816.0408 |
817.2625 |
|
129 |
823.2500 |
822.0411 |
823.2625 |
|
130 |
829.2500 |
828.0414 |
829.2625 |
|
131 |
835.2500 |
834.0417 |
835.2625 |
|
132 |
841.2500 |
840.0420 |
841.2625 |
|
133 |
847.2500 |
846.0423 |
847.2625 |
|
134 |
853.2500 |
852.0426 |
853.2625 |
|
135 |
859.2500 |
858.0429 |
859.2625 |
|
136 |
865.2500 |
864.0432 |
865.2625 |
|
137 |
871.2500 |
870.0435 |
871.2625 |
|
138 |
877.2500 |
876.0438 |
877.2625 |
|
139 |
883.2500 |
882.0441 |
883.2625 |
|
140 |
889.2500 |
888.0444 |
889.2625 |
|
141 |
895.2500 |
894.0447 |
895.2625 |
|
142 |
901.2500 |
900.0450 |
901.2625 |
|
143 |
907.2500 |
906.0453 |
907.2625 |
|
144 |
913.2500 |
912.0456 |
913.2625 |
|
145 |
919.2500 |
918.0459 |
919.2625 |
|
146 |
925.2500 |
924.0462 |
925.2625 |
|
147 |
931.2500 |
930.0465 |
931.2625 |
|
148 |
937.2500 |
936.0468 |
937.2625 |
|
149 |
943.2500 |
942.0471 |
943.2625 |
|
150 |
949.2500 |
948.0474 |
949.2625 |
|
151 |
955.2500 |
954.0477 |
955.2625 |
|
152 |
961.2500 |
960.0480 |
961.2625 |
|
153 |
967.2500 |
966.0483 |
967.2625 |
|
154 |
973.2500 |
972.0486 |
973.2625 |
|
155 |
979.2500 |
978.0489 |
979.2625 |
|
156 |
985.2500 |
984.0492 |
985.2625 |
|
157 |
991.2500 |
990.0495 |
991.2625 |
|
158 |
997.2500 |
996.0498 |
997.2625 |
8.1 PLANOS
DE CANALIZAÇÃO PARA O SERVIÇO
8.1.1 Os sistemas de TV a Cabo deverão operar de acordo com um dos
planos de canalização a seguir definidos e apresentados na Tabela 1, a qual
indica a freqüência da portadora de vídeo de cada canal.
8.1.1.1 Plano de Freqüências Padrão (PFP)
É um plano de freqüências baseado na canalização de televisão (canais 2 -
6 e 7 - 13), à qual se acrescentam canais com decréscimos de 6 MHz abaixo do
canal 7 (175,25 MHz) (correspondendo aos canais 14
a 22
e 95
a 99).
8.1.1.2 Plano de Freqüências com Portadoras Harmonicamente
Relacionadas (PHR)
É um plano baseado em freqüências portadoras de vídeo que são múltiplos
inteiros de 6,0003 MHz e que começa em 54 MHz. Ele resulta em separação de
freqüências de -1,25 MHz com relação aos canais do plano de freqüências
padrão, à exceção dos canais 5 e 6, nos quais a separação é de +0,75 MHz.
8.1.1.3 Plano de Freqüências com Portadoras Incrementalmente
Relacionadas (PIR)
É um plano baseado em freqüências portadoras de vídeo a partir de 55,2625
MHz, com incrementos de 6 MHz por canal.
Antes que comece a falar sobre os modems, gostaria de relatar algo importante no desenvolvimento dos sistemas de TV a cabo. Em 1972, um sistema a cabo em Wilkes-Barre, PA, começou a oferecer o serviço "pay-per-view" Os usuários pagariam para assistirem determinado filme ou programa de esporte. Eles nomearam o novo serviço como "Home Box Office" (HBO). Ele continuou sendo um serviço regional até 1975, quando a HBO começou a transmitir o sinal, através de um satélite geostacionário, para outras redes de serviço a cabo na Flórida e Mississipi. Na época, esses satélites eram capazes de receber e retransmitir 24 canais. Com o início da idéia de os satélites interconectarem diversas redes diferentes de cabo, estava posta a arquitetura dos modernos sistemas a cabo.
À medida que o número de programas crescia, a banda dos cabos também crescia. Os primeiros sistemas operavam a 200MHz, permitindo 33 canais. Ao passo que a tecnologia progredia, a banda aumentava para 300, 400, 500, 550MHz ...
Um outro fato que não pode deixar de ser citado é o início, já em 1976, da utilização de fibra óptica para os cabos de entroncamento que carregam o sinal das "head-ends" CATV para os bairros. O head-end é o local onde o sistema a cabo recebe programação de várias fontes, associa a programação aos canais e retransmite esse informação pelo cabo. Uma das grandes vantagens trazidas pelas fibras ópticas reside na não necessidade do uso extensivo de amplificadores, visto que a atenuação do sinal nessa mídia é muito menor do que a observada nos cabos de cobre. Com a redução do número de amplificadores, houve uma dramática melhoria na qualidade do sinal e na confiabilidade do sistema. Levando em conta que uma simples fibra pode prover o serviço, tornou-se possível focar determinado bairro, ou determinado grupo para o provimento de serviços e mensagens específicas. Esse fato inspirou os provedores de serviço a cabo, na criação das LAN's para prover acesso à internet , a partir do uso de modems a cabo.
Uma última consideração ainda deve ser feita sobre o que a General Instrumets demonstrou em 1989. Provou ser possível converter um sinal de cabo analógico e transmiti-lo em um canal de televisão padrão (6MHz). Usando compressão MPEG, os sistemas de CATV instalados atualmente, podem transmitir 10 canais de vídeo em uma banda de 6MHz de um único canal analógico. Se combinado com uma banda de 550 MHz, seria possível a existência de quase 1000 canais de vídeo em um sistema. Além disso, os sinais digitais possibilitam o uso de códigos corretores de erro para garantir a qualidade do sinal recebido.
A palavra "modem" é uma contração das palavras modulador-demodulador. Um modem é normalmente utilizado para enviar sinais digitais por um meio analógico (mas comumente a linha telefônica). A origem dos modems encontra-se nos anos 60 como uma maneira de permitir que terminais pudessem se conectar a computadores utilizando linhas telefônicas. Um arranjo típico pode ser mostrado abaixo:
Numa configuração como essa, um terminal burro (dumb terminal) de um lugar remoto pode ligar-se com um grande computador central. Um terminal burro é simplesmente formado por um monitor e um teclado. Um terminal burro muito comum nesta época era chamado de DEC VT-100, que se tornou um padrão (hoje lembrado em emuladores de terminais em todo mundo). Este terminal podia mostrar 25 linhas de 80 caracteres cada. Quando o usuário digitava um caractere no terminal, o modem enviava o código ASCII correspondente para o computador. O computador, então enviava o caractere de volta para o terminal para que fosse mostrado na tela.
No final dos anos 70, quando apareceram os primeiros computadores pessoais, os "bulletin board systems" (BBS) se tornaram uma febre. Uma pessoa, configuraria um PC com um modem e alguns programas BBS, e uma outra pessoa se conectaria. Os usuários rodavam emuladores de terminal em suas máquinas para simular um terminal burro. Por muito tempo os modems utilizados eram os de 300bps. A razão pela qual essa velocidade era tolerável repousava no fato de que a essa velocidade, poderiam ser transmitidos cerca de 30 caracteres por segundo - muito maior do que a velocidade de caracteres que uma pessoa pode ler ou escrever. Uma vez que as pessoas começaram a transmitir programas grandes e imagens pelos BBS' essa velocidade começou a ficar incompatível com as necessidades. Na lista abaixo podemos acompanhar a evolução da velocidade desses dispositivos:
300 bps - anos 60 até o ano de 1983 (+ ou -)
1200 bps - ganhou popularidade nos anos de 84 e 85
2400 bps
9600 bps - apareceu no final de 1990 e início de 1991
19,2 Kbps
28,8 Kbps
33,6 Kbps
56 Kbps - tornou-se padrão em 1998
ADSL - com velocidade máxima teórica de 8Mbps, ganhou popularidade em 1999
Como ponto de partida, vamos utilizar os modems de 300bps que são muito simples de entender. Esses dispositivos utilizavam o chaveamento de freqüência (FSK - frequency-shift keying) para transmitir informações digitais em uma linha telefônica. Na técnica de FSK, diferentes tons (freqüências) são utilizados para transmitir diferentes bits. Na figura a seguir fica claro como essa técnica de modulação funciona.
Numa comunicação via modem, devemos identificar os dois computadores da seguinte maneira: o que faz a chamada contém o modem que é designado como o modem originador e o que recebe a chamada, contém o que se designa como modem de resposta. Como cada um deles usa freqüências diferentes para "codificar" os bits zero e um (vide tabela seguinte), é possível que a comunicação seja feita em uma operação full-duplex. Os modems que operam em half-deuplex são raros.
|
MODEM |
BIT 0 | BIT 1 |
| originador | 1,070KHz | 1,270KHz |
| de resposta | 2,025KHz | 2,225KHz |
Objetivando criar modems mais rápidos, os engenheiros responsáveis por seu desenvolvimento, tiveram de usar técnicas mais sofisticadas que o FSK. Primeiramente eles migraram para o chaveamento de fase ( PSK - phase-shift keyfing) e depois para o QAM (quadrature amplitude modulation). Essas técnicas possibilitam que uma grande quantidade de informação possa passar pelos 3KHz de banda disponível numa linha telefônica normal. Os modems de 56K, que na realidade se conectam a cerca de 48Kbps em linhas perfeitas, estão no limite dessas técnicas.
O passo seguinte na evolução dos modems foi o modem ADSL (asymmetric digital subscriber line). A palavra assimétrica é usada porque esses modems recebem dados a uma taxa superior do que a taxa de transmissão - o upstream e o downstream operam a taxas diferentes. Um modem ADSL se beneficia do fato de haver nas instalações residenciais ou comerciais um par de fios de cobre dedicado entre o telefone e a central local. A banda passante desse par trançado é muito superior aos 3.000 Hertz necessários para um canal de voz. Se as duas extremidades (sua casa ou escritório e a central local) estiverem equipadas com modems ADSL, então o par trançado poderá ser utilizado como meio de transmissão de sinal digital a alta velocidade. Sob condições ideais essa velocidade chega até 1Mbps para upstream - da sua casa ou escritório até a central local - e até 8Mbps para downstream - em sentido contrário. Além do mais, a mesma linha poderá continuar a transmitir os sinais de voz. O princípio utilizado nesses modems é muito simples. A banda do par trançado entre 24.000 Hertz e 1.100.000 Hertz é dividida em bandas de 4.000 Hertz e um modem virtual é designado para cada banda. Cada um desses 249 modems testa sua banda é faz o melhor para utilizar a banda alocada para ele.
Como vimos, num sistema de TV a cabo, para cada um dos canais é atribuído uma banda de 6MHz. Os sinais dos diversos canais são recebidos nos head ends seja através de antenas (que captam sinais via satélite, por exemplo), seja através de fibras ópticas conectadas a outros head ends, seja através de antenas comuns captando os sinais transmitidos via rádio em VHF e UHF. O sinal dos diversos canais de TV é então retransmitido pelo cabo para os usuários de forma analógica utilizando-se multiplexação por divisão de freqüência (FDM - Frequency Division Multiplexing).
Para atingir a cobertura geográfica pelo bairro, os cabos, oriundos do head end são ramificados em múltiplos cabos e cada um dos assinantes recebe o sinal de todos os canais que são transmitidos - é uma estrutura em árvore. Assim como os aparelhos de TV possuem um sintonizador para escolher o canal desejado que é recebido via rádio, os aparelhos de recepção dos assinantes de TV a cabo, também possuem um sintonizador para escolha do canal recebido pelo cabo. Pelo fato de os sinais serem atenuados à medida em que viajam pelo cabo até os assinantes, amplificadores devem ser inseridos na planta para restaurar a potência do sinal. Quanto mais longo for o cabo ou quanto mais ele for ramificado, maior também será o número de amplificadores necessários. Uma inovação citada nos parágrafos anteriores tratava da utilização de uma arquitetura mista entre cabo de cobre e fibras ópticas conhecido como Hybrid Fiber and Coax (HFC). As fibras partem do head end e vão até o bairro, de onde os sinais passam a ser transportados por cabos coaxiais até a casa dos assinantes. Duas vantagens principais sobre o uso dessa tecnologia repousam na maior banda passante disponível e no fato de os sinais poderem ser transportados por distâncias mais longas sem amplificação além da imunidade que a mídia óptica apresenta em relação a interferências eletromagnéticas. A seguir pode ser visto um esquema no qual apresentamos a utilização de um sistema híbrido de cobre e fibra. Nesse esquema ainda fica clara a forma de árvore que a arquitetura que os sistemas de TV a cabo apresentam.
Algumas considerações devem ser feitas no sentido de se observar as limitações que o sistema instalado para TV apresentaria para aplicações que necessitassem de dois caminhos: um para upstream e outro para downstream. Para aplicações em Internet, tem de haver dois canais de comunicação um no sentido do head end para o usuário (downstream - DS) e outro em sentido contrário (upstream US). Temos de ter em mente que a limitação do sistema não está no cabo em si, mas nos amplificadores, que possuem um sentido de amplificação. Uma solução não muito inteligente para o problema mas que nas redes mais antigas chegou a ser implementada foi fazer o US e o DS por caminhos diferentes. O DS seria feito pela rede a cabo enquanto o US pela linha comutada telefônica. Um problema evidente dessa solução está no fato de o usuário ter de pagar por dois serviços. Mas alguns fabricantes de equipamentos de amplificação e distribuição de TV proviam um sistema de retorno pelo mesmo cabo, normalmente em canais mais baixos, para funções de monitoramento e controle como a compra de programas pay-per-view. Abaixo segue um esquema de o que deve conter cada ponto de amplificação para que o sistema bidirecional possa funcionar: Como cada um dos fluxos será modulado em freqüências diferentes, podemos amplificar o sinal na direção conveniente após filtrar o conteúdo do cabo.
Nas linhas seguintes gostaria de falar e remarcar alguns pontos importantes sobre a rede a cabo sendo utilizada como mídia de comunicação. Sua topologia é em forma de árvore, com o head end localizado na raiz e aparelhos como os modems a cabo e os set-up-boxes localizados nos nós extremos na árvore. No US, a comunicação é feita no sentido de um terminal de usuário para o head end e no DS, do head end para o usuário. Deve ficar claro que um terminal não troca dados com outro terminal pelo upstream. Sobre a capacidade do cabo podemos comentar que as redes a cabo são construídas para viabilizarem a utilização de muitos canais de TV - geralmente 50 e em algumas vezes, mais de uma centena. Para DS, isso significa que o cabo tem um tremendo potencial em largura de banda. Os padrões de TV a cabo ditam que os canais devam manter uma relação sinal-ruído de 48 a 50 dB. Como resultado, a capacidade teórica de um canal de DS, é aproximadamente 100Mb/s. Sistemas de codificação na prática atingiram 43Mb/s de capacidade para um canal de 6MHz. Para uma centena de canais, a capacidade agregada para DS seria maior que 4Gb/s. A capacidade de US é mais complicada de se caracterizar por causa da variação das características de ruído nesses canais. Como o US é transmitido em canais mais baixos (5 a 42MHz), ele está sujeito a muitas interferências de ondas de rádio além de interferências causadas por equipamentos domésticos. Sobre o acesso, devemos salientar que o cabo é uma mídia compartilhada por todos os usuários conectados a ele. Isso faz do cabo um meio de comunicação fundamentalmente diferente da rede telefônica comutada que tem um par trançado dedicado entre a central local e cada um dos assinantes. Apesar de ser possível simplesmente dividir os recursos do cabo pelos assinantes, uma situação que alocasse os recursos dinamicamente como necessitado, faria um uso muito mais inteligente deles se diferentes usuários possuíssem diferentes necessidades que variassem ao longo do tempo. Todo sistema que permite múltiplo acesso requer uma solução para alocação de recursos. A implementação de uma solução para alocação de recursos pode introduzir complexidade no sistema de comunicação e será julgada em termos do aumento de custos e da eficiência com a qual ele opera. Redes a cabo impõem latências de transmissão que são ocasionadas pelo tempo que se leva para que os sinais se propaguem pela rede. Podemos estimar essas latências baseados no maior caminho esperado entre um assinante e o head end. Atrasos de propagação cria problemas para sistemas de comunicações multi-acessados - a dificuldade está no fato de que o sistema não possa detectar colisões (o caso de duas transmissões simultâneas) dentro do tempo de uma transmissão, e como resultado, o nó que está transmitindo não pode saber de imediato se a transmissão foi bem sucedida.
Os modems a cabo podem ser tanto internos quando externos ao computador. Em
alguns casos ele pode ser parte do set-up-box, exigindo somente um
teclado e um mouse para prover o acesso à internet. Os componentes chave destes
dispositivos, que podem ser vistos no gráfico acima, serão explicados a
seguir.
Sintonizador
O sintonizador se conecta ao cabo, muitas vezes através de um splitter que separa dos dados da internet da programação normal da CATV. Uma vez que os dados da internet chegam através de um canal que não está sendo utilizado pela TV, o sintonizador, simplesmente recebe o sinal modulado e o passa para o demodulador. Em alguns casos, o sintonizador conterá um "diplexador" - diplexer - que permite ao sintonizador fazer uso de um conjunto de freqüências (geralmente entre 42 e 850MHz) para tráfego de DS e outro grupo de freqüências (entre 5 e 42MHz) para tráfego de US. Como citado acima, em alguns sistema mais antigos, será utilizado um canal do cabo para o fluxo de DS e um outro modem ligado à linha telefônica para o US.
Demodulador
Os demoduladores mais comuns têm quatro funções. Um demodulador QAM (quadrature amplitude modulation) recebe um sinal de rádio freqüência que teve a informação codificada a partir da variação da fase e da amplitude e o transforma em um sinal simples que pode ser processado por um conversor analógico-digital (A/D). Esse conversor recebendo o sinal, que varia em tensão e transforma em uma série de bits. Um módulo de correção de erros então checa a informação recebida a partir de um padrão conhecido, de modo que problemas na transmissão possam ser detectados e corrigidos. Em muitos casos, os quadros da rede estão no formato MPEG, de modo que um sincronizador MPEG é utilizado para assegurar que os grupos de dados estão em ordem.
Modulador
Nos modems a cabo que utilizam o sistema de cabo para fazerem o US, um modulador é utilizado para converter os dados digitais da rede de computador em sinais de rádio-freqüência para transmissão. Este componente é chamado algumas vezes de "modulador de rajadas" - burst modulator - por causa da irregularidade do volume da maior parte do tráfego entre um usuário e a internet. Ele consiste de três partes: uma seção para inserir informação usada para correção de erros; um modulador QAM - vale lembrar que muitos fabricantes estão utilizando a modulação QPSK ou similar na direção do US, uma vez que essa modulação é mais robusta em ambientes de ruído (lembre-se que o canal de US está mais sujeito a ruídos): essa é uma recomendação da norma IEEE 802.14; um conversor digital-analógico (D/A).
Controle de acesso ao meio (MAC)
O MAC se encontra entre as partes de US e DS do modem a cabo, e atua como a interface entre a parte de software e hardware dos vários protocolos de rede. Todos os dispositivos de rede de computadores tem MAC's, mas no caso de modems a cabo as tarefas são mais complexas do que as realizadas pelo MAC de uma interface de rede comum. Por essa razão, na maioria dos casos, algumas das funções MAC serão atribuídas para uma unidade central de processamento (CPU - central processing unit) - tanto a CPU do modem a cabo como a CPU do sistema do usuário.
Microprocessador
As tarefas do microprocessador dependem se o modem está sendo utilizado como parte de um sistema maior - no caso de estar conectado a um computador -, ou se esse provê o acesso à rede sem o auxílio de computadores. Nas situações abrangidas pelo primeiro caso, o microporcessador interno ainda realiza muitas das funções do módulo dedicado de MAC. Nos sistemas em que o modem a cabo está só - sem computadores - no acesso à internet, as tarefas do microprocessador acumulam além das funções associadas ao MAC, aquelas que seria realizadas pelo computador. em ambos os casos, um processador PowerPC da Motorola é uma escolha comum entre os projetistas.
No head end do provedor de serviços a cabo, o CMTS (Cable Modem Termination System) provê muitas funções semelhantes as que provêm os DSLAM (DSL Access Multiplexer) nos sistemas DSL. A CMTS pega o tráfego chegando de um grupo de usuários por um único canal e o rotea para um ISP (Internet service provider) para conexão com a Internet. No head end os provedores de serviços a cabo terão, ou irão disponibilizar para que ISP's terceirizados tenham, servidores para contas e logging, DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) para atribuir e administrar os endereços IP para todos os usuários do sistema a cabo.
A informação contida no DS chega a todos usuários conectados, assim como em uma rede Ethernet - a decisão se um determinado bloco de dados é direcionado para um determinado usuário fica por conta dele. Já a informação de US é mandada de um usuário para a CMTS - os outros usuários não têm acesso a esses dados. A banda mais estreita dedicada para o US é dividida em fatias de tempo. Cada usuário poderá transmitir em uma delas uma rajada de dados para a internet. A divisão por tempo funciona bem para os comandos muito pequenos, requisições e endereços que formam a maior parte do volume de tráfego na direção de US.
Um CMTS irá habilitar at
é 1000 usuários conectando-se à internet através de um único canal de 6MHz. Uma vez que nesse canal somos capazes de transmitir de 30 a 40 Mbps, mesmo sendo o canal compartilhado por tantos usuários, ainda sim, cada um desfrutaria de uma performance muito melhor do que a experimentada em modems com acesso discado.http://www.cabledatacomnews.com/cmic/cmic1.html
http://www.cabledatacomnews.com/cmic/cmic2.html
http://www.cabledatacomnews.com/internettv/cmic15.html
http://www.cabledatacomnews.com/cmic/cmic3.html
http://itc.mit.edu/~gingold/thesis/
http://computer.howstuffworks.com/cable-modem.htm
http://computer.howstuffworks.com/modem.htm
Lei
8977/96 e norma no 13/96 que tratam da televisão a cabo no Brasil
Tanenbaum,
Andrew S. – “Computer Netoworks”, 2nd edition, Prentice Hall
Haykin, Simon – “Communications Systems”, 4th Edition, Wiley
Queiroz,
Mauros Campello - “Um
Método de Acesso ao Meio com Garantia de Qualidade de Serviço para Modem a
Cabo”,
Tese de mestrado, Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Rio de Janeiro,
2000.