Introdução à comunicação entre computadores e tecnologias de rede/Métodos de multiplexação

Multiplexação é uma técnica utilizada para permitir que mais de uma mensagem ocupe o mesmo meio de transporte. Ela é usada tanto em redes de computadores, em linhas telefônicas e no envio de telegramas. Se não fosse por esta técnica, as redes seriam coisas muito mais caras e possivelmente tecnologias como os aparelhos de telefones e celulares nunca teriam se popularizado.

O desenvolvimento de técnicas de multiplexação foi um dos principais fatores que levaram ao barateamento dos celulares nos últimos anos.

A grande vantagem da multiplexação é permitir que muitos nós se comuniquem simultaneamente pelo mesmo meio. A desvantagem é que é preciso posteriormente filtrar os sinais enviados para conseguir identificar a mensagem de cada usuário. O aparelho ou programa que realiza a multiplexação chama-se multiplexador. O aparelho ou programa que faz a filtragem das informações enviadas chama-se demultiplexador.

Multiplexação por Divisão de Frequência (FDM - Frequency Division Multiplexing)

Este tipo de Multiplexação funciona alocando para cada tipo de dado uma faixa de frequência do meio de transmissão.

Este tipo de multiplexação é usado por emissoras de televisão que usam frequências diferentes para enviar o vídeo, as cores e o áudio no mesmo canal; internet ADSL que utilizam uma faixa de frequências não utilizadas pela voz nas linhas telefônicas para transmitir dados, companhias de TV à cabo que podem aproveitar o mesmo cabo que envia as imagens para a televisão para transmitir também serviço de internet e telefone e por estações de rádio que separam os seus canais de rádio uns dos outros fazendo com que cada um utilize uma faixa de frequência diferente.

Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM - Time Division Multiplexing)

Neste tipo de multiplexação, cada tipo de dado possui um determinado período de tempo para transmitir os seus dados. Por exemplo, se os nós A, B e C usam um cabo para transmitir dados, podemos fazer com que a cada segundo o cabo transporte dados de um nó diferente. Enquanto um transmite dados, os outros devem aguardar a sua vez de transmitir.

O grande problema deste tipo de multiplexação é que caso um dos nós não queira transmitir nada pela rede, o tempo do cabo destinado a ele acaba sendo desperdiçado. Este tipo de multiplexação é recomendado quando o acesso à rede pelos nós é frequente.

Como exemplo de uso deste tipo de multiplexação, pode-se citar os celulares GSM que além de usarem a Multiplexação por Divisão de Tempo, usam também a Multiplexação por Divisão de Frequência.

Multiplexação Estatística

É uma versão mais complexa da Multiplexação por Divisão de Tempo. Nela, cada nó que envia dados pelo cabo também possui um tempo reservado para enviar dados. Entretanto, caso o nó não queira enviar nada naquele momento, o tempo reservado para ele não é desperdiçado, pois o seu tempo é cedido então para o próximo nó da fila.

A vantagem desta multiplexação é que ela permite que um número muito maior de nós ocupem o mesmo cabo desde que cada um deles não fique o tempo todo usando a rede. A desvantagem é que informações adicionais precisam ser enviadas para a rede para que seja possível descobrir se o nó está transmitindo ou não. Ao contrário do TDM, eu não sei o momento no qual cada nó estará utilizando a rede. Por esta razão, as vantagens da Multiplexação Estatística desaparecem quando todos os nós usam a rede muito frequentemente.

Esta multiplexação é comum em redes de computadores.

Multiplexação por Divisão de Amplitude

Nele, cada tipo de dados é enviado em uma amplitude de onda diferente. É o método utilizado para enviar dados em fibras óticas.

Multiplexação por Acesso a Demanda (DAM - Demand Access Multiplexing)

Neste tipo de multiplexação, é preciso que haja algum tipo de equipamento ou programa que controle a rede atuando como um "coordenador de tráfego". Toda vez que dois nós desejam se comunicar, o controlador associa à cada um deles uma frequência diferente. Quando a comunicação se encerra, as frequências usadas são desalocadas e podem ser usadas por nós diferentes que quiserem se comunicar.

Esta multiplexação é muito importante para as comunicações via celulares.

Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA - Code Division Multiple Access)

Nesta multiplexação, cada um dos nós pode se comunicar exatamente ao mesmo tempo e utilizando as mesmas frequências. Isso só é possível porque cada nó se comunica utilizando uma codificação diferente. Cada nó precisa se comunicar de modo que quando eles enviam mensagens ao mesmo tempo pela linha, a mensagem resultante da mistura de todas as outras sempre será diferente para cada combinação possível de mensagens enviadas simultaneamente.

Fazendo uma analogia, quando temos duas pessoas em uma sala e queremos ouvir o que elas tem a dizer, podemos pedir para que uma fale com voz grave e a outra com voz aguda (FDM), ou para que elas não falem ao mesmo tempo (TDM) ou que cada uma delas se comunique em um idioma diferente (CDMA).

Esta tecnologia é usada pelos celulares de terceira geração. Atualmente é possível fazer com que até 32 nós diferentes se comuniquem usando o mesmo cabo por meio desta tecnologia.

Multiplexação por Divisão Ortogonal de Frequência (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Ela ocorre de forma semelhante à Multiplexação por Divisão de Frequência. Entretanto, ela usa propriedades de ondas de forma a dividir cada canal de frequência em dezenas ou milhares de sub-canais diferentes. Com isso, o sinal fica ainda mais resistente à interferências, atenuação devido à distância e além disso, ele fica muito mais fácil de ser posteriormente filtrado.

Esta multiplexação foi desenvolvida pelos Estados unidos nos anos 60 durante a Guerra do Vietnam. A tecnologia é usada por emissoras de televisão e rádio digitais na Europa além de diversos outros aparelhos.