CAPÍTULO 13 - EFICIÊNCIA EM COMUNICAÇÃO DE DADOS

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CAPÍTULO XIII - EFICIÊNCIA EM COMUNICAÇÃO DE DADOS
1. DEFINIÇÃO E FORMULAÇÃO
	Eficiência de transmissão é definida como a relação entre gasto transmitindo informação e o tempo total. Para a dedução da expressão que permitirá o cálculo desta eficiência vamos lançar mão do esquema mostrado na figura abaixo, que vale para um sistema operando no protocolo de retransmissão stop-and-wait.
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A seguir definimos cada um dos parâmetros indicados na figura:
	- RM: Tempo de Reversão dos Modems
	- AC: Atraso de Conversão
	- TP: Tempo de Propagação
	- AB: Análise de Bloco
	Estes tempos representam todos os atrasos sofridos pela mensagem durante o processo de transmissão. Logo, podemos escrever a expressão para o cálculo da eficiência como sendo:
� INCORPORAR Equation.2 ���
onde,
	- NCI : Número de caracteres de informação no bloco
	- NCT: Número total de caracteres no bloco
	- NCA: Número de caracteres na mensagem de reconhecimento
	- TX : Taxa de transmissão em caracteres por segundo
	- TXA : Taxa de transmissão do reconhecimento
	Os demais termos da expressão foram definidos anteriormente. A seguir, vamos fazer uma série de exemplos para ilustrar a influência dos diversos parâmetros na eficiência do sistema.
2. EXEMPLOS
EXEMPLO 1: Calcular a eficiência do sistema cujas características estão listadas abaixo:
	- Half-Duplex 2 fios
	- Taxa de transmissão: 2400 BPS
	- Canal de retorno: 75 BPS
	- Mensagem de reconhecimento: 03 caracteres
	- Tamanho dos blocos: 960 bits
	- Número de caracteres de controle no bloco: 15
	- Atraso de conversão: 3 ms
	- Tempo de propagação: 0,02 ms/Km
	- Distância: 500 Km
	- Análise de bloco: Desprezível
	- Reversão dos modems: Não existe (canal de retorno)
� INCORPORAR Equation.2 ���
TAXA EFETIVA = 1.116 BPS
EXEMPLO 2: Mesmos dados do Exemplo 1, sem Canal de retorno, com reversão de modems de 100 [ms].
� INCORPORAR Equation.2 ���
TAXA EFETIVA = 1.308 BPS
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EXEMPLO 3: Mesmos dados do exemplo 2, considerando-se uma operação half-duplex a 4 fios. Admita uma reversão de modem de 8 ms.
� INCORPORAR Equation.2 ���
TAXA EFETIVA = 1.834 BPS
EXEMPLO 4: 	Considere agora uma probabilidade de erro de bit de 5 x 10-5 no exemplo anterior. A ocorrência de erro resultará em um certo número de retransmissões, que diminuirá a eficiência do sistema. A nova eficiência pode ser calculada por:
ET’ = ET (1 - Peb)
onde Peb é a probabilidade de erro no bloco, Esta probabilidade, por sua vez, pode ser calculada por:
Peb = 1 - (1 - Pb)n
onde n é o número total de bis e Pb é a probabilidade de erro de bit do sistema. Logo, a nova eficiência fica:
ET’ = ET (1 - Pb)n
Assim, considerando os dados do Exemplo 4 e a probabilidade de erro de bit fornecida temos:
ET’ = 0.7641 (1 - 5 x 10-5)920 = 72.97%
TAXA EFETIVA = 1.751 bps
EXEMPLO 5: Mesmos dados do Exemplo 3, admitindo uma taxa de transmissão de 4800 bps.
� INCORPORAR Equation.2 ���
TAXA EFETIVA = 3.319 BPS
�
EXEMPLO 6: Considere agora que, em função do aumento na velocidade, a probabilidade de erro de bit passou para 1 x 10-4.
ET’ = 0,6916 (1 - 1 x 10-4) 920 = 0,6308
TAXA EFETIVA = 3.027 bps
EXEMPLO 7: Utilize os mesmos dados do Exemplo 5, com uma taxa de transmissão de 9.600 bps.
� INCORPORAR Equation.2 ���
TAXA EFETIVA = 5.581 bps
EXEMPLO 8: Considere agora uma probabilidade de erro de bit de 1 x 10-3.
ET’ = 0.5814 (1 - 1 x 10-3)920 = 0.2316
TAXA EFETIVA = 2.223 bps ??????
EXEMPLO 9: Repita agora o Exemplo 5, considerando blocos com 4.096 bis de tamanho obtido no Exemplo 2.
� INCORPORAR Equation.2 ���
O resultado do Exemplo 5 havia sido ET = 69,16%. Logo, o aumento do tamanho do bloco aparentemente resultou em um incremento da eficiência do sistema.
EXEMPLO 10: Recalcule agora considerando a probabilidade de erro de bit (idêntica à do Exemplo 6).
ET’ = 0.9139 (1 - 1 x 10-4)4096 = 60.67%
Isto mostra que, na verdade, houve uma piora no sistema, pois a eficiência anterior era de 63.08%.
3. ANÁLISE DE PERFORMANCE PARA LINHAS MULTIPONTO HALF-DUPLEX
	A performance de uma linha multiponto pode ser expressa em termos de tráfego que a mesma pode manusear e do tempo que ela leva para manusear este tráfego. Em um sistema com mensagens solicitadas (convencional entre terminal e computador) o operador está particularmente interessado no tempo de resposta total do sistema, que pode ser definido como decorrido entre o instante em que o operador pressiona a tecla de transmissão e o instante em que o primeiro caracter da mensagem de resposta chega ao terminal.
	O tempo de resposta é influenciado por vários fatores, incluindo os diversos atrasos existentes no sistema. Um primeiro tempo a ser considerado é o tempo de polling, ou seja o tempo que o terminal aguarda para transmitir a mensagem, após a mesma estar pronta para transmissão. O cálculo deste tempo depende de várias características do sistema, e envolve teoria de filas, não sendo abordado neste curso. Nos casos em que o tráfego é leve, podemos aproximar este tempo como sendo, na média, a metade do tempo gasto para efetuar o polling com todos os terminais da rede. Quando a rede possui um tráfego considerável, esta aproximação não pode ser usada, uma vez que, provavelmente, teremos transmissões de outros terminais (que foram “polled” antes do terminal em questão) antes que o terminal sob análise possa transmitir.
EXEMPLO 1: Na figura a seguir mostramos um sistema onde temos um computador localizado em uma cidade (A), dois terminais situados em uma segunda cidade (B), e mais dois terminais em uma terceira cidade (C). Os terminais são ligados à linha através de um “line splitter” (divisor de linha), que introduz um atraso da ordem de 1,5 ms na mensagem. Assim, já podemos concluir que teremos atrasos diferentes, dependendo da cidade em que o terminal está situado.
	Para calcularmos o tempo do ciclo de polling deveríamos considerar os tempos individuais de cada terminal. Entretanto, para simpleficar, adotaremos atrasos médios para todos terminais (tanto atraso causados pelo splitter quanto atrasos de propagação).
	Assumiremos que os terminais são “polled” ciclicamente, não havendo prioridade para nenhum terminal. Ainda assumiremos que todos os terminais geram mensagens à mesma taxa. O atraso de propagação será estimado em 7,5 ms para todos os terminais, considerando um percurso médio de 750 Km e um tempo de propagação de 10 microsegundos por quilômetro.
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Ilustração do Exemplo 1.
	Quando nós efetuamos o polling com um terminal da cidade B, a mensagem passa através de um splitter. Se o terminal está na cidade C, teremos dois splitter envolvidos. Assim, definiremos, na média, um número de 1,5 splitters, o que leva a um atraso de 1,5 (splitters) x 1,5 (milisegundos) = 2,25 ms.
	Considerando ainda um tornaround time dos modems de 50 ms, além de um atraso de 10 ms por modem (modem delay). A taxa de transmissão será adotada como sendo 4.800 bps (600 caracteres ASCII por segundo).
	A mensagem de polling é freqüentemente, constituída de 9 caracteres, como mostrado abaixo:
PAD - SYN - SYN - X - X - X - X - ENQ - PAD
	Os caracteres XXX representam o endereço do terminal, que é normalmente transmitido de forma redundante. Ou seja, o endereço do terminal AB será transmitido como AABB.
	A mensagem no-traffic (NTR) consiste, tipicamente, da seguinte seqüência de 5 caracteres:
PAD - SYN - SYN - EOT - PAD
	Essas mensagens nos levam a um tempo de transmissão da mensagem de polling de 9/600 = 15 ms, e um tempo de transmissão da mensagem de NTR de 5/600 = 8,5 ms.
	Admitiriamos
que a mensagem de NTR é idêntica a mensagem de EOT usada para resetar a rede, colocando-a no modo controle.
	A figura a seguir nos mostra a seqüência de mensagem para efetuar o polling com um terminal e receber a resposta de NTR do mesmo. Esta figura também nos mostra um resumo dos principais componentes de atraso encontrados na transmissão. O tempo para transmitir a mensagem de EOT e pulling é de 23,5 ms (admitiremos que não há intervalo entre eles). O atraso denominante de atraso de transmissão engloba o tempo de propagação, modem delay e line splitter delay, que somam 7,5 + 10 + 2,25 = 19,75 ms.
	O tempo de reação do terminal varia grandemente com o tipo do mesmo. Em terminais constituídos puramente de hardware, e reação é praticamente instantânea, já nos terminais que possuem software, este tempo é da ordem de unidades de milisegundos. Neste exemplo adotaremos 2 ms.
	Como mostrado na figura a seguir, o tempo total de polling de um terminal é de 128,5 ms. Assim adotando o valor aproximado para o atraso devido ao polling, teremos uma espera média de 257 ms para que o terminal possa transmitir sua mensagem.
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	Tempo de transmissão EOT/POLL						23,50 ms
� INCORPORAR MSDraw ���
	Atraso de propagação					 7,50 ms
	Modem delay 		Atraso de transmissão	 10,00 ms
	Line spliter delay						 2,25 ms
	Tempo de reação do terminal						 2,00 ms
	Modem turnaround time							50,00 ms
	Tempo de transmissão da NTR						 8,50 ms
	Atrasos de transmissão							19,75 ms
	Tempo de reação do computador						 5,00 ms
							 TOTAL: 128,50 ms	
Seqüência de transmissão para o Exemplo 1.
	Vamos analisar agora o caso em que o terminal possui uma mensagem a enviar para o computador. Neste caso o terminal enviará sua mensagem após o computador efetuar o polling. A figura a seguir ilustra a seqüência de transmissão e resume os tempos envolvidos. Para calcularmos o tempo de transmissão da mensagem de entrada assumimos que a mesma possui 100 caracteres, incluindo os caracteres de controle, sincronismo e deteccão de erro.
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	Tempo de transmissão EOT/POLL				23,50 ms
	Atraso de transmissão					19,75 ms
	Tempo de reação do terminal				 2,00 ms
	Modem turnaround time					50,00 ms
	Tempo de transmissão da mensagem		 167,00 ms
	Atrasos de transmissão					19,75 ms
	Tempo de reação do computador				 5,00 ms
	Tempo de transmissão do ack				10,00 ms
	Atrasos de transmissão					19,75 ms
	Tempo de reação do terminal				 2,00 ms
	Tempo de transmissão do EOT				 8,50 ms
	Atrasos de transmissão					19,75 ms
	Tempo de reação do computador				 5,00 ms
							TOTAL 352,00 ms
	Antes de iniciarmos os cálculos de utilização da linha, vamos mostrar a seqüência de transmissão e os tempos envolvidos na transmissão de uma mensagem de saída (ou seja, mensagem do computador para o terminal). Admitiremos que a mensagem de saída é composta de 200 caracteres, incluíndo caracteres de controle, endereçamento, sincronismo e detecção de erro. A figura abaixa ilustra a troca de mensagens e os tempos envolvidos.
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	Tempo de transmissão EOT					 8,50 ms
	Tempo de transmissão da mensagem		 333,00 ms	
	Atrasos de transmissão					19,75 ms
	Tempo de reação do terminal				 2,00 ms
	Modem turnaround time					50,00 ms
	Tempo de transmissão do ack				10,00 ms
	Atrasos de transmissão					19,75 ms
	Tempo de reação do computador				 5,00 ms
	Tempo de transmissão do EOT				 8,50 ms
							TOTAL: 456,50 ms
CÁLCULO DA UTILIZAÇÃO DA LINHA: Uma maneira conveniente de dimensionarmos a carga da linha é através do cálculo da sua utilização. A utilização é uma medida da percentagem de tempo que a linha está ocupada transmitindo dados do ou para o computador. Se a linha está completamente carregada, sua utilização é de 100%; de outra forma, se não há nenhuma mensagem trafegando, sua utilização é de 0%.
	A utilização pode ser definida formalmente de duas formas: É a relação entre o tempo gasto para transmitir dados e o tempo total disponível; ou é a relação entre a carga real da linha e a máxima carga que a linha é capaz de manusear.
	Para dimensionarmos a utilização da linha deste exemplo admitiremos que cada terminal gera uma transação por minuto, o que significa que cada terminal transmitirá uma mensagem ao computador (mensagem de entrada) e receberá uma mensagem de volta do mesmo (mensagem de saída) a cada minuto. Como temos 4 terminais, teremos um total de 240 transações efetuadas em uma hora. Logo, temos uma utilização de
Utilização = 240 x (352 + 456.5) / 3.600.000 = 5.4%
	Olhando para este resultado vemos que a linha está subtilizada, e poderia suportar um maior número de terminais conectados à mesma. Ou ainda, poderíamos trabalhar com uma linha de menor velocidade.
	O tempo de resposta médio para uma transação neste sistema é o tempo médio de espera para transmissão (metade do tempo total de polling se a carga for baixa) + o tempo de transmissão de uma mensagem de entrada + o tempo de transmissão de uma mensagem de saída.
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