Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM)

Assim como a FDM, a TDM (Time-Division Multiplexing) é uma técnica para multiplexação de sinais analógicos. Porém, diferente da FDM e da WDM, nas quais os sinais são de fato transmitidos ao mesmo tempo no enlace, na TDM ocorre apenas uma transmissão por vez. Ou seja, cada transmissor tem o meio totalmente disponível para ele durante certo intervalo de tempo.

Você deve lembrar que afirmamos, anteriormente, que a multiplexação permite a transmissão de vários sinais, “simultaneamente”, no enlace. E agora dissemos que na TDM ocorre apenas uma transmissão por vez no enlace. Acontece que a palavra “simultaneamente”, nesse contexto, refere-se ao fato de haver um compartilhamento do enlace para o envio de sinais de vários transmissores.

Podemos fazer uma analogia para ilustrar essa noção de simultaneidade: quando você está utilizando um computador, você pode executar vários programas “simultaneamente”. Pode, por exemplo, escutar uma música enquanto faz um download de um arquivo e, ao mesmo tempo, ler uma página em algum site na internet. Mas, se seu computador tem apenas um processador, e, portanto, pode executar apenas uma instrução por vez, como isso é possível?

É que, na verdade, o computador executa um pequeno grupo de instruções de cada programa por vez. Inicia com algumas instruções de um programa, depois passa a executar algumas instruções de outro programa e assim sucessivamente, depois, retorna ao primeiro programa e tudo começa novamente. Você acaba tendo a “sensação” de que as coisas estão ocorrendo “simultaneamente”, mas, na verdade, elas não estão. O tempo foi dividido em intervalos e em cada um desses intervalos o processador está sendo usado totalmente por apenas um dos programas, mas como isso acontece a uma velocidade muito alta, temos a impressão de que tudo acontece ao mesmo tempo.

No TDM ocorre a mesma coisa. O tempo é dividido em pequenos intervalos e em cada um desses intervalos o enlace é utilizado, exclusivamente, para transmitir os sinais de apenas um transmissor. Evidentemente, no seu intervalo de tempo, o transmissor tem disponível toda a capacidade de transmissão do link. O TDM pode ser síncrono ou assíncrono, dependendo se os intervalos são pré-alocados ou não. Vejamos cada um deles.

TDM Síncrono

No TDM síncrono, os intervalos de tempo são pré-alocados a cada transmissor.

Na Figura 6, o enlace foi dividido em três canais. Para isso, o tempo é dividido em intervalos, que chamamos Frames, e cada um desses intervalos é subdivido em três subintervalos, numerados de 1 a 3. Cada um dos subintervalos é alocado sempre para o mesmo transmissor. Ou seja, o primeiro subintervalo de cada frame é sempre alocado ao transmissor 1, o segundo intervalo ao transmissor 2 e assim sucessivamente. A junção de todos os subintervalos alocados para um mesmo transmissor é chamada de canal. Esses subintervalos são bem pequenos e, normalmente, em apenas um segundo, cada transmissor terá acesso a diversos de seus subintervalos. Dizendo de outro modo, em apenas um segundo, diversos Frames são transmitidos.

A velocidade de um canal é calculada multiplicando-se quanto tempo o canal é alocado dentro de um segundo para um transmissor pela velocidade de transmissão do enlace. Por exemplo, se o enlace for de 8 Mbps e em cada segundo um dado transmissor tem acesso ao canal por um quarto desse tempo, a banda desse canal seria 0,25 x 8Mbps, ou seja, 2 Mbps.

Usamos como exemplo três canais, mas, evidentemente, pode-se fazer a multiplexação com qualquer número de canais desejados. Além disso, um canal pode ocupar mais de um slot. Por exemplo, se tivéssemos apenas dois canais mas três slots, teríamos canais com uma capacidade de transmissão em bits por segundo diferente. Nesse exemplo, se os dois primeiros slots fossem do canal 1, e o terceiro slot fosse do canal 2, o canal 1 teria o dobro da velocidade do canal 2.

Análise do TDM Síncrono

Na forma de TDM que acabamos de estudar, é utilizada a noção de tempo para a criação dos intervalos, de modo que os equipamentos nas extremidades do enlace precisam estar sincronizados. Tal sincronismo impõe uma maior complexidade a essa solução. Além de exigir uma maior complexidade dos equipamentos nas pontas dos enlaces para manterem o sincronismo de tempo, esse tipo de TDM pode gerar desperdício de banda de rede, caso uma máquina não tenha informações para transmitir no momento em que o link está alocado para ela. Veja que, nesse caso, ninguém mais pode usar o link, pois o receptor na outra ponta do enlace não teria como saber que a informação foi gerada por um transmissor diferente. Isso é verdade, uma vez que a identificação do transmissor é feita pelo instante de tempo em que a informação é recebida. Portanto, se um transmissor não tem informações para transmitir no seu intervalo de tempo, a rede fica ociosa.

Apesar desse efeito colateral de poder gerar ociosidade da rede, o TDM síncrono possui uma característica muito importante, que é a garantia da taxa de transmissão de um canal. Ou seja, o transmissor tem um canal de X bits por segundo alocado para ele, ele pode contar que sempre terá essa banda disponível para transmitir suas informações. Essa característica é de fundamental importância para aplicações de voz e vídeo.

TDM Assíncrono

Para evitar os problemas de desperdício de banda que ocorrem quando uma estação não tem informações para transmitir no seu intervalo, foi criado um tipo de TDM chamado TDM assíncrono. No TDM assíncrono, não existe alocação prévia de canais, cada um transmite assim que detecta o meio de transmissão livre. Mas, cada transmissão só pode durar um tempo estabelecido para evitar que um único transmissor mantenha o controle sobre o enlace por um longo período de tempo. Se esse tempo não for suficiente para transmitir todas as informações, o transmissor a dividirá em partes e fará várias transmissões separadas. Para cada uma delas, terá que concorrer pelo acesso ao enlace com os demais transmissores.

Análise do TDM Assíncrono

Diferente do TDM síncrono, em que o transmissor é identificado pelo instante do tempo onde a informação é recebida, no TDM assíncrono cada informação transmitida precisa conter um cabeçalho que identifique o transmissor e o receptor. Isso consome uma pequena porção da banda de rede disponível.

Além disso, como no TDM assíncrono não existe alocação fixa de canais, não existe garantia da banda de transmissão constante para cada transmissor, pois quando um equipamento quer transmitir o enlace pode estar ocupado com a transmissão de outro equipamento. Por outro lado, o meio só ficará ocioso se, realmente, não existir ninguém querendo transmitir. Portanto, olhando para a rede como um todo, o TDM assíncrono permite que um maior volume de tráfego seja transmitido.