Guia Jubarte de Telecom_1.0

Guia Jubarte de Telecom

Versão 1.0

06 de Maio de 2010

Benjamim Góis Ildefonso da Silva

Benjamim Góis Ildefonso da Silvahttp://sites.google.com/site/jubartecalc/

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http://sites.google.com/site/jubartecalc/


Sumário

1 Introdução.........................................................................................................................................4 2 Origens – Projeto MUX Linux.........................................................................................................4 3 Instalação..........................................................................................................................................5

3.1 Windows...................................................................................................................................5 3.2 Ubuntu......................................................................................................................................7 3.3 Instruções de Compilação.........................................................................................................8

4 Enlaces de Rádio de curta distância.................................................................................................9 4.1 Diagrama em blocos de um sistema rádio ponto a ponto........................................................9 4.2 Exemplo de Dimensionando de um enlace de rádio...............................................................11 4.3 Jubarte Power Analyser..........................................................................................................12

5 Enlaces de Rádio de longa distância..............................................................................................13 6 Enlaces de ópticos..........................................................................................................................15

6.1 Diagrama em blocos de um enlace óptico..............................................................................16 6.1.1 Multiplexador Elétrico....................................................................................................16 6.1.2 Multiplexador óptico.......................................................................................................17

6.2 Modos de propagação.............................................................................................................17 6.3 Análises em sistemas ópticos..................................................................................................18

6.3.1 Análise de potência.........................................................................................................18 6.3.2 Análise de dispersão........................................................................................................18

6.4 Exemplo de dimensionamento em sistemas ópticos...............................................................20 6.4.1 Jubarte Power Analyser...................................................................................................21

7 Enlaces via satélite.........................................................................................................................23 7.1 Topologia Básica.....................................................................................................................23 7.2 Órbitas de satélites..................................................................................................................23 7.3 Posicionamento e localização de satélites..............................................................................24 7.4 Frequências.............................................................................................................................25 7.5 Potências e Vantagens Geográficas.........................................................................................25 7.6 Características importantes do link.........................................................................................27 7.7 Exemplo de dimensionamento de um enlace via satélite.......................................................28

8 Telefonia IP.....................................................................................................................................30 8.1 Diferenças entre Voip e Toip...................................................................................................30 8.2 Modelos de telefonia...............................................................................................................31

8.2.1 Modelo Distribuído.........................................................................................................31 8.2.2 Modelo Centralizados.....................................................................................................31

8.3 Compressão de voz.................................................................................................................32 8.3.1 CODECs..........................................................................................................................32

8.4 Protocolos envolvidos no encapsulamento de voz.................................................................33 8.5 Encapsulamentos de Layer 2 e Layer 3..................................................................................34 8.6 Engenharia de Tráfego............................................................................................................34 8.7 Exemplo de dimensionamento de um sistema de Telefonia IP...............................................36

8.7.1 Gerador de políticas de QoS...........................................................................................37 9 Sistemas de Refrigeração...............................................................................................................39


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9.1 Variáveis de ambiente.............................................................................................................39 9.1.1 Sala..................................................................................................................................39 9.1.2 Ambiente.........................................................................................................................40 9.1.3 Equipamentos..................................................................................................................40 9.1.4 Pessoas............................................................................................................................40

9.2 Carga térmica..........................................................................................................................40 9.3 Exemplo de dimensionamento de um sistema de refrigeração...............................................41

10 Sistemas de fornecimento de energia ininterrupta - UPS.............................................................43 10.1 Principais tipos de sistema UPS............................................................................................43

10.1.1 Nobreaks.......................................................................................................................43 10.1.2 Banco de Baterias..........................................................................................................44 10.1.3 Grupo motor gerador.....................................................................................................45

10.2 Influência do Fator de potência............................................................................................45 10.2.1 Tipos de fontes..............................................................................................................46

10.3 Exemplo de dimensionamento de um banco de baterias.....................................................47 10.4 Exemplo de dimensionamento de um Nobreak...................................................................49

11 Referências...................................................................................................................................51


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1 Introdução

Jubarte é um software de código aberto licenciado sobre a General Public License (GPL) que visa desenvolver uma

suíte completa de aplicações para cálculo e dimensionamento de enlaces e sistemas telecomunicações. Este documento

tem o objetivo de demonstrar as principais utilidades e aplicações do software e introduzir conceitos básicos para

utilização do aplicativo.

2 Origens – Projeto MUX Linux

Durante a graduação, desenvolvi o projeto de uma distribuição Linux voltada para o público de engenharia

elétrica/eletrônica, computação e telecomunicações. A distribuição reunia uma grande quantidade de aplicativos de

código aberto utilizáveis tanto a área acadêmica quanto a área profissional.

Esta distribuição teve como base o saudoso Kurumin Linux 7.0 Light de Carlos Moritomo e convenientemente recebeu

o nome de “MUX”. Mux é a abreviação de um elemento de rede de telecomunicações chamado “Multiplexador”,

responsável por combinar vários fluxos de dados em um único fluxo, daí veio a idéia de combinar inúmeros tipos de

conhecimentos acadêmicos em uma única distribuição Linux do tipo Live CD.

O projeto MUX seria dividido em duas fases:

• 1ª Fase◦ Seleção dos melhores aplicativos de código aberto disponíveis para inclusão na distribuição.

• 2ª Fase◦ Desenvolvimento de aplicações que ainda não existentes para telecomunicações.


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Sendo assim, a 2ª fase do projeto Mux Linux se tornou o projeto Jubarte, sendo que a distribuição Mux acabou por ser

descontinuada. Esta decisão foi tomada partindo-se do princípio de que na época, inúmeras distruições Linux já eram

suficientemente maduras e amigáveis o que acabaria por tornar o trabalho um tanto quanto redundante e reduziria a

eficiência do projeto Jubarte.

Muitos devem estar se perguntando o porque de o projeto Jubarte ter recebido este nome. O princípio foi o de que a

maioria dos grandes aplicativos opensource são representados por algum animal (Pinguim para kernel Linux, raposa

para o firefox, pomba para o Pidgin, elefante para o PostgreeSQL, lobo para o GIMP...), logo o software que visava

dimensionar enlaces de comunicação, precisava fazer referência a um animal que pudesse manter comunicações a

longas distâncias, sendo assim, a ideia veio de uma amiga microbióloga, segundo ela o canto da baleia jubarte pode ser

ouvido por outras baleias a 3.000Km de distância. Esta informação, não deixou margens para dúvidas, o software estava

batizado.

3 Instalação

O Jubarte é desenvolvido em linguagem Object-Pascal dentro do ambiente Lazarus utilizando o compilador Free Pascal,

o que torna o código extremamente simples de ser portado e executado em vários sistemas operacionais diferentes.

3.1 Windows

• Acessar o site do Jubarte, ir até a sessão Downloads e fazer o download do arquivo Jubarte 098RC Setup.exe.

• Executar o arquivo e seguir as instruções de instalação


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• Iniciar o aplicativo em Iniciar > Jubarte > Jubarte – Telecommunication Suite

• Menu inicial do Jubarte no Windows


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3.2 Ubuntu

• Acessar o site do Jubarte, ir até a sessão Downloads e fazer o download do pacote Jubarte 098RC.deb para

distribuições Debian na versão 32 ou 64bits

◦ Também existe a opção de baixar o executável genérico compactado em Tar.bz2.

• Executar o arquivo e seguir as instruções de instalação

• Executar o aplicativo em Aplicativos > Desenvolvimento > Jubarte


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• Menu inicial do Jubarte no Ubuntu Linux

3.3 Instruções de Compilação

• Para compilar o aplicativo apartir do código fonte é preciso instalar o ambiente Lazarus na versão 0.9.28 e o

compilador Free-Pascal na versão 2.2.4 ou superior.

• Fazer o download do código fonte no site do jubarte.

• Dentro do ambiente Lazarus abrir o arquivo Project.lpi

• Ir até o Menu Run > Run (F9)

• O programa será compilado e o binário será gerado dentro da pasta “enlace” do código fonte.

◦ No linux é preciso dar permissão de execução ao executável com o comando:

▪ chmod +x arquivo


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4 Enlaces de Rádio de curta distância

O módulo de enlaces de rádio de curta distância foi o primeiro módulo desenvolvido para o Jubarte. Ele visa calcular e

dimensionar enlaces de rádio em visada direta e com distâncias de até 1Km. Entenda-se por rádio como qualquer

tecnologia de comunicação que utilize radiação eletromagnética com frequência inferior ao da radiação infravermelha,

neste caso tecnologias como Wifi (802.11x), Wimax(802.16x) e Bluetooth (802.15x) se caracterizam como tecnologias

de rádio, lembrando que embora fisicamente seja possível fazer um enlace de 1Km através de tecnologia Bluetooth, o

mesmo não foi criado com este propósito, sendo que a tecnologia a ser utilizada deverá ser adequada a situação e

necessidade.

4.1 Diagrama em blocos de um sistema rádio ponto a ponto

A figura 2 demonstra um diagrama em blocos de um sistema de rádio ponto a ponto.

Figura 1 – Diagrama em blocos de um enlace de rádio ponto a pontoFonte: www.teleco.com.br

Para utilização do Jubarte no dimensionamento de sistemas de rádio ponto a ponto, serão considerados os elementos: Transmissor, Linha de transmissão, Antena, Ruído de interferência e Receptor.

• Transmissor◦ Equipamento que recebe o sinal de uma fonte (PC, switch, roteador) , modulação do sinal, filtra, amplifica

e o envia para a linha de transmissão.◦ Em redes wireless este equipamento é um Access Point (AP).◦ A sua principal características é a potência de transmissão, medida em “dBm”.

• Receptor◦ Equipamento que irá receber o sinal transmitido pelo transmissor.◦ Suas principais características são a sensibilidade de recepção e a potência, ambas medidas em “dBm”.

• Linha de Transmissão◦ Linha que irá conduzir o a energia eletromagnética vinda do transmissor até o elemento de irradiação

(antena).◦ Sua principal característica é a atenuação de sinal por unidade de comprimento. Geralmente é medida em


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Linha de transmissão

Linha de transmissão


http://www.teleco.com.br/


“dB/metro” ou “dB/Km”.◦ Diferentes tipos de cabos coaxiais vão oferecer diferentes níveis de atenuação para diferentes frequências.

• Antena◦ Elemento que irá transformar a energia eletromagnética guiada pela linha de transmissão em energia

eletromagnética irradiada ou vice e versa.◦ Existem várias características importantes para se dimensionar uma antena, as principais são:

▪ Diretividade• Define a capacidade da antena concentrar sua energia irradiada em uma determinada direção• O Emprego de uma antena com alta diretividade em uma direção específica, possui o mesmo

efeito de um aumento de potência no transmissor.▪ Ganho da antena em determinado plano e direção, medido em “dBi” ou “dBd”.

◦ As figuras abaixo demonstram o diagrama de irradiação de uma antena Yagi de 4 elementos simulado pelo software MMANA-GAL.

Figura 2 – Diagrama de irradiação horizontal e vertical

Figura 3 – Diagrama de irradiação tridimensional


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http://mmhamsoft.amateur-radio.ca/mmana/index.htm


4.2 Exemplo de Dimensionando de um enlace de rádio.

Condições de Simulação:

◦ Lance de subida (Uplink)▪ Enlace baseado em tecnologia 802.11g, utilizando o canal 6 (2.437 Mhz).▪ O enlace terá uma distância de 1Km▪ O transmissor possui uma potência de 18dBm▪ A linha de transmissão possui um comprimento de 10 metros e oferece uma atenuação de ~1,058

dB/m para a faixa de frequência desejada.▪ Neste enlace estão sendo utilizados 3 conectores, sendo que cada um deles oferece uma atenuação de

0.1dB para esta faixa de frequência.▪ A antena de transmissão foi adequadamente selecionada, apontada e possui um ganho de 12dBi na

direção desejada.

◦ Lance de Descida (Downlink)▪ O Receptor possui uma potência de 15dBm e uma sensibilidade de -80dBm▪ Linha de transmissão possui um comprimento de 15 metros e uma atenuação de ~1,058dB/m.▪ Neste enlace estão sendo utilizados 3 conectores, sendo que cada um deles oferece uma atenuação de

0.1dB para esta faixa de frequência.▪ A antena receptora foi adequadamente selecionada, apontada e possui um ganho de 12dBi na direção

desejada.

A partir destas informações, vamos utilizar o módulo de rádio do Jubarte para verificar a viabilidade do enlace e calcular uma série de informações importantes, como :

• EIRP (Potência efetivamente irradiada) ◦ É a potência que será irradiada pela antena, considerando todas as atenuações e ganhos do Uplink.◦ Faixas de frequência do tipo ISM devem ser mantida em valores inferiores a 1Watt (30dBm) dentro do

Brasil.

• Free Space Loss (Atenução de espaço livre) ◦ É a atenuação que o sinal sofre durante a propagação pelo espaço.

• Received Power (Potência Recebida) ◦ Valor estimado da potência a que o receptor vai receber.


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Figura 4 – Viabilidade de enlace de rádio

É importante frisar que características adversas como chuva e desalinhamento das antenas podem alterar a qualidade do

enlace, logo um estudo e um projeto adequado podem evitar problemas futuros.

4.3 Jubarte Power Analyser

Apartir da versão 1.0, o jubarte passou a incluir uma ferramenta chamada de “Power Analyser” ou “Analisador de

potência”. Ela foi construída com o intuito de plotar gráficos demonstrando o decaimento de potência do sinal ao longo

de todo o enlace previamente especificado, esta ferramenta se mostra muito útil para se detectar rápidamente

componentes de baixa eficiência do projeto. A linha verde representa a potência do sinal medida em dBm em um

determinado ponto, a linha vermelha representa a sensibilidade do receptor. A figura 5 demonstra a análise de potência

do sinal simulado no ítem 4.2.


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Figura 5 – Análise de potência ao longo do enlace de rádio

5 Enlaces de Rádio de longa distância

Enlaces de rádio de longa distância são bem mais complexos de se executar. Embora a física e a matemática envolvidas

para se fazer o dimensionamento do sistema sejam basicamente as mesmas, a chance de o enlace ser obstruído por

algum obstáculo (relevo, prédio, arvores, chuva, gases na atmosfera...) ou mesmo pela própria curvatura da terra é

muito grande caso o enlace não seja corretamente dimensionado, e as antenas corretamente alinhadas.

O campo que propaga a energia entre duas antenas em visada direta, se distribui em forma elíptica (elipsoide de

revolução), sendo que esta região é conhecida como Elipsoide de Fresnel, que por sua vez pode ser dividida em várias

pequenas zonas ou pequenos elipsoides Para evitar que um enlace seja obstruído é preciso garantir que o primeiro

elipsoide de fresnel não esteja sendo “invadido” por nenhum obstáculo.

Figura 6 – Zonas de Fresnel


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O Jubarte ainda não suporta o dimensionamento de enlaces de rádio em longas distâncias, para isso seria preciso

consultar uma base de dados com informações topográficas de modo a traçar o perfil do terreno verificar possíveis

obstruções. No entanto, dentro do módulo de rádio existe um sub-módulo que permite ter uma boa noção se o seu

primeiro elipsoide está sendo ou não obstruído em pequenas distâncias. Para isso basta selecionar a opção FRESNEL na

parte superior da janela do módulo de rádio.

Condições de Simulação:

◦ Considerando as mesmas condições do exemplo anterior.◦ A duas antenas, estão localizadas a 30 metros de altura cada uma e perfeitamente alinhadas e com visada

direta.◦ A 300 metros de distância da primeira antena existe um condomínio de 25 metros de altura.

A partir destas informações, vamos utilizar o sub-módulo de fresnel para verificar se o condomínio está interferindo em

nosso enlace, ou seja, interferindo no primeiro elipsoide de fresnel.

Figura 7 – Interferência no 1º Elipsoide de Fresnel

A partir desta análise, podemos ver que o condomínio está interferindo na primeira zona fresnel e consequentemente

impedindo o funcionamento ideal de nosso enlace, sendo assim devemos providenciar alguma alteração neste cenário

para que ele se torne viável. Sendo assim podemos aumentar a altura das antenas ou então demolir o condomínio. :)


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6 Enlaces de ópticos

Fibras ópticas são materiais feitos de vidro (sílica) que carregam sinais de luz ao invés de sinais elétricos. A utilização

de fibras ópticas para transmissão de dados veio da necessidade de se levar grandes volumes de informação em curtos

espaços de tempo através de longas distâncias. Este tipo de cabeamento é muito utilizado em anéis baseados em

tecnologia SDH (Subsíncronos Digital Hierarchy), anéis metroethernet ou mesmo no core de um grande datacenter,

viabilizando o uso de tecnologias Gigabit Ethernet e 10 Gigabit Ethernet.

Figura 8 - Fibra ópticaFonte: Wikipédia

• Principais vantagens◦ Altas taxas de transmissão, atualmente é possível transportar em fibras ópticas aproximadamente 40Gbps,

sendo esta velocidade limitada apenas pelos equipamentos elétricos do sistema.◦ Baixa atenuação, tipicamente 0,2dB/Km para um comprimento de onda de 1550nm.◦ Cabos com pesos e dimensões reduzidas◦ Condutividade elétrica nula.◦ Imunidade a interferências eletromagnéticas.◦ Elevada qualidade de transmissão, sendo a taxa de erro de bit média de 10- , ou seja um bit errado a cada⁹

um 1 bilhão de bits.◦ Segurança e sigilo nas transmissões, uma vez que não é possível captar o sinal sem romper a fibra.◦ Matéria prima abundante. A sílica (SiO2) é um dos elementos mais abundantes do planeta.

• Principais limitações◦ Fragilidade◦ Custo pode ser elevado quando comparado a outros meios de transmissão.◦ O fato de sua condutividade elétrica ser nula, impede o uso da fibra para transmissão de energia para

repetidores e amplificadores ao longo do enlace.◦ Dificuldade de se fazer emendas e conectores.◦ Alto custo e complexidade para implantar e ampliar redes ópticas.


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6.1 Diagrama em blocos de um enlace óptico

6.1.1 Multiplexador Elétrico

A figura 9 demonstra a topologia de um enlace óptico utilizando um multiplexador elétrico. Nesta topologia os sinais de

diferentes fontes são combinados e multiplexados para só então serem convertidos em sinais ópticos.

Figura 9 – Topologia de um enlace óptico com mux elétrico

• MUX / DEMUX◦ Equipamento que recebe os sinais de diferentes fontes (radio, modem, roteador) e os codifica em um único

canal de informação. Multiplexadores de sinais elétricos geralmente utilizam técnicas de multiplexação em frequência (FDM) e tempo (TDM). Este equipamento é o gargalo para transmissão em fibras ópticas.

• Fonte óptica◦ Faz a conversão do sinal elétrico em sinal óptico, podendo utilizar LED ou LASER. A tabela demonstra as

características de ambas as fontes.◦ Funcionam com os comprimentos de onda mais adequados para comunicações ópticas que são de 850nm,

1300nm e 1550nm.◦ Principais características são a potência de transmissão (dBm) e a largura espectral do pulso medida em

nano metros (nm).

Característica LED LASER

Potência ~ -14dBm 1 dBm

Largura espectral 20 ~ 100 nm 0,05 ~ 1nm

Velocidade de Modulação Média Alta

Variações com Temperatura Baixa sensibilidade Alta sensibilidade

Vida útil ~10x maior que o laser ~10x menor que o LED

Ruído Médio-Alto Baixo

Custo Baixo Médio-Alto

• Repetidor ◦ Corrige a atenuação sofrida pelo sinal óptico. Geralmente também possui um regenerador de forma de

onda para um sinal digital ou um filtro para corrigir a forma de onda de um sinal analógico.


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• Detector óptico◦ É o receptor que faz a conversão do sinal óptico em sinal elétrico.◦ Sua principal característica é a sensibilidade, medida em “dBm”.

6.1.2 Multiplexador óptico

A figura 10 demonstra a topologia de um enlace óptico utilizando um multiplexador óptico. Nesta topologia os sinais de

diferentes fontes são combinados e multiplexados já na forma óptica.

Figura 10 – Topologia de um enlace óptico com mux óptico

• MUX / DEMUX◦ Equipamento que recebe os sinais de diferentes fontes (radio, modem, roteador) e os codifica em um único

canal de informação. Multiplexadores de sinais ópticos utilizam técnicas de multiplexação baseadas em comprimentos de onda (WDM e DWDM).

6.2 Modos de propagação

Em um guia de ondas cilíndrico e dielétrico na faixa da luz como a fibra óptica, a transmissão de energia se faz através

de diversas distribuições possíveis dos campos elétricos e magnéticos, sendo assim, cada distribuição possível

(trajetória de cada raio de luz) corresponde a um modo de propagação. Quanto maior o número de modos se

propagando em um guia de onda, maior a probabilidade destes modos se interferirem de maneira destrutiva e também

maior a dispersão do sinal ao longo do enlace, logo quanto menor a quantidade de modos de propagação melhor.

Figura 10 – Modos de propagação em uma fibra


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A definição da quantidade de modos de propagação em uma fibra está fora do escopo deste documento, porém em

poucas palavras, podemos dizer que fibras multimodo (vários modos de propagação) carregam menores taxas de

transmissão devido a maior quantidade de interferências causadas pelos vários modos se propagando em seu interior,

por isso são utilizadas apenas em redes locais devido ao seu baixo custo, entretanto a tendência é que as fibras

multimodo desapareçam pois o seu preço está se tornando próximo do custo das fibras monomodo, que conseguem

carregar maiores taxas de transmissão por maiores distâncias.

6.3 Análises em sistemas ópticos

6.3.1 Análise de potência

Esta análise verifica se a energia contida no sinal ao fim do enlace é suficiente para sensibilizar o receptor. Neste caso

se leva em consideração a potência utilizada pela fonte óptica (dBm) e a atenuação sofrida pelo sinal ao longo do

enlace, considerando a atenuação natural da fibra (dB/Km) assim como as perdas em emendas e conectores.

Figura 12 – Análise de potência no sinal óptico

6.3.2 Análise de dispersão

Uma fonte óptica não gera um único comprimento de onda, mas também uma série de comprimentos de onda

“indesejáveis” bem próximos do valor a ser trabalhado, logo quanto menor a quantidade de comprimentos de onda

melhor, a este conceito chamamos de “Pureza espectral” e varia de acordo com o tipo de fonte utilizada. Fontes ópticas

baseadas em LASER possuem uma maior pureza que as fontes baseadas em LEDs.

Figura 13 – Pureza espectral da fonte

A velocidade de propagação do sinal no interior de uma fibra óptica varia com o seu comprimento de onda, como temos

vários comprimentos de onda viajando pelo interior da fibra, é de se esperar que cada um deles chegue ao final do


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enlace em instantes diferentes criando um alargamento temporal do pulso, a este efeito chamamos de “Dispersão no

tempo” ou “Disperção temporal”.

Figura 14 – Dispersão no tempo

O alargamento temporal de um sinal deve ser mantido em um valor inferior a 25% do tempo de duração de 1 bit, logo

se o sinal a ser transmitido for do tipo FastEthernet (100Mbps), cada bit terá a duração de 10ns, logo o alargamento

temporal máximo deve ser de 2,5ns.

Dispersão é uma alteração na forma de onda do sinal óptico, resultando na alteração no tempo de duração do sinal de

saída em relação ao sinal de entrada. Existem vários tipos de dispersão, sendo elas:

• Dispersão Modal – Ocorre em fibras multimodo pelo fato de cada modo de propagação percorrer diferentes

trajetórias no interior da fibra. Medida em [Ns / Km]

• Dispersão Cromática – Acontece em fibras monomodo e multimodo, ocorre devido ao fato de cada

comprimento de onda chegar ao final da fibra em diferentes instantes de tempo. Medida em [ps / (nm * Km)]

• Dispersão de modo de polarização – Ocorre em fibras monomodo, causada por efeitos de tração, torção,

compressão e curvaturas que perturbam a simetria circular da fibra, causando diferença de velocidade entre as

polarizações. Medida em [ps / sqrt (Km)]


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6.4 Exemplo de dimensionamento em sistemas ópticos

Condições de simulação:

• Fonte óptica◦ Tipo Laser◦ Comprimento de onda de 1300nm◦ Largura espectral de 1nm◦ Potência de 20dBm◦ O sinal possui uma taxa de transmissão de 100Mbps

• Fibra óptica◦ Tipo monomodo◦ Diâmetro do núcleo (N1) de 9 um (micrômetros)◦ Índice de refração do núcleo (1,5) e índice de refração da casca (1,496)◦ Comprimento do enlace 100Km◦ Dispersão cromática de 3ps / nm * Km◦ Atenuação de 0.3dB/Km◦ Considerar atenuação de 2dB em conectores e emendas

• Receptor óptico◦ Sensibilidade de -30dBm

A partir destas informações vamos utilizar o módulo de enlaces ópticos do Jubarte para verificar a viabilidade do enlace

quanto a potência e quanto a dispersão. O jubarte irá calcular a potência estimada recebida pelo receptor, a dispersão no

tempo sofrida pelo sinal e também definir o perfil da fibra óptica em uso a partir de suas características.

Obs: O campo que seleciona o tipo de fibra serve apenas para habilitar e desabilitar os tipos de dispersão a inerentes a

cada tipo (monomodo ou multimodo), devendo ser removido em futuras versões do software.


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Figura 15 – Módulo de enlaces ópticos do Jubarte

6.4.1 Jubarte Power Analyser

O Power Analyser funciona para o módulo de fibras ópticas da mesma forma que no módulo de rádio, ele possui o

intuito de plotar gráficos demonstrando o decaimento de potência do sinal ao longo de todo o enlace óptico previamente

especificado, esta ferramenta se mostra muito útil para se detectar rápidamente componentes de baixa eficiência do

projeto. A linha vermelha no gráfico representa a sensibilidade do receptor. A figura 16 demonstra a análise de potência

do sinal simulado no ítem 7.4.


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Figura 16 – Análise de potência ao longo do enlace óptico


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7 Enlaces via satélite

Quando estamos lidando com links de comunicação através de centenas ou milhares de quilômetros, o investimento

necessário para criar uma infraestrutura baseada em fibras ópticas ou mesmo em estações repetidoras de rádio pode se

tornar proibitivo e inviável economicamente, neste tipo de situação o uso satélites artificiais em órbitas geoestacionárias

dispensa todos estes investimentos, tornando possível atingir até mesmo áreas remotas e pouco povoadas. Dentre as

principais aplicações de comunicações via satélite é possível destacar:

◦ Fornecimento de serviços de audio, video e dados

◦ Redes ponto-a-ponto ou ponto-multipondo com tráfego simétrico ou assimétrico

◦ Permite broadcast de sinal.

◦ Ampla cobertura nacional e internacional

◦ Oferece qualidade e preço independente de distância

◦ Alta confiabilidade e disponibilidade, sendo esta último maior que 99,8% ao ano na maioria dos casos.

7.1 Topologia Básica

Figura 17 – Topologia de sistema de comunicação via satélite

7.2 Órbitas de satélites

“Órbita é a trajetória que um corpo percorre ao redor da atração de um centro de massa.”

Fonte: Encyclopædia Britannica


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Existem diferentes tipos de órbitas para diferentes tipos de aplicações de satélites, sendo elas:

• LEO – Low Earth Orbit• MEO – Medium Earth Orbit• GEO - Geosynchronous Earth Orbit

A tabela abaixo demonstra as principais diferenças entre elas.

Característica GEO MEO LEO

Altura de órbita 35.768 Km 5.000 ~ 20.000 Km 500 ~ 2000 Km

Período de órbita 24 Horas 5 ~ 12 Horas 1 ~ 2 Horas

Velocidade 11.070 Km/H 16.000 Km/H 27.000 Km/H

Visibilidade no céu 24 horas 2 ~ 5 horas 10 ~ 15 min

Delay típico 250ms 133ms 6ms

Uso típicoServiços Fixos (TV, redes

ponto a ponto...)

Posicionamento (GPS), navegação e sincronismo de

redes

Serviços Móveis (Telefonia via Satélite)

Um satélite em órbita GEO, sem nenhum tipo de processamento abordo é basicamente uma estação repetidora de sinal

no espaço, cujas principais funções são:

• Receber ondas portadoras vindas da terra

• Converter as frequências usadas no lance de subida em frequências usadas no lance de descida.

• Amplificar sinais.

• Trocar a polarização dos sinais

• Retransmitir os sinais para terra.

7.3 Posicionamento e localização de satélites

• Posição orbital◦ A posição orbital de um satélite geoestacionário (GEO) é dada pela sua localização sobre o equador,

medida pela sua longitude. ◦ Exemplo: StaroneC1 = 65º Oeste, Amazonas = 61º Oeste.

Figura 18 – Posição orbital


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• Elevação e Azimute◦ Elevação e azimute são ângulos utilizados para localizar um satélite GEO a partir de um ponto “P” na

superfície da terra e também para fazer o apontamento de antenas.

Figura 19 – Ângulos de apontamento de antenas

7.4 Frequências

A maioria das faixas de frequência utilizadas em satélites encontram-se na banda de SHF, ou seja, de 3GHz até 30GHz,

sendo que a banda de operação de um determinado satélite é dividida entre vários transponders, e cada um deles possui

a função de amplificar uma determinada faixa de frequências.

Em comunicações via satélite, a frequência utilizada no lance de subida (uplink) será sempre maior que aquela utilizada

no lance de descida (downlink) e com polarização contrária. Exemplo: Considerando o satélite starone C1, se o lance de

subida possuir uma frequência em 5.9GHz com polarização Vertical o lance de descida irá possuir uma frequência de

3.675GHz com polarização Horizontal e irá se situar dentro do Transponder 02AECO.

7.5 Potências e Vantagens Geográficas

A distribuição de forma adequado dos alimentadores do satélite permitem obter diversos mapas e contornos de

cobertura de descida e subida, ou seja, áreas dentro das quais os sinais recebidos/transmitidos de/para o satélite

apresentam níveis de potência adequados para estabelecer enlaces de comunicação.

• Vantagem Geográfica de Descida

◦ Cada contorno de cobertura de descida, pode mostrar o valor absoluto ou relativo da potência efetiva

isotrópica irradiada (EIRP) pelo satélite, sendo que os valores dos diversos contornos são chamados

vantagens geográficas de descida.


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Figura 20 – Vantagem geográfica de descida em banda Ku para StaroneC1

Fonte: www.starone.com.br

• Vantagem Geográfica de Subida

◦ Cada contorno de cobertura de subida pode mostrar o valor absoluto (dBW/m²) ou relativo do fluxo de

saturação requerido na antena receptora do satélite a um contorno de referência. Neste caso, os valores dos

diversos contornos são chamados de vantagens geográficas de subida.

Figura 21 – Vantagem geográfica de subida em banda Ku para StaroneC1

Fonte: www.starone.com.br

Existem planos de integrar os mapas de cobertura de satélites em futuras versões do Jubarte, porém é preciso adquirir

uma autorização das respectivas empresas para evitar possíveis problemas com propriedade intelectual.


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7.6 Características importantes do link

• Tipo de Modulação◦ BPSK, QPSK, 8PSK ou 16QAM

• FEC – Forward Error Correction

◦ FEC ou correção adiantada de erros é implementada diretamente nos modulares, ela qual acrescenta bits á informação de forma a ajudar o demodular na detecção e correção de erros de transmissão. Ela definida da seguinte forma:▪ FEC 1/2 = A cada 2 bits transmitidos 1 é informação e 1 é correção▪ FEC 2/3 = A cada 3 bits transmitidos 2 são informação e 1 é correção.

• Eb/No◦ Fornecido pelo fabricante do demodulador. Possui um valor específico para uma determinada taxa de erro

de bit (BER), modulação e FEC.

• Rb◦ Taxa de transmissão em Kbps

• SM – Safety Margin◦ Margem de segurança do enlace para levar em conta desapontamento da antenas, chuvas, rotação de

polarização e envelhecimento dos componentes.◦ Possui um valor típico de 2 a 3dB.

• FS – Frequency Space◦ Espaçamento de frequências é utilizado para incluir uma banda de guarda entre as portadoras.◦ Valores típicos de 1,3 ou 1,4.

• TA – Antenna Noise Temperature ◦ Temperatura de ruído da antena receptora.

• TABR – LNA Noise Temperature◦ Temperatura de ruído do amplificador de baixo ruído.

• VG – Geographical Advantage◦ Vantagem geográfica de descida.


27



7.7 Exemplo de dimensionamento de um enlace via satélite


• Localidades◦ Belo Horizonte – MG (19º 48' Sul, 43º 57' Oeste)◦ São Luís – MA (2º.30' Sul, 44º 18' Oeste)

• Satélite◦ StarOne C1◦ Frequência de Uplink = 5.9GHz com Polarização Vertical

• Informações do Link◦ Taxa de transmissão = 1024 Kbps◦ Modulação = 8PSK◦ Margem de Enlace = 3dB◦ Correção adiantada de erros = 3/4◦ Espaçamento de Frequência = 1.4

• Estação Receptora◦ Eb/No do Modem para estas condições = 9.3dB◦ Ganho da antena receptora em terra = 40dBi◦ Temperatura de ruído da antena = 15K◦ Temperatura de ruído do amplificador de baixo ruído = 40K◦ Vantagem Geográfica de Descida = 4dB

A partir destas informações vamos utilizar o módulo de satélites do Jubarte para calcular os ângulos de apontamento das

antenas nas estações transmissora e receptora, calcular as distâncias da estação transmissora e receptora ao satélite,

verificar qual o transponder está sendo utilizado no satélite, calcular a frequência de downlink, calcular a FI dos

Modems e por último verificar a viabilidade do enlace entre as localidades.


28



Figura 22 – Viabilidade de enlace via satélite


29



8 Telefonia IP

A rede de telefonia fixa constitui um sistema de telecomunicações que interliga vários usuários a uma central telefônica

e várias centrais telefônicas entre si, permitindo a comunicação direta entre cada um dos assinantes. Inicialmente este

sistema era totalmente analógico e baseado em circuitos, de maneira que seu dimensionamento era realizado de maneira

probabilística levando em consideração as equações e tabelas desenvolvidas pelo pai telefonia, o matemático

dinamarquês A. K. Erlang.

A partir do momento em que os recursos de comunicação começaram a se fundir com os sistemas computacionais e as

redes de informação começaram a convergir, a telefonia tradicional passou por um processo de transição tecnológica,

saindo da multiplexação no tempo (TDM) e das redes de par metálico para se tornar um serviço agregado as crescentes

redes de dados IP, dando origem a serviços e aplicações até então impensados como a Telefonia pela Internet e as

comunicações unificadas.

A partir da versão 0.98RC o Jubarte passou a incluir um módulo para dimensionamento de banda para sistemas

telefônicos baseados em IP, podendo ser utilizado para o dimensionamento do tráfego interno da rede de uma empresa,

para estimar o tráfego no backbone de um provedor ou mesmo dimensionar a quantidade de entroncamentos necessários

para escoar o tráfego em um PABX ou Media Gateway.

8.1 Diferenças entre Voip e Toip

• VOIP (Voice Over Internet Protocol)

◦ Tecnologia de transmissão de pacotes de voz sobre redes IP.

◦ O termo “Voip” geralmente é utilizado para se referir a serviços de “Voz sobre Internet” (ex: Skype).

◦ Não está sujeito a metas de qualidade do STFC (Serviço Telefônico Fixo Comutado).

◦ Não é regulamentado por nenhum órgão pois é visto como serviço de valor agregado a banda larga.

• TOIP (Telephony Over Internet Protocol)

◦ Termo utilizado para se referir a serviços de telefonia convencional que utilizam Voip como tecnologia de

transporte.

◦ Sujeito a todas as metas de qualidade do STFC.

◦ No Brasil é regulamentado pela Anatel


30



8.2 Modelos de telefonia

8.2.1 Modelo Distribuído

Neste modelo, os endpoints ou terminais de usuário, são dotados de inteligência estando envolvidos em várias etapas de

uma chamada, como :

• Call setup

• Call routing

• Call Tear Down

Figura 23 – Modelo distribuído de telefonia

Este modelo é utilizado em sistemas de Voz sobre Internet (VOIP), sendo baseado em protocolos distribuídos como o

SIP e o H.323. Porém o modelo distribuído possui uma característica que o torna impraticável em redes telefônicas

tradicionais, ele possui baixa escalabilidade, característica que pode ser definida como:

“Em telecomunicações e na engenharia de software, escalabilidade é uma característica desejável em todo o sistema, em

uma rede ou em um processo, que indica sua habilidade de manipular uma porção crescente de trabalho de forma

uniforme, ou estar preparado para crescer. Por exemplo, isto pode se referir à capacidade de um sistema em suportar um

aumento carga total quando os recursos (normalmente do hardware) são requeridos.”

Fonte: Wikipédia

8.2.2 Modelo Centralizados

Neste modelo, toda a inteligência e processamento das chamas está concentrada em um ponto central, chamado Call

Agent (CA), de forma que os Endpoints se tornam terminais “burros” que fazem apenas digitalização e empacotamento

de sinais.

O modelo centralizado possui a característica de ser altamente escalável, sendo ideal para uso em sistemas de Telefonia

IP (Toip). Neste caso são utilizados protocolos centralizados como MGCP e NCS, no entanto o uso de “dispositivos

especiais” como Gatekeepers e servidores Registrar, proxy e redirect podem fazer com que os protocolos distribuídos


31



como SIP e H.323 sejam usados em ambientes centralizados.

Figura 24 – Modelo centralizado de telefonia

8.3 Compressão de voz

Para reduzir o consumo de recursos da rede e maximizar os investimentos, são utilizadas técnicas de compressão de

dados para reduzir a quantidade de informação gerada em chamadas telefônicas. Todos os padrões de compressão de

voz desenvolvidos pela ITU, variam em alguns fatores:

◦ Bandwidth

◦ Degradação de qualidade

◦ Delay introduzido

◦ CPU overhead devido a complexidade do algoritmo

8.3.1 CODECs

CODEC é uma abreviação para “Codificador + Decodificador”, inúmeros codecs foram desenvolvidos utilizando

diferentes tipos de algoritmos de compressão, gerando diferentes taxas de transmissão. Os principais tipos

desenvolvidos pelo ITU estão resumidos na tabela abaixo.


32



Fonte: CCNP Optimizing Converged Cisco Networks, Amir RanjBar

Existem várias técnicas para medir a qualidade dos CODECs, o método padrão usado pela ITU é o MOS (mean opinion

score), que é um valor numérico dentro da faixa de 1 – 5, onde “1” é a pior qualidade percebida pelo usuário, e “5” é a

máxima qualidade percebida. A tabela abaixo demonstra os MOS.

Fonte: CCNP Optimizing Converged Cisco Networks, Amir RanjBar

8.4 Protocolos envolvidos no encapsulamento de voz

Os protocolos de transporte TCP e UDP não possuem as características necessárias para o transporte de voz em tempo

real, a solução para este problema vem da utilização do protocolo RTP sobre o UDP nas portas 16384~32767, sendo que

este por sua vez, oferece boas características para este fim.

Figura 25 – Pacote de voz


33

Voz Digitalizada20 ~ 160bytes

RTP12bytes

UDP8bytes

IP20bytes



8.5 Encapsulamentos de Layer 2 e Layer 3

Quando vamos fazer o dimensionamento de Bandwidth para links de voz, é preciso levar em consideração a tecnologia

de transporte em Layer 2 assim como tunelamentos de Layer 3, pois cada uma delas irá acrescentar um novo overhead

ao fluxo de pacotes, impactando diretamente na quantidade de bits a serem transmitidos. As tabelas abaixo, sumarizam

estes valores:

Encapsulamento em Layer 2 Overhead

Ethernet 18 bytes

Frame-Relay 6 bytes

Multilink PPP 6 bytes

802.1Q 22 bytes

Tunelamento em Layer 3 Overhead

Ipsec Transport Mode (DES ou 3DES) 30 ~ 37 bytes

Ipsec Transport Mode (AES) 38 ~ 53 bytes

Ipsec Tunnel Mode 50 ~ 57 bytes ou 58 ~ 73 bytes

L2TP 24 bytes

GRE 24 bytes

MPLS 4 bytes

PPPoE 8 bytes

De posse de todos estes valores é possível calcular o tamanho do pacote de voz, de forma que conhecendo o número de

pacotes por segundo é possível se calcular a Bandwidth necessária para se transmitir determinada chamada telefônica.

8.6 Engenharia de Tráfego

Técnicas de engenharia de tráfego são utilizadas para se realizar o correto dimensionamento de troncos, ou canais, para

um sistema de telefonia de modo a se manter o congestionamento abaixo de um valor estabelecido. A partir desta

informação é possível se estimar o número de chamadas simultâneas na rede e com isso estimar a bandwidth necessária

para escoar todo o tráfego.

Em homenagem ao matemático dinamarquês foi criado o Erlang que é a principal unidade de tráfego utilizada e indica o

número médio de circuitos, órgãos, troncos ou equipamentos ocupados simultaneamente , durante um intervalo de

tempo, (geralmente de 60 minutos). Erlang é uma unidade de medida de intensidade de tráfego em redes comutadas a


34



circuitos para um intervalo de uma hora. Por exemplo, um tronco continuamente ocupado, durante todo um dado

período de observação corresponde a um tráfego de 1 Erlang.

Os sistemas telefônicos são planejados para que as chamadas realizadas pelos assinantes tenham alta probabilidade de

sucesso, mesmo nos períodos de tráfego telefônico mais intenso - chamadas horas de maior movimento (HMM). A

quantidade de troncos e equipamentos de comutação, necessários para o fluxo do tráfego telefônico, é dimensionada de

tal modo que durante as horas de maior movimento somente uma porcentagem muito pequena de ligações solicitadas

não seja estabelecida imediatamente.

Existem vários modelos matemáticos para solução deste problema, a mais comum delas é conhecida como fórmula de

Erlang-B e está demonstrada na figura 26

Figura 26 – Fórmula de Erlang-B

Fonte: Teleco.com.br - Tráfego telefônico (Erlang)

A probabilidade de bloqueio (Pb) representa a probabilidade que uma chamada executada na rede possui de ser rejeitada

devido a falta de recursos disponíveis no sistema, logo, quanto menor for a probabilidade de bloqueio uma maior a

quantidade de chamadas será completada.

O Jubarte é dotado de 2 métodos para o dimensionamento de sistemas de voz, o método “simples” no qual o usuário

deve indicar manualmente a quantidade de chamadas simultâneas na rede, e o método de erlang-B, em que é preciso

inserir o tráfego total esperado e a probabilidade de bloqueio desejada de forma que o programa possa estimar o número

de chamadas simultâneas na rede e fazer o correto dimensionamento. O algoritmo de erlang-B foi programado de

maneira a calcular o número de canais por método de tentativa e erro, isto associado a limitação no tamanho das

variáveis “extended” da linguagem Object-Pascal faz com que o valor máximo de tráfego que pode ser processado no

Jubarte é o de 1520 erlangs, sendo que o consumo de CPU do computador será relativamente grande para altos valores

de tráfego.


35



O módulo de telefonia IP do Jubarte possui um campo para benchmark de CPU, com ele é possível se fazer uma

estimativa da quantidade de chamadas simultâneas que uma determinada CPU de mercado é capaz de processar

utilizando um determinado CODEC, este recurso pode ser particularmente útil quando for dimensionar um servidor

Asterisk por exemplo. É importante ressaltar que o software não leva em consideração a carga do sistema operacional e

de outros aplicativos em background, logo o valor real deve ser inferior ao valor estimado.

8.7 Exemplo de dimensionamento de um sistema de Telefonia IP


• Codecs de Sinalização e Áudio◦ SIP◦ G.729A

• WAN◦ Link PPP◦ Sem uso de tunelamento em Layer 3

• Engenharia de Tráfego◦ Tráfego total de 25 erlangs◦ Probabilidade bloqueio de 2%

• CPU de Benchmark◦ AMD Athlon 64 3800+ X2 – 2GHz

A partir destas informações, vamos utilizar o módulo de Telefonia IP do Jubarte para dimensionar a quantidade de

chamadas simultâneas na rede, calcular a bandwidth necessária para transportar todo o tráfego de voz e sinalização e

também estimar a quantidade de chamadas simultâneas que a CPU escolhida pode processar.


36



Figura 27 – Dimensionamento de banda em Telefonia IP

8.7.1 Gerador de políticas de QoS

Apartir da versão 1.0 o jubarte passou a incluir um novo submódulo para o sistema de telefonia IP que possui a função

de para gerar de políticas de QoS para redes NGN apartir da engenharia de tráfego telefônico realizada previmente pelo

método de erlang-B.

O gerador de políticas de QoS crias configurações genéricas para implementação de qualidade de serviço através do

método DIFFSERV para equipamentos das camada de Acesso e CORE da rede de dados. Até o momento são

suportados equipamentos dos fabricantes Cisco e Enterasys, sendo que as configurações Enterasys ainda estão em

estágio alpha de desenvolvimento, portanto use com cautela.


37



Figura 28 – Geração de políticas de QoS


38



9 Sistemas de Refrigeração

Variação de temperatura é um dos principais fatores que contribuem para o envelhecimento de circuitos integrados,

sendo assim, todo e qualquer equipamento eletrônico em um site de telecomunicações terá sua vida útil drasticamente

reduzida caso esta variável de ambiente não seja adequadamente controlada. Logo é de fundamental importância

projetar e dimensionar um sistema de refrigeração que seja capaz de trocar a energia térmica do ambiente interno com a

do ambiente externo, sendo que a troca de calor deve ocorrer em uma velocidade adequada a manter a temperatura

interna sobre níveis aceitáveis para o correto funcionamento dos equipamentos.

9.1 Variáveis de ambiente

9.1.1 Sala

A sala onde serão localizados e instalados os equipamentos é talvez uma das variáveis de maior peso no

dimensionamento de um sistema de refrigeração. Nesta etapa, vários elementos devem ser levados em consideração:

• Área e pé-direito da construção

◦ A área e o pé-direito da sala servirão para calcular o volume de ar no interior do recinto, este volume de ar

deve ser constantemente renovado pelo equipamento de refrigeração.

◦ Área média das paredes também é uma informação importante para fazer o dimensionamento.

• Localização da construção

◦ O fato de a sala estar localizada no subsolo ou entre 2 andares de um prédio fará com que ela receba um

índice de radiação solar inferior aquele em que ela estivesse apenas revestida por uma lage e um telhado.

• Material constituinte das paredes

◦ O material que constitui as paredes da construção irá influenciar diretamente na taxa de transmissão de

energia térmica entre os ambientes interno e externo.

• Portas e Janelas

◦ Portas e janelas são compostos por materias distintos daqueles utilizados na construção, sendo assim, a

transmissão de energia térmica através destes se dá a uma taxa diferente da ocorrida nas paredes da

construção.


39



9.1.2 Ambiente

A temperatura externa do ambiente possui muita influência no sistema de refrigeração, assim como a temperatura

interna desejada para o ambiente. Quanto maior for a diferença entre a temperatura interna e externa maior será o

trabalho executado pelo sistema de refrigeração.

9.1.3 Equipamentos

Os equipamentos a serem instalados no interior da sala irão dissipar uma certa quantidade de energia por unidade de

tempo o que acabará por elevar a energia térmica contida no interior da sala. O trabalho executado pelo sistema de

refrigeração é o de “retirar” esta energia térmica do ambiente evitando que a temperatura suba a níveis que possam

causar danos a estrutura dos circuitos integrados dos equipamentos, sendo assim, é fundamental conhecer a potência em

Watts (W) total, dissipada por todos os equipamentos no ambiente.

9.1.4 Pessoas

Esta variável de ambiente nem sempre é lembrada, mas seres humanos também irradiam calor e caso existam pessoas

trabalhando longos períodos no interior de uma sala refrigerada, o calor emitido pelos seus corpos transmitirá uma

energia térmica considerável ao ambiente. É interessante comentar que em média o metabolismo de uma mulher adulta

corresponde a 85% do de um homem adulto, já o metabolismo de uma criança corresponde a 75%.

9.2 Carga térmica

Definição

“Carga térmica é quantidade total de calor que deve ser removida pelas serpentinas de refrigeração para manter as

condições desejadas e a temperatura dentro de um compartimento ”

Fonte:Refrigeração e condicionamento de ar, Training Publications Division

De posse de todas as variáveis de ambiente, é possível estimar a carga térmica (Thermic load) do ambiente que é

expressa em Kcal/H, e a partir dela podemos calcular a potência em BTUs de um equipamento de ar-condicionado.


40



9.3 Exemplo de dimensionamento de um sistema de refrigeração


• Sala◦ Área = 9m²◦ Pé direito = 2,80m◦ Localizada no 2º andar de um prédio de 3 andares◦ Área média das paredes = 8,50m²◦ Paredes compostas de 1 único tijolo maciço.◦ 1 x Janela de 1,4m² sem nenhum tipo de cortina ou material para bloquear a radiação. Esta janela recebe

radiação solar na parte da tarde.◦ 1 x porta de 1,5m² feita de madeira.

• Ambiente◦ Temperatura externa = 25ºC◦ Temperatura interna desejada = 19ºC

• Equipamentos◦ Potência total dissipada = 1200W

• Pessoas◦ 1 funcionário do sexo masculino, trabalhando em tempo integral.

A partir destas informações, vamos utilizar o módulo de sistemas de refrigeração do Jubarte para dimensionar a

potência do ar-condicionado necessário para refrigerar este ambiente, é sempre bom lembrar que é aconselhável

considerar uma margem de segurança de 10% e também manter uma margem para futuras expansões e/ou substituições

de equipamentos.


41



Figura 29 – Dimensionamento de ar condicionado


42



10 Sistemas de fornecimento de energia ininterrupta - UPS

Um fator de fundamental importância em um sistema de telecomunicações é o grau de disponibilidade do serviço, como

não se pode confiar 100% no fornecimento de energia da concessionária, o uso de sistemas de backup energético são

praticamente obrigatórios em serviços que operam em regime integral de funcionamento. O fornecimento de energia

adequada para os equipamentos é vital para evitar interrupções no serviço, além de aumentar sua vida útil dos

equipamentos, evitando danos e até perda de configurações. Outro benefício intimamente ligado a este sistema é

garantir que os indicadores de qualidade e disponibilidade exigidos pela Anatel ou órgão regulador sejam atendidos

corretamente.

Existem vários tipos de sistemas de fornecimento de energia ininterrupta, sendo que a opção por um ou vários deles irá

variar de acordo com as necessidades do projeto. As principais variáveis neste tipo de sistema são a potência de

fornecimento necessária e o tempo em que esta energia deve ser fornecida.

10.1 Principais tipos de sistema UPS

10.1.1 Nobreaks

Nobreaks são equipamentos que possuem basicamente uma ou várias baterias internas, conversores AC/DC , DC/AC e

filtros. Estes equipamentos são instalados entre a rede de energia da concessionária e o sistema de telecomunicações a

ser protegido conforme a figura 30.

Figura 30 – Diagrama básico de um nobreak

Em condições normais a corrente alternada fornecida pela concessionário é convertida em corrente contínua para

carregar as baterias internas do nobreak ao mesmo tempo em que alimente o sistema de telecomunicações, no caso de

falta de fornecimento de energia, as baterias do nobreak serão ativadas e o conversor DC/AC passa a converter a

corrente contínua das baterias em corrente alternada para alimentar a carga, que neste caso representa todo o sistema. A

Eficiência do inversor é uma fator importante e que deve ser levado em consideração, ela irá definir a quantidade de


43



energia gasta pelo próprio nobreak, impactando diretamente na quantidade de potência entregue a carga.

Existem nobreaks para sistemas que demandam baixa, média e alta potência, porém na maioria dos casos, nobreaks são

utilizados para manter sistemas funcionando por curtos espaços de tempo, apenas o suficiente que os arquivos e

trabalhos sejam salvos ou então para que um grupo motor gerador (GMG) seja ativado e assuma a operação assim que a

sua carga entre em fase com a carga gerada pelo nobreak, conforme demonstrado na figura 31.

Figura 31 – Variações de tensão em sistemas de energia

Pelo gráfico é possível demonstrar que o fato de o nobreak possuir uma menor inércia para entrar em operação, faz com

que ele seja capaz de assumir e manter a carga do sistema rapidamente em caso de falta de fornecimento de energia.

Suas baterias podem se esgotar rapidamente porém é tempo suficiente para que o grupo motor gerador (que possui

maior inércia) seja ativado e entre em operação.

10.1.2 Banco de Baterias

Um banco de baterias possui o mesmo objetivo de um nobreak, porém é mais utilizado para manter o fornecimento de

energia para sistemas de médio a grande porte por longos períodos de tempo, podendo até mesmo tornar desnecessário

o alto investimento em um grupo motor gerador.

O diagrama esquemático de um banco de baterias é muito semelhante ao da figura 26, sendo que neste caso o foco está

no dimensionamento das baterias. Este tipo de sistema, geralmente utiliza baterias de 12 Volts porém a principal

característica da bateria é a sua capacidade de corrente em Amperes / Hora, ou seja, quantos Amperes determinada


44

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0

20

40

60

80

100

120

140

Variação de tensão

Concessionaria Nobreak GMG

Tempo

Te

ns

ão



bateria consegue fornecer durante o período de 1 hora. Esta informação pode dizer quanto tempo uma bateria pode

manter um determinado sistema funcionando.

Existem duas maneiras de aumentar o tempo de autonomia de um sistema, pode-se utilizar baterias de alta capacidade

(A/H) ou então se pode conectar varias baterias em paralelo criando um “Array de baterias” de forma que todas elas

funcionem como se fosse uma única bateria de alta capacidade, conforme demonstrado na figura 32.

Figura 32 – Baterias em paralelo

Seguindo os princípios de circuitos elétricos, a tensão na saída do circuito será constante, porém sua capacidade de

corrente irá aumentar proporcionalmente a quantidade e capacidade das baterias, por exemplo, duas baterias de 12 volts

e 20 A/h ligadas em paralelo será igual a uma bateria de 12 volts e 40 A/h.

10.1.3 Grupo motor gerador

Grupos motores geradores são motores estacionários movidos a diesel, que entram em operação em regime emergencial

visando suprir o fornecimento de energia elétrica para sistemas de grande porte durante longos períodos de tempo.

Possuem como principais características a inércia de funcionamento, que é o tempo em que eles levam para entrar em

operação plena, a potência gerada pelo motor e também a quantidade de ruído gerada pelo GMG, fato que faz com que

eles sejam utilizados dentro de salas isoladas acusticamente ou dentro de cabines silenciadoras.

10.2 Influência do Fator de potência

Definição de potência

“Potência é a variação da energia liberada ou absorvida em função da variação no tempo”

Fonte: Fundamentals of Electric Circuits, Charles Alexander,Matthew Sadiku


45



• Circuitos CC◦ A potência (watts) é descrita simplesmente pelo produto da tensão (volts) pela corrente (amperes)

P w =V∗i

• Circuitos CA◦ Potência aparente total

▪ Corresponde a parte da corrente CA (Ampères) que flui, indo e voltando da carga sem a entrega da energia ao sistema.

▪ Medida em Volt-Amperes (VA)

▪ Possui um valor igual ou maior que a potência real.

◦ Potência Real

▪ Corresponde a potência realmente consumida pela carga, é capacidade do circuito em produzir trabalho em um determinado período de tempo.

▪ Medida em Watts (W)

◦ Fator de potência

▪ O Fator de Potência é a razão da potência real pela potência aparente total.

• Fator de potência é um número adimensional em 0 e 1.

▪ Ou seja, a potência real em circuitos CA é o produto da potência aparente pelo fator de potência.

P w =P va×FP

10.2.1 Tipos de fontes

• Fontes com PFC (Power Factor Correction)◦ São fontes de energia em que a diferença entre a potência aparente e a potência real é muito pequena.◦ Possuem fator de potência muito próximo de 1, sendo os valores típicos de 0,70 e 0,99.◦ Equipamentos de boa qualidade ou de importância mais crítica como roteadores, switches, PABX e

servidores possuem fontes com o fator de potência corrigido.

• Fontes sem PFC (Power Factor Correction)◦ São fontes de energia de baixa qualidade, em que a diferença entre a potência aparente e a potência real é

grande.◦ Possuem fatores de potência típicos de 0,10 ~ 0,69.◦ Equipamentos de baixa qualidade geralmente utilizam fontes sem correção de fator de potência. Muito

comum em Pcs domésticos.


46



10.3 Exemplo de dimensionamento de um banco de baterias


• Carga de equipamentos◦ 5 roteadores com fontes de 150watts com PFC (Total de 750W)◦ 2 switches com fontes de 100 watts com PFC (Total de 200W)◦ 2 Pcs fontes de 200watts sem PFC (Total de 400W)

• Sistema de UPS◦ Utilizar baterias de 12v◦ Inversor possui uma eficiência de 85% e fornece uma tensão CA de 115v na saída.◦ Considerar 10% de margem de segurança.

• Tempo de backup de energia◦ O banco de baterias deve fornecer uma autonomia de pelo menos 30min.

A partir destas informações, vamos utilizar o módulo de fornecimento de energia ininterrupta do Jubarte (UPS) dentro

da categoria de Banco de Baterias, para dimensionar a bateria ou array de baterias necessários para manter o sistema

descrito funcionando durante o tempo desejado. A figura 33 calcula que uma 1 única bateria precisaria ter uma

capacidade de 66.17A/H para atender a estes requisitos.

Figura 33 – Dimensionamento de uma bateria


47



Podemos fazer o mesmo dimensionamento para um banco de baterias conectadas em paralelo. Ao refazer este

dimensionamento para 4 baterias, podemos ver que a capacidade em A/H que cada uma precisa fornecer pode ser de

apenas 16.54 A/H, ao mesmo tempo em que mantemos a mesma autonomia do sistema.

Figura 34 – Dimensionamento para quatro baterias


48



10.4 Exemplo de dimensionamento de um Nobreak


• Carga de equipamentos◦ 1 roteador com fonte de 150watts com PFC◦ 2 switches com fontes de 100 watts com PFC (Total de 200W)◦ 1 Pc fonte de 200watts sem PFC

• Nobreak◦ O nobreak em uso utiliza internamente 1 bateria de 12vcom capacidade 7 A/H◦ Nobreak possui uma potência de 800VA◦ Inversor possui uma eficiência de 85% e fornece uma tensão CA de 220v na saída.◦ Considerar 10% de margem de segurança.

• Tempo de backup de energia

◦ O Nobreak deve fornecer energia suficiente para manter este sistema funcionando afim de evitar perdas de

informações.

A partir destas informações, vamos utilizar o módulo de fornecimento de energia ininterrupta do Jubarte (UPS) dentro

da categoria de Nobreak, para verificar se um modelo de nobreak disponível no mercado atende aos requisitos do

projeto. Pela figura 35 podemos ver que o nobreak fornece potência suficiente para alimentar o sistema, e suas baterias

conseguem manter tudo funcionando pelo período de 7.78min, talvez seja interessante procurar por um modelo de

equipamento que possua uma maior autonomia.


49



Figura 35 – Dimensionamento de nobreak


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11 Referências

• Cisco CCNP Optimizing Converged Cisco Networks, Amir RanjBar

• Departamento de mecânica industrial - Ar condicionado - Prof. Décio Pereira

• Refrigeração e condicionamento de ar, Training Publications Division

• Fundamentals of Electric Circuits, Charles Alexander,Matthew Sadiku

• Enciclopaedia Britannica

• http://www.teleco.com.br

• http://www.apcc.com

• http://www.wikipedia.com

• Notas de aula em Comunicações ópticas – Engenharia de Telecomunicações - Antonio Luiz de Menezes Osse

• Notas de aula em Sistemas Telefônicos – Engenharia de Telecomunicações – Eduardo Winter

• Notas de aula em Antenas e Propagação – Engenharia de Telecomunicações – Antônio Pertence Junior

• Notas de aula em Comunicações via satélite – Engenharia de Telecomunicações - Antonio Luiz de Menezes

Osse


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Documents

Guia Jubarte de Telecom_1.0