Sistemas_e_Redes_de_Telecomunicações-IST.pdf

7/22/2019 Sistemas_e_Redes_de_Telecomunicaes-IST.pdf

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Sistemas e Redes de

Telecomunicaes

Joo J. O. Pires

Departamento de Engenharia Electrotcnica e de ComputadoresInstituto Superior Tcnico

2006


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O autor agradece que possveis comentrios sobregralhas ou incorreces no texto sejam enviadospara: [email protected]

Joo Pires Sistemas e Redes de Telecomunicaes IST 2006


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ndice i

ndice

NDICE I

1 INTRODUO 1

1.1 Evoluo das telecomunicaes 1

1.2 Normalizao em Telecomunicaes 4

1.3 Conceitos fundamentais e topologias 5

1.4 Arquitectura de rede 10

1.4.1 Plano de rede 101.4.2 Estratificao em camadas 111.4.3 Hierarquizao da rede 13

1.5 Tipos de redes de servio 141.5.1 Rede telefnica pblica comutada 141.5.2 Rede Digital com Integrao de Servios 211.5.3 Rede de dados pblica 221.5.4 Redes hbridas fibra-coaxial 241.5.5 Redes celulares 26

1.6 Redes do Sculo XXI 28

1.7 Problemas 29

1.8 Referncias 30

2 SERVIOS EM TELECOMUNICAES 32

2.1 Tipos de servios e suas exigncias 32

2.2 Caractersticas dos sinais de voz e de vdeo e sua digitalizao 34

2.2.1 Sinais de voz 342.2.2 Resposta do ouvido 352.2.3 Sinal de vdeo 362.2.4 Digitalizao 37

2.3 Codificao de fonte 452.3.1 PCM no linear (leis A e ) 462.3.2 Tcnicas para realizar a codificao no uniforme 48



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ndice ii

2.3.3 Algoritmo de codificao para a lei A segmentada 502.3.4 PCM diferencial 52

2.4 Outros tipos de codificao 552.4.1 LPC 552.4.2 Qualidade dos codificadores 56

2.5 Voz sobre IP 57

2.6 Problemas 59

2.7 Referncias 61

3 ASPECTOS DE TRANSMISSO 62

3.1 Suportes de transmisso 623.1.1 Cabos de pares simtricos 62

3.1.2 Cabos de pares coaxiais 693.1.3 Fibras pticas 71

3.2 Amplificao versus regenerao 753.2.1 Transmisso conforme e distoro 753.2.2 Amplificao 763.2.3 Sistema de transmisso com repetidores no regenerativos 793.2.4 Transmisso digital e regenerao 81

3.3 Codificao de linha 873.3.1 Tipos de cdigos 88

3.4 Problemas 90

3.5 Referncias 92

4 ASPECTOS DA INFRA-ESTRUTURA DA REDE FIXA DE ACESSO 94

4.1 Estrutura da rede fixa de acesso 944.1.1 Rede convencional 944.1.2 Tipos de acessos Internet 974.1.3 Desagregao do lacete local 98

4.2 Equipamento terminal para lacete de assinante analgico 994.2.1 Equipamento terminal de assinante 994.2.2 Equipamento terminal da central local 102

4.3 Circuitos de 2 e 4 fios 104

4.4 Supressores e canceladores de eco 1074.4.1 Origem do eco 107



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ndice iii

4.4.2 Controlo do eco 1094.4.3 Tcnicas de duplexagem 111

4.5 Lacete digital de assinante 1134.5.1 Limitaes da tecnologia usada 1134.5.2 Transmisso de dados usando modems na banda da voz 1144.5.3 RDIS e digitalizao do lacete de assinante 1174.5.4 ADSL 1214.5.5 VDSL 126

4.6 Solues pticas para a rede de acesso 1284.6.1 Aspectos bsicos 1284.6.2 PON 129

4.7 Referncias 130

5 TECNOLOGIAS DE TRANSPORTE 132

5.1 Princpios do FDM e do TDM 1325.1.1 Multiplexagem por Diviso na Frequncia 1325.1.2 Multiplexagem por diviso no comprimento de onda 1335.1.3 Multiplexagem por diviso no tempo 134

5.2 Hierarquia digital plesicrona 1415.2.1 Acomodao das flutuaes dos tributrios 1425.2.2 Estrutura das tramas das segundas hierarquias plesicronas 1445.2.3 Indicao de justificao 1465.2.4 Perda e aquisio de enquadramento 148

5.3 Hierarquia Digital Sncrona 1525.3.1 A SDH como Tecnologia de Transporte 1545.3.2 Elementos da Rede de Transporte SDH 1555.3.3 Arquitecturas de Redes SDH 1565.3.4 Estrutura Estratificada da Rede 1585.3.5 Estrutura da trama 1605.3.6 Estrutura de multiplexagem 1635.3.7 O papel dos ponteiros das unidades administrativas 1645.3.8 Transporte dos contentores de ordem superior 1675.3.9 Transporte dos contentores de ordem inferior 169

5.3.10 Aspectos de proteco 171

5.4 Problemas 177

5.5 Referncias 179

6 TRFEGO, COMUTAO E SINALIZAO 180



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ndice iv

6.1 Fundamentos da teoria do trfego 1806.1.1 Introduo 1806.1.2 Caractersticas do trfego telefnico 1806.1.3 Medidas de trfego 1816.1.4 Congestionamento 183

6.1.5 Modelao de trfego 1846.1.6 Frmula de Erlang para sistemas com perdas 1896.1.7 Sistemas com filas de espera 1916.1.8 Problemas 1936.1.9 Referncias 195

6.2 Comutao 1966.2.1 Aspectos genricos 1966.2.2 Evoluo da comutao 1966.2.3 Comutao espacial 1976.2.4 Comutao digital 2086.2.5 Arquitecturas de comutao digital 2146.2.6 Consideraes finais 2186.2.7 Problemas 2196.2.8 Referncias 220

6.3 Sinalizao 2216.3.1 Objectivos e tipos de sinalizao 2216.3.2 Funes da sinalizao 2226.3.3 Sinalizao de assinante 2236.3.4 Tipos de sinalizao de endereamento 2246.3.5 Sinalizao na rede de troncas 2256.3.6 Anlise do processmento de uma chamada telefnica 226

6.3.7 Sinalizao em canal comum 2296.3.8 Referncias 240



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Captulo 1 Introduo 1

1 Introduo

1.1 Evoluo das telecomunicaes

A rede de telecomunicaes que nos dias de hoje cobre o globo terrestre sem dvida amais complexa, extensiva e cara de todas as criaes tecnolgicas, e porventura a maistil de todas, na medida que constitui o sistema nervoso essencial para o desenvolvimentosocial e econmico da civilizao.

As telecomunicaes so uma cincia exacta cujo desenvolvimento dependeufortemente das descobertas cientficas e dos avanos na matemtica que tiverem lugar naEuropa durante o sculo XIX. Foram as descobertas na rea do electromagnetismo, quecriaram as condies para o aparecimento do primeiro sistema de telecomunicaesbaseado na electricidade: o telgrafo.

O telgrafo foi patenteado no Reino Unido por Cooke e Wheatstone, em 1837. Noentanto, o sistema por eles desenvolvido requeria cinco condutores metlicos, no sendopor isso muito prtica a sua implementao.

Foi a criao por Morse do cdigo que tem o seu nome, que veio dar o grandeimpulso expanso do telgrafo. O primeiro sistema experimental orientado por Morseteve lugar nos Estados Unidos em 1844. Este sistema era claramente um sistema detransmisso digital, na medida em que a informao era transmitida usando pulsos decorrente. Tinha-se dois tipos de pulsos, um estreito (ponto) e outro mais longo (trao) e asdiferentes letras eram codificadas atravs de combinaes desses pulsos.

O sucesso do telgrafo foi tal que logo em 1866 foi instalado um cabo submarinotransatlntico ligando o Reino Unido aos Estados Unidos. Em 1875, Portugal e o Brasil

tambm ficaram ligados atravs de um outro cabo. Em 1875, a rede de cabos de telgrafoj cobria todo o globo incluindo o Extremo Oriente e a Austrlia.

Outro ponto singular na grande caminhada das telecomunicaes foi a inveno dotelefone. Embora a histria da inveno do telefone seja um tanto nebulosa, com vriosinventores a requererem para si os louros dessa inveno, a primeira demonstrao comsucesso de transmisso electrnica de voz inteligvel foi realizada por Alexander GrahamBell em 1876, consagrada no histrico apelo de Bell para o seu assistente: Mr. Watson,come here, I want to seeyou. Interessantes so tambm as palavras profticas por eleproferidas nessa altura: This is a great day with me and I feel I have at last struck thesolution of a great problem-and the day is coming when telephone wires will be laid onthe houses, just like water or gas, and friends converse without leaving home.

Destaque-se que na histria do telefone surge tambm o nome do inventor portugusCristiano Bramo que no ano de 1879 estabeleceu uma ligao telefnica entre Lisboa eSetbal usando um aparelho por ele concebido [Sa99].

Inventado o telefone tratava-se de resolver o problema da ligao entre osinterlocutores envolvidos numa ligao telefnica. A primeira soluo consistiu nautilizao de centrais telefnicas manuais. No entanto, com o aumento do nmero delinhas a utilizao deste tipo de centrais tornou-se impraticvel. Para alm disso, tinha-se



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o problema da falta de privacidade: as operadoras podiam ouvir facilmente as conversasentre os interlocutores.

Foi exactamente a falta de privacidade das centrais manuais que levou Strowger ainventar a primeira central telefnica de comutao automtica, com patente concedidaem 1891. Essa inveno compreendia dois elementos bsicos:

1) Um dispositivo (disco) para ser usado pelo assinante que gerava sequncias depulsos de corrente correspondentes aos dgitos de 0 a 9;2) Um comutador localizado na central telefnica, no qual um brao rotativo se

movia passo-a-passo num arco semi-circular com dez contactos, cada um ligado auma linha de assinante, sendo o movimento controlado pelos pulsos de correnteenviados pelo assinante.

As centrais automticas Strowger tiveram uma grande expanso em todo o mundo eaplicao generalizada at aos anos 70. Embora a primeira central de comutaoautomtica tivesse sido inaugurada em Lisboa (Central Telefnica da Trindade) em 1925,e a digitalizao da comutao se tivesse iniciado em 1987, em 1994, ainda existiam, narede telefnica nacional cerca de 160 000 linhas servidas por centrais Strowger. No

campo da comutao automtica ser tambm de referir o papel dos CTT, quedesenvolveu tecnologia prpria, a qual foi introduzida na sua rede em 1956 (estaes tipoATU 52 e ATU 54) e se continuou a usar at ao incio da digitalizao na dcada deoitenta.

Outro marco importante na histria das telecomunicaes foi a demonstrao porMarconi em 1894 da telegrafia/telefonia sem fios. At 1910, as ondas rdio foram usadasessencialmente para transmitir sinais telegrficos. Porm, com a inveno em 1907 porDe Forest da vlvula termo-inica, tornou-se possvel a gerao e modulao deportadoras elctricas e a radiotelefonia comeou a dar os primeiros passos. Progressostecnolgicos nesta rea permitiram estabelecer em 1914 um servio transatlntico detelegrafia sem fios, e realizar em 1926 a primeira ligao telefnica (1 canal de voz) entreos Estados Unidos e a Inglaterra. Inaugurava-se, assim, a competio entre os servios detelecomunicaes sem fios e os servios baseados numa transmisso guiada, que tem sidouma constante at aos dias de hoje.

Muitas outras inovaes vieram contribuir para que as telecomunicaes setornassem, neste incio de sculo, uma das mais poderosas indstrias. No entanto, existeuma outra que no pode deixar de ser referida: a inveno do PCM (Pulse CodeModulation). Esta foi feita por Alec Reeves em Frana em 1936. Como, porm, atransmisso de um sinal de voz digitalizado requeria uma largura de banda mnima de 32kHz, muito superior aos 3 kHz requeridos pelo correspondente sinal analgico, aimplementao dos primeiros sistemas experimentais teve de esperar at que nos anossessenta a tecnologia do estado slido a permitisse concretizar.

Outros dois factos importantes que contriburam para modelar as telecomunicaesdos dias de hoje foram a proposta para usar as fibras de vidro (fibras pticas) como meiode transmisso da informao, feita em 1966 por K. Kao e G. Hockman [Ka66] e oconceito de comutao de pacotes apresentado em meados da dcada de sessenta por P.Baran [Ba66]. A evoluo da tecnologia de transmisso ptica permitiu que por exemplonas ltimas duas dcadas a capacidade dos sistemas de transmisso aumentasse mais de10 000 vezes, atingindo hoje em dias dbitos superiores a 1 Tbit/s, e a comutao de



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pacotes foi responsvel pela enorme expanso das redes de dados e pelo consequentexito da Internet.

No se poderia deixar tambm de referir a expanso das comunicaes mveis queocorreu particularmente na ltima dcada e que foi fortemente impulsionada pelanormalizao do GSM1e tambm pela contribuio da engenharia de telecomunicaes

portuguesa com a concepo e implementao do pr-pago. Toda a infra-estrutura de redeinteligente que suporta o plano de controlo responsvel por esse conceito, que hoje usado por mais de mais de 80% dos telemveis de todo o mundo, foi desenvolvido noslaboratrios da PT Inovao.

Depois deste breve percurso por alguns dos factos mais marcantes da evoluo dastelecomunicaes, ser pertinente colocar a questo: o que so as telecomunicaes?Para comear, o prefixo tele derivado do grego e significa distncia. Poder-se-,assim, dizer que as telecomunicaes compreendem o conjunto dos meios tcnicosnecessrios para transportar e encaminhar to fielmente quanto possvel ainformao distncia. Esta definio dever, no entanto, ser complementada com osseguintes comentrios:

Os principais meios tcnicos so de natureza electromagntica;

A informao a transmitir pode tomar diversas formas, nomeadamente, voz, msica,imagens fixas, vdeo, texto, dados, etc.;

Os sistemas de telecomunicaes devem garantir um elevado grau de fidelidade,garantindo que a informao transmitida sem perdas nem alteraes;

A fiabilidade outra exigncia primordial, j que o utilizador espera dastelecomunicaes um servio permanente e sem falhas;

O transporte da informao distncia um problema da transmisso, que um ramoimportante das telecomunicaes;

Outro ramo importante a comutao, que tem como objectivo o encaminhamento dainformao;

As redes de telecomunicaes de hoje so mquinas de grande complexidade e, porisso, a sua gesto e controlo so tarefas de grande importncia e claramenteindividualizadas das funes anteriores. A gesto de rede responsvel,nomeadamente, por garantir elevados graus de fiabilidade (resposta rpida a falhas) e

flexibilidade (configurao rpida dos elementos de rede). O controlo da rede realizado atravs da sinalizao e responsvel pela dinmica da rede e pela suacapacidade de resposta aos pedidos dos utilizadores.

1Global System for Mobile Communications



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1.2 Normalizao em Telecomunicaes

Devido ao carcter internacional das telecomunicaes fundamental a normalizao,sobretudo, em certos aspectos mais relevantes tais como:

Aspectos tcnicos: definio da qualidade de servio e dos parmetros que ainfluenciam; especificao das interfaces, nomeadamente, dos sinais usados natransmisso e sinalizao, etc.

Planificao geral da rede: estrutura da rede internacional, plano de transmisso,distribuio dos nmeros telefnicos, etc.

Problemas de explorao e gesto: definio dos preos das chamadasinternacionais, anlise do trfego, etc.

No plano das redes nacionais a normalizao tambm importante de modo a:

Garantir a compatibilidade dos sistemas provenientes de fabricantes diferentes;

Assegurar a mesma qualidade de servio mnima a todos os utilizadores; Respeitar as convenes internacionais.

O principal organismo de normalizao na rea das telecomunicaes a InternationalTelecommunication Union (ITU). Este organismo uma agncia da ONU e actuafundamentalmente atravs dos seguintes orgos:

ITU Telecommunication Sector (ITU-T), que corresponde ao antigo ComitConsultatif International Tlgraphique et Tlphonique (CCITT). As suas funesincluem o estudo de questes tcnicas, mtodos de operao e tarifas para ascomunicaes telefnicas e de dados.

ITU Radiocommunications Sector (ITU-R), que corresponde ao antigo ComitConsultatif International des Radiocommunications (CCIR). Estuda todas as questestcnicas e operacionais relacionadas com radio-comunicaes, incluindo ligaesponto-a-ponto, servios mveis e radiodifuso. Associado ao ITU-R est oInternational Frequency Registration Board (IFRB), que regula a atribuio dasbandas de frequncias aos diferentes servios.

Tanto a ITU-T como a ITU-R so compostos de delegados dos governos, operadores detelecomunicaes e organizaes industriais. Ambos tm um elevado nmero de gruposde estudo. Os seus trabalhos tomam a forma de recomendaes, que so ratificadas porassembleias plenrias, que tm lugar de quatro em quatro anos. Os resultados dessassesses plenrias so publicados numa srie de volumes, que proporcionamrecomendaes e informao actualizada para todos os interessados na rea dastelecomunicaes.

Alm da ITU, existem um conjunto de outros organismos tambm com actividade narea das telecomunicaes. Refira-se, por exemplo, a International StandardsOrganization(ISO). Este organismo tem ndole mundial e actividade de normalizao emdiferentes reas, incluindo as tecnologias de informao. Recorde-se que, o modelo OSI(Open Systems Interconnect), o conhecido protocolo de sete camadas que regula as



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comunicaes entre computadores, foi definido por esta organizao. O ANSI (AmericanNational Standards Institute) que o corpo americano da ISO tambm tem produzidoinmeras contribuies de relevo. Foi esta agncia a responsvel pela norma ASCII(American Standard Code for InformationInterchange), usada por muitos computadorespara armazenar informao.

Outro organismo digno de realce o ETSI (European Telecommunication StandardsInstitute), o qual foi criado em 1988 para desenvolver as normas necessrias criao deuma rede de telecomunicaes pan-europeia. Esta instituio tem tido um papelimportante no desenvolvimento das normas para as redes mveis e em particular danorma GSM (Global Systems for Mobile Communications). O IEEE (Institute ofElectrical andElectronic Engineers) uma associao profissional do tipo da Ordem dosEngenheiros, que tambm tem contribudo com inmeras normas para o progresso dastelecomunicaes. Por exemplo, as normas que delinearem a Ethernet (IEEE 802.3) e asnormas que tm projectado o seu desenvolvimento foram concebidas por esta associao.

Actualmente, tambm existem tambm inmeros consrcios de fabricantes eoperadores dirigidos a determinadas reas especficas, com o objectivo de desenvolverem

normas de equipamentos ou servios em curtos espaos de tempo. Veja-se por exemplo oFrum DSL (www. dslforum.org) ou o Frum ATM (www. ATMforum.org).

1.3 Conceitos fundamentais e topologias

As redes de telecomunicaes so constitudas por uma infinidade de equipamentosbaseados numa grande diversidade de tecnologias e em muitos casos concebidos einstalados em pocas muito diferentes. Por exemplo, na rede telefnica pblica comutadaportuguesa h cerca de dez anos atrs ainda era possvel encontrar em paralelo com asmodernas centrais de comutao digitais, centrais de comutao analgicas com vrias

dezenas de anos.Numa rede de telecomunicaes podem-se identificar dois tipos bsicos deequipamentos: vias de transmisso ou canais de transmisso e elementos (oudispositivos) de rede designados genericamente por ns. As vias de transmissoasseguram a transmisso da informao e a interligao entre os diferentes ns. As vias detransmisso podem ser simples pares de condutores de cobre (pares simtricos) como ocaso da linha telefnica at meios de transmisso mais complexos como o caso dasfibras pticas. No se pode igualmente ignorar o cabo coaxial usado nas redes dedistribuio de televiso e os canais via rdio usados nas redes celulares ou nas redes decomunicao via satlite.

Os elementos de rede englobam nomeadamente o equipamento de comutao, o

equipamento terminal, os servidores e os sistemas de sinalizao e de gesto. Oequipamento de comutao inclui por exemplo as centrais de comutao nas redestelefnicas ou os routers nas redes de dados e tem por objectivo assegurar oencaminhamento apropriado da informao. Nas redes telefnicas a comutao feitausando comutao de circuitos, ou seja, antes do incio da conversao estabelece-se porintermdio de sinalizao uma ligao bidireccional entre os utilizadores intervenientes(circuito). Nas redes de dados a informao fragmentada em pacotes, aos quais seadicionam um cabealho, que contem entre outra informao o endereo do destinatrio.



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O encaminhamento feito com base na informao contida no cabealho e porconseguinte a tcnica designa-se por comutao de pacotes.

Os equipamentos terminais servem de interface entre a rede e o utilizador e tm porobjectivo processar a informao veiculada pela rede de modo apresent-la numa formainteligvel ao utilizador. Estes equipamentos podem apresentar diferentes graus de

complexidade, podendo ir deste um simples telefone, a um PPCA (Posto Particular deComutao Automtica)2, passando por um computador pessoal. Os servidores sodispositivos que armazenam informao que pode ser difundida de modo livre ou apedido dos utilizadores. Como exemplo deste tipo de elementos de rede tm-se osservidores WWW usados na Internet e as cabeas de redes das redes de televiso por caboonde so transmitidos os diferentes canais que chegam a casa do utilizador.

Os sistemas de sinalizao e gesto so responsveis por processarem a informaode sinalizao e gesto da rede. A informao de sinalizao responsvel pelacomponente dinmica das redes de telecomunicaes e a informao de gesto podecorresponder a vrias funes tais como deteco de falhas, configurao da rede,autorizao de acesso, etc.

Nos ltimos trinta anos surgiram um grande nmero de novos tipos de redes detelecomunicaes e certamente que muito mais iro surgir no futuro. Embora sejaimportante para um engenheiro de telecomunicaes ter um conhecimento detalhado dastecnologias usadas para construir essas diferentes redes, e compreender as suaspotencialidades e limitaes, tambm no deixa de ser relevante ser capaz de perspectivaressas redes em termos de entidades abstractas, independentes das tecnologias e assentesem conceitos gerais. Nesse sentido uma rede de telecomunicaes pode-se representaratravs de um grafo. Um grafo definido geometricamente como um conjunto de pontosdesignados por vrtices interligados por um conjunto de linhas. Um grafo pode-serepresentar formalmente por G=(V,E), onde { }.,....., 21 nvvvV = representa o conjunto dosvrtices e o conjunto de linhas. A Figura 1.1 mostra, por exemplo, o

grafo . Para representar uma rede de telecomunicaesatravs de um grafo faz-se corresponder um vrtice a cada n e uma linha a cada via detransmisso, como se mostra na Figura 1.2.

{ .,....., 21 meeeE= }

}){ }{( 821621 ,.....,......, eeevvvG =

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Figura 1.1 Exemplo de um grafo.

A estratgia de interligao entre os ns designa-se por topologia da rede,ou de ummodo mais preciso por topologia fsica. Este refinamento na definio ajuda a distinguir o

2Segundo a designao anglo-saxnica PABX (Private Automatic Branch Exchange).



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aspecto fsico do modo como a informao distribuda na rede que define a topologialgica. Tendo como exemplo a Figura 1.2 pode-se admitir que o n 1 funciona como ndistribuidor e que toda a comunicao feita directamente entre os diferentes ns e o n1. Como consequncia a topologia fsica e a topologia lgica so diferentes como seevidncia na Figura 1.3 atravs da representao dos grafos correspondentes.

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Figura 1.2 Exemplo de uma rede e do seu grafo equivalente.

Topologia fsicaTopologia lgica

Figura 1.3 Comparao entre a topologia fsica e lgica.

Nas de redes de telecomunicaes encontra-se uma grande variedade de topologias.Essas topologias condicionam partida a estratgia de desenvolvimento e o tipo deservios que a rede pode fornecer e por isso a definio adequada da topologia constituiuma etapa importante no processo de planeamento da rede. A topologia mais simples atopologia em barramento (Bus). Como se mostra na Figura 1.4 nessa topologia a via detransmisso partilhada por todos os elementos de rede. O facto do meio ser partilhadodificulta significativamente o processo de comunicao e impe a existncia de umprotocolo de comunicao de modo a evitar colises entre os sinais enviadas

simultaneamente pelos diferentes ns. A topologia em barramento(Bus) muito usadanas redes Ethernet nas quais aparece normalmente associada ao protocolo CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) (para detalhes sobre esteprotocolo ver referncia [Sh99]).



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BarramentoAnel Malha

Figura 1.4 Grafos correspondentes a diferentes tipos de topologias.

Na topologia em anel cada n s est interligado aos ns vizinhos. No caso dequerer comunicar com outros ns as mensagens tero de ser enviadas atravs dosvizinhos. Uma rede em anel pode ser unidireccional ou bidireccional. No casounidireccional toda a informao viaja no mesmo sentido e cada n s pode comunicardirectamente com um vizinho, enquanto no caso bidireccional a informao viaja nos doissentidos e cada n pode comunicar directamente com os dois vizinhos. Esta topologiacomeou por ser usada nas redes de computadores (veja-se o caso das redes token ring eFDDI3), mas hoje popular em muitos outros ambientes, como sejam por exemplo asredes baseadas na hierarquia digital sncrona ou as redes RPR (Resilient Packet Ring)(para detalhes sobre estas redes ver a referncia [Gu03]). Essa popularidade advm dofacto desta topologia permitir garantir graus de fiabilidade elevados (resistncia a falhas)com um consumo modesto de recursos de transmisso.

Estrela rvore

Figura 1.5 Grafos correspondentes s topologias em anel e rvore.

A topologia em malha uma topologia com conexo total caracterizada porapresentar uma ligao directa entre todos os pares de ns. Numa rede baseada nesta

topologia o processo de comunicao est muito facilitado, pois qualquer troca deinformao entre dois ns no envolve a interveno de mais nenhum outro n. Aprincipal desvantagem desta soluo reside na grande quantidade de recursos detransmisso que exige. Por exemplo, uma rede com N ns baseada nesta topologiarequer vias de transmisso. Quando N>>1, esse nmero aproximadamenteproporcional a N

2/)1( NN2, o que faz com que essa topologia se torne impraticvel quando o valor

3Fiber Distributed Data Interface



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de N ultrapassa algumas dezenas de ns. Essa inexequibilidade evidente se nossituarmos, por exemplo, na componente de acesso de uma rede telefnica, onde umnmero tpico de 104utilizadores exigia a utilizao de 50 milhes de linhas telefnicas.Apesar destas limitaes a malha muito usada para interligar os ns principais das redesde telecomunicaes, j que permite garantir um grau de disponibilidade muito elevado 4.

A topologia em estrela a soluo, normalmente usada sempre que necessriointerligar um elevado nmero de ns. Nesta topologia h uma diferenciao entre asfuncionalidades do n central e as dos restantes ns, j que este n que controla ascomunicaes entre todos os outros. A existncia de um n com responsabilidadeacrescida, indica que nesta topologia o controlo do processo de informao centralizado.A soluo em estrela tem sido muito usada nas redes telefnicas, particularmente na redede acesso, onde todo o fluxo de informao com o utilizador controlado pelo comutadorlocal, permitindo concentrar o equipamento sofisticado e caro na rede, e garantir que oequipamento terminal usado pelo utilizador relativamente simples.

A

B

C

D

E

Figura 1.6 Coliso entre os sinais gerados por cinco utilizadores numa rede em rvore.

Atopologia em rvoresurgiu associada a servios distributivos, onde o objectivo difundir o mesmo sinal desde o n onde gerada para todos os outros ns. Estaperspectiva distributiva faz com que nos vrios pontos de diviso o sinal seja repetido atatingir o equipamento terminal do utilizador. Esta soluo foi desenvolvida no mbito dasredes de distribuio de televiso por cabo, tambm referidas na literatura como redes decabo. Com o desenvolvimento tecnolgico foi possvel introduzir nestas redes um canalascendente, garantindo, assim, a bidireccionalidade requerida pelos servios interactivostais como servio telefnico e o acesso Internet. Ser, no entanto de destacar, que nestasredes o meio de transmisso tambm partilhado por todos os utilizadores, perdendo-se,

assim, a simplicidade caracterstica do anel. Como consequncia, surge tal como nasredes em barramento o problema da coliso entre os sinais enviados pelos vriosutilizadores (ver Figura 1.6) e a necessidade de usar algoritmos de conteno apropriadospara regular o processo de comunicao.

4 Uma rede em anel permite responder a um nico corte numa ligao, enquanto uma rede em malhapermite responder a vrios cortes.



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1.4 Arquitectura de rede

1.4.1 Plano de rede

Em geral, numa rede de telecomunicaes podem-se individualizar trs entidades como

funcionalidade distintas. Essas entidades designam-se por planos de rede e consistem noplano de utilizador,plano de controloe plano de gesto, como se mostra na Figura 1.7.O plano do utilizador responsvel por transferir a informao do utilizador atravs

da rede. Essa transferncia de informao faz uso, nomeadamente, do equipamentoterminal, dos dispositivos de rede e das vias de transmisso. De modo algo simplistapode-se dizer que este plano responsvel por assegurar o suporte fsico s ligaessolicitadas pelos utilizadores.

Plano de gesto

Plano de

controlo

Plano de

utilizador

Figura 1.7 Planos de rede.

Oplano de controlopode ser visto como o sistema nervoso da rede, adicionando aoplano do utilizador a dinmica necessrio para poder responder aos requisitos doutilizador. Este plano por exemplo responsvel pelo processo de sinalizao associadoao estabelecimento, superviso e terminao das ligaes. este plano que responsvelpela actualizao das tabelas de encaminhamento dos routers, ou pela gerao dos sinaisde controlo necessrios actuar sobre os comutadores telefnicos. O sinal de toque, de

linha ou de linha ocupada so exemplos nossos conhecidos de sinais gerados pelo planode controlo. Um exemplo tpico de um plano de controlo o Sistema de Sinalizao n 7usado nas redes de telefonia fixa e celulares.

O plano de gestotem vindo a ter a ter uma importncia cada vez maior nas redes detelecomunicaes, pois fundamental para garantir elevados graus de fiabilidade (temposde deteco e correco de falhas muito reduzidos) e flexibilidade (reconfigurao rpidados elementos de rede de modo a responder por exemplo a picos de trfego). As funesasseguradas por este plano so muito diversas, podendo referir-se, entre outras, funesao nvel de deteco, diagnstico e correco de falhas (gesto de falhas), funes aonvel da modificao das configuraes da rede (gesto de configurao), funes aonvel de monitorizao do desempenho da rede (gesto de desempenho) e funes ao

nvel de identificao, validao e autorizao de acesso rede (gesto de segurana).Exemplificando: um corte de um cabo vai gerar uma srie de alarmes que vo seranalisados pelo sistema de gesto, atravs da funcionalidade de gesto de falhas, de modoa dar uma resposta adequada. Essa resposta pode ser, por exemplo, a gerao de umaalarme que avise o operador do sistema da ocorrncia do problema e ainda areconfigurao da rede de modo a gerar percursos alternativos para o trfego afectadopela falha. Note-se que, as funes deste plano aparecem muitas vezes associada abreviatura OAM, que corresponde s iniciais de operao, administrao e manuteno.



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Grosso modo as componentes de operao e manuteno correspondem s funes degesto de falhas, de configurao e de desempenho, enquanto a componente deadministrao corresponde funo de gesto de segurana.

1.4.2 Estratificao em camadas

As redes de telecomunicaes so estruturas altamente complexas, consistindo em vriasestruturas heterogneas realizando uma grande diversidade de funes. Para simplificar asua concepo, desenvolvimento e operao usual recorrer-se a uma variao do velhoprincpio de dividir para conquistar. Por outras palavras, o conjunto das funes da rede dividido em grupos designados por camadas (layers). Cada camada assume aresponsabilidade por um certo nmero de tarefas prprias, de modo que quando todas ascamadas operam em conjunto, criada uma rede completa e funcional. Outra vantagemda estratificao em camadas a de permitir uma evoluo gradual e suave da rede,possibilitando que cada camada evolua de modo independente e possa, assim, capitalizara introduo de novas tecnologias especficas para essa camada.

Para que a estratificao em camadas possa ser benfica necessrio especificar semambiguidades os servios proporcionados pelas diferentes camadas e as interfaces entreelas. Como exemplo dessas especificaes refira-se a recomendao X.200 do ITU-T,onde a arquitectura do modelo OSI (Open Systems Interconnection) definida. Como osleitores com conhecimentos na rea das redes de computadores sabem, esse modelodefine uma arquitectura com sete camadas que regula as comunicaes entrecomputadores.

Rede de Transporte

Redetelefnica

Redede dados

Redecelular

Circuitosalugados

Redede cabo

Figura 1.8 Estrutura estratificada de uma rede de telecomunicaes.

Nas redes que fazem uso de diferentes tecnologias de rede5tambm til usar umarepresentao em camadas de modo a ajudar a visualizar a rede de um modo simples efacilmente compreensvel. Neste caso, a cada tecnologia de rede faz-se corresponder umacamada de rede, sendo que as camadas sucessivas estabelecem entre si uma relao tipocliente-servidor. Tendo em conta esta perspectiva usual dividir-se uma rede de

telecomunicaes em camada de rede de servioe camada de rede de transporte. Acamada de rede de servio consiste em diferentes redes de servio, cada uma responsvelpor um certo tipo de servio. Como exemplo, refira-se o servio de comutao decircuitos telefnicos, o servio de comutao de pacotes, o servio de linhas alugadas, etc.(ver Figura 1.8).

5Como exemplo de tecnologias de rede refira-se o IP (Internet Protocol), o ATM (Asynchronous TransferMode), SDH (Synchronous Digital Hierarchy), WDM (Wavelength Division Multiplexing).



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A camada de rede de servio funciona como cliente da camada de rede de transportee responsvel por recolher, agregar e introduzir a informao (voz, dados, multimdia,etc.) nessa rede. A camada de rede de transporte pode ser vista como uma plataformatecnolgica que assegura uma transferncia transparente, fivel e independente dosservios, da informao distncia, garantindo funcionalidades tais como transmisso,

multiplexagem, encaminhamento, proteco e superviso e aprovisionamento decapacidade. Essa rede constituda por diferentes elementos de rede interligados segundouma certa topologia fsica (normalmente anel ou malha) e interagindo directamente com oplano de gesto. O se objectivo proporcionar conexes, designadas aqui por caminhos, camada de rede de servio. Para a camada de rede de servio os caminhos so vistoscomo ligaes fsicas entre os seus elementos da rede. Tomando por analogia a rederodoviria, a camada de rede de transporte corresponde rede de auto-estradas, enquantoa camada de rede de servio corresponde aos diferentes tipos de veculos (carros,autocarros, camies, etc.) que circulam nas auto-estradas.

A principal funo da camada de rede de transporte consiste em proporcionarcaminhos aos seus clientes (rede telefnica comutada, rede RDIS, rede IP, rede ATM,

etc). O caminho uma ligao bidireccional semi-permanente extremo-a-extremoestabelecida por aco do plano de gesto de rede, ou manualmente. Convencionalmente,distingue-se do circuitona medida em que este corresponde a uma ligao bidirecionalextremo-a-extremo, estabelecida e terminada dinamicamente por aco da sinalizaoenviada pelo utilizador, na base de uma proviso de curta durao, como acontece, porexemplo, com as ligaes telefnicas comutadas. Contudo, hoje em dia, com os novosconceitos da rede ASTN (Automatic Switched Transport Network) essas distinestornam-se algo mais difusas.

Note que em muitos casos na literatura da rea no h uma distino clara entre os conceitos decaminho e circuito. No mbito desta disciplina considera-se que so conceitos diferentes: o caminho

estabelecido por aco do plano de gesto, enquanto o circuito estabelecido pela aco do plano decontrolo.

A Figura 1.9 exemplifica o conceito da estratificao de uma rede detelecomunicaes. Nessa figura a rede de transporte, representada pelo plano inferior, constituda por cinco multiplexadores de insero/extraco ou ADMs (add/dropmultiplexer) (ADMs A, B, C, D e E) os quais so interligados por fibras pticas formandouma topologia fsica em anel. A funcionalidade desses elementos de rede ir ser estudadaposteriormente no captulo 5. Por sua vez, a rede de servio considerada uma redetelefnica comutada cujos elementos de rede so centrais de comutao (CC). Como sepode ver, a ligao entre as centrais d e c estabelecida atravs do caminho criado pelos

ADMs E, D e C. De modo similar, os caminhos B-C e A-B-C vo interligar as centrais b-c e a-c, implementando uma topologia lgica em estrela, com a central c a funcionarcomo n agregador. Do ponto de vista da rede telefnica somente a topologia lgica dacamada de servio visvel, sendo independente do modo como os caminhos estoestabelecidos.



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ADM

CC

Camada de rede de Transporte

Camada de rede de servio

CC

CC

CC

ADM

ADM

ADMADM

AB

C

DE

a

b

c

d

Figura 1.9 Exemplificao do papel da camada de transporte.

As tecnologias usadas na implementao rede de transporte so completamenteindependentes do servio. Essas tecnologias so baseadas fundamentalmente na SDH e naWDM, as quais iro ser abordadas no Captulo 5. A SDH usada para estabelecercaminhos no domnio elctrico6, enquanto a WDM usada para a mesma funo nodomnio ptico. As redes de servio tradicionalmente esto ligadas a tipos de serviosbem definidos, embora esta identificao simplista em muitos casos j no faa hojesentido. Na Seco 1.5 iro ser analisadas algumas das principais redes de servio.

1.4.3 Hierarquizao da redeAs redes de telecomunicaes so normalmente segmentadas numa estrutura hierrquicacom trs nveis: ncleo ou backbone,metro, e acesso. A rede de ncleo abarca grandesdistncias (centenas a milhares de quilmetros) usada para transportar grandesagregados de trfego e oferecer conectividade s redes regionais ou metropolitanas. Nooposto da hierarquia situam-se as redes de acesso que so concebidas para oferecerdirectamente conectividade a uma grande variedade de utilizadores. As redes de acessousam uma grande variedade de tecnologias e protocolos de comunicao que dependemdos servios proporcionados ao utilizador. Por exemplo, se o utilizador requer apenas oservio telefnico a rede de pares simtricos convencional suficiente, mas se o

utilizador desejar um acesso de banda larga para ligaes rpidas Internet ou paraservios de vdeo j necessrio equacionar-se outras alternativas como o ADSL, redesde cabo coaxial, ou mesmo acesso em fibra ptica. Situadas no meio esto as redesmetropolitanas ou regionais. Estas estendem-se em mdia por regies entre 10-100 km einterligam o acesso e o ncleo.

6Os dbitos tpicos dos caminhos no domnio elctrico so 34 Mb/s e 155.5 Mb/s.



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Como se mostra na Figura 1.10 a topologia tpica de uma rede de ncleo a malha,enquanto da rede metropolitana normalmente baseada numa topologia em anel. J noacesso encontra-se uma maior variedade de topologias, podendo dizer-se que comexcepo da malha todas as topologias estudadas na Seco 1.3 esto aqui representadas.

Ncleo100s-1000s kmMalha

Metro10-100 kmAnel

Acesso


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1.5.1.1 Estrutura geral

A estrutura mais simples que possvel conceber para uma rede telefnica comutada estrepresentada na Figura 1.11 e consiste numa central de comutao telefnica directamenteligada ao equipamento terminal dos utilizadores atravs de uma linha telefnica (central

local) de acordo com uma topologia fsica em estrela.

CC

Central decomutaotelefnica

Telefone

Figura 1.11Rede em estrela com comutao centralizada.

Quando a rea coberta pela rede em estrela e o nmero de utilizadores por elaservidos cresce, o preo da linha telefnica aumenta. Ento, torna-se mais econmicodividir essa rede em vrias redes de pequenas dimenses, cada uma delas servida pela suaprpria central de comutao telefnica. Nesse caso, o comprimento mdio da linha deassinante decresce, diminuindo o seu custo total, mas em contrapartida o custo associado comutao aumenta. Como se exemplifica na Figura 1.12 existe um nmero de centrais

telefnicas ptimo, para o qual o custo total mnimo.

Nmero de centrais de comutao

Custo

custo da linha

custo total

n ptimode centrais

custo da comutao

Figura 1.12Variao do custo da rede com o nmero de centrais.

Numa rea servida por diferentes centrais locais, os utilizadores de uma central terocertamente necessidade de comunicar com os utilizadores de outras centrais. , assim,necessrio estabelecer ligaes, ou junes, entre as diferentes centrais, formando-se arede de juno. Se as junes so estabelecidas entre todas as centrais locais, tem-se uma



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rede de juno com conexo total baseada numa topologia fsica em malha. Porm, umarede em malha neste nvel da rede pode no ser econmica, sendo prefervel em muitoscasos ligar as centrais entre si atravs de um centro de comutao central, designado porcentral tandem (Figura 1.13). Note-se que, a presena desta central introduz umaestrutura hierrquica na rede.

Na prtica, junes directas entre centrais so economicamente justificveis, quandose tem um grande fluxo de trfego, ou quando as distncias so curtas. Inversamente,quando o trfego reduzido e as distncias so grandes prefervel o encaminhamentoindirecto atravs de uma central tandem.

Centrais locais

Central tandem

Figura 1.13rea servida por vrias centrais de comutao.

Os utilizadores da rede, para alm das ligaes locais, necessitam de comunicar comoutros utilizadores localizados em diferentes reas de um pas. As diferentes reas estoligadas entre si por circuitos de longa distncia, que constituem a rede de ncleo,tambm designada na gria telefnica por rede de troncas ou de longa distncia. Tal,como no econmico as centrais locais estarem todas ligadas entre si, tambm no muitas vezes econmico ter as centrais de longa distncia totalmente interligadas. Assim,surgem os centros de trnsito, para encaminhar o trfego entre as diferentes reas,

fazendo com que uma rede telefnica nacional apresente uma estrutura hierrquica, comose exemplifica na Figura 1.14. Em termos de topologia, essa rede apresenta uma topologiaem rvore no pura, j que, quando se sobe na hierarquia aumenta, o nmero de ligaesentre centrais do mesmo nvel hierrquico. Um centro de trnsito primrio constitui ainterface entre a rede de juno e a rede de ncleo. Cada central local est ligada a umcentro primrio, seja directamente, seja atravs de uma central de juno tandem.

Um centro primrio constitui a primeira camada da rede de ncleo, sendo o nmerode camadas adicionais dependente da dimenso do pas. A Figura 1.14 mostra uma redede ncleo constituda por duas camadas. Neste caso, a camada mais elevada a segunda,sendo caracterizada por uma topologia em malha7, com cada centro de comutaotelefnica ligado directamente central internacional do pas.

Em sntese, uma rede telefnica nacional baseada numa estrutura hierrquicaconstituda pela interligao das seguintes redes:

1) Rede privada de utilizador. Consiste numa rede dentro das instalaes doutilizador e pode ser, por exemplo, constituda por vrias linhas telefnicas,ligando equipamento terminal a uma central PPCA.

7Est-se a referir a uma topologia lgica, pois a conectividade fsica determinada pelo transporte.



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2) Rede de acesso ou local, que responsvel por ligar os telefones ou PPCAs dosassinantes central local. Embora no representados na Figura 1.14 a rede deacesso pode tambm incluir concentradores, como se ir ver posteriormente.

3) Rede de juno, que interliga um grupo de centrais locais e ligando-as por sua vezao centro de trnsito primrio.

4) Rede de ncleo ou rede de troncas, que interliga os centros de trnsito

8

atravs dopas.

Rede de ncleo oude troncas

Rede internacional

Central internacional

Centros de trnsitosecundrio

Centros de trnsitoprimrios

Centrais locais

Linha de assinanteCentralTandem

Rede de acessoou local

Rede de juno

Figura 1.14Organizao hierrquica de uma rede telefnica nacional.

Note-se que, segundo a terminologia da ITU-T a rede local constituda pelo

conjunto da rede de acesso e rede de juno. Na generalidade dos casos, usa-se no mbitodesta disciplina a definio de rede local apresentada no ponto 2.

Embora a componente de acesso das redes telefnicas seja objecto de estudodetalhado no Captulo 4, convm referir que uma parte muito significativa dessacomponente constituda pela infra-estrutura de cobre que liga o telefone dos utilizadoress centrais locais, fazendo com que a rede telefnica seja conhecida, particularmente nosmeios jornalsticos, pela designao algo imprpria de rede de cobre. A infra-estrutura decobre implementada recorrendo a fios de cobre isolados e entrelaados designados porpares simtricos. As enormes limitaes dos pares simtricos, nomeadamente a sualargura de banda muito reduzida e a enorme susceptibilidade s interferncias, tm levadoos engenheiros de telecomunicaes a explorar outras solues, sobretudo quando est em

causa o acesso de banda larga. A soluo mais slida sem dvida a que faz uso da fibraptica, sendo de referir entre outras as seguintes alternativas: ligao em fibra ptica entrea central local e um armrio exterior, ligando em seguida o armrio s instalaes doutilizador atravs da par simtrico (fibra at ao quarteiro); ligar a fibra directamente ats instalaes do utilizador (fibra at casa). Ainda que a primeira soluo seja uma

8O centro de trnsito primrio tambm designado por centro de grupo de redes e o centro de trnsitosecundrio por estao distribuidora.



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alternativa mais apropriada para implementao a curto prazo, faz-se notar que h j umnmero significativo de operadores de telecomunicaes em vrios pases a apostar naltima soluo que sem dvida a mais arrojada.

Uma outra singularidade das redes de acesso reside no facto de usar transmisso adois fios, ou seja nas comunicaes a estabelecidas o sinal telefnico transmitido e o

recebido partilharem a mesma linha telefnica. Na transmisso de dados (por exemplo emADSL) tal situao coloca problemas graves, sendo necessrio usar tcnicas deduplexagem para separar os dois sentidos de transmisso. Outro problema prende-se coma amplificao e regenerao dos sinais. Os amplificadores e regeneradores bidireccionaisno so solues prticas. Assim, nos casos em que necessrio processar o sinal durantea transmisso necessrio separar fisicamente os dois sentidos de comunicao -transmisso a quatro-fios. esse o caso da transmisso nas componentes de metro, dencleo e internacionais das redes de telecomunicaes. Ser ainda de referir que oscomutadores digitais das centrais de comutao tambm exigem uma transmisso a quatrofios. A converso de uma transmisso de dois para quatro fios ou vice-versa feitausando um dispositivo designado por hbrido, cuja estrutura e funcionalidades iro ser

detalhadas no Captulo 5.1.5.1.2 Critrios de qualidade e plano de transmisso

Atendendo ao carcter internacional das telecomunicaes, qualquer rede nacional deveobedecer a critrios de qualidade bem definidos, de modo a que, a qualidade dos circuitosestabelecidos nas ligaes internacionais seja to independente quanto possvel dopercurso entre o emissor e o receptor da informao.

No planeamento das redes de telecomunicaes analgicas9 um dos aspectos maisimportantes era o controlo da atenuao. Dentro desse enquadramento foi definido umparmetro o equivalente de referncia - que foi adoptado no passado por muitas

empresas de telecomunicaes para dimensionarem as suas redes.O caminho completo de uma ligao telefnica inclui o percurso do sinal sonoro noar desde a boca do locutor at ao microfone e do altifalante at ao canal auditivo doouvinte, para alm do percurso do sinal elctrico atravs de todo o sistema decomunicao. A atenuao total deste caminho constitui o equivalente de referncia (ER).A ttulo de exemplo apresentar-se- o significado de alguns equivalentes de referncia:

0 dB - corresponde a uma pessoa falando a 4 cm do ouvido de quem escuta (voznormal);

25 dB - corresponde a dois interlocutores conversando a uma distncia de 70 cm (voznormal);

36 dB - corresponde a dois interlocutores conversando a uma distncia de 3 m (voznormal).

O antigo CCITT (actual ITU-T) recomendava um equivalente de referncia mximo entreassinantes de 36 dB, considerando uma ligao na qual estavam envolvidos dois pases detamanho mdio. Este equivalente distribudo do seguinte modo:

9Embora muitos dos conceitos apresentados nesta sub-seco tenham sido introduzidos no contexto dasredes analgicas ainda frequente aparecerem hoje em dia na literatura especializada.



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20.8 dB para a rede nacional do lado do emissor;12.2 dB para a rede nacional do lado do receptor;3 dB para a rede internacional.

Os 3 dB da rede internacional correspondem ao mximo de 6 ligaes a 4 fios em cadeia(60.5 dB). A distribuio dos equivalentes de referncia numa rede de telecomunicaesera feita de acordo com um plano de transmisso. O plano de transmisso devia definiros valores mximos extremo-a-extremo para os principais factores condicionantes datransmisso (atenuao, rudo, ecos, diafonia, etc.) e indicar a distribuio desses valorespelas diferentes partes constituintes da a rede. Na Figura 1.15 representa-se um exemplode um plano de transmisso, que surge em consequncia directa das recomendaes doITU-T. Note-se que, nesta figura se usa a definio de rede local proposta pelo ITU-T.

Um plano de transmisso apresentava no s os valores dos equivalentes dereferncia mximos, mas tambm os mnimos, j que um sinal de voz com volume muitoelevado no desejvel.

Nas redes de telecomunicaes analgicas os equivalentes de referncia podiamvariar significativamente de ligao para ligao. Essa no uniformidade no desempenhodeve-se, quer s variaes da atenuao das linhas de assinante e juno, quer sconverses de dois para quatro fios e vice-versa (como se ver no Captulo 4, por cadaconverso tem-se uma atenuao igual ou superior a 3 dB).

Como j se referiu, ser conveniente que as ligaes comutadas tenham umdesempenho to uniforme quanto possvel, o que nas redes analgicas s era conseguidodentro de certos limites. Para atingir esses objectivos usavam-se sinais de teste, que emtodas as troncas eram ajustados para nveis de potncia especificados em cada central decomutao, o que era conseguido atravs da medida do nvel desses sinais de teste e dasua comparao com um nvel de referncia. Como as perdas de transmisso variam com

a frequncia, esses sinais de teste eram especificados para frequncias bem definidas,usualmente 800 ou 1000 Hz para os circuitos de fonia.

17.3 dB

3.5 dB

3 dB

3.5 dB

8.7 dBRede local

Rede de longadistncia

Rede internacional

Figura 1.15 Exemplo de um plano de transmisso de uma rede telefnica analgica.



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O processo referido levou definio do conceito de ponto de nvel de transmisso(PNT). Cada ponto na rede, onde os sinais convencionais de teste eram medidos,designava-se por ponto de nvel de transmisso. O nvel de transmisso em cada ponto arelao entre a potncia do sinal de teste nesse ponto e a potncia do mesmo sinal numponto de referncia arbitrrio, designado por ponto de nvel zero de transmisso

(PNT0), e expresso em dBr. O ponto de nvel zero , assim, caracterizado por 0 dBr.Nas redes telefnicas analgicas o ponto de nvel zero era, normalmente, definido comoum ponto na entrada de determinados centros de trnsito primrios.

A potncia de um sinal medida no ponto de nvel zero expressa em dBm0. Se osinal de teste for igual a 0 dBm0 no ponto de nvel zero, ento o valor do nvel detransmisso igual potncia real do sinal de teste em cada PNT.

O facto da qualidade de uma ligao telefnica analgica depender do percursoseguido deve-se ao facto de nas redes analgicas os factores perturbadores tais comoperdas, rudo e distoro se acumularem ao longo do percurso. Este problema resolvidoquando se usam tcnicas digitais, devido ao facto dos sinais serem regenerados nosrepetidores em alternativa simples amplificao do caso analgico. Assim, nas redes

que usam transmisso e comutao digitais possvel obter-se um desempenhopraticamente uniforme, como o caso das redes digitais integradas, ou das redes digitaiscom integrao de servios que so usadas nos dias de hoje.

1.5.1.3 Rede Digital Integrada

Uma Rede Digital Integrada (RDI) definida como sendo uma rede na qual todas ascentrais de comutao so digitais e o trfego nas junes e nas troncas transportado emsistemas de transmisso digital. Alm disso, a sinalizao entre as centrais, que como seviu da responsabilidade do plano de controlo, assumida como sendo do tipo

canal-comum, como o caso do Sistema de Sinalizao n7.Dentro da RDI todos os canais de trfego so em formato digital (PCM), sendo, porconseguinte, a converso analgico-digital requerida somente nas suas fronteiras, quegeralmente se situam na entrada das centrais locais (ver Figura 1.16). O passo seguinte deevoluo consiste em proporcionar transmisso digital at ao utilizador e neste caso,somos levados s Redes Digitais com Integrao de Servios (RDIS), que seroanalisadas posteriormente. Outro aspecto, digno de realce nestas redes que a comutaodigital sempre feita a quatro fios, de modo que, todos os circuitos dentro da RDI socircuitos a quatro fios. A qualidade de transmisso de uma RDI apresenta os seguintesatributos:

As perdas de transmisso so independentes do nmero de troos e centrais presentesnuma ligao; As ligaes apresentam um nvel mais baixo de rudo do que as analgicas

correspondentes; As ligaes so mais estveis do que nas redes analgicas a dois fios.



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CR

CLRDI

Centralanalgica

Equipamentode rede. Converso A/D

CL

CT

CRTransmisso digitalTransmisso analgica

CT

CT CL

CT

CLCL CL

Central de trnsito digital

Central local digital

Concentrador digital

Telefone analgico

Figura 1.16 Definio de uma rede digital integrada. As fronteiras da RDI so delimitadas aponteado.

O primeiro atributo particularmente importante para um operador de telecomunicaes,pois garante que as perdas de transmisso nas fronteiras da RDI se mantm constantespara todos os tipos de ligaes, ou seja, possvel garantir uniformidade no desempenho,o que era difcil de satisfazer no caso analgico. As perdas de transmisso so agoraescolhidas de modo a garantir um equivalente de referncia apropriado e simultaneamentesatisfazer os requisitos impostos pela estabilidade e ecos, requisitos estes queanalisaremos em detalhe no Captulo 4. Um valor tpico para essas perdas , por exemplo,6 dB.

1.5.2 Rede Digital com Integrao de Servios

A Rede Digital com Integrao de Servios (RDIS)10resulta da evoluo natural da redetelefnica. A rede telefnica foi projectada simplesmente para trfego de voz sobre linhasanalgicas, mas na dcada de cinquenta foi introduzido o modem para transportar dadossobre essa infra-estrutura.

Contudo, devido s limitaes das velocidades de transmisso e qualidade dosmodems, os operadores de telecomunicaes criaram uma rede digital alternativa redede voz, para suportar a transmisso de dados com maior velocidade e melhor qualidade, a

rede pblica de dados, analisada em traos muito gerais na seco seguinte.A RDIS surge como tentativa de integrar todas as redes pblicas (telefnica, dados,etc.) numa nica rede, com um acesso nico ao assinante. Assim, o utilizador podeatravs de uma nica linha de assinante ter acesso a uma grande diversidade de servios,como voz, dados, imagem, texto, etc., com uma caracterstica fundamental, que a detodos serem digitais.

10Em notao anglo-saxnica ISDN (Integrated Services Digital Network).



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A evoluo paraa RDIS s possvel com a digitalizao da linha de assinante (oulacete de assinante11), o que permitiu eliminar o fosso analgico existente nas redes RDI.Na linha digital de assinante continua-se a usar a linha telefnica a 2 fios (paressimtricos), requerendo, contudo, um grande esforo de processamento de sinal, paragarantir nessas linhas uma transmisso digital com qualidade.

Uma rede RDIS tem possibilidade de oferecer dois tipos de acessos: acesso bsico eacesso primrio. O primeiro tipo coloca disposio do utilizador dois canais paratransmisso de voz a 64 kb/s e um canal para dados a 16 kb/s, totalizando um dbito de144 kb/s. O acesso bsico por sua vez disponibiliza 30 canais de voz com o mesmo dbitoe um canal de dados a 64 kb/s perfazendo cerca de 2 Mb/s.

Como os dbitos oferecidos pelo RDIS so relativamente modestos a ITU-T avanoucom o conceito de RDIS de banda largae publicou uma srie de normas no sentido dedar substncia a esse conceito. Com esta evoluo a RDIS passaria a ter tambmcapacidade para suportar servios de vdeo e de transmisso de dados a alta velocidade,para alm dos servios RDIS tradicionais e o acesso do utilizador rede seria efectivado adbitos de vrias dezenas de Mb/s. A implementao do RDIS de banda larga implicava a

implementao de um novo paradigma de transferncia de informao, designado porATM (Asynchronous TransferMode). Fundamentalmente, o ATM um protocolo decomutao rpida, que foi concebido no sentido do mesmo comutador ter capacidade paracomutar todos os tipos de servio oferecidos pela rede. Esta capacidade de integrar acomutao de todos os servios num nico elemento de rede representou um salto muitosignificativo relativamente filosofia de comutao subjacente ao RDIS tradicional, onde necessrio ter um comutador digital de circuitos para os sinais de voz e um comutadorde pacotes para o trfego de dados. Devido aos elevados custos, o RDIS de banda larganunca viu a luz do dia, mas ficou a tecnologia ATM, que foi adoptada pela indstria detelecomunicaes como uma boa soluo para a comutao de dados a muito altavelocidade.

1.5.3 Rede de dados pblica

Uma rede de dados uma rede que permite a troca de informao digital entrecomputadores, terminais e outros dispositivos processadores de informao, usandodiferentes ligaes e ns. Como j foi referido a rede de dados pode-se segmentar em trsgrupos: LAN que uma rede localizada numa rea geogrfica limitada (edifcio oucampus) e geralmente pertencente a uma nica organizao; MAN uma rede cujospontos de acesso se localizam numa rea metropolitana; WAN pode estender-se porvrias cidades e mesmo pases.

A rede telefnica, cujos traos gerais j foram analisados, no apropriada para atransmisso interactiva de dados, pois esta projectada para fornecer servios com maiordurao e com frequncias de pedidos de acesso rede menor. Nem os elementos decontrolo nos comutadores, nem a capacidade dos canais so capazes de acomodar pedidoscom muita frequncia para mensagens muito curtas.

Surgiu, assim, a necessidade de projectar uma rede com uma filosofia de operaoclaramente distinta da das redes telefnicas. A tecnologia de encaminhamento baseescolhida para essas redes foi a comutao de pacotes.

11Tambm designado por lacete local.



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A Figura 1.17 ilustra o funcionamento de uma rede baseada na comutao depacotes. Cada mensagem na fonte dividida em pequenas unidades designadas porpacotes, para transmisso atravs da rede. Esses pacotes, tambm designados pordatagramas, para alm da informao propriamente dita incluem um cabealho, cominformao do endereo do destinatrio, da fonte, o nmero do prprio datagrama e outra

informao de controlo.

B

C

R

U

X

T

XD T

D

U R C B

XD T U R C B

FonteControlo da sequncia

N

Figura 1.17Princpio de operao de uma rede de comutao de pacotes.

Os datagramas pertencentes a uma determinada mensagem so enviados pela redeindependentemente, podendo seguir percursos diferentes at ao seu destino, onde soagregados de modo a originar a mensagem inicial. Neste tipo de comunicao no necessrio estabelecer uma ligao prvia com o destinatrio, pois o cabealho contm oendereo do destino final e cada n, atravs da leitura desse cabealho, est em condiesde definir o trajecto a seguir. Este tipo de ligao designa-se por connectionless. Este tipode rede permite garantir um nvel de segurana bastante elevado, na medida em quequalquer intruso na rede somente consegue obter fragmentos da mensagem transmitida.Alm disso, nesta rede no existe um ponto de falha nico, porque se um n, ou uma

ligao falham, ou so sabotados, existem sempre ligaes e ns alternativos. Alm disso,o controlo deste tipo de rede distribudo por vrios ns, no havendo uma estruturahierrquica como nas redes telefnicas. Foram estas vantagens que levaram implementao em 1967 nos Estados Unidos de uma rede de dados baseada nesteprincpios, designada por ARPANET (Advanced Research Projects Agency NETwork), aqual evoluiu para uma rede escala mundial, ou seja a Internet. O protocolo IP (InternetProtocol) baseado nessa filosofia de interligao fazendo com que as redes IP noestejam em condies de garantir um servio com uma qualidade pr definida em termosde atraso, erros ou dbito. Esses servios designam-se por isso servios ao melhor esforo(best-effort), indicando que a rede tentar fazer o melhor que pode.

As redes de dados pblicas como foram concebidas no incio usavam, contudo, um

conceito um pouco diferente daquele que foi exposto. Nestas redes, antes de se iniciar atransmisso da mensagem, tinha-se uma fase inicial para estabelecer uma ligao lgicacom o destinatrio. Assim, o primeiro pacote que enviado responsvel por estabeleceruma ligao lgica atravs da rede, designada por circuito virtual e todos os pacotescorrespondentes mensagem seguem por essa ligao12. Este processo tem algumassemelhanas com aquilo que acontece com a comutao de circuitos nas redes telefnicas,

12 Os protocolos X.25 eFrame Relay usados nas redes pblicas so baseados em circuitos virtuais.



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mas h uma diferena fundamental: No caso do circuito virtual a ligao no dedicada,ou seja diferentes circuitos virtuais podem partilhar a mesma ligao. Para que isso sejapossvel os pacotes recebidos esto sujeitos a um processo de armazenamento/expedioem cada n.

Neste caso, o cabealho do pacote necessita de conter a identificao do circuito

virtual e em cada n no necessrio tomar decises sobre o encaminhamento dainformao, como acontecia nas ligaes com datagramas. Esta simplificao permite sredes com circuitos virtuais escoar trfego com dbitos mais elevados e com maiorrapidez do que as redes com datagramas. Perde-se, no entanto, a segurana, flexibilidadee fiabilidade associadas tecnologia dos datagramas.

Em sntese, pode dizer-se que a comutao baseada em circuitos virtuais maisadequada para transmisses longas e com dbitos elevados, enquanto a comutao comdatagramas prefervel para transmisso de dados de curta durao.

O paradigma de comutao ATM tambm baseado em circuitos virtuais. Adiferena essencial que na comutao de pacotes os pacotes tm dimenso varivel,enquanto no ATM tm valor fixo e uma dimenso muito inferior. Para vincar essa

diferena, nas redes ATM usa-se a designao de clula em vez de pacote. Uma clula constituda por 53 octetos, sendo 5 usados para cabealho e os restantes para informao.A importncia cada vez maior do protocolo IP associada massificao da Internet e

a necessidade de usar este protocolo para suportar servios diferentes do servio de dados,como por exemplo a voz e o vdeo levou ao desenvolvimento de estratgias apropriadapara tambm ser possvel garantir qualidades de servio pr determinadas nas redes IP. Oprotocolo MPLS (Multiprotocol Label Switching) vem exactamente nesse sentido. A basedeste protocolo consiste em canalizar todos os pacotes com o mesmo destino atravs deuma espcie de tnel virtual associando-lhe uma etiqueta (label). O encaminhamemtonas redes MPLS feito unicamente atravs da identificao da etiqueta, permitindoaumentar significativamente a rapidez de comutao e consequentemente reduzir o atrasodo pacote na rede.

1.5.4 Redes hbridas fibra-coaxial

As redes de distribuio de televiso por cabo ou CATV (CAbleTV) so caracterizadaspor usarem uma infraestrutura em fibra ptica para servir ncleos (clulas) de algumascentenas de utilizadores (200 a 1000), seguida de uma rede em cabo coaxial at sinstalaes do utilizador (ver Figura 1.19). Por essa razo so designadas por redeshbridas fibra-coaxial, embora muitas vezes apaream referidas na imprensa noespecializada simplesmente pela designao de redes de cabo. Estas redes foraminicialmente projectadas para oferecer servios distributivos analgicos (televiso), tendoevoludo posteriormente de modo a oferecerem tambm servios distributivos digitais eservios interactivos como o caso do acesso Internet. Na sua componente distributivao servidor situado na cabea da rede distribui atravs da rede vrios canais de televisousando multiplexagem por diviso na frequncia. Cada utilizador tem por essa razoacesso a todos os canais e escolhe o canal desejado atravs da simples sintonizao do



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televisor.13 No caso da televiso analgica cada canal da televiso vai modular umaportadora de radiofrequncia usando modulao AM-VSB e no caso da vertente digitalusa-se modulao PSK ou QAM.

A atribuio espectral tpica dos diferentes servios numa rede hbrida fibra-coaxialest representada na Figura 1.18. Os canais de televiso fazem uso da chamada banda

directa situada entre os 111 e 750 MHz, embora essa banda nas redes mais modernaspossa ir at 1 GHz. A parte superior da banda (entre os 550 e 750 MHz) reservada paraos canais de televiso digitais, ou como canal descendente, entre a cabea da rede e outilizador, para os servios interactivos. A banda de radiofrequncia tpica reservada paracada canal analgico de 8 MHz, sendo que a largura de banda de vdeo nominal de 5MHz. A via de retorno, situada entre os 5 e 65 MHz, funciona como canal ascendentepara comunicao entre os clientes e a cabea da rede e desempenha um papel importantena implementao dos servios interactivos.

5 65 88 108 111 550 750 1000 f (MHz)

Via deRetorno

CanaisFM

Canais de TVanalgicos

Canaisdigitais

Upgradefuturo

Figura 1.18Espectro de radiofrequncia tpico de uma rede hbrida.

A existncia de uma banda de retorno com uma gama deveras limitada (60 MHz) uma das principais limitaes das redes hbridas e ir ser um condicionante importante nautilizao dessas redes como plataformas de acesso de banda larga no futuro. Como omeio partilhado, o nmero de utilizadores activos em cada clula vai influenciardirectamente o dbito que cada um deles pode usufruir. Para conseguir aumentos

significativos nesses dbitos ser necessrio reduzir o nmero de assinantes por clula, oque implica aproximar a fibra ptica do utilizador. Essa estratgia ir conduzir eliminao de toda a componente de amplificao de rdio-frequncia14dessas redes e transformao da rede coaxial numa rede totalmente passiva.

Para analisar com mais detalhe a estrutura de uma rede hbrida concentremo-nos naFigura 1.19. Nessa figura a ligao entre a cabea de rede e o n de acesso realizada poruma simples fibra ptica. Numa rede real essa ligao muito mais complexa e podeconter vrios nveis hierrquicos, sendo realizada pela rede da camada de transporte. Aparte coaxial (rede coaxial) corresponde componente de acesso da rede hbrida. Essacomponente inicia-se no n de acesso ptico onde tem lugar a converso do sinal dodomnio ptico para o domnio elctrico e no caso das redes com capacidade para

suportar servios interactivos (bidireccionais) tambm do domnio elctrico para o ptico.

13 Note-se que nas redes de distribuio de vdeo sobre IP o utilizador s tem acesso em cada instante a umnico canal. Quando pretende vizualizar outro canal tem de o solicitar enviando um sinal de controlo para acabea de rede.14Ser de notar que esses amplificadores so uma importante fonte de rudo e de origem de falhas e porissoa sua eliminao vai contribuir para aumentar a qualidade do sinal e a fiabilidade da rede.



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Cabea

deRede

Repartidorcoaxial

Amplificador de troncacom repartio

Utilizador

Amplificador

de linha

N de acessoptico

Cabo coaxial

Fibra ptica

Figura 1.19Estrutura de uma rede hbrida fibra coaxial.

A rede coaxial tem uma topologia fsica em rvore. A repartio dos sinais deradiofrequncia pode ser feita atravs dos amplificadores de tronca ou a partir derepartidores passivos. Para alm desse amplificadores tem-se ainda os amplificadores delinha que so usados para compensar a atenuao do cabo coaxial e dos repartidorespassivos. Ser de notar que ambos os tipos de amplificadores tero de ser bidireccionais,para assegurar servios interactivos nessas redes (para mais detalhes consultar referncia[Jo99]).

1.5.5 Redes celulares

O conceito bsico subjacente s comunicaes celulares consiste em dividir as regiesdensamente povoadas em vrias regies de pequena dimenso, designadas por clulas.Cada clula tem uma estao base que proporciona uma cobertura via rdio a toda aclula. Como se mostra na Figura 1.20 cada estao base est ligada a uma central decomutao de mveis, designada por MSC (Mobile Switching Centre).

Os componentes bsicos da rede so, assim, os telefones mveis, as estaes de basee os MSC. Cada MSC controla todas as chamadas mveis entre as clulas de umadeterminada rea e a central local.

A estao de base est equipada para transmitir, receber e encaminhar as chamadaspara, ou de, qualquer unidade mvel dentro da clula para o MSC. A clula compreendeuma rea reduzida (geralmente poucos quilmetros quadrados), o que permite reduzir apotncia emitida pela estao de base at um nvel em que a interferncia nas clulasvizinhas negligencivel. Tal permite que a mesma radiofrequncia seja usada paradiferentes conversaes em diferentes clulas, sem existir o perigo de interferncia mtua.



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MSC

Estao base

Telefonemvel

Centrallocal

Figura 1.20Estrutura bsica de uma rede celular.

1.5.5.1 Operao

Cada clula tem disponves vrios rdiocanais para trfego de voz e um, ou mais, parasinalizao de controlo. Quando o telefone mvel ligado, o seu microprocessadoranalisa o nvel de sinal dos diferentes canais de controlo pertencentes a uma mesma MSC,e sintoniza o seu receptor para o canal com o nvel mais elevado. Esta operao designa-se por auto-localizao, e permite estabelecer um lacete entre a unidade mvel e aestao de base, que ser mantido enquanto o telefone estiver ligado. Periodicamente, onvel de sinal dos diferentes canais de controlo continua a ser analisado, garantindo-se,assim, o estabelecimento de lacetes com outras estaes base, na eventualidade de aunidade mvel se deslocar para outras clulas. Outra operao associada aoestabelecimento de uma ligao o registo de presena. No incio da ligao eposteriormente, em intervalos regulares, o telefone mvel envia informao da sua

presena para a MSC mais prxima. Essa informao armazenada numa base de dados epermite MSC ter uma ideia aproximada da localizao do mvel.

Quando a unidade mvel pretende realizar uma chamada, transmite o nmero dodestinatrio para a estao base, usando o canal de controlo. A estao base envia entoessa informao para o MSC, juntamente com seu nmero de identificao.Imediatamente, o MSC atribui um radiocanal de voz bidireccional para o estabelecimentoda ligao entre o telefone mvel e a estao base. Depois de receber esta informao, omicroprocessador do telefone mvel ajusta o sintetizador de frequncia para emitir ereceber nas frequncias atribudas. Logo que o MSC detecta a presena da portadora daunidade mvel no canal desejado, a chamada ou processada pelo prprio MSC, ou enviada para a central local para a ser processada.

Uma funo importante da MSC consiste em localizar o destinatrio, no caso em queeste um mvel. A funo de localizao est associada ao paging.Depois de localizado,o sinal de chamada pode em seguida ser ouvido no telefone mvel do destinatrio.

Quando a estao base de uma determinada clula detecta que a potncia do sinalemitido por uma determinada unidade mvel desce abaixo de um determinado nvel,sugere MSC para atribuir o comando dessa unidade a outra estao base. A MSC, paralocalizar o mvel, pede s celulas vizinhas informao sobre a potncia do sinal por eleemitido, sendo atribudo o comando do mvel estao base que reportar um nvel de



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sinal mais elevado. Um novo canal de voz atribudo a essa unidade mvel pelo MSC,sendo a chamada transferida automaticamente para esse novo canal. Este processodesigna-se porhandovere dura cerca de 200 ms, o que no suficiente para afectar umacomunicao de voz.

1.6 Redes do Sculo XXI

No possvel definir com rigor como vo ser as redes de telecomunicaes que vo serconstrudas no futuro. H contudo uma certeza: estas redes vo ser concebidas numambiente e num tempo em que as caractersticas dos servios e do trfego socompletamente diferentes daquelas que serviram de base concepo das redestelefnicas pblicas comutadas, pois como se sabe essas redes foram concebidas para darresposta ao trfego de voz e hoje o trfego dominante o trfego de dados.

Esse novo cenrio impe novas exigncias que podem ser traduzidas em duaspalavraschave: banda larga e convergncia. A banda larga implica que a rede tenhacapacidade para disponibilizar canais de comunicao entre os utilizadores com dbitos

superiores aos permitidos, nomeadamente, pelo acesso bsico das redes RDIS. Embora afronteira que delimita o conceito de banda estreita e banda larga no esteja pr definido, eseja varivel ao longo do tempo, hoje h algum consenso em considerar como acesso debanda larga s aquele acesso que permita dbitos superiores a 2 Mbit/s. O enfoque nosservios de banda larga ir ter certamente reflexo nas tecnologias e no suporte datransmisso usada no acesso: os pares simtricos (cobre) e o cabo coaxial iro perdendoprogressivamente importncia e o seu lugar ser ocupado pela fibra ptica.

A convergncia poder ser perspectivada quer em termos de servios, quer emtermos de redes. O ltimo tipo de convergncia tem como objectivo reduzir o nmero detecnologias usadas, simplificar a operao das redes e por conseguinte reduzir o seu custode explorao. A convergncia dever ter lugar, quer a nvel da camada de rede de

servio, quer a nvel da camada de rede de transporte. Esse movimento ao nvel daprimeira camada poder levar no incio ao colapso da rede telefnica pblica comutada eda rede de dados pblica numa nica rede, e numa etapa seguinte possvel que essemovimento englobe tambm a rede de distribuio de televiso por cabo.

Um bom exemplo o caso do programa BT 21stCentury Network levado a cabopela British Telecom no Reino Unido. Esse programa oramentado em 10 mil milhes delibras (quinze mil milhes de euros), iniciado em 2004 e com a durao de cinco anos tempor objectivo mudar toda a infraestrutura da rede da BT de modo a adapt-la aos novosparadigmas. A rede de servio do 21stCentury Network (ver Figura 1.21)baseada natecnologia IP/MPLS e resulta da convergncia de quatro redes: PSTN (public switchedtelephonenetwork), DPCN (data public communication network), ATM, e IP. Por sua vez

a rede de transporte baseada na tecnologia OTN (optical transport network), que surgecomo fruto da convergncia entre as tecnologias PDH 15, SDH e WDM. Um equipamentofundamental nessa rede a plataforma de acesso multiservio. Essa plataforma actuacomo interface entre o mundo IP/MPLS e os diferentes servios. Por exemplo, no caso doservio telefnico funciona como central local, no caso dos servios Ethernet como

15 A tecnologia PDH (plesiochronous digital hierarchy)ir ser estudada no Captulo 6.



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comutador Ethernet, no caso do ADSL como DSLAM16, etc. Esse programa tambmcoloca muita nfase sobre a utilizao da fibra ptica no acesso. Essa utilizao poderconduzir substituio total do cobre no caso das novas construes, ou suasubstituio parcial no caso das construes j existentes.

Camada de rede de Transporte

OTN

IP/MPLS

Camada de rede de servioPlataforma de acessomultiservio

Utilizador

ONU

Fibra

Fibra

Cobre

Cobre

Figura 1.21Viso esquemtica da rede BT 21stCentury Network.

Este movimento iniciado por uma operadora que tem sido pioneira na inovaotecnolgica ir certamente em breve estender-se a outros pases incluindo Portugal. claro que as solues tecnolgicas a adoptar podero no ser exactamente as mesmas. Porexemplo, a tecnologia SDH da nova gerao, tambm poder ter um papel importante naconcepo das futuras camadas de transporte, sempre que se requererem nveis decapilaridade17 maiores e uma dinmica mais rpida do que aqueles que so permitidospelas tecnologia OTN18. Fica ainda uma outra certeza: essas mudanas requereminvestimentos colossais, enormes corpos de engenharia, e quando se iniciarem emPortugal colocaro desafios e ao mesmo tempo apresentaro oportunidades como a

engenharia das telecomunicaes portuguesa nunca esteve sujeita.

1.7 Problemas

1.1 Qual a principal limitao das topologias em barramento e em rvore? Como que essalimitao pode ser ultrapassada?

1.2 Explique se o plano de controlo intervm no processo de estabelecimento de uma chamadatelefnica.

1.3 Indique quais so as diferenas essncias entre uma rede de transporte e uma rede de servios.D exemplos de redes de servio.

16As funcionalidades do DSLAM (digital subscriber line access multiplexer) sero estudadas no Captulo5.17As redes OTN s permitem caminhos com dbitos iguais ou superiors a 2.5 Gb/s. Podehaver interesse para alguns servios dbitos inferiores a estes (maior capilaridade).18Para detalhes sobre o OTN ver as normas do ITU-T G.709, G.872 e G.959.



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1.4 Admita que a rede de servio representada na Figura 1.9 requer que a conectividadeproporcionada pelo transporte conduza a uma topologia lgica em estrela dupla. Representenum esquema o diagrama de conectividade (conjunto de caminhos) da rede de transporte quegarantem essa topologia lgica. Qual a vantagem que v na utilizao de uma topologialgica em estrela dupla em detrimento da estrela simples.

1.5 Admita que a rede de transporte de uma rede hbrida fibra-coaxial tem uma topologia fsicaem anel com quatro ns. Tendo presente esse dado faa uma representao esquemtica detoda a rede hbrida (camada de servio+transporte).

1.6 Na sua perspectiva, quais foram as principais modificaes que foi necessrio fazer nas redeshbridas, para que estas pudessem evoluir de redes com capacidades meramente distributivas(televiso) para redes capazes de proporcionaram servios interactivos, como o caso doacesso Internet.

1.7 Considere os seguintes valores de potncia de um sinal: 50 W, 1 mW e 100 mW. Exprimaessas potncias em dBm e dBW. Calcule em dBV e dBV as tenses que essas potnciasproduzem numa resistncia de 600 e 50 .

1.8 Com base na figura representada abaixo determine: a) A potncia do sinal medida no ponto B,admitindo que no ponto de nvel zero de transmisso se injecta uma potncia de 1 mW; b) Ovalor do ganho (perdas) que o sinal sofre quando se propaga de A a C; c) O valor da potnciade rudo medida no ponto de nvel zero e em C, admitindo que o nvel absoluto da potnciaem B de 60 dBmp.

A B C

-2 dBr -10 dBr -4 dBr

1.9 Considere que na componente coaxial de uma rede hbrida se tm dois amplificadores ligados

por um troo de cabo coaxial com o comprimento de 80 m. Tenha presente que a atenuaodo cabo coaxial (@ 750 MHz) de 8 dB/100m, que para a mesma frequncia osamplificadores tm as seguintes especificaes:F1=5 dB, G1=15 dB,F2=7 dB e G2=35 dB,e que a largura de banda equivalente de rudo do sinal de televiso de 4.75 MHz. Se atemperatura equivalente de rudo na entrada do primeiro amplificador for a temperaturapadro de 290 K, determine a potncia de sinal na entrada para garantir uma relao sinal-rudo de 30 dB sada, admitindo que o canal em anlise transmitido na frequncia de 750MHz. Exprima essa potncia em pW, dBW e dBm.

1.8 Referncias

[Ba66] P. Baran, On distributed communications networks,IEEE Trans. Commun. Syst., vol.CS-12, pg. 1-9, Maro 1964.

[Br95] J. Bray, The Communications Miracle, Plenum Press, 1995.

[Fl95] J .E. Flood, Telecomunications Switching, Trafic and Networks, 1 edio, Prentice HallInternational, 1995.



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[Gu03] A. Gumaste, T. Antony,DWDDM network designs and engineering solutions, CiscoPress, 2003.

[Jo99] Joo J. O. Pires, Sistemas de Comunicao ptica, IST, 1999.

[Ka66] K. C. Kao e G. A. Hockman, Dielectric fiber surface waveguides for opticalfrequencies,Proc. IEE, 133, pg. 1151-1158, Julho 1966.

[Mc90] J. C. McDonald,Fundamentals of Digital Switching,2 edio, Plenum Press, 1990.

[Nu92] M. S. Nunes e A. J. Casaca,Redes Digitais com Integrao de Servios, EditorialPresena, 1992.

[Ra94] T. Ramateke,Networks, Prentice-Hall International, Inc., 1994.

[Sa99] R. Santos, Olhos de Boneca, Edies Colibri/Portugal Telecom, 1999

[Sh99] W. A. Shay, Understanding data communications &networks, 2 edio, Brooks/ColePublishing Company, 1999.



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Captulo 2 Servios em telecomunicaes 32

2 Servios em Telecomunicaes

2.1 Tipos de servios e suas exigncias

O objectivo de uma rede de telecomunicaes fornecer servios tais como voz, vdeo, edados aos clientes. Em geral, esses clientes esto sobretudo interessados no tipo, naqualidade e no custo dos servios (incluindo a tarifa da rede e os custo dos terminais),sendo-lhes indiferente a arquitectura da rede que os suporta. No entanto, os servios e asredes constituem um todo, no sendo concebveis os primeiros sem as segundas evice-versa.

As redes de telecomunicaes convencionais foram moldadas pelo crescimento dosservios telefnicos ao longo de vrias dcadas.No entanto, a expanso da Internet oaparecimento de novas tecnologias como a xDSL19e novos conceitos como o VoIP20ou

Vdeo sobre IP, e o aparecimento de uma infra-estrutura de transmisso com uma largurade banda quase ilimitada (fibra ptica) vieram criar as condies para o aparecimento deuma mirade de novos servios, tal que hoje em dia ainda no fcil visualizar comnitidez a totalidade dos seus contornos.

Os servios fornecidos por uma rede de telecomunicaes podem ser classificadossegundo diferentes classes que esto associadas os diferentes parmetros: direco dofluxo de informao, modo de representao da informao, requisitos impostos rede,etc. Tendo em conta a direco do fluxo de informao os servios podem ser:

Servios distributivos: Servios caracterizados pela fluxo de informao serunidireccional de um ponto central da rede para mltiplos utilizadores. Este tipo de

servios ainda pode ser oferecido num ambiente em que o utilizador no tem qualquercontrolo sobre o incio e a ordem da apresentao (sem controlo da apresentao) como o caso de difuso de televiso, ou num ambiente em que o utilizador pode influenciaressa apresentao (com controlo de apresentao) como o caso do vdeo a pedido ou doteletexto.

Servios interactivos: Servios caracterizados pelo fluxo de informao ser,normalmente, bidireccional. Estes servios ainda se podem apresentar segundo vriasenvolventes: servios de conversao,servios de consultae servios de mensagem. Oprimeiro tipo requer uma transferncia de informao extremo-a-extremo em tempo realcomo , por exemplo, o caso da telefonia ou da vdeo-conferncia Os servios de consulta

permitem que o utilizador consulte informao armazenada noutros pontos da rede, comoseja o caso de acesso a documentos ou vdeo. Finalmente, nos servios de mensagem, quetm a particularidade de no operarem em tempo real, e de a troca de informao ocorrerentre entidades com capacidade de armazenamento ou caixas de correio electrnico. As

19Qualquer tipo de tecnologia DSL20Voice over Internet Protocol



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Cap

Documents

Sistemas_e_Redes_de_Telecomunicações-IST.pdf