Telefonia Fixa e Móvel - lcs.poli.usp.brablima/grad/tfm/slides/tfm-modulo1.pdf · de empacotamento de Voz sobre IP (VoIP) ... rádio p/ sinais de voz, transmitindo voz a uma distância

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CURSO “Telefonia Fixa e Móvel”

Prof. Dr. Alexandre Barbosa de Lima Eng.o de Telecomunicações - JNCIE#215

ablima@{pucsp.br, ablima.pro.br} http://www.ablima.pro.br

PUCSP2009

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Sumário

❒ Apresentação do plano de ensino

❒ Breve histórico da telefonia e das telecomunicações

❒ Visão geral da Rede Pública de Telefonia Comutada (RPTC)❍ Telefonia Analógica❍ Telefonia digital❍ Sinalização

❒ Telefonia Celular❒ Telefonia IP

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Objetivos

❒ Gerais❍ Apresentar, com um enfoque sistêmico, uma visão geral

dos atuais sistemas telefônicos fixos e móveis e da rede convergente de próxima geração, que utiliza a tecnologia de empacotamento de Voz sobre IP (VoIP)

❒ Parte I: Telefonia Digital❍ Visão geral da Rede Pública de Telefonia Comutada

(RPTC), digitalização da rede, digitalização da voz, codificação de forma de onda, codificação híbrida e paramétrica, técnicas digitais na rede telefônica (sincronização, TDM, scramblers, codificadores de canal, canceladores de eco, etc), comutação digital, sistemas de sinalização e análise de tráfego.

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Objetivos

❒ Parte II: Redes de Acesso sem Fio e Telefonia IP❍ Redes de acesso sem fio e móveis. Redes Multimídia.

VoIP. Telefonia IP. O problema da obtenção da qualidade de serviço (QoS) sobre redes de pacotes. Engenharia de tráfego em redes IP com ATM e MPLS.

❒ Nota: alguns tópicos que seriam relevantes para este curso como “transmissão digital passa-bandas” e “redes de transporte”, dentre outros, não serão abordados, porque são ministrados em outros cursos (como SAV e ST), evitando-se, desta forma, uma redundância desnecessária e obtendo-se, por outro lado, uma otimização da ementa da presente disciplina.

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Instruções Gerais

❒ Pré-requisitos❍

❒ Pré-requisitos❍ Cálculo. Probabilidade e Estatística. Princípios da

Comunicação. Sistemas de Telecomunicações.❒ Página do professor

❍ O material de apoio às aulas poderá ser descarregado do repositório de arquivos que se encontra no menu principal da página http://www.ablima.pro.br/ e/ou na página do sistema Moodle de gerenciamento de cursos em http://www.ablima.pro.br/moodle. A inscrição dos alunos no sistema Moodle é mandatória. Os alunos deverão consultá-lo semanalmente.

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Instruções Gerais

❒ Inscrição no Moodle❍ Vá para a página http://www.ablima.pro.br/moodle e dê

um clique no link acesso (canto superior direito ou rodapé da página).

❍ Preencha o formulário de Cadastramento de novo usuário. Forneça um e-mail válido, que não tenha mecanismo anti-spam (como o do UOL). O servidor enviará uma mensagem de confirmação para o endereço fornecido.

❍ Você receberá uma mensagem cujo assunto é “Cursos do Prof. Dr. Alexandre Barbosa de Lima: confirmação de cadastramento de novo usuário.”. Dê um clique no endereço indicado. Após, dê um clique no botão Cursos.

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Instruções Gerais

❒ Inscrição no Moodle❍ Escolha o curso de Telefonia Fixa e Móvel (você

estará na página Cursos). Forneça o código de inscrição alunoPUCSPtfm.

❒ Condução das aulas❍ O silêncio em sala de aula é fundamental para o bom

andamento da disciplina. Sendo assim, este professor espera que os alunos não conversem durante as aulas.

❍ Os celulares deverão ser desligados antes de entrar em sala de aula.

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Instruções Gerais

❒ Desenvolvimento do Curso❍ Este curso é oferecido para alunos dos último anos

do curso de engenharia elétrica. Neste contexto, o professor deve ser visto como um orientador do aluno, que visa facilitar o aprendizado da matéria. Portanto, espera-se que os alunos tenham uma postura pró-ativa durante o ano letivo, ou seja, que se sintam responsáveis pela aquisição do conhecimento.

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Instruções Gerais

❒ Avaliações❍ MF = (0,8 x P1 + 1,2 x P2 + A)/3 ≥ 5,0

• A = (A1 + A2)/2❒ A cola não será tolerada. As provas poderão ser

realizadas com consulta, a critério do professor.

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Sumário





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História

Augusto Comte (1798-1857)

“Para conhecer a ciência, é necessário conhecer sua história”

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História

Séc. XVIII❒ 1793: Claude Chappe instalou um sistema de telégrafo visual

entre Paris e Lille, baseado em semáforos que conseguiam decodificar até 96 sinais diferentes.

❒ 1796: Francisco Salva construiu um telégrafo entre Madri e Aranjuez (50 km). O enlace era formado por 44 fios, que permitiam a transmissão de até 22 caracteres.

Séc. XIX❒ 1820: Hans Christian Oersted (Univ. de Copenhague) observou

que uma bússola se alinha ao campo magnético produzido por um fio com corrente. Até então, pensava-se que eletricidade e magnetismo eram fênomenos distintos, não relacionados.

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História

Séc. XIX❒ 1832: Pavel Lvovitch Schilling (diplomata russo) construiu

um telégrafo dotado de um sistema de agulhas simples.❒ 1833: Karl Friedrich Gauss e Wilhelm Weber (alemães)

construíram um telégrafo elétrico (2 km), utilizando galvanômetros de espelho no receptor.

❒ 1837: William Fothergill Cooke e Charles Wheatstone (UK) patentearam um telégrafo de 5 linhas e agulhas. O primeiro telégrafo comercial dessa classe entrou em operação na Inglaterra em 1839.

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História

Séc. XIX❒ 1844: Samuel Finley Breeze Morse, um pintor, aperfeiçoou

o telégrafo e fez a primeira transmissão telegráfica nos EUA, entre Washington, D.C., e Baltimore (64 km). Morse usou equipamento próprio, diferente do de Cooke e Wheatstone.❍ A Telegrafia é um sistema de comunicação digital ❍ Código Morse: sequências curtas representam letras

frequentes, enquanto que sequências longas representam letras não usuais.

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História

Séc. XIX❒ 1860: Antonio Meuci (Itália) fez uma demonstração

pública do seu telefone em NY. Meuci depositou na seção de patentes de DC uma descrição do seu telefone. Em 1876 a sua patente caducou, pois não tinha dinheiro para renová-la.

❒ 1861: Johann Philipp Reis (Alemanha) demonstrou seu telephon (telefone) à Sociedade Científica de Frankfurt. O princípio era o mesmo do telefone de A. G. Bell: uma membrana ou diafragma que, sob pressão sonora, variava a resistência num circuito.

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História

Séc. XIX❒ 1864: James Clerk Maxwell formulou a teoria eletromagnética

da luz e previu a existência das ondas de rádio.❒ 1866: Lançamento de cabo submarino entre os EUA e a Europa. ❒ 1876: Num espaço de poucas horas (1876 ... que coincidência!?),

Alexander Graham Bell e Elisha Gray depositaram (Bell primeiro), na seção de patentes de DC, projetos de telefones. Detalhe: Meuci deixou uma cópia do seu projeto com o Diretor da Western Telegraph, onde trabalhava Elisha Gray, em 1871 ... Meuci solicitou a devolução do seu projeto em 1874, mas responderam-lhe que os seus desenhos haviam sumido!

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História

Séc. XIX❒ 1887: Heinrich Hertz confirmou experimentalmente a

existência das ondas de rádio.❒ 1894: Oliver Lodge demonstrou a comunicação sem fio através

de uma distância curta (137m). ❒ 1897: A. B. Strowger, um agente funerário de Kansas,

desenvolveu a primeira central de comutação telefônica, do tipo passo a passo.

❒ 1900: O Padre Roberto Landel de Moura (Brasil-RS), formado em Física (Roma) fez uma demonstração do seu transmissor de rádio p/ sinais de voz, transmitindo voz a uma distância de 8 km, entre Santana e a Paulista. Em 1904, obteve, nos EUA, 3 patentes: ``Transmissor de Ondas'', ``Telégrafo sem Fios'' e ``Telefone sem Fios''.

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História

Séc. XX❒ 1901: Guglielmo Marconi recebeu um sinal de rádio em Signal

Hill, Newfoudland, EUA, que foi transmitido de Cornwall, UK, a 2736 km de distância.

❒ 1904: John Ambrose Fleming inventou o diodo a tubo de vácuo.❒ 1906: Lee de Forest inventou o triodo a tubo de vácuo

(dispositivo fundamental para o desenvolvimento da telefonia transcontinental).

❒ 1909: A. K. Erlang (Dinamarca) publicou o trabalho “The Theory of Probabilities and Telephone Conversations”.

❒ 1917: Erlang publicou suas famosas fórmulas de perda e espera no trabalho “Solution of Some Problems in the Theory of Probabilities of Significance in Automatic Telephone Exchanges”.

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HistóriaSéc. XX❒ 1918: Edwin H. Armstrong inventou o receptor de rádio super-

heteródino. Até hoje quase todos os rádios são deste tipo. ❒ 1928: Harry Nyquist publicou um artigo clássico sobre a teoria

da transmissão de sinal em telegrafia.❍ Desenvolveu um critério para a recepção correta de sinais

telegráficos transmitidos em canais dispersivos na ausência de ruído.

❍ Aplicação na transmissão digital de dados em canais dispersivos.❒ 1933: Armstrong demonstrou o conceito de FM. O artigo com o

conceito do FM foi publicado em 1936. ❒ 1933: Vladimir A. Kotelnikov (URSS) publicou a formulação

matemática precisa do Teorema da Amostragem.

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HistóriaSéc. XX❒ 1937: Alex Reeve inventou a modulação por código de

pulso (PCM – Pulse Code Modulation) para a codificação digital de sinais de voz.

❍ Sistema PCM de 24 canais foi usado pelo exército dos EUA no final da 2a guerra.

❒ 1945: John von Neumann publicou o relatório técnico “First Draft of a Report on the EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer)”, que contém a primeira descrição do projeto lógico de um computador digital com programa armazenado (arquitetura de von Neumann).

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HistóriaSéc. XX❒ 1945: Arthur C. Clark propôs a idéia de se utilizar um satélite

orbitando a Terra como ponto de repetição para a comunicação entre duas estações terrestres.

❒ 1946: implantação do IMTS (Improved Mobile Telephone Service), primeiro sistema de telefonia móvel (EUA).

❒ 1946: ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator) foi o primeiro computador digital eletrônico de grande escala. Foi criado na Escola Moore de Eng. Elétrica da Univ. da Pensilvânia por John P. Eckert Jr. e John W. Mauchly.

❒ 1947: invenção do transistor por Walter H. Brattain, John Bardeen e William Shockley (Nobel de física de 1956) do Bell Labs.

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HistóriaSéc. XX❒ 1947: Kotelnikov introduziu, em sua tese de doutorado, o

conceito da representação geométrica de sinais. ❒ 1948: Claude Shannon publica o artigo "A Mathematical

Theory of Communication" no Bell System Technical Journal

❍ Antes do trabalho de Shannon, acreditava-se que um aumento da taxa de transmissão de dados em um canal ruidoso aumentaria a probabilidade de erro. Shannon provou que isto não é verdade, desde que a taxa de transmissão esteja abaixo da capacidade do canal.

❒ 1957: lançamento do primeiro satélite, Sputinik I, pela antiga URSS.

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História

Séc. XX❒ 1958: Bell Labs fez a demonstração da primeira central

privada (PBX – Private Branch Office) de programa armazenado.

❍ Melhoria da qualidade do sinal, da confiabilidade e redução de custos.

❒ 1958-1959: Jack St. Clair Kilby (Texas Instruments) e Robert Noyce (cofundador da Fairchild Semiconductor e Intel) implementaram o primeiro CI de forma independente. Kilby ganhou o prêmio Nobel de física em 2000.

❒ 1962: lançamento do satélite Telstar I, construído pelo Bell Labs.

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História

Séc. XX❒ 1965: a companhia telefônica Bell instalou a sua primeira

central telefônica pública controlada por computador: ESS (Electronic Switching System) #1.❍ Funções de controle implementadas por um computador

digital de programa armazenado.❒ 1965: K. C. kao e G. A. Hockhan do Standard Telephone

Laboratories (UK) mostraram (1) que a atenuação em uma fibra óptica era devido a impurezas no vidro e (2) que a perda intrínseca, determinada pela dispersão de Rayleigh, é muito baixa. Eles previram que uma atenuação de 20 dB/km poderia ser obtida.

TFM 25

História

Séc. XX❍ Naquela época, a atenuação de uma fibra de vidro era

da ordem de 1.000 dB/km. Atualmente, consegue-se atenuação da ordem de 0,1 dB/km.

❒ 1965: invenção do equalizador adaptativo por Robert Lucky, AT&T Bell Labs.❍ subsistema chave dos modems de alta velocidade.

❒ 1970: Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz e Frank Zimar da Corning Glass Works demonstraram uma fibra (vidro de sílica dopado com titânio) com atenuação de 17 dB/km.

TFM 26

História

Séc. XX❒ 1971: a rede ARPANET foi colocada em serviço.

❍ Trabalho pioneiro em comutação de pacotes.❒ 1975: protótipo do primeiro switch digital brasileiro

(projeto SISCOM Telebrás/FDTE/EPUSP), sob coordenação geral do prof. Jacyntho José Angerami, do Departamento de Engenharia Eletrônica.

❒ 1976: criação do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da Telebrás (CpqD); a Telebrás era (ela ainda existe!) a empresa estatal que detinha o monopólio dos serviços públicos de telecomunicações no Brasil.

TFM 27

História

Séc. XX❒ 1982: G. Ungerboeck inventou a modulação por código de treliça

(TCM – Trellis Coded Modulation), que contribuiu para o aumento das taxas de transmissão de dados via modems.

❒ 1983: A FCC (Federal Communications Comission) dos EUA alocou 666 canais para uso de telefonia móvel, na faixa de 800 MHz, com uma banda de 30 kHz para cada sentido; o conceito de duas bandas independentes (bandas “A” e “B”) foi usado no sistema AMPS (Advanced Mobile Phone Service) para incentivar a competição entre operadoras.

❒ 1984: particionamento do sistema Bell (AT&T) de telefonia na nova AT&T (operadora de longa de distância) e 7 RBOCs (Regional Bell Operating Companies).

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História

Séc. XX❒ 1985: ARPANET é renomeada para Internet. ❒ 1990: Tim Berners-Lee propôs um software de interface

de hipermídia para a Internet, o qual foi batizado de World Wide Web.

❒ 1991: introdução do padrão IS-54 de telefonia celular digital nos EUA, com o qual conseguiu-se triplicar a capacidade dos sistemas AMPS existentes.

❍ IS-136 é uma atualização do IS-54. ❒ 1991: padronização do padrão europeu GSM (Global

System Mobile) de telefonia celular.

TFM 29

História

Séc. XX❒ 1993: regulamentação do sistema CDMA (Code Division

Multiple Access), originalmente desenvolvido pela Qualcomm Inc.

❒ 1994: comercialização da Internet. ❒ 1998: Privatização do sistema Telebrás.

TFM 30

Back to the Future ...

Primeiro sistema de comunicação integrada (Phillip Reis – Dec. 1860)

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Sumário





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Telefonia AnalógicaConexão direta: • primeira transmissão oficial em 1876 (Alexander Graham Bell)• sem discagem de números• um cabo conecta cada localidade

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Rede em Estrela

A

B

C

D

Switch ouCCC

(Central de Comutação e Controle)

Evolução da comutação: • operador(a) atuando como comutador • central de comutação eletromecânica • central eletrônica – CPA (Controle por Programa Armazenado), meados dos anos 1970• roteador IP/MPLS (MultiProtocol Label Switching Router)

TFM 34

Centrais de Comutação Telefônicas

Funções básicas:❒ Conexão entre os canais de comunicação dos

assinantes❒ Reconhecer/processar informações do assinante

que realiza a chamada em relação ao destino desejado para a chamada (número chamado)

❒ Repassar as informações do assinante que realiza a chamada para as outras centrais de comutação envolvidas, caso seja necessário

❒ Selecionar, pelos dígitos do número do telefone de destino, o tronco ou enlace de assinante a ser comutado (controle e comutação)

TFM 35

Centrais de Comutação Telefônicas

Funções básicas:❒ Enviar sinais audíveis de controle de chamada para

o assinante que realiza a chamada e para o assinante a ser chamado (sinalização de assinante)

❒ Fornecer alimentação elétrica para os telefones dos assinantes

❒ Armazenar ou encaminhar para outras centrais as informações relativas às medições para a cobrança das chamadas (bilhetagem)

TFM 36

Motivação:❒ Demanda por

interconexão entre assinantes servidos por centrais locais distintas, muitas vezes situados em cidades/localidades distintas (ligações interurbanas).

Solução:❒ Implementar uma rede

com vários níveis de switching.

Hierarquização da Rede

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❒ Rede hieráquica requer um maior número de switches.

❒ Por outro lado, a rede hierárquica requer um menor número de trunks (enlaces tronco) entre switches do que a rede mesh.

TFM 38

Hierarquização da RedeComo determinar o número total de canais de voz entre duas centrais?❒ Este número é função da quantidade de tráfego que existe

entre cada par de switches.❒ Erlang mostrou que o número de chamadas telefônicas geradas

durante um intervalo de tempo é bem modelado pelo processo aleatório de Poisson

E1,N A=

AN

N !

∑k=0

N Ak

k!

Fórmula B de Erlang da primeira espécie para sistemas de perdas com acessibilidade plena

“N” = número de canais de saída. “A” = intensidade de tráfego [Erlangs]. 1 Erl = 3600 seg A = (número médio de chamadas/min) x (tempo médio de duração de 1 chamada em minutos)

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Estabelecimento da chamada❒ Somente uma única rota entre duas centrais

distintas da rede hierárquica.❒ Vários caminhos entre duas centrais de uma rede

mesh (inclusive a conexão direta).❒ Na prática, tem-se um híbrido das duas estratégias:

a rede é hieráquica, porém trunks interligam switches quando o tráfego entre centrais justifica a interconexão direta.

TFM 40

Hierarquia do Sistema Bell (pré-1984)

Classe do Switch Designação Funcional 1 central regional 2 central seccional 3 central primário 4 central interurbana 5 central local

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Roteamento da chamada no sistema Bell❒ pelo nível mais baixo

sempre que possível❍ menor número de nós

intermediários ❍ otimização da qualidade

do circuito❒ Fig. ao lado ilustra a ordem

de seleção das rotas alternativas (backbone =linha sólida, tronco direto = linha tracejada)

TFM 42

Hierarquização da Rede (Sistema Bell)

Central Tandem❒ Switches Tandem empregados no nível mais baixo da rede

(local), para interconexão entre centrais classe 5.❒ Não integra a hierarquia de centrais interurbanas; compõe a

arquitetura de uma exchange area (área metropolitana). É uma central intermediária.

TFM 43

Hierarquia das Centrais de Comutação (Telebrás)Central de comutação local❒ Interface com a rede de

acesso❒ Central de Comutação de

Nível 5 (terminologia do antigo sistema Bell)

Central tandem❒ Conexão entre centrais

locaisCentral de trânsito❒ Conexão entre centrais

tandem❒ Local, nacional ou

internacional

PABX (Private Automatic Branch Exchange)

❒ Central privada de comutação: pertence à uma corporação e provê funções internas de switching e acesso à rede pública.

TFM 44

Hierarquia das Centrais de Comutação (Telebrás)

Central Local

Central Local

CentralTandem

CentralTrânsito

Local

CentralTrânsito Nacional

CentralTrânsito

Internacional

Central Local

Central Local

CentralTandem

CentralTrânsito

Local

CentralTrânsito Nacional

CentralTrânsito

Internacional

PABX

TFM 45

Partição da rede nos EUA após 1984

TFM 46

Partição da rede nos EUA após 1984

TFM 47

Privatização da Telebrás: 1998

Modalidades do STFC (Serviço Telefônico Fixo Comutado) – Resolução 85/98 ANATEL

TFM 48

Plano Geral de Outorgas (1998)

Decreto Federal Núm. 2.534, de 02/041998

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Decreto Federal Núm. 2.534, de 02/04/1998

TFM 50


Decreto Federal Núm. 2.534, de 02/04/1998

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Sistemas de Comutação

Switching automático❒ Componentes de um switch

❍ Sinalização❍ Controle❍ Switching

❒ Subsistema de sinalização monitora as linhas e encaminha informação de controle/status para o elemento de controle do switch

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Sistemas de Comutação

Switching automático❒ Subsistema de controle

processa as mensagens de sinalização e gerencia as conexões de acordo.

❒ Subsistema de comutação é implementado por uma matriz de comutação: uma rede de crosspoints selecionáveis é usada para interconectar as linhas de entrada às linhas de saída.

TFM 53

Switch Eletromecânico

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❒ Dois tipos de centrais analógicas (eletromecânicas):❍ Passo a passo ou switch de Strowger❍ Crossbar (barras cruzadas)

❒ Central passo a passo utilizava o controle progressivo direto: segmentos sucessivos de um caminho que atravessa um comutador são estabelecidos em resposta a cada um dos dígitos do número chamado que é discado.

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Desvantagens da central passo a passo❒ Uma chamada pode ser bloqueada mesmo quando existe

um caminho apropriado através do switch, porque um caminho “ruim” foi selecionado num estágio anterior.

❒ Roteamento alternativo para trunks saintes não é possível, ou seja, a linha de saída é diretamente selecionada pelos pulsos de discagem entrantes e não pode ser substituída (não flexibilidade de roteamento).

❒ Outros esquemas de sinalização, como sinalização por tons, não são possíveis.

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Central do tipo crossbar❒ Controle comum centralizado para seleção do caminho.❒ Elemento de controle recebe todo o endereço (número

chamado) antes de decidir qual é a rota de saída adequada.

❒ Elemento de controle transfere informação de encaminhamento na forma de sinais de controle para a matriz de comutação, a qual estabelece a conexão (caminho por dentro do switch).

❒ Vantagem fundamental: a implementação da função de controle é separada da implementação da função de comutação.

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Switch crossbar

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Switch crossbar

❒ Pontos de cruzamento (crosspoints) são implementados com relés. ❍ relé fecha quando passa corrente❍ relé abre quando não passa corrente

❒ Eram predominantemente usadas em áreas metropolitanas e na rede interurbana (centrais classe 5 eram frequentemente do tipo passo a passo).

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Central por Programa Armazenado (CPA)

❒ A partir da década de 1960, mas especialmente a partir dos anos 1970, as CPAs se consolidaram, inicialmente na sua versão analógica.❍ Matriz de comutação implementada com relés

protegidos ❍ Controle implementado por um computador digital

❒ Numa CPA-T (temporal) a comutação é totalmente eletrônica, isto é, amostras do sinal de voz (multiplexadas no tempo e codificadas) são comutadas ao invés do sinal analógico de voz.

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CPA-T

❒ Sinal telefônico é amostrado e codificado em 8 bits (PCM), preferivelmente já na entrada da central.

❒ Como daí em diante são transmitidos sinais binários, que são “insensíveis a ruídos e interferências”, consegue-se utilizar acopladores totalmente eletrônicos (chips), sem os sérios problemas de diafonia que caracterizavam os pontos de acoplamento nos sistemas analógicos.

❒ As CPA-T dominam o cenário atual.

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Terminal Analógico

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Terminal Analógico

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Terminal Analógico

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Sistemas de Transmissão

❒ Pares de fios abertos (“open-wire pairs”) ❍ Era usado em áreas rurais❍ Vantagem: pouca atenuação na banda de voz (300 –

3.400 Hz)❍ Desvantagem: a quantidade de cobre é 25x maior do

que a utilizada num par trançado de um cabo de pares.❒ Cabo de pares

❍ Sistemas de cabos de pares (ou multipar) foram introduzidos em 1883 nos EUA.

❍ Um único cabo pode conter de 6 a 2700 pares trançados.

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Cabo Multipar

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Cabo Multipar

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Cabo Multipar

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Sistemas de Transmissão❒ No passado, as áreas metropolitanas da RPTC (exchange

areas) usavam quase que exclusivamente cabos de pares para transmissão de curta distância entre centrais.

❒ Até a introdução das técnicas de multiplexação, cada circuito de voz era transportado por um par separado de fios.

❒ A eletrônica (circuitos transistorizados) possibilitou a implantação de sistemas de transmissão que multiplexavam vários canais de voz num único par trançado.

❍ FDM (Frequency Division Multiplexing) em sistemas analógicos

❍ TDM (Time Division Multiplexing) em sistemas digitais

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Dois fios vs quatro fios❒ Transmissão a 1 fio é

possível (foi usada no passado). Entretanto, é muito “ruidosa” e de baixa qualidade.

❒ Par trançado é usado na “última milha”

❍ acesso residencial❍ boa qualidade❍ Sinais de voz gerados

pelas duas pontas se propagam no par em sentidos opostos

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Dois fios vs quatro fios❒ Transmissão entre centrais é feita a “4 fios” (2 pares

de fios ou 2 fibras ópticas)❍ A separação física das duas direções de transmissão

facilitam as operações de amplificação e de multiplexação.

❒ Algumas vezes a banda passante de um par de fios era separada em duas subbandas, as quais eram usadas para as duas direções de propagação.❍ Sistemas derivados de 4 fios (canais separados p/ Tx e

Rx)• Exemplo: sistemas de rádio-enlace

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Conversão de 2 para 4 fios❒ Híbrido: separa os dois sentidos da comunicação

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Híbrido❒ É um circuito com quatro acessos (quatro pares de

terminais)❒ Parte do sinal é refletida pelo híbrido

❍ Malha pode oscilar para ganhos altos

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❒ Não se usa mais porque atua como filtro passa-baixas, impedindo a implantação de sistemas multicanais como o ADSL.

Pupinização❒ Adição de indutâncias

concentradas em série com os condutores da linha, de modo que se obtenha L/C = R/G. Resultado:

❍ linha sem dispersão na faixa de áudio (velocidade de fase não varia com a frequência)

❍ diminuição da atenuação.

❒ Bobinas introduzidas a cada 1,0, 1,5 ou 2 km.

❒ Enlaces tronco entre centrais❒ Linhas de assinantes rurais

(distância grande)

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Sistemas de Par-Ganho (Pair-Gain)❒ Provisionamento de linhas em áreas rurais

❍ É caro porque há poucos assinantes e as rotas são longas❒ Compartilhamento de pares de fios por meio de sistemas par-

ganho❍ concentradores (M<N)❍ multiplexadores

❒ Ex.: 40 terminais que ficam ativos somente 7,5% do tempo podem ser concen- trados em 10 linhas com 0,1% de probabilidade de bloqueio (baixa!)

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Sistemas Par-Ganho❒ Concentrador e expansor são switches remotos

❍ Sistema requer a transferência de informação de controle entre os dois comutadores remotos.

❒ Multiplexação❍ FDM ou TDM (p/ sinais digitais).❍ Não requer a transferência de informação de controle

entre o MUX/DEMUX.❍ Não há bloqueio.❍ Subcanais podem ficar subutilizados se as fontes

geram pouco tráfego telefônico.

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FDM e Modulação

FDM analógico❒ Multiplexação de mais de um circuito (canal) de voz

na banda passante de um único meio de transmissão❍ rádio-enlace ponto a ponto na faixa de microondas

(muito comum)❍ cabo coaxial e par trançado (menos usado)

❒ FDM também é usado nas fibras ópticas, sendo neste caso mais conhecido como WDM (Wavelenght Division Multiplexing) ❍ Sinais digitais transportados por um determinado λ são

multiplexados pela técnica TDM.

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FDM e Modulação

FDM analógico❒ Todos os equipamentos de multiplexação da hierarquia

usavam modulação SSB (Single Side Band)❒ Hierarquia FDM da rede Bell (similar a que foi

recomendada pela antiga CITT, atual ITU)

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FDM e Modulação

Multiplexador de canal de Grupo

TFM 79

FDM e Modulação

Multiplexador de canal de Supergrupo

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Meio de Transmissão em Banda Larga

Par Metálico Trançado❒ Banda passante de 1 a 4 MHz, dependendo do diâmetro do

fio, tipo de isolamento usando nos pares do cabo e do tamanho do enlace.

❍ 24 canais em sistemas digitais T1❍ 32 canais em sistemas digitais E1

Cabo Coaxial❒ Sistema analógico de cabo coaxial L5E (EUA)

❍ 13.200 canais de voz

Fibra Óptica ❒ Transmissão digital

❍ 100K canais de voz num único comprimento de onda

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Cabo Coaxial❒ Uso predominante em enlaces de longa distância da rede

interurbana.❍ 1941: transmissão de 480 canais de voz entre Minneapolis e

Stevens Points (200 milhas)❍ Repetidores a cada 5,5 milhas

❒ Fibra óptica tem maior banda passante, menor atenuação e menor custo ⇒ coaxial ficou obsoleto!

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Rádio Microondas

❒ Motivação: rede nacional para distribuição de sinais de TV❒ Com o aumento do tráfego interurbano, sistemas rádio

tornaram-se o meio mais econômico para a distribuição de circuitos de voz na rede de longa distância.

❒ 1948: sistema em NY e Boston.❒ Transmissão de 60% do tráfego telefônico da rede

interurbana dos EUA em 1980.❒ Visada direta entre rádios; distância de 40 km.❒ Principal vantagem: não requer “direito de passagem”

contínuo, como sistemas de fibras ópticas.

TFM 83

Rádio Microondas

Frequências de microondas alocadas nos EUA

❒ Bandas populares: 4 e 6 GHz. ❍ Banda de 2 GHz não foi muito usada devido à banda do canal ser

relativamente estreita.❍ Banda de 11 GHz é vulnerável à atenuação da chuva.

TFM 84

Rádio Microondas

Rádios de microondas analógicos do sistema Bell

❒ Todos os rádios (exceto o AR-6A) usavam modulação FM de baixo índice.

❍ Permite uso de amplificadores não lineares ❍ Boa SNR do FM

TFM 85

Rádio Microondas

Causas de outage❒ Propagação multipercurso atmosférica❒ Falhas de equipamentos❒ ManutençãoMultipercurso (multipath)

TFM 86

Rádio Microondas

Diversidade em frequência❒ Desvanecimentos profundos normalmente só afetam um

único canal❍ Canal backup incluindo spare Tx e spare Rx pode ser

usado para transportar o tráfego do canal primário.❍ Chaveamento para o canal de contingência deve ser

feito em até 30 ms❍ Sistema de rádio TD-3 usava 12 canais: 10 primários e

2 de reserva (sistema 10 x 2).

TFM 87

Rádio Microondas

Diversidade espacial

❒ Desvanecimento profundo somente ocorre quando raio secundário chega com defasagem de 180o. Portanto, é pouco provável que dois caminhos diferentes estejam sujeitos a fading simultâneo.

❍ Tx irradia para 2 antenas Rx que estão numa mesma torre.❍ Distância de até 1 m entre antenas Rx é suficiente.

TFM 88

Satélites

❒ 1965: satélite soviético Molniya (comunicação doméstica) e satélite INTELSAT I (comunicação internacional).

❒ Foram muito usados para transporte de circuitos internacionais de voz

❍ Atualmente foram desbancados pelos sistemas ópticos

❒ É um sistema de microondas com um único repetidor, denominado transponder (no satélite).

❍ Faixas de 4 e 6 GHz.❍ Down link é broadcast por natureza: oportunidade para distribuição

de sinais de TV.❍ INMARSAT (1982): telefonia via satélite p/navios.❍ Skyphone (1989): telefonia via satélite p/ aeronaves.❍ Principal desvantagem: o atraso é grande (pode chegar a 250 ms up

e down)

TFM 89

Fatores que degradam a transmissão

❒ Atenuação do sinal.❒ Ruído❒ Interferência❒ Crosstalk❒ Distorção❒ Eco ❒ Singing❒ Imperfeições devidas a modulação e portadoras

TFM 90


Atenuação do sinal❒ CCITT limitou a atenuação relativa entre dois assinantes a

36 dB.Interferência❒ Surge do acoplamento indesejável de alguns sinais da rede

❍ É conhecida como crosstalk (linha cruzada) se a interferência é inteligível.

❍ Fontes de linha cruzada• Acoplamento entre pares metálicos de um mesmo cabo• Filtragem inadequada e offset de portadoras em sistemas

multiplex FDM• Não linearidades presentes no multiplex.

TFM 91


Crosstalk

❒ Near-End Crosstalk (NEXT)❒ Far-End Crosstalk (FEXT)

TFM 92


Ruído❒ Ruído branco Gaussiano

❍ amplitudes do ruído seguem a função densidade de probabilidade Normal (Gaussiana)

❍ é um sinal “totalmente aleatório” porque duas amostras distintas são não correlacionadas.

❍ fontes: ruído térmico em componentes elétricos, bateria da central

❒ Ruído impulsivo, produzido, por exemplo, por transientes de comutação (centrais eletromecânicas).

❒ Ruído de quantização nos terminais digitais de voz

TFM 93


Ruído❒ Sinais presentes em certas frequências da banda de

voz (4 kHz) perturbam o assinante mais do que outros.❍ Portanto, medidas práticas do valor rms do ruído (ou da

interferência) devem levar em conta os efeitos subjetivos do ruído bem como o seu nível de potência.

❍ Filtros que modelam a resposta em frequência do conjunto ouvido humano + terminal:

• C-message (EUA)• psofométrico (ITU-T).

TFM 94


Filtro Psofométrico e C-Message

TFM 95


Ruído Psofométrico❒ Uma determinada Prática Telebrás diz que

❍ “ruído psofométrico – medido no lado a 2 fios (...), não deve ser superior a 70 dBmp em 600 ohms.”

❒ PdBmp

= 10 log PmW

: unidade de potência de ruído psofométrico (sinal que foi ponderado pela curva psofométrica)

❒ 1 mW corresponde a uma tensão de 0,775 V numa carga de 600 ohms

❒ Potência de referência para ruído: 1pW = -90 dBm❍ X dBrn = -90 + X dB

❒ Obs.: nível de potência de sinal se expressa em mW.

TFM 96


Especificação da qualidade de um circuito analógico de voz❒ Não é especificado em termos de SNR

❍ ruído de baixa potência pode incomodar durante pausa❍ ruído de alta potência pode ser imperceptível durante a

fala ❍ Logo, é importante medir o nível absoluto da potência

do ruído❒ Objetivos de níveis máximos de ruído para a rede

analógica da AT&T❍ 28 dBrnC para conexões de até 60 milhas❍ 34 dBrnC circuitos de 1.000 milhas

TFM 97


Tabela para conversão de níveis de potência de ruído

TFM 98


Distorção❒ Algumas distorções são introduzidas por não

linearidades presentes no sistema:❍ Microfones de carvão❍ Amplificadores saturados

❒ Outras são lineares por natureza e podem ser caracterizadas no domínio da frequência❍ Distorção de amplitude❍ Distorção de fase

TFM 99


Distorção de amplitude❒ Pode ser introduzida pelos filtros de banda lateral dos

sistemas FDM❒ Par metálico

❍ Minimizada pela pupinização

Distorção de fase❒ Se frequências distintas viajam com velocidades

diferentes pelo canal, então o sinal recebido é uma versão distorcida da forma de onda original

❍ Qualquer desvio da característica de fase linear é denominado distorção de fase

❍ Pouco impacto para telefonia analógica❍ Grande impacto para telefonia digital

TFM 100


Resposta de fase de uma ligação interurbana

TFM 101

Eco❒ A reflexão do sinal transmitido (acoplamento no caminho de

retorno) origina o eco.❒ O eco é portanto uma versão atrasada e distorcida do áudio

original que degrada a qualidade da comunicação❒ Quando o eco é repetidamente acoplado de volta no caminho

direto e o ganho do loop em alguma frequência é maior do que 1 ocorre o singing.

RPTC B A

Tx

Rx

Rx

Tx

Voz de B

Voz de A

Eco da Voz de B


TFM 102

Fontes de Eco❒ Descasamento de impedâncias na híbrido (4/2 fios)❒ Eco acústico: microfone de A capta som recebido de

B e realimenta uma versão atrasada de B no sentido inverso

Cancelador de eco

microfone

Alto-falante

Sinal recebido

Sinal “descontaminado”

Sinal local

Eco

TFM 103

Eco Híbrido❒ Descasamento de impedâncias na transformação de

2 para 4 fios na central de comutação (terminação da rede)

2 fios4 fios2 fios

TFM 104

Eco❒ Eco não incomoda se atraso é menor do que 25 ms❒ Sensação piora com aumentos da amplitude e RTT

WANWAN PBXPBX

GW GWFXO:FXS FXO:FXS

Enlace analógico

E&M

Enlace analógico

E&M

analógico analógicodigital

eco não é perceptível(atraso é pequeno)

eco pode ser perceptível

TFM 105

Eco❒ Escutar a sua própria voz é um fator de segurança

para o interlocutor (sidetone); mas o atraso passa a causar problemas (interrupções e quebra da cadência da conversação) se for maior do que 25 ms

❒ Cancelador de eco❍ Filtro digital adaptativo modela o sinal recebido x❍ Criação de uma versão local do eco x’❍ Subtrai a versão local do eco do eco real

x – x’ ≅ 0 ❍ Implementação com DSP

TFM 106

Supressor de Eco

TFM 107

Supressor de Eco ❒ Mede a energia em cada sentido e insere perda de 35

dB no sentido reverso para cancelar o eco❍ circuito fica half-duplex❍ Desvantagem: bloqueio do início de segmentos da fala

do locutor “B” quando “B” começa a falar antes da finalização dos segmentos de fala de “A”.

❍ Tempo de chaveamento: 2-5 ms

TFM 108

Cancelador de Eco

TFM 109

Cancelador de Eco Cancelador de eco❒ Mantém a característica full-duplex do circuito❒ Modems na banda de voz full-duplex (V.32 em diante)

incorporam canceladores de eco❍ canceladores de eco na rede são desnecessários e

podem ser desativados por meio do envio de um tom modulado de 2100 Hz

❒ Como o custo dos DSPs caiu drasticamente, é o método amplamente usado hoje em dia.

TFM 110

Sumário





TFM 111

Digitalização da VozTeorema da Amostragem de Nyquist ❒ Se um sinal analógico é amostrado em intervalos

regulares de tempo a uma taxa maior do que duas vezes a maior freqüência significativa do sinal, então as amostras contém toda a informação do sinal original. O sinal original pode ser reconstruído a partir do sinal amostrado pelo uso de um filtro passa-baixas (filtro de reconstrução)

Sinal analógico Filtro

passa-baixas Amostrador Quantizador CodificadorPCM

Sinal digital

TFM 112

Digitalização da Voz

3,0

1,2

6,2

1,3

5,8 6,0 5,2

Pulsos PAM

TFM 113

Digitalização da Voz

3,0

1,2

6,2

1,3

5,8 6,0 5,2

3,0

1,2

6,2

1,3

5,8 6,0 5,2

3

1

6

1

6 6 5

011 001 110 001 110 110 101

3

1

6

1

6 6 5

011 001 110 001 110 110 101Pulsos PCM

❒ Amostras são quantizadas e codificadas por um conjunto de bits

TFM 114

Digitalização da VozPCM (G.711) ❒ 256 níveis de quantização (± 5V)❒ 8.000 amostras/segundo❒ 8 bits por amostra❒ 64 kbps

Outros métodos❒ Differential PCM (DPCM)❒ Adaptive PCM (G.726)

TFM 115

Digitalização da VozDPCM ❒ Codificam-se apenas as diferenças entre amostras

adjacentes (4 bits)❒ Mantém-se a precisão sem necessidade de aumento

de banda passante❒ Economizam-se 4 bits

0

10

t

TFM 116

Digitalização da VozADPCM (G.726) ❒ Combina o método DPCM com o PCM adaptativo❒ Níveis de quantização são adaptados à forma do

sinal de entrada. O tamanho do passo de quantização aumenta quando uma seqüência íngreme do sinal se mantém por tempo suficiente

TFM 117

CODECs❒ ITU-T G.711: PCM – taxa de 64 kbps❒ ITU-T G.726: ADPCM – taxas de 16, 24, 32 e 40

kbps❒ ITU-T G.728: Low-Delay Code-Excited Linear

Prediction (LD-CELP) – taxa de 16 kbps❒ ITU-T G.729: Algebraic Code-Excited Linear

Prediction (ACELP) – taxa de 8 kbps❒ ITU-T G.723.1: Multi-Pulse MultiLevel

Quantization (MP-MLQ)-ACELP – taxas de 5,3 e 6,3 kbps

❒ iLBC (Internet Low BitRate Codec): 13,33 e 15,2 kbps (usado pelo Skype, Google Talk, MSN Messenger)

TFM 118

Sumário





TFM 119

Definição❒A sinalização telefônica é

formada pelo conjunto de sinais, mensagens e protocolos, necessários para estabelecer a troca de informação entre sistemas de comunicação

Sinalização Telefônica

TFM 120

Funções da sinalização:❒ Estabelecimento das conexões❒ Finalização de chamadas (desconexões)❒ Comandar início/fim dos registros de

bilhetagem❒ Supervisões referentes aos diversos tipos de

ligações telefônicas


TFM 121


Métodos de sinalização usados na RPTC:❒ Sinalização usuário-rede (user-to-network):

como um usuário final se comunica com a RPTC❒ Sinalização rede-rede (network-to-network):

como as centrais se comunicam entre si na RPTC

TFM 122

Etapas da Sinalização Telefônica Convencional

Central Local

1a etapa:sinalização acústica do assinante

Envio de dígitos do número chamado

Central Tandem

Central Local

3a etapa:sinalização de registradoresou de dígito

2a etapa:sinalização

de enlace ou tronco

PABX

4a etapa:sinalização de

enlace

5a etapa:sinalização de dígito

6a etapa:sinalização acústica do assinante

7a etapa:Atendimento do ramal chamado gera a sinalização para trás com

disparo da bilhetagem para cobrança da chamada

Sistema de Bilhetagem

TFM 123

Cenário com SIP Phone

Internet

Acesso à banda larga

PC com “SIP phone” Gateway/

roteador IP

Rede Telefônica

sinalização telefônica

convencional

TFM 124

Brasil (Prática Telebrás SPT 210-110-704)❒ Corrente de toque (CT)

❍ Sinal enviado para o terminal do assinante chamado, indicando que há uma chamada dirigida a ele

❍ Freqüência: 25 ± 2,5 Hz❍ Período de toque: 1.000 ± 100 ms❍ Período de silêncio: 4.000 ± 400 ms

❒ Tom de discar (TD)❍ Sinaliza para o terminal chamador que o número do

assinante chamado pode ser discado❍ Freqüência: 425 ± 25 Hz (tom deve ser contínuo)

Sinalização Acústica de Assinante

TFM 125

❒ Tom de Controle de Chamada (TCC)❍ Sinal enviado pela central de destino para o terminal

chamador que indica que a rota de comutação foi estabelecida e que o terminal chamado está livre

❍ Freqüência: 425 ± 25 Hz❍ Cadência: 1.000 ± 100 ms (toque), 4.000 ± 400 ms

(silêncio)


TFM 126

❒ Tom de Ocupado (TO)❍ Sinaliza para o terminal chamador que o número do

assinante chamado está ocupado❍ Freqüência: 425 ± 25 Hz❍ Cadência: 250 ± 25 ms (toque), 250 ± 25 ms (silêncio)


TFM 127


❒ Tom de Número Inacessível (TNI)❍ Sinal enviado ao terminal chamador indicando que a

chamada não pode ser completada ou prosseguir ❍ Para centrais que não possuem máquinas anunciadoras❍ Freqüência: 425 ± 25 Hz❍ Cadência: alternância de toques com durações de 250 ±

25 ms e 750 ± 75 ms, 250 ± 25 ms (silêncio) ❍ Para centrais analógicas, admite-se o envio do TO em vez

do TNI.

TFM 128

Telefone DTMF ou Multifreqüencial

1 2 3

4 5 6

7 8 9

* 0 #

697 Hz

770 Hz

852 Hz

941 Hz

1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz

TFM 129

Sinalização Intercentrais

❒ Ocorre quando mais de uma central local está envolvida no estabelecimento de uma chamada

❒ Há centenas de sistemas de sinalização intercentrais. A maioria foi desenvolvida apenas para uso nacional, enquanto alguns poucos foram aceitos e definidos pelo ITU-T e/ou ANSI como sistemas de sinalização padronizados

❒ Channel Associated Signaling – CAS (Sinalização Associada ao Canal): sinalização compartilha a linha com os sinais de voz❍ Linha❍ Entre registradores

TFM 130


Sinalização de Linha❒ Conjunto de sinais (supervisórios) destinados a

efetuar a ocupação e a supervisão dos circuitos que interligam duas centrais; permite, opcionalmente, o envio dos sinais de tarifação.

❒ Protocolos de Sinalização de Linha (Prática Telebrás 210-110-703)

• Por corrente contínua• E + M Pulsada, E + M Contínua• R-2 Digital

TFM 131


CentralLocal

Tronco E1

origem(A)

destino(B)

Obs.: 1) Meio físico p/ Tronco E1 = 1 par de cabos coaxiais (1 Tx e 1 Rx)2) Sinalização telefônica pode ser CAS ou CCS (vide explicação mais adiante)

CentralLocal

Centralde

Trânsito

Tronco E1

par trançado

par trançado

TFM 132


Sinalização R2 Digital❒ Circuito PCM de 2.048 kbps possui 32 janelas de

tempo ou time slots (TS0 a TS31)❒ 1 frame (quadro) contém 32 time slots

❍ TS 16: sinalização e alinhamento multiquadro

...0 1 2 15 16 17 ... 30 3118

Alinhamentode quadro

Alinhamento de multiquadro e sinalização

1 quadro (125 µs): 32 canais

1 canal PCM: 8 bits1 bit: 488 ns

TFM 133


Sinalização R2 Digital❒ 1 Multiquadro contém 16 quadros

❍ TS16 contém sinalização para 2 canais de voz❍ Cada canal de voz utiliza 4 bits: (af, bf, ab, bb)❍ (af, bf) = p/frente; (ab, bb) = p/ trás

Quadro 0 Quadro 1 Quadro 2 Quadro 14 Quadro 15

1 Multiquadro (2 ms)

sinalização TSs 1/17

sinalização TSs 2/18

sinalizaçãoTSs 15/31

sinalizaçãoTSs 14/30

Alinhamento multiquadro

16 16 16 16 16

TFM 134


Sinalização entre Registradores❒ Roteamento do tráfego telefônico❒ Definição (Prática Telebrás SPT 210-110-702)

❍ É o conjunto de sinais correspondentes ao envio e à recepção das informações, devidamente ordenadas, destinadas ao estabelecimento das chamadas através dos órgãos de comutação, das informações referentes às condições particulares dos assinantes chamador e chamado e das informações referentes aos circuitos e órgãos envolvidos

❒ Controla o estabelecimento da chamada (números envolvidos, categoria do assinante, etc.)

❒ Trafega pelos canais de voz

TFM 135


❒ O Brasil adota a sinalização multifreqüencial entre registradores, em que duas freqüências (uma “baixa” e outra “alta”), pertencentes a dois conjuntos distintos de baixas e altas freqüências, são combinadas para formar 15 sinais diferentes (dígitos ou categorias)

❒ Registrador = subsistema da central responsável pela transmissão e recepção dos sinais de registro

❒ Registrador é um recurso comum em uma central

TFM 136


❒ Dois registradores são conectados em um janela de tempo (time slot), somente durante a fase de sinalização entre registradores

❒ Tempo médio de ocupação do recurso de 2 a 4 segundos por chamada

Central Local

Central Local

MFDTMF CT

TFM 137


Juntor

Central CentralJuntor

para frente

para trás

Sinalização de linha

origem(A)

destino(B)

Sinalização de dígitos entre registradores

Registrador Registrador

Obs.: juntor = interface entre a linha e a central

TFM 138

Exemplo de Sinalização CAS

Off hook(fora do gancho )Tom de discar

#B = “1234” Ocupação (sinal de linha)

Informação de Roteamento (sinalização entre Registradores)

Confirmação de Ocupação (sinal de linha )

Tom de Controle de Chamada

Corrente de Toque

B AtendeSinal de Atendimento

(sinal de Linha)Conversação

On hook (no gancho ) Desligar para frente

(sinal de Linha)

Libera linha (sinal de Linha ) On hook

(no gancho)

Sinalização Intercentrais (CAS)

Sinalização do Assinante

Sinalização do Assinante

TFM 139


Sentido dos sinais de linha

SINAL DE LINHA SENTIDO

Ocupação Para frenteAtendimento Para trás

Desligar para trás Para trásDesligar para frente Para frente

Confirmação de desconexão Para trásDesconexão forçada Para trás

Tarifação Para trásRechamada Para frente

Bloqueio Para trás

TFM 140


Alternativas de utilização dos sistemas de sinalização de linha

Tecnologia de Comutação →

Tecnologia de Transmissão ↓

Analógica Digital

Cabo metálico de pares Sinalização por ---------Corrente Contínua

FDM E + M pulsadaE + M contínua

digital E + M pulsadaE + M contínuaR-2 Digital

TFM 141


CCS - Common Channel Signaling ❒ CCS (Sinalização po Canal Comum) utiliza um

circuito dedicado, comum, de sinalização❒ O canal é dito comum porque contém mensagens de

sinalização (datagramas) referentes a várias chamadas telefônicas

❒ ITU-T especificou em 1968 o Signaling System No. 6 (Sistema de Sinalização #6 - SS6), que destinava-se principalmente ao tráfego internacional. AT&T implementou uma versão modificada denominada Common-Channel Interoffice Signaling - CCIS

TFM 142

Sinalização Intercentrais❒ AT&T desenvolveu o Sistema de Sinalização #7

(SS7) em 1975; ITU-T adotou o SS7 como padrão em 1980

❒ Rede SS7 é uma rede de pacotes❒ SS7 pode dar suporte a serviços da ISDN e da

PLMN

Central Local

Central Local

CCSDTMF CT

TFM 143

Sinalização IntercentraisVantagens do SS7❒ Atraso pós-discagem reduzido

❍ Um único canal comum de sinalização pode tratar toda a sinalização entre duas centrais para aproximadamente 2.000 janelas de tempo de voz, o que representa cerca de 60 enlaces PCM

❒ Permite Interconexão com a Rede Inteligente (Intelligent Network - IN), que oferece serviços do tipo 0800, votação eletrônica, telefonia pré-paga, VPN, portabilidade de número, etc

❒ Confiabilidade❒ Flexibilidade❒ Excelente relação custo-benefício

TFM 144

SS7

❒ Desmembramento da rede❍ Rede de Sinalização SS7 (plano de sinalização)❍ Rede de Transporte (plano de transporte)

Processador ProcessadorTerminal

de Dados

Terminal de

Dados

.

.

.

Central A Central B

Enlace de Dados (canal comum)

Circuitos de Voz

TFM 145

SS7

Enlace de Sinalização


Enlace de VozA

B

C

❒ Rede SS7 é composta por Enlaces de Sinalização e Centrais Telefônicas que “falam” SS7 (“Centrais SS7”)

❒ Central SS7 = Service Switching Point - SSP

TFM 146

SS7

❒ Signaling Transfer Point – STP❍ Stand-alone (só encaminha msg’s SS7)❍ Integrado (pode originar ou receber msg’s SS7)


SSP A

SSP B SSP C

SSP D

STP

TFM 147

SS7

❒ Service Control Point – SCP❍ Interface entre a rede SS7 e as bases de dados

usadas pelas operadoras❍ Elemento-chave para entregar aplicações IN

sobre a RPTC

STP STP

STP STP

SSP SSP

SCPSCP

TFM 148

Modos de Sinalização

SSP SSP

sinalização

chamadas

STP STP

SSP SSPchamadas

sinalização

sinalizaçãosinalização

STP

SSP SSPchamadas

sinalização

associada

não- associada

quase- associada

TFM 149

Redes SS7Bases de Dados na Rede SS7❒ Base de dados 800

❍ Informações de roteamento p/ 800, etc.❒ Base de dados de informações de assinantes❒ Base de Portabilidade Numérica Local❒ Home Locator Register (HLR)

❍ Redes celulares❍ Armazena informações como localização atual do celular,

cobrança e informações do assinante❒ Visitor Locator Register (VLR)

❍ Redes celulares❍ Armazena informações sobre assinantes que estejam em

roaming fora de sua rede de origem

TFM 150

Pilha de Protocolos SS7

TFM 151

❒ MTP1 corresponde à camada 1 (Física) do modelo OSI (ex.: tronco E1, canal de 64 kbps)

❒ MTP2 = camada 2 (Enlace)❍ Frame = Signaling Unit (SU), que possui tamanho

variável• Fill-In Signal Unit (FISU)• Link Status Signal Unit (LSSU)• Message Signal Unit (MSU): transportam o payload

de msg’s das camadas superiores (como SCCP, TUP, ISUP e TCAP)

❍ Delimitação de SU❍ Detecção de erros c/ CRC-16 c/ solicitação de

retransmissao (ARQ) ❍ Controle de fluxo

Message Transfer Part (MTP)

TFM 152

Message Transfer Part 3❒ MTP3 = nível 3 do SS7 (parte da L3 do OSI)

❍ Roteamento de mensagens de controle de chamadas (sinalização de circuito)

❍ Cada nó é identificado por um Code Point❒ O Protocolo MTP3 é dividido em 2 funções

principais❍ Signaling Message Handling (SMH) – roteia as

mensagens SS7 em condições normais de operação❍ Signaling Network Management (SNM) – re-roteia o

tráfego do enlace no caso de condições de falha da rede: Gerenciamento de Enlace, Gerenciamento de Rotas e Gerenciamento de Tráfego

TFM 153

Signaling Connection Control Part (SCCP)

❒ SCCP provê funcionalidades adicionais da camada de rede (L3) do modelo OSI❍ Roteamento de sinalização não-relacionada a

circuitos - noncircuit-related (NCR): chamadas 0800, Portabilidade Numérica Local, mobilidade, roaming e SMS em redes celulares

❍ Métodos alternativos e mais flexíveis de roteamento❍ Serviços de transferência de dados orientados à

conexão ou não-orientados à conexão❍ Segmentação/remontagem de datagramas

❒ SCCP + MTP = Network Services Part (NSP) = L3❒ Muito usado em redes celulares

TFM 154

Pilha SS7 usada em Redes GSM

TCAPDTAP BSS-

MAP

MAP

ISUP

SCCP

MTP3

MTP2

MTP1

NSP

BSSAP

BSSAP = Base Station Subsystem Mobile Application PartDTAP = Direct Transfer Application PartMAP = Mobile Application Part

TFM 155

IDSN User Part (ISUP)❒ O protocolo ISUP é o responsável pelo

conexão/desconexão e pelo gerenciamento de todas as chamadas de voz e dados na RPTC

❒ Também é usado em redes celulares para conexões de troncos

❒ O ISUP foi criado para prover sinalização rede-rede compatível com a sinalização ISDN de acesso

❒ Atualmente, o ISUP também é usado como protocolo de sinalização para tráfego não-ISDN; de fato, a maior parte do tráfego sinalizado pelo ISUP é originado por terminais analógicos

❒ Benefícios do ISUP: velocidade (menor “post-dial delay”), padronização

TFM 156

Outros Protocolos da Camada 4 do SS7❒ TUP (Telephone User Part): conexão/desconexão e

gerenciamento de chamadas de voz (é anterior ao ISUP). O TUP suporta somente chamadas do tipo POTS - plain old telephone service (não suporta dados). Está sendo substituído pelo ISUP em vários países

❒ TCAP (Transactional Capabilities Application Part) suporta a implantação de serviços AIN (Advanced Intelligent Network)

❍ Pontos de sinalização trocam mensagens ❍ SSP utiliza TCAP para consulta (query) do SCP. Exemplo:

qual é o número roteável associado a um determinado 0800?

TFM 157

TCAP

SSP

STP

STPSCP

SCP

Query 800

Query 800

Informação da Rota

Informação da Rota

TFM 158

Sumário





TFM 159

Telefonia Celular❒ Outubro/1983: Chicago, IL ❒ Sistema celular consiste de Estações Rádio-Base

(ERB) ou estações-base conectadas a uma central telefônica denominada Mobile Telephone Switching Office (MTSO) ou Mobile Switching Center (MSC)

❒ Quando o usuário se move da célula “A” para a célula “B”, a MTSO chaveia a conexão pela interface aérea para a ERB “B”, de modo a manter a uma conexão contínua com a RPTC. ❍ handoff

TFM 160

Telefonia Celular

Topologia

TFM 161

Telefonia Celular❒ Estação móvel

❍ Contém um transceptor, uma antena e circuitos de comunicação.

❍ Veículo ou unidade portátil de mão.❒ ERB

❍ Possui vários TX e RX que tratam simultaneamente das comunicações duplex.

❍ Várias antenas de transmissão e recepção.❍ É uma ponte entre todos os usuários móveis da célula e

conecta as chamadas móveis simultâneas à MSC.

TFM 162

Telefonia Celular❒ MSC

❍ Coordena as atividades de todas as ERBs e conecta o sistema celular à RPTC.

❍ MSC típica trata de 100 mil assinantes de celular e de 5 mil conversas simultâneas de uma só vez, além de acomodar todas as funções de cobrança e manutenção do sistema.

❒ Reuso de canais de frequência dentro de uma área❍ antenas diretivas nas ERBs❍ sinal irradiado por ERBs “distantes” sofre grande atenuação

• permite que um determinado canal seja reusado em uma das células de um grupo de 7 células

TFM 163

Telefonia Celular

Padrões de reuso

TFM 164

Telefonia Celular

Cobertura com o padrão de reuso de 7 células

TFM 165

Telefonia Celular

Comunicação ERB x estações móveis❒ Common Air Interface (CAI) ou interface aérea

comum especifica quatro canais diferentes❍ Forward Voice Channel (FVC): ERB → estação móvel

(voz)❍ Reverse Voice Channel (RVC): estação móvel → ERB

(voz)❍ Forward Control Channel (FCC): ERB → estação móvel

(controle) ❍ Reverse Control Channel (RCC): estação móvel → ERB

(controle)

TFM 166

Telefonia Celular

Comunicação ERB x estações móveis❒ Canais de controle (FCC e RCC)

❍ Responsáveis por iniciar uma chamada móvel.❍ Também chamados de canais de configuração, pois

estão envolvidos apenas na configuração de uma chamada e na movimentação da chamada para um canal de voz que esteja livre.

❍ Transmitem e recebem mensagens de dados que transportam solicitações de início de chamada e de serviço, e são monitorados pelas estações móveis quando não têm uma chamada em andamento.

TFM 167

Telefonia Celular

Como é feita uma chamada para um telefone celular?❒ Quando o celular é ligado mas ainda não está

realizando uma chamada, ele primeiro varre o grupo de canais de controle direto para determinar aquele com sinal mais forte.❍ Reuso de frequência exige que FCCs em células vizinhas

sejam diferentes❒ Quando uma ligação é feita para um usuário móvel, a

MSC despacha uma solicitação para todas as ERBs no sistema celular. Número do assinante chamado é transmitido como uma mensagem de paging por todos os FCCs do sistema.

TFM 168

Telefonia Celular❒ A estação móvel recebe a mensagem de paging

enviada pela ERB que ela monitora e responde imediatamente pelo RCC.

❒ ERB repassa a confirmação enviada pelo móvel e informa a MSC sobre o handshake.

❒ MSC instrui a ERB para passar a chamada para um canal de voz livre dentro da célula (normalmente, entre 10 e 60 canais de voz são usados na ERB de uma célula).

TFM 169

Telefonia Celular❒ ERB sinaliza para a estação móvel que ela deve usar

um determinado par de canais FVC/RVC.❒ ERB envia para o móvel pelo FVC uma mensagem de

dados designada por alerta, que faz com que o terminal toque e o assinante atenda a chamada.

❒ Quando uma chamada está em andamento, a MSC ajusta a potência de transmissão da estação móvel e muda o canal da unidade móvel e das ERBs a fim de manter a qualidade da chamada enquanto o assinante entra e sai do alcance de cada ERB (handoff).

TFM 170

Telefonia Celular

Como é feita uma chamada a partir de um móvel?❒ Móvel envia solicitação de início de chamada pelo

RCC.❍ Número do telefone (Mobile Identification Number – MIN).❍ Número de série eletrônico (Electronic Serial Number –

ESN).❍ Número chamado.

❒ ERB envia dados para a MSC, que valida a solicitação, faz a conexão com a RPTC e instrui a ERB e o móvel a passar para um par FVC/RVC.

TFM 171

Telefonia Celular

Roaming❒ Todos os sistemas oferecem o serviço de roaming

❍ permite aos assinantes operar em áreas de serviço diferentes daquela na qual o serviço é assinado.

❒ Quando o móvel entra numa área de serviço diferente da sua, ele é registrado como visitante (roamer) nessa área de serviço. Isso ocorre sobre o FCC.

❒ A cada vários minutos, a MSC transmite um comando global para cada FCC no sistema, pedindo a todas as estações móveis que não estavam registradas que informem seus MIN e ESN pelo RCC.

TFM 172

Telefonia Celular

Roaming❒ Novos móveis, não registrados no sistema, periodicamente

enviam suas informações de assinante ao receber a solicitação de registro, e a MSC usa então os dados de MIN/ESN para solicitar o status de cobrança do Registro de Localização Doméstica (Home Location Register – HLR) a cada estação móvel em roaming. Se um visitante em particular possui autorização de roaming para fins de cobrança, a MSC registra o assinante como sendo um visitante válido.

TFM 173

Telefonia Celular

Roaming❒ Uma vez registrado, o móvel em roaming tem

permissão para receber e fazer chamadas dessa área, e a cobrança é encaminhada automaticamente para o provedor de serviço doméstico do assinante.

TFM 174

Sumário





TFM 175

Fundamentos de Telefonia IP

Objetivos

❒ Motivações para a Telefonia IP ❒ Conceitos básicos da tecnologia VoIP (Voice over

IP – Voz sobre IP)❒ Protocolos de sinalização

TFM 176

Fundamentos de Telefonia IP

Alguns esclarecimentos❒ VoIP x Telefonia IP

❍ VoIP refere-se às técnicas de empacotamento e transmissão de amostras de voz sobre redes IP e aos mecanismos de sinalização necessários ao estabelecimento de chamadas telefônicas naquelas redes (Ex.: Skype, Messenger)

❍ Telefonia IP é o termo genérico que está associado ao serviço de telefonia que utiliza a tecnologia VoIP; deve oferecer uma qualidade similar ao da telefonia (pública) convencional (Ex.: NET fone via EBT)

TFM 177

Transporte de Voz sobre a Internet

Motivações:❒ Comutação de circuitos “desperdiça banda

passante” dos enlaces❍ 50% de silêncio numa ligação telefônica

❒ Comutação de pacotes viabiliza multiplexação estatística dos pacotes

❒ Convergência (redução de custos operacionais)❒ Redução do custo da chamada telefônica❒ Serviços de comunicação multimídia

TFM 178

Roteadores IP x Centrais de Comutação Telefônicas❒ Sistemas VoIP: centrais de comutação

substituídas por roteadores IP/MPLS❒ Circuito virtual entre origem e destino❒ Roteamento

❍ Baseado no endereço IP de destino❍ Protocolos usados: OSPF, IS-IS e BGP4

❒ Tráfego agregado é heterogêneo❍ Telefonia IP❍ Dados❍ Vídeo

TFM 179

Roteador interligado com centrais públicas

GatewayTelefonia IP

GatewayTelefonia IP

GatewayTelefonia IP

Roteador IP

1 2

34 5

1: porta de entrada2: processador de pacotes IP3: tabela de rotas IP4: fila de saída5: porta de saída

TFM 180

ComparaçãoTelefonia Convencional❒ Comutação de circuitos❒ Desempenho, confiabilidade e disponibilidade adequados

para o serviço de telefonia Telefonia IP❒ Comutação de pacotes❒ Otimização da banda passantes dos enlaces

(multiplexação estatística)❒ Internet atual oferece um serviço de melhor esforço =>

não tem o desempenho (QoS), confiabilidade e disponibilidade da RPTC

❒ A Internet de próxima geração precisa ter uma arquitetura que garanta a QoS da telefonia

TFM 181

Empacotamento de Voz na Rede IP

❒ VoIP é uma aplicação de tempo real com interatividade

❒ Mídia de áudio gera tráfego contínuo com taxa constante

❒ Em uma conversação normal, pelo menos 50% da banda do canal é desperdiçada

❍ Quando utilizando a VoIP, é possível usar essa banda desperdiçada para outras aplicações quando a detecção de atividade de voz (Voice Activity Detection - VAD) é utilizada

❍ Compactação por detecção de silêncio gera tráfego em rajadas, mas o sinal de voz deve ser reproduzido no destino a uma taxa constante

TFM 182

Aplicação de Telefone por Internet

Exemplo ❒ áudio gerado = rajadas de voz alternadas com períodos

de silêncios (64 kbps durante rajada)

❒ pkts gerados somente durante rajadas (conservação da largura de banda)

❍ porções de 20 msec a 8 Kbytes/s: 160 bytes de dados

❒ adiciona cabeçalho da camada de aplicação a cada porção (chunk)

❒ Chunk+header encapsulado num segmento UDP

❒ Um datagrama UDP é enviado a cada 20 msec durante a rajada

TFM 183

Telefone p/ Internet: Perda e Atraso

❒ perda devida à rede: datagrama IP é perdido devido a congestionamento da rede (transbordamento de fila em roteador)

❒ perda devida ao atraso: datagrama IP não chega a tempo de ser reproduzido

❒ tolerância à perda de pacotes❍ codecs G.711 e G.729 requerem que a taxa de perda

de pacotes seja menor do que 1% para que a qualidade da ligação não seja comprometida – “toll quality” (fontes: Cisco Systems e Intel)

TFM 184

Atraso

Tipos de Atraso❒ Atraso de propagação❒ Atraso de enfileiramento❒ Atraso de processamento

Limites para atraso fim-a-fim (Rec. ITU-T G.114) ❒ 0 – 50 ms: alta qualidade❒ 50 – 150 ms: boa qualidade ❒ 150 – 400 ms: aceitável, porém com desconforto

perceptível (comunicação via satélite)❒ Acima de 400 ms: inaceitável!

TFM 185

Atraso fim-a-fim

TFM 186

transmissão taxa constante

Dad

os c

umul

ativ

os

tempo

jitter

recepçãono cliente

taxa de reprodução constante

atraso de reproduçãoD

ados

arm

azen

ados

Variação do Atraso - Jitter

❒ Diferença entre atrasos fim-a-fim de dois pacotes consecutivos pode ser maior do que 20 ms

TFM 187

Jitter (variação do atraso)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t (origem)

t (destino)

silêncio

surto

silêncio eliminado

introdução de silêncio

TFM 188

Variação do atraso

Eliminação do jitter❒ Preceder cada porção com um número de seqüência❒ Preceder cada porção com uma marca de tempo❒ Atrasar a reprodução de porções no receptor

packets

time

packetsgenerated

packetsreceived

loss

r

p p'

playout schedulep' - r

playout schedulep - r

TFM 189

Perdas de Pacotes

❒ Sistemas VoIP podem sofrer perdas de pacotes (transbordamentos de filas em roteadores), o que degrada a qualidade da conversação

❒ Aplicações de Telefonia IP usam esquemas de recuperação de perdas❍ FEC (Forward Error Correction) ou Correção de

Erros de Repasse: adicionar informações de redundância à corrente de pacotes original

❍ Intercalação: remetente rearranja a seqüência das unidades de áudio antes da transmissão, de modo que unidades originalmente adjacentes fiquem separadas por uma certa distância na corrente transmitida

TFM 190

Perdas de PacotesEsquema FEC• “Dar carona à informação redundante de baixa qualidade” • transmite corrente de qualidade mais baixa como informação redundante• Por exemplo, corrente nominal PCM/64 kbpse corrente redundante GSM/13 kbps.

• Receptor pode mascarar a perda desde que não haja perda consecutiva de pacotes.

TFM 191

Perdas de Pacotes

Intercalação❒ Porções são particionadas em

unidades❒ Ex.: porção de 20 ms possui 4

unidades de 5 ms❒ Pacote contém unidades de

porções diferentes

❒ se 1 pacote é perdido, ainda temos a maior parte de cada porção

❒ Aumenta atraso de reprodução

TFM 192

Real-Time Protocol (RTP)

❒ RTP especifica uma estrutura de pacote para encapsulamento de porções de áudio e vídeo

❒ RFC 1889.❒ Pacote RTP provê

❍ Tipo de carga útil❍ Número de seqüência do

pacote❍ Marca de tempo

❒ RTP roda nos sistemas finais.

❒ Pacotes RTP são encapsulados em segmentos UDP

❒ Interoperabilidade: se duas aplicações de telefonia IP rodam RTP, então os terminais poderão se falar

TFM 193

RTP roda sobre o UDP❒ Subcamada da camada 4❒ Escrever código ou❒ Usar Bibliotecas RTP (Java/C)

❍ Números de porta; endereços IP❍ Identificação do tipo de carga útil❍ Número de seqüência do pacote❍ Marcação de tempo

❒ RTP/UDP/IP❍ Cabeçalho total demanda 40 bytes = 12 RTP + 8 UDP + 20 IP

TFM 194

RTP e QoS

❒ RTP não incorpora nenhum mecanismo que assegure um atraso máximo fim-a-fim nem fornece quaisquer outras garantias de QoS

❒ Encapsulamento RTP só é visto pelos sistemas finais: não é visto pelos roteadores intermediários ❍ Roteadores que prestam o serviço de melhor

esforço não dão tratamento especial a pacotes RTP

TFM 195

Cabeçalho RTP

Payload Type (7 bits): indica o tipo de codificação adotado (PCM, ADM, LPC, etc.). A codificação pode mudar ao longo da sessão RTP.

Sequence Number (16 bits): incrementado de 1 para cada pacote RTP enviado

Timestamp field (32 bytes). Reflete o instante da amostragem do primeiro byte no pacote RTP. A marca de tempo é derivada de um relógio de amostragem no remetente.

SSRC field (32 bits long). Identifica a fonte da corrente RTP. Cada fonte de uma sessão RTP tem um SSRC distinto.

TFM 196

Real-Time Control Protocol (RTCP)

❒ Trabalha em conjunto com o RTP.

❒ Cada participante na sessão RTP transmite pacotes de controle RTCP para todos os outros participantes

❒ Cada pacote RTCP contém relatórios de remetente e/ou receptor

❍ Dados estatísticos que podem ser úteis para as aplicações

❒ Estatísticas incluem número de pacotes enviados, número de pacotes perdidos, jitter, etc.

❒ Realimentação pode ser usada para controlar desempenho

❍ Transmissor pode se adaptar às condições da rede

TFM 197

Session Initiation Protocol (SIP)❒ Protocolo IETF [RFC3261]Visão❒ Todas as chamadas telefônicas e sessões de vídeo-

conferência serão transportadas pela Internet❒ Identificação de usuários por meio de URLs

(Uniform Resource Locators) e não por números telefônicos

❍ sip:[email protected] ❍ sip:[email protected]

❒ Portabilidade/mobilidade❍ Usuários conseguem estabelecer chamada telefônica de

qualquer lugar do mundo, desde que tenham acesso à rede❍ Telefone SIP pode estar instalado num PC, num

smartphone, etc.

TFM 198

SIPObjetivo do IETF❒ Protocolo para estabelecimento e

gerenciamento de sessões para troca de fluxos multimídia entre aplicações

❒ Diferentemente do H.323, não é um sistema verticalmente integrado (o H.323 é uma pilha de protocolos)❍ O SIP é um protocolo da camada de aplicação da

pilha TCP/IP❍ De fato, o SIP é um protocolo da camada de

sessão (OSI)

TFM 199

SIPObjetivo do IETF❒ O SIP é um elemento que pode ser usado

em conjunto com outros protocolos e componentes na construção de uma arquitetura multimídia completa❍ RTP❍ Real-Time Streaming Protocol (RTSP)❍ Media Gateway Control Protocol (MEGACO)

[RFC 3015] para controle dos gateways com a RPTC

❍ Session Description Protocol (SDP)

TFM 200

Serviços SIP

❒ Estabelecimento de chamada❍ Permite que quem chama avise ao que é chamado que quer

iniciar uma chamada ❍ Participantes devem negociar codificação da mídia

❒ Mecanismos que permitem a quem chama determinar o endereço IP atual de quem é chamado

❍ Usuários recebem IPs via DHCP❍ Usuários se conectam por meio de vários dispositivos IP

❒ Mecanismos para gerenciamento das sessões❍ Adicionar novas correntes de mídia❍ Mudar codec’s❍ Convidar outros participantes❍ Transferir chamadas

TFM 201

Métodos SIP

TFM 202

Estabelecendo chamada para um IP conhecido mensagem SIP de Alice indica seu número de porta e IP. Sugere que Bob use o codec PCM lei µ (sobre RTP)

mensagem 200 OK de Bob indica seu número de porta, IP e codec GSM(sobre RTP)

msg’s SIP podem ser enviadas sobre TCP ou UDP; exemplo usou UDP

Porta default SIP = 5060

time time

Bob'sterminal rings

Alice

167.180.112.24

Bob

193.64.210.89

port 5060

port 38060µ Law audio

GSMport 48753

INVITE [email protected]=IN IP4 167.180.112.24m=audio 38060 RTP/AVP 0port 5060

200 OKc=IN IP4 193.64.210.89

m=audio 48753 RTP/AVP 3

ACKport 5060

TFM 203

Mensagem SIP INVITE

INVITE sip:[email protected] SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP 167.180.112.24From: sip:[email protected]: sip:[email protected] Call-ID: [email protected]: application/sdpContent-Length: 885

c=IN IP4 167.180.112.24m=audio 38060 RTP/AVP 0

Notas:❒ Similar à sintaxe do HTTP❒ Descrição usa o SDP ❒ Call-ID é único para cada chamada

• Alice não conhece IP atual de Bob; servidores SIP intermediários serão necessários

• Alice envia e recebe msg’s SIP usando a porta default 5060

• Linha “Via” contém o IP de Alice

TFM 204

SDP

❒ O SDP especifica apenas o formato para descrição das sessões

❒ Descrição é representada de forma textual utilizando a codificação UTF-8❍ H.323 usa representação binária, que economiza

largura de banda❒ Representação textual foi adotada para

facilitar a portabilidade, permitir uma variedade de formas de transporte e possibilitar que ferramentas baseadas em texto possam gerar/processar as descrições das sessões

TFM 205

Chamada para um IP desconhecido

TFM 206

Registro

Servidor de registro SIP❒ Quando Bob inicializa seu cliente SIP, o cliente

envia msg SIP REGISTER para o servidor de registro de Bob

REGISTER sip:domain.com SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP 193.64.210.89 From: sip:[email protected]: sip:[email protected]: 3600

Mensagem de Registro:

TFM 207

Proxy SIP

❒ Alice envia msg INVITE para o seu servidor proxy❍ contém endereço sip:[email protected]

❒ Proxy é o responsável pelo roteamento das msg’s SIP para Bob

❍ Possivelmente através de múltiplos proxies.

❒ Resposta de Bob percorre o mesmo conjunto de proxies (só que no sentido inverso).

❒ Proxy retorna a msg SIP de resposta para Alice ❍ contém IP de Bob

❒ O proxy é análogo a um servidor DNS local

TFM 208

Recomendação H.323

❒ Padrão ITU-T para áudioconferência e vídeoconferência entre hosts IP

❒ H.323 é uma especificação guarda-chuva: ❍ sinalização❍ registro❍ controle de admissão❍ transporte❍ codec’s

❒ H.323 impõe o RTP; no mínimo, cada terminal tem de suportar o G.711

TFM 209

Arquitetura do H.323

❒ Terminais❒ Gateways❒ Gatekeepers❒ Unidades de

controle multiponto (MCUs)

terminal

Gateway

RPTC

REDE IP

Gatekeeper

MCU

Gatekeeper é semelhante a uma entidade registradora SIP

TFM 210

Media Gateway Controller (MGC)

Controlador de gateway de mídia (agente de chamadas)

❒ Motivações❍ Concentrar a inteligência associada à sinalização

no MGC -> implementação de terminais mais baratos

❍ Tornar os gateways de mídia menos suscetíveis a mudanças na lógica do serviço, uma vez que estas serão conduzidas primordialmente pelo MGC

• Questão correlata motivou a especificação do SS7

TFM 211

Media Gateway Control Protocol (MGCP)❒ Protocolo mestre/escravo

❍ Gateways executam comandos enviados pelo MGC

❒ MGCs podem usar o MGCP para requisitar a geração de sinais em um gateway de mídia

❍ tom de discar, tom de ocupado, etc.

❒ Surgiu a partir da união dos protocolos SGCP (Single Gateway Control Protocol), desenvolvido pela Telcordia, e o IPDC (IP Device Control), desenvolvido pela 3Com, Alcatel e Cisco, dentre outras empresas.

❒ IETF não o considera como padrão❍ Padrão IETF é o Megaco/H.248

TFM 212

Interoperabilidade de redes de vozterminal

MGCMGC

Gateway de mídia

SIP/H.323SIP/H.323

SIP/H.323

mídia mídia

Protocolo de controle de gateway de

mídia REDE DE PACOTES

RPTC

mídia

TFM 213

MEGACO/H.248

❒ ITU-T e IETF têm trabalhado em conjunto na especificação de um protocolo padrão de controle de gateways de mídia

❒ Resultado mais recente é o Gateway Control Protocol, mais conhecido pelas siglas MEGACO (nome do grupo de trabalho no IETF) e H.248 (referenciando a série de recomendações do ITU-T)

❒ Surgiu a partir da união do MGCP com o MDCP (Media Device Control Protocol), desenvolvido pela Lucent

TFM 214

Signaling Transport (SIGTRAN)

❒ É um novo conjunto de padrões definido pelo IETF. O objetivo do SIGTRAN é prover o transporte confiável de protocolos de sinalização sobre redes IP

❒ SS7 over IP❒ Stream Control Transport Protocol

❍ TCP é inadequado para aplicações em tempo real❍ TCP é susceptível a ataques DoS

TFM 215

Modelo SIGTRAN

TFM 216

Interoperabilidade

❒ SIP é “O” sistema de telefonia IP❍ Mas é necessário interoperar com a RPTC e com

os sistemas baseados no H.323

❒ Gateway SIP x RPTC❍ Conversão de mídia ❍ Interoperação entre protocolos de sinalização

• SS7/ISUP

❒ Gateway SIP x H.323

Documents

Telefonia Fixa e Móvel - lcs.poli.usp.brablima/grad/tfm/slides/tfm-modulo1.pdf · de empacotamento de Voz sobre IP (VoIP) ... rádio p/ sinais de voz, transmitindo voz a uma distância