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Tutorial Jubarte telecomunicaçoes, para sistemas de comunicaçao por satelite, fibras opticas, radio enlance e VoIP
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Tutorial Jubarte telecomunicações
1. Introdução
Jubarte é um software de código aberto licenciado sobre a General Public License (GPL) que visa
desenvolver uma suíte completa de aplicações para cálculo e dimensionamento de enlaces e
sistemas telecomunicações. Este documento tem o objetivo de demonstrar as principais utilidades
e aplicações do software e introduzir conceitos básicos para utilização do aplicativo.
2. Origens - Projeto MUX Linux
Durante a graduação, desenvolvi o projeto de uma distribuição Linux voltada para o público de
engenharia elétrica/eletrônica, computação e telecomunicações. A distribuição reunia uma grande
quantidade de aplicativos de código aberto utilizáveis tanto a área acadêmica quanto a área
profissional.
Esta distribuição teve como base o saudoso Kurumin Linux 7.0 Light de Carlos Moritomo e
convenientemente recebeu o nome de "MUX". Mux é a abreviação de um elemento de rede de
telecomunicações chamado "Multiplexador", responsável por combinar vários fluxos de dados em
um único fluxo, daí veio a idéia de combinar inúmeros tipos de conhecimentos acadêmicos em uma
única distribuição Linux do tipo Live CD.
O projeto MUX seria dividido em duas fases:
1ª Fase
o Seleção dos melhores aplicativos de código aberto disponíveis para
inclusão na distribuição.
2ª Fase
o Desenvolvimento de aplicações que ainda não existentes para
telecomunicações.
Sendo assim, a 2ª fase do projeto Mux Linux se tornou o projeto Jubarte, sendo que a distribuição
Mux acabou por ser descontinuada. Esta decisão foi tomada partindo-se do princípio de que na
época, inúmeras distribuições Linux já eram suficientemente maduras e amigáveis o que acabaria
por tornar o trabalho um tanto quanto redundante e reduziria a eficiência do projeto Jubarte.
Muitos devem estar se perguntando o porque de o projeto Jubarte ter recebido este nome. O
princípio foi o de que a maioria dos grandes aplicativos open-source são representados por algum
animal (Pinguim para kernel Linux, raposa para o firefox, pomba para o Pidgin, elefante para o
PostgreSQL, lobo para o GIMP...), logo o software que visava dimensionar enlaces de comunicação,
precisava fazer referência a um animal que pudesse manter comunicações a longas distâncias,
sendo assim, a ideia veio de uma amiga microbióloga, segundo ela o canto da baleia jubarte pode
ser ouvido por outras baleias a 3.000Km de distância. Esta informação, não deixou margens para
dúvidas, o software estava batizado.
3. Instalação
O Jubarte é desenvolvido em linguagem Object-Pascal dentro do ambiente Lazarus utilizando o
compilador Free Pascal, o que torna o código extremamente simples de ser portado e executado em
vários sistemas operacionais diferentes.
3.1 Windows
Acessar o site do Jubarte, ir até a sessão Downloads e fazer o download do arquivo
Jubarte 098RC Setup.exe.
Executar o arquivo e seguir as instruções de instalação
Iniciar o aplicativo em Iniciar > Jubarte > Jubarte - Telecommunication Suite
Menu inicial do Jubarte no Windows
3.2 Ubuntu
Acessar o site do Jubarte, ir até a sessão Downloads e fazer o download do pacote
Jubarte 098RC.deb para distribuições Debian na versão 32 ou 64bits
o Também existe a opção de baixar o executável genérico compactado em
Tar.bz2.
Executar o arquivo e seguir as instruções de instalação
Executar o aplicativo em Aplicativos > Desenvolvimento > Jubarte
Menu inicial do Jubarte no Ubuntu Linux
3.3 Instruções de Compilação
Para compilar o aplicativo a partir do código fonte é preciso instalar o ambiente Lazarus
na versão 0.9.28 e o compilador Free-Pascal na versão 2.2.4 ou superior.
Fazer o download do código fonte no site do jubarte.
Dentro do ambiente Lazarus abrir o arquivo Project.lpi
Ir até o Menu Run > Run (F9)
O programa será compilado e o binário será gerado dentro da pasta "enlace" do código
fonte.
o No linux é preciso dar permissão de execução ao executável com o
comando:
chmod +x arquivo
4. Enlaces de Rádio de curta distância
O módulo de enlaces de rádio de curta distância foi o primeiro módulo desenvolvido para o Jubarte.
Ele visa calcular e dimensionar enlaces de rádio em visada direta e com distâncias de até 1Km.
Entenda-se por rádio como qualquer tecnologia de comunicação que utilize radiação eletromagnética
com frequência inferior ao da radiação infravermelha, neste caso tecnologias como Wi-Fi (802.11x),
WiMAX (802.16x) e Bluetooth (802.15x) se caracterizam como tecnologias de rádio, lembrando que
embora fisicamente seja possível fazer um enlace de 1Km através de tecnologia Bluetooth, o mesmo
não foi criado com este propósito, sendo que a tecnologia a ser utilizada deverá ser adequada a
situação e necessidade.
4.1 Diagrama em blocos de um sistema rádio ponto a ponto
A figura 2 demonstra um diagrama em blocos de um sistema de rádio ponto a ponto.
Figura 1 - Diagrama em blocos de um enlace de rádio ponto a ponto
Fonte: teleco.com.br
Para utilização do Jubarte no dimensionamento de sistemas de rádio ponto a ponto, serão
considerados os elementos: Transmissor, Linha de transmissão, Antena, Ruído de interferência e
Receptor.
Transmissor
Equipamento que recebe o sinal de uma fonte (PC, switch, roteador) , modulação do
sinal, filtra, amplifica e o envia para a linha de transmissão.
Em redes wireless este equipamento é um Access Point (AP).
A sua principal características é a potência de transmissão, medida em "dBm".
Receptor
o Equipamento que irá receber o sinal transmitido pelo transmissor.
o Suas principais características são a sensibilidade de recepção e a
potência, ambas medidas em "dBm".
Linha de Transmissão
o Linha que irá conduzir o a energia eletromagnética vinda do transmissor
até o elemento de irradiação (antena).
o Sua principal característica é a atenuação de sinal por unidade de
comprimento. Geralmente é medida em "dB/metro" ou "dB/Km".
o Diferentes tipos de cabos coaxiais vão oferecer diferentes níveis de
atenuação para diferentes frequências.
Antena
o Elemento que irá transformar a energia eletromagnética guiada pela linha
de transmissão em energia eletromagnética irradiada ou vice e versa.
o Existem várias características importantes para se dimensionar uma
antena, as principais são:
Diretividade
Define a capacidade da antena concentrar sua
energia irradiada em uma determinada direção
O Emprego de uma antena com alta diretividade
em uma direção específica, possui o mesmo
efeito de um aumento de potência no
transmissor.
Ganho da antena em determinado plano e direção, medido
em "dBi" ou "dBd".
o As figuras abaixo demonstram o diagrama de irradiação de uma antena
Yagi de 4 elementos simulado pelo software MMANA-GAL.
Figura 2 - Diagrama de irradiação horizontal e vertical
Figura 3 - Diagrama de irradiação tridimensional
4.2 Exemplo de Dimensionando de um enlace de rádio.
Condições de Simulação:
Lance de subida (Uplink)
o Enlace baseado em tecnologia 802.11g, utilizando o canal 6 (2.437 MHz).
o O enlace terá uma distância de 1Km
o O transmissor possui uma potência de 18dBm
o A linha de transmissão possui um comprimento de 10 metros e oferece
uma atenuação de ~1,058 dB/m para a faixa de frequência desejada.
o Neste enlace estão sendo utilizados 3 conectores, sendo que cada um
deles oferece uma atenuação de 0.1dB para esta faixa de frequência.
o A antena de transmissão foi adequadamente selecionada, apontada e
possui um ganho de 12dBi na direção desejada.
Lance de Descida (Downlink)
o O Receptor possui uma potência de 15dBm e uma sensibilidade de -80dBm
o Linha de transmissão possui um comprimento de 15 metros e uma
atenuação de ~1,058dB/m.
o Neste enlace estão sendo utilizados 3 conectores, sendo que cada um
deles oferece uma atenuação de 0.1dB para esta faixa de frequência.
o A antena receptora foi adequadamente selecionada, apontada e possui um
ganho de 12dBi na direção desejada.
A partir destas informações, vamos utilizar o módulo de rádio do Jubarte para verificar a viabilidade
do enlace e calcular uma série de informações importantes, como :
EIRP (Potência efetivamente irradiada)
o É a potência que será irradiada pela antena, considerando todas as
atenuações e ganhos do Uplink.
o Faixas de frequência do tipo ISM devem ser mantida em valores inferiores
a 1Watt (30dBm) dentro do Brasil.
Free Space Loss (Atenuação de espaço livre)
o É a atenuação que o sinal sofre durante a propagação pelo espaço.
Received Power (Potência Recebida)
o Valor estimado da potência a que o receptor vai receber.
Figura 4 - Viabilidade de enlace de rádio
É importante frisar que características adversas como chuva e desalinhamento das antenas podem
alterar a qualidade do enlace, logo um estudo e um projeto adequado podem evitar problemas
futuros.
4.3 Jubarte Power Analyser
A partir da versão 1.0, o jubarte passou a incluir uma ferramenta chamada de "Power Analyser" ou
"Analisador de potência". Ela foi construída com o intuito de plotar gráficos demonstrando o
decaimento de potência do sinal ao longo de todo o enlace previamente especificado, esta
ferramenta se mostra muito útil para se detectar rápidamente componentes de baixa eficiência do
projeto. A linha verde representa a potência do sinal medida em dBm em um determinado ponto, a
linha vermelha representa a sensibilidade do receptor. A figura 5 demonstra a análise de potência
do sinal simulado no ítem 4.2.
Figura 5 - Análise de potência ao longo do enlace de rádio
5. Enlaces de Rádio de longa distância
Enlaces de rádio de longa distância são bem mais complexos de se executar. Embora a física e a
matemática envolvidas para se fazer o dimensionamento do sistema sejam basicamente as mesmas,
a chance de o enlace ser obstruído por algum obstáculo (relevo, prédio, arvores, chuva, gases na
atmosfera...) ou mesmo pela própria curvatura da terra é muito grande caso o enlace não seja
corretamente dimensionado, e as antenas corretamente alinhadas.
O campo que propaga a energia entre duas antenas em visada direta, se distribui em forma elíptica
(elipsoide de revolução), sendo que esta região é conhecida como Elipsoide de Fresnel, que por sua
vez pode ser dividida em várias pequenas zonas ou pequenos elipsoides Para evitar que um enlace
seja obstruído é preciso garantir que o primeiro elipsoide de fresnel não esteja sendo "invadido" por
nenhum obstáculo.
Figura 6 - Zonas de Fresnel
O Jubarte ainda não suporta o dimensionamento de enlaces de rádio em longas distâncias, para isso
seria preciso consultar uma base de dados com informações topográficas de modo a traçar o perfil
do terreno verificar possíveis obstruções. No entanto, dentro do módulo de rádio existe um sub-
módulo que permite ter uma boa noção se o seu primeiro elipsoide está sendo ou não obstruído em
pequenas distâncias. Para isso basta selecionar a opção FRESNEL na parte superior da janela do
módulo de rádio.
Condições de Simulação:
Considerando as mesmas condições do exemplo anterior.
A duas antenas, estão localizadas a 30 metros de altura cada uma e perfeitamente
alinhadas e com visada direta.
A 300 metros de distância da primeira antena existe um condomínio de 25 metros de
altura.
A partir destas informações, vamos utilizar o sub-módulo de fresnel para verificar se o condomínio
está interferindo em nosso enlace, ou seja, interferindo no primeiro elipsoide de fresnel.
Figura 7 - Interferência no 1º Elipsoide de Fresnel
A partir desta análise, podemos ver que o condomínio está interferindo na primeira zona fresnel e
consequentemente impedindo o funcionamento ideal de nosso enlace, sendo assim devemos
providenciar alguma alteração neste cenário para que ele se torne viável. Sendo assim podemos
aumentar a altura das antenas ou então demolir o condomínio. :)
6. Enlaces de ópticos
Fibras ópticas são materiais feitos de vidro (sílica) que carregam sinais de luz ao invés de sinais
elétricos. A utilização de fibras ópticas para transmissão de dados veio da necessidade de se levar
grandes volumes de informação em curtos espaços de tempo através de longas distâncias. Este tipo
de cabeamento é muito utilizado em anéis baseados em tecnologia SDH (Subsíncronos Digital
Hierarchy), anéis metroethernet ou mesmo no core de um grande datacenter, viabilizando o uso de
tecnologias Gigabit Ethernet e 10 Gigabit Ethernet.
Figura 8 - Fibra óptica
Fonte: Wikipédia
Principais vantagens
o Altas taxas de transmissão, atualmente é possível transportar em fibras
ópticas aproximadamente 40Gbps, sendo esta velocidade limitada apenas
pelos equipamentos elétricos do sistema.
o Baixa atenuação, tipicamente 0,2dB/Km para um comprimento de onda
de 1550nm.
o Cabos com pesos e dimensões reduzidas
o Condutividade elétrica nula.
o Imunidade a interferências eletromagnéticas.
o Elevada qualidade de transmissão, sendo a taxa de erro de bit típica de
10-?, ou seja um bit errado a cada um 1 bilhão de bits.
o Segurança e sigilo nas transmissões, uma vez que não é possível captar o
sinal sem romper a fibra.
o Matéria prima abundante. O silício (Si) é um dos elementos mais
abundantes do planeta.
Principais limitações
o Fragilidade
o Custo pode ser elevado quando comparado a outros meios de transmissão.
o O fato de sua condutividade elétrica ser nula, impede o uso da fibra para
transmissão de energia para repetidores e amplificadores ao longo do
enlace.
o Dificuldade de se fazer emendas e conectores.
o Alto custo e complexidade para implantar e ampliar redes ópticas.
6.1 Diagrama em blocos de um enlace óptico
6.1.1 Multiplexador Elétrico
A figura 8 demonstra a topologia de um enlace óptico utilizando um multiplexador elétrico. Nesta
topologia os sinais de diferentes fontes são combinados e multiplexados para só então serem
convertidos em sinais ópticos.
Figura 9 - Topologia de um enlace óptico com mux elétrico
MUX / DEMUX
o Equipamento que recebe os sinais de diferentes fontes (radio, modem,
roteador) e os codifica em um único canal de informação. Multiplexadores
de sinais elétricos geralmente utilizam técnicas de multiplexação em
frequência (FDM) e tempo (TDM). Este equipamento juntamente com os
repetidores elétricos representam o gargalo para transmissão em fibras
ópticas.
Fonte óptica
o Faz a conversão do sinal elétrico em sinal óptico, podendo utilizar LED ou
LASER. A tabela demonstra as características de ambas as fontes.
o Funcionam com os comprimentos de onda mais adequados para
comunicações ópticas que são de 850nm, 1310nm e 1550nm.
o Principais características são a potência de transmissão (dBm) e a largura
espectral do pulso medida em nano metros (nm).
Característica LED LASER
Potência ~ -14dBm 1 dBm
Largura espectral 20 ~ 100 nm 0,05 ~ 1nm
Velocidade de
Modulação
Média Alta
Variações com
Temperatura
Baixa sensibilidade Alta sensibilidade
Vida útil ~10x maior que o laser ~10x menor que o LED
Ruído Médio-Alto Baixo
Custo Baixo Médio-Alto
Repetidor
o Corrige a atenuação sofrida pelo sinal óptico. Geralmente também possui
um regenerador de forma de onda para um sinal digital ou um filtro para
corrigir a forma de onda de um sinal analógico.
o Existem dois tipos de repetidor, o repetidor elétrico e o repetidor óptico.
o O repetidor elétrico trabalha apenas com sinais elétricos, sendo assim ele
converte o sinal óptico em sinal elétrico, realiza a amplificação e só então
o converte em sinal óptico novamente.
o O repetidor óptico realiza a amplificação do sinal óptico sem realizar
nenhum tipo de conversão, sendo muito mais rápido e eficiente.
Detector óptico
o É o receptor que faz a conversão do sinal óptico em sinal elétrico.
o Sua principal característica é a sensibilidade, medida em "dBm".
6.1.2 Multiplexador óptico
A figura 9 demonstra a topologia de um enlace óptico utilizando um multiplexador óptico. Nesta
topologia os sinais de diferentes fontes são combinados e multiplexados já na forma óptica.
Figura 10 - Topologia de um enlace óptico com mux óptico
MUX / DEMUX
o Equipamento que recebe os sinais de diferentes fontes (radio, modem,
roteador) e os codifica em um único canal de informação. Multiplexadores
de sinais ópticos utilizam técnicas de multiplexação baseadas em
comprimentos de onda (WDM e DWDM).
6.2 Modos de propagação
Em um guia de ondas cilíndrico e dielétrico na faixa da luz como a fibra óptica, a transmissão de
energia se faz através de diversas distribuições possíveis dos campos elétricos e magnéticos, sendo
assim, cada distribuição possível (trajetória de cada raio de luz) corresponde a um modo de
propagação. Quanto maior o número de modos se propagando em um guia de onda, maior a
probabilidade destes modos se interferirem de maneira destrutiva e também maior a dispersão do
sinal ao longo do enlace, logo quanto menor a quantidade de modos de propagação melhor.
Figura 11 - Modos de propagação em uma fibra
A definição da quantidade de modos de propagação em uma fibra está fora do escopo deste
documento, porém em poucas palavras, podemos dizer que fibras multimodo (vários modos de
propagação) carregam menores taxas de transmissão devido a maior quantidade de atenuação e
dispersão, por isso são utilizadas apenas em redes locais devido ao seu baixo custo, entretanto a
tendência é que as fibras multimodo desapareçam pois o seu preço está se tornando próximo do
custo das fibras monomodo, que conseguem carregar maiores taxas de transmissão por maiores
distâncias.
6.3 Análises em sistemas ópticos
6.3.1 Análise de potência
Esta análise verifica se a energia contida no sinal ao fim do enlace é suficiente para sensibilizar o
receptor. Neste caso se leva em consideração a potência utilizada pela fonte óptica (dBm) e a
atenuação sofrida pelo sinal ao longo do enlace, considerando a atenuação natural da fibra (dB/km)
assim como as perdas em emendas e conectores.
Figura 12 - Análise de potência no sinal óptico
6.3.2 Análise de dispersão
Dispersão é uma alteração na forma de onda do sinal óptico, resultando na alteração no tempo de
duração do sinal de saída em relação ao sinal de entrada. Existem vários tipos de dispersão, sendo
elas:
Dispersão Modal - Ocorre em fibras multimodo pelo fato de cada modo de propagação
percorrer diferentes trajetórias no interior da fibra. Medida em [Ns / km]
Dispersão Cromática - Acontece em fibras monomodo e multimodo, ocorre devido
ao fato de cada comprimento de onda chegar ao final da fibra em diferentes instantes
de tempo. Medida em [ps / (nm * km)]
Dispersão de modo de polarização - Ocorre em fibras monomodo, causada por
efeitos de tração, torção, compressão e curvaturas que perturbam a simetria circular
da fibra, causando diferença de velocidade entre as polarizações. Medida em [ps / sqrt
(km)]
Uma fonte óptica não gera um único comprimento de onda, mas também uma série de
comprimentos de onda "indesejáveis" bem próximos do valor a ser trabalhado, logo quanto menor
a quantidade de comprimentos de onda melhor, a este conceito chamamos de "Pureza espectral" e
varia de acordo com o tipo de fonte utilizada. Fontes ópticas baseadas em LASER possuem uma
maior pureza que as fontes baseadas em LEDs.
Figura 13 - Pureza espectral da fonte
A velocidade de propagação do sinal no interior de uma fibra óptica varia com o seu comprimento
de onda, como temos vários comprimentos de onda viajando pelo interior da fibra é de se esperar
que cada um deles chegue ao final do enlace em instantes diferentes criando um alargamento
temporal do pulso, a este efeito chamamos de "Dispersão cromática".
Figura 14 - Dispersão no tempo
O alargamento temporal de um sinal deve ser mantido tipicamente em um valor inferior a 25% do
tempo de duração de 1 bit, logo se o sinal a ser transmitido for do tipo Fast Ethernet (100Mbps),
cada bit terá a duração de 10ns, logo o alargamento temporal máximo deve ser de 2,5ns.
6.4 Exemplo de dimensionamento em sistemas ópticos
Condições de simulação:
Fonte óptica
Tipo Laser
Comprimento de onda de 1310nm
Largura espectral de 1nm
Potência de 0dBm
O sinal possui uma taxa de transmissão de 100Mbps
Fibra óptica
Tipo monomodo
Diâmetro do núcleo (N1) de 9 um (micrômetros)
Índice de refração do núcleo (1,5) e índice de refração da casca (1,496)
Comprimento do enlace 100Km
Dispersão cromática de 3ps / nm * Km
Atenuação de 0.3dB/Km
Considerar atenuação de 2dB em conectores e emendas
Receptor óptico
Sensibilidade de -33dBm
A partir destas informações vamos utilizar o módulo de enlaces ópticos do Jubarte para verificar a
viabilidade do enlace quanto a potência e quanto a dispersão. O jubarte irá calcular a potência
estimada recebida pelo receptor, a dispersão no tempo sofrida pelo sinal e também definir o perfil
da fibra óptica em uso a partir de suas características.
Obs: O campo que seleciona o tipo de fibra serve apenas para habilitar e desabilitar os tipos de
dispersão inerentes a cada tipo (monomodo ou multimodo), devendo ser removido em futuras
versões do software.
Figura 15 - Módulo de enlaces ópticos do Jubarte
6.4.1 Jubarte Power Analyser
O Power Analyser funciona para o módulo de fibras ópticas da mesma forma que no módulo de
rádio, ele possui o intuito de plotar gráficos demonstrando o decaimento de potência do sinal ao
longo de todo o enlace óptico previamente especificado, esta ferramenta se mostra muito útil para
se detectar rápidamente componentes de baixa eficiência do projeto. A linha vermelha no gráfico
representa a sensibilidade do receptor. A figura 16 demonstra a análise de potência do sinal
simulado no ítem 7.4.
Figura 16 - Análise de potência ao longo do enlace óptico
7. Enlaces via satélite
Quando estamos lidando com links de comunicação através de centenas ou milhares de quilômetros,
o investimento necessário para criar uma infraestrutura baseada em fibras ópticas ou mesmo em
estações repetidoras de rádio pode se tornar proibitivo e inviável economicamente, neste tipo de
situação o uso satélites artificiais em órbitas geoestacionárias dispensa todos estes investimentos,
tornando possível atingir até mesmo áreas remotas e pouco povoadas. Dentre as principais
aplicações de comunicações via satélite é possível destacar:
Fornecimento de serviços de áudio, video e dados
Redes ponto-a-ponto ou ponto-multiponto com tráfego simétrico ou assimétrico
Permite broadcast de sinal.
Ampla cobertura nacional e internacional
Oferece qualidade e preço independente de distância
Alta confiabilidade e disponibilidade, sendo esta último maior que 99,8% ao ano na
maioria dos casos.
7.1 Topologia Básica
Figura 17 - Topologia de sistema de comunicação via satélite
7.2 Órbitas de satélites
"A órbita é a trajetória que um corpo percorre em redor de outro sob a influência de alguma força,
sendo esta normalmente gravítica"
Fonte: Encyclopædia Britannica
Existem diferentes tipos de órbitas para diferentes tipos de aplicações de satélites, sendo elas:
LEO - Low Earth Orbit
MEO - Medium Earth Orbit
GEO - Geostationary Earth Orbit
A tabela abaixo demonstra as principais diferenças entre elas.
Característica GEO MEO LEO
Altura de órbita 35.786 km 5.000 ~ 20.000
km
500 ~ 2000 km
Período de órbita 24 horas 5 ~ 12 horas 1 ~ 2 horas
Velocidade 11.070 km/h ~16.000 km/h ~27.000 km/h
Visibilidade no
céu
24 horas 2 ~ 5 horas 10 ~ 15 min
Delay típico 250ms 133ms 6ms
Uso típico
Serviços Fixos
(TV, redes ponto
a ponto...)
Posicionamento
(GPS), navegação
e sincronismo de
redes
Serviços Móveis
(Telefonia via
Satélite)
Um satélite em órbita GEO, sem nenhum tipo de processamento abordo é basicamente uma estação
repetidora de sinal no espaço, cujas principais funções são:
Receber ondas portadoras vindas da terra
Converter as frequências usadas no lance de subida em frequências usadas no lance
de descida.
Amplificar sinais.
Trocar a polarização dos sinais
Retransmitir os sinais para terra.
7.3 Posicionamento e localização de satélites
Posição orbital
o A posição orbital de um satélite geoestacionário (GEO) é dada pela sua
localização sobre o equador, medida pela sua longitude.
o Exemplo: StaroneC1 = 65º Oeste, Amazonas = 61º Oeste.
Figura 18 - Posição orbital
Elevação e Azimute
o Elevação e azimute são ângulos utilizados para localizar um satélite GEO
a partir de um ponto "P" na superfície da terra e também para fazer o
apontamento de antenas.
Figura 19 - Ângulos de apontamento de antenas
7.4 Frequências
A maioria das faixas de frequência utilizadas em satélites encontram-se na banda de SHF, ou seja,
de 3GHz até 30GHz, sendo que a banda de operação de um determinado satélite é dividida entre
vários transponders, e cada um deles possui a função de amplificar uma determinada faixa de
frequências.
Em comunicações via satélite, a frequência utilizada no lance de subida (uplink) será sempre maior
que aquela utilizada no lance de descida (downlink) e com polarização contrária. Exemplo:
Considerando o satélite starone C1, se o lance de subida possuir uma frequência em 5.9GHz com
polarização Vertical o lance de descida irá possuir uma frequência de 3.675GHz com polarização
Horizontal e irá se situar dentro do Transponder 02AECO.
7.5 Potências e Vantagens Geográficas
A distribuição de forma adequado dos alimentadores e refletores das antenas do satélite permitem
obter diversos mapas e contornos de cobertura de descida e subida, ou seja, áreas dentro das quais
os sinais recebidos/transmitidos de/para o satélite apresentam níveis de potência adequados para
estabelecer enlaces de comunicação.
Vantagem Geográfica de Descida
o Cada contorno de cobertura de descida, pode mostrar o valor absoluto ou
relativo da potência efetiva isotrópica irradiada (EIRP) pelo satélite, sendo
que os valores dos diversos contornos são chamados vantagens
geográficas de descida.
Figura 20 - Vantagem geográfica de descida em banda Ku para StaroneC1
Fonte: starone.com.br
Vantagem Geográfica de Subida
o Cada contorno de cobertura de subida pode mostrar o valor absoluto
(dBW/m²) ou relativo do fluxo de saturação requerido na antena receptora
do satélite a um contorno de referência. Neste caso, os valores dos
diversos contornos são chamados de vantagens geográficas de subida
Figura 21 - Vantagem geográfica de subida em banda Ku para StaroneC1
Fonte: starone.com.br
Existem planos de integrar os mapas de cobertura de satélites em futuras versões do Jubarte, porém
é preciso adquirir uma autorização das respectivas empresas para evitar possíveis problemas com
propriedade intelectual.
7.6 Características importantes do link
Tipo de Modulação
o BPSK, QPSK, 8PSK ou 16QAM
FEC - Forward Error Correction
FEC ou correção adiantada de erros é implementada diretamente nos moduladores,
sendo responsável por acrescentar bits á informação que irão ajudar o demodular a
detectar e corrigir de erros de transmissão. A FEC é definida da seguinte forma:
FEC 1/2 = A cada 2 bits transmitidos 1 é informação e 1 é correção
FEC 2/3 = A cada 3 bits transmitidos 2 são informação e 1 é correção.
Eb/No
o Fornecido pelo fabricante do demodulador. Possui um valor específico para
uma determinada taxa de erro de bit (BER), modulação e FEC.
Rb
o Taxa de transmissão em kbps
SM - Safety Margin
o Margem de segurança do enlace para levar em conta desapontamento da
antenas, chuvas, rotação de polarização e envelhecimento dos
componentes.
o Possui um valor típico de 2 a 3dB.
FS - Frequency Spacing
o Espaçamento de frequências é utilizado para incluir uma banda de guarda
entre as portadoras.
o Valores típicos de 1,3 ou 1,4.
TA - Antenna Noise Temperature
o Temperatura de ruído da antena receptora.
TABR - LNA Noise Temperature
o Temperatura de ruído do amplificador de baixo ruído.
VG - Geographical Advantage
o Vantagem geográfica de descida.
Obs: Existe também a Vantagem geográfica de subida, necessária para dimensionar o amplificador
e antenas de transmissão. Estes cálculos serão implementados em futuras versões do software.
7.7 Exemplo de dimensionamento de um enlace via satélite
Condições de simulação:
Localidades
o Belo Horizonte - MG (19º 48' Sul, 43º 57' Oeste)
o São Luís - MA (2º.30' Sul, 44º 18' Oeste)
Satélite
o StarOne C1
o Frequência de Uplink = 5.9GHz com Polarização Vertical
Informações do Link
o Taxa de transmissão = 1024 Kbps
o Modulação = 8PSK
o Margem de Enlace = 3dB
o Correção adiantada de erros = 3/4
o Espaçamento de Frequência = 1.4
Estação Receptora
o Eb/No do Modem para estas condições = 9.3dB
o Ganho da antena receptora em terra = 40dBi
o Temperatura de ruído da antena = 15K
o Temperatura de ruído do amplificador de baixo ruído = 40K
o Vantagem Geográfica de Descida = 4dB
A partir destas informações vamos utilizar o módulo de satélites do Jubarte para calcular os ângulos
de apontamento das antenas nas estações transmissora e receptora, calcular as distâncias da
estação transmissora e receptora ao satélite, verificar qual o transponder está sendo utilizado no
satélite, calcular a frequência de downlink, calcular a FI dos Modems e por último verificar a
viabilidade do enlace entre as localidades.
Figura 22 - Viabilidade de enlace via satélite
8. Telefonia IP
A rede de telefonia fixa constitui um sistema de telecomunicações que interliga vários usuários a
uma central telefônica e várias centrais telefônicas entre si, permitindo a comunicação direta entre
cada um dos assinantes. Inicialmente este sistema era totalmente analógico e baseado em circuitos,
de maneira que seu dimensionamento era realizado de maneira probabilística levando em
consideração as equações e tabelas desenvolvidas pelo pai telefonia, o matemático dinamarquês A.
K. Erlang.
A partir do momento em que os recursos de comunicação começaram a se fundir com os sistemas
computacionais e as redes de informação começaram a convergir, a telefonia tradicional passou por
um processo de transição tecnológica, saindo da multiplexação no tempo (TDM) e das redes de par
metálico para se tornar um serviço agregado as crescentes redes de dados IP, dando origem a
serviços e aplicações até então impensados como a Telefonia pela Internet e as comunicações
unificadas.
A partir da versão 0.98RC o Jubarte passou a incluir um módulo para dimensionamento de banda
para sistemas telefônicos baseados em IP, podendo ser utilizado para o dimensionamento do tráfego
interno da rede de uma empresa, para estimar o tráfego no backbone de um provedor ou mesmo
dimensionar a quantidade de entroncamentos necessários para escoar o tráfego em um PABX ou
Media Gateway.
8.1 Diferenças entre Voip e Toip
VOIP (Voice Over Internet Protocol)
o Tecnologia de transmissão de pacotes de voz sobre redes IP.
o O termo "Voip" geralmente é utilizado para se referir a serviços de "Voz
sobre Internet" (ex: Skype).
o Não está sujeito a metas de qualidade do STFC (Serviço Telefônico Fixo
Comutado).
o Não é regulamentado por nenhum órgão pois é visto como serviço de valor
agregado a banda larga.
TOIP (Telephony Over Internet Protocol)
o Termo utilizado para se referir a serviços de telefonia convencional que
utilizam Voip como tecnologia de transporte.
o Sujeito a todas as metas de qualidade do STFC.
o No Brasil é regulamentado pela Anatel
8.2 Modelos de telefonia
8.2.1 Modelo Distribuído
Neste modelo, os endpoints ou terminais de usuário, são dotados de inteligência estando envolvidos
em várias etapas de uma chamada, como :
Call setup
Call routing
Call Tear Down
Figura 23 - Modelo distribuído de telefonia
Este modelo é utilizado em sistemas de Voz sobre Internet (VOIP), sendo baseado em protocolos
distribuídos como o SIP e o H.323. Porém o modelo distribuído possui uma característica que o torna
impraticável em redes telefônicas tradicionais, ele possui baixa escalabilidade, característica que
pode ser definida como:
"Em telecomunicações e na engenharia de software, escalabilidade é uma característica desejável
em todo o sistema, em uma rede ou em um processo, que indica sua habilidade de manipular uma
porção crescente de trabalho de forma uniforme, ou estar preparado para crescer. Por exemplo, isto
pode se referir à capacidade de um sistema em suportar um aumento carga total quando os recursos
(normalmente do hardware) são requeridos."
Fonte: Wikipédia
8.2.2 Modelo Centralizados
Neste modelo, toda a inteligência e processamento das chamas está concentrada em um ponto
central, chamado Call Agent (CA), de forma que os Endpoints se tornam terminais "burros" que
fazem apenas digitalização e empacotamento de sinais.
O modelo centralizado possui a característica de ser altamente escalável, sendo ideal para uso em
sistemas de Telefonia IP (Toip). Neste caso são utilizados protocolos centralizados como MGCP e
NCS, no entanto o uso de "dispositivos especiais" como Gatekeepers e servidores Registrar, proxy
e redirect podem fazer com que os protocolos distribuídos como SIP e H.323 sejam usados em
ambientes centralizados.
Figura 24 - Modelo centralizado de telefonia
8.3 Compressão de voz
Para reduzir o consumo de recursos da rede e maximizar os investimentos, são utilizadas técnicas
de compressão de dados para reduzir a quantidade de informação gerada em chamadas telefônicas.
Todos os padrões de compressão de voz desenvolvidos pela ITU, variam em alguns fatores:
Bandwidth
Degradação de qualidade
Delay introduzido
CPU overhead devido a complexidade do algoritmo
8.3.1 CODECs
CODEC é uma abreviação para "Codificador + Decodificador", inúmeros codecs foram desenvolvidos
utilizando diferentes tipos de algoritmos de compressão, gerando diferentes taxas de transmissão.
Os principais tipos desenvolvidos pelo ITU estão resumidos na tabela abaixo.
Fonte: CCNP Optimizing Converged Cisco Networks, Amir RanjBar
Existem várias técnicas para medir a qualidade dos CODECs, o método padrão usado pela ITU é o
MOS (mean opinion score), que é um valor numérico dentro da faixa de 1 - 5, onde "1" é a pior
qualidade percebida pelo usuário, e "5" é a máxima qualidade percebida. A tabela abaixo
demonstra os MOS.
Fonte: CCNP Optimizing Converged Cisco Networks, Amir RanjBar
8.4 Protocolos envolvidos no encapsulamento de voz
Os protocolos de transporte TCP e UDP não possuemas características necessárias para o transporte
de voz em tempo real, a solução para este problema vem da utilização do protocolo RTP sobre o
UDP nas portas 16384~32767, sendo que este por sua vez, oferece boas características para este
fim.
Figura 25 - Pacote de voz
8.5 Encapsulamentos de Layer 2 e Layer 3
Quando vamos fazer o dimensionamento de Bandwidth para links de voz, é preciso levar em
consideração a tecnologia de transporte em Layer 2 assim como tunelamentos de Layer 3, pois
cada uma delas irá acrescentar um novo overhead ao fluxo de pacotes, impactando diretamente
na quantidade de bits a serem transmitidos. As tabelas abaixo, sumarizam estes valores:
Encapsulamento em Layer 2 Overhead
Ethernet 18 bytes
Frame-Relay 6 bytes
Multilink PPP 6 bytes
802.1Q 22 bytes
Tunelamento em Layer 3 Overhead
Ipsec Transport Mode (DES ou 3DES) 30 ~ 37 bytes
Ipsec Transport Mode (AES) 38 ~ 53 bytes
Ipsec Tunnel Mode 50 ~ 57 bytes ou 58 ~ 73 bytes
L2TP 24 bytes
GRE 24 bytes
MPLS 4 bytes
PPPoE 8 bytes
De posse de todos estes valores é possível calcular o tamanho do pacote de voz, de forma que
conhecendo o número de pacotes por segundo é possível se calcular a Bandwidth necessária para
se transmitir determinada chamada telefônica.
8.6 Engenharia de Tráfego
Técnicas de engenharia de tráfego são utilizadas para se realizar o correto dimensionamento de
troncos, ou canais, para um sistema de telefonia de modo a se manter o congestionamento abaixo
de um valor estabelecido. A partir desta informação é possível se estimar o número de chamadas
simultâneas na rede e com isso estimar a bandwidth necessária para escoar todo o tráfego.
Em homenagem ao matemático dinamarquês foi criado o Erlang que é a principal unidade de tráfego
utilizada e indica o número médio de circuitos, órgãos, troncos ou equipamentos ocupados
simultaneamente , durante um intervalo de tempo, (geralmente de 60 minutos). Erlang é uma
unidade de medida de intensidade de tráfego em redes comutadas a circuitos para um intervalo de
uma hora. Por exemplo, um tronco continuamente ocupado, durante todo um dado período de
observação corresponde a um tráfego de 1 Erlang.
Os sistemas telefônicos são planejados para que as chamadas realizadas pelos assinantes tenham
alta probabilidade de sucesso, mesmo nos períodos de tráfego telefônico mais intenso - chamadas
horas de maior movimento (HMM). A quantidade de troncos e equipamentos de comutação,
necessários para o fluxo do tráfego telefônico, é dimensionada de tal modo que durante as horas de
maior movimento somente uma porcentagem muito pequena de ligações solicitadas não seja
estabelecida imediatamente.
Existem vários modelos matemáticos para solução deste problema, a mais comum delas é conhecida
como fórmula de Erlang-B e está demonstrada na figura 24.
Figura 26 - Fórmula de Erlang-B
Fonte: teleco.com.br- Tráfego telefônico (Erlang)
A probabilidade de bloqueio (Pb) representa a probabilidade que uma chamada executada na rede
possui de ser rejeitada devido a falta de recursos disponíveis no sistema, logo, quanto menor for a
probabilidade de bloqueio uma maior a quantidade de chamadas será completada.
O Jubarte é dotado de 2 métodos para o dimensionamento de sistemas de voz, o método "simples"
no qual o usuário deve indicar manualmente a quantidade de chamadas simultâneas na rede, e o
método de erlang-B, em que é preciso inserir o tráfego total esperado e a probabilidade de bloqueio
desejada de forma que o programa possa estimar o número de chamadas simultâneas na rede e
fazer o correto dimensionamento. O algoritmo de erlang-B foi programado de maneira a calcular o
número de canais por método de tentativa e erro, isto associado a limitação no tamanho das
variáveis "extended" da linguagem Object-Pascal faz com que o valor máximo de tráfego que pode
ser processado no Jubarte é o de 1520 erlangs,sendo que o consumo de CPU do computador será
relativamente grande para altos valores de tráfego.
O módulo de telefonia IP do Jubarte possui um campo para benchmark de CPU, com ele é possível
se fazer uma estimativa da quantidade de chamadas simultâneas que uma determinada CPU de
mercado é capaz de processar utilizando um determinado CODEC, este recurso pode ser
particularmente útil quando for dimensionar um servidor Asterisk por exemplo. É importante
ressaltar que o software não leva em consideração a carga do sistema operacional e de outros
aplicativos em background, logo o valor real deve ser inferior ao valor estimado.
8.7 Exemplo de dimensionamento de um sistema de Telefonia IP
Condições de simulação:
Codecs de Sinalização e Áudio
o SIP
o G.729A
WAN
o Link PPP
o Sem uso de tunelamento em Layer 3
Engenharia de Tráfego
o Tráfego total de 25 erlangs
o Probabilidade bloqueio de 2%
CPU de Benchmark
o AMD Athlon 64 3800+ X2 - 2GHz
A partir destas informações, vamos utilizar o módulo de Telefonia IP do Jubarte para dimensionar a
quantidade de chamadas simultâneas na rede, calcular a bandwidth necessária para transportar
todo o tráfego de voz e sinalização e também estimar a quantidade de chamadas simultâneas que
a CPU escolhida pode processar.
Figura 27 - Dimensionamento de banda em Telefonia IP
8.7.1 Gerador de políticas de QoS
Apartir da versão 1.0 o jubarte passou a incluir um novo submódulo para o sistema de telefonia IP
que possui a função de para gerar de políticas de QoS para redes NGN apartir da engenharia de
tráfego telefônico realizada previmente pelo método de erlang-B.
O gerador de políticas de QoS crias configurações genéricas para implementação de qualidade de
serviço através do método DIFFSERV para equipamentos das camada de Acesso e CORE da rede de
dados. Até o momento são suportados equipamentos dos fabricantes Cisco e Enterasys, sendo que
as configurações Enterasys ainda estão em estágio alpha de desenvolvimento, portanto use com
cautela.
Figura 28 - Geração de políticas de QoS
9. Sistemas de Refrigeração
Variação de temperatura é um dos principais fatores que contribuem para o envelhecimento de
circuitos integrados, sendo assim, todo e qualquer equipamento eletrônico em um site de
telecomunicações terá sua vida útil drasticamente reduzida caso esta variável de ambiente não seja
adequadamente controlada. Logo é de fundamental importância projetar e dimensionar um sistema
de refrigeração que seja capaz de trocar a energia térmica do ambiente interno com a do ambiente
externo, sendo que a troca de calor deve ocorrer em uma velocidade adequada a manter a
temperatura interna sobre níveis aceitáveis para o correto funcionamento dos equipamentos.
9.1 Variáveis de ambiente
9.1.1 Sala
A sala onde serão localizados e instalados os equipamentos é talvez uma das variáveis de maior
peso no dimensionamento de um sistema de refrigeração. Nesta etapa, vários elementos devem ser
levados em consideração:
Área e pé-direito da construção
o A área e o pé-direito da sala servirão para calcular o volume de ar no
interior do recinto, este volume de ar deve ser constantemente renovado
pelo equipamento de refrigeração.
o Área média das paredes também é uma informação importante para fazer
o dimensionamento.
Localização da construção
o O fato de a sala estar localizada no subsolo ou entre 2 andares de um
prédio fará com que ela receba um índice de radiação solar inferior aquele
em que ela estivesse apenas revestida por uma lage e um telhado.
Material constituinte das paredes
o O material que constitui as paredes da construção irá influenciar
diretamente na taxa de transmissão de energia térmica entre os
ambientes interno e externo.
Portas e Janelas
o Portas e janelas são compostos por materias distintos daqueles utilizados
na construção, sendo assim, a transmissão de energia térmica através
destes se dá a uma taxa diferente da ocorrida nas paredes da construção.
9.1.2 Ambiente
A temperatura externa do ambiente possui muita influência no sistema de refrigeração, assim como
a temperatura interna desejada para o ambiente. Quanto maior for a diferença entre a temperatura
interna e externa maior será o trabalho executado pelo sistema de refrigeração.
9.1.3 Equipamentos
Os equipamentos a serem instalados no interior da sala irão dissipar uma certa quantidade de
energia por unidade de tempo o que acabará por elevar a energia térmica contida no interior da
sala. O trabalho executado pelo sistema de refrigeração é o de "retirar" esta energia térmica do
ambiente evitando que a temperatura suba a níveis que possam causar danos a estrutura dos
circuitos integrados dos equipamentos, sendo assim, é fundamental conhecer a potência em Watts
(W) total, dissipada por todos os equipamentos no ambiente.
9.1.4 Pessoas
Esta variável de ambiente nem sempre é lembrada, mas seres humanos também irradiam calor e
caso existam pessoas trabalhando longos períodos no interior de uma sala refrigerada, o calor
emitido pelos seus corpos transmitirá uma energia térmica considerável ao ambiente. É interessante
comentar que em média o metabolismo de uma mulher adulta corresponde a 85% do de um
homem adulto, já o metabolismo de uma criança corresponde a 75%.
9.2 Carga térmica
Definição:
"Carga térmica é quantidade total de calor que deve ser removida pelas serpentinas de refrigeração
para manter as condições desejadas e a temperatura dentro de um compartimento "
Fonte: Refrigeração e condicionamento de ar, Training Publications Division
De posse de todas as variáveis de ambiente, é possível estimar a carga térmica (Thermic load) do
ambiente que é expressa em Kcal/H, e a partir dela podemos calcular a potência em BTUs de um
equipamento de ar-condicionado.
9.3 Exemplo de dimensionamento de um sistema de refrigeração
Condições de simulação:
Sala
o Área = 9m²
o Pé direito = 2,80m
o Localizada no 2º andar de um prédio de 3 andares
o Área média das paredes = 8,50m²
o Paredes compostas de 1 único tijolo maciço.
o 1 x Janela de 1,4m² sem nenhum tipo de cortina ou material para bloquear
a radiação. Esta janela recebe radiação solar na parte da tarde.
o 1 x porta de 1,5m² feita de madeira.
Ambiente
o Temperatura externa = 25ºC
o Temperatura interna desejada = 19ºC
Equipamentos
o Potência total dissipada = 1200W
Pessoas
o 1 funcionário do sexo masculino, trabalhando em tempo integral.
A partir destas informações, vamos utilizar o módulo de sistemas de refrigeração do Jubarte para
dimensionar a potência do ar-condicionado necessário para refrigerar este ambiente, é sempre bom
lembrar que é aconselhável considerar uma margem de segurança de 10% e também manter uma
margem para futuras expansões e/ou substituições de equipamentos.
Figura 29 - Dimensionamento de ar condicionado
10. Sistemas de fornecimento de energia ininterrupta - UPS
Um fator de fundamental importância em um sistema de telecomunicações é o grau de
disponibilidade do serviço, como não se pode confiar 100% no fornecimento de energia da
concessionária, o uso de sistemas de backup energético são praticamente obrigatórios em serviços
que operam em regime integral de funcionamento. O fornecimento de energia adequada para os
equipamentos é vital para evitar interrupções no serviço, além de aumentar sua vida útil dos
equipamentos, evitando danos e até perda de configurações. Outro benefício intimamente ligado a
este sistema é garantir que os indicadores de qualidade e disponibilidade exigidos pela Anatel ou
órgão regulador sejam atendidos corretamente.
Existem vários tipos de sistemas de fornecimento de energia ininterrupta, sendo que a opção por
um ou vários deles irá variar de acordo com as necessidades do projeto. As principais variáveis
neste tipo de sistema são a potência de fornecimento necessária e o tempo em que esta energia
deve ser fornecida.
10.1 Principais tipos de sistema UPS
10.1.1 Nobreaks
Nobreaks são equipamentos que possuem basicamente uma ou várias baterias internas,
conversores AC/DC , DC/AC e filtros. Estes equipamentos são instalados entre a rede de energia da
concessionária e o sistema de telecomunicações a ser protegido conforme a figura 27.
Figura 30 - Diagrama básico de um nobreak
Em condições normais a corrente alternada fornecida pela concessionário é convertida em corrente
contínua para carregar as baterias internas do nobreak ao mesmo tempo em que alimente o sistema
de telecomunicações, no caso de falta de fornecimento de energia, as baterias do nobreak serão
ativadas e o conversor DC/AC passa a converter a corrente contínua das baterias em corrente
alternada para alimentar a carga, que neste caso representa todo o sistema. A Eficiência do inversor
é uma fator importante e que deve ser levado em consideração, ela irá definir a quantidade de
energia gasta pelo próprio nobreak, impactando diretamente na quantidade de potência entregue a
carga.
Existem nobreaks para sistemas que demandam baixa, média e alta potência, porém na maioria
dos casos, nobreaks são utilizados para manter sistemas funcionando por curtos espaços de tempo,
apenas o suficiente que os arquivos e trabalhos sejam salvos ou então para que um grupo motor
gerador (GMG) seja ativado e assuma a operação assim que a sua carga entre em fase com a carga
gerada pelo nobreak, conforme demonstrado na figura 28.
Figura 31 - Variações de tensão em sistemas de energia
Pelo gráfico é possível demonstrar que o fato de o nobreak possuir uma menor inércia para entrar
em operação, faz com que ele seja capaz de assumir e manter a carga do sistema rapidamente em
caso de falta de fornecimento de energia. Suas baterias podem se esgotar rapidamente porém é
tempo suficiente para que o grupo motor gerador (que possui maior inércia) seja ativado e entre
em operação.
10.1.2 Banco de Baterias
Um banco de baterias possui o mesmo objetivo de um nobreak, porém é mais utilizado para manter
o fornecimento de energia para sistemas de médio a grande porte por longos períodos de tempo,
podendo até mesmo tornar desnecessário o alto investimento em um grupo motor gerador.
O diagrama esquemático de um banco de baterias é muito semelhante ao da figura 26, sendo que
neste caso o foco está no dimensionamento das baterias. Este tipo de sistema, geralmente utiliza
baterias de 12 Volts porém a principal característica da bateria é a sua capacidade de corrente em
Amperes / Hora, ou seja, quantos Amperes determinada bateria consegue fornecer durante o
período de 1 hora. Esta informação pode dizer quanto tempo uma bateria pode manter um
determinado sistema funcionando.
Existem duas maneiras de aumentar o tempo de autonomia de um sistema, pode-se utilizar baterias
de alta capacidade (A/H) ou então se pode conectar varias baterias em paralelo criando um "Array
de baterias" de forma que todas elas funcionem como se fosse uma única bateria de alta capacidade,
conforme demonstrado na figura 29.
Figura 32 - Baterias em paralelo
Seguindo os princípios de circuitos elétricos, a tensão na saída do circuito será constante, porém
sua capacidade de corrente irá aumentar proporcionalmente a quantidade e capacidade das baterias,
por exemplo, duas baterias de 12 volts e 20 A/h ligadas em paralelo será igual a uma bateria de 12
volts e 40 A/h.
10.1.3 Grupo motor gerador
Grupos motores geradores são motores estacionários movidos a diesel, que entram em operação
em regime emergencial visando suprir o fornecimento de energia elétrica para sistemas de grande
porte durante longos períodos de tempo. Possuem como principais características a inércia de
funcionamento, que é o tempo em que eles levam para entrar em operação plena, a potência gerada
pelo motor e também a quantidade de ruído gerada pelo GMG, fato que faz com que eles sejam
utilizados dentro de salas isoladas acusticamente ou dentro de cabines silenciadoras.
10.2 Influência do Fator de potência
Definição de potência:
"Potência é a variação da energia liberada ou absorvida em função da variação no tempo"
Fonte: Fundamentals of Electric Circuits, Charles Alexander,Matthew Sadiku
Circuitos CC
o A potência (watts) é descrita simplesmente pelo produto da tensão (volts)
pela corrente (amperes)
Circuitos CA
o Potência aparente total
Corresponde a parte da corrente CA (Ampères) que flui, indo
e voltando da carga sem a entrega da energia ao sistema.
Medida em Volt-Amperes (VA)
Possui um valor igual ou maior que a potência real.
o Potência Real
Corresponde a potência realmente consumida pela carga, é
capacidade do circuito em produzir trabalho em um
determinado período de tempo.
Medida em Watts (W)
o Fator de potência
O Fator de Potência é a razão da potência real pela potência
aparente total.
Fator de potência é um número adimensional em
0 e 1.
Ou seja, a potência real em circuitos CA é o produto da
potência aparente pelo fator de potência.
10.2.1 Tipos de fontes
Fontes com PFC (Power Factor Correction)
o São fontes de energia em que a diferença entre a potência aparente e a
potência real é muito pequena.
o Possuem fator de potência muito próximo de 1, sendo os valores típicos
de 0,70 e 0,99.
o Equipamentos de boa qualidade ou de importância mais crítica como
roteadores, switches, PABX e servidores possuem fontes com o fator de
potência corrigido.
Fontes sem PFC (Power Factor Correction)
o São fontes de energia de baixa qualidade, em que a diferença entre a
potência aparente e a potência real é grande.
o Possuem fatores de potência típicos de 0,10 ~ 0,69.
o Equipamentos de baixa qualidade geralmente utilizam fontes sem correção
de fator de potência. Muito comum em Pcs domésticos.
10.3 Exemplo de dimensionamento de um banco de baterias
Condições de simulação:
Carga de equipamentos
o 5 roteadores com fontes de 150watts com PFC (Total de 750W)
o 2 switches com fontes de 100 watts com PFC (Total de 200W)
o 2 Pcs fontes de 200watts sem PFC (Total de 400W)
Sistema de UPS
o Utilizar baterias de 12v
o Inversor possui uma eficiência de 85% e fornece uma tensão CA de 115v
na saída.
o Considerar 10% de margem de segurança.
Tempo de backup de energia
o O banco de baterias deve fornecer uma autonomia de pelo menos 30min.
A partir destas informações, vamos utilizar o módulo de fornecimento de energia ininterrupta do
Jubarte (UPS) dentro da categoria de Banco de Baterias, para dimensionar a bateria ou array de
baterias necessários para manter o sistema descrito funcionando durante o tempo desejado. A figura
30 calcula que uma 1 única bateria precisaria ter uma capacidade de 66.17A/H para atender a estes
requisitos.
Figura 33 - Dimensionamento de uma bateria
Podemos fazer o mesmo dimensionamento para um banco de baterias conectadas em paralelo. Ao
refazer este dimensionamento para 4 baterias, podemos ver que a capacidade em A/H que cada
uma precisa fornecer pode ser de apenas 16.54 A/H, ao mesmo tempo em que mantemos a mesma
autonomia do sistema.
Figura 34 - Dimensionamento para quatro baterias
10.4 Exemplo de dimensionamento de um Nobreak
Condições de simulação:
Carga de equipamentos
o 1 roteador com fonte de 150watts com PFC
o 2 switches com fontes de 100 watts com PFC (Total de 200W)
o 1 Pc fonte de 200watts sem PFC
Nobreak
o O nobreak em uso utiliza internamente 1 bateria de 12vcom capacidade 7
A/H
o Nobreak possui uma potência de 800VA
o Inversor possui uma eficiência de 85% e fornece uma tensão CA de 220v
na saída.
o Considerar 10% de margem de segurança.
Tempo de backup de energia
o O Nobreak deve fornecer energia suficiente para manter este sistema
funcionando afim de evitar perdas de informações.
A partir destas informações, vamos utilizar o módulo de fornecimento de energia ininterrupta do
Jubarte (UPS) dentro da categoria de Nobreak, para verificar se um modelo de nobreak disponível
no mercado atende aos requisitos do projeto. Pela figura 32 podemos ver que o nobreak fornece
potência suficiente para alimentar o sistema, e suas baterias conseguem manter tudo funcionando
pelo período de 7.78min, talvez seja interessante procurar por um modelo de equipamento que
possua uma maior autonomia.
Figura 35 - Dimensionamento de nobreak
11. Referências
Cisco CCNP Optimizing Converged Cisco Networks, Amir RanjBar
Departamento de mecânica industrial - Ar condicionado - Prof. Décio Pereira
Refrigeração e condicionamento de ar, Training Publications Division
Fundamentals of Electric Circuits, Charles Alexander,Matthew Sadiku
Enciclopaedia Britannica
http://www.teleco.com.br
http://www.apcc.com
http://www.wikipedia.com
Notas de aula em Comunicações ópticas - Engenharia de Telecomunicações - Antonio
Luiz de Menezes Osse
Notas de aula em Sistemas Telefônicos - Engenharia de Telecomunicações - Eduardo
Winter
Notas de aula em Antenas e Propagação - Engenharia de Telecomunicações - Antônio
Pertence Junior
Notas de aula em Comunicações via satélite - Engenharia de Telecomunicações -
Antonio Luiz de Menezes Osse
Por Benjamim Góis Ildefonso da Silva <benjamim.gois [at] gmail em com>
http://sites.google.com/site/jubartecalc/
