Cadernos CPqD Tecnologia V2 Nº1 by CPqD

Cadernos Tecnologia Vol.2 â&#x20AC;˘ n. 1 â&#x20AC;˘ janeiro/junho 2006

Cadernos CPqD Tecnologia Editores-Chefes Luís Afonso Bermúdez Claudio A. Violato Editores Executivos Antonio Carlos Gravato Bordeaux Rego Claudio de Almeida Loural Cleida A. Queiroz Cunha Marco Antonio Ongarelli Mario Tosi Furtado Comitê Editorial (Fórum de P&D do CPqD) Luís Afonso Bermúdez (Universidade de Brasília – UnB) Adonias Costa da Silveira (Instituto Nacional de Telecomunicações – Inatel) Denise Consoni (Sociedade Brasileira de Microondas e Optoeletrônica – SBMO) Flávio Rech Wagner (Sociedade Brasileira de Computação – SBC) João Marcos Travassos Romano (Sociedade Brasileira de Telecomunicações – SBrT) José Mauro Pedro Fortes (Sociedade Brasileira de Telecomunicações – SBrT) Paulo Roberto Freire Cunha (Sociedade Brasileira de Computação – SBC) Virgílio Augusto Almeida (Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG) Assistentes Editoriais Fernando Luís de Castro Miquelino Maria Fernanda Simonetti Ribeiro de Castilhos Jornalista Responsável Renata Della Volpe – MTB 41050 Preparação de Originais e Revisão Maria Paula Gonzaga Duarte Rocha Evanir Brunelli Elisabete da Fonseca Rodrigo da Silveira Guimarães Sergio Ricardo Mazollani Projeto Gráfico, Capa e Diagramação Traço Publicações e Design Fabiana Grassano e Flávia Fabio Tiragem 1.000 exemplares Correspondência e Pedidos de Assinatura Fernando Luís de Castro Miquelino Rodovia Campinas – Mogi-Mirim, km 118,5 CEP 13086-902 – Campinas, SP – Brasil DDG: 0800.7022773 e-mail: marketing@cpqd.com.br Diretoria do CPqD Presidente: Hélio Marcos M. Graciosa Vice-Presidente de Tecnologia: Claudio A. Violato Vice-Presidente Comercial: Luiz Del Fiorentino Vice-Presidente Financeiro: Cesar Cardoso

Cadernos CPqD Tecnologia. Fundação CPqD Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações. – Campinas, SP, v.2, n.1, jan./jun. 2006. v.il.; 30 cm. Semestral Resumos em português e inglês A coleção iniciou-se como v.1, n.1, 2005. ISSN 1809-1946 1. Tecnologia. 2. Telecomunicações. I. Fundação CPqD CDD 621.38

A revista Cadernos CPqD Tecnologia é uma publicação da Fundação CPqD Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações, dedicada à divulgação das pesquisas desenvolvidas pela instituição. A revista é distribuída gratuitamente. Esta revista foi impressa pela Citygráfica Artes Gráficas com miolo em papel Offset75g/m2 e capa em papel Triplex 250g/m2 para o CPqD em julho de 2006.

ISSN-1809-1946

Cadernos CPqD Tecnologia Vol. 2, n. 1, jan./jun. 2006

Apresentação Claudio A. Violato ............................................................................................................................................................................... 3 Prefácio Luís Afonso Bermúdez ....................................................................................................................................................................... 5 Software livre e interoperabilidade na área de SIG: ficção ou realidade? Claudia de Andrade Tambascia, Lin Tzy Li, Marta Duarte Teixeira, Rafael de Melo Cuba, Sandro Danilo Gatti ............................. 7 Avaliação de impactos para gestão ambiental: um estudo dos descartes de empresas de telecomunicações Sirney Silveira, Evandro C. Longui, Joceli M. G. Angelini, Luiz Carlos Neves, Maria A. Rodrigues, Rozely F. Santos ................. 19 Gatewayless-NGN: Migração para redes convergentes com baixo investimento (CAPEX) Carlos Akio Matsumoto e William Bertucci Viais ............................................................................................................................. 27 Avaliação de desempenho de uma rede ad hoc sem fio utilizando o padrão IEEE 802.11b Alberto L. Pacifico, Marcos A. de Siqueira, Marcel C. de Castro, José A. Martins ......................................................................... 35 Sistema de detecção de corrosão em cabos de alumínio com alma de aço para linhas de transmissão e distribuição de energia elétrica Claudia Souto Cattani Aoki, Célio Fonseca Barbosa, Flávio Eduardo Nallin, Paulo Cesar Gisolfi, José Benedito Costa Araújo ............................................................................................................................................................ 45 DMD: Distribuição de Mídia Digital para a Rede GIGA Isidro Lopes da Silva Neto, Vivian Sígolo Lona Gouveia, Luciano Martins, Adelmo Alves Avancini, Rege Romeu Scarabucci, Atilio Eduardo Reggiani, James Povoas Gomes Law Pereira .............................................................. 59

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Apresentação

Temos o prazer de apresentar o segundo volume dos Cadernos CPqD Tecnologia, publicação que tem por objetivo divulgar os resultados tecnológicos alcançados nas atividades de pesquisa e desenvolvimento do CPqD, em grande parte financiadas com recursos do FUNTTEL, e fortalecer os mecanismos de interação com a comunidade brasileira de telecomunicações e de tecnologia da informação. O lançamento deste número dos Cadernos CPqD Tecnologia tem um significado especial, uma vez que é também um evento integrante das comemorações de aniversário do CPqD, que completará 30 anos de existência no próximo mês de agosto. Este número inclui uma seleção de artigos escritos ao longo do primeiro semestre de 2006, escolhidos pelo Fórum de P&D do CPqD, que constitui o Comitê Editorial dos Cadernos e é formado por membros das sociedades científicas brasileiras do setor e por membros da comunidade acadêmica. Agradecemos aos membros do Fórum de P&D pelas análises e sugestões apresentadas, que contribuíram para elevar a qualidade dos Cadernos e para amadurecer e consolidar a experiência da instituição na edição de publicações de natureza tecnológica. Esperamos que a leitura dos artigos contribua para o desenvolvimento técnico dos profissionais do setor.

Claudio A. Violato Vice-Presidente de Tecnologia

Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 2, n. 1, p. 3, jan./jun. 2006

Prefácio

A sociedade tem passado por uma espécie de revolução multidisciplinar nas tecnologias de informação e comunicação e essa tendência parece que não diminuirá nos próximos anos. Isto leva a que instituições de pesquisa e desenvolvimento demonstrem cada vez mais sua capacidade de transformar conhecimentos científicos e tecnológicos em novos produtos e serviços inovadores que satisfaçam às necessidades mercadológicas da sociedade. Esse é o desafio de maior importância para a Fundação CPqD. Para atender a esse desafio, é importante a geração de riquezas e o bem-estar da sociedade brasileira em geral, de modo a prover o desenvolvimento econômico e o progresso do País. Nesse sentido, apresentamos neste segundo volume dos Cadernos CPqD Tecnologia seis novos artigos sobre temas relevantes para pesquisa e desenvolvimento. Os artigos abrangem trabalhos tecnológicos e projetos recentes ou ainda em andamento no CPqD, ilustrando as atividades que estão sendo desenvolvidas para o cumprimento desse desafio. O primeiro artigo de Tambascia e colaboradores aborda problemas atuais e pertinentes relacionados aos Sistemas de Informações Geográficas (SIG). Nesse trabalho, os autores analisam o contexto de software livre ou de código aberto e a interoperabilidade na área de SIG. No segundo artigo, Silveira e colaboradores apresentam uma metodologia inovadora, visando enquadrar as soluções de descarte de produtos de telecomunicações. Os autores descrevem uma nova abordagem para avaliar o impacto do descarte desses produtos no meio ambiente. O terceiro artigo de Matsumoto e Viais propõe uma alternativa de migração para as redes de nova geração Gatewayless-NGN. Os autores apresentam um servidor de sinalização intrusivo, que potencializa a aplicação de novos serviços e reduz o custo dos equipamentos para a conversão do transporte de voz através de circuitos comutados para pacotes IP em redes NGN. No quarto artigo, Pacifico e colaboradores fazem uma análise de desempenho em redes ad hoc sem fio, considerando como parâmetros a vazão, a qualidade de voz, o atraso, o jitter e a taxa de perda de pacotes. O quinto artigo de Silva Neto e colaboradores descreve o desenvolvimento experimental de tecnologias relacionadas à captura, transmissão e recepção de mídia digital, no escopo do Projeto GIGA – Rede Experimental de Alta Velocidade. Esse projeto multidisciplinar é coordenado pelo CPqD em conjunto com a Rede Nacional de Pesquisa (RNP). O sexto e último artigo, elaborado por Aoki e colaboradores, aborda o desenvolvimento e a implementação de um sistema inovador para a detecção da corrosão em linhas de transmissão operadas pelas concessionárias de energia elétrica. O sistema desenvolvido pelos autores apresenta um pedido de patente e baseia-se na avaliação quantitativa da camada de zinco em cabos de alumínio com alma de aço. Observa-se, assim, a pujança e a diversidade das atividades de pesquisa e desenvolvimento na Fundação CPqD, que atendem em grande parte as demandas da sociedade brasileira e mostram os resultados obtidos graças aos recursos disponibilizados à Fundação CPqD pela sociedade. Por fim, os editores agradecem aos autores de todos os artigos submetidos e publicados neste segundo volume dos Cadernos CPqD Tecnologia. Os editores também agradecem o Fórum de P&D pela contribuição no trabalho de revisão de todos os artigos submetidos e pelo aperfeiçoamento final dos trabalhos publicados neste número.

Luís Afonso Bermúdez Presidente do Fórum de P&D do CPqD

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Software livre e interoperabilidade na área de SIG: ficção ou realidade? Claudia de Andrade Tambascia, Lin Tzy Li*, Marta Duarte Teixeira, Rafael de Melo Cuba, Sandro Danilo Gatti

Este artigo apresenta os principais projetos de software livre na área de Sistemas de Informações Geográficas (SIG), abordando banco de dados espaciais, bibliotecas, soluções de software básico de infraestruturas e aplicativos de visualização de mapas. O artigo tem como foco a contribuição de conceitos de interoperabilidade e de iniciativas internacionais na definição de padrões abertos para o crescimento de software livre na área de SIG. Com a experiência do CPqD no desenvolvimento de soluções corporativas e de missão crítica baseadas em manipulação de informações georreferenciadas na área de telecomunicações, foi possível alavancar pesquisas em software livre e padrões abertos para sistemas de informações geográficas. Os impactos dessa atuação forneceram ferramental para atuar em projetos de contexto diferenciado do quadro corporativo, como prefeituras, empresas de diversos portes e também em políticas públicas de telecomunicações junto ao Ministério das Comunicações através do projeto SIGPPT. Palavras-chave: Interoperabilidade. OGC. Padrões abertos. Componentes. SIG.

Introdução

O software livre (SL) (FSF, 1994) (DAHER, 2004b) tem revolucionado o mercado de software, principalmente pela oferta de uma gama de produtos que vão de simples editores de texto a robustos servidores de aplicação. A definição de padrões abertos para Sistemas de Informações Geográficas (SIG), principalmente pelo Open Geospatial Consortium (OGC) (OGC, 2005c), tem possibilitado não apenas a interoperabilidade entre sistemas, mas também o uso de arquiteturas SIG baseadas em componentes. É justamente essa arquitetura que torna a combinação SL e padrões abertos muito interessante para toda a comunidade SIG, pois impulsiona o trabalho tanto da comunidade de SL, uma vez que os padrões viabilizam o desenvolvimento de componentes livres, como do OGC, que busca a comprovação prática de suas especificações. Os resultados de pesquisa do projeto de P&D SIGPPT1 (CPqD, 2006) apresentados neste artigo mostram a viabilidade do desenvolvimento de aplicações SIG com soluções de SL e padrões abertos para a obtenção de interoperabilidade e

* 1

flexibilidade na composição de uma solução SIG baseada em componentes, totalmente baseada em SL ou como parte de uma solução baseada em software proprietário. A seguir, serão apresentadas a tecnologia envolvida no desenvolvimento de software livre e soluções interoperáveis e a viabilização de uma solução SIG utilizando componentes livres e padrões abertos internacionais. Também serão mostrados alguns componentes e bibliotecas existentes de SL para SIG e casos de sucesso aplicando conceitos e propostas discutidos neste artigo. 2

J2EE e arquitetura em componentes no desenvolvimento de software

Uma arquitetura de software estruturada é essencial para o sucesso de uma aplicação. Para minimizar impactos e atender às pressões do negócio e da tecnologia, são necessários requisitos como flexibilidade, adaptabilidade, manutenibilidade, reusabilidade, aproveitamento do legado, interoperabilidade, escalabilidade, robustez, menor tempo de desenvolvimento e baixo risco. Uma

Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: lintzyli@cpqd.com.br. Sistemas de Informações Geográficas para Política Pública de Telecomunicações – SIGPPT.

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Software livre e interoperabilidade na área de SIG

arquitetura multicamada e modularizada em componentes facilita o desenvolvimento e a evolução do software. A tecnologia J2EE (OLIVEROS, 2004) e seu modelo baseado em componentes facilitam o desenvolvimento e a evolução de soluções de software. A tecnologia provê liberdade de escolha de plataforma de execução e conectividade, além de padronização da arquitetura através do uso de HTTP e XML. 3

Solução SIG utilizando componentes livres e padrões abertos

Conceitualmente, arquiteturas SIG são formadas por componentes como sistema de armazenamento de dados espaciais, servidores de mapas e dados e aplicações cliente para visualização e manipulação de dados. As arquiteturas SIG existentes, tanto comerciais (MapGuide, ArcGIS, MapInfo, Geomedia) como livres (TEIXEIRA et al., 2004), diferem em relação à representação de estilo, formato dos mapas, representação das geometrias, armazenamento de dados espaciais, formato de imagens, etc. Considerando-se ainda as linguagens de programação, plataformas e interfaces de comunicação, é possível compreender por que o conceito de reuso de componentes no contexto SIG parece, a princípio, inviável. Porém, graças à definição de um padrão internacional aberto e ao suporte da comunidade SIG, isso se tornou possível no desenvolvimento das soluções da área. A definição de padrões abertos para SIG, principalmente pelo OGC (OGC, 2005c), tem possibilitado não apenas a interoperabilidade entre

sistemas, no sentido de comunicação e troca de dados, mas também a definição de arquiteturas baseadas em componentes e distribuídas, conforme Figura 1, em que cada padrão OGC é uma “linguagem” utilizada para a comunicação. 3.1

Padrões OpenGIS

Os principais padrões (Figura 1) definidos pelo OGC (OGC, 2005c) que vêm impulsionando o desenvolvimento de componentes de software livre para a área de SIG também têm sido adotados por empresas como Oracle, IBM, Autodesk, ESRI e MapInfo no desenvolvimento de produtos, o que torna real a interoperabilidade e a flexibilidade na combinação de diferentes componentes de software. A seguir, os principais padrões OGC são descritos. 3.1.1 Simple Features (SFS) O objetivo da especificação Simple Features for SQL (SFS) (OGC, 1999) (DAHER, 2004a) é definir um esquema no padrão SQL que suporte o armazenamento, a recuperação, a consulta e a atualização de coleções de objetos espaciais através de uma API ODBC. 3.1.2 Geography Markup Language (GML) A GML (OGC, 2004b) é uma codificação XML para transporte e armazenamento de informações geográficas, incluindo tanto as propriedades espaciais como as não-espaciais de objetos (features).

Figura 1 Soluções SIG e visão geral do uso de padrões OGC [17]

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Software livre e interoperabilidade na área de SIG

3.1.3 Filter Encoding (Filter) A especificação OGC Filter Encoding (OGC, 2005a) define um vocabulário XML para a construção de filtros. Um filtro é uma estrutura utilizada para descrever restrições formadas por propriedades alfanuméricas e espaciais dos objetos, com o propósito de identificar um subconjunto de um determinado tipo de objeto (feature type). 3.1.4 Styled Layer Descriptor (SLD) A especificação Styled Layer Descriptor (SLD) (OGC, 2002a) (OLIVEIRA, 2005) define um esquema XML para a representação de estilos e layers, bem como de interfaces necessárias para a utilização desses elementos em um servidor de mapas (WMS).

quais camadas podem ser mostradas e quais podem ter seus objetos consultados. Um servidor WMS pode empregar um SLD para aplicar um estilo fornecido pelo cliente para a geração de um mapa. Um cliente WMS é qualquer aplicação que se comunica com um ou mais servidores de WMS. O cliente WMS deve organizar as camadas retornadas pelas requisições ao servidor, compondo o mapa, conforme Figura 2. É possível agrupar servidores WMS em cascata (WMS Cascading), disponibilizando o acesso a vários outros WMS em um único servidor (Figura 3). Isso simplifica as alterações na configuração dos servidores e, em alguns casos, contorna deficiências de outros WMS que não podem, por exemplo, publicar dados em determinada projeção ou determinado formato. 3.1.7 Web Map Context (WMC)

3.1.5 Web Feature Services (WFS) A especificação Web Feature Services (OGC, 2002b) (MANDOLESI, 2004) define interfaces para que dados de um servidor de objetos espaciais (features) possam ser acessados via HTTP. Documentos GML são utilizados para representação de metainformações e dados. O padrão OGC Filter Encoding é utilizado para definição de consultas. Um servidor WFS pode oferecer suporte a transações (insert, update, delete). Um cliente WFS é qualquer aplicativo que se comunica com um ou mais servidores WFS utilizando as interfaces definidas nesse padrão.

A especificação OGC Web Map Context (WMC) (OGC, 2005b) define um documento XML que descreve um conjunto de mapas, o qual deverá ser exibido ao cliente, proveniente de um ou mais servidores WMS. O WMC inclui informações como, por exemplo, camadas que compõem o mapa e servidores que as provêem, área geográfica apresentada, sistema de coordenadas e tamanho do mapa. 3.2

Produtos, componentes e bibliotecas de software livre para SIG

3.1.6 Web Map Services (WMS)

3.2.1 Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados

A especificação Web Map Services (OGC, 2004a) (MANDOLESI, 2004) padroniza as interfaces utilizadas por clientes para requisitar mapas e metadados aos servidores e sua resposta. Há interfaces para a requisição de mapas, consulta a objetos apresentados no mapa, descrição de

Os Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBD) livres com suporte espacial mais relevantes são o MySQL e o PostgreSQL. O MySQL (MySQL AB, 2005), (DAHER, 2004c) tem uma arquitetura simples e leve, focada no desempenho. Conta com suporte nativo a trata-

Figura 2 Cliente WMS

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Figura 3 Cascade WMS

Software livre e interoperabilidade na área de SIG

mento de dados espaciais a partir da versão 4.1, mas ainda não permite criar tabelas espaciais que suportem transação. O MySQL implementa o suporte a dados espaciais seguindo um subconjunto da especificação OGC SFS (OGC, 1999). O PostgreSQL (POSTGRESQL, 2005) (DAHER, 2004c) oferece tipos geométricos nativos, inúmeras funções geométricas de conversão e operadores espaciais. Porém, as funcionalidades geográficas podem ser melhoradas com a extensão PostGIS (REFRACTIONS RESEARCH, 2005b). Ela adiciona uma série de tipos para a manipulação de dados geográficos e funções para operações mais complexas contempladas pela especificação OpenGIS SFS (OGC, 1999). 3.2.2 Servidores de Mapas e Dados (WMS e WFS) 3.2.2.1 MapServer O MapServer (UMN, 2005) (OLIVEIRA & GATTI, 2005) é um ambiente de desenvolvimento de software livre para aplicações espaciais baseadas em Internet. É baseado em outros sistemas de software livre como Shapelib, FreeType, Proj.4, GDAL e LibTIFF. Assim, grande parte das características oferecidas pelo MapServer é provida por serviços de outros sistemas e bibliotecas. De acordo com as bibliotecas opcionais incorporadas, o MapServer oferece suporte a formatos vetoriais e raster, indexação espacial, mapas temáticos utilizando expressões lógicas ou regulares, consultas a SGBD com suporte geoespacial no padrão SFS, protocolos OGC WMS (Cliente/Servidor), WFS (Cliente/Servidor) não-transacional, WCS (Servidor) (OGC, 2003), WMC, SLD, GML, Filter Encoding, SFS, e suporte à dimensão temporal em WMS. O MapServer pode ser executado como uma aplicação CGI de um servidor HTTP, ou pode-se utilizar a API do MapServer diretamente em aplicações mais avançadas. 3.2.2.2 Geoserver Geoserver (TEIXEIRA, 2004) é uma implementação Java da especificação OGC WFS, com suporte completo a transações e um WMS integrado, que permite a recuperação de dados tanto no formato GML (através do WFS) como em imagens (através do WMS). Utiliza a biblioteca Geotools (TEIXEIRA, 2004) para a implementação das interfaces definidas pelo OGC, como representação de features, feature type, filtros, estilo em SLD e acesso a diversas fontes de dados. Suporta dados do tipo PostgreSQL/PostGIS, Shapefile,

Oracle Spatial, ArcSDE, MySQL e WFS remoto, além de todos os operadores espaciais para base de dados Oracle Spatial e PostgreSQL/PostGIS. O Geoserver WMS foi desenvolvido como uma opção para disponibilizar os dados do servidor WFS de forma gráfica. 3.2.2.3 Deegree A arquitetura do Deegree (DEEGREE, 2004) é totalmente baseada nos padrões OGC: dados e metainformação dos objetos representados como feature e feature type (GML, WFS), geometrias no padrão SFS e estilos no padrão SLD. O Deegree WFS trabalha com formatos de dados de entrada: Oracle, PostgreSQL/PostGIS, MySQL (com extensão espacial), SDE (ESRI), objetos do tipo ponto armazenados em bancos convencionais (geometria colunas X/Y), objetos com parte espacial representada em GML em bancos convencionais, Shapefiles e MapInfo (MIF). As feature types são configuradas definindo-se um GML e um arquivo XML de mapeamento entre o esquema GML e o esquema de armazenamento. Como fonte de dados, o Deegree WMS utiliza os serviços dos componentes Deegree WFS e Deegree WCS. O Deegree WMS não acessa a base de dados diretamente. O servidor WMS pode obter dados de WFS e WCS locais, localizados na mesma máquina virtual, ou de WFS, WCS e WMS remotos. 3.2.3 Clientes WMS e WFS O MapServer pode também ser configurado como um cliente WFS e/ou WMS, fornecendo mapas a simples clientes HTML, além de empregar o SLD para descrever sua simbologia. O iGeoPortal (DEEGREE, 2005) é um cliente de mapas no padrão cliente WMS. Ele possui arquitetura em módulos componentes baseados em HTML e JavaScript. Isso permite que o cliente de mapas seja expandido e adequado de acordo com as necessidades de um projeto específico. A arquitetura foi projetada visando à interoperabilidade e à configuração através dos padrões OGC. 3.2.4 Software SIG Desktop Com relação ao ambiente desktop, destacam-se o uDig (REFRACTIONS RESEARCH, 2005a) e o JUMP (Unified Mapping Platform) (VIVID, 2005b). O uDig (User-friendly Desktop Internet GIS) é um framework Java para desenvolvimento de aplicações sobre plataforma Eclipse Rich Client

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Software livre e interoperabilidade na área de SIG

Figura 4 Arquitetura uDig (Fonte: Refractions Research)

Figura 5 Arquitetura JUMP (Fonte: Vivid Solutions)

Platform (RCP). Novos módulos e funcionalidades são facilmente incorporados em sua arquiteturabase por meio de plug-ins. A arquitetura do uDIG é mostrada na Figura 4. O JUMP é um framework Java para o desenvolvimento de aplicações de visualização e manipulação de dados espaciais. Sua arquitetura (Figura 5) é dividida em duas partes principais: JUMP API, usada para a representação de features, entrada e saída de dados e funcionalidades espaciais fundamentais e JUMP Workbench, uma interface gráfica de acesso às funcionalidades disponibilizadas. 3.2.5 Bibliotecas O Geotools (TEIXEIRA, 2004) é um conjunto de APIs Java que pode ser utilizado para o desenvolvimento de soluções SIG, em conformidade com o padrão OGC. Não é objetivo do projeto Geotools desenvolver aplicações completas e sim disponibilizar bibliotecas que possam ser utilizadas para esse fim. A arquitetura é modularizada, o que permite que novas funcionalidades sejam facilmente incorporadas às bibliotecas. Entre as funcionalidades providas pelas APIs, destacamse a análise em redes, a manipulação de grid e

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imagens e os componentes para a criação de uma aplicação SIG. O JTS Topology Suite (VIVID, 2005a) é uma API Java que implementa o modelo geométrico para objetos espaciais definido na especificação SFS e funções espaciais sobre esse modelo. É uma biblioteca robusta, utilizada por uma série de outros projetos de software livre como Geotools, uDig, Geoserver, Deegree e JUMP. O TerraLib (INPE, 2005) é uma biblioteca de classes e funções para SIG, disponível sob licença LGPL. Entre outras características, permite a “espacialização” de bancos de dados que não suportam nativamente dados espaciais ou a extensão dessa capacidade, através da definição de um modelo de dados geográficos e um conjunto de funções externas ao SGBD. As funções, escritas em ANSI C++, englobam algoritmos de estatística espacial, processamento de imagens e projeções cartográficas, entre outras. 4

Solução SIG/GIS do CPqD

Com os resultados obtidos pelo projeto de P&D SIGPPT (CPqD, 2006) nasceu uma nova solução SIG/GIS no CPqD, construída sobre os seguintes

Software livre e interoperabilidade na área de SIG

Figura 6 Solução GIS composta por Cliente Mapas, Visualizador de atributos, Geocodificador, GeoAnálise

Figura 7 Composição da consulta e visualização do resultado (formato tabular)

pilares básicos: emprego de software livre, arquitetura baseada em componentes empregados conforme as necessidades do cliente, padrões abertos de interoperabilidade – em especial OGC e W3C, ambiente Web, plataforma J2EE e banco de dados geográfico objeto-relacional. Os componentes que formam a solução SIG/GIS completa são descritos a seguir e ilustrados na Figura 6.

4.1

Visualizador de atributos

O visualizador de atributos (FDV) (GIGLIOTTI, 2005e) é uma ferramenta de consulta a dados georreferenciados. O usuário pode fazer consultas com expressões lógicas, como AND, OR, >, <, =, e LIKE sobre quaisquer campos de um determinado tipo de objeto. O resultado pode ser mostrado

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em formato tabular ou destacado no mapa. Sua implementação é baseada nos padrões WFS, GML e Filter, que o torna independente de banco de dados. O resultado da consulta com saída em formato tabular é ilustrado na Figura 7. 4.2

GeoAnálise

O GeoAnálise (GIGLIOTTI, 2005d) é uma ferramenta de configuração e geração de mapas temáticos que utiliza os padrões OGC GML, WFS e Filter e auxilia as análises do usuário. A construção de consultas temáticas pode ser feita por valor único ou por estratificação e o usuário escolhe a propriedade do objeto a ser usada na análise, o método de estratificação dos dados e as cores ou símbolos dos temas a serem utilizados na exibição dos resultados da consulta no mapa. Um exemplo de geração de um mapa temático, cuja consulta é feita por estratificação e diferenciada por cores, é ilustrado na Figura 8. 4.3

Cliente Mapas

O Cliente Mapas (GIGLIOTTI, 2005a) é uma ferramenta criada pelo CPqD para a visualização de mapas em ambiente Web baseado no cliente WMS e Context iGeoPortal. Ele oferece funciona-

lidades de legenda, mapa de referência, zoom, pan, controle de camadas e recuperação de informações de objetos ativos no mapa (Figura 9). Além disso, permite que o usuário inclua dinamicamente camadas de outros servidores WMS de mapas disponíveis na rede, bastando indicar o endereço HTTP do servidor. O Cliente Mapas é responsável pela integração dos vários componentes da solução GIS apresentados na Figura 6. Ele é flexível para configurar itens como as camadas a serem habilitadas e o nível de zoom desejado quando o módulo é iniciado pela primeira vez. 4.4

Geocodificador

O Geocodificador (GIGLIOTTI, 2005b, 2005c) é uma ferramenta para localização geográfica de um endereço no mapa. Esse endereço pode ser um número da casa, um logradouro, um cruzamento ou um ponto de referência, mesmo incompleto. As formas de representação do endereço, requisição e resposta são baseadas no padrão OpenLS do OGC, adaptado para o modelo de endereçamento brasileiro. O componente Geocodificador está ligado ao Componente de Endereços, camada responsável pela manipulação de diferentes padrões de endereça-

Figura 8 GeoAnálise: escolha do modo de estratificação do resultado e definição do estilo de exibição do resultado temático no Cliente Mapas ao fundo

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Software livre e interoperabilidade na área de SIG

Figura 9 Cliente Mapas ao fundo com camadas Ruas e Lotes e informação sobre a camada ativa (Lote) selecionada

mento presentes na base de dados. O Componente de Endereços utiliza o framework Geotools, que permite acesso a diferentes SGBDs de forma transparente, usando os padrões GML e Filter. 5

Aplicações e cases

Os cases descritos a seguir foram desenvolvidos pelo CPqD com base nas premissas discutidas na Seção 4, demonstrando, na prática, a viabilidade e a flexibilidade do emprego de componentes e padrões internacionais nas soluções SIG, fomentando a interoperabilidade e soluções baseadas em software livre e/ou software proprietário. 5.1

RadCom SIG

O RadCom SIG (CARVALHO, 2005) busca georreferenciar rádios comunitárias, fornecendo consultas e validações de coordenadas, e apresenta um simulador de pontos que o Ministério das Comunicações (MC) poderia usar para novas outorgas de rádio, baseado em regras de negócios do próprio ministério. Possui, ainda, controle de autenticação e acesso, administração de privilégios de usuários e funcionalidades para o cidadão verificar a viabilidade de candidatar-se a um processo de outorga do MC.

Esse é um dos primeiros exemplos de implementação de interoperabilidade entre sistemas, segundo e-PING2, para o compartilhamento de informações comuns com o sistema de cadastro de rádios comunitárias do MC. Além disso, foi um caso totalmente baseado em software livre, aplicando a arquitetura J2EE e as especificações dos padrões WMS e SLD, servidor de aplicação JBoss, banco de dados PostgreSQL, em ambiente Linux. 5.2

SMP

Solução para a área de Atendimento a Clientes SMP (call center, suporte e lojas de atendimento) que fornece aos clientes informações sobre área de cobertura, localização de lojas e pontos de venda de cartão. O SMP emprega o Geocodificador (Seção 4.4) para informar dados de cobertura, nível de sinal, estado de operação das estações radiobase, localização de lojas de venda e pontos de assistência técnica mais próximos da localização do cliente. Nessa solução, foi utilizado o Autodesk MapGuide como cliente e servidor de mapas para a visualização geográfica dos elementos do sistema no mapa e SGBD Oracle Spatial, que segue a especificação OGC SFS.

Padrões de Interoperabilidade de Governo Eletrônico (COMITÊ EXECUTIVO, 2005).

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Software livre e interoperabilidade na área de SIG

5.3

Monitoração RNI

O CPqD Monitoração RNI (ALMEIDA et al., 2005) é um sistema para a medição contínua e a simulação de intensidade das emissões eletromagnéticas das estações radiotransmissoras dos sistemas de telecomunicações sem fio. O sistema usa os componentes Cliente Mapas, Geocodificador e GeoAnálise. O Cliente Mapas provê interação do usuário com o mapa e a visualização dos elementos georreferenciados do sistema (simulação de emissões eletromagnéticas, arruamento, estradas, praças, entre outros), enquanto a consulta de um endereço e sua localização no mapa são funcionalidades providas pelo componente Geocodificador. A criação de camadas préconfiguradas com destaque de objetos no mapa por um determinado atributo, como é o caso de pontos de coleta conforme a data da operação, foi possível graças ao componente GeoAnálise. Esse é um exemplo em que a parte SIG da solução foi composta exclusivamente por software livre e pelo reuso de componentes. 5.4

SAM

Outro exemplo de uso exclusivo de software livre em sua solução SIG é o protótipo do projeto Serviços de Aplicações Móveis (SAM) de “uma plataforma de comunicação de dados entre agentes em campo e os centros de dados de suas corporações, utilizando terminais móveis” (BRUZONI et al., 2005). O SAM emprega o componente Geocodificador, sendo adotados o SGBD PostgreSQL/PostGIS e o servidor de mapas WMS Mapserver. 5.5

MapForce

Com o objetivo de minimizar o deslocamento de equipes de atendimento ao cliente, aumentar a eficiência e melhorar o gerenciamento da força de trabalho de campo, foi idealizado um software com a capacidade de disponibilizar, via Web, informações de posicionamento geográfico e de roteirização sobre atividades, elementos e força de trabalho. Essa solução (CPqD, 2005), desenvolvida para georreferenciar objetos específicos do sistema (atividades, executores, estações) a partir de seus endereços e do mapeamento urbano cadastrados no sistema, utiliza o Geocodificador. O GeoAnálise, por sua vez, é o responsável por construir mapas temáticos que ajudam na análise dos objetos plotados no mapa, como, por exemplo, na definição de como os objetos aparecerão no mapa ou como deverão ser agrupados, de acordo com sua situação no sistema.

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Neste case, foram utilizados o Oracle Spatial como SGBD e o Autodesk MapGuide como servidor e cliente de mapas, em conjunto com os componentes SIG aqui descritos, baseados em software livre. Embora o Autodesk MapGuide não suporte alguns padrões OGC utilizados no desenvolvimento dos componentes SIG – por exemplo, o SLD –, foram desenvolvidos adaptadores que possibilitaram o reuso de componentes. Esse é um exemplo do benefício do uso de padrões e componentes, possibilitando o reaproveitamento e a composição de solução SIG com software livre e software proprietário. 6

Conclusão

O software livre deixou de ser exercício acadêmico, tornando-se parte do mercado mundial de software. Ele já é utilizado em diversos sistemas críticos e a evolução dos sistemas de software gerados como SL tem sido veloz. A definição de padrões abertos para SIG, principalmente pelo Open Geospatial Consortium (OGC), tem possibilitado não apenas a interoperabilidade entre sistemas, no sentido de comunicação e troca de dados, mas também a definição de arquiteturas SIG baseadas em componentes, facilitadas graças a esse “protocolo-padrão de comunicação”. Essa arquitetura impulsiona o trabalho tanto da comunidade de SL como do OGC, uma vez que o OGC busca a comprovação prática de suas especificações e a comunidade de SL precisa de padrões que viabilizem o desenvolvimento baseado em componentes. Nesse cenário fértil, acrescenta-se ainda a vantagem da portabilidade, já que a linguagem Java foi eleita como a linguagem de programação da grande maioria dos desenvolvedores da comunidade de SL. A administração pública e as organizações em geral têm muito a ganhar com o SL e padrões internacionais abertos que oferecem vantagens como a interoperabilidade entre os vários sistemas desenvolvidos nessa plataforma, o não-aprisionamento a um único fornecedor e a interrupção da obsolescência programada. Empresas de desenvolvimento de soluções SIG ganham agilidade no processo de implementação e flexibilidade para decidirem onde utilizar software livre e quais produtos, proprietários ou não, comporão sua solução. Em suma, através de software livre e padrões internacionais abertos, pessoas e organizações de todo o mundo têm se beneficiado da liberdade de escolha e do compartilhamento de informações. O CPqD contribui com o desenvolvimento de soluções empregando esses novos instrumentos. Conforme descrito neste artigo, os componentes

Software livre e interoperabilidade na área de SIG

desenvolvidos pelo projeto SIGPPT, fundamentados nesses conceitos, fizeram parte de uma gama de soluções que evidenciam a flexibilidade na composição com software livre ou software pro-

prietário, graças à sinergia entre padrões abertos e SL. Portanto, o uso de software livre e padrões abertos em soluções SIG é definitivamente uma realidade nos dias atuais.

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Abstract This article presents the main free software projects related to the Geographic Information System (GIS) area, addressing spatial databases, basic tools and applications for mapping and viewing spatial data. This paper is focused on how the interoperability concept and international initiatives for open standards have contributed to the growth of GIS free software. CPqD’s large experience in developing corporate critical mission solutions based on geospatial data processing, mainly in the telecommunications field, has led to research on free software and GIS open standards. As a result, a set of tools has been developed, proving CPqD competence to offer solutions in distinctive projects such as city halls, enterprises of any size and telecommunications public policies for the Brazilian Ministry of Communications through the SIGPPT project, which in Portuguese stands for Geographic Information System for a Telecommunication Public Policy. Key words: Interoperability. OGC. Open standards. Components. GIS.

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Avaliação de impactos para gestão ambiental: um estudo dos descartes de empresas de telecomunicações Sirney Silveira*, Evandro C. Longui, Joceli M. G. Angelini, Luiz Carlos Neves, Maria A. Rodrigues, Rozely F. Santos

Este trabalho tem como objetivo apresentar alguns resultados obtidos no projeto Telecomunicações e seus Impactos na Saúde e Meio Ambiente, através de um levantamento feito junto às empresas do setor de telecomunicações sobre o estado-da-arte do descarte de produtos pós-uso na rede de telecomunicações. Os produtos e seus componentes foram classificados segundo normas brasileiras e internacionais. A partir desses dados, foi desenvolvida uma nova metodologia para auxiliar a avaliação do impacto ambiental do descarte de produtos de telecomunicações. A significância do impacto produzido foi avaliada com o uso de ferramentas ambientais, sendo identificados quatro produtos prioritários a serem tratados na elaboração de um programa ambiental no setor de telecomunicações. Palavras-chave: Meio ambiente. Resíduos. Rede de telecomunicações. Rede externa. Impacto ambiental.

Introdução

As atividades das empresas de telecomunicações geram produtos e subprodutos que interferem direta ou indiretamente no meio ambiente, na geração de materiais ou produtos de descarte, cujo controle e manejo são imprescindíveis. Não há muitos dados disponíveis sobre o impacto ambiental decorrente de instalações, processos e produtos de telecomunicações. As indústrias e operadoras desse setor geram uma grande quantidade de produtos que passam a ser sucatas e, via de regra, não se conhece seu destino. Não existem padrões para controle do desempenho das fontes de poluição ou do estado de qualidade do meio ambiente nas cercanias das instalações ou áreas de descarte desses produtos (REICHLING & OTTO, 2002). A ITU Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) é um órgão permanente da International Telecommunication Union (ITU), responsável por estudos técnicos e operacionais e pela elaboração de procedimentos padronizados para o setor de telecomunicações. Em 1996, a ITU-T aprovou a norma ITU-T L.24, voltada para a classificação de produtos de rede externa pósuso. Para o desenvolvimento do presente trabalho, foram realizadas a identificação e a classificação dos produtos e materiais de telecomunicações que causam maior impacto ambiental. A estratégia *

utilizada foi desenvolvida por meio de entrevistas e pesquisas junto a empresas de telecomunicações, operadoras, empreiteiras, terceirizadas do setor e também órgãos públicos. Posteriormente, foi realizada a análise do estágio atual da disposição pós-consumo dos produtos identificados como problemáticos que foram classificados sob os padrões nacional e internacional de resíduos sólidos, segundo as normas ABNT:NBR 10004 (Resíduos Sólidos – Classificação) (ABNT, 1996) e ITU-T L.24 (Classification of Outside Plant Waste) (ITU-T, 1996). Foi feito também um levantamento dos tipos de contaminação e processos patológicos oriundos do descarte desses produtos, bem como de áreas críticas de contaminação, utilizando, para isso, ferramentas específicas de avaliação ambiental chamadas de matrizes de conformidade (SANTOS, 2004). A aplicação dessas ferramentas justifica-se pela diversidade de componentes e substâncias dos produtos, cujos impactos podem apresentar uma variação significativa de potencial, tipo, abrangência, entre outros fatores. A Seção 2 deste artigo apresenta as definições utilizadas no desenvolvimento do trabalho e a Seção 3 mostra uma compilação de dados relativos a quantidades e tipos de disposição final dos produtos de telecomunicações no Brasil. Na Seção 4, são destacadas as metodologias utilizadas para a valoração dos aspectos do

Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: sirney@cpqd.com.br.

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Avaliação de impactos para gestão ambiental

descarte e seus impactos ambientais. A análise e a discussão dos resultados são realizadas na Seção 5 e a conclusão final é apresentada na Seção 6. 2

bidimensionais, dispostas em forma de linhas e de colunas. Em uma delas, por exemplo, são elencados os produtos ligados ao descarte ou as principais atividades e, na outra, são apresentadas as principais características que, pelo menos potencialmente, induzem a impactos. O objetivo é identificar as interações possíveis entre todos os componentes por meio da avaliação das células correspondentes (BLOCK, 1999). Os números inseridos em cada célula correspondem a uma pontuação de magnitude da interação, em uma escala arbitrária de 0 a 3 ou de 0 a 5, que pode representar a intensidade do efeito do descarte. A partir dessa ferramenta, construiu-se uma matriz de conformidade que permite definir, para cada um dos produtos, se existe conformidade ou não no descarte (SANTOS, 2004).

Definições

Neste trabalho, serão chamados de “aspectos” as características associadas ao descarte de produtos e materiais de telecomunicações e de “impactos ambientais” os efeitos decorrentes da existência, do manejo e das ações tecnológicas relativas a esse descarte, realizado numa determinada área de abrangência (BLOCK & MARASH, 2006). Estabeleceu-se, na realidade, uma relação de causa e efeito entre produtos e materiais de descarte e alterações ambientais. Foi também necessário observar os impactos que não são decorrentes de uma única ação ou de uma única matéria, mas de um conjunto que, quando associado, tem um efeito particular; dados importantes para o cumprimento da legislação sobre o meio ambiente (VENTURA & RAMBELLI, 1996). Ferramentas metodológicas auxiliaram na identificação e na qualificação dos impactos ambientais. Optou-se por utilizar listas de verificação e diferentes tipos de matrizes. A lista de verificação é um instrumento que arrola os diferentes produtos, materiais e atividades, e tem como objetivo a garantia de um levantamento sistemático e exaustivo dos aspectos ligados a esses elementos. As matrizes são listas

Quantidade e disposição dos produtos de telecomunicações

Após levantamento de dados das empresas de telecomunicações, obteve-se uma listagem de produtos e de procedimentos utilizados em sua disposição após o uso. Na Tabela 1, são destacados os principais produtos pesquisados, sua disposição usual e a estimativa de descarte anual. O universo total estudado é composto de 19 classes de produtos e, neste trabalho, é apresentada a fatia mais importante dos resultados.

Tabela 1 Disposição pós-consumo de produtos de telecomunicações e estimativa de descarte anual no Brasil• Produtos

Disposição usual*

Descarte anual (base 2004)**

Cabos de fibras ópticas

Reuso, almoxarifado ou descarte em lixo comum

Fios FE

Almoxarifado ou descarte em lixo comum

3.475 toneladas

Orelhões

Reuso, aterros, descarte em lixo comum ou incineração

4.005 toneladas

Baterias

Reciclagem ou descarte em lixo comum

212 toneladas

Baterias de celular

Aterros ou reciclagem

40 toneladas

Conjuntos de emenda metálica (chumbo)

Descarte em lixo comum

102 toneladas

Cabos metálicos

Reuso, descarte em lixo comum ou reciclagem

Bobinas de cabos

Reuso, almoxarifado ou descarte em lixo comum

Miscelâneas metálicas (mistura de todos os tipos Almoxarifado ou descarte em lixo comum de produtos metálicos de pequeno porte)

722 toneladas

29.615 toneladas 508 toneladas 1.341 toneladas

Embalagens (madeira, plástico e papel)

Descarte em lixo comum

Postes

Reuso, descarte em lixo comum, concessionária de energia ou almoxarifado

173 toneladas 2.690 peças

Conjuntos de emenda

Almoxarifado, leilão e reciclagem

15.178 peças

Alguns locais entrevistados recolhem os produtos pós-uso e os disponibilizam para empresas de reciclagem, ou para outros fins, através de leilões. ** Os valores totais do descarte anual foram obtidos por meio de extrapolação dos dados regionais obtidos para as respectivas operadoras, tendo como base o número de acessos fixos instalados, que correspondem a 86% do total de acessos fixos instalados no Brasil.

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Avaliação de impactos para gestão ambiental

Estabelecimento de critérios para valoração dos aspectos do descarte e seus impactos ambientais

Foram estabelecidos critérios que permitissem valorar os aspectos ou características dos produtos e materiais de descarte. Para tanto, atribuíram-se pesos a cada aspecto em função desses critérios. Foram definidos dois tipos de pesos: o primeiro referente à importância do aspecto ou característica e o segundo referente à potencialidade do provável efeito ou impacto. Alguns procedimentos gerais propostos foram: • a análise de cada aspecto deve ser feita separadamente, pois, muitas vezes, eles podem ser antagônicos (WORLD ECONOMIC FORUM, 2001); • nos casos em que não exista conhecimento suficiente ou não existam elementos que permitam avaliar um determinado critério estabelecido, ele deverá ser retirado da análise; • a avaliação de cada critério ou aspecto segue dois tipos de escala: uma baseada na presença ou ausência de determinadas condições, que não podem ser quantificadas, e, por isso, foram estipulados parâmetros variáveis para a avaliação; e outra, baseada na intensidade com que se apresentam determinadas condições, por meio de parâmetros quantificáveis como, por exemplo, o peso ou o número de peças de descarte de determinado produto; • a proposta de atribuir somente quatro valores, por exemplo, de 0 a 3, permite identificar situações intermediárias entre as melhores e as piores condições, sem apresentar um número excessivo de valores que não expressam maior precisão na avaliação. Os conceitos são atribuídos segundo as regras descritas na Tabela 2. Tabela 2 Regras para atribuição de conceito Conceito Atribui-se o conceito nos seguintes casos: 3

Tabela 3 Conceitos relativos à quantidade do descarte Descrição do critério: Considera a quantidade dos produtos e materiais acumulada em função das disposições pós-consumo, segundo estimativa de descarte anual pelas empresas de telecomunicações selecionadas. A quantidade foi avaliada em toneladas ou peças. Conceito

Atribui-se o conceito nos seguintes casos:

Quantidade acima de 5.000 toneladas ou acima de 15 mil peças

Entre 100,01 e 5.000 toneladas ou de 3.001 a 15 mil peças

Entre 5,01 e 100 toneladas ou de 1.501 a 3.000 peças

Entre 0 e 5 toneladas ou de 0 a 1.500 peças

Os critérios analisados foram classificados em três grandes blocos conforme suas características, aspectos relativos a prováveis impactos oriundos do descarte e aspectos relativos à minimização do efeito: 1. Critérios relativos às características do descarte, indutores de efeitos negativos ao meio ambiente: quantidade, volume, periculosidade e regularidade de produção do descarte; tipo de disposição final, probabilidade de contaminação e duração do descarte no meio, área de influência dos materiais e produtos, patogenicidade, complexidade do ciclo de vida do produto e aspectos legais. 2. Critérios relativos a prováveis impactos oriundos do descarte: severidade, ordem ou origem dos impactos, desencadeamento e duração do impacto. 3. Critérios relativos à minimização do efeito: capacidade de manejo e possibilidade de reciclagem ou reuso do descarte e reversibilidade dos impactos relativos ao produto. Os valores atribuídos a cada critério foram ordenados de acordo com sua importância referencial e são apresentados na Tabela 4. A totalização das linhas e colunas da tabela permite uma análise comparativa dos dados obtidos para cada produto, através da matriz de conformidade normal. 4.1

Atribuição de pesos aos critérios

Observam-se as piores condições

Observam-se condições ruins ou insatisfatórias

Observam-se condições aceitáveis, embora não sejam totalmente adequadas

Observam-se condições adequadas

Foram estudados 18 critérios que envolvem os produtos e materiais de descarte, suas características e os impactos decorrentes. Os conceitos e pesos atribuídos a eles são exemplificados na Tabela 3.

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Para cada critério, pesos variando de 1 a 5 foram atribuídos, em função do potencial para causar maior ou menor impacto no meio, conforme descrito na Tabela 5. O valor atribuído em cada célula da matriz referese ao potencial e magnitude de um produto sobre o material de descarte para produzir impacto ao meio ambiente com relação aos aspectos dos filtros de significância (critérios).

Avaliação de impactos para gestão ambiental

Os valores na Matriz de Conformidade Normal (MCN) foram obtidos a partir da soma dos valores das linhas (Vi) para cada produto da Tabela 4. Dessa forma:

pesos dos filtros de significância (Pi) constantes na Tabela 5. Assim:

Os valores na Matriz de Conformidade Ponderada (MCP) foram calculados pela soma dos valores atribuídos aos produtos elevados aos respectivos pesos dos filtros de significância. Dessa forma:

Os valores na Matriz de Conformidade Linear (MCL) foram obtidos pela soma dos produtos entre os valores atribuídos (Vi) pelos respectivos

Tabela 4 Valoração dos critérios relativos ao descarte dos produtos que induzem a impactos ambientais (V) Cabos de fibras ópticas

Fios FE

Orelhões

Baterias

Baterias de celular

Conjuntos de emenda metálica (chumbo)

Quantidade do descarte

Volume do descarte

Periculosidade do descarte (ABNT-T)

Critério

Periculosidade do descarte (ITU-T)

Tipo de disposição final

Área de influência dos materiais e produtos

Duração do descarte no meio

Regularidade de produção do descarte

Patogenicidade

Probabilidade de contaminação do descarte

Complexidade do ciclo de vida do produto

Aspectos legais

Severidade

Ordem ou origem dos impactos

Desencadeamento e duração dos impactos

Sinergia dos impactos

Capacidade de manejo do descarte

Possibilidade de reciclagem ou reuso do descarte

Reversibilidade dos impactos relativos ao produto

Tabela 5 Ponderação e agrupamento dos critérios Peso do critério (P)

Critério

Critérios relativos a características do descarte, indutores de efeitos negativos ao meio ambiente Quantidade do descarte

Volume do descarte

Periculosidade do descarte

Tipo de disposição final

Área de influência dos materiais e produtos

Duração do descarte no meio

Regularidade de produção do descarte

Patogenicidade

Probabilidade de contaminação do descarte

Complexidade do ciclo de vida do produto

Aspectos legais

2 Critérios relativos aos prováveis impactos oriundos do descarte

Severidade

Ordem ou origem dos impactos

Desencadeamento e duração dos impactos

Sinergia dos impactos

4 Critérios relativos à minimização do efeito

Capacidade de manejo do descarte

Possibilidade de reciclagem ou reuso do descarte

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Avaliação de impactos para gestão ambiental

A Tabela 7 apresenta a prioridade para tratamento da disposição de cada produto segundo a avaliação de cada matriz de conformidade. A Tabela 8 apresenta a compilação dos resultados obtidos pelas matrizes de conformidade normal, linear e ponderada, com relação aos filtros de significância estudados. Os resultados mais expressivos para cada tipo de matriz estão destacados.

Os cinco resultados mais significativos no universo total de 19 classes de produtos, em cada uma das matrizes (conformidade normal, linear e ponderada), foram separados do conjunto global, para uma análise mais específica. A Tabela 6 apresenta a compilação dos resultados mais relevantes de cada matriz.

Tabela 6 Compilação das matrizes de conformidade – produtos Valor na matriz normal

Valor na matriz linear

Valor na matriz ponderada

Cabos de fibras ópticas

147

1.347

Fios FE

156

1.389

Orelhões

163

1.420

Produto

Baterias

169

1.248

Baterias de celular

164

1.223

Conjuntos de emenda metálica (chumbo)

167

1.279

Indica os cinco itens de maior severidade.

Tabela 7 Prioridade para medidas de mitigação entre os três primeiros produtos selecionados pelos diferentes tipos de matrizes de conformidade Primeira prioridade

Segunda prioridade

Terceira prioridade

Matriz normal

Baterias de celular

Conjuntos de emenda metálica

Baterias

Matriz linear

Baterias

Conjuntos de emenda metálica

Baterias de celular

Matriz ponderada

Orelhões

Fios FE

Cabos de fibras ópticas

Tabela 8 Tabela de compilação das matrizes de conformidade – filtros de significância Valor na matriz normal

Valor na matriz linear

Quantidade do descarte

120

624

Volume do descarte

165

1.563

Periculosidade do descarte (ABNT-T)

132

493

Periculosidade do descarte (ITU-T)

172

943

Filtro de significância

Valor na matriz ponderada

Tipo de disposição final

200

1.248

Área de influência dos materiais e produtos

152

988

Duração do descarte no meio

150

434

Regularidade de produção do descarte

Patogenicidade

215

2.803

Probabilidade de contaminação do descarte

200

2.740

Complexidade do ciclo de vida do produto

Aspectos legais

Severidade

200

2.560

Ordem ou origem dos impactos

Desencadeamento e duração dos impactos

105

185

Sinergia dos impactos

136

764

Capacidade de manejo do descarte

186

Possibilidade de reciclagem ou reuso do descarte

Reversibilidade dos impactos relativos ao produto

200

1.312

Indica os seis itens de maior severidade.

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Avaliação de impactos para gestão ambiental

Análise e discussão dos resultados

A partir dos resultados apresentados na Tabela 6, é possível a aplicação de diferentes formas de análise para a elaboração de conclusões sobre os produtos de maior potencial de impacto. As conclusões podem ser utilizadas na criação de programas ambientais que podem ser inseridos em um sistema de gestão ambiental de uma empresa de telecomunicações. Em uma análise global, verifica-se que os quatro produtos que aparecem entre os mais críticos (maior pontuação) nos três tipos de matrizes são os fios FE, os orelhões, as baterias e os conjuntos de emenda metálica. Eles aparecem como potencialmente poluidores, independentemente da forma de tratamento, indicando que precisam ser priorizados na elaboração de um programa ambiental do setor de telecomunicações. Avaliando-se somente os resultados da matriz de soma ponderada, verifica-se que o manejo ambiental dos produtos obedece a seguinte ordem decrescente: orelhões, fios FE, cabos de fibras ópticas, conjuntos de emendas metálicas e baterias. O primeiro grupo de materiais e produtos é o mais problemático sob a perspectiva ambiental, atribuindo-se a eles a maior prioridade para encaminhamento de soluções, em curto prazo, para a minimização dos impactos oriundos do descarte pós-consumo. As baterias de celular aparecem como o segundo grupo a ser priorizado, pois se apresentam como críticos em duas matrizes (de soma normal e linear). No terceiro grupo, com apontamento crítico em uma matriz, incluem-se os cabos de fibras ópticas. Os critérios mais importantes a serem considerados na análise global dos filtros de significância visualizados na Tabela 8 são: tipo de disposição final, patogenicidade e reversibilidade. Eles se apresentam críticos nas três matrizes, sugerindo ações imediatas para a mitigação do impacto ambiental. Essas ações podem ser abordadas de várias maneiras, como, por exemplo, a conscientização da empresa para o descarte adequado, o desenvolvimento de processos de reciclagem, a prevenção dos processos patogênicos oriundos da disposição dos produtos de telecomunicações no meio ambiente e a aplicação da metodologia de Análise de Ciclo de Vida (ACV) na integração dos aspectos ambientais no desenvolvimento de produtos – o chamado Ecodesign. Dessa forma, verifica-se a necessidade de planejamento por parte das empresas do setor de telecomunicações e a criação de um programa destinado à avaliação integrada do descarte de produtos, tendo como objetivo o controle da sobreposição de efeitos e o monitoramento do sistema por auditoria. Em

relação à capacidade técnico-financeira das empresas para a minimização dos impactos, destacam-se os altos valores para a reversibilidade, que é uma questão a ser tratada dentro dos programas ambientais internos. É possível identificar também três critérios de ordem secundária que devem ser priorizados pela empresa: a severidade, a probabilidade de contaminação e a periculosidade. Essas características são constantes entre os diferentes materiais em duas matrizes diferentes. Esses materiais devem ser tratados com atividades técnicas eficientes e eficazes porque elementos com alto grau de severidade, probabilidade de contaminação ou periculosidade podem, com um único evento, causar conseqüências graves para a saúde humana e para o ambiente. Análises parciais também podem ser realizadas para a obtenção de diferentes informações. Por exemplo, o volume de descarte apresenta-se entre os seis primeiros itens somente na soma ponderada, enquanto a periculosidade só se inclui entre os seis primeiros itens nas somas normal ou linear, evidenciando a importância das diferentes formas de tratamento dos dados obtidos, as quais devem ser realizadas de acordo com o objetivo desejado. 5.1

Conclusão

As matrizes de conformidade originadas por este estudo destacaram, entre os produtos descartados pelo setor de telecomunicações, aqueles que se apresentam como mais problemáticos, do ponto de vista ambiental. A metodologia utilizada gerou uma lista de prioridades para tratamento dos produtos pós-consumo a serem consideradas em um programa ambiental no setor de telecomunicações. Os resultados deste trabalho sugerem que tal procedimento deve ser implantado o mais brevemente possível, pois, embora a maioria das operadoras e entidades coligadas ao setor se considerem “empresas limpas”, verifica-se a existência de vários problemas disseminados em todo o território nacional, os quais podem originar grande impacto ambiental em médio prazo. Além da metodologia desenvolvida apresentada neste trabalho, os seguintes resultados foram obtidos: 1. Dados para o desenvolvimento de ferramentas que podem ser utilizadas como instrumentos de desenvolvimento sustentável para aplicação corretiva e preventiva no setor de telecomunicações como, por exemplo, a classificação dos produtos quanto ao risco potencial ao meio ambiente e à saúde humana; a listagem

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dos componentes potencialmente perigosos, sob o ponto de vista ambiental; a classificação quanto à destinação final; a estimativa nacional da média anual de descarte, a possibilidade de reciclagem; o apoio ao cumprimento da legislação vigente e recomendações específicas. 2. Contribuição ao Grupo de Estudos da ITU-T para a implantação de metodologia de levantamento de dados na atualização da norma

L.24 – Classification of Outside Plant Waste, a ser implantada nos países em desenvolvimento e também naqueles com economia em transição. Os itens descritos evidenciam que o Brasil tem condições de assumir uma posição proativa no setor de telecomunicações com relação aos processos de mitigação de impactos ambientais originados por suas atividades.

Referências AS SOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR ISO 14001: Sistemas de gestão ambiental: requisitos com orientações para uso. Rio de Janeiro, out. 1996. BLOCK, M. R. Identifying environmental aspects and impacts. EUA: ASQ Quality Press, 1999. ISBN 0-87389-446-4. BLOCK, M. R.; MARASH, R. Uma visão geral da ISO 14000. Disponível em: < http://www.hgb. com.br/.> Acesso em: 16 jun. 2006. ITU TELECOMMUNICATION STANDARDIZATION SECTOR (ITU-T). L.24: Classification of Outside Plant Waste. Genebra, 1996. REICHLING, M.; OTTO, T. The environmental impact of the new economy, Deutsche Telekom

AG. In: PARK, J.; ROOME, N. The ecology of the New Economy: Sustainable transformation of global information, communications and electronics industries, Part II. Sheffield, UK: Greenleaf Publishing Limited, 2002. ISBN 1874719-47-0. SANTOS, R. F. dos. Planejamento ambiental: teoria e prática. São Paulo: Oficina de Textos, 2004. ISBN 85-86238-32-5. VENTURA, J. V.; RAMBELLI, A. M. Legislação federal sobre o meio ambiente: legislação ambiental anotada. 2. ed. Taubaté: Vana Ltda, 1996. ISBN 0-932633-18-8. WORLD ECONOMIC FORUM. M e r c o s u r Economic Summit 2001 - Report. Argentina, May, 2001, 80p.

Abstract This paper presents findings from the project entitled “Telecommunications and its impacts on health and environment”. The project was developed by CPqD in collaboration with telecommunication carriers and service providers in Brazil and with consulting support from Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). A survey on the state-of-the-art disposal of telecom products and waste was carried out among companies in the telecommunications sector. Telecom products and components were grouped according to Brazilian and international regulations and significant assessment tools were used. Based on such data, a new methodology was developed to evaluate the impacts of the disposal of telecommunication products on the environment. The significance of the impacts was evaluated through environmental tools and the results indicated that the prioritization of four products must be considered in the elaboration of an environmental program in the Telecommunications Sector. Key words: Environment. Waste. Telecommunications network. Outside plant. Environmental impact.

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Gatewayless-NGN: Migração para redes convergentes com baixo investimento (CAPEX) Carlos Akio Matsumoto* e William Bertucci Viais

O artigo discute uma proposta de migração das atuais redes telefônicas convencionais baseadas em comutação de circuitos para redes de comutação de pacotes em que o tráfego de voz é transportado através do protocolo IP (VoIP). Essas redes são conhecidas como Redes de Próxima Geração (NextGeneration Network – NGN) ou redes convergentes. Como principal obstáculo para sua adoção, o modelo convencional de Redes de Próxima Geração apresenta o alto custo dos equipamentos que fazem a conversão do transporte de voz através de circuitos comutados para pacotes IP, conhecidos como gateways de VoIP. Um dos grandes atrativos da implantação dessas redes está na possibilidade de ofertar serviços de valor adicionado que possibilitam a fidelização dos clientes e de um aumento do Average Revenue per User (ARPU). O artigo apresenta uma proposta de migração em que o conceito de servidor de sinalização intrusivo (baseado na sinalização SS7) é apresentado e, com ele, todo um conjunto de novos serviços que pode ser explorado pelas empresas operadoras, viabilizando inclusive a oferta de serviços de valor adicionado em plataformas totalmente IP, ou seja, baseadas em protocolos como o SIP. A partir da evolução gradativa da rede convergente, os servidores de sinalização intrusivos podem, via adição de novas facilidades (hardware e software), assumir o papel de softswitch. Outro ponto importante a ser enfatizado é sua total aderência à arquitetura IP Multimedia Subsystem (IMS), considerada hoje como uma arquitetura de referência mais promissora por possibilitar a convergência fixo-móvel e a transparência na oferta de serviços. Palavras-chave: Voz sobre IP. Media gateway. Softswitch. IP Multimedia Subsystems – IMS. Gatewayless NGN.

Introdução

A intensificação da concorrência no mercado nacional de telefonia (JESZENSKY, 2004) em virtude das novas concessões para serviço local e de longa distância, da expansão da telefonia móvel e do surgimento de alternativas para o estabelecimento de chamadas através da Internet, principalmente chamadas de longa distância, vem exigindo das empresas operadoras nacionais de telefonia fixa a busca por instrumentos para a retenção de seus clientes e a preservação de suas receitas. Com esse objetivo, uma das principais estratégias das operadoras é o oferecimento de novos serviços, diferenciados e inovadores, que possam constituir em instrumento de retenção de clientes e contribuir para compensar eventuais perdas de receita com o serviço de voz tradicional. A estratégia apresentada foi a implantação de Redes de Próxima Geração (NGN), inicialmente possibilitando o tráfego de longa distância através de uma rede IP. Para prover as interfaces de acesso à

Rede de Próxima Geração e realizar a codificação e “paquetização” dos sinais de voz, é necessária a instalação de media gateways, possibilitando o transporte de voz através da rede IP (VoIP). Em uma etapa posterior, poderiam ser implantadas soluções que possibilitassem a evolução de atuais centrais telefônicas (ROCHA, 2005) para unidades de acesso IP Classe 5 – também controladas por softswitches ou servidores SIP. Em paralelo a essa etapa, soluções de serviços de valor adicionado poderiam ser implantadas para permitir a oferta de serviços inovadores e avançados e promover uma maior fidelização dos clientes como conseqüência, bem como um aumento em Average Revenue per User (ARPU). Essa estratégia é chamada aqui de “NGN-By-The-Book” por utilizar o conceito NGN e VoIP (DAVIDSON & PETERS, 2000) (DOUSKALIS, 2000) (FAYNBERG & GABUZDA, 2000) (GOODE, 2002) (MARESCA, ZINGIRIAN & BAGLIETTO, 2004) no modelo tecnológico concebido. A NGN-By-The-Book tem como principal ponto fraco o alto custo de sua

* Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: akio@cpqd.com.br.

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implantação, com 66% das despesas localizadas no backbone IP e nos equipamentos gateway, dificultando qualquer iniciativa de investimento por parte das principais empresas operadoras. Isso pode ser verificado pelas implantações efetivas baseadas nos serviços de Classe 4, que implicam em transporte de chamadas de longa distância, na ausência de implantações de serviços de Classe 5 pelas principais empresas operadoras e nas poucas implantações de serviços de valor adicionado utilizando a Rede de Próxima Geração. Um modelo alternativo para a migração das atuais redes telefônicas convencionais baseadas em comutação de circuitos para redes de comutação de pacotes é a utilização do conceito do servidor de sinalização intrusivo, que permite a oferta de serviços inovadores tanto para terminais da rede fixa como móvel, pavimentando com novas receitas o caminho para a evolução gradual e consistente para as Redes de Próxima Geração. Com base nesse cenário, este artigo descreve uma proposta de migração das redes telefônicas convencionais para redes convergentes, aqui chamada de Gatewayless-NGN, que busca viabilizar a oferta de serviços e minimizar os investimentos necessários, agregando ainda

novas receitas advindas dos novos serviços. A proposta de migração possui como premissas a transparência de serviços e de interfaces para os usuários, que continuam existindo na nova rede com as mesmas características anteriores, e a preservação das interconexões entre os elementos de rede (centrais telefônicas). O artigo está organizado da seguinte forma: a Seção 2 apresenta a topologia das redes telefônicas atuais e o modelo proposto para redes convergentes. A Seção 3 discute as principais dificuldades da evolução para as redes convergentes. Na Seção 4, é apresentado o conceito de Gatewayless-NGN baseado no servidor de sinalização intrusivo. Uma proposta de evolução que visa a uma diminuição substancial nos investimentos necessários e minimiza os impactos sobre as redes em operação é feita a partir disso. Por fim, as conclusões são expostas na Seção 5. 2

Topologias de rede

2.1

RTPC e redes convergentes

As redes nacionais de telefonia fixa baseadas em comutação de circuito que compõem a Rede de

Figura 1 Modelo de rede convergente (NGN-By-The-Book)

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Telefonia Pública Comutada (RTPC) adotam uma topologia hierarquizada, utilizando-se de uma rede de sinalização Signaling System Number 7 (SS7) (RUSSELL, 1998) para a comunicação entre os diversos elementos de rede (centrais telefônicas). A rede SS7 permite que as mensagens de sinalização tenham um trajeto próprio, distinto do tráfego de voz, através de uma rede composta por diversos Pontos de Transferência de Sinalização (PTS). Para as redes convergentes ou NGN, uma abordagem bastante empregada na literatura (DAVIDSON & PETERS, 2000) modela as redes convergentes em três camadas, conforme Figura 1, em associação à estratégia de migração NGNBy-The-Book. Essas camadas se comunicam através de interfaces abertas e padronizadas, que proporcionam flexibilidade à rede e garantem a interoperabilidade entre equipamentos e sistemas de diversos fornecedores. A camada de acesso e transporte contém os elementos que compõem a infra-estrutura (backbone IP) da rede convergente como os switches e roteadores, além dos media gateways, responsáveis por prover as interfaces de acesso à rede convergente e pela codificação e “paquetização” dos sinais de voz. Os media gateways são freqüentemente classificados como residential gateways, enterprise gateways e trunking gateways (ROCHA, 2005). A camada de controle de chamadas (call control) é responsável pelo estabelecimento, tarifação, supervisão e liberação de todas as chamadas que trafegam pela rede convergente através do controle dos media gateways via protocolos padronizados (MGCP, H.248, SIP, H.323) (DOUSKALIS, 2000) (MARESCA, ZINGIRIAN & BAGLIETTO, 2004) (WILKINSON, 2002). O elemento de rede que desempenha essas funções é denominado genericamente call agent, que pode ser mapeado fisicamente em um softswitch, media gateway controller ou SIP Server (ROCHA, 2005). A camada de serviços é constituída por servidores de aplicação e bases de dados que controlam a lógica de execução dos serviços (service control) oferecidos aos usuários atendidos pela rede convergente. O desenvolvimento de novos serviços segundo esse modelo se resume na introdução de novas aplicações nesses servidores e, por isso, a implantação dos serviços nessas redes é considerada mais ágil, flexível e abrangente do que nas redes telefônicas convencionais. Outro ponto importante dessa camada é a utilização de plataformas hardware de uso comercial (padrões de mercado) que podem ser reutilizadas para a prestação de outros serviços de valor adicionado.

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Evolução das redes telefônicas

Toda evolução de rede é realizada em função de demandas de mercado que, dependendo de diversos fatores, podem indicar a melhor alternativa técnica, mesmo que não seja a que representa o estado-da-arte em termos tecnológicos. Entre as diversas atividades que precedem qualquer evolução da rede para atendimento às necessidades dos clientes, é possível citar: • determinação do modelo de negócios que viabilize sua implantação; • levantamento das possibilidades tecnológicas para atendimento aos requisitos; • realização de um caso de negócio que permita avaliar a real viabilidade de sua implantação. Dentro do escopo deste artigo, serão abordadas as questões referentes ao modelo de negócios e de possibilidades tecnológicas que viabilizem sua implantação. 3.1

Modelo de negócios

A evolução das atuais redes telefônicas baseadas em comutação de circuitos para redes convergentes baseadas em comutação de pacotes possibilita a oferta dos seguintes serviços: • transporte de chamadas de Classe 4 (longa distância); • substituição e/ou adição de terminais de Classe 5 (unidades de acesso); • oferta de serviços de valor adicionado. A implantação efetiva, dentro de requisitos técnicoeconômicos, pode ser realizada com base em um ou mais dos serviços citados acima. Esses serviços servirão para definir o modelo de negócios, que poderá resultar em prazos para retorno do investimento (ROI) compatíveis ou não com a estratégia de investimento da empresa operadora. 3.2

Movimentos de migração

Dentro desse conceito, ocorreram dois movimentos no mercado: o primeiro, denominado da borda para o núcleo, teve como estratégia a atuação de fornecedores a partir das “bordas” da rede, provendo serviços VoIP diretamente para as corporações. A finalidade dessa estratégia foi a de alcançar posteriormente o “núcleo” da rede, geralmente pertencente às empresas operadoras de telecomunicações. O segundo movimento, denominado do núcleo para a borda, refere-se à atuação de fornecedores no “núcleo” de rede procurando, com isso, alcançar posteriormente os usuários nas “bordas” da rede.

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Figura 2 Topologia de rede convergente e custos associados (NGN-By-The-Book)

A necessidade de redução de custos dos serviços de telecomunicações (voz e dados) por parte das empresas e a lenta evolução das atuais redes telefônicas para redes convergentes possibilitou o movimento da borda para o núcleo em que as corporações, a partir de equipamentos instalados em seus sites, implantaram soluções corporativas de VoIP, segmento significativamente explorado por empresas provenientes do mundo de dados. No movimento do núcleo para a borda, o conceito das três camadas se faz mais presente, sendo principalmente aplicado às empresas operadoras de telecomunicações. Esse segmento foi principalmente explorado por empresas provenientes do mundo de telecomunicações, entre elas a Trópico Sistemas e Telecomunicações. No movimento do núcleo para a borda, foco deste artigo, os altos custos de investimento (66% concentrados nos trunk gateways e backbone IP) influenciaram fortemente o lento processo de implantação das Redes de Próxima Geração, seguindo a estratégia NGN-By-The-Book. No movimento do núcleo para a borda, pode-se incluir a iniciativa do 3GPP com a arquitetura IMS (IP Multimedia Subsystem) (CAMARILLO & GARCIA -MARTIN, 2004), que possibilita:

• transparência na oferta de serviços; • convergência fixo-móvel; • aplicações simultâneas de voz, dados e vídeo. A arquitetura IMS pode ser vista como uma arquitetura IP independente do tipo de acesso e de rede que habilita a interoperabilidade entre redes existentes de voz e dados, provendo serviços multimídia para usuários fixos e móveis. 4

Proposta para a migração sustentável para redes convergentes

Para cada modelo de migração, a tabela a seguir apresenta o segmento envolvido, a principal dificuldade ou restrição em relação à sua implementação e o estágio de maturação da tecnologia VoIP. Uma avaliação dessas restrições e a necessidade de sustentabilidade do modelo de negócios das empresas operadoras (que se pode alcançar a partir do aumento da receita por usuário – ARPU) forneceram os subsídios necessários para a proposição de um modelo de migração sem gateways, aqui denominado Gatewayless-NGN.

Tabela 1 Modelo de migração e restrições

Modelo de migração

Segmento

Dificuldade/Restrição

Estágio de implantação (VoIP)

Do núcleo para a borda

Empresas operadoras

Elevado investimento (CAPEX)

Preliminar

Da borda para o núcleo

Mercado empresarial

Investimento e criação de grupo para operar o equipamento

Maduro

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Esse modelo utiliza a similaridade dos protocolos SS7 e SIP para a prestação de serviços de valor adicionado. Em essência, pode-se dizer que SIP é para Voice over IP (VoIP) o que SS7 é para a telefonia tradicional. Entretanto, a atual planta instalada no Brasil carece de elementos que permitam a prestação de serviços de valor adicionado na arquitetura de Rede Inteligente. Assim, carece de Pontos de Acesso a Serviço (PAS) e Pontos de Controle de Serviço (PCS), embora possua os Pontos de Transferência de Sinalização (PTS), que funcionam como grandes “roteadores” de mensagens SS7. A partir desses PTSs, poderiam ser segregados os diversos tipos de tráfego sobre o quais os serviços seriam aplicados. Dessa forma, a solução proposta é de um elemento com as funções de PTS, porém com a capacidade de processar um conjunto de serviços de valor adicionado nas chamadas por ele cursadas. Daí decorre o termo PTS Intrusivo. Entretanto, por seu posicionamento na rede, efetuando o tratamento de todas as mensagens SS7, uma alta capacidade de processamento é requerida porque somente dessa maneira a prestação de serviços de valor adicionado pode ser realizada atendendo aos tempos de um Ponto de Transferência de Sinalização (PTS). A alta capacidade de processamento disponível, aliada a uma arquitetura distribuída e descentralizada, são elementos que possibilitaram a implementação dessa solução.

Para a implantação de qualquer solução, é sempre necessário considerar o grande volume de tráfego ainda presente na RTPC. Esse volume apresenta peculiaridades que permitem a oferta de serviços de valor adicionado tanto para usuários finais como para serviços de rede. Entre os serviços, incluem-se: • blacklist (inadimplência, etc.); • translação de números; • cadência centralizada de terminal de uso público (TUP); • tarifação centralizada (geração de CDRs). A Figura 3 ilustra a arquitetura de implementação do servidor de sinalização intrusivo, que é a base para uma estratégia de migração da alternativa Gatewayless-NGN. Essa proposta de migração da atual rede telefônica comutada a circuito para uma rede convergente leva em consideração todo o potencial de novas receitas ainda existente no tráfego da RTPC. Desse modo, para realizar a transição, esse elemento deve atender aos seguintes requisitos: • ser acessível a todos os elementos da RTPC; • possibilitar a oferta de serviços para todo o tráfego da RTPC; • evoluir para o conceito de NGN. Nessa nova topologia, o servidor de sinalização (operando em lugar do softswitch) dispensa a utilização de gateways na rede. Considerando-

Figura 3 Topologia de rede utilizando o servidor de sinalização (Gatewayless-NGN)

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se que nessa nova topologia a mídia associada aos serviços é transportada pela RTPC existente, a não-necessidade de gateways leva a uma redução de investimento total da ordem de 77%. O posicionamento na rede de um servidor de sinalização (PTS) permite que serviços de valor adicionado possam ser introduzidos com base nas informações disponíveis na sinalização SS7, possibilitando inclusive que o controle de assinantes possa ser realizado sem a necessidade de programação nas centrais telefônicas de origem. Exemplo: se a empresa operadora desejar, a pedido do usuário, bloquear todo o tráfego internacional, a operação pode ser realizada via serviço a ser disponibilizado no servidor de sinalização intrusivo. Para a empresa operadora, a implantação do novo serviço consta basicamente da aquisição de hardware e software para a implementação desse novo serviço, assim como as programações no servidor de sinalização intrusivo para que tal tipo de tráfego seja tratado e, caso o usuário esteja habilitado, tenha seu tráfego internacional bloqueado. Nesta evolução, serviços tais como SMS para terminais fixo, Serviços de Mensagem Unificada atendendo tanto os terminais fixos quanto móveis e Ring Back Tones poderiam ser mais facilmente desenvolvidos já que a tecnologia utilizada é a mesma da Internet. Com isto, todo o mercado desenvolvedor de soluções para Internet passaria a fazer parte de potenciais fornecedores de novos serviços de valor adicionado. 5

Conclusão

O artigo apresentou uma proposta alternativa ao modelo convencional (NGN-By-The-Book) para a transição das redes telefônicas em direção a uma rede convergente baseada em protocolo

IP, visando à flexibilidade das operadoras para introdução de novos serviços. Esta alternativa de migração, aqui chamada Gatewayless-NGN, é baseada em um servidor de sinalização que potencializa a aplicação de novos serviços que devem ser lançados visando ao alto tráfego atualmente em curso na RTPC. Para que os serviços sejam aplicáveis a todo o tráfego telefônico, inclusive o intracentral (chamadas que originam e terminam em assinantes de uma mesma central telefônica), é necessária a incorporação, na atual planta RTPC, de mecanismos que habilitem a sinalização SS7, mesmo para chamadas do tipo intracentral. Esse mecanismo consiste na criação de juntores em uma rota loopback com sinalização TUP ou ISUP. Desse modo, as mensagens de sinalização SS7 são enviadas ao servidor de sinalização para o processamento do serviço e a conseqüente continuação da chamada com a definição dos canais no loopback que devem se conectar, de modo a promover o retorno da chamada à central de origem. Esse mesmo elemento deve ter condições de evoluir e passar a atuar como um softswitch no momento da implantação de Redes de Próxima Geração e de sua interconexão com o legado RTPC. A principal premissa da proposta GatewaylessNGN é realizar a migração de forma gradativa, agregando novas receitas que viabilizarão a implantação das Redes de Próxima Geração. Essa proposta de evolução encontra-se implantada com sucesso nas principais empresas operadoras brasileiras. Este artigo buscou identificar os problemas para a implantação de Redes de Próxima Geração, discutindo alternativas de mercado e propondo uma solução para a evolução das redes telefônicas, com o objetivo de contribuir para o desenvolvimento do setor de telecomunicações no País.

Referências CAMARILLO, G.; GARCIA-MARTIN, M. A. The 3G IP Multimedia Subsystem: Merging the Internet and the cellular worlds. Sussex: John Wiley & Sons, Ltd, 2004. ISBN 0-47087156-3. DAVIDSON, J.; PETERS, J. Voice over IP fundamentals: a systematic approach to understanding the basics of voice over IP. Indianapolis: Cisco Press, 2000. ISBN 157870-168-6. DOUSKALIS, B. IP telephony: The integration of robust VoIP services. New York: Prentice-Hall PTR, 2000. ISBN 0-13-014118-6.

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Gatewayless-NGN: Migração para redes convergentes com baixo investimento (CAPEX)

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Abstract The paper discusses a proposal of migration of existing telephony networks based on circuit switching to packet networks in which voice traffic is carried over Internet Protocol (IP), which are known as converged networks or Next-Generation Networks (NGN). The initial approach of such converged networks takes the huge cost of gateways and IP backbone equipment as a main problem. This kind of equipment is responsible for the conversion to Voice over IP (VoIP). One of the most attractive features of the deployment of such converged networks is the possibility to offer value-added services to increase customer loyalty and Average Revenue Per User (ARPU). The paper presents a proposal of migration that includes the concept of Intrusive Signaling Server (based on SS7 signaling) and a new and innovative set of services that can be deployed by service providers, in addition to including value-added services based on IP platforms running SIP protocol. When Next-Generation Networks start their real and gradual deployments, Intrusive Signaling Server can be upgraded (additional hardware and software) to run as softswitch. That solution adheres to the IP Multimedia Subsystem (IMS) architecture, one of the main telecom references that allow fixed-mobile convergence and service transparency. Key words: Voice over IP. Media gateway. Softswitch. IP Multimedia Subsystems – IMS. GatewaylessNGN.

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Avaliação de desempenho de uma rede ad hoc sem fio utilizando o padrão IEEE 802.11b Alberto L. Pacifico, Marcos A. de Siqueira, Marcel C. de Castro, José A. Martins*

Neste trabalho, são apresentadas medidas de parâmetros utilizados para avaliar o desempenho de redes ad hoc sem fio. Entre esses parâmetros estão a vazão, a qualidade de voz, o atraso, o jitter e a taxa de perda de pacotes, os quais foram medidos em uma rede ad hoc sem fio multihop experimental utilizando o padrão 802.11b. Também é analisada a influência do mecanismo de controle de acesso ao meio e dos parâmetros RTS threshold e frag threshold na vazão da rede. Na avaliação de qualidade de voz, foram considerados os codificadores de voz G.711 e G.726 – 32 kbit/s. Os resultados obtidos mostram que ocorre uma degradação do desempenho da rede ad hoc sem fio com o aumento do número de hops. Palavras-chave: Redes ad hoc sem fio. Desempenho. 802.11b. Vazão. Qualidade de voz.

Introdução

Redes ad hoc sem fio não necessitam de infraestrutura, podendo ser rapidamente implantadas com baixo custo. Essas redes apresentam-se como uma boa solução para cenários em que a rede fixa não está disponível. Seus terminais comunicam-se entre si via rádio e são responsáveis pela função de roteamento, possibilitando a comunicação em cenários multihop, além da comunicação ponto-a-ponto. É vasta a gama de aplicações das redes ad hoc sem fio, principalmente em situações que requerem a implantação rápida de uma rede de comunicação, como em situações de emergência ou desastres naturais. As redes ad hoc sem fio utilizam transmissão de dados por pacotes, suportando serviços de transmissão de voz e dados. Para o caso de transmissão de voz, pode ser utilizada a tecnologia de voz sobre IP (VoIP). As técnicas de transmissão por pacotes foram originalmente propostas para a transmissão de dados. A partir da integração dos serviços de voz e dados, é cada vez maior seu uso para a transmissão de voz. Entretanto, o uso de técnicas de transmissão por pacotes para a transmissão de voz apresenta algumas implicações. Entre os fatores que influenciam a qualidade de voz em uma rede de transmissão por pacotes estão o tipo de codificador de voz utilizado, o atraso, o jitter e a taxa de perda de pacotes.

Para a implementação do módulo de rádio nas redes ad hoc sem fio, o padrão IEEE 802.11 (IEEE, 1999a) é uma boa opção e tem sido muito utilizado tanto na implementação de testbeds como na implementação de redes comerciais. Isso ocorre devido à simplicidade desse padrão e ao fato de apresentar o modo de acesso Distributed Coordination Function (DCF), que possibilita a operação em modo ad hoc, porém realizada ponto-a-ponto (um hop). O padrão IEEE 802.11 especifica o mecanismo de controle de acesso ao meio (Medium Access Control – MAC) e a camada física. No modo DCF, os terminais competem pelo uso do canal de forma distribuída. O mecanismo de acesso ao meio utilizado nesse modo é o Carrier Sensing Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/ CA), o qual utiliza a troca de mensagens Request To Send/Clear To Send (RTS/CTS) para minimizar o problema do terminal escondido e exposto. Um dos parâmetros utilizados para avaliar o desempenho de uma rede ad hoc sem fio é a vazão fim-a-fim, a qual depende principalmente da largura de banda do enlace-rádio e do mecanismo de acesso ao meio empregado. A vazão é um parâmetro muito importante para a garantia de requisitos de qualidade de serviço para as aplicações das redes ad hoc sem fio. Embora a largura de banda de cada canal e o mecanismo de controle de acesso do padrão IEEE 802.11 não possam ser alterados, esse padrão

* Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: martins@cpqd.com.br.

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apresenta alguns parâmetros administrativos que podem ser ajustados para melhorar o desempenho da rede. Entre esses parâmetros estão o limiar para envio de mensagens RTS/CTS (RTS threshold) e o uso de fragmentação de pacotes (frag threshold). É muito importante ajustar os parâmetros de configuração para a otimização do uso do canal. O comportamento de redes ad hoc sem fio utilizando o padrão IEEE 802.11 é um pouco complexo e difícil de ser avaliado apenas por simulação, principalmente em razão das características da comunicação sem fio como perdas de propagação, interferência e ruído, e do mecanismo de acesso ao meio (CSMA/CA), que ocasionam os problemas do terminal exposto e do terminal escondido. Dessa forma, para avaliar o desempenho de uma rede ad hoc sem fio multihop, um testbed em ambiente indoor foi implementado, no qual foram realizadas várias medidas de diferentes parâmetros, considerando-se diferentes topologias de rede em ambiente multihop. Neste trabalho, são apresentadas medidas de parâmetros utilizados para avaliar o desempenho de redes ad hoc sem fio realizadas em uma rede ad hoc experimental. Essa é uma grande contribuição deste trabalho, principalmente no que se refere à avaliação de qualidade de voz, pois a maioria das medidas de desempenho encontradas na literatura foi obtida em simulações (e não em testbeds de redes ad hoc sem fio) e há poucos trabalhos referentes à avaliação de qualidade de voz em redes ad hoc sem fio. Na Seção 2 deste trabalho, é apresentada uma breve descrição do padrão IEEE 802.11b (IEEE, 1999b) utilizado no testbed. A Seção 3 descreve o protocolo de roteamento Optimized Link State Routing (OLSR) utilizado no testbed. Na Seção 4, é apresentado o cálculo teórico de vazão de uma rede ad hoc com um único hop utilizando o padrão 802.11b. Na Seção 5, é descrito o testbed implementado. Na Seção 6, são descritos os testes realizados e os resultados obtidos. A Seção 7 apresenta a conclusão deste trabalho. 2

Padrão 802.11b

O padrão 802.11b é uma extensão do padrão IEEE 802.11 e opera em taxas de transmissão de 1, 2, 5,5 e 11 Mbit/s, na faixa de freqüência de 2,4 GHz. Utiliza a técnica de espalhamento espectral Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), sendo empregada a seqüência de Barker para taxas de transmissão de 1 e 2 Mbit/s e a seqüência Complementary Code Keying (CCK) para taxas de 5,5 e 11 Mbit/s.

O modo de acesso fundamental do padrão IEEE 802.11b é o DCF. Esse modo de acesso suporta a operação de rede sem fio no modo ad hoc (somente ponto-a-ponto), combinando os seguintes mecanismos de controle do acesso ao meio: • técnica de acesso múltiplo CSMA/CA; • mecanismo de backoff time aleatório, utilizado quando um terminal deseja transmitir, mas encontra o canal ocupado; • Positive Acknowledgment (ACK) para garantir a entrega segura de pacotes de dados na camada de enlace; • mensagens de controle Request To Send (RTS) e Clear To Send (CTS) para realizar a reserva do canal para a transmissão dos pacotes de dados correspondentes. Essa reserva de canal aumenta a probabilidade de transmissão de dados sem colisões e minimiza o problema do terminal escondido. O parâmetro RTS threshold é responsável pela ativação do mecanismo RTS/CTS. Para pacotes maiores que o valor desse parâmetro, o mecanismo RTS/CTS é utilizado. Se o número de terminais escondidos na rede ad hoc for grande, obtém-se uma maior vazão na rede diminuindo-se o valor do RTS threshold. Por outro lado, em uma rede sem terminais escondidos e sem interferência, ao se aumentar o valor do RTS threshold, obtém-se o valor máximo teórico da vazão da rede (GAST, 2002). Na placa Cisco Aironet 350, o limiar de RTS pode variar de 1 até 2.312 bytes (CISCO AIRONET, 2006). O limiar frag threshold é responsável pela ativação do procedimento de fragmentação. Pacotes maiores que o valor desse parâmetro são transmitidos usando o procedimento de fragmentação, que permite a divisão do pacote em fragmentos menores. Embora esse recurso aumente o overhead transmitido, evita a retransmissão de grandes pacotes de dados sob a presença de interferência de RF (CISCO AIRONET, 2006). Em redes ad hoc sem fio, em ambientes ruidosos, diminuindo-se o valor do frag threshold, aumentase a vazão efetiva da rede. Em redes ad hoc sem fio operando em ambientes livres de interferência, ao se aumentar o valor do frag threshold, aumenta-se a vazão da rede porque diminui-se o overhead. Na placa Cisco Aironet 350 utilizada no testbed, esse limiar pode assumir valores de 256 a 2.311 bytes (OLSR, 2006). 3

Protocolo de roteamento OLSR

O Optimized Link State Routing (OLSR) (TONNESEN, 2006) (IETF, 2003) é um protocolo de roteamento

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classificado como proativo, cuja principal função é descobrir rotas de comunicação e inseri-las na tabela de roteamento dos terminais, possibilitando a conexão entre eles. Isso é feito através de trocas de mensagens. Esse protocolo é uma otimização do clássico algoritmo Link State, feito para ambientes móveis WLAN e está descrito na RFC 3626 do IETF (IETF, 2003). No mecanismo Link State, os nós colhem informações sobre os nós vizinhos e respectivos enlaces, enviando uma mensagem Hello periodicamente. Quando os nós detectam uma alteração na rede, eles a propagam empregando a técnica de Flooding (técnica de disseminação, na qual a informação recebida por um nó é transmitida a todos os nós vizinhos, exceto àquele que a enviou), permitindo atualização das informações sobre a rede. Cada nó mantém um conjunto de informações de seus vizinhos de um e dois hops atualizado periodicamente. A informação é removida caso exceda o tempo de expiração (time-out). Esse protocolo utiliza o conceito de nó de retransmissão (Multipoint Relay – MPR). Os MPRs são os únicos escolhidos entre os nós da vizinhança imediata para encaminhar mensagens de controle a serem difundidas na rede (mudança na topologia e outras). Para transmitir, todos os nós têm necessariamente que recorrer a seus MPRs. Se o nó estiver no processo de escolha de um MPR, a transmissão será feita através das informações descritas na tabela de vizinhos de dois hops. No testbed implementado, as mensagens Hello são enviadas a cada dois segundos e as mensagens utilizando os MPRs a cada cinco segundos. 4

Vazão em redes ad hoc sem fio

Em redes de transmissão por pacotes, estes são formados por um cabeçalho e pelo sinal a ser transmitido. O tamanho de cada pacote influencia o desempenho da rede, principalmente em relação a vazão e capacidade. Em redes ad hoc sem fio utilizando o padrão IEEE 802.11b, a vazão da rede é afetada pelo tamanho do payload (pacote de dados da aplicação), tamanho dos cabeçalhos dos protocolos RTP, UDP e IP, cabeçalhos do mecanismo de acesso ao meio e camada física (PHY), parâmetros do mecanismo de acesso ao meio (CDMA/CA), como o Short Interframe Spacing (SIFS), Distributed Coordination Function Interframe Spacing (DIFS), Contention Window (CW), tamanhos das mensagens de RTS, CTS e Acknowledgment (ACK) (ANASTASI et al, 2003) (GARG & KAPPES, 2006). Os valores desses parâmetros para o padrão IEEE 802.11b são apresentados na Tabela 1.

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Tabela 1 Parâmetros para o padrão 802.11b (Tx – taxa de transmissão da camada física) Duração (bytes)

Duração ( s)

Cabeçalho RTP

Parâmetro

12*8/Tx

Cabeçalho UDP

8*8/Tx

Cabeçalho IP

20*8/Tx

Cabeçalho MAC

34*8/Tx

Cabeçalho PHY

192

SIFS

DIFS

Time slot

CW min

7*time slot

CW max

1024*time slot

RTS

20*8/Tx

CTS

14*8/Tx

ACK

14*8/Tx

Considerando uma conexão ponto-a-ponto entre terminais ad hoc, com o mecanismo RTS/CTS desabilitado, a vazão é dada pela razão entre o tempo para transmitir os dados da aplicação e o tempo em que o canal fica ocupado para essa transmissão, multiplicada pela taxa de transmissão da camada física utilizada para transmitir os dados da aplicação.

em que: TDATA=TPAYLOAD + TRTP + TUDP + TIP + TMAC + TPHY TPAYLOAD: tempo para transmissão do pacote de dados da aplicação. DIFS: duração do Distributed Coordination Function Interframe Spacing. TDATA: tempo para transmissão de um quadro da MAC, o qual inclui o pacote de dados da aplicação e os cabeçalhos RTP (TRTP), UDP (TUDP), IP (TIP ), MAC (TMAC) e PHY (TPHY). SIFS: duração do Short Interframe Spacing. TACK: tempo para transmissão do Acknowledgment. Inclui o cabeçalho da camada física. TBACKOFF: valor médio do tempo de backoff (15,5 * time slot). Tx: taxa de transmissão da camada física (PHY). Com o mecanismo RTS/CTS habilitado, a vazão é dada por:

em que: TDATA=TPAYLOAD + TRTP + TUDP + TIP + TMAC + TPHY TPAYLOAD: tempo para transmissão do pacote de dados da aplicação.

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DIFS: duração do Distributed Coordination Function Interframe Spacing. TDATA: tempo para transmissão de um quadro da MAC, o qual inclui o pacote de dados da aplicação e os cabeçalhos RTP (TRTP), UDP (TUDP), IP (TIP ), MAC (TMAC) e PHY (TPHY). SIFS: duração do Short Interframe Spacing. TACK: tempo para transmissão do Acknowledgment. Inclui o cabeçalho da camada física. TBACKOFF: valor médio do tempo de backoff (15,5 * time slot). Tx: taxa de transmissão da camada física (PHY). TRTS: tempo para transmissão do RTS. Inclui o cabeçalho da camada física. TCTS: tempo para transmissão do CTS. Inclui o cabeçalho da camada física. Para um pacote de payload igual a 1.450 bytes e taxa de transmissão igual a 11 Mbit/s (Tx), o valor da vazão é apresentado na Tabela 2. Tabela 2 Vazão de rede ad hoc sem fio, conexão pontoa-ponto, utilizando padrão IEEE 802.11b RTS/CTS

Vazão (Mbit/s)

desabilitado

6,19

habilitado

5,04

Analisando-se os resultados obtidos, observa-se que, sem o mecanismo RTS/CTS, a transmissão de cabeçalhos e mensagens de controle ocupa

44% da banda. Com o mecanismo RTS/CTS habilitado, esse valor aumenta para 46%. 5

Localização dos nós do testbed

Para realizar medidas de parâmetros utilizados para avaliar o desempenho de redes ad hoc sem fio, foi implementado um testbed em ambiente indoor, formado por 13 nós. Esse testbed foi implantado no Prédio 7 do CPqD, sendo possível o estabelecimento de chamadas de voz e de dados. Cada nó da rede, ou terminal ad hoc, era constituído por um computador (desktop), sendo que um dos nós da rede (Nó 1) possuía uma placa de rede Ethernet, funcionando como gateway para a interconexão com a rede IP. A distância entre os nós da rede era de aproximadamente 25 metros. A topologia do testbed é mostrada na Figura 1. 6

Testes realizados e resultados

Para avaliar o comportamento da vazão da rede ad hoc, foram realizados vários testes considerando diferentes topologias de rede em ambiente multihop. Nos testes realizados, apenas o tráfego UDP foi utilizado e a vazão fim-a-fim da rede foi medida. Para a realização das medidas, foi utilizada a ferramenta Iperf (DAST, 2006), um programa do tipo cliente/servidor, em que o tráfego é gerado pelo

Figura 1 Localização dos nós do testbed implementado

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cliente, enquanto o servidor recebe os dados e os processa de acordo com o tipo de tráfego gerado (UDP e TCP). Para avaliar a qualidade de voz, foram realizados testes de avaliação objetiva de qualidade de voz e os seguintes parâmetros foram medidos: mean opinion score (MOS), taxa de perda de pacotes, jitter e atraso. Nos testes, foram utilizadas locuções faladas em português do Brasil por quatro locutores masculinos e quatro femininos. Cada locução era formada por duas sentenças, com duração média de quatro segundos. Para a conversão digital dos sinais de voz, foi utilizada uma freqüência de amostragem de 8 kHz e cada amostra foi codificada com 16 bits linear. Foram utilizados os seguintes codificadores de voz: • G.711 – Pulse Code Modulation of Voice Frequencies – 64 kbit/s – Lei-A (ITU-T, 1988); • G.726 – 40, 32, 24, 16 kbit/s – Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM) (ITU-T, 1990). 6.1

Vazão da rede ad hoc em ambiente multihop

O objetivo desse teste é determinar a vazão da rede ad hoc sem fio num ambiente multihop, verificando a influência do mecanismo de controle de acesso do padrão IEEE 802.11b (CSMA/CA). Na realização do teste, os parâmetros RTS threshold e frag threshold foram configurados em seus valores máximos e medidas de vazão para comunicação entre nós distantes de 1 a 5 hops foram realizadas. O procedimento de teste consistiu em utilizar o Iperf para configurar um terminal ad hoc como servidor e outro como cliente, gerando tráfego UDP com taxa de transmissão igual a 11 Mbit/s e tamanho de pacote igual a 1.470 bytes (1.450

bytes da aplicação e 20 bytes de cabeçalho RTP e UDP), por um período de tempo de um minuto. Na Tabela 3, são apresentados os valores máximos de vazão da rede ad hoc sem fio em função do número de hops empregado em cada teste. Tabela 3 Vazão em função do número de hops Número de hops

Vazão (Mbit/s)

6,15

3,25

1,4

0,9

Durante a realização dos testes, para as topologias de 3, 4 e 5 hops, observou-se a ocorrência de interrupções na comunicação por curtos períodos de tempo, as quais demonstram falta de conectividade entre os terminais, conforme Figura 2. Após as interrupções, a comunicação era restabelecida normalmente. A provável causa da falta de conectividade entre os terminais é a não-atualização das tabelas de roteamento por causa de congestionamento na rede. Isso se deve ao mecanismo de acesso ao meio CSMA/CA, no qual os terminais da rede compartilham o mesmo canal e competem para utilizá-lo. À medida que se aumenta o número de hops, cresce o tráfego na rede, intensificando a competição pelo meio e o atraso na transmissão dos pacotes. Conseqüentemente, diminui-se a vazão fim-a-fim. No processo de estabelecimento das rotas, o protocolo de roteamento necessita de uma largura de banda para disseminar suas informações. Se não houver largura de banda suficiente para o protocolo de roteamento exercer essa função, as informações da distribuição dos nós na rede podem ser perdidas, ocasionando a interrupção do tráfego da aplicação

Figura 2 Interrupção na comunicação entre terminais

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corrente (no caso, o Iperf). O consumo de banda do protocolo OLSR varia de 5 kbit/s a 25 kbit/s (TONNENSEN, 2004). A fim de melhorar a conectividade para as topologias de 3, 4 e 5 hops, diminuiu-se a taxa de transmissão do Iperf até que não ocorressem interrupções na comunicação e novas medidas foram realizadas. Na Tabela 4, são apresentados os valores da vazão para as topologias com 3, 4 e 5 hops em que não ocorriam interrupções no tráfego de dados. Tabela 4 Vazão em função do número de hops, sem interrupção do tráfego de dados Número de hops

6.2

Vazão (Mbit/s)

0,3

0,2

Influência do parâmetro RTS threshold da placa WLAN na vazão da rede ad hoc em ambiente multihop

O objetivo desse teste é avaliar a influência do parâmetro RTS/CTS (RTS threshold) do padrão IEEE 802.11b na vazão da rede ad hoc sem fio, em ambiente multihop. Na realização do teste, o parâmetro frag threshold foi configurado em seu valor máximo e foram realizadas medidas de vazão para comunicação entre nós distantes de 1 a 5 hops, variando-se o valor do parâmetro RTS threshold. O procedimento de teste consistiu em utilizar o Iperf para configurar um terminal ad hoc como servidor e outro como cliente, gerando tráfego UDP com taxa de transmissão igual a 11 Mbit/s e tamanho de pacote igual a 1.470 bytes (1.450 bytes da aplicação e 20 bytes de cabeçalho RTP e UDP), por um período de tempo de um minuto. Na Tabela 5, são apresentados os resultados obtidos para topologia de 1 hop. Tabela 5 Vazão em função dos valores de RTS threshold para topologia de 1 hop Topologia de 1 hop Taxa de transmissão do Iperf = 11 Mbit/s RTS threshold (bytes)

Vazão (Mbit/s)

5,1

100

5,1

1.000

5,1

2.311

6,15

Analisando-se os resultados apresentados, observa-se que a vazão máxima é obtida quando o parâmetro RTS threshold está configurado em

2.311. Isso ocorre porque o pacote de dados a ser transmitido apresenta 1.490 bytes (1.470 mais o cabeçalho IP) e é menor que o RTS threshold (2.311 bytes). Nesse caso, o mecanismo RTS/CTS não é ativado. Para valores do RTS threshold menores que o tamanho do pacote, o mecanismo RTS/CTS é ativado e a vazão diminui por causa do aumento na quantidade de troca de mensagens de controle. Observa-se que o valor de vazão obtido com o mecanismo RTS/CTS ativado é praticamente o mesmo valor teórico apresentado na Tabela 2. O fato de o maior valor da vazão ter sido obtido quando o mecanismo RTS/CTS estava desativado mostra que a rede não apresentava o problema do terminal escondido, pois apenas um terminal estava gerando tráfego e a comunicação era pontoa-ponto (1 hop). Na Tabela 6 são apresentados os resultados obtidos para topologia de 2 hops. Tabela 6 Vazão em função dos valores de RTS threshold para topologia de 2 hops Topologia de 2 hops Taxa de transmissão do Iperf = 11 Mbit/s RTS threshold (bytes)

Vazão (Mbit/s)

2,7

100

2,7

1.000

2,7

2.311

3,25

Novamente, a maior vazão foi obtida com o mecanismo RTS/CTS desabilitado. Para as topologias com 3, 4 e 5 hops, ocorreram interrupções na comunicação entre os terminais. Assim, diminuiu-se a taxa do Iperf até que não houvesse interrupção na comunicação. Nesse caso, a vazão foi praticamente a mesma com e sem o mecanismo RTS/CTS habilitado, pois havia banda suficiente para a transmissão das mensagens de controle. No entanto, à medida que uma taxa de transmissão maior é utilizada, o protocolo de roteamento não consegue atualizar as rotas e, assim, as rotas expiram e a comunicação é interrompida. Quando foi ligado o mecanismo RTS/CTS, houve um aumento do número de descontinuidades, uma vez que a banda disponível diminuiu. Os valores de vazão obtidos foram os mesmos apresentados na Tabela 4. 6.3

Influência do parâmetro frag threshold da placa WLAN na vazão da rede ad hoc em ambiente multihop

O objetivo desse teste é avaliar a influência do parâmetro de fragmentação (frag threshold) do padrão IEEE 802.11 na vazão da rede ad hoc sem fio, em ambiente multihop. Na realização do

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teste, o parâmetro RTS threshold foi configurado em seu valor máximo e foram realizadas medidas de vazão para a topologia de 1 hop, variando-se o valor do parâmetro frag threshold. Como nos outros testes, o procedimento de teste consistiu em utilizar o Iperf para configurar um terminal ad hoc como servidor e outro como cliente, gerando tráfego UDP com taxa de transmissão igual a 11 Mbit/s e tamanho de pacote igual a 1.470 (1.450 bytes da aplicação e 20 bytes de cabeçalho RTP e UDP), por um período de tempo de um minuto. A Tabela 7 apresenta os resultados obtidos para a topologia de 1 hop. Tabela 7 Vazão em função do parâmetro de frag threshold para topologia de 1 hop Topologia de 1 hop Taxa de transmissão do Iperf = 11 Mbit/s Frag threshold (bytes)

Vazão (Mbit/s)

256

2,6

512

3,7

1.024

2.048

6,15

2.308

6,15

Observa-se que, para valores do parâmetro frag threshold menores que o tamanho do pacote (1.490 bytes), quanto menor o valor do limiar de fragmentação, menor é a vazão da rede. Isso acontece porque um limiar de fragmentação pequeno provoca a transmissão de uma maior quantidade de bits de overhead, pois há uma troca maior de Acknowledgment (ACK). Para valores do parâmetro frag threshold maiores que o tamanho do pacote, como é o caso dos valores 2.048 e 2.308, não ocorre a fragmentação dos pacotes

e obtém-se o maior valor de vazão – igual a 6,15 Mbit/s. 6.4

Avaliação de qualidade de voz, taxa de perda de pacotes, jitter e atraso

O objetivo desse teste é avaliar qualidade de voz, taxa de perda de pacotes, jitter e atraso em uma rede ad hoc sem fio, em ambiente multihop, considerando diferentes codificadores de voz e número de hops. Para cada configuração da rede, com número de hops variando de 1 a 5, foram realizadas medidas utilizando os codificadores de voz G.711 e G.726 – 32 kbit/s. O procedimento de teste consistiu em gerar cinco chamadas de voz, com 150 segundos de duração e com intervalo entre chamadas igual a 60 segundos. Após a chamada ser atendida pelo terminal respondedor, oito frases em seqüência eram transmitidas até que a chamada completasse a duração programada (150 s). Os pacotes RTP foram capturados pelo software Ethereal (ETHEREAL, 2006), instalado no terminal em que foram geradas as chamadas. Após o término das cinco chamadas, o arquivo gerado pelo Ethereal era utilizado para calcular o MOS de cada chamada, empregando o software PVA1000 da Acterna (ACTERNA, 2006). A medida do atraso, jitter e taxa de perda de pacote de cada chamada foi realizada pelo Ethereal. Os valores apresentados nas tabelas a seguir são valores médios obtidos calculando-se a média aritmética das cinco chamadas. A Figura 3 apresenta os valores de MOS obtidos em função do número de hops. Analisando-se a Figura 3, observa-se que ocorre uma pequena degradação do valor de MOS com o aumento do número de hops. Essa degradação

Figura 3 Valores de MOS para os CODECs G.711 e G.726 – 32 kbit/s em função do número de hops

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Figura 4 Valores de atraso para os CODECs G.711 e G.726 – 32 kbit/s em função do número de hops

Figura 5 Valores de jitter para os CODECs G.711 e G.726 – 32 kbit/s em função do número de hops

do valor de MOS deve-se ao aumento da taxa de perda de pacotes, como pode ser observado na Figura 6. Na Figura 3, observa-se também que o codificador G.711 apresentou melhor desempenho em todas as configurações de teste. A Figura 4 apresenta os valores de atraso obtidos para número de hops variando de 1 a 5 e mostra que, à medida que se aumenta o número de hops, cresce o valor do atraso, independentemente do codificador utilizado. Com o aumento do número de hops, aumenta o número de transmissões de cada pacote e, assim, cresce a competição pelo

acesso ao meio. Isso resulta em uma elevação no valor do atraso, que independe do codificador de voz utilizado no teste. A Figura 5 apresenta os valores de jitter obtidos para número de hops variando de 1 a 5. Na Figura 5, observa-se que o valor do jitter cresce com o aumento do número de hops. A elevação no valor do jitter ocorre em função do aumento da competição pelo acesso ao meio, pois cresce o número de transmissões dos pacotes. Pode-se observar também que a elevação do valor do jitter independe do codificador de voz utilizado no teste.

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Figura 6 Valores de taxa de perda de pacotes para os CODECs G.711 e G.726 – 32 kbit/s em função do número de hops

A Figura 6 apresenta os valores de taxa de perda de pacotes obtidos para número de hops variando de 1 a 5. Os resultados apresentados na Figura 6 mostram que a taxa de perda de pacotes aumenta com a elevação do número de hops para os dois codificadores testados. Isso ocorre devido ao aumento do número de transmissões dos pacotes, com o conseqüente crescimento da competição pelo acesso ao meio. 7

Conclusão

Analisando-se os resultados dos testes realizados no testbed da rede ad hoc sem fio, é possível constatar que os parâmetros do padrão IEEE 802.11b, RTS threshold e frag threshold influenciam a vazão da rede ad hoc. Observa-se também que, à medida que se aumenta o número de hops na rede ad hoc sem fio, a vazão diminui. Isso ocorre por causa do mecanismo de acesso ao meio do padrão IEEE 802.11b (CSMA/CA).

Nas topologias com mais de 2 hops, ocorreram interrupções na comunicação para altas taxas de transmissão. Essas interrupções se devem ao fato de o protocolo de roteamento não conseguir, de forma eficiente, atualizar a tabela de roteamento dos terminais, devido à perda de pacotes ocasionada pelo congestionamento da rede. Considerando-se a qualidade de voz em uma rede ad hoc multihop sem fio, os resultados obtidos mostraram a ocorrência de uma degradação da qualidade de voz quando o número de hops aumenta. Isso se dá em razão do aumento na taxa de perda de pacotes ocasionada pelo aumento do tráfego na rede. Considerando-se os testes realizados, o melhor resultado em termos de qualidade de voz foi obtido pelo codificador G.711. Os resultados obtidos neste trabalho são muito importantes porque foram obtidos em uma rede ad hoc experimental e comprovam os resultados teóricos. Eles mostram que o desempenho de uma rede ad hoc sem fio sofre degradação à medida que o número de hops aumenta.

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Abstract This article presents performance measurements at a wireless ad hoc network. It analyzes the influence of IEEE 802.11b parameters, RTS threshold and frag threshold at throughput behavior. It also presents an evaluation of voice quality, jitter, packet loss rate and delay in this network. The network presented a linear arrangement, with the number of hops varying from one to five. Key words: Ad hoc networks. 802.11b. Performance. Throughput. Voice quality.

Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 2, n. 1, p. 35-44, jan./jun. 2006

Sistema de detecção de corrosão em cabos de alumínio com alma de aço para linhas de transmissão e distribuição de energia elétrica Claudia Souto Cattani Aoki*, Célio Fonseca Barbosa, Flávio Eduardo Nallin, Paulo Cesar Gisolfi, José Benedito Costa Araújo

Os cabos de alumínio com alma de aço (CAA) utilizados em linhas de transmissão e distribuição de energia elétrica estão sujeitos a processos corrosivos devido à exposição ao meio ambiente. O atual procedimento utilizado pelas concessionárias brasileiras para detecção de corrosão baseia-se em inspeção visual. Essa inspeção resulta em um diagnóstico subjetivo que compromete a manutenção e pode levar ao rompimento dos cabos, interrompendo o fornecimento de energia e ameaçando a segurança da população que vive próxima ao condutor partido. Este artigo descreve o desenvolvimento de um sistema para detecção do grau de corrosão em cabos instalados nas linhas de energia elétrica, em projeto financiado pela Light, dentro do programa de P&D da Aneel. O sistema desenvolvido baseia-se na detecção da reação do cabo à aplicação de um campo eletromagnético, avaliando quantitativamente a espessura da camada de zinco remanescente dos fios de aço. Esse princípio de detecção foi implementado em um protótipo motorizado e controlado via rádio, capaz de deslocar-se ao longo do condutor da linha elétrica. A aquisição e a análise das medidas são feitas através de um software desenvolvido nesse projeto. Os resultados dos testes realizados em laboratório e em linhas da Light demonstraram que esse sistema é eficaz na detecção de trechos de cabo com corrosão e apresenta características técnicas significativamente superiores aos sistemas análogos disponíveis no mercado internacional. Como conseqüência, a Light já programou sua utilização em suas linhas e está em curso a solicitação de patente para o princípio de medição desenvolvido. Palavras-chave: Sensor de corrosão. Equipamento de ensaios não-destrutivos. Corrosão em cabos CAA. Linhas de transmissão de energia. 1

Introdução

Os cabos CAA, utilizados em linhas de distribuição de energia, são constituídos por um núcleo, de um ou mais tentos de aço galvanizado, e uma ou mais coroas de tentos de alumínio puro (99,5%) ou alumínio-liga. O núcleo é responsável pela sustentação mecânica do cabo, enquanto a coroa de alumínio tem por função a condução elétrica. O processo de corrosão atmosférica, ao qual os cabos CAA estão sujeitos, se dá por meio de mecanismos eletroquímicos e tem como partes fundamentais as interações sistêmicas de gás/líquido/ metal. Os poluentes atmosféricos interagem e reagem com o metal através da camada de umidade formada na superfície metálica pela chuva, neve ou neblina. Nesse tipo de deterioração, a perda em propriedades mecânicas é o fator determinante e praticamente nenhuma indicação de deterioração é visível até que o condutor se rompa.

A diferença de potencial eletroquímico imposta pelo contato entre o aço e o alumínio é minimizada pela camada de zinco, um revestimento de sacrifício que corrói preferencialmente o aço. Essas duas funções do revestimento de zinco conferem ao cabo CAA uma maior resistência à corrosão. Porém, do ponto de vista da corrosão, quando dois metais dissimilares são postos em contato, ocorre a formação de células galvânicas e maior oxidação de um metal em relação a seu par, sendo o estágio seguinte o processo corrosivo. As juntas, emendas e dobras são também elementos que merecem uma atenção especial porque colaboram para a progressão do processo de corrosão ao propiciarem o acúmulo de poluentes, de água e de particulados e a formação de pares galvânicos através da justaposição de metais dissimilares. Esse acúmulo torna essas regiões mais susceptíveis à corrosão (PERSSON, 1989) (SCHWABE & PIKE, 1988).

* Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: aoki@cpqd.com.br.

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Sistema de detecção de corrosão em cabos de alumínio com alma de aço

A determinação do estágio de corrosão da camada de zinco sobre o aço é muito importante para o sistema de distribuição de energia, pois quando a energia é totalmente consumida pelo processo de corrosão, coloca o aço em contato direto com o alumínio, formando assim uma outra pilha galvânica. Isso aumenta sobremaneira a velocidade de corrosão, comprometendo as funções mecânicas e elétricas do cabo e, conseqüentemente, o fornecimento de energia, com o rompimento inesperado do cabo (SHANNON, 2005) (LAVANDOSCKI, 2001). Portanto, conhecer as reais condições do cabo instalado é uma ferramenta de suma importância para avaliar o custo/benefício de manutenção, substituição ou reparo do cabo e de outros componentes do sistema de distribuição. Dessa forma, conhecer os níveis de agressividade ambiental, seus efeitos corrosivos sobre os cabos CAA, e desenvolver um sistema de supervisão que identifique o processo de corrosão interna desses cabos em estágios iniciais tornam-se ferramentas imprescindíveis no apoio a programas de manutenção preventiva e substituição dos cabos danificados, evitando gastos desnecessários, garantindo a qualidade do fornecimento de energia e, principalmente, oferecendo segurança às populações vizinhas às redes de distribuição de energia. A Figura 1 exemplifica situações críticas em que o rompimento por corrosão dos cabos de alumínio com alma de aço pode causar um grande prejuízo à empresa de distribuição de energia elétrica e aos usuários das rodovias. A crescente demanda de energia elétrica no País, aliada à necessidade de maior disponibilidade do sistema de transmissão de energia, impõe ao máximo a redução das interrupções do sistema,

sejam acidentais ou decorrentes de manutenções programadas. As linhas de transmissão e distribuição estão sujeitas a um fator que implica a necessidade de inspeções, ou seja, a ocorrência de corrosão severa em alguns pontos da alma de aço dos cabos CAA em função da perda da camada de zinco, resultando na queda de condutores, com religamento automático por três vezes e, finalmente, o desligamento da linha. Portanto, é fundamental o desenvolvimento de técnicas preditivas de apoio ao processo de manutenção (LAVANDOSCKI, 2001) (HAVARD, 1991). Atualmente, no Brasil, as inspeções são visuais (ensaios subjetivos) ou detalhadas, com retirada de amostras para análise em laboratório (ensaios destrutivos). As inspeções detalhadas impactam sobremaneira a operacionalização da linha de transmissão de energia elétrica em conseqüência da parada obrigatória para amostragem. O desenvolvimento de critérios de vida remanescente dos cabos CAA, baseados no grau de integridade da camada de zinco existente na alma de aço utilizando uma ferramenta de detecção associada à análise do processo corrosivo, fornece subsídios técnicos aos processos de manutenção preventiva, auxiliando na tomada de decisão em relação à substituição desses cabos analisados – o que elimina a subjetividade e aumenta a confiabilidade do processo de inspeção. A utilização dessa ferramenta analítica permite transformar o processo de manutenção em um programa de manutenção, em que se podem estabelecer critérios e cronogramas de substituição baseados na vida remanescente dos cabos. Isso evita gastos diretos e indiretos desnecessários nesse processo e posiciona o País entre os três detentores dessa tecnologia.

Figura 1 Trecho de estrada cortada por linhas de distribuição de energia de 138 kV

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Sistema de detecção de corrosão em cabos de alumínio com alma de aço

O sistema de detecção e a avaliação do processo corrosivo na alma de aço de cabos CAA instalados em linhas de transmissão e distribuição de energia elétrica apresentados neste artigo são resultado de um projeto de desenvolvimento do CPqD para a Light, no programa de P&D da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel). As seções a seguir apresentam: (2) a definição dos processos corrosivos aos quais estão sujeitos os cabos de alumínio com alma de aço (CAA); (3) o método de detecção e a avaliação do processo corrosivo na alma de aço do cabo CAA; (4) a comparação entre ensaios físico-químicos e ensaios eletromagnéticos do estado da camada de zinco; (5) o desenvolvimento do Sistema de Detecção de Corrosão (SDC) em cabos CAA e (6) as conclusões deste trabalho. 2

O processo corrosivo em cabos CAA

A durabilidade de produtos galvanizados comuns expostos às intempéries é diretamente proporcional à espessura do revestimento de zinco e inversamente proporcional à agressividade do meio ambiente. Ela costuma atingir 10 anos em atmosferas industriais, 20 anos na orla marítima e, freqüentemente, mais de 25 anos em áreas rurais. A Figura 2 mostra um gráfico da durabilidade da camada de zinco em função de sua espessura. O levantamento dos aspectos relativos à durabilidade do aço galvanizado comum em forma de chapa exposto diretamente ao meio ambiente serve como ponto de partida para a análise de situações diferenciadas como as encontradas

nos cabos CAA. Os resultados encontrados precisam ser analisados mais criteriosamente por associarem o mecanismo já bastante conhecido de corrosão do zinco ao mecanismo de corrosão galvânica provocada pelo contato com os tentos de alumínio, que estão associados ainda a fatores como características de contaminantes atmosféricos locais, umidade, temperatura ambiente, temperatura de operação do cabo, vibração eólica e esforços mecânicos inerentes ao processo de sustentação dos cabos nas torres. A formação de produtos de corrosão solúveis e/ou insolúveis, com estruturas amorfas e cristalinas que ditarão a velocidade de corrosão, está diretamente relacionada à interação da camada de zinco com o meio ambiente ao qual está exposta. A análise desses produtos fornece parâmetros para a proposição do mecanismo de corrosão. Os tipos de produtos de corrosão presentes e a morfologia da superfície dos fios de aço galvanizado indicam o grau relativo de corrosão dos condutores. Os principais produtos da corrosão do zinco são descritos a seguir (YOSHIKE-GRAVELSINS & LEUNG, 1990). Sob condições de umidade, o zinco é rapidamente oxidado em hidróxido de zinco: Em pH favorável (6-8) e na presença de dióxido de carbono, o hidróxido de zinco reage para formar hidroxicarbonato de zinco:

Figura 2 Gráfico da durabilidade da camada de zinco em função de sua espessura (ABCEM, 2004)

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Em regiões industriais, podem ocorrer as seguintes reações entre as partículas de poluentes e o hidróxido de zinco: ou Esses produtos podem proteger a superfície de um posterior ataque. Entretanto, na presença de umidade e pH baixo, eles podem se dissolver para formar sulfato de zinco (evidenciado numa região industrial):

Com o aumento do pH durante a reação, há a precipitação de um sal básico que inibe a continuidade da corrosão até que mais material ácido alcance a superfície. Dessa maneira, ocorre alternadamente o crescimento e o rompimento da camada passivadora, resultando numa camada não uniforme de corrosão. Esse mecanismo é o mais comum, mas não é o único mecanismo de formação de camada não-homogênea de produto de corrosão. Fatos como esse influenciam diretamente no comportamento da degradação sofrida pelo cabo CAA e, conseqüentemente, nos critérios de definição da expectativa de vida remanescente desses cabos. A avaliação da integridade da camada de zinco existente sobre os tentos de aço pode ser realizada por diversas técnicas, porém o atual projeto de pesquisa teve como foco as técnicas magnéticas que são apresentadas no item a seguir. 3

Método de detecção e avaliação de processo corrosivo na alma de aço de cabos CAA

A detecção e a avaliação de processo corrosivo na alma de aço de cabos CAA instalados em linhas de transmissão não é tarefa trivial. Ela implica não apenas em superar os obstáculos de acesso ao cabo como também em detectar o estado dos tentos de aço, utilizando uma técnica que preserve a integridade física do cabo. Este item apresenta um resumo dos estudos realizados, visando desenvolver uma técnica que permita superar tais obstáculos para o diagnóstico de cabos CAA em serviço, a qual possibilitará a implementação de um programa de manutenção preventiva desses cabos. As propriedades eletromagnéticas da matéria são três: • resistividade elétrica (U);

• permeabilidade magnética (P); • permissividade elétrica (H). A permissividade elétrica é uma propriedade de materiais dielétricos. Para um cabo CAA, essa propriedade poderia ser associada com a camada de óxido resultante do processo corrosivo. No entanto, como essa camada está envolvida pelos tentos de alumínio, torna-se inviável detectá-la sem retirar o alumínio. A permeabilidade magnética é uma propriedade que assume valores significativos para materiais ferromagnéticos, como o aço. Portanto, essa propriedade se mostra promissora na detecção do aço, embora os tentos de aço estejam blindados pelos tentos de alumínio e pela cobertura de zinco. A resistividade elétrica é uma propriedade que, em função do efeito peculiar, também propicia uma detecção do aço. Portanto, o estudo foi direcionado para a avaliação da permeabilidade magnética e da resistividade elétrica associadas com cabos CAA. A premissa básica de desenvolvimento do método de detecção é não alterar a integridade física do cabo. Das diversas técnicas avaliadas, a que se mostrou mais eficaz foi a aplicação de um campo magnético longitudinal, gerado através de uma ponta de prova helicoidal. A reação a esse campo foi também detectada através da mesma ponta de prova, cujo sinal foi submetido a um medidor de impedância. Uma análise de sensibilidade revelou que uma intensidade de campo magnético igual a 10 A/m é adequada, na freqüência de referência de 1 kHz. Esse campo magnético interage com o material do cabo, induzindo correntes de Foucault que, por sua vez, geram seu próprio campo eletromagnético. O campo magnético resultante (formado pelo campo incidente e pelo campo de reação) interage com os materiais do cabo, resultando em um fluxo magnético que é sentido pela ponta de prova. O método de detecção foi desenvolvido para maximizar o campo de reação produzido pelo aço e pelo zinco e, simultaneamente, minimizar o campo de reação produzido pelo alumínio, como será visto a seguir. 3.1

Definição de parâmetros

Visando quantificar a resposta do cabo CAA ao campo magnético incidente, são definidos os seguintes parâmetros: • permeabilidade aparente relativa (M) – razão entre a indutância detectada pela ponta de prova quando aplicada a uma amostra de cabo CAA e uma indutância de referência;

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• resistividade aparente relativa (F) – razão entre a resistência detectada pela ponta de prova quando aplicada a uma amostra de cabo CAA e uma resistência de referência; • coeficiente de permeabilidade (D – razão entre as unidades de permeabilidade aparente obtidas para as freqüências f2 e f1, expressa em termos percentuais no que difere da unidade:

• coeficiente de resistividade E – razão entre as unidades de resistividade aparente obtidas para as freqüências f2 e f1, expressa em termos percentuais no que difere da unidade:

3.2

Faixa de freqüência

A faixa de freqüência do estudo foi definida como uma variação de 30 Hz a 1 MHz. Observou-se que, na parte inferior do espectro (até cerca de 500 Hz), os campos de reação são desprezíveis. Na faixa intermediária do espectro, os campos de reação são perceptíveis e estão em quadratura com o campo incidente. Na parte superior do espectro (acima de aproximadamente 10 kHz), os campos de reação estão em oposição de fase com o campo incidente. De acordo com o exposto, verifica-se que a parte inferior do espectro permite detectar a massa de aço presente, enquanto a parte superior permite detectar a integridade da camada de zinco que recobre o aço. Esta última assertiva decorre do fato de o campo de reação produzido pela camada de zinco atuar de forma destrutiva sobre o campo incidente, resultando em um campo magnético fraco incidindo no aço. Já a faixa intermediária resulta da ação simultânea da permeabilidade e da resistividade dos materiais, as quais não são lineares frente à freqüência e à intensidade do campo incidente. Pelas dificuldades envolvidas na análise do comportamento do cabo CAA nesta faixa intermediária, optou-se por excluí-la deste estudo. 3.3

Efeito do alumínio

Há duas razões para se minimizar o campo de reação do alumínio. A primeira, naturalmente, visa maximizar a resposta do aço. A segunda razão consiste no fato de que a característica do campo de reação do alumínio varia de um cabo para outro, dependendo das características do alumínio e de seu estado de conservação. Portan-

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to, o campo de reação do alumínio deve ser visto como uma fonte de ruído que tende a contaminar os campos de reação do aço e do zinco. Faz-se necessária uma investigação para determinar a extensão da contaminação produzida pelo campo de reação do alumínio. Para tal investigação, foram montados quatro corpos-de-prova a partir de tentos originários de um cabo novo e de um cabo retirado da linha de transmissão da Light. A composição dos corposde-prova é descrita a seguir: • corpo-de-prova A: originário do cabo novo; • corpo-de-prova B: originário de um cabo instalado em 1939; • corpo-de-prova C: composto de alumínio do cabo de 1939 e aço do cabo novo; • corpo-de-prova D: composto de alumínio do cabo novo e aço do cabo de 1939. Os valores de M são mostrados na Figura 3 em função da freqüência para os quatro corpos-deprova avaliados. Observa-se uma excelente correlação entre as curvas D e B e também entre as curvas C e A, demonstrando que a variação do aço é o fator determinante das curvas. De fato, as curvas demonstram uma certa insensibilidade à variação do alumínio, com exceção das curvas C e A na faixa central do espectro. Essa faixa é caracterizada pela rotação dos campos de reação e, conforme descrito anteriormente, foi excluída da região de interesse do estudo. Comportamento semelhante pode ser visto para os valores de F, conforme Figura 4. Com o objetivo de avaliar o comportamento da permeabilidade e da resistividade de cabos CAA frente ao campo magnético incidente, foram montados três corpos-de-prova com base no cabo novo, que são descritos a seguir: • corpo-de-prova E: o tento central de aço foi substituído por um tento de cobre; • corpo-de-prova F: foi submetido a processo de corrosão acelerada; • corpo-de-prova G: a camada de zinco dos tentos de aço foi removida. Esses corpos-de-prova foram submetidos a um campo magnético e seus valores de M e F foram registrados para diversas freqüências. Os resultados obtidos são mostrados a seguir. Foi considerada como indutância de referência aquela correspondente ao corpo-de-prova A, para cada freqüência analisada. A Figura 5 mostra os valores obtidos para M em função da freqüência. A parte inferior do espectro permite identificar a massa de aço existente nos corpos-de-prova. Observa-se que o corpode-prova E apresenta uma sensível redução de

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aço, que é explicada pela remoção de um tento. Da mesma forma, o corpo-de-prova F também apresenta uma perda de aço, que se explica pelo processo de corrosão acelerada a que foi submetido. Finalmente, o corpo-de-prova G não apresenta perda de aço detectável, uma vez que a remoção da camada de zinco preservou a integridade do aço. Na parte superior do espectro, observa-se que o corpo-de-prova E não indica perda de zinco, pois os tentos de aço restantes continuam com a cobertura de zinco íntegra. Já os corpos-de-

prova F e G apresentam nítida perda de zinco, que se expressa pelo maior campo magnético incidindo no aço e, conseqüentemente, maiores valores de M. Dessa forma, verifica-se que os valores registrados podem ser objetivamente explicados pela natureza dos corpos-de-prova, o que significa que a medição de M permite avaliar as perdas de aço e de zinco de um cabo CAA. A Figura 6 mostra os valores obtidos para F em função da freqüência. A parte inferior do espectro não permite diferenciar os corpos-de-prova pois,

Figura 3 Avaliação do efeito do alumínio em M (indutância de referência = 1PH)

Figura 4 Avaliação do efeito do alumínio em F (resistência relativa = 1m:)

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Figura 5 Detecção de aço e zinco a partir de M

Figura 6 Detecção de zinco a partir de F

como o campo de reação é muito fraco em baixa freqüência, a resistência registrada é dominada pela resistência do condutor utilizado no transdutor. Portanto, à medida que a freqüência é reduzida, as curvas de resistividade relativa para os três corpos-de-prova convergem assintoticamente para a unidade. Na parte superior do espectro, observa-se que a curva preta se mantém próxima à unidade, indicando que não houve perda de zinco no corpo-de-prova E. Já os corpos-de-prova F e G apresentam nítida perda de zinco, que se ex-

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pressa pelo maior campo magnético incidindo no aço e, conseqüentemente, maiores valores de F. Esse aumento nos valores de F de acordo com a freqüência ocorre porque o aço apresenta uma resistividade bem superior à dos outros metais envolvidos, de forma que uma maior corrente de Foucault no aço proporciona uma maior perda de energia no transdutor e, conseqüentemente, um aumento da resistividade aparente. Dessa forma, verifica-se que os valores registrados também podem ser objetivamente explicados pela natureza dos corpos-de-prova, o que significa

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que a medição de F em alta freqüência permite avaliar as perdas de zinco de um cabo CAA. Uma vez que tanto M quanto F se mostraram capazes de identificar as modificações produzidas nos corpos-de-prova, faz-se aqui a verificação do comportamento desses parâmetros para corpos-de-prova retirados de amostras de cabo fornecidos pela Light. Foram avaliados três corpos-de-prova, que são descritos a seguir: • corpo-de-prova H: extraído de cabo instalado em 1952; • corpo-de-prova I: extraído de cabo instalado em 1935; • corpo-de-prova J: extraído de cabo instalado em 1939. Esses corpos-de-prova foram submetidos a um campo magnético e seus valores de M e F foram registrados para diversas freqüências. Os resultados obtidos são mostrados a seguir. Foi considerada como indutância de referência a correspondente ao corpo-de-prova A, para cada freqüência considerada. A Figura 7 mostra os valores obtidos para M em função da freqüência. Uma comparação entre a Figura 7 e a Figura 5 revela que ambas têm a mesma forma geral, porém a Figura 7 parece estar ligeiramente deslocada verticalmente. Esse deslocamento provavelmente se deve ao fato de que as características do cabo utilizado como referência (cabo novo) são distintas das características dos cabos representados pelos corpos-de-prova H, I e J. Fica evidente, portanto, a necessidade de se anular a influência da referência na avaliação do

estado do cabo, caso sejam utilizadas medidas de M. Além disso, os aços dos cabos das três linhas consideradas podem ter características ferromagnéticas distintas, o que também impede uma comparação direta das curvas. Uma forma de contornar o problema apresentado pelas diferenças das permeabilidades intrínsecas dos materiais constituintes dos cabos é utilizar o coeficiente de permeabilidade (D) definido anteriormente. A Tabela 1 mostra esse coeficiente para os diversos corpos-de-prova analisados, considerando as freqüências de referência 400 Hz e 40 kHz. Observa-se que a escolha de freqüências nas regiões alta e baixa do espectro permite avaliar tanto a degradação do zinco quanto a do aço. Os valores de D foram listados em ordem crescente, salientando-se que, quanto maior o valor de D, maior a deterioração do cabo. Tabela 1 Valores de D para os corpos-de-prova avaliados Corpos-de-prova A

Descrição Cabo novo

D 0,0

Cabo retirado de operação

1,9

Cabo retirado de operação

2,4

Cabo novo com um tento de cobre

3,8

Cabo retirado de operação

4,5

Cabo novo com zinco removido

11,1

Cabo novo submetido à corrosão

14,6

Cabo retirado de operação

20,6

A partir da análise da Tabela 1, observa-se que, como era de se esperar, o cabo novo apresentou D = 0. Já as amostras I e J de cabos retirados das linhas de transmissão ativas (LTA) se mostraram razoavelmente boas, enquanto a amostra H se

Figura 7 Valores de M para cabos CAA retirados de serviço

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Sistema de detecĂ§ĂŁo de corrosĂŁo em cabos de alumĂnio com alma de aĂ§o

Figura 8 Valores de F para cabos CAA retirados de serviĂ§o

apresentou um pouco comprometida. Para efeito de comparaĂ§ĂŁo, foram inseridos, nessa tabela, os valores correspondentes aos corpos-de-prova E, G, F e B. Observa-se que o pior caso corresponde ao corpo-de-prova B. Essa amostra corresponde a um trecho onde houve rompimento do condutor, o que estĂĄ coerente com o resultado obtido para D. AlĂŠm disso, os corpos-de-prova G e F tambĂŠm indicam forte comprometimento de sua proteĂ§ĂŁo contra corrosĂŁo. Conclui-se que o coeficiente de permeabilidade ĂŠ um parĂ˘metro eficaz na identificaĂ§ĂŁo do nĂvel de degradaĂ§ĂŁo do cabo. A Figura 8 mostra os valores obtidos para F em funĂ§ĂŁo da freqĂźĂŞncia. Uma comparaĂ§ĂŁo entre a Figura 8 e a Figura 6 revela que ambas tĂŞm a mesma forma geral, exceto nas Ăşltimas leituras. As curvas para as amostras I e J mantĂŞm uma coerĂŞncia na sua posiĂ§ĂŁo relativa, mas a curva para a amostra H apresenta um desvio mais pronunciado nas freqĂźĂŞncias intermediĂĄrias e acaba se misturando com as outras curvas. Uma forma de compensar o efeito desse desvio nas freqĂźĂŞncias intermediĂĄrias ĂŠ utilizar o coeficiente de resistividade (E) definido anteriormente e restringir a avaliaĂ§ĂŁo das amostras ao espectro superior de freqĂźĂŞncias. A Tabela 2 mostra esse coeficiente para os diversos corpos-de-prova analisados, considerando as freqĂźĂŞncias de referĂŞncia 10 kHz e 200 kHz. Os valores de E foram listados mantendo-se a ordem dos corpos-de-prova utilizada na Tabela 1. TambĂŠm nesse caso, quanto maior o valor de E, maior a deterioraĂ§ĂŁo do cabo.

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Tabela 2 Valores de E para os corpos-de-prova avaliados Corpos-de-prova A

DescriĂ§ĂŁo das amostras Cabo novo

E 0,0

Cabo retirado de operaĂ§ĂŁo

12,7

Cabo retirado de operaĂ§ĂŁo

15,2

Cabo novo com um tento de cobre

-4,2

Cabo retirado de operaĂ§ĂŁo

17,9

Cabo novo com zinco removido

39,9

Cabo novo submetido Ă corrosĂŁo

26,4

Cabo retirado de operaĂ§ĂŁo

30,7

Comparando a Tabela 1 com a Tabela 2, verificase um aspecto interessante: como pode ser visto na Tabela 1, tanto a perda de zinco como a perda de aĂ§o contribuem para maximizar o valor de D. No entanto, os valores da Tabela 2 indicam que a perda de zinco leva a um aumento de E mas a perda de aĂ§o leva a uma reduĂ§ĂŁo de E. Esse comportamento fica claro para o corpo-de-prova E, no qual a alteraĂ§ĂŁo introduzida foi a remoĂ§ĂŁo de aĂ§o, resultando em um valor negativo para E. A comparaĂ§ĂŁo entre os corpos-de-prova G, F e B tambĂŠm indica esse comportamento, pois o maior valor de E corresponde ao corpo-de-prova G, no qual o zinco foi removido, porĂŠm o aĂ§o permaneceu intacto, enquanto nos corpos-de-prova F e B tambĂŠm houve corrosĂŁo do aĂ§o. Portanto, o coeficiente de permeabilidade (D) ĂŠ mais eficaz na avaliaĂ§ĂŁo da degradaĂ§ĂŁo do cabo do que o coeficiente de resistividade (E).

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Ensaios físico-químicos versus parâmetros eletromagnéticos

As amostras de cabos foram ensaiadas em relação à resistência à tração, ductilidade, aderência e espessura da camada de zinco conforme normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Foram avaliadas suas propriedades físicas, visando compará-las aos resultados das medidas eletromagnéticas obtidas (ABNT NBR 7397, 1998) (ABNT NBR 6757, 1987) (ABNT NBR 7400, 1998) (ABNT NBR 7397, 1998). A Tabela 3 apresenta os resultados da verificação da espessura das amostras. Tabela 3 Valores médios de massa de zinco encontrada nas amostras de cabos CAA Amostra

Massa (g/m2)

351

308

317

339

Nenhuma amostra submetida aos ensaios de uniformidade apresentou descontinuidade de camada dentro das seis imersões requeridas pela norma. A camada de zinco apresentou uma ductilidade dentro do limite aceitável pela norma. A Figura 9 apresenta valores médios comparativos obtidos para a resistência à tração dos sete fios de aço zincado ensaiados que compõem o núcleo do cabo. A Tabela 4 apresenta uma comparação entre os valores de limite de resistência à tração, valores médios de massa de zinco e coeficiente de permeabilidade eletromagnética (D) obtidos paras as amostras de cabo. Tabela 4 Comparação entre força máxima de tração e D Amostra

Valores médios de limite de resistência à tração (N)

Massa de zinco média (g/m2)

5.433

351

0,0

4.773

339

1,9

4.599

317

2,4

4.569

308

4,5

Observa-se que há uma correlação positiva entre as variáveis apresentadas na Tabela 4, pois os menores valores de resistência à tração correspondem aos maiores valores de D. Cabe salientar que, aparentemente, nenhuma dessas amostras apresenta seus tentos de aço comprometidos por processo corrosivo, o que pode ser verificado pelos elevados valores da força máxima de tração, além da espessura e uniformidade da camada de zinco. A partir dos ensaios realizados em laboratório, observou-se a viabilidade técnica de detecção da corrosão em cabos de alumínio com alma de aço. Os resultados são descritos a seguir. 5

Desenvolvimento do sistema de detecção de corrosão em cabos CAA

Considerando-se a viabilidade da técnica de determinação do estado da camada de zinco através da medida de permeabilidade magnética, foi desenvolvido um transdutor. A função desse dispositivo é aplicar um campo magnético longitudinal ao cabo e sentir o campo magnético de reação produzido pelo cabo. Nos testes realizados em laboratório, foram utilizadas bobinas de núcleo de ar que permitiam a introdução de uma amostra de cabo em seu interior. Para a aplicação em campo, foi necessário o desenvolvimento de uma técnica alternativa que consistiu no seccionamento de uma bobina para que pudesse ser acoplada ao cabo. Foi construído um dispositivo de suporte para guiar os conectores para a posição de encaixe, que é acionado por uma rosca sem fim. Dessa forma, girando-se o dispositivo de acionamento da rosca, a bobina se abre, permitindo instalar o cabo. Girando-se esse dispositivo para o lado contrário, ela se fecha. Para a realização de medidas em campo, foi desenvolvido um sistema composto por uma unidade local e uma unidade controlada remota-

Figura 9 Valores médios de resistência à tração dos fios de aço zincado

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Sistema de detecção de corrosão em cabos de alumínio com alma de aço

Figura 10 Diagrama esquemático do Sistema de Detecção de Corrosão (SDC)

Figura 11 Unidade remota deslocando-se ao longo de um cabo CAA da Light durante teste de campo

mente, assim como um software de controle para o sistema. Esse conjunto foi complementado com o desenvolvimento de uma unidade de medição, resultando em um sistema que permite realizar medições semelhantes às que foram realizadas em laboratório. O sistema de medição é mostrado de forma esquemática na Figura 10, em que é possível observar uma unidade local e uma unidade remota, que se comunicam através de um sistema de rádio W-LAN com interfaces Ethernet. A unidade local é constituída por um computador portátil (notebook) conectado com o rádio W-LAN através de sua porta de rede (Ethernet). Tanto o computador como o rádio podem ser alimentados por uma bateria de veículo (12 Vcc). Quando está em operação, o rádio deve ser colocado do lado de fora do veículo (por exemplo, sobre o teto), para maximizar o alcance da antena. Alternativamente, a unidade remota pode também ser alimentada por uma bateria avulsa de 12 V, caso seja necessário transportá-la para um local inacessível ao veículo. Em condições normais, a antena omnidirecionalpadrão do rádio é suficiente para a comunicação entre as unidades do sistema de medição. No entanto, em condições críticas, como distâncias muito grandes ou impossibilidade de visada

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direta, pode ser necessário utilizar uma antena direcional na unidade local. A unidade remota é constituída dos seguintes componentes: • servomecanismo capaz de se deslocar ao longo do condutor, obedecendo aos comandos da unidade local; • transdutor que abraça o condutor e interage eletromagneticamente com ele para detectar o estado da proteção anticorrosiva dos tentos de aço; • unidade de controle e medição, que realiza o controle do servomecanismo e a medição das características eletromagnéticas do condutor; • unidade de rádio, que permite a comunicação com a unidade local. A Figura 11 mostra a unidade remota se deslocando ao longo de um condutor de uma linha de transmissão de energia elétrica da Light. Trata-se de um gabinete com estrutura e fechamento em alumínio, contendo duas janelas laterais para a passagem do condutor. No topo, pode-se observar a antena de rádio e uma manopla para a abertura e o fechamento do transdutor. A tampa

Sistema de detecção de corrosão em cabos de alumínio com alma de aço

frontal bascula para baixo, permitindo a inserção do condutor CAA na unidade remota. O fechamento do gabinete com chapas de alumínio tem como principal função a proteção dos componentes internos contra as intempéries, mas propicia também uma eficaz blindagem contra os campos eletromagnéticos presentes no ambiente de utilização. 5.1

Características técnicas

As dimensões físicas do primeiro protótipo são decorrentes dos componentes que foram agregados a seu interior, resultando nos valores mostrados na Tabela 5. Essas dimensões referem-se ao gabinete da unidade remota, não incluindo saliências como a antena. Para efeito de transporte, a antena pode ser removida. Essas dimensões físicas permitem que a unidade remota seja carregada por uma única pessoa, segurando em sua base ou nos olhais de içamento.

É interessante observar que essas dimensões são muito semelhantes às de um sistema análogo desenvolvido por uma equipe coreana, com comprimento de 400 mm, largura de 210 mm e altura de 550 mm (SUNG-DUCK, 2000). A Tabela 5 apresenta um resumo das características do Sistema de Detecção de Corrosão. Tabela 5 Resumo das características do SDC Autonomia (m)

3.400

Peso (kg)

Velocidade mínima (m/min)

Velocidade máxima (m/min)

Ângulo de subida (°)

> 25

Alimentação (V/Ah)

12 – 12

Autonomia (h)

Alcance RF (m)

>1.000

Dimensões (mm)

Comprimento: 409; Largura: 225; Altura: 550

A Figura 12 mostra a tela principal do software de controle Sistema de Detecção de Corrosão (SDC). O quadro de leituras permite o acompanhamento

Figura 12 Tela principal do software Sistema de Detecção de Corrosão (SDC)

Figura 13 Gráfico da medida de corrosão realizada em cabo CAA instalado em linha de transmissão

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Sistema de detecção de corrosão em cabos de alumínio com alma de aço

em tempo real das medições, que são mostradas em um gráfico em função da posição. A posição de cada leitura é fornecida pela unidade remota, juntamente com o valor lido. Na base da tela, há um ícone que permite verificar a condição de carga da bateria, que serve de orientação para sua substituição. Nas medições de campo, é necessário utilizar um conjunto de baterias de reserva para a substituição. Ao lado, são apresentados dois ícones (TX e RX), que permitem verificar o funcionamento da comunicação entre as unidades local e remota. Abaixo desse ícone, é exibida a informação de posição, que pode ser zerada no início de cada varredura. Ao lado, são apresentados os ícones de controle do movimento da unidade remota (para frente, para trás e parada) e o acionamento da medição. O resultado da última medição é mostrado logo abaixo, ao lado dos valores de referência (máximo e mínimo). Na extremidade, é exibido um ícone que permite ajustar a memória da posição, visando retomar uma medição eventualmente interrompida ou simplesmente dar seqüência às medições em um vão contíguo. Os dados para cadastro do arquivo, tais como características do cabo, linha, vão, operador, data e horário, entre outros, podem ser anotados no final, ao salvar o arquivo. A Figura 13 apresenta o gráfico resultante de uma medida realizada em campo, evidenciando regiões em que o processo corrosivo se mostra mais acentuado e regiões

onde o revestimento de zinco se mostra preservado. 6

Conclusão

O desenvolvimento de um sistema de medição do estado da camada de zinco que recobre os tentos de aço de um cabo CAA a partir da detecção da reação do cabo à aplicação de um campo eletromagnético mostrou-se viável, resultando na construção de um sistema para realizar medições em linhas de distribuição e transmissão de energia elétrica. O sistema foi desenvolvido para aplicação em linhas desligadas, podendo também ser utilizado em linhas energizadas para avaliar o estado de cabos pára-raios. A utilização do sistema em linhas vivas ainda está sendo avaliada. Os resultados obtidos nos testes em campo têm gerado diversas propostas de melhorias do sistema, que deverão ser incorporadas ao projeto e levarão a seu aprimoramento. Os resultados dos testes realizados em laboratório e em linhas de distribuição de energia da Light demonstraram que esse sistema é eficaz na detecção de trechos de cabo com corrosão, apresentando características técnicas significativamente superiores aos sistemas análogos disponíveis no mercado internacional. Como conseqüência, a Light já programou sua utilização em suas linhas e está em curso a solicitação de patente para o princípio de medição desenvolvido.

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AS SOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 7397: Produtos de aço ou ferro fundido – Verificação do revestimento de zinco por imersão a quente – Determinação da massa por unidade de área – Método de ensaio. Rio de Janeiro, 1998. HAVARD, D. G. et al. Aged ACSR conductors. Part II: Prediction of remaining life. Proceedings of the IEEE POWER ENGINEERING SOCIETY. Toronto, Canada: 1991. LAVANDOSCKI, R. Inspeção e análise de cabos de aço galvanizado e de ferragens para linhas de transmissão – Linhas e Redes – Corrosão, Grupo XII, GMI 023. In: Proceedings of the XVI SNPTEE. Campinas: 2001. PERSSON, L. I., Corrosion attack in midspan joints in ACSR transmission conductors. Proceedings of CIRED. Sweden: 1989. SCHWABE, P. H.; PIKE, D., The measurement of corrosion in overhead power lines. J. of Anti-Corrosion. July, 1988.

Sistema de detecção de corrosão em cabos de alumínio com alma de aço

SHANNON, D. R., Life expectancy of conductors under live and off line conditions. Shannon Technology Corp, Phoenix, EUA. Disponível em: <http://www.shannontechnology.com>. Acesso em: 2005. SUNG-DUCK, K. Development of corrosion detector for assessing aged ACSR in transmission lines. Disponível em: <http://

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Abstract The aluminum conductors with steel reinforcement (ACSR) used in electric transmission and distribution lines are submitted to corrosion processes due to the exposition to the environment. Nowadays, the procedure for corrosion detection used by the Brazilian power utilities is based on visual inspection, leading to a subjective diagnosis that puts the maintenance at stake and can lead to the breakdown of these conductors, which causes a blackout and jeopardizes the population in the neighborhood where the broken conductor is found. This paper describes the development of a system to detect the degree of corrosion in power line cables, in a project funded by Light in accordance with the R&D program of the Brazilian Electricity Regulatory Agency (Aneel). The developed system is based on the detection of the cable’s reaction from an applied electromagnetic field, which allows a quantitative evaluation regarding the thickness of the remaining zinc layer over steel wires. This detection principle was implemented in a motor-driven prototype which is radio-controlled and capable of moving along the power line conductor. The acquisition and analysis of the measurements are made by a software developed during the project. The results of the tests carried out in the laboratory and at Light’s power lines demonstrated that this system is effective in the detection of corroded cable sections and has superior technical features regarding similar systems available in the international market. As a result, Light has already programmed the use of this system in its lines and the patent process for the developed measuring principle is currently in progress. Key words: Corrosion sensor. Non-destructive testing. ASCR cables corrosion. Transmission of power lines.

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DMD: Distribuição de Mídia Digital para a Rede GIGA Isidro Lopes da Silva Neto1,2, Vivian Sígolo Lona Gouveia2, Luciano Martins3, Adelmo Alves Avancini3, Rege Romeu Scarabucci4, Atilio Eduardo Reggiani4, James Povoas Gomes Law Pereira

Este trabalho descreve o subprojeto Distribuição de Mídia Digital (DMD), desenvolvido dentro do escopo do Projeto GIGA – Rede Experimental de Alta Velocidade, um projeto multiinstitucional e multidisciplinar financiado pelo governo brasileiro. O objetivo do subprojeto DMD é fornecer pesquisa, desenvolvimento e experimentação de tecnologias relacionadas à captura, à transmissão e à recepção de mídia digital. Um conjunto de serviços é proposto como base para a construção de várias aplicações nas áreas de saúde, educação, cultura e entretenimento. Uma forma particular de pensar em convergência baseada em serviços – em vez de protocolos – é discutida e os resultados obtidos até o momento atual são apresentados. Palavras-chave: Distribuição de Mídia Digital. Rede GIGA. Streaming. Multimídia. Web Services.

Introdução

Atualmente, os usuários da Web lidam com a comunicação de forma diferente da que se conhecia há alguns anos. Novas infra-estruturas de mídia permitem a comunicação por streaming de áudio e vídeo e os usuários da Web as utilizam tanto para videoconferência como para assistir a filmes ou ouvir música. Trata-se de uma convergência natural das comunicações para a tecnologia IP que traz o computador para dentro da vida das pessoas. Simultaneamente, a Web parece estar evoluindo de um espaço imenso de informação compartida para um espaço ainda maior de serviços compartilhados. Aplicações passam a falar umas com as outras, eventualmente sem intervenção humana, usando Web Services. O subprojeto DMD tem por objetivo explorar o uso das tecnologias de streaming e Web Services, para comunicação multimídia em tempo real com alto desempenho. Até o presente momento, o subprojeto DMD produziu um conjunto de serviços que podem ser utilizados como componentes para a construção de aplicações nas áreas de saúde, educação, cultura e entretenimento, além

de comunicação em sentido genérico. Este trabalho apresenta a maneira como esses componentes foram construídos e como se encaixam para compor aplicações. 2

A Figura 1 apresenta o mapa conceitual do DMD, empregando a ferramenta Cmap Tool (IHMC, 2006) para modelagem de conhecimento. Um mapa conceitual é composto por conceitos e frases de ligação representados aqui por retângulos com quinas arredondadas e setas, respectivamente. A descrição será iniciada a partir do conceito DMD, que significa Distribuição de Mídia Digital e que permite a criação de sessões multimídia. As sessões multimídia apresentam mídias digitais a um grupo de membros DMD. Os membros DMD são pessoas ou organizações que podem possuir mídias digitais e devem possuir agentes DMD. Os agentes DMD são partes de software que agem em nome de seus proprietários (os membros DMD), prestando Web Services do DMD. Os Web Services do DMD são:

Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: isidro@cpqd.com.br. Diretoria de Tecnologias de Serviços. 3 Diretoria de Redes de Telecomunicações. 4 Diretor do Projeto GIGA. 2

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Conceitos

DMD: Distribuição de Mídia Digital para a Rede GIGA

Figura 1 Mapa conceitual do DMD

• distribuição para localizar e transmitir mídias digitais; • exibição para receber e apresentar mídias digitais; • administração para obter dados dos membros DMD, principalmente endereço ou Uniform Resource Locator (URL) de prestação de seus serviços. O DMD não é uma aplicação multimídia em si, mas um framework para a construção de aplicações multimídia baseado em Web Services. Este trabalho apresenta uma aplicação particular do DMD, que permite a realização de reuniões sob o controle de um moderador. 3

Concepção

O DMD foi concebido a partir de Arquitetura Orientada a Serviço (Service-Oriented Architecture – SOA). As tecnologias escolhidas para a implementação dessa arquitetura são Web Services e Java. A Figura 2 apresenta a correspondência entre os mundos Extensible Markup Language (XML) e Java, sendo que o diagrama do lado esquerdo corresponde ao mundo XML (W3C, 2006) e o diagrama do lado direito corresponde ao mundo Java. Todos os serviços oferecidos pelo DMD foram especificados em Web Services Description Language (WSDL) (W3C, 2006), que é uma linguagem da família XML. Um arquivo WSDL define uma ou mais interfaces de prestação de serviço, as quais são então descritas por uma seqüência de relações de composição:

• interfaces são compostas por operações; • operações são compostas por mensagens de entrada e de saída; • mensagens são compostas por tipos de dados. Para a especificação dos tipos de dados, utilizouse outra linguagem da família XML, chamada XML Schema (W3C, 2006). Como no caso do DMD, o processo de construção de serviços passa por uma fase de descrição formal inteiramente baseada na tecnologia XML. Isso oferece uma vantagem altamente significativa em relação a outras formas de construção de serviços, que é a possibilidade de se verificar se os arquivos são bem-formados e válidos, usando ferramentas de desenvolvimento adequadas para esse fim. No caso do DMD, empregou-se o toolkit Eclipse (ECLIPSE, 2006) com plugin Axis (APACHE WSA, 2006). Como os serviços foram construídos em um mundo absolutamente abstrato como o XML, sua implementação requer alguma linguagem de programação. A linguagem Java foi escolhida por uma série de vantagens, tais como o suporte à orientação a objetos, a facilidade de obtenção de profissionais qualificados no mercado e a facilidade de reutilização de partes prontas. Todo o diagrama da direita da Figura 2 é a correspondência do mundo Java ao mundo XML, de acordo com o seguinte mapeamento: • interfaces WSDL são mapeadas em interfaces Java; • operações são mapeadas em métodos; • mensagens de entrada e de saída são mapeadas em parâmetros de entrada e de saída; • tipos de dados são mapeados em JavaBeans.

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Figura 2 Correspondência entre os mundos XML e Java

Os JavaBeans são classes de objetos “bemcomportadas”, qualidade herdada dos tipos de dados “bem-formados” e “válidos” dos quais foram originadas. Os códigos dos JavaBeans, das interfaces e dos agentes Web Services (classes Java que implementam essas interfaces) são gerados automaticamente pelo toolkit Eclipse (ECLIPSE, 2006) com plugin Axis (APACHE WSA, 2006). Após a geração de código, os métodos dos agentes Web Services estão vazios e precisam ser implementados por um programador Java, completando-se, dessa forma, o ciclo de desenvolvimento do serviço. Cada serviço DMD poderia ser descrito neste ponto, o que constituiria um procedimento extremamente longo. Em virtude disso, será apresentada a descrição da concepção de tais serviços, bem como uma simples exemplificação de duas operações: a busca de membros do serviço de administração e a ativação de mídia do serviço de distribuição. Busca de membros – O agente DMD que necessita dessa informação é chamado de cliente e o agente que possui tal informação é chamado de servidor. O cliente deve enviar uma mensagem ao servidor passando uma lista com os nomes dos membros sobre os quais ele deseja obter dados. Essa lista pode ser omitida, indicando que o cliente deseja obter a listagem completa de membros DMD. O servidor envia uma mensagem de resposta ao cliente contendo a lista de membros de acordo com a solicitação do cliente.

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Ativação de uma mídia – Nesse caso, o cliente envia uma mensagem ao servidor solicitando que uma de suas mídias seja transmitida a uma lista de membros DMD. Essa solicitação precisa conter a identificação da mídia a ser transmitida, a lista de membros e portas nas quais esses membros receberão o fluxo de dados da mídia ou streaming. O servidor inicia a transmissão, conforme solicitado, e devolve ao cliente uma mensagem de operação bem-sucedida (ou malsucedida). As mensagens trocadas entre os agentes são documentos XML que obedecem às regras de construção definidas nos tipos de dados que transportam. O transporte desses documentos é realizado por um protocolo chamado Simple Object Access Protocol (SOAP) (W3C, 2006), que é, por sua vez, transportado pelo protocolo Hypertext Transport Protocol (HTTP) (W3C, 2006). Mesmo que os agentes DMD fossem implementados em linguagens de programação diferentes da linguagem Java, continuariam “conversando” normalmente, devido ao fato de trocarem entre si documentos XML, que são textuais. Esses documentos são auto-explicativos e podem ser entendidos tanto por pessoas como pelos agentes DMD. 4

Funcionamento

A Figura 3 apresenta o esquema de funcionamento do DMD para quatro membros participando

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Figura 3 Funcionamento do DMD

de uma sessão multimídia. Cada membro DMD utiliza um navegador que acessa apenas sua aplicação DMD local. Cada aplicação DMD possui um agente DMD que presta os serviços de distribuição e/ou exibição. Esses agentes “conversam” entre si trocando documentos XML. Um dos documentos pode ser enviado a um agente DMD solicitando a transmissão de uma de suas mídias para uma lista de membros. Isso pode corresponder a acionar um dispositivo DVD e ter o filme correspondente transmitido e exibido nos monitores de todos os participantes dessa sessão multimídia, incluindo o proprietário da mídia. Os protocolos empregados para a transmissão de mídias são basicamente User Datagram Protocol (UDP), Real Time Protocol (RTP) e HTTP. Uma aplicação DMD pode ser construída seguindo-se estes procedimentos: 1. Descobrir a lista de membros DMD por meio do serviço de administração. 2. Definir os membros que participarão de uma sessão multimídia. 3. Ativar/desativar a transmissão e a exibição de mídias utilizando, respectivamente, os serviços de distribuição e exibição. Os serviços DMD funcionam como componentes para a construção da aplicação. Se a aplicação controla uma sessão multimídia que exibe a seus participantes imagens capturadas ao vivo de câmeras digitais e microfones, há uma videoconferência. Se os participantes só possuem microfones, há uma audioconferência. Se uns possuem câmera e microfone enquanto outros só têm microfone, há uma mistura de áudio e videoconferência. Além disso, participantes que não possuem nem um nem outro poderão as-

sistir à videoconferência, evidentemente sem se manifestar. O DMD generaliza o conceito de videoconferência, permitindo que outras mídias possam ser apresentadas durante uma sessão multimídia. Por exemplo, vídeos armazenados em memória ou DVD, músicas no formato MP3 ou a tela do computador são mídias que podem compor uma sessão multimídia do DMD. Diferentemente da comutação telefônica tradicional, em que dois assinantes trocam suas mídias de voz, no DMD não há necessidade de troca. Assim, é possível construir aplicações bastante variadas que incluem desde a transmissão unidirecional de mídias digitais, como rádio ou TV sobre IP, até videoconferências assimétricas como debates, em que apenas alguns dos participantes “falam”, enquanto os demais “escutam”. Para se ter uma idéia do grau de generalização dos serviços DMD, seria possível a realização de uma sessão multimídia em que um dos participantes fosse um canal de TV sobre IP. 5

Aplicações no Projeto GIGA

É possível imaginar aplicações DMD nas áreas de comunicação, saúde, educação/cultura e entretenimento. O primeiro passo para a teleeducação será a oferta de canais educativos abertos na Rede GIGA. Esse projeto conta com a participação da TV Cultura e da TV PUC. Membros DMD na Rede GIGA poderão assistir a esses canais com a mesma qualidade da TV a cabo. O primeiro passo na área de telemedicina será a incorporação ao DMD de um plugin no padrão

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Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM). Esse padrão é amplamente utilizado em medicina e possibilitará às sessões multimídia do DMD apresentar imagens médicas em conjunto com os outros tipos de mídia já suportados pelo DMD (atualmente, as imagens médicas que o DMD apresenta estão em formato MPEG ou similar). Esse projeto conta com a parceria do Instituto do Coração (InCor).

seis participantes transmitiram suas imagens em padrão MPEG4 a 1 Mbit/s para todos os demais (três participantes apenas assistiram à videoconferência) injetando 48 Mbit/s na Rede GIGA. Nesse caso, alguns processadores chegaram a 90% de ocupação de CPU (60% consumidos na captura e transmissão e 30% consumidos na recepção). A Figura 4 apresenta uma captura de tela desse evento.

DMD no SBRT 2005

Resultados

Além dos serviços DMD, o CPqD desenvolveu uma aplicação para a realização de reuniões moderadas. Essa aplicação concede a um dos membros, denominado moderador, todo o controle de uma sessão multimídia. O moderador escolhe os participantes da sessão, incluindo-se ou não, e tem acesso às mídias de todos os participantes, podendo escolher quando iniciar ou terminar a transmissão/exibição de qualquer uma dessas mídias. Vários testes dessa aplicação foram realizados na Rede GIGA. A seguir, os resultados de alguns desses testes são apresentados. Videoconferência com nove participantes Um teste de videoconferência com nove participantes foi realizado na Rede GIGA, em que

Em setembro de 2005, o DMD foi apresentado no Simpósio Brasileiro de Telecomunicações (SBRT 2005), em que foi utilizado para realizar uma videoconferência com a participação de três palestrantes ao vivo. As entidades às quais pertencem e sua localização durante o evento estão descritas na tabela a seguir: Palestrante/membro DMD

Entidade

Marcelo Santos

InCor

São Paulo

Prof. Paschoal Neto

TV PUC

Campus da Pontifícia Universidade Católica de Campinas (PUC-Campinas)

Isidro

CPqD

Local do evento (centro de Campinas)

Vivian

CPqD

Instalações do CPqD

Localização

Com exceção de Vivian, que somente assistiu à palestra no CPqD, cada participante realizou

Figura 4 Videoconferência usando DMD

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Figura 5 Nova apresentação do DMD

uma parte da apresentação. Marcelo e Isidro transmitiram suas imagens capturadas por Webcam em padrão MPEG4 a 1 Mbit/s. O professor Paschoal transmitiu sua imagem capturada por câmera digital profissional, em padrão MPEG4 a 2 Mbit/s, produzindo uma imagem de excelente qualidade. Além das capturas, também foram transmitidos vídeos em tempo real durante a videoconferência, conforme descrito na tabela a seguir: Membro DMD

Mídia transmitida

Padrão

Marcelo Santos

Imagens médicas

MPEG

Vivian

DVD

MPEG2/8 Mbit/s

Atualmente, o DMD ganhou nova apresentação, conforme Figura 5, em que se observa a tela do moderador durante uma sessão multimídia com videoconferência e apresentação simultânea DVD, além de um vídeo de imagens médicas. É possível observar que o espaço reservado às imagens foi ampliado e a área de controle reduzida, contendo apenas duas operações: Incluir e Excluir. 7

Convergência

O aspecto de convergência no subprojeto DMD teve importância fundamental. Foram considera-

dos aspectos de tendências, tais como o emprego cada vez maior da tecnologia XML, em particular de Web Services. Em vez de adotar um protocolo de controle de chamada como o H323 ou SIP, optou-se pelo emprego dos Web Services. Essa tendência também é observada no mundo das telecomunicações. Um exemplo é o padrão Parlay (PARLAY, 2006), cujas interfaces criam uma abstração dos recursos das redes de telecomunicações para a construção de aplicações de comunicação, sem a necessidade do conhecimento da imensa série de protocolos de telecomunicações. Essas interfaces passaram a ser oferecidas também em linguagem WSDL, conhecidas como padrão Parlay X. Somente a última versão do Parlay X, publicada em dezembro de 2005, apresenta interface para conferência multimídia. A diferença entre a conferência multimídia do Parlay X e as sessões multimídia do DMD é que a primeira permite a transmissão de apenas uma mídia de vídeo e uma mídia de áudio por participante, ao passo que a segunda permite a cada participante transmitir tantas mídias quanto desejar, desde que os processadores dos participantes tenham capacidade de processamento para isso. Uma possível evolução do DMD poderia incorporar a interface para conferência multimídia

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Parlay X, limitando seu uso, porém possibilitando o interfuncionamento com o complexo mundo das telecomunicações.

dos quais seis transmitem aos demais fluxos de 1 Mbit/s, eleva a ocupação de CPU a 90%. 9

Aspectos de inclusão social

Aspectos de rede e processamento

Cada agente DMD deve ter um endereço IP alcançável pelos demais agentes. Sendo assim, agentes DMD não podem ser “escondidos” atrás de servidores Network Address Translator (NAT). Esse é um problema comum tanto aos serviços DMD como a aplicações peer-to-peer em geral, incluindo aplicações SIP e SKIPE, por exemplo. Essas aplicações se apóiam em protocolos tais como o Simple Traversal UDP Through NATs (STUN), cujo funcionamento depende das vulnerabilidades dos firewalls. Em vez de empregar esse tipo de protocolo, cujo funcionamento pode ser comprometido pelos firewalls, optou-se por restringir o funcionamento do DMD a Redes Virtuais Privadas (Virtual Private Networks – VPNs) nas quais a alcançabilidade dos agentes DMD fica garantida. Entre os vários tipos de VPN, a VPN-MPLS, além das vantagens da VPN, ainda otimiza a transferência de pacotes na rede. Constitui, portanto, o ambiente de rede ideal para a implantação do DMD. Atualmente, a implantação desse protocolo na Rede GIGA encontra-se em estudo. Outra boa alternativa para a implantação do DMD seria em redes IPV6, que dispensam o uso de servidores NAT. Contudo, não há planos de introdução desse protocolo na Rede GIGA e as iniciativas de introdução do IPV6 na Internet ainda são muito tímidas, mas certamente esse é o caminho do futuro para a Internet. Infelizmente, o DMD não pode ser executado na Internet pública tal como ela é hoje porque, além dos problemas de NAT, que tornariam os endereços IP dos agentes DMD não-alcançáveis, há o problema de banda. Todavia, algumas operadoras começam a disponibilizar recursos para a construção de VPN-MPLS com algum aumento de banda para o usuário final. A tecnologia óptica da Rede GIGA muda completamente o paradigma dos ambientes para a implantação de aplicações multimídia: anteriormente faltava banda e havia suficiente processamento; agora há banda suficiente e, como conseqüência, começa a faltar processamento. Um processador Pentium IV com relógio de 3.2 GHz e de memória dinâmica de 1 Gbyte, por exemplo, não consegue processar uma mídia MPEG2 a 80 Mbit/s, em tempo real, sem o auxílio de uma placa decodificadora. Videoconferências com nove participantes,

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As aplicações DMD, se implantadas em locais públicos, poderiam atender a algumas necessidades da população carente: • teleeducação, cultura e entretenimento: uso das possibilidades do DMD para a transmissão de mídias com qualidade DVD; • telemedicina: emprego do DMD para a consulta a especialistas de plantão (segunda opinião) ou consulta a imagens médicas (padrão DICOM). 10

Software de terceiros

O DMD emprega vários sistemas de software de terceiros, tais como: 1. TomCat (APACHE TomCat, 2006) e Axis (WSA, 2006), do projeto Apache. 2. Video Lan Client (VIDEOLAN, 2006), da Escola Central de Paris, responsável pelo desempenho da transmissão e apresentação das mídias. 3. Java Media Framework (JMF), da Sun (SUN, 2006). 4. Ambiente de desenvolvimento Eclipse (PARLAY, 2006), integrando suporte para Java, XML Schema e Web Services através do plugin Axis (APACHE WSA, 2006). 11

Conclusão

Os resultados obtidos pelo DMD até o presente momento demonstram que o emprego de Web Services é um caminho novo que apresenta um potencial imenso para a construção de aplicações multimídia em redes ópticas. Essas aplicações devem ser direcionadas, ao menos inicialmente, para fins de comunicação, teleeducação e telemedicina. Ainda deve levar algum tempo para que a Internet pública ofereça condições para executar aplicações dos serviços DMD. Esse cenário começa a mudar com algumas iniciativas de operadoras brasileiras, que começam a oferecer serviço de VPN-MPLS com um pouco mais de banda para o usuário final. 12

Apoio financeiro

O Projeto GIGA tem apoio financeiro da Finep e do FUNTTEL e apoio de infra-estrutura para a Rede Experimental das operadoras Telefônica, Intelig, Telemar e Embratel.

DMD: Distribuição de Mídia Digital para a Rede GIGA

Referências APACHE TomCat. Projeto da Apache Software Foundation para desenvolvimento de aplicações Web. Disponível em: <http:// jakarta.apache.org/tomcat/.> Acesso em: 7 jun. 2006.

SUN DEVELOPER NETWORK. Java Media Framework API. Extensão da linguagem Java para aplicações multimídia. Disponível em: <http://java.sun.com/products/java-media/jmf/ index.jsp.> Acesso em: 7 jun. 2006.

APACHE WSA. Web Services Axis. Projeto da Apache Software Foundation para desenvolvimento de Web Services. Disponível em: <http://ws.apache.org/axis/.> Acesso em: 7 jun. 2006.

THE PARLAY GROUP. Especificação de Web Services para serviços de telecomunicações. Disponível em: <http://www. parlay.org.>Acesso em: 7 jun. 2006.

ECLIPSE. Toolkit de desenvolvimento Eclipse com plug-in para o Axis. Disponível em: <http://www.eclipse.org/.> Acesso em: 7 jun. 2006. IHMC Cmap Tools. Ferramenta para construção de modelos conceituais. Dis-ponível em: <http://cmap.ihmc.us/.> Acesso em: 7 jun. 2006.

VIDEOLAN. VLC Media Player. Projeto coordenado pela Escola Central de Paris. Disponível em: <http://www.videolan.org/vlc/.> Acesso em: 7 jun. 2006. W3C World Wide Web Consortium. Especificações, diretrizes e softwares para tecnologias XML, WSDL, Schema, SOAP, HTTP. Disponível em: <http://www.w3.org/.> Acesso em: 7 jun. 2006.

Abstract This paper describes the Digital Media Distribution (DMD) subproject developed within the scope of the GIGA Project – High-speed Experimental Network, a multiinstitutional, multidisciplinary national project funded by the Brazilian government. The DMD subproject’s goal is to provide research, development and experimentation of technologies related to digital media capture, transmission and reception. A set of services is proposed as a basis to build several kinds of applications to meet some human-interest needs such as communication, education, health, and entertainment. A particular way of thinking over convergence based on services, rather than protocols is discussed and results obtained so far are presented. Key words: Digital Media Distribution. GIGA Network. Streaming. Multimedia. Web Services.

Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 2, n. 1, p. 59-66, jan./jun. 2006

Software livre e interoperabilidade na área de SIG: ficção ou realidade? Claudia de Andrade Tambascia, Lin Tzy Li, Marta Duarte Teixeira, Rafael de Melo Cuba, Sandro Danilo Gatti Avaliação de impactos para gestão ambiental: um estudo dos descartes de empresas de telecomunicações Sirney Silveira, Evandro C. Longui, Joceli M. G. Angelini, Luiz Carlos Neves, Maria A. Rodrigues, Rozely F. Santos Gatewayless-NGN: Migração para redes convergentes com baixo investimento (CAPEX) Carlos Akio Matsumoto e William Bertucci Viais Avaliação de desempenho de uma rede ad hoc sem fio utilizando o padrão IEEE 802.11b Alberto L. Pacifico, Marcos A. de Siqueira, Marcel C. de Castro, José A. Martins Sistema de detecção de corrosão em cabos de alumínio com alma de aço para linhas de transmissão e distribuição de energia elétrica Claudia Souto Cattani Aoki, Célio Fonseca Barbosa, Flávio Eduardo Nallin, Paulo Cesar Gisolfi, José Benedito Costa Araújo DMD: Distribuição de Mídia Digital para a Rede GIGA Isidro Lopes da Silva Neto, Vivian Sígolo Lona Gouveia, Luciano Martins, Adelmo Alves Avancini, Rege Romeu Scarabucci, Atilio Eduardo Reggiani, James Povoas Gomes Law Pereira

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ISSN 1809-1946