Introdução às Redes de Telecomunicações

Introdução às Telecomunicações.pdf

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EDIÇÃO FCA – Editora de Informática, Lda. Av. Praia da Vitória, 14 A – 1000-247 Lisboa Tel: +351 213 511 448 fca@fca.pt www.fca.pt DISTRIBUIÇÃO Lidel – Edições Técnicas, Lda Rua D. Estefânia, 183, r/c Dto – 1049-057 Lisboa Tel: +351 213 511 448 lidel@lidel.pt www.lidel.pt LIVRARIA Av. Praia da Vitória, 14 A – 1000-247 Lisboa Tel: +351 213 511 448 * Fax: +351 213 173 259 livraria@lidel.pt Copyright © 2016, FCA – Editora de Informática, Lda. ISBN edição impressa: 978-972-722-822-5 1ª edição: abril 2007 3ª edição atualizada: março 2016 Impressão e acabamento: Tipografia Lousanense, Lda. – Lousã Dep. Legal: n.º 405834/16 Capa: José M. Ferrão – Look-Ahead Todos os nossos livros passam por um rigoroso controlo de qualidade, no entanto aconselhamos a consulta periódica do nosso site (www.fca.pt) para fazer o download de eventuais correções.

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ÍNDICE GERAL Nota Prévia .................................................................................................................... xiii

Parte 1 Introdução 1 Resenha Histórica ........................................................................................................ 3 1.1 O telégrafo e o telefone ................................................................................................. 3 1.2 As telecomunicações em Portugal............................................................................... 3 1.3 Liberalização do sector ................................................................................................. 7

2 Sinais em Telecomunicações ...................................................................................... 9 2.1 Introdução ....................................................................................................................... 9 2.2 Comunicações digitais ................................................................................................ 10 2.3 Sinais de voz ................................................................................................................. 15 2.4 Sinais de vídeo ............................................................................................................. 17 2.5 Dados ............................................................................................................................. 19 2.6 Os sinais e as redes ...................................................................................................... 20

3 Redes ............................................................................................................................ 23 3.1 Topologias..................................................................................................................... 23 3.2 Arquiteturas de rede ................................................................................................... 24 3.3 Modos de transferência de informação .................................................................... 26 3.4 Modelo OSI ................................................................................................................... 31 3.5 Funções dos equipamentos ........................................................................................ 35 3.6 Estrutura básica de uma rede de telecomunicações ............................................... 38

4 Serviços de Telecomunicações ................................................................................. 41 4.1 Introdução ..................................................................................................................... 41 4.2 Caracterização e classificação .................................................................................... 42 4.3 Atributos dos serviços ................................................................................................. 43 4.4 Os agentes numa rede de telecomunicações ........................................................... 47

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VIII Introdução às Redes de Telecomunicações

Parte 2 Rede Telefónica 5 Evolução da Rede....................................................................................................... 51 5.1 Introdução ..................................................................................................................... 51 5.2 Comutação manual ..................................................................................................... 51 5.3 Comutação automática ............................................................................................... 52 5.4 Transmissão digital ..................................................................................................... 54 5.5 Comutação digital ....................................................................................................... 55 5.6 Ligações de dados ........................................................................................................ 56 5.7 Redes móveis ................................................................................................................ 57 5.8 A Internet ...................................................................................................................... 57

6 Arquitetura da Rede Telefónica ............................................................................... 59 6.1 Estrutura hierárquica .................................................................................................. 59 6.2 Numeração ................................................................................................................... 61 6.3 Acesso indireto ............................................................................................................. 63

7 Rede Digital com Integração de Serviços ............................................................... 65 7.1 Introdução ..................................................................................................................... 65 7.2 Serviços ......................................................................................................................... 65 7.3 Equipamentos RDIS .................................................................................................... 66 7.4 Sinalização .................................................................................................................... 67

8 Redes Inteligentes ...................................................................................................... 71 8.1 Introdução ..................................................................................................................... 71 8.2 Arquitetura ................................................................................................................... 72 8.3 Serviços ......................................................................................................................... 73 8.4 Fluxo de uma chamada ............................................................................................... 74

Parte 3 Sistemas de Transmissão 9 Técnicas de Transmissão........................................................................................... 79 9.1 Multiplexagem ............................................................................................................. 79 9.2 Equipamentos de transmissão ................................................................................... 82

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Índice Geral IX

9.3 Andar de adaptação .................................................................................................... 82

10 Suportes de Transmissão .......................................................................................... 87 10.1 Características de transmissão ................................................................................. 87 10.2 Condutores metálicos................................................................................................ 90 10.3 Fibras óticas ................................................................................................................ 91 10.4 Sistemas rádio ............................................................................................................ 95

11 Hierarquias Digitais .................................................................................................. 97 11.1 Hierarquias PDH ....................................................................................................... 97 11.2 SDH – Hierarquia digital síncrona ........................................................................ 100

Parte 4 Redes de Dados 12 Redes Locais (LAN) ................................................................................................. 105 12.1 Introdução ................................................................................................................. 105 12.2 IEEE 802.3 – Ethernet .............................................................................................. 106 12.3 IEEE 802.11 – Wi-Fi.................................................................................................. 109

13 Redes Públicas de Dados ........................................................................................ 115 13.1 Transmissão de dados ............................................................................................. 115 13.2 X.25 ............................................................................................................................ 117 13.3 Frame Relay ................................................................................................................ 119 13.4 ATM ........................................................................................................................... 120

14 Internet ...................................................................................................................... 125 14.1 Protocolos ................................................................................................................. 125 14.2 Routers ....................................................................................................................... 130 14.3 Protocolos e serviços Internet ................................................................................ 133 14.4 Acesso à Internet ...................................................................................................... 137 14.5 Neutralidade da rede .............................................................................................. 138

15 Redes de Operador .................................................................................................. 141 15.1 Introdução ................................................................................................................. 141 15.2 VPN MPLS ................................................................................................................ 142 15.3 Cabeçalho MPLS ...................................................................................................... 146 15.4 LSR ............................................................................................................................. 147

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X Introdução às Redes de Telecomunicações

Parte 5 Rede de Acesso 16 Rede de Pares Simétricos ........................................................................................ 151 16.1 Introdução ................................................................................................................. 151 16.2 Rede de pares simétricos (rede de cobre) ............................................................. 151 16.3 Banda larga sobre pares simétricos – xDSL ......................................................... 154 16.4 Desagregação de lacete ........................................................................................... 158

17 Acesso Rádio ............................................................................................................ 161 17.1 Comunicações sem fios ........................................................................................... 161 17.2 WiMAX ..................................................................................................................... 162

18 Fibra Ótica na Rede de Acesso (FITL) ................................................................... 167 18.1 Introdução ................................................................................................................. 167 18.2 Arquiteturas ............................................................................................................. 167 18.3 Normas ...................................................................................................................... 170

19 Instalações em Edifícios e Urbanizações .............................................................. 175 19.1 Instalações de Telecomunicações em Loteamentos, Urbanizações e Conjunto de Edifícios (ITUR) ......................................................................................... 175 19.2 ITED ........................................................................................................................... 176 19.3 Cablagem .................................................................................................................. 183

Parte 6 Redes Móveis 20 Redes Celulares ........................................................................................................ 187 20.1 Estrutura celular ...................................................................................................... 187 20.2 Gerações de redes celulares.................................................................................... 189

21 Rede GSM ................................................................................................................. 191 21.1 Normas GSM ............................................................................................................ 191 21.2 Arquitetura da rede GSM ....................................................................................... 192 21.3 Serviços ..................................................................................................................... 195 21.4 As funções de uma rede GSM ................................................................................ 196 21.5 Interface rádio .......................................................................................................... 198

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Índice Geral XI

21.6 Cenários de chamadas ............................................................................................ 201 21.7 GPRS (General Packet Radio Service) ....................................................................... 202

22 Redes 3G .................................................................................................................... 205 22.1 Introdução ................................................................................................................. 205 22.2 Radio Access Network (RAN) WCDMA ................................................................. 206 22.3 Funcionalidades da RAN ....................................................................................... 209 22.4 HSPA ......................................................................................................................... 211

23 4G (LTE) .................................................................................................................... 213 23.1 Introdução ................................................................................................................. 213 23.2 Arquitetura EPS ....................................................................................................... 214

Parte 7 Distribuição de Televisão 24 Sistemas de Televisão .............................................................................................. 219 24.1 Sinais de vídeo ......................................................................................................... 219 24.2 Televisão analógica.................................................................................................. 221 24.3 Televisão digital ....................................................................................................... 222

25 Redes de Distribuição de Televisão ...................................................................... 227 25.1 Introdução ................................................................................................................. 227 25.2 TDT ............................................................................................................................ 228 25.3 Redes CATV ............................................................................................................. 229 25.4 IPTV ........................................................................................................................... 234

Parte 8 Convergência de Redes 26 VoIP............................................................................................................................ 237 26.1 Voz sobre pacotes .................................................................................................... 237 26.2 Cenários de utilização de VoIP .............................................................................. 239 26.3 Media gateways .......................................................................................................... 241 26.4 Normas H.323........................................................................................................... 242 26.5 Normas SIP ............................................................................................................... 244

27 Triple Play .................................................................................................................. 249

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XII Introdução às Redes de Telecomunicações

27.1 Introdução ................................................................................................................. 249 27.2 Segmentos de rede ................................................................................................... 250

28 Normas NGN ........................................................................................................... 255 28.1 Introdução ................................................................................................................. 255 28.2 Normas IMS .............................................................................................................. 255 28.3 Protocolos e serviços ............................................................................................... 257 28.4 Implementação das arquiteturas NGN ................................................................ 260

29 Internet das Coisas ................................................................................................... 261 29.1 Introdução ................................................................................................................. 261 29.2 Comunicações M2M ................................................................................................ 261 29.3 Soluções de proximidade (curto alcance) ............................................................. 264 29.4 Soluções de cobertura (longo alcance) .................................................................. 269

Referências Bibliográficas ............................................................................................ 275 Siglas e Acrónimos ........................................................................................................ 279 Índice Remissivo ........................................................................................................... 291

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NOTA PRÉVIA Este livro foi elaborado com o objetivo de dar um contributo para a divulgação dos conceitos tecnológicos associados às redes de telecomunicações, justificada pela exposição do sector, principalmente depois da explosão do fenómeno da Internet, do processo de liberalização, da banalização dos terminais móveis inteligentes e da massificação das redes sociais.

Foi crescendo o interesse à volta das questões técnicas, por parte dos utilizadores de telecomunicações que, numa grande parte, não conseguem imaginar a sua vida sem o smartphone sempre online, sem a televisão com capacidade de aceder aos conteúdos da última semana ou sem o computador ou tablet que lhes permitam receber e enviar documentos pessoais e de trabalho a partir de qualquer lugar.

Com uma oferta comercial variada e suportada em campanhas publicitárias agressivas surgem, naturalmente, as comparações entre as várias tecnologias e a necessidade de optar entre vários operadores, que, apresentando as suas soluções como as melhores, suscitam dúvidas aos clientes e utilizadores de telecomunicações.

A evolução dos negócios para níveis cada vez mais elevados de sofisticação, o sector das telecomunicações começou a receber, em número crescente, profissionais de áreas não técnicas, como marketing ou gestão, facto que tem criado a necessidade de transmitir-lhes os conceitos básicos que lhes permitam desempenhar as suas funções.

Foi para responder a algumas destas necessidades que este livro foi pensado, sem ter como objetivo a produção de um tratado sobre o tema das telecomunicações, com justificações tecnicamente rigorosas sobre as soluções e opções tecnológicas, mas, tão-só, registar parte das minhas experiências como formador nesta área. As respostas às questões mais frequentes, que me foram colocadas ao longo dos anos, são apresentadas num tom despojado, dentro do possível, das considerações técnicas. Em todo o caso, evitaram-se explicações simplistas que não resistem às primeiras reflexões sobre o assunto. As analogias são uma das ferramentas usadas, delimitando-se sempre o seu campo de aplicação para evitar extrapolações indevidas.

Uma imagem muito divulgada para representar a rede de telecomunicações é a de uma nuvem com pontos de acesso onde se ligam os equipamentos terminais. Esta representação é natural no ponto de vista do cliente de telecomunicações que se interessa, sobretudo, pela prestação do serviço, sem ter uma visão das infraestruturas necessárias para tal. O objetivo deste documento é “mergulhar” no interior da nuvem, com a apresentação e a explicação de algumas das tecnologias, sistemas e infraestruturas que a constituem.

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xiv Introdução às Redes de Telecomunicações

Com a liberalização do sector, os vários operadores tiveram de apostar numa vertente comercial muito mais agressiva para a conquista, ou manutenção, de clientes, procurando uma diferenciação através dos preços, dos pacotes comerciais e/ou das soluções integradas.

Mas as relações comerciais entre clientes e operadores de telecomunicações pressupõem a existência de serviços. Os serviços têm sempre associados um conjunto de funcionalidades, um plano de preços e uma rede. E são as diversas combinações entre estes três elementos que permitem a construção de uma oferta comercial variada. Portanto, os operadores têm de garantir o projeto, a construção e a operação das redes de telecomunicações para, sobre elas, se poderem desenvolver e prestar serviços de telecomunicações. As redes e os serviços estão, assim, interligados e devem ser estudados em conjunto para se identificarem as relações existentes entre os dois níveis.

O sector das telecomunicações está intimamente ligado ao avanço tecnológico, que é concretizado em sistemas que evoluem constantemente em versatilidade e complexidade.

A sofisticação crescente dos serviços de telecomunicações faz com que a noção de tecnologia tenha de se alargar para além das questões físicas relacionadas diretamente com os materiais, equipamentos e sistemas, passando a incluir aspetos mais intangíveis relacionados com o processamento da informação.

Quando pretendemos justificar as opções tomadas durante a evolução das redes de telecomunicações, podemos identificar duas respostas básicas: dinheiro e história [EColl].

Quando foi necessário definir determinados valores como o débito binário do canal telefónico, a solução encontrada resultou de estudos que indicaram qual era o valor que minimizava o custo, cumprindo os requisitos definidos e aplicando a tecnologia disponível.

Quando, porém, procuramos as justificações para soluções que aparentemente não estão otimizadas, encontramos outra resposta que está relacionada com a História: a solução eleita é a que garante a compatibilidade com outras já em exploração. Para encontrar as justificações para algumas das soluções tecnológicas, teremos, pois, de recorrer à História e ao modo como as redes evoluíram ao longo de décadas. A necessidade de garantir a compatibilidade entre os novos sistemas e os existentes não permite, muitas vezes, saltos evolutivos que imponham ruturas tecnológicas.

Todas as técnicas utilizadas em telecomunicações têm fundamentos teóricos mais ou menos complexos e que resultaram do estudo aturado de muitos cientistas, investigadores e engenheiros. É possível, contudo, apresentar algumas destas técnicas, “despidas” das suas justificações, com as suas potencialidades e fragilidades.

A par das vertentes de investigação e desenvolvimento, existe uma intensa atividade de normalização no sector das telecomunicações. A normalização permite uma concorrência entre os vários fabricantes de equipamentos e serve de proteção aos operadores contra as tentativas dos fabricantes em impor soluções próprias. Existem organismos, com diversas origens, que asseguram a normalização, desde associações de fabricantes e operadores

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Nota Prévia xv

[WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Forum, DSL (Digital Subscriber Line) Forum, ATM (Asynchronous Transfer Mode) Forum e IETF (Internet Engineering Task Force)], associações profissionais [IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers)], até agências ligadas aos Estados ou a instituições políticas [ITU (International Telecommunications Union), ISO (International Organization for Standardization)], etc.

Muitas vezes, levantam-se questões relacionadas com previsões e tendências. Mas a resposta não é fácil. Se não, vejamos as últimas evoluções neste sector, onde têm surgido êxitos nunca devidamente previstos, pelo menos, na sua dimensão – GSM (Global System for Mobile communications), Internet, etc. –, a par com desenvolvimentos claramente abaixo das expectativas, como os negócios por Internet ou a terceira geração de redes móveis – UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Assim, a resposta mais prudente a questões sobre possíveis evoluções das telecomunicações passa por uma atitude ponderada e contida.

Quando nos referimos a fabricantes e indústria de telecomunicações, é fundamental ter em conta a convergência que se tem sentido neste sector. Aos fabricantes “tradicionais” de equipamentos de telecomunicações juntaram-se, com oferta de equipamentos e sistemas, fabricantes de equipamento informático e novos fabricantes. Aos fabricantes europeus, norte-americanos e japoneses juntaram-se nos últimos anos coreanos e chineses. Sobretudo estes últimos têm conquistado partes importantes do mercado, através de uma oferta completa, robusta e muito atrativa, sob o ponto de vista financeiro, de equipamentos, aplicações e serviços.

Os fabricantes que se dedicaram durante muito tempo ao fornecimento exclusivo de equipamentos para as redes de voz também apresentam, atualmente, sistemas e soluções que integram voz, dados e vídeo.

Este livro encontra-se dividido em oito partes, que, por sua vez, estão divididas em capítulos. Na primeira parte apresentam-se os conceitos principais associados às redes de telecomunicações, no que se refere à tecnologia, à organização das redes e aos serviços prestados. Em seguida, da segunda à sétima partes descrevem-se as redes com maior relevância atualmente: rede telefónica, redes de dados, redes móveis, redes de distribuição de televisão e Internet. Por último, a oitava parte é dedicada à convergência das redes.

A publicação deste livro só foi possível devido aos anos de convívio com os colegas da PT Inovação, que se dedicam ao estudo e à aplicação dos conhecimentos técnicos no desenvolvimento de produtos e soluções de telecomunicações. Só a partir da troca de opiniões sobre os vários temas em que se dividem as telecomunicações atualmente, é possível ter uma visão global do sector. Deixo aqui um agradecimento global a todos estes colegas que, direta e indiretamente, contribuíram para que este livro se tornasse realidade.

O Autor

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20 Introdução às Redes de Telecomunicações

2.6 Os sinais e as redes A Tabela 2.4 lista as principais características dos sinais referidos anteriormente, com relevância para as redes que os transportam. Esta análise é importante para se perceber quais são as diferenças entre as várias redes. A largura de banda é máxima para o vídeo – distribuição de televisão –, baixa para a voz e extremamente variável para os dados.

As amostras dos sinais de voz devem chegar ao destino com uma cadência certa e com intervalos constantes, de modo a permitirem que a reconstrução do sinal se possa fazer em tempo real e sem interrupções, tornando os sinais de voz muito sensíveis à variação dos atrasos. Para os dados, normalmente, este parâmetro não é crítico. Pode dizer-se que os sinais de vídeo têm uma sensibilidade “média” a este parâmetro.

Parâmetro

Voz

Vídeo

Dados

Largura de banda

Estreita

Larga

Estreita/larga

Sensibilidade à variação dos atrasos

Grande

Média

Pequena

Tipo de tráfego

Contínuo

Contínuo

Rajadas

Sensibilidade aos erros

Pequena

Média

Grande

Rede telefónica Rede móvel GSM

Rede de distribuição de televisão

X.25 Internet

Exemplos

Tabela 2.4 – Classificação dos sinais Os dados geram tráfego em rajadas – sequências de informação de curta duração seguidas de longos períodos de silêncio –, enquanto os sinais de voz ou de vídeo dão origem a um fluxo permanente de informação, embora, nalguns casos, com débito variável. Os erros da transmissão têm efeitos mais perniciosos nas comunicações de dados, obrigando a repetições de pacotes de informação, do que durante uma conversação telefónica, onde podem ser tolerados até certo limite. Estes requisitos encontraram resposta, inicialmente, em redes diferentes.

As redes telefónicas foram concebidas para as ligações de voz. Conseguem garantir todos os requisitos da voz, nomeadamente, atrasos constantes e pequenos (abaixo das décimas de segundo), porque fazem uma reserva de recursos de um modo exclusivo para cada chamada.

A difusão de televisão tem sido assegurada por redes próprias que, com uma estrutura em árvore, são apropriadas para este tipo de serviços: todos os clientes recebem a mesma

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Redes 29

INTEGRAÇÃO DE SERVIÇOS E QOS A comutação de pacotes permite maior flexibilidade na utilização dos recursos de transmissão. No entanto, essa flexibilidade tem uma contrapartida na dificuldade em gerir prioridades no acesso a esses mesmos recursos ou em garantir o cumprimento de determinados requisitos de transmissão, como os atrasos. Como foi referido, os dados são pouco sensíveis aos atrasos introduzidos pela rede, pelo que podem ser transportados sem problemas nas redes de pacotes. Por outro lado, os sinais de voz são muito sensíveis às variações do atraso que facilmente surgem quando se colocam no mesmo meio de transmissão voz e dados.

Na Figura 3.3 é visível a variação do atraso imposto à voz que se traduz em falhas sensíveis na receção. As redes IP, como a Internet, não têm previstos mecanismos para controlar os atrasos, pelo que existem as dificuldades que, muito provavelmente, alguns dos leitores já sentiram quando pretenderam utilizar a Internet para o transporte de voz. Contudo, devido à introdução de mecanismos de controlo de atrasos e ao aumento registado na capacidade de processamento disponível, os efeitos perniciosos no transporte da voz sobre as redes IP têm vindo a ser ultrapassados.

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Figura 3.3 – Integração de voz e dados O conceito de comutação de pacotes pressupõe que existe um meio de transmissão físico que assegura o transporte dos bits. Enquanto os circuitos estão intimamente associados ao meio físico, pelo menos no que diz respeito a temporizações (sincronismo), os pacotes surgem a um nível superior (ver a parte referente ao modelo OSI – Open System Interconnection) sem qualquer acoplamento ao nível físico e podem ser transportados sobre várias tecnologias do nível físico mesmo com velocidades diferentes. Passam a existir duas grandezas associadas com o transporte da informação: débito de transporte e débito de informação útil.

A Figura 3.4 ilustra a relação entre estes dois conceitos: a velocidade do tapete rolante corresponde ao débito de transporte e o número de pacotes realmente transportado ao débito útil.

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88 Introdução às Redes de Telecomunicações

Distorção

Ruído e interferência

Diafonia Figura 10.2 – Formas de ruído

RUÍDO E INTERFERÊNCIAS Não existe nenhum sistema completamente imune ao ruído, ou seja, são sempre adicionados sinais estranhos ao que se pretende transportar. Esta situação é diferente da distorção, porque o ruído é independente do próprio sinal de entrada. O ruído pode ter muitas origens, como interferências com outros circuitos ou componentes eletrónicos.

DIAFONIA A diafonia é uma das interferências mais comuns e é provocada por circuitos que são transportados no mesmo cabo. No exemplo da Figura 10.2, o sinal de entrada do par superior é refletido à saída nos dois pares com amplitudes diferentes. No caso dos cabos telefónicos, este efeito passou a ganhar mais importância com a introdução de sistemas de banda larga sobre cobre, como os baseados em tecnologia ADSL. Neste caso, os vários sistemas transportados sobre o mesmo cabo vão interferir entre si, limitando o débito máximo que é possível transportar.

10.1.3 AMPLIFICADORES E REGENERADORES A atenuação, por si só, não implicaria graves problemas à transmissão, pois pode ser ultrapassada com a introdução de amplificadores, equipamentos capazes de repor o sinal com a amplitude original. No entanto, como o ruído surge sempre associado, o amplificador é incapaz de o distinguir do sinal a ser transportado, amplificando-o do mesmo modo.

E à medida que este processo se repete, o sinal ficará cada vez mais corrompido pelo ruído (Figura 10.3). Neste aspeto, os sinais digitais apresentam vantagens significativas. Quando estamos na presença de sinais digitais, o regenerador – equipamento correspondente ao amplificador para sinais digitais – reconstrói completamente o sinal a partir da informação

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Internet 133

ORGANIZAÇÃO DOS SERVIDORES DNS Quando um browser necessita de resolver um nome, envia um pedido para um servidor de DNS do domínio a que pertence. Se o servidor não dispuser de informação suficiente para dar resposta, encaminha o pedido para um servidor de ordem superior, até que tenha a informação pretendida. Por exemplo, o DNS do ISP “conhece” obrigatoriamente todos os nomes e endereços do seu domínio, como o servidor WWW e o servidor de correio eletrónico.

Em Portugal, a Associação DNS.PT é a entidade que aloja e regula o domínio “pt”. Foi formalmente criada no dia 9 de maio de 2013 e sucedeu à Fundação para a Computação Científica Nacional (FCCN). A Associação DNS.PT, associação privada sem fins lucrativos, tem como fundadores a FCT (Fundação para a Ciência e a Tecnologia), a ACEPI (Associação do Comércio Eletrónico e Publicidade Interativa), a DECO (Associação Portuguesa para a Defesa do Consumidor) e o representante designado pela IANA (Internet Assigned Numbers Authority) como responsável pela delegação do ccTLD.pt.

14.4 Protocolos e serviços Internet A utilização da Internet banalizou os serviços baseados no protocolo IP como o correio eletrónico ou o acesso a páginas WWW. A Figura 14.6 ilustra de uma forma simplificada a relação entre os protocolos, os serviços e as camadas protocolares. Nas redes IP, apenas se consideram cinco camadas, e não sete como no modelo OSI. As quatro camadas inferiores correspondem diretamente às do modelo OSI. A quinta camada, Aplicação, engloba as camadas cinco a sete do modelo OSI.

Camadas protocolares

Serviços

Aplicação

WWW

Correio eletrónico

Transferência de ficheiros

Áudio e vídeo

HTTP

SMTP, IMAP, POP

FTP

RTP

Transporte

TCP

Rede

UDP IP

Ligação Física

Ethernet

HTTP – HyperText Transfer Protocol SMTP – Simple Mail Transfer Protocol IMAP – Interactive Mail Access Protocol

Ethernet GPON

Rede móvel

POP – Post Office Protocol FTP – File Transfer Protocol RTP – Real time Transport Protocol

Figura 14.6 – Exemplos de serviços e protocolos Internet

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138 Introdução às Redes de Telecomunicações

dispõem habitualmente de rede de acesso, os ISP recolhem o tráfego dos seus clientes através da rede de acesso de outros operadores.

Inicialmente, os ISP colocavam pontos de acesso, PoP junto aos comutadores telefónicos. Os utilizadores, através de chamadas telefónicas, ligavam-se ao PoP que agregava os tráfegos de todos os clientes de uma determinada zona numa única ligação até ao ponto central do ISP. Com a introdução das tecnologias de banda larga, surgiram mais modelos de relacionamento entre os operadores de rede e os ISP. Em todo o caso, os ISP continuam a assegurar a ligação à Internet através dos seus parceiros internacionais. Para além disso, os ISP prestam, na maior parte dos casos, outros serviços, como correio eletrónico ou alojamento de páginas WWW.

14.6 Neutralidade da rede Em termos simples, a neutralidade da rede é o princípio de que os pacotes de dados devem ser transportados independentemente do seu conteúdo, origem ou destino.

Até ao aparecimento da Internet, enquanto plataforma aberta para acesso a serviços, os operadores de telecomunicações obtinham as suas receitas a partir dos serviços – principalmente, o serviço telefónico e circuitos alugados –, que prestavam aos clientes sobre as suas redes. Com a Internet, o paradigma é alterado, no sentido em que os operadores deixam de obter receitas dos serviços que são prestados sobre as suas redes.

Dos muitos negócios que se construíram sobre a Internet nos últimos anos, nenhum, ou muitíssimo poucos, prevê a distribuição de receitas pelos operadores que instalaram e mantêm a infraestrutura de rede operacional. Os operadores de rede defendem que estes modelos poderão pôr em risco a viabilidade dos seus negócios e, a prazo, da própria infraestrutura.

Os prestadores de serviços e a maioria das entidades de regulação dos mercados e das telecomunicações são da opinião de que qualquer forma de controlo que os operadores possam exercer sobre os conteúdos que circulam na rede porá em causa as regras de funcionamento do mercado, ou seja, a rede deve ser neutra.

Esta questão que tem estado nas agendas políticas de muitos Governos, nomeadamente a UE e os EUA, está a tender claramente para a completa neutralidade da rede, com a proibição de os operadores efetuarem qualquer controlo sobre os conteúdos, em particular: • Bloquear – os operadores não podem bloquear o acesso a conteúdos, aplicações, serviços ou dispositivos; • Estrangular – os operadores não podem prejudicar ou degradar tráfego legal na Internet com base em critérios como conteúdos, aplicações, serviços ou dispositivos;

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FIBRA ÓTICA NA REDE DE ACESSO (FITL)

18.1 Introdução Desde a década de 90 do século XX tem-se colocado uma grande esperança nas soluções de fibra ótica – conhecidas genericamente como FITL (Fiber In The Loop) – como sendo capazes de resolver “definitivamente” o problema de fazer chegar a cada cliente um acesso de banda larga que lhe permita aceder a todos os serviços de telecomunicações. A utilização de fibra ótica na rede de acesso é mais um dos casos que têm contrariado as projeções no sector das telecomunicações, que apontavam a passagem do século como a data que marcaria o fim do cobre e o início da fibra ótica nas ligações dos clientes aos nós de serviço [COOK].

Até há alguns anos, as soluções FITL não tinham conhecido uma grande expansão, devido, em parte, ao êxito das soluções baseadas em ADSL que respondiam às necessidades de largura de banda, mesmo para a prestação de serviços de televisão. Já existiam alguns casos de operadores noutros países que apostaram em soluções de fibra ótica no acesso, prestando uma gama diversificada de serviços de telecomunicações através de acessos de fibra e ADSL. Mas em Portugal, só a partir de 2009 os operadores decidiram fazer uma aposta clara na construção de uma nova rede de acesso completamente baseada em fibra ótica, seguindo as orientações do Governo e fazendo uso de condições financeiras favoráveis. Com esta iniciativa, Portugal passou a figurar no pelotão da frente dos países com maior índice de penetração de fibra ótica.

18.2 Arquiteturas As soluções FITL seguem principalmente duas arquiteturas (Figura 18.1): • Ponto a ponto – todas as unidades remotas estão ligadas à unidade central por fibras dedicadas; • Ponto-multiponto – é normalmente usada sobre uma estrutura de fibra ótica com divisores passivos de sinal, criando uma rede ótica passiva ou PON (Passive Optical Network). Esta estrutura é semelhante à utilizada nas redes de distribuição de televisão por cabo, pela sua organização em árvore. O sinal emitido pela unidade central

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178 Introdução às Redes de Telecomunicações

19.2.3 PD A organização da cablagem no ITED baseia-se em PD12 que se caracterizam como sendo pontos de ligações ou derivações entre redes de cablagem. Facilita as alterações no encaminhamento: acrescentos, modificações ou retiradas (Figura 19.4).

ATE (superior)

ATI

Caixa de coluna

ATI

ATI

Caixa de coluna

ATI

ATI

ATE (inferior)

ATI

CVM TT

Figura 19.4 – Elementos de flexibilidade num edifício de habitação Existem dois pontos de distribuição típicos num edifício onde se alojam os dispositivos e equipamentos que permitem a flexibilização das ligações: • ATE – permite a interligação das redes do edifício com as redes provenientes do exterior;

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A designação de ponto de distribuição – utilizada anteriormente neste livro, na caracterização da rede de acesso em pares de cobre – está associada a um conceito mais restrito do usado nas prescrições técnicas do ITED e ITUR.

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4G (LTE) 215

os utilizadores passarem a consumir serviços mais “gulosos”, é apenas necessário aumentar as infraestruturas associadas diretamente ao escoamento do tráfego. Porém, se o número de utilizadores e as suas interações com o operador aumentam, já será necessário acrescentar ou redimensionar as infraestruturas associadas à gestão da rede para responderem eficazmente.

IMS Redes IP externas (Internet)

PDN GW

SGW

PCRF

MME

HSS

Nó B (evolved)

PDN GW – Packet Data Network Gateway SGW – (Serving Gateway) PCRF – Policy and Charging Rules Function

HSS – Home Subscriber Service MME – Mobility Management Entity

Figura 23.2 – Arquitetura básica para LTE As estações-base passam a ser conhecidas como eNodeB, ou, numa tradução livre, Nó B “evoluído”. Está prevista a ligação direta entre nós B, sobretudo em cenário de grande densidade, para facilidade de handovers.

Todos os nós B estão ligados a, pelo menos, um MME. O MME processa toda a sinalização relacionada com LTE, incluindo as funções de segurança e mobilidade para terminais ligados à RAN LTE. O MME também gere todos os terminais inativos, incluindo o suporte para a gestão de áreas de localização e paging. O MME utiliza a informação disponível no HSS sobre os utilizadores que pretendem estabelecer as ligações na RAN LTE. O HSS gere os dados sobre os utilizadores e a lógica, com as regras de negócio, para controlar o acesso aos recursos da rede. Os dados de subscrição incluem as credenciais para autenticação e autorização de acesso e o HSS também suporta a informação para controlo da mobilidade dentro da RAN LTE ou entre a RAN LTE e outras redes.

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222 Introdução às Redes de Telecomunicações

A imagem resultante do varrimento tem sempre o aspeto 4/3 (horizontal/vertical), independentemente do formato de vídeo. Nem todo o sinal de vídeo transporta informação útil: apenas cerca de 90% das linhas e 80% de cada linha. O sinal de vídeo composto contém toda a informação necessária à geração de uma imagem num recetor de vídeo. Tem três componentes básicas: luminância, crominância e sincronismo.

24.3 Televisão digital A televisão digital está muito ligada à série de normas MPEG, designação de um grupo de trabalho que teve, e tem, a seu cargo o desenvolvimento de normas para a representação de vídeo e áudio. Teve o seu início em 1988 e produziu em primeiro lugar a norma MPEG-1, em que se baseavam os primeiros CD de vídeo e o formato MP3 de áudio. Esta primeira norma de vídeo previa um débito de cerca de 1,5 Mbit/s, para um sinal com uma qualidade semelhante à de um gravador doméstico. A Figura 24.3 apresenta, de um modo sucinto, a posição relativa das normas relacionadas com a televisão digital.

PAL, SECAM, NTSC

Sinal analógico de televisão

Modulação analógica

DAC

Sinal digital de televisão

ADC

Meio físico

Compressão e multiplexagem

Modulação digital

MPEG2, MPEG4

DVB-T,C,S,H

Satélite, terrestre, cabo coaxial, fibra ótica

ADC – Analog Digital Converter DAC – Digital Analog Converter

Figura 24.3 – Transmissão de sinais de televisão Na Figura 24.3 estão representados conversores DAC e ADC, que são utilizados sempre que é necessário transformar um sinal digital em analógico, ou vice-versa.

Em 1990 o grupo MPEG iniciou o desenvolvimento da norma MPEG-2 que deveria cobrir débitos entre 5 Mbit/s e 10 Mbit/s. Mas, posteriormente, passou a englobar as aplicações de alta definição, para débitos acima de 15 Mbit/s, que estavam previstos para uma norma MPEG-3 – norma que nunca viria a ser elaborada.

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INTERNET DAS COISAS

29.1 Introdução Os desenvolvimentos tecnológicos, que têm permitido aumentar a capacidade de processamento disponível em muitos dos objetos que nos rodeiam, levaram ao aparecimento do conceito de Internet das Coisas (IoT – Internet of Things). Este conceito assenta no princípio de que é possível alargar as funcionalidades de comunicação e interação que a Internet proporciona a todos as “coisas” que sejam capazes, de algum modo, de receber, processar e transmitir informação.

Associado ao conceito IoT surge o conceito de Comunicações Máquina a Máquina (M2M – Machine to Machine) e, em algumas situações, estes dois conceitos confundem-se e são usados como sinónimos. Sem pretender dissecá-los em detalhe, pode-se dizer que a IoT disponibiliza os recursos de rede para ser possível a comunicação: estabelecem-se as comunicações M2M sobre a IoT. Entre os dispositivos que passarão (ou já estão) a fazer parte da IoT, encontramos sobretudo sensores e atuadores dos mais variados tipos: • Medidores – consumo de água, energia ou gás, níveis de poluição numa cidade ou sinais vitais num paciente; • Detetores e sensores – presença de pessoas nas habitações, lugares de estacionamento vagos, iluminação pública ou localização de um objeto; • Atuadores – controlo de iluminação pública, acesso a instalações ou ligação à rede pública de distribuição de água ou de gás.

29.2 Comunicações M2M Muitas das soluções de M2M que existem nos dias de hoje têm sido desenvolvidas com recurso às tecnologias de redes móveis celulares. Mas estas soluções apresentam problemas críticos a nível dos custos dos equipamentos e das subscrições dos serviços de comunicações e a nível da autonomia das baterias, que, na melhor das hipóteses, chega a algumas semanas. Mesmo a utilização do serviço SMS para enviar mensagens de texto torna-se pouco viável, devido à sobrecarga relacionada com a sinalização.

O custo das licenças do espectro radioelétrico, a manterem-se os valores pagos pelos operadores das rede móveis celulares, torna proibitiva a sua utilização em aplicações de

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