Post on 21-Sep-2018
TFM 1
CURSO “Telefonia Fixa e Móvel”
Prof. Dr. Alexandre Barbosa de Lima Eng.o de Telecomunicações - JNCIE#215
ablima@{pucsp.br, ablima.pro.br} http://www.ablima.pro.br
PUCSP2009
TFM 2
Sumário
❒ Apresentação do plano de ensino
❒ Breve histórico da telefonia e das telecomunicações
❒ Visão geral da Rede Pública de Telefonia Comutada (RPTC)❍ Telefonia Analógica❍ Telefonia digital❍ Sinalização
❒ Telefonia Celular❒ Telefonia IP
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Objetivos
❒ Gerais❍ Apresentar, com um enfoque sistêmico, uma visão geral
dos atuais sistemas telefônicos fixos e móveis e da rede convergente de próxima geração, que utiliza a tecnologia de empacotamento de Voz sobre IP (VoIP)
❒ Parte I: Telefonia Digital❍ Visão geral da Rede Pública de Telefonia Comutada
(RPTC), digitalização da rede, digitalização da voz, codificação de forma de onda, codificação híbrida e paramétrica, técnicas digitais na rede telefônica (sincronização, TDM, scramblers, codificadores de canal, canceladores de eco, etc), comutação digital, sistemas de sinalização e análise de tráfego.
TFM 4
Objetivos
❒ Parte II: Redes de Acesso sem Fio e Telefonia IP❍ Redes de acesso sem fio e móveis. Redes Multimídia.
VoIP. Telefonia IP. O problema da obtenção da qualidade de serviço (QoS) sobre redes de pacotes. Engenharia de tráfego em redes IP com ATM e MPLS.
❒ Nota: alguns tópicos que seriam relevantes para este curso como “transmissão digital passa-bandas” e “redes de transporte”, dentre outros, não serão abordados, porque são ministrados em outros cursos (como SAV e ST), evitando-se, desta forma, uma redundância desnecessária e obtendo-se, por outro lado, uma otimização da ementa da presente disciplina.
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Instruções Gerais
❒ Pré-requisitos❍
❒ Pré-requisitos❍ Cálculo. Probabilidade e Estatística. Princípios da
Comunicação. Sistemas de Telecomunicações.❒ Página do professor
❍ O material de apoio às aulas poderá ser descarregado do repositório de arquivos que se encontra no menu principal da página http://www.ablima.pro.br/ e/ou na página do sistema Moodle de gerenciamento de cursos em http://www.ablima.pro.br/moodle. A inscrição dos alunos no sistema Moodle é mandatória. Os alunos deverão consultá-lo semanalmente.
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Instruções Gerais
❒ Inscrição no Moodle❍ Vá para a página http://www.ablima.pro.br/moodle e dê
um clique no link acesso (canto superior direito ou rodapé da página).
❍ Preencha o formulário de Cadastramento de novo usuário. Forneça um e-mail válido, que não tenha mecanismo anti-spam (como o do UOL). O servidor enviará uma mensagem de confirmação para o endereço fornecido.
❍ Você receberá uma mensagem cujo assunto é “Cursos do Prof. Dr. Alexandre Barbosa de Lima: confirmação de cadastramento de novo usuário.”. Dê um clique no endereço indicado. Após, dê um clique no botão Cursos.
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Instruções Gerais
❒ Inscrição no Moodle❍ Escolha o curso de Telefonia Fixa e Móvel (você
estará na página Cursos). Forneça o código de inscrição alunoPUCSPtfm.
❒ Condução das aulas❍ O silêncio em sala de aula é fundamental para o bom
andamento da disciplina. Sendo assim, este professor espera que os alunos não conversem durante as aulas.
❍ Os celulares deverão ser desligados antes de entrar em sala de aula.
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Instruções Gerais
❒ Desenvolvimento do Curso❍ Este curso é oferecido para alunos dos último anos
do curso de engenharia elétrica. Neste contexto, o professor deve ser visto como um orientador do aluno, que visa facilitar o aprendizado da matéria. Portanto, espera-se que os alunos tenham uma postura pró-ativa durante o ano letivo, ou seja, que se sintam responsáveis pela aquisição do conhecimento.
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Instruções Gerais
❒ Avaliações❍ MF = (0,8 x P1 + 1,2 x P2 + A)/3 ≥ 5,0
• A = (A1 + A2)/2❒ A cola não será tolerada. As provas poderão ser
realizadas com consulta, a critério do professor.
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Sumário
❒ Apresentação do plano de ensino
❒ Breve histórico da telefonia e das telecomunicações
❒ Visão geral da Rede Pública de Telefonia Comutada (RPTC)❍ Telefonia Analógica❍ Telefonia digital❍ Sinalização
❒ Telefonia Celular❒ Telefonia IP
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História
Augusto Comte (1798-1857)
“Para conhecer a ciência, é necessário conhecer sua história”
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História
Séc. XVIII❒ 1793: Claude Chappe instalou um sistema de telégrafo visual
entre Paris e Lille, baseado em semáforos que conseguiam decodificar até 96 sinais diferentes.
❒ 1796: Francisco Salva construiu um telégrafo entre Madri e Aranjuez (50 km). O enlace era formado por 44 fios, que permitiam a transmissão de até 22 caracteres.
Séc. XIX❒ 1820: Hans Christian Oersted (Univ. de Copenhague) observou
que uma bússola se alinha ao campo magnético produzido por um fio com corrente. Até então, pensava-se que eletricidade e magnetismo eram fênomenos distintos, não relacionados.
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História
Séc. XIX❒ 1832: Pavel Lvovitch Schilling (diplomata russo) construiu
um telégrafo dotado de um sistema de agulhas simples.❒ 1833: Karl Friedrich Gauss e Wilhelm Weber (alemães)
construíram um telégrafo elétrico (2 km), utilizando galvanômetros de espelho no receptor.
❒ 1837: William Fothergill Cooke e Charles Wheatstone (UK) patentearam um telégrafo de 5 linhas e agulhas. O primeiro telégrafo comercial dessa classe entrou em operação na Inglaterra em 1839.
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História
Séc. XIX❒ 1844: Samuel Finley Breeze Morse, um pintor, aperfeiçoou
o telégrafo e fez a primeira transmissão telegráfica nos EUA, entre Washington, D.C., e Baltimore (64 km). Morse usou equipamento próprio, diferente do de Cooke e Wheatstone.❍ A Telegrafia é um sistema de comunicação digital ❍ Código Morse: sequências curtas representam letras
frequentes, enquanto que sequências longas representam letras não usuais.
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História
Séc. XIX❒ 1860: Antonio Meuci (Itália) fez uma demonstração
pública do seu telefone em NY. Meuci depositou na seção de patentes de DC uma descrição do seu telefone. Em 1876 a sua patente caducou, pois não tinha dinheiro para renová-la.
❒ 1861: Johann Philipp Reis (Alemanha) demonstrou seu telephon (telefone) à Sociedade Científica de Frankfurt. O princípio era o mesmo do telefone de A. G. Bell: uma membrana ou diafragma que, sob pressão sonora, variava a resistência num circuito.
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História
Séc. XIX❒ 1864: James Clerk Maxwell formulou a teoria eletromagnética
da luz e previu a existência das ondas de rádio.❒ 1866: Lançamento de cabo submarino entre os EUA e a Europa. ❒ 1876: Num espaço de poucas horas (1876 ... que coincidência!?),
Alexander Graham Bell e Elisha Gray depositaram (Bell primeiro), na seção de patentes de DC, projetos de telefones. Detalhe: Meuci deixou uma cópia do seu projeto com o Diretor da Western Telegraph, onde trabalhava Elisha Gray, em 1871 ... Meuci solicitou a devolução do seu projeto em 1874, mas responderam-lhe que os seus desenhos haviam sumido!
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História
Séc. XIX❒ 1887: Heinrich Hertz confirmou experimentalmente a
existência das ondas de rádio.❒ 1894: Oliver Lodge demonstrou a comunicação sem fio através
de uma distância curta (137m). ❒ 1897: A. B. Strowger, um agente funerário de Kansas,
desenvolveu a primeira central de comutação telefônica, do tipo passo a passo.
❒ 1900: O Padre Roberto Landel de Moura (Brasil-RS), formado em Física (Roma) fez uma demonstração do seu transmissor de rádio p/ sinais de voz, transmitindo voz a uma distância de 8 km, entre Santana e a Paulista. Em 1904, obteve, nos EUA, 3 patentes: ``Transmissor de Ondas'', ``Telégrafo sem Fios'' e ``Telefone sem Fios''.
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História
Séc. XX❒ 1901: Guglielmo Marconi recebeu um sinal de rádio em Signal
Hill, Newfoudland, EUA, que foi transmitido de Cornwall, UK, a 2736 km de distância.
❒ 1904: John Ambrose Fleming inventou o diodo a tubo de vácuo.❒ 1906: Lee de Forest inventou o triodo a tubo de vácuo
(dispositivo fundamental para o desenvolvimento da telefonia transcontinental).
❒ 1909: A. K. Erlang (Dinamarca) publicou o trabalho “The Theory of Probabilities and Telephone Conversations”.
❒ 1917: Erlang publicou suas famosas fórmulas de perda e espera no trabalho “Solution of Some Problems in the Theory of Probabilities of Significance in Automatic Telephone Exchanges”.
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HistóriaSéc. XX❒ 1918: Edwin H. Armstrong inventou o receptor de rádio super-
heteródino. Até hoje quase todos os rádios são deste tipo. ❒ 1928: Harry Nyquist publicou um artigo clássico sobre a teoria
da transmissão de sinal em telegrafia.❍ Desenvolveu um critério para a recepção correta de sinais
telegráficos transmitidos em canais dispersivos na ausência de ruído.
❍ Aplicação na transmissão digital de dados em canais dispersivos.❒ 1933: Armstrong demonstrou o conceito de FM. O artigo com o
conceito do FM foi publicado em 1936. ❒ 1933: Vladimir A. Kotelnikov (URSS) publicou a formulação
matemática precisa do Teorema da Amostragem.
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HistóriaSéc. XX❒ 1937: Alex Reeve inventou a modulação por código de
pulso (PCM – Pulse Code Modulation) para a codificação digital de sinais de voz.
❍ Sistema PCM de 24 canais foi usado pelo exército dos EUA no final da 2a guerra.
❒ 1945: John von Neumann publicou o relatório técnico “First Draft of a Report on the EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer)”, que contém a primeira descrição do projeto lógico de um computador digital com programa armazenado (arquitetura de von Neumann).
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HistóriaSéc. XX❒ 1945: Arthur C. Clark propôs a idéia de se utilizar um satélite
orbitando a Terra como ponto de repetição para a comunicação entre duas estações terrestres.
❒ 1946: implantação do IMTS (Improved Mobile Telephone Service), primeiro sistema de telefonia móvel (EUA).
❒ 1946: ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator) foi o primeiro computador digital eletrônico de grande escala. Foi criado na Escola Moore de Eng. Elétrica da Univ. da Pensilvânia por John P. Eckert Jr. e John W. Mauchly.
❒ 1947: invenção do transistor por Walter H. Brattain, John Bardeen e William Shockley (Nobel de física de 1956) do Bell Labs.
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HistóriaSéc. XX❒ 1947: Kotelnikov introduziu, em sua tese de doutorado, o
conceito da representação geométrica de sinais. ❒ 1948: Claude Shannon publica o artigo "A Mathematical
Theory of Communication" no Bell System Technical Journal
❍ Antes do trabalho de Shannon, acreditava-se que um aumento da taxa de transmissão de dados em um canal ruidoso aumentaria a probabilidade de erro. Shannon provou que isto não é verdade, desde que a taxa de transmissão esteja abaixo da capacidade do canal.
❒ 1957: lançamento do primeiro satélite, Sputinik I, pela antiga URSS.
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História
Séc. XX❒ 1958: Bell Labs fez a demonstração da primeira central
privada (PBX – Private Branch Office) de programa armazenado.
❍ Melhoria da qualidade do sinal, da confiabilidade e redução de custos.
❒ 1958-1959: Jack St. Clair Kilby (Texas Instruments) e Robert Noyce (cofundador da Fairchild Semiconductor e Intel) implementaram o primeiro CI de forma independente. Kilby ganhou o prêmio Nobel de física em 2000.
❒ 1962: lançamento do satélite Telstar I, construído pelo Bell Labs.
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História
Séc. XX❒ 1965: a companhia telefônica Bell instalou a sua primeira
central telefônica pública controlada por computador: ESS (Electronic Switching System) #1.❍ Funções de controle implementadas por um computador
digital de programa armazenado.❒ 1965: K. C. kao e G. A. Hockhan do Standard Telephone
Laboratories (UK) mostraram (1) que a atenuação em uma fibra óptica era devido a impurezas no vidro e (2) que a perda intrínseca, determinada pela dispersão de Rayleigh, é muito baixa. Eles previram que uma atenuação de 20 dB/km poderia ser obtida.
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História
Séc. XX❍ Naquela época, a atenuação de uma fibra de vidro era
da ordem de 1.000 dB/km. Atualmente, consegue-se atenuação da ordem de 0,1 dB/km.
❒ 1965: invenção do equalizador adaptativo por Robert Lucky, AT&T Bell Labs.❍ subsistema chave dos modems de alta velocidade.
❒ 1970: Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz e Frank Zimar da Corning Glass Works demonstraram uma fibra (vidro de sílica dopado com titânio) com atenuação de 17 dB/km.
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História
Séc. XX❒ 1971: a rede ARPANET foi colocada em serviço.
❍ Trabalho pioneiro em comutação de pacotes.❒ 1975: protótipo do primeiro switch digital brasileiro
(projeto SISCOM Telebrás/FDTE/EPUSP), sob coordenação geral do prof. Jacyntho José Angerami, do Departamento de Engenharia Eletrônica.
❒ 1976: criação do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da Telebrás (CpqD); a Telebrás era (ela ainda existe!) a empresa estatal que detinha o monopólio dos serviços públicos de telecomunicações no Brasil.
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História
Séc. XX❒ 1982: G. Ungerboeck inventou a modulação por código de treliça
(TCM – Trellis Coded Modulation), que contribuiu para o aumento das taxas de transmissão de dados via modems.
❒ 1983: A FCC (Federal Communications Comission) dos EUA alocou 666 canais para uso de telefonia móvel, na faixa de 800 MHz, com uma banda de 30 kHz para cada sentido; o conceito de duas bandas independentes (bandas “A” e “B”) foi usado no sistema AMPS (Advanced Mobile Phone Service) para incentivar a competição entre operadoras.
❒ 1984: particionamento do sistema Bell (AT&T) de telefonia na nova AT&T (operadora de longa de distância) e 7 RBOCs (Regional Bell Operating Companies).
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História
Séc. XX❒ 1985: ARPANET é renomeada para Internet. ❒ 1990: Tim Berners-Lee propôs um software de interface
de hipermídia para a Internet, o qual foi batizado de World Wide Web.
❒ 1991: introdução do padrão IS-54 de telefonia celular digital nos EUA, com o qual conseguiu-se triplicar a capacidade dos sistemas AMPS existentes.
❍ IS-136 é uma atualização do IS-54. ❒ 1991: padronização do padrão europeu GSM (Global
System Mobile) de telefonia celular.
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História
Séc. XX❒ 1993: regulamentação do sistema CDMA (Code Division
Multiple Access), originalmente desenvolvido pela Qualcomm Inc.
❒ 1994: comercialização da Internet. ❒ 1998: Privatização do sistema Telebrás.
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Back to the Future ...
Primeiro sistema de comunicação integrada (Phillip Reis – Dec. 1860)
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Sumário
❒ Apresentação do plano de ensino
❒ Breve histórico da telefonia e das telecomunicações
❒ Visão geral da Rede Pública de Telefonia Comutada (RPTC)❍ Telefonia Analógica❍ Telefonia digital❍ Sinalização
❒ Telefonia Celular❒ Telefonia IP
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Telefonia AnalógicaConexão direta: • primeira transmissão oficial em 1876 (Alexander Graham Bell)• sem discagem de números• um cabo conecta cada localidade
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Rede em Estrela
A
B
C
D
Switch ouCCC
(Central de Comutação e Controle)
Evolução da comutação: • operador(a) atuando como comutador • central de comutação eletromecânica • central eletrônica – CPA (Controle por Programa Armazenado), meados dos anos 1970• roteador IP/MPLS (MultiProtocol Label Switching Router)
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Centrais de Comutação Telefônicas
Funções básicas:❒ Conexão entre os canais de comunicação dos
assinantes❒ Reconhecer/processar informações do assinante
que realiza a chamada em relação ao destino desejado para a chamada (número chamado)
❒ Repassar as informações do assinante que realiza a chamada para as outras centrais de comutação envolvidas, caso seja necessário
❒ Selecionar, pelos dígitos do número do telefone de destino, o tronco ou enlace de assinante a ser comutado (controle e comutação)
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Centrais de Comutação Telefônicas
Funções básicas:❒ Enviar sinais audíveis de controle de chamada para
o assinante que realiza a chamada e para o assinante a ser chamado (sinalização de assinante)
❒ Fornecer alimentação elétrica para os telefones dos assinantes
❒ Armazenar ou encaminhar para outras centrais as informações relativas às medições para a cobrança das chamadas (bilhetagem)
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Motivação:❒ Demanda por
interconexão entre assinantes servidos por centrais locais distintas, muitas vezes situados em cidades/localidades distintas (ligações interurbanas).
Solução:❒ Implementar uma rede
com vários níveis de switching.
Hierarquização da Rede
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Hierarquização da Rede
❒ Rede hieráquica requer um maior número de switches.
❒ Por outro lado, a rede hierárquica requer um menor número de trunks (enlaces tronco) entre switches do que a rede mesh.
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Hierarquização da RedeComo determinar o número total de canais de voz entre duas centrais?❒ Este número é função da quantidade de tráfego que existe
entre cada par de switches.❒ Erlang mostrou que o número de chamadas telefônicas geradas
durante um intervalo de tempo é bem modelado pelo processo aleatório de Poisson
E1,N A=
AN
N !
∑k=0
N Ak
k!
Fórmula B de Erlang da primeira espécie para sistemas de perdas com acessibilidade plena
“N” = número de canais de saída. “A” = intensidade de tráfego [Erlangs]. 1 Erl = 3600 seg A = (número médio de chamadas/min) x (tempo médio de duração de 1 chamada em minutos)
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Hierarquização da Rede
Estabelecimento da chamada❒ Somente uma única rota entre duas centrais
distintas da rede hierárquica.❒ Vários caminhos entre duas centrais de uma rede
mesh (inclusive a conexão direta).❒ Na prática, tem-se um híbrido das duas estratégias:
a rede é hieráquica, porém trunks interligam switches quando o tráfego entre centrais justifica a interconexão direta.
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Hierarquia do Sistema Bell (pré-1984)
Classe do Switch Designação Funcional 1 central regional 2 central seccional 3 central primário 4 central interurbana 5 central local
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Hierarquização da Rede
Roteamento da chamada no sistema Bell❒ pelo nível mais baixo
sempre que possível❍ menor número de nós
intermediários ❍ otimização da qualidade
do circuito❒ Fig. ao lado ilustra a ordem
de seleção das rotas alternativas (backbone =linha sólida, tronco direto = linha tracejada)
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Hierarquização da Rede (Sistema Bell)
Central Tandem❒ Switches Tandem empregados no nível mais baixo da rede
(local), para interconexão entre centrais classe 5.❒ Não integra a hierarquia de centrais interurbanas; compõe a
arquitetura de uma exchange area (área metropolitana). É uma central intermediária.
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Hierarquia das Centrais de Comutação (Telebrás)Central de comutação local❒ Interface com a rede de
acesso❒ Central de Comutação de
Nível 5 (terminologia do antigo sistema Bell)
Central tandem❒ Conexão entre centrais
locaisCentral de trânsito❒ Conexão entre centrais
tandem❒ Local, nacional ou
internacional
PABX (Private Automatic Branch Exchange)
❒ Central privada de comutação: pertence à uma corporação e provê funções internas de switching e acesso à rede pública.
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Hierarquia das Centrais de Comutação (Telebrás)
Central Local
Central Local
CentralTandem
CentralTrânsito
Local
CentralTrânsito Nacional
CentralTrânsito
Internacional
Central Local
Central Local
CentralTandem
CentralTrânsito
Local
CentralTrânsito Nacional
CentralTrânsito
Internacional
PABX
TFM 45
Partição da rede nos EUA após 1984
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Partição da rede nos EUA após 1984
TFM 47
Privatização da Telebrás: 1998
Modalidades do STFC (Serviço Telefônico Fixo Comutado) – Resolução 85/98 ANATEL
TFM 48
Plano Geral de Outorgas (1998)
Decreto Federal Núm. 2.534, de 02/041998
TFM 49
Plano Geral de Outorgas (1998)
Decreto Federal Núm. 2.534, de 02/04/1998
TFM 50
Plano Geral de Outorgas (1998)
Decreto Federal Núm. 2.534, de 02/04/1998
TFM 51
Sistemas de Comutação
Switching automático❒ Componentes de um switch
❍ Sinalização❍ Controle❍ Switching
❒ Subsistema de sinalização monitora as linhas e encaminha informação de controle/status para o elemento de controle do switch
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Sistemas de Comutação
Switching automático❒ Subsistema de controle
processa as mensagens de sinalização e gerencia as conexões de acordo.
❒ Subsistema de comutação é implementado por uma matriz de comutação: uma rede de crosspoints selecionáveis é usada para interconectar as linhas de entrada às linhas de saída.
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Switch Eletromecânico
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Switch Eletromecânico
❒ Dois tipos de centrais analógicas (eletromecânicas):❍ Passo a passo ou switch de Strowger❍ Crossbar (barras cruzadas)
❒ Central passo a passo utilizava o controle progressivo direto: segmentos sucessivos de um caminho que atravessa um comutador são estabelecidos em resposta a cada um dos dígitos do número chamado que é discado.
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Switch Eletromecânico
Desvantagens da central passo a passo❒ Uma chamada pode ser bloqueada mesmo quando existe
um caminho apropriado através do switch, porque um caminho “ruim” foi selecionado num estágio anterior.
❒ Roteamento alternativo para trunks saintes não é possível, ou seja, a linha de saída é diretamente selecionada pelos pulsos de discagem entrantes e não pode ser substituída (não flexibilidade de roteamento).
❒ Outros esquemas de sinalização, como sinalização por tons, não são possíveis.
TFM 56
Switch Eletromecânico
Central do tipo crossbar❒ Controle comum centralizado para seleção do caminho.❒ Elemento de controle recebe todo o endereço (número
chamado) antes de decidir qual é a rota de saída adequada.
❒ Elemento de controle transfere informação de encaminhamento na forma de sinais de controle para a matriz de comutação, a qual estabelece a conexão (caminho por dentro do switch).
❒ Vantagem fundamental: a implementação da função de controle é separada da implementação da função de comutação.
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Switch crossbar
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Switch crossbar
❒ Pontos de cruzamento (crosspoints) são implementados com relés. ❍ relé fecha quando passa corrente❍ relé abre quando não passa corrente
❒ Eram predominantemente usadas em áreas metropolitanas e na rede interurbana (centrais classe 5 eram frequentemente do tipo passo a passo).
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Central por Programa Armazenado (CPA)
❒ A partir da década de 1960, mas especialmente a partir dos anos 1970, as CPAs se consolidaram, inicialmente na sua versão analógica.❍ Matriz de comutação implementada com relés
protegidos ❍ Controle implementado por um computador digital
❒ Numa CPA-T (temporal) a comutação é totalmente eletrônica, isto é, amostras do sinal de voz (multiplexadas no tempo e codificadas) são comutadas ao invés do sinal analógico de voz.
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CPA-T
❒ Sinal telefônico é amostrado e codificado em 8 bits (PCM), preferivelmente já na entrada da central.
❒ Como daí em diante são transmitidos sinais binários, que são “insensíveis a ruídos e interferências”, consegue-se utilizar acopladores totalmente eletrônicos (chips), sem os sérios problemas de diafonia que caracterizavam os pontos de acoplamento nos sistemas analógicos.
❒ As CPA-T dominam o cenário atual.
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Terminal Analógico
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Terminal Analógico
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Terminal Analógico
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Sistemas de Transmissão
❒ Pares de fios abertos (“open-wire pairs”) ❍ Era usado em áreas rurais❍ Vantagem: pouca atenuação na banda de voz (300 –
3.400 Hz)❍ Desvantagem: a quantidade de cobre é 25x maior do
que a utilizada num par trançado de um cabo de pares.❒ Cabo de pares
❍ Sistemas de cabos de pares (ou multipar) foram introduzidos em 1883 nos EUA.
❍ Um único cabo pode conter de 6 a 2700 pares trançados.
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Cabo Multipar
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Cabo Multipar
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Cabo Multipar
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Sistemas de Transmissão❒ No passado, as áreas metropolitanas da RPTC (exchange
areas) usavam quase que exclusivamente cabos de pares para transmissão de curta distância entre centrais.
❒ Até a introdução das técnicas de multiplexação, cada circuito de voz era transportado por um par separado de fios.
❒ A eletrônica (circuitos transistorizados) possibilitou a implantação de sistemas de transmissão que multiplexavam vários canais de voz num único par trançado.
❍ FDM (Frequency Division Multiplexing) em sistemas analógicos
❍ TDM (Time Division Multiplexing) em sistemas digitais
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Sistemas de Transmissão
Dois fios vs quatro fios❒ Transmissão a 1 fio é
possível (foi usada no passado). Entretanto, é muito “ruidosa” e de baixa qualidade.
❒ Par trançado é usado na “última milha”
❍ acesso residencial❍ boa qualidade❍ Sinais de voz gerados
pelas duas pontas se propagam no par em sentidos opostos
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Sistemas de Transmissão
Dois fios vs quatro fios❒ Transmissão entre centrais é feita a “4 fios” (2 pares
de fios ou 2 fibras ópticas)❍ A separação física das duas direções de transmissão
facilitam as operações de amplificação e de multiplexação.
❒ Algumas vezes a banda passante de um par de fios era separada em duas subbandas, as quais eram usadas para as duas direções de propagação.❍ Sistemas derivados de 4 fios (canais separados p/ Tx e
Rx)• Exemplo: sistemas de rádio-enlace
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Sistemas de Transmissão
Conversão de 2 para 4 fios❒ Híbrido: separa os dois sentidos da comunicação
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Sistemas de Transmissão
Híbrido❒ É um circuito com quatro acessos (quatro pares de
terminais)❒ Parte do sinal é refletida pelo híbrido
❍ Malha pode oscilar para ganhos altos
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Sistemas de Transmissão
❒ Não se usa mais porque atua como filtro passa-baixas, impedindo a implantação de sistemas multicanais como o ADSL.
Pupinização❒ Adição de indutâncias
concentradas em série com os condutores da linha, de modo que se obtenha L/C = R/G. Resultado:
❍ linha sem dispersão na faixa de áudio (velocidade de fase não varia com a frequência)
❍ diminuição da atenuação.
❒ Bobinas introduzidas a cada 1,0, 1,5 ou 2 km.
❒ Enlaces tronco entre centrais❒ Linhas de assinantes rurais
(distância grande)
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Sistemas de Par-Ganho (Pair-Gain)❒ Provisionamento de linhas em áreas rurais
❍ É caro porque há poucos assinantes e as rotas são longas❒ Compartilhamento de pares de fios por meio de sistemas par-
ganho❍ concentradores (M<N)❍ multiplexadores
❒ Ex.: 40 terminais que ficam ativos somente 7,5% do tempo podem ser concen- trados em 10 linhas com 0,1% de probabilidade de bloqueio (baixa!)
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Sistemas Par-Ganho❒ Concentrador e expansor são switches remotos
❍ Sistema requer a transferência de informação de controle entre os dois comutadores remotos.
❒ Multiplexação❍ FDM ou TDM (p/ sinais digitais).❍ Não requer a transferência de informação de controle
entre o MUX/DEMUX.❍ Não há bloqueio.❍ Subcanais podem ficar subutilizados se as fontes
geram pouco tráfego telefônico.
TFM 76
FDM e Modulação
FDM analógico❒ Multiplexação de mais de um circuito (canal) de voz
na banda passante de um único meio de transmissão❍ rádio-enlace ponto a ponto na faixa de microondas
(muito comum)❍ cabo coaxial e par trançado (menos usado)
❒ FDM também é usado nas fibras ópticas, sendo neste caso mais conhecido como WDM (Wavelenght Division Multiplexing) ❍ Sinais digitais transportados por um determinado λ são
multiplexados pela técnica TDM.
TFM 77
FDM e Modulação
FDM analógico❒ Todos os equipamentos de multiplexação da hierarquia
usavam modulação SSB (Single Side Band)❒ Hierarquia FDM da rede Bell (similar a que foi
recomendada pela antiga CITT, atual ITU)
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FDM e Modulação
Multiplexador de canal de Grupo
TFM 79
FDM e Modulação
Multiplexador de canal de Supergrupo
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Meio de Transmissão em Banda Larga
Par Metálico Trançado❒ Banda passante de 1 a 4 MHz, dependendo do diâmetro do
fio, tipo de isolamento usando nos pares do cabo e do tamanho do enlace.
❍ 24 canais em sistemas digitais T1❍ 32 canais em sistemas digitais E1
Cabo Coaxial❒ Sistema analógico de cabo coaxial L5E (EUA)
❍ 13.200 canais de voz
Fibra Óptica ❒ Transmissão digital
❍ 100K canais de voz num único comprimento de onda
TFM 81
Cabo Coaxial❒ Uso predominante em enlaces de longa distância da rede
interurbana.❍ 1941: transmissão de 480 canais de voz entre Minneapolis e
Stevens Points (200 milhas)❍ Repetidores a cada 5,5 milhas
❒ Fibra óptica tem maior banda passante, menor atenuação e menor custo ⇒ coaxial ficou obsoleto!
TFM 82
Rádio Microondas
❒ Motivação: rede nacional para distribuição de sinais de TV❒ Com o aumento do tráfego interurbano, sistemas rádio
tornaram-se o meio mais econômico para a distribuição de circuitos de voz na rede de longa distância.
❒ 1948: sistema em NY e Boston.❒ Transmissão de 60% do tráfego telefônico da rede
interurbana dos EUA em 1980.❒ Visada direta entre rádios; distância de 40 km.❒ Principal vantagem: não requer “direito de passagem”
contínuo, como sistemas de fibras ópticas.
TFM 83
Rádio Microondas
Frequências de microondas alocadas nos EUA
❒ Bandas populares: 4 e 6 GHz. ❍ Banda de 2 GHz não foi muito usada devido à banda do canal ser
relativamente estreita.❍ Banda de 11 GHz é vulnerável à atenuação da chuva.
TFM 84
Rádio Microondas
Rádios de microondas analógicos do sistema Bell
❒ Todos os rádios (exceto o AR-6A) usavam modulação FM de baixo índice.
❍ Permite uso de amplificadores não lineares ❍ Boa SNR do FM
TFM 85
Rádio Microondas
Causas de outage❒ Propagação multipercurso atmosférica❒ Falhas de equipamentos❒ ManutençãoMultipercurso (multipath)
TFM 86
Rádio Microondas
Diversidade em frequência❒ Desvanecimentos profundos normalmente só afetam um
único canal❍ Canal backup incluindo spare Tx e spare Rx pode ser
usado para transportar o tráfego do canal primário.❍ Chaveamento para o canal de contingência deve ser
feito em até 30 ms❍ Sistema de rádio TD-3 usava 12 canais: 10 primários e
2 de reserva (sistema 10 x 2).
TFM 87
Rádio Microondas
Diversidade espacial
❒ Desvanecimento profundo somente ocorre quando raio secundário chega com defasagem de 180o. Portanto, é pouco provável que dois caminhos diferentes estejam sujeitos a fading simultâneo.
❍ Tx irradia para 2 antenas Rx que estão numa mesma torre.❍ Distância de até 1 m entre antenas Rx é suficiente.
TFM 88
Satélites
❒ 1965: satélite soviético Molniya (comunicação doméstica) e satélite INTELSAT I (comunicação internacional).
❒ Foram muito usados para transporte de circuitos internacionais de voz
❍ Atualmente foram desbancados pelos sistemas ópticos
❒ É um sistema de microondas com um único repetidor, denominado transponder (no satélite).
❍ Faixas de 4 e 6 GHz.❍ Down link é broadcast por natureza: oportunidade para distribuição
de sinais de TV.❍ INMARSAT (1982): telefonia via satélite p/navios.❍ Skyphone (1989): telefonia via satélite p/ aeronaves.❍ Principal desvantagem: o atraso é grande (pode chegar a 250 ms up
e down)
TFM 89
Fatores que degradam a transmissão
❒ Atenuação do sinal.❒ Ruído❒ Interferência❒ Crosstalk❒ Distorção❒ Eco ❒ Singing❒ Imperfeições devidas a modulação e portadoras
TFM 90
Fatores que degradam a transmissão
Atenuação do sinal❒ CCITT limitou a atenuação relativa entre dois assinantes a
36 dB.Interferência❒ Surge do acoplamento indesejável de alguns sinais da rede
❍ É conhecida como crosstalk (linha cruzada) se a interferência é inteligível.
❍ Fontes de linha cruzada• Acoplamento entre pares metálicos de um mesmo cabo• Filtragem inadequada e offset de portadoras em sistemas
multiplex FDM• Não linearidades presentes no multiplex.
TFM 91
Fatores que degradam a transmissão
Crosstalk
❒ Near-End Crosstalk (NEXT)❒ Far-End Crosstalk (FEXT)
TFM 92
Fatores que degradam a transmissão
Ruído❒ Ruído branco Gaussiano
❍ amplitudes do ruído seguem a função densidade de probabilidade Normal (Gaussiana)
❍ é um sinal “totalmente aleatório” porque duas amostras distintas são não correlacionadas.
❍ fontes: ruído térmico em componentes elétricos, bateria da central
❒ Ruído impulsivo, produzido, por exemplo, por transientes de comutação (centrais eletromecânicas).
❒ Ruído de quantização nos terminais digitais de voz
TFM 93
Fatores que degradam a transmissão
Ruído❒ Sinais presentes em certas frequências da banda de
voz (4 kHz) perturbam o assinante mais do que outros.❍ Portanto, medidas práticas do valor rms do ruído (ou da
interferência) devem levar em conta os efeitos subjetivos do ruído bem como o seu nível de potência.
❍ Filtros que modelam a resposta em frequência do conjunto ouvido humano + terminal:
• C-message (EUA)• psofométrico (ITU-T).
TFM 94
Fatores que degradam a transmissão
Filtro Psofométrico e C-Message
TFM 95
Fatores que degradam a transmissão
Ruído Psofométrico❒ Uma determinada Prática Telebrás diz que
❍ “ruído psofométrico – medido no lado a 2 fios (...), não deve ser superior a 70 dBmp em 600 ohms.”
❒ PdBmp
= 10 log PmW
: unidade de potência de ruído psofométrico (sinal que foi ponderado pela curva psofométrica)
❒ 1 mW corresponde a uma tensão de 0,775 V numa carga de 600 ohms
❒ Potência de referência para ruído: 1pW = -90 dBm❍ X dBrn = -90 + X dB
❒ Obs.: nível de potência de sinal se expressa em mW.
TFM 96
Fatores que degradam a transmissão
Especificação da qualidade de um circuito analógico de voz❒ Não é especificado em termos de SNR
❍ ruído de baixa potência pode incomodar durante pausa❍ ruído de alta potência pode ser imperceptível durante a
fala ❍ Logo, é importante medir o nível absoluto da potência
do ruído❒ Objetivos de níveis máximos de ruído para a rede
analógica da AT&T❍ 28 dBrnC para conexões de até 60 milhas❍ 34 dBrnC circuitos de 1.000 milhas
TFM 97
Fatores que degradam a transmissão
Tabela para conversão de níveis de potência de ruído
TFM 98
Fatores que degradam a transmissão
Distorção❒ Algumas distorções são introduzidas por não
linearidades presentes no sistema:❍ Microfones de carvão❍ Amplificadores saturados
❒ Outras são lineares por natureza e podem ser caracterizadas no domínio da frequência❍ Distorção de amplitude❍ Distorção de fase
TFM 99
Fatores que degradam a transmissão
Distorção de amplitude❒ Pode ser introduzida pelos filtros de banda lateral dos
sistemas FDM❒ Par metálico
❍ Minimizada pela pupinização
Distorção de fase❒ Se frequências distintas viajam com velocidades
diferentes pelo canal, então o sinal recebido é uma versão distorcida da forma de onda original
❍ Qualquer desvio da característica de fase linear é denominado distorção de fase
❍ Pouco impacto para telefonia analógica❍ Grande impacto para telefonia digital
TFM 100
Fatores que degradam a transmissão
Resposta de fase de uma ligação interurbana
TFM 101
Eco❒ A reflexão do sinal transmitido (acoplamento no caminho de
retorno) origina o eco.❒ O eco é portanto uma versão atrasada e distorcida do áudio
original que degrada a qualidade da comunicação❒ Quando o eco é repetidamente acoplado de volta no caminho
direto e o ganho do loop em alguma frequência é maior do que 1 ocorre o singing.
RPTC B A
Tx
Rx
Rx
Tx
Voz de B
Voz de A
Eco da Voz de B
Fatores que degradam a transmissão
TFM 102
Fontes de Eco❒ Descasamento de impedâncias na híbrido (4/2 fios)❒ Eco acústico: microfone de A capta som recebido de
B e realimenta uma versão atrasada de B no sentido inverso
Cancelador de eco
microfone
Alto-falante
Sinal recebido
Sinal “descontaminado”
Sinal local
Eco
TFM 103
Eco Híbrido❒ Descasamento de impedâncias na transformação de
2 para 4 fios na central de comutação (terminação da rede)
2 fios4 fios2 fios
TFM 104
Eco❒ Eco não incomoda se atraso é menor do que 25 ms❒ Sensação piora com aumentos da amplitude e RTT
WANWAN PBXPBX
GW GWFXO:FXS FXO:FXS
Enlace analógico
E&M
Enlace analógico
E&M
analógico analógicodigital
eco não é perceptível(atraso é pequeno)
eco pode ser perceptível
TFM 105
Eco❒ Escutar a sua própria voz é um fator de segurança
para o interlocutor (sidetone); mas o atraso passa a causar problemas (interrupções e quebra da cadência da conversação) se for maior do que 25 ms
❒ Cancelador de eco❍ Filtro digital adaptativo modela o sinal recebido x❍ Criação de uma versão local do eco x’❍ Subtrai a versão local do eco do eco real
x – x’ ≅ 0 ❍ Implementação com DSP
TFM 106
Supressor de Eco
TFM 107
Supressor de Eco ❒ Mede a energia em cada sentido e insere perda de 35
dB no sentido reverso para cancelar o eco❍ circuito fica half-duplex❍ Desvantagem: bloqueio do início de segmentos da fala
do locutor “B” quando “B” começa a falar antes da finalização dos segmentos de fala de “A”.
❍ Tempo de chaveamento: 2-5 ms
TFM 108
Cancelador de Eco
TFM 109
Cancelador de Eco Cancelador de eco❒ Mantém a característica full-duplex do circuito❒ Modems na banda de voz full-duplex (V.32 em diante)
incorporam canceladores de eco❍ canceladores de eco na rede são desnecessários e
podem ser desativados por meio do envio de um tom modulado de 2100 Hz
❒ Como o custo dos DSPs caiu drasticamente, é o método amplamente usado hoje em dia.
TFM 110
Sumário
❒ Apresentação do plano de ensino
❒ Breve histórico da telefonia e das telecomunicações
❒ Visão geral da Rede Pública de Telefonia Comutada (RPTC)❍ Telefonia Analógica❍ Telefonia digital❍ Sinalização
❒ Telefonia Celular❒ Telefonia IP
TFM 111
Digitalização da VozTeorema da Amostragem de Nyquist ❒ Se um sinal analógico é amostrado em intervalos
regulares de tempo a uma taxa maior do que duas vezes a maior freqüência significativa do sinal, então as amostras contém toda a informação do sinal original. O sinal original pode ser reconstruído a partir do sinal amostrado pelo uso de um filtro passa-baixas (filtro de reconstrução)
Sinal analógico Filtro
passa-baixas Amostrador Quantizador CodificadorPCM
Sinal digital
TFM 112
Digitalização da Voz
3,0
1,2
6,2
1,3
5,8 6,0 5,2
Pulsos PAM
TFM 113
Digitalização da Voz
3,0
1,2
6,2
1,3
5,8 6,0 5,2
3,0
1,2
6,2
1,3
5,8 6,0 5,2
3
1
6
1
6 6 5
011 001 110 001 110 110 101
3
1
6
1
6 6 5
011 001 110 001 110 110 101Pulsos PCM
❒ Amostras são quantizadas e codificadas por um conjunto de bits
TFM 114
Digitalização da VozPCM (G.711) ❒ 256 níveis de quantização (± 5V)❒ 8.000 amostras/segundo❒ 8 bits por amostra❒ 64 kbps
Outros métodos❒ Differential PCM (DPCM)❒ Adaptive PCM (G.726)
TFM 115
Digitalização da VozDPCM ❒ Codificam-se apenas as diferenças entre amostras
adjacentes (4 bits)❒ Mantém-se a precisão sem necessidade de aumento
de banda passante❒ Economizam-se 4 bits
0
10
t
TFM 116
Digitalização da VozADPCM (G.726) ❒ Combina o método DPCM com o PCM adaptativo❒ Níveis de quantização são adaptados à forma do
sinal de entrada. O tamanho do passo de quantização aumenta quando uma seqüência íngreme do sinal se mantém por tempo suficiente
TFM 117
CODECs❒ ITU-T G.711: PCM – taxa de 64 kbps❒ ITU-T G.726: ADPCM – taxas de 16, 24, 32 e 40
kbps❒ ITU-T G.728: Low-Delay Code-Excited Linear
Prediction (LD-CELP) – taxa de 16 kbps❒ ITU-T G.729: Algebraic Code-Excited Linear
Prediction (ACELP) – taxa de 8 kbps❒ ITU-T G.723.1: Multi-Pulse MultiLevel
Quantization (MP-MLQ)-ACELP – taxas de 5,3 e 6,3 kbps
❒ iLBC (Internet Low BitRate Codec): 13,33 e 15,2 kbps (usado pelo Skype, Google Talk, MSN Messenger)
TFM 118
Sumário
❒ Apresentação do plano de ensino
❒ Breve histórico da telefonia e das telecomunicações
❒ Visão geral da Rede Pública de Telefonia Comutada (RPTC)❍ Telefonia Analógica❍ Telefonia digital❍ Sinalização
❒ Telefonia Celular❒ Telefonia IP
TFM 119
Definição❒A sinalização telefônica é
formada pelo conjunto de sinais, mensagens e protocolos, necessários para estabelecer a troca de informação entre sistemas de comunicação
Sinalização Telefônica
TFM 120
Funções da sinalização:❒ Estabelecimento das conexões❒ Finalização de chamadas (desconexões)❒ Comandar início/fim dos registros de
bilhetagem❒ Supervisões referentes aos diversos tipos de
ligações telefônicas
Sinalização Telefônica
TFM 121
Sinalização Telefônica
Métodos de sinalização usados na RPTC:❒ Sinalização usuário-rede (user-to-network):
como um usuário final se comunica com a RPTC❒ Sinalização rede-rede (network-to-network):
como as centrais se comunicam entre si na RPTC
TFM 122
Etapas da Sinalização Telefônica Convencional
Central Local
1a etapa:sinalização acústica do assinante
Envio de dígitos do número chamado
Central Tandem
Central Local
3a etapa:sinalização de registradoresou de dígito
2a etapa:sinalização
de enlace ou tronco
PABX
4a etapa:sinalização de
enlace
5a etapa:sinalização de dígito
6a etapa:sinalização acústica do assinante
7a etapa:Atendimento do ramal chamado gera a sinalização para trás com
disparo da bilhetagem para cobrança da chamada
Sistema de Bilhetagem
TFM 123
Cenário com SIP Phone
Internet
Acesso à banda larga
PC com “SIP phone” Gateway/
roteador IP
Rede Telefônica
sinalização telefônica
convencional
TFM 124
Brasil (Prática Telebrás SPT 210-110-704)❒ Corrente de toque (CT)
❍ Sinal enviado para o terminal do assinante chamado, indicando que há uma chamada dirigida a ele
❍ Freqüência: 25 ± 2,5 Hz❍ Período de toque: 1.000 ± 100 ms❍ Período de silêncio: 4.000 ± 400 ms
❒ Tom de discar (TD)❍ Sinaliza para o terminal chamador que o número do
assinante chamado pode ser discado❍ Freqüência: 425 ± 25 Hz (tom deve ser contínuo)
Sinalização Acústica de Assinante
TFM 125
❒ Tom de Controle de Chamada (TCC)❍ Sinal enviado pela central de destino para o terminal
chamador que indica que a rota de comutação foi estabelecida e que o terminal chamado está livre
❍ Freqüência: 425 ± 25 Hz❍ Cadência: 1.000 ± 100 ms (toque), 4.000 ± 400 ms
(silêncio)
Sinalização Acústica de Assinante
TFM 126
❒ Tom de Ocupado (TO)❍ Sinaliza para o terminal chamador que o número do
assinante chamado está ocupado❍ Freqüência: 425 ± 25 Hz❍ Cadência: 250 ± 25 ms (toque), 250 ± 25 ms (silêncio)
Sinalização Acústica de Assinante
TFM 127
Sinalização Acústica de Assinante
❒ Tom de Número Inacessível (TNI)❍ Sinal enviado ao terminal chamador indicando que a
chamada não pode ser completada ou prosseguir ❍ Para centrais que não possuem máquinas anunciadoras❍ Freqüência: 425 ± 25 Hz❍ Cadência: alternância de toques com durações de 250 ±
25 ms e 750 ± 75 ms, 250 ± 25 ms (silêncio) ❍ Para centrais analógicas, admite-se o envio do TO em vez
do TNI.
TFM 128
Telefone DTMF ou Multifreqüencial
1 2 3
4 5 6
7 8 9
* 0 #
697 Hz
770 Hz
852 Hz
941 Hz
1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz
TFM 129
Sinalização Intercentrais
❒ Ocorre quando mais de uma central local está envolvida no estabelecimento de uma chamada
❒ Há centenas de sistemas de sinalização intercentrais. A maioria foi desenvolvida apenas para uso nacional, enquanto alguns poucos foram aceitos e definidos pelo ITU-T e/ou ANSI como sistemas de sinalização padronizados
❒ Channel Associated Signaling – CAS (Sinalização Associada ao Canal): sinalização compartilha a linha com os sinais de voz❍ Linha❍ Entre registradores
TFM 130
Sinalização Intercentrais
Sinalização de Linha❒ Conjunto de sinais (supervisórios) destinados a
efetuar a ocupação e a supervisão dos circuitos que interligam duas centrais; permite, opcionalmente, o envio dos sinais de tarifação.
❒ Protocolos de Sinalização de Linha (Prática Telebrás 210-110-703)
• Por corrente contínua• E + M Pulsada, E + M Contínua• R-2 Digital
TFM 131
Sinalização Intercentrais
CentralLocal
Tronco E1
origem(A)
destino(B)
Obs.: 1) Meio físico p/ Tronco E1 = 1 par de cabos coaxiais (1 Tx e 1 Rx)2) Sinalização telefônica pode ser CAS ou CCS (vide explicação mais adiante)
CentralLocal
Centralde
Trânsito
Tronco E1
par trançado
par trançado
TFM 132
Sinalização Intercentrais
Sinalização R2 Digital❒ Circuito PCM de 2.048 kbps possui 32 janelas de
tempo ou time slots (TS0 a TS31)❒ 1 frame (quadro) contém 32 time slots
❍ TS 16: sinalização e alinhamento multiquadro
...0 1 2 15 16 17 ... 30 3118
Alinhamentode quadro
Alinhamento de multiquadro e sinalização
1 quadro (125 µs): 32 canais
1 canal PCM: 8 bits1 bit: 488 ns
TFM 133
Sinalização Intercentrais
Sinalização R2 Digital❒ 1 Multiquadro contém 16 quadros
❍ TS16 contém sinalização para 2 canais de voz❍ Cada canal de voz utiliza 4 bits: (af, bf, ab, bb)❍ (af, bf) = p/frente; (ab, bb) = p/ trás
Quadro 0 Quadro 1 Quadro 2 Quadro 14 Quadro 15
1 Multiquadro (2 ms)
sinalização TSs 1/17
sinalização TSs 2/18
sinalizaçãoTSs 15/31
sinalizaçãoTSs 14/30
Alinhamento multiquadro
16 16 16 16 16
TFM 134
Sinalização Intercentrais
Sinalização entre Registradores❒ Roteamento do tráfego telefônico❒ Definição (Prática Telebrás SPT 210-110-702)
❍ É o conjunto de sinais correspondentes ao envio e à recepção das informações, devidamente ordenadas, destinadas ao estabelecimento das chamadas através dos órgãos de comutação, das informações referentes às condições particulares dos assinantes chamador e chamado e das informações referentes aos circuitos e órgãos envolvidos
❒ Controla o estabelecimento da chamada (números envolvidos, categoria do assinante, etc.)
❒ Trafega pelos canais de voz
TFM 135
Sinalização Intercentrais
❒ O Brasil adota a sinalização multifreqüencial entre registradores, em que duas freqüências (uma “baixa” e outra “alta”), pertencentes a dois conjuntos distintos de baixas e altas freqüências, são combinadas para formar 15 sinais diferentes (dígitos ou categorias)
❒ Registrador = subsistema da central responsável pela transmissão e recepção dos sinais de registro
❒ Registrador é um recurso comum em uma central
TFM 136
Sinalização Intercentrais
❒ Dois registradores são conectados em um janela de tempo (time slot), somente durante a fase de sinalização entre registradores
❒ Tempo médio de ocupação do recurso de 2 a 4 segundos por chamada
Central Local
Central Local
MFDTMF CT
TFM 137
Sinalização Intercentrais
Juntor
Central CentralJuntor
para frente
para trás
Sinalização de linha
origem(A)
destino(B)
Sinalização de dígitos entre registradores
Registrador Registrador
Obs.: juntor = interface entre a linha e a central
TFM 138
Exemplo de Sinalização CAS
Off hook(fora do gancho )Tom de discar
#B = “1234” Ocupação (sinal de linha)
Informação de Roteamento (sinalização entre Registradores)
Confirmação de Ocupação (sinal de linha )
Tom de Controle de Chamada
Corrente de Toque
B AtendeSinal de Atendimento
(sinal de Linha)Conversação
On hook (no gancho ) Desligar para frente
(sinal de Linha)
Libera linha (sinal de Linha ) On hook
(no gancho)
Sinalização Intercentrais (CAS)
Sinalização do Assinante
Sinalização do Assinante
TFM 139
Sinalização Intercentrais
Sentido dos sinais de linha
SINAL DE LINHA SENTIDO
Ocupação Para frenteAtendimento Para trás
Desligar para trás Para trásDesligar para frente Para frente
Confirmação de desconexão Para trásDesconexão forçada Para trás
Tarifação Para trásRechamada Para frente
Bloqueio Para trás
TFM 140
Sinalização Intercentrais
Alternativas de utilização dos sistemas de sinalização de linha
Tecnologia de Comutação →
Tecnologia de Transmissão ↓
Analógica Digital
Cabo metálico de pares Sinalização por ---------Corrente Contínua
FDM E + M pulsadaE + M contínua
digital E + M pulsadaE + M contínuaR-2 Digital
TFM 141
Sinalização Intercentrais
CCS - Common Channel Signaling ❒ CCS (Sinalização po Canal Comum) utiliza um
circuito dedicado, comum, de sinalização❒ O canal é dito comum porque contém mensagens de
sinalização (datagramas) referentes a várias chamadas telefônicas
❒ ITU-T especificou em 1968 o Signaling System No. 6 (Sistema de Sinalização #6 - SS6), que destinava-se principalmente ao tráfego internacional. AT&T implementou uma versão modificada denominada Common-Channel Interoffice Signaling - CCIS
TFM 142
Sinalização Intercentrais❒ AT&T desenvolveu o Sistema de Sinalização #7
(SS7) em 1975; ITU-T adotou o SS7 como padrão em 1980
❒ Rede SS7 é uma rede de pacotes❒ SS7 pode dar suporte a serviços da ISDN e da
PLMN
Central Local
Central Local
CCSDTMF CT
TFM 143
Sinalização IntercentraisVantagens do SS7❒ Atraso pós-discagem reduzido
❍ Um único canal comum de sinalização pode tratar toda a sinalização entre duas centrais para aproximadamente 2.000 janelas de tempo de voz, o que representa cerca de 60 enlaces PCM
❒ Permite Interconexão com a Rede Inteligente (Intelligent Network - IN), que oferece serviços do tipo 0800, votação eletrônica, telefonia pré-paga, VPN, portabilidade de número, etc
❒ Confiabilidade❒ Flexibilidade❒ Excelente relação custo-benefício
TFM 144
SS7
❒ Desmembramento da rede❍ Rede de Sinalização SS7 (plano de sinalização)❍ Rede de Transporte (plano de transporte)
Processador ProcessadorTerminal
de Dados
Terminal de
Dados
.
.
.
Central A Central B
Enlace de Dados (canal comum)
Circuitos de Voz
TFM 145
SS7
Enlace de Sinalização
Enlace de Sinalização
Enlace de VozA
B
C
❒ Rede SS7 é composta por Enlaces de Sinalização e Centrais Telefônicas que “falam” SS7 (“Centrais SS7”)
❒ Central SS7 = Service Switching Point - SSP
TFM 146
SS7
❒ Signaling Transfer Point – STP❍ Stand-alone (só encaminha msg’s SS7)❍ Integrado (pode originar ou receber msg’s SS7)
Enlace de Sinalização
SSP A
SSP B SSP C
SSP D
STP
TFM 147
SS7
❒ Service Control Point – SCP❍ Interface entre a rede SS7 e as bases de dados
usadas pelas operadoras❍ Elemento-chave para entregar aplicações IN
sobre a RPTC
STP STP
STP STP
SSP SSP
SCPSCP
TFM 148
Modos de Sinalização
SSP SSP
sinalização
chamadas
STP STP
SSP SSPchamadas
sinalização
sinalizaçãosinalização
STP
SSP SSPchamadas
sinalização
associada
não- associada
quase- associada
TFM 149
Redes SS7Bases de Dados na Rede SS7❒ Base de dados 800
❍ Informações de roteamento p/ 800, etc.❒ Base de dados de informações de assinantes❒ Base de Portabilidade Numérica Local❒ Home Locator Register (HLR)
❍ Redes celulares❍ Armazena informações como localização atual do celular,
cobrança e informações do assinante❒ Visitor Locator Register (VLR)
❍ Redes celulares❍ Armazena informações sobre assinantes que estejam em
roaming fora de sua rede de origem
TFM 150
Pilha de Protocolos SS7
TFM 151
❒ MTP1 corresponde à camada 1 (Física) do modelo OSI (ex.: tronco E1, canal de 64 kbps)
❒ MTP2 = camada 2 (Enlace)❍ Frame = Signaling Unit (SU), que possui tamanho
variável• Fill-In Signal Unit (FISU)• Link Status Signal Unit (LSSU)• Message Signal Unit (MSU): transportam o payload
de msg’s das camadas superiores (como SCCP, TUP, ISUP e TCAP)
❍ Delimitação de SU❍ Detecção de erros c/ CRC-16 c/ solicitação de
retransmissao (ARQ) ❍ Controle de fluxo
Message Transfer Part (MTP)
TFM 152
Message Transfer Part 3❒ MTP3 = nível 3 do SS7 (parte da L3 do OSI)
❍ Roteamento de mensagens de controle de chamadas (sinalização de circuito)
❍ Cada nó é identificado por um Code Point❒ O Protocolo MTP3 é dividido em 2 funções
principais❍ Signaling Message Handling (SMH) – roteia as
mensagens SS7 em condições normais de operação❍ Signaling Network Management (SNM) – re-roteia o
tráfego do enlace no caso de condições de falha da rede: Gerenciamento de Enlace, Gerenciamento de Rotas e Gerenciamento de Tráfego
TFM 153
Signaling Connection Control Part (SCCP)
❒ SCCP provê funcionalidades adicionais da camada de rede (L3) do modelo OSI❍ Roteamento de sinalização não-relacionada a
circuitos - noncircuit-related (NCR): chamadas 0800, Portabilidade Numérica Local, mobilidade, roaming e SMS em redes celulares
❍ Métodos alternativos e mais flexíveis de roteamento❍ Serviços de transferência de dados orientados à
conexão ou não-orientados à conexão❍ Segmentação/remontagem de datagramas
❒ SCCP + MTP = Network Services Part (NSP) = L3❒ Muito usado em redes celulares
TFM 154
Pilha SS7 usada em Redes GSM
TCAPDTAP BSS-
MAP
MAP
ISUP
SCCP
MTP3
MTP2
MTP1
NSP
BSSAP
BSSAP = Base Station Subsystem Mobile Application PartDTAP = Direct Transfer Application PartMAP = Mobile Application Part
TFM 155
IDSN User Part (ISUP)❒ O protocolo ISUP é o responsável pelo
conexão/desconexão e pelo gerenciamento de todas as chamadas de voz e dados na RPTC
❒ Também é usado em redes celulares para conexões de troncos
❒ O ISUP foi criado para prover sinalização rede-rede compatível com a sinalização ISDN de acesso
❒ Atualmente, o ISUP também é usado como protocolo de sinalização para tráfego não-ISDN; de fato, a maior parte do tráfego sinalizado pelo ISUP é originado por terminais analógicos
❒ Benefícios do ISUP: velocidade (menor “post-dial delay”), padronização
TFM 156
Outros Protocolos da Camada 4 do SS7❒ TUP (Telephone User Part): conexão/desconexão e
gerenciamento de chamadas de voz (é anterior ao ISUP). O TUP suporta somente chamadas do tipo POTS - plain old telephone service (não suporta dados). Está sendo substituído pelo ISUP em vários países
❒ TCAP (Transactional Capabilities Application Part) suporta a implantação de serviços AIN (Advanced Intelligent Network)
❍ Pontos de sinalização trocam mensagens ❍ SSP utiliza TCAP para consulta (query) do SCP. Exemplo:
qual é o número roteável associado a um determinado 0800?
TFM 157
TCAP
SSP
STP
STPSCP
SCP
Query 800
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Informação da Rota
Informação da Rota
TFM 158
Sumário
❒ Apresentação do plano de ensino
❒ Breve histórico da telefonia e das telecomunicações
❒ Visão geral da Rede Pública de Telefonia Comutada (RPTC)❍ Telefonia Analógica❍ Telefonia digital❍ Sinalização
❒ Telefonia Celular❒ Telefonia IP
TFM 159
Telefonia Celular❒ Outubro/1983: Chicago, IL ❒ Sistema celular consiste de Estações Rádio-Base
(ERB) ou estações-base conectadas a uma central telefônica denominada Mobile Telephone Switching Office (MTSO) ou Mobile Switching Center (MSC)
❒ Quando o usuário se move da célula “A” para a célula “B”, a MTSO chaveia a conexão pela interface aérea para a ERB “B”, de modo a manter a uma conexão contínua com a RPTC. ❍ handoff
TFM 160
Telefonia Celular
Topologia
TFM 161
Telefonia Celular❒ Estação móvel
❍ Contém um transceptor, uma antena e circuitos de comunicação.
❍ Veículo ou unidade portátil de mão.❒ ERB
❍ Possui vários TX e RX que tratam simultaneamente das comunicações duplex.
❍ Várias antenas de transmissão e recepção.❍ É uma ponte entre todos os usuários móveis da célula e
conecta as chamadas móveis simultâneas à MSC.
TFM 162
Telefonia Celular❒ MSC
❍ Coordena as atividades de todas as ERBs e conecta o sistema celular à RPTC.
❍ MSC típica trata de 100 mil assinantes de celular e de 5 mil conversas simultâneas de uma só vez, além de acomodar todas as funções de cobrança e manutenção do sistema.
❒ Reuso de canais de frequência dentro de uma área❍ antenas diretivas nas ERBs❍ sinal irradiado por ERBs “distantes” sofre grande atenuação
• permite que um determinado canal seja reusado em uma das células de um grupo de 7 células
TFM 163
Telefonia Celular
Padrões de reuso
TFM 164
Telefonia Celular
Cobertura com o padrão de reuso de 7 células
TFM 165
Telefonia Celular
Comunicação ERB x estações móveis❒ Common Air Interface (CAI) ou interface aérea
comum especifica quatro canais diferentes❍ Forward Voice Channel (FVC): ERB → estação móvel
(voz)❍ Reverse Voice Channel (RVC): estação móvel → ERB
(voz)❍ Forward Control Channel (FCC): ERB → estação móvel
(controle) ❍ Reverse Control Channel (RCC): estação móvel → ERB
(controle)
TFM 166
Telefonia Celular
Comunicação ERB x estações móveis❒ Canais de controle (FCC e RCC)
❍ Responsáveis por iniciar uma chamada móvel.❍ Também chamados de canais de configuração, pois
estão envolvidos apenas na configuração de uma chamada e na movimentação da chamada para um canal de voz que esteja livre.
❍ Transmitem e recebem mensagens de dados que transportam solicitações de início de chamada e de serviço, e são monitorados pelas estações móveis quando não têm uma chamada em andamento.
TFM 167
Telefonia Celular
Como é feita uma chamada para um telefone celular?❒ Quando o celular é ligado mas ainda não está
realizando uma chamada, ele primeiro varre o grupo de canais de controle direto para determinar aquele com sinal mais forte.❍ Reuso de frequência exige que FCCs em células vizinhas
sejam diferentes❒ Quando uma ligação é feita para um usuário móvel, a
MSC despacha uma solicitação para todas as ERBs no sistema celular. Número do assinante chamado é transmitido como uma mensagem de paging por todos os FCCs do sistema.
TFM 168
Telefonia Celular❒ A estação móvel recebe a mensagem de paging
enviada pela ERB que ela monitora e responde imediatamente pelo RCC.
❒ ERB repassa a confirmação enviada pelo móvel e informa a MSC sobre o handshake.
❒ MSC instrui a ERB para passar a chamada para um canal de voz livre dentro da célula (normalmente, entre 10 e 60 canais de voz são usados na ERB de uma célula).
TFM 169
Telefonia Celular❒ ERB sinaliza para a estação móvel que ela deve usar
um determinado par de canais FVC/RVC.❒ ERB envia para o móvel pelo FVC uma mensagem de
dados designada por alerta, que faz com que o terminal toque e o assinante atenda a chamada.
❒ Quando uma chamada está em andamento, a MSC ajusta a potência de transmissão da estação móvel e muda o canal da unidade móvel e das ERBs a fim de manter a qualidade da chamada enquanto o assinante entra e sai do alcance de cada ERB (handoff).
TFM 170
Telefonia Celular
Como é feita uma chamada a partir de um móvel?❒ Móvel envia solicitação de início de chamada pelo
RCC.❍ Número do telefone (Mobile Identification Number – MIN).❍ Número de série eletrônico (Electronic Serial Number –
ESN).❍ Número chamado.
❒ ERB envia dados para a MSC, que valida a solicitação, faz a conexão com a RPTC e instrui a ERB e o móvel a passar para um par FVC/RVC.
TFM 171
Telefonia Celular
Roaming❒ Todos os sistemas oferecem o serviço de roaming
❍ permite aos assinantes operar em áreas de serviço diferentes daquela na qual o serviço é assinado.
❒ Quando o móvel entra numa área de serviço diferente da sua, ele é registrado como visitante (roamer) nessa área de serviço. Isso ocorre sobre o FCC.
❒ A cada vários minutos, a MSC transmite um comando global para cada FCC no sistema, pedindo a todas as estações móveis que não estavam registradas que informem seus MIN e ESN pelo RCC.
TFM 172
Telefonia Celular
Roaming❒ Novos móveis, não registrados no sistema, periodicamente
enviam suas informações de assinante ao receber a solicitação de registro, e a MSC usa então os dados de MIN/ESN para solicitar o status de cobrança do Registro de Localização Doméstica (Home Location Register – HLR) a cada estação móvel em roaming. Se um visitante em particular possui autorização de roaming para fins de cobrança, a MSC registra o assinante como sendo um visitante válido.
TFM 173
Telefonia Celular
Roaming❒ Uma vez registrado, o móvel em roaming tem
permissão para receber e fazer chamadas dessa área, e a cobrança é encaminhada automaticamente para o provedor de serviço doméstico do assinante.
TFM 174
Sumário
❒ Apresentação do plano de ensino
❒ Breve histórico da telefonia e das telecomunicações
❒ Visão geral da Rede Pública de Telefonia Comutada (RPTC)❍ Telefonia Analógica❍ Telefonia digital❍ Sinalização
❒ Telefonia Celular❒ Telefonia IP
TFM 175
Fundamentos de Telefonia IP
Objetivos
❒ Motivações para a Telefonia IP ❒ Conceitos básicos da tecnologia VoIP (Voice over
IP – Voz sobre IP)❒ Protocolos de sinalização
TFM 176
Fundamentos de Telefonia IP
Alguns esclarecimentos❒ VoIP x Telefonia IP
❍ VoIP refere-se às técnicas de empacotamento e transmissão de amostras de voz sobre redes IP e aos mecanismos de sinalização necessários ao estabelecimento de chamadas telefônicas naquelas redes (Ex.: Skype, Messenger)
❍ Telefonia IP é o termo genérico que está associado ao serviço de telefonia que utiliza a tecnologia VoIP; deve oferecer uma qualidade similar ao da telefonia (pública) convencional (Ex.: NET fone via EBT)
TFM 177
Transporte de Voz sobre a Internet
Motivações:❒ Comutação de circuitos “desperdiça banda
passante” dos enlaces❍ 50% de silêncio numa ligação telefônica
❒ Comutação de pacotes viabiliza multiplexação estatística dos pacotes
❒ Convergência (redução de custos operacionais)❒ Redução do custo da chamada telefônica❒ Serviços de comunicação multimídia
TFM 178
Roteadores IP x Centrais de Comutação Telefônicas❒ Sistemas VoIP: centrais de comutação
substituídas por roteadores IP/MPLS❒ Circuito virtual entre origem e destino❒ Roteamento
❍ Baseado no endereço IP de destino❍ Protocolos usados: OSPF, IS-IS e BGP4
❒ Tráfego agregado é heterogêneo❍ Telefonia IP❍ Dados❍ Vídeo
TFM 179
Roteador interligado com centrais públicas
GatewayTelefonia IP
GatewayTelefonia IP
GatewayTelefonia IP
Roteador IP
1 2
34 5
1: porta de entrada2: processador de pacotes IP3: tabela de rotas IP4: fila de saída5: porta de saída
TFM 180
ComparaçãoTelefonia Convencional❒ Comutação de circuitos❒ Desempenho, confiabilidade e disponibilidade adequados
para o serviço de telefonia Telefonia IP❒ Comutação de pacotes❒ Otimização da banda passantes dos enlaces
(multiplexação estatística)❒ Internet atual oferece um serviço de melhor esforço =>
não tem o desempenho (QoS), confiabilidade e disponibilidade da RPTC
❒ A Internet de próxima geração precisa ter uma arquitetura que garanta a QoS da telefonia
TFM 181
Empacotamento de Voz na Rede IP
❒ VoIP é uma aplicação de tempo real com interatividade
❒ Mídia de áudio gera tráfego contínuo com taxa constante
❒ Em uma conversação normal, pelo menos 50% da banda do canal é desperdiçada
❍ Quando utilizando a VoIP, é possível usar essa banda desperdiçada para outras aplicações quando a detecção de atividade de voz (Voice Activity Detection - VAD) é utilizada
❍ Compactação por detecção de silêncio gera tráfego em rajadas, mas o sinal de voz deve ser reproduzido no destino a uma taxa constante
TFM 182
Aplicação de Telefone por Internet
Exemplo ❒ áudio gerado = rajadas de voz alternadas com períodos
de silêncios (64 kbps durante rajada)
❒ pkts gerados somente durante rajadas (conservação da largura de banda)
❍ porções de 20 msec a 8 Kbytes/s: 160 bytes de dados
❒ adiciona cabeçalho da camada de aplicação a cada porção (chunk)
❒ Chunk+header encapsulado num segmento UDP
❒ Um datagrama UDP é enviado a cada 20 msec durante a rajada
TFM 183
Telefone p/ Internet: Perda e Atraso
❒ perda devida à rede: datagrama IP é perdido devido a congestionamento da rede (transbordamento de fila em roteador)
❒ perda devida ao atraso: datagrama IP não chega a tempo de ser reproduzido
❒ tolerância à perda de pacotes❍ codecs G.711 e G.729 requerem que a taxa de perda
de pacotes seja menor do que 1% para que a qualidade da ligação não seja comprometida – “toll quality” (fontes: Cisco Systems e Intel)
TFM 184
Atraso
Tipos de Atraso❒ Atraso de propagação❒ Atraso de enfileiramento❒ Atraso de processamento
Limites para atraso fim-a-fim (Rec. ITU-T G.114) ❒ 0 – 50 ms: alta qualidade❒ 50 – 150 ms: boa qualidade ❒ 150 – 400 ms: aceitável, porém com desconforto
perceptível (comunicação via satélite)❒ Acima de 400 ms: inaceitável!
TFM 185
Atraso fim-a-fim
TFM 186
transmissão taxa constante
Dad
os c
umul
ativ
os
tempo
jitter
recepçãono cliente
taxa de reprodução constante
atraso de reproduçãoD
ados
arm
azen
ados
Variação do Atraso - Jitter
❒ Diferença entre atrasos fim-a-fim de dois pacotes consecutivos pode ser maior do que 20 ms
TFM 187
Jitter (variação do atraso)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t (origem)
t (destino)
silêncio
surto
silêncio eliminado
introdução de silêncio
TFM 188
Variação do atraso
Eliminação do jitter❒ Preceder cada porção com um número de seqüência❒ Preceder cada porção com uma marca de tempo❒ Atrasar a reprodução de porções no receptor
packets
time
packetsgenerated
packetsreceived
loss
r
p p'
playout schedulep' - r
playout schedulep - r
TFM 189
Perdas de Pacotes
❒ Sistemas VoIP podem sofrer perdas de pacotes (transbordamentos de filas em roteadores), o que degrada a qualidade da conversação
❒ Aplicações de Telefonia IP usam esquemas de recuperação de perdas❍ FEC (Forward Error Correction) ou Correção de
Erros de Repasse: adicionar informações de redundância à corrente de pacotes original
❍ Intercalação: remetente rearranja a seqüência das unidades de áudio antes da transmissão, de modo que unidades originalmente adjacentes fiquem separadas por uma certa distância na corrente transmitida
TFM 190
Perdas de PacotesEsquema FEC• “Dar carona à informação redundante de baixa qualidade” • transmite corrente de qualidade mais baixa como informação redundante• Por exemplo, corrente nominal PCM/64 kbpse corrente redundante GSM/13 kbps.
• Receptor pode mascarar a perda desde que não haja perda consecutiva de pacotes.
TFM 191
Perdas de Pacotes
Intercalação❒ Porções são particionadas em
unidades❒ Ex.: porção de 20 ms possui 4
unidades de 5 ms❒ Pacote contém unidades de
porções diferentes
❒ se 1 pacote é perdido, ainda temos a maior parte de cada porção
❒ Aumenta atraso de reprodução
TFM 192
Real-Time Protocol (RTP)
❒ RTP especifica uma estrutura de pacote para encapsulamento de porções de áudio e vídeo
❒ RFC 1889.❒ Pacote RTP provê
❍ Tipo de carga útil❍ Número de seqüência do
pacote❍ Marca de tempo
❒ RTP roda nos sistemas finais.
❒ Pacotes RTP são encapsulados em segmentos UDP
❒ Interoperabilidade: se duas aplicações de telefonia IP rodam RTP, então os terminais poderão se falar
TFM 193
RTP roda sobre o UDP❒ Subcamada da camada 4❒ Escrever código ou❒ Usar Bibliotecas RTP (Java/C)
❍ Números de porta; endereços IP❍ Identificação do tipo de carga útil❍ Número de seqüência do pacote❍ Marcação de tempo
❒ RTP/UDP/IP❍ Cabeçalho total demanda 40 bytes = 12 RTP + 8 UDP + 20 IP
TFM 194
RTP e QoS
❒ RTP não incorpora nenhum mecanismo que assegure um atraso máximo fim-a-fim nem fornece quaisquer outras garantias de QoS
❒ Encapsulamento RTP só é visto pelos sistemas finais: não é visto pelos roteadores intermediários ❍ Roteadores que prestam o serviço de melhor
esforço não dão tratamento especial a pacotes RTP
TFM 195
Cabeçalho RTP
Payload Type (7 bits): indica o tipo de codificação adotado (PCM, ADM, LPC, etc.). A codificação pode mudar ao longo da sessão RTP.
Sequence Number (16 bits): incrementado de 1 para cada pacote RTP enviado
Timestamp field (32 bytes). Reflete o instante da amostragem do primeiro byte no pacote RTP. A marca de tempo é derivada de um relógio de amostragem no remetente.
SSRC field (32 bits long). Identifica a fonte da corrente RTP. Cada fonte de uma sessão RTP tem um SSRC distinto.
TFM 196
Real-Time Control Protocol (RTCP)
❒ Trabalha em conjunto com o RTP.
❒ Cada participante na sessão RTP transmite pacotes de controle RTCP para todos os outros participantes
❒ Cada pacote RTCP contém relatórios de remetente e/ou receptor
❍ Dados estatísticos que podem ser úteis para as aplicações
❒ Estatísticas incluem número de pacotes enviados, número de pacotes perdidos, jitter, etc.
❒ Realimentação pode ser usada para controlar desempenho
❍ Transmissor pode se adaptar às condições da rede
TFM 197
Session Initiation Protocol (SIP)❒ Protocolo IETF [RFC3261]Visão❒ Todas as chamadas telefônicas e sessões de vídeo-
conferência serão transportadas pela Internet❒ Identificação de usuários por meio de URLs
(Uniform Resource Locators) e não por números telefônicos
❍ sip:ablima@lcs.poli.usp.br ❍ sip:ablima@193.64.210.89
❒ Portabilidade/mobilidade❍ Usuários conseguem estabelecer chamada telefônica de
qualquer lugar do mundo, desde que tenham acesso à rede❍ Telefone SIP pode estar instalado num PC, num
smartphone, etc.
TFM 198
SIPObjetivo do IETF❒ Protocolo para estabelecimento e
gerenciamento de sessões para troca de fluxos multimídia entre aplicações
❒ Diferentemente do H.323, não é um sistema verticalmente integrado (o H.323 é uma pilha de protocolos)❍ O SIP é um protocolo da camada de aplicação da
pilha TCP/IP❍ De fato, o SIP é um protocolo da camada de
sessão (OSI)
TFM 199
SIPObjetivo do IETF❒ O SIP é um elemento que pode ser usado
em conjunto com outros protocolos e componentes na construção de uma arquitetura multimídia completa❍ RTP❍ Real-Time Streaming Protocol (RTSP)❍ Media Gateway Control Protocol (MEGACO)
[RFC 3015] para controle dos gateways com a RPTC
❍ Session Description Protocol (SDP)
TFM 200
Serviços SIP
❒ Estabelecimento de chamada❍ Permite que quem chama avise ao que é chamado que quer
iniciar uma chamada ❍ Participantes devem negociar codificação da mídia
❒ Mecanismos que permitem a quem chama determinar o endereço IP atual de quem é chamado
❍ Usuários recebem IPs via DHCP❍ Usuários se conectam por meio de vários dispositivos IP
❒ Mecanismos para gerenciamento das sessões❍ Adicionar novas correntes de mídia❍ Mudar codec’s❍ Convidar outros participantes❍ Transferir chamadas
TFM 201
Métodos SIP
TFM 202
Estabelecendo chamada para um IP conhecido mensagem SIP de Alice indica seu número de porta e IP. Sugere que Bob use o codec PCM lei µ (sobre RTP)
mensagem 200 OK de Bob indica seu número de porta, IP e codec GSM(sobre RTP)
msg’s SIP podem ser enviadas sobre TCP ou UDP; exemplo usou UDP
Porta default SIP = 5060
time time
Bob'sterminal rings
Alice
167.180.112.24
Bob
193.64.210.89
port 5060
port 38060µ Law audio
GSMport 48753
INVITE bob@193.64.210.89c=IN IP4 167.180.112.24m=audio 38060 RTP/AVP 0port 5060
200 OKc=IN IP4 193.64.210.89
m=audio 48753 RTP/AVP 3
ACKport 5060
TFM 203
Mensagem SIP INVITE
INVITE sip:bob@domain.com SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP 167.180.112.24From: sip:alice@hereway.comTo: sip:bob@domain.com Call-ID: a2e3a@pigeon.hereway.comContent-Type: application/sdpContent-Length: 885
c=IN IP4 167.180.112.24m=audio 38060 RTP/AVP 0
Notas:❒ Similar à sintaxe do HTTP❒ Descrição usa o SDP ❒ Call-ID é único para cada chamada
• Alice não conhece IP atual de Bob; servidores SIP intermediários serão necessários
• Alice envia e recebe msg’s SIP usando a porta default 5060
• Linha “Via” contém o IP de Alice
TFM 204
SDP
❒ O SDP especifica apenas o formato para descrição das sessões
❒ Descrição é representada de forma textual utilizando a codificação UTF-8❍ H.323 usa representação binária, que economiza
largura de banda❒ Representação textual foi adotada para
facilitar a portabilidade, permitir uma variedade de formas de transporte e possibilitar que ferramentas baseadas em texto possam gerar/processar as descrições das sessões
TFM 205
Chamada para um IP desconhecido
TFM 206
Registro
Servidor de registro SIP❒ Quando Bob inicializa seu cliente SIP, o cliente
envia msg SIP REGISTER para o servidor de registro de Bob
REGISTER sip:domain.com SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP 193.64.210.89 From: sip:bob@domain.comTo: sip:bob@domain.comExpires: 3600
Mensagem de Registro:
TFM 207
Proxy SIP
❒ Alice envia msg INVITE para o seu servidor proxy❍ contém endereço sip:bob@domain.com
❒ Proxy é o responsável pelo roteamento das msg’s SIP para Bob
❍ Possivelmente através de múltiplos proxies.
❒ Resposta de Bob percorre o mesmo conjunto de proxies (só que no sentido inverso).
❒ Proxy retorna a msg SIP de resposta para Alice ❍ contém IP de Bob
❒ O proxy é análogo a um servidor DNS local
TFM 208
Recomendação H.323
❒ Padrão ITU-T para áudioconferência e vídeoconferência entre hosts IP
❒ H.323 é uma especificação guarda-chuva: ❍ sinalização❍ registro❍ controle de admissão❍ transporte❍ codec’s
❒ H.323 impõe o RTP; no mínimo, cada terminal tem de suportar o G.711
TFM 209
Arquitetura do H.323
❒ Terminais❒ Gateways❒ Gatekeepers❒ Unidades de
controle multiponto (MCUs)
terminal
Gateway
RPTC
REDE IP
Gatekeeper
MCU
Gatekeeper é semelhante a uma entidade registradora SIP
TFM 210
Media Gateway Controller (MGC)
Controlador de gateway de mídia (agente de chamadas)
❒ Motivações❍ Concentrar a inteligência associada à sinalização
no MGC -> implementação de terminais mais baratos
❍ Tornar os gateways de mídia menos suscetíveis a mudanças na lógica do serviço, uma vez que estas serão conduzidas primordialmente pelo MGC
• Questão correlata motivou a especificação do SS7
TFM 211
Media Gateway Control Protocol (MGCP)❒ Protocolo mestre/escravo
❍ Gateways executam comandos enviados pelo MGC
❒ MGCs podem usar o MGCP para requisitar a geração de sinais em um gateway de mídia
❍ tom de discar, tom de ocupado, etc.
❒ Surgiu a partir da união dos protocolos SGCP (Single Gateway Control Protocol), desenvolvido pela Telcordia, e o IPDC (IP Device Control), desenvolvido pela 3Com, Alcatel e Cisco, dentre outras empresas.
❒ IETF não o considera como padrão❍ Padrão IETF é o Megaco/H.248
TFM 212
Interoperabilidade de redes de vozterminal
MGCMGC
Gateway de mídia
SIP/H.323SIP/H.323
SIP/H.323
mídia mídia
Protocolo de controle de gateway de
mídia REDE DE PACOTES
RPTC
mídia
TFM 213
MEGACO/H.248
❒ ITU-T e IETF têm trabalhado em conjunto na especificação de um protocolo padrão de controle de gateways de mídia
❒ Resultado mais recente é o Gateway Control Protocol, mais conhecido pelas siglas MEGACO (nome do grupo de trabalho no IETF) e H.248 (referenciando a série de recomendações do ITU-T)
❒ Surgiu a partir da união do MGCP com o MDCP (Media Device Control Protocol), desenvolvido pela Lucent
TFM 214
Signaling Transport (SIGTRAN)
❒ É um novo conjunto de padrões definido pelo IETF. O objetivo do SIGTRAN é prover o transporte confiável de protocolos de sinalização sobre redes IP
❒ SS7 over IP❒ Stream Control Transport Protocol
❍ TCP é inadequado para aplicações em tempo real❍ TCP é susceptível a ataques DoS
TFM 215
Modelo SIGTRAN
TFM 216
Interoperabilidade
❒ SIP é “O” sistema de telefonia IP❍ Mas é necessário interoperar com a RPTC e com
os sistemas baseados no H.323
❒ Gateway SIP x RPTC❍ Conversão de mídia ❍ Interoperação entre protocolos de sinalização
• SS7/ISUP
❒ Gateway SIP x H.323