Sistemas e Redes de Telecomunicações Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e e de...

Sistemas e Redes de

Telecomunicações

Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e

e de Computadores

© João Pires Sistemas e Redes de Telecomunicações (05/06) 2

Capítulo 1

Introdução às redes de telecomunicações


Aspectos da Evolução das Telecomunicações

1876 - Invenção do telefone (Alexander Graham Bell)1891 - Primeira central de comutação automática (Strowger)1936 - Invenção do PCM (Alec Reeves)1964 - Concepção da comutação por pacotes (Paul Baran)1965 - Primeiro satélite geo-estacionário (Intelsat1, 240 circuitos)1965 - Transmissão a 2 Mbit/s no Reino Unido (30 circuitos)1966 - Proposta de usar as fibras ópticas em telecomunicações (Kao)1968 - Primeira central de comutação digital (tecnologia TTL) 1969 - ARPANET (1ª rede de pacotes)1980 - Início da normalização do GSM1985 - Proposta da SONET (Belcore) 1988 - Primeiro cabo transatlântico digital em fibras ópticas (4 000 circuitos)1990 – Digitalização das redes a nível mundial usando como suporte a SDH1995 – Mais de 800 milhões de telefones em todo o mundo

1996 - Cabo submarino óptico TAT12/13 (122 880 circuitos)2000 - Sistemas de transmissão óptica com 160x10 Gbit/s( 107 circuitos)


Evolução de diferentes serviços (Mundial)

• A evolução do número de utilizadores dos diferentes serviços de telecomunicações a nível mundial mostra um crescimento pouco expressivo para a telefonia fixa e um crescimento muito acentuado para a telefonia móvel e para a Internet.

Fonte: Maurizio Dècina, ECOC 2003


Evolução do tráfego Internet total nos USA

• As análises de tráfego nos Estados Unidos mostram que o tráfego Internet passou a ser dominante a partir do ano 2000, com um crescimento que duplica todos os anos.

Fonte: Maurizio Dècina, ECOC 2003

Cresce 35% ao ano


Evolução do Tráfego Total

• O tráfego telefónico de voz tem um crescimento entre 10 a 15% ao ano.

• O tráfego de dados (Internet) tem um crescimento superior a 100% ao ano.

• Actualmente o tráfego de dados é dominante nas redes dorsais. Dados (Internet)

Telefónico (voz)

1990 2010

Tráfego

Actualmente o planeamento das infraestruturas de telecomunicações deve ser determinado pelo tráfego de

dados


Evolução dos débitos no acesso de cobre

Fonte: João Santos e Orlando Quadros, TFC, 2006


Definição e Ramos

• Transmissão: Transporte fiável da informação à distância.

• Comutação: Encaminhamento da informação (pôr em contacto dois utilizadores quaisquer, de acordo com as suas ordens).

• Controlo e gestão: Responsável pela dinâmica (controlo) e pela fiabilidade (gestão) das redes. A função de controlo é implementada através da sinalização.

As redes de telecomunicações compreendem o conjunto dos meios técnicos (de natureza electromagnética) necessários para transportar e encaminhar tão fielmente quanto possível a informação à distância.

Ramos das telecomunicações


Critérios de qualidade

As redes de telecomunicações devem garantir que a informação nas suas diversas formas (voz, música, vídeo, texto, etc.) é transmitida sem perdas e alterações.

As redes de telecomunicações públicas devem assegurar um serviço permanente e sem falhas (menos de duas horas de indisponibilidade em 40 anos).

Fidelidade

Fiabilidade


Normalização em Telecomunicações

• O carácter internacional das telecomunicações implica normalização em aspectos tais como:

aspectos técnicos (qualidade de serviço, interfaces, etc.);

planificação geral da rede (estrutura da rede, números telefónicos internacionais,etc.);

problemas de exploração e gestão (preços das chamadas internacionais, análise de tráfego, etc.).

• No plano das redes nacionais a normalização também é importante de modo a:

garantir a compatibilidade dos sistemas de diferentes fabricantes;

assegurar uma qualidade de serviço mínima a todos os utilizadores;

respeitar as convenções internacionais.


Principais organismos de normalização

• International Telecommunication Union (ITU) Agência da ONU responsável por todos os sectores das

telecomunicações. Os seus principais órgãos são:

ITU Telecommunications Sector (ITU-T)Estudo de questões técnicas, métodos de operação e tarifas para as redes de transporte, redes telefónicas e de dados.

ITU Radiocommunications Sector (ITU-R)Estudo de questões técnicas e operacionais relacionadas

com rádio-comunicações, incluindo ligações ponto-a-ponto, serviços móveis e de radiodifusão e ligações via satélite.

• European Telecommunications Standardas Institute (ETSI)Criado em 1988 para desenvolver as normas necessárias para uma rede de telecomunicações pan-europeia. Teve um papel importante no desenvolvimento da norma GSM.


Tipos básicos de equipamento

• O equipamento básico pode-se dividir em vias de transmissão e elementos (dispositivos) de rede. Os elementos de rede incluem equipamento terminal, equipamento de comutação, sistemas de sinalização e gestão e servidores.

• Vias de transmissão: suporte de transmissão (cabos de pares simétricos, cabo coaxial, fibra óptica, feixes hertzianos,etc.) + repetidores (amplificadores, regeneradores).

• Equipamento terminal: interface com a rede (telefone, computador, PPCA, etc.).

• Equipamento de comutação: comutadores digitais nas redes telefónicas (comutação de circuitos), routers (comutação de pacotes) nas redes de dados.

• Sistemas de sinalização e gestão: responsáveis por processarem a informação de sinalização e gestão.

• Servidores: Dispositivos com capacidade para armazenar informação (servidores de WWW e cabeças de rede nas redes CATV,etc.).


Topologias

Representação de uma rede por um grafo

• A estratégia de interligação entre os nós define a topologia da rede, ou mais especificamente a topologia física. O modo como a informação flui define a topologia lógica.

v1v2

v3

v4

v5

e1

e2

e3e4

e5 e6

e7

1 2

3

4

5

Topologia física Topologia lógica

Fluxo de informação Grafo da

rede


Tipos de topologias

• O tipo de topologia condiciona a estratégia de desenvolvimento e o tipo de serviços que a rede pode oferecer.

Topologias com meio não partilhado

Topologias com meio partilhado

Anel Malha

Árvore

Anel

Barramento (Bus)

A

B

C

D

E


Planos de Rede

• Numa rede de telecomunicações podem-se individualizar três panos: Plano de utilizador, plano de controlo e plano de gestão.

• Plano de utilizador: responsável por transferir a informação do utilizador através da rede. Assegura o suporte físico.

• Plano de controlo: responsável pelo processo de sinalização associado ao estabelecimento, supervisão e terminação de ligações. Um exemplo de um plano de controlo é o sistema de sinalização nº 7.

• Plano de gestão: Funções a nível de detecção e correcção de falhas (gestão de falhas), configuração dos elementos de rede (gestão de configuração), monitorização de desempenho (gestão de desempenho), autorização de acesso (gestão de segurança).


Estratificação em camadas

• Uma rede de telecomunicações pode-se dividir em camada de rede de transporte e camada de rede de serviço. A camada de rede de serviços funciona como cliente da camada de rede de transporte.

• A camada de rede de transporte porpociona caminhos (capacidade de transporte) à camada de serviços. Uma ligação a 34 Mb/s por segundo é um exemplo de uma caminho eléctrico e um comprimento de onda suportando um canal a 10 Gb/s é um exemplo de um caminho óptico.

• As camadas de serviço são de diferentes tipos (rede telefónica, redes de dados, rede celulares, redes de cabo, circuitos alugados.

Rede de Transporte

Rede telefónica

Rede de dados

Rede celular

Circuitos alugados

Rede de cabo


Rede de Transporte

• A rede de transporte é uma plataforma tecnológica que assegura uma transferência transparente e fiável da informação à distância, permitindo suportar difererentes serviços.

• A rede de transporte garante diferentes funcionalidades, como sejam, transmissão, multiplexagem, encaminhamento, protecção, supervisão e aprovisionamento de capacidade.

• A rede de tranporte é constituída por diferentes elementos de rede ligados entre si segundo uma certa topologia física (anel ou malha) e interagindo directamente com o plano de gestão.


Exemplificação do papel do transporte

• A rede de transporte neste exemplo é representada pelo plano inferior e é constituída por multiplexadores ADM interligados por fibras ópticas.

• A camada de rede de serviços é representada por centrais de comutação telefónica (CC).

ADM

CC

Camada de rede de Transporte

Camada de rede de serviço

CC

CC

CC

ADM

ADM

ADM ADM

A

B

C

D E

a b

c

d

Tecnologias de rede para o transporte:

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) , WDM, (Wavelength

Division Multiplexing), OTN (Optical

Transport Network)


Hierarquização da rede

• Uma rede de telecomunicações de dimensão nacional é representada por uma estrutura hierárquica com três níveis: núcleo, metro e acesso.

• A estrutura hierárquica é comum à rede de transporte e de serviços.

Núcleo100s-1000s kmMalha

Metro10-100 kmAnel

Acesso<10 kmAnel, estrela, etc

Utilizadores

Na rede de núcleo e na rede metropolitana a topologia física é normalmente imposta

pela camada de transporte.

A rede de acesso usa uma grande variedade de tecnologias e topologias, e é

responsável por uma fracção muito importante do investimento feito numa rede.

Tecnologias de transmissão no acesso: pares de cobre, cabo coaxial, fibra óptica,

soluções rádio (FWA).


Rede Telefónica Pública Comutada

• A topologia em estrela é a solução mais simples

CC

Central de comutação tefefónia

Telefone

A topologia mais simples para uma rede telefónica é a topologia em estrela, ligando

uma central de comutação telefónica ao equipamento terminal do utilizador.

Número de centrais de comutação

C

us

to

custo da linha

custo total

nº óptimode centrais

custo da comutação

Quando a dimensão da rede aumenta, torna-se mais económico dividir essa rede em sub-

redes de pequenas dimensões, cada uma servida pela sua própria central de

comutação telefónica.

Para interligar todas as centrais entre si, a solução mais económica é usar uma central

de nível superior: central tandem.

Estrutura hierárquica


Estrutura hierárquica

• Uma rede telefónica pública comutada apresenta uma estrutura hierárquica e uma topologia em árvore não pura, porque à medida que se sobe na hierarquia aumenta o número de ligações directas entre centrais do mesmo nível.

Rede de núcleo ou de troncas

Rede internacional

Central internacional

Centros de trânsitosecundário

Centros de trânsitoprimários

Centrais locais

CentralTandem

Rede de acesso ou local

Rede de junção

Linha de assinante

A linha de assinante é constituída por pares de cobre, por isso esta rede é muitas vezes designada por rede de cobre

Tra

nsm

iss

ão

a 2

fio

s


Rede Digital Integrada

• Uma rede digital integrada (RDI) é uma rede telefónica pública em que a comutação é digital e a transmissão no núcleo e nas junções também é feita usando transmissão digital.

• A qualidade do sinal na RDI devido à regeneração é independente do número de troços e centrais presentes na ligação.

CR

CLRDI

Central analógica

Equipamentode rede. Conversão A/D

CL

CT

CR

CT

CT CL

CT

CLCL CL Central de trânsito digital

Central local digital

Concentrador digital

Telefone analógico

Transmissão digital

Transmissão analógica

Acesso analógico

Passo seguinte: Proporcionar transmissão digital até ao utilizador (RDIS)


Rede Digital com Integração de Serviços

• A característica fundamental da RDIS é a digitalização do lacete de assinante.

• O RDIS oferece acesso básico e acesso primário.

Acesso básico

2x64 Kbits – canais B para comunicação

1x16 kbit/s – canal D para sinalização

Interface U a 2 fios a 160 kbit/s

Acesso primário

30x64 Kbits – canais B para comunicação

1x64 kbit/s – canal D para sinalização

Interface U a 4 fios a 2 Mbit/s

NT1

NT1

TA

Telefone analógico Telefone digital

PPCA

Interface U

Interface U

Acesso básico

Acesso prima´rio

Interface SInterface T Central de

comutação

Para manter compatibilidade com os telefones analógicos

usa-se um adaptador TA


Redes híbridas fibra-coaxial

• As redes de distribuição de televisão por cabo CATV ( CAble TV) (rede de cabo) usam uma infraestrura de fibra óptica, para servirem células de 200 a 1000 utilizadores, seguida de uma rede em cabo coaxial.

• O servidor situado na cabeça da rede distribui para os utilizadores os diferentes sinais de televisão usando multiplexagem por divisão na frequência (FDM).

Cabeça de Rede

Repartidorcoaxial

Amplificador de troncacom repartição

Utilizador

Amplificador de linha

Nó de acesso óptico Cabo coaxial

Fibra ÓpticaUtilizador

A rede coaxial apresenta uma topologia em

árvore

Para o fornecimento de serviços interactivos, é necessário usar amplificadores bidireccionais e

um protocolo da acesso múltiplo para evitar colisões entre os sinais de retorno enviados

pelos diferentes utilizadores


Rede deTransporteSecundária

Rede de transporte da rede híbrida

• A ligação entre a cabeça da rede e o nó de acesso óptico é realizado pela componente de transporte. Na rede de transporte representada a rede de transporte tem dois níveis.

• A rede de transporte primária usa a informação digitalizada.

Cabeça de Rede

Cabeça de Rede

Nó deAcesso

Nó deAcesso

Nó de Acesso

Nó de Acesso

Par de fibras ópticas

Rede deTransportePrimária

Fibra óptica

Rede CoaxialNó de acesso

óptico

No rede de transporte primária a informação é digitalizada (PCM). No nó de acesso a informação é convertida para o domínio analógico (RF) e em

seguida para o domínio óptico.

No nó de acesso acesso o sinal óptico é convertido para um sinal de radiofrequência

(RF) e injectado na rede coaxial


Espectro de radio-frequência

• O canais de televisão (serviço distributivo) fazem uso da banda directa situada entre 111 e 750 MHz. A parte entre os 550 e 750 MHz é usada para televisão digital e ligação interactiva descendente.

• O via de retorno é usada para as ligações interactivas ascendentes.

• Note que os sinais transmitidos são sinais de radiofrequência FDM, logo analógicos.

5 65 88 108 111 550 750 1000 f (MHz)

Via deRetorno

Canais FM

Canais de TV analógicos

Canais digitais

Upgrade futuro

Fibra Óptica ff1

fN

fN

Receptor Óptico

f

Filtro Passa Baixo

Desmodulador (Televisor)

Oscilador local sintonizável

Sinal de radiofrequência


Redes do Século XXI

• As palavras chave vão ser banda larga e convergência.

• A banda larga irá exigir a aproximação da fibra óptica ao utilizador.

• A convergência irá reduzir o número de tecnologias de rede usadas tanto na camada de serviço, como na camada de transporte.

Camada de rede de Transporte

OTN

IP/MPLS

Camada de rede de serviço Plataforma de acessomultiserviço

Utilizador

ONU

Fibra

Fibra

Cobre

CobreRede BT 21st

Century Network

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