TUTORIAIS
DE
REDES DE ALTA
VELOCIDADE
E DE
REDES WIRELESS
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
ADSL
ADSL: O que é
DSL
Digital Subscriber Line (DSL) é uma família de tecnologias desenvolvida para prover serviços de dados de alta velocidade utilizando
pares de fios de cobre.
Procura aproveitar a planta externa existente das companhias telefônicas para resolver o problema do acesso (última milha),
possibilitando a prestação de serviços de dados com baixo custo de implantação.
ADSL
O ADSL (Asymetric DSL) é a forma mais conhecida sendo utilizada predominantemente para acesso banda larga via Internet.
No ADSL os dados são transmitidos de forma assimétrica. A taxa de transmissão na direção do assinante é maior (até 8 Mbit/s) do
que no sentido contrário (até 640 kbit/s). Esta assimetria corresponde ao encontrado em serviços de banda larga como a Internet.
Com o ADSL o mesmo par de fios de cobre pode ser utilizado simultaneamente como linha telefônica e como acesso banda larga a
Internet descongestionando as centrais telefônicas e a linha do assinante.
ADSL: Rede Típica
Uma rede ADSL apresenta os seguintes componentes.
Modem ADSL
Na residência ou escritório do usuário é instalado um modem ADSL para conexão com um PC. O modem é geralmente conectado a
uma placa de rede no micro. Este micro pode servir de servidor para uma pequena rede local.
Divisores de potência
Divisores de potência e filtros colocados na residência do usuário e na Estação telefônica permitem a separação do sinal de voz da
chamada telefônica do tráfego de dados via ADSL.
DSLAM
Na estação telefônica cada par telefônico é conectado a um mutiplexador de acesso DSL (DSLAM). A função do DSLAM é concentrar o
tráfego de dados das várias linhas com modem DSL e conectá-lo com a rede de dados.
A conexão através de circuitos ATM é a mais utilizada em redes ADSL. Existem equipamentos DSLAM que assumiram o papel de nó de
acesso incorporando sistemas de comutação ATM.
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Rede de dados
A rede de dados a que se conecta o DSLAM poderá ser a rede do provedor de conexão a Internet ou qualquer outro tipo de rede de
dados.
ADSL: Como transmitir com altas taxas de dados
As redes telefônicas foram utilizadas durante anos para voz. A taxa máxima de transmissão de dados era de 56 kbit/s.
Como o ADSL conseguiu mudar esta situação?
Aumentando a frequência de transmissão
No ADSL a faixa de freqüências de transmissão no pares de cobre é dividida em três canais:
•
•
•
Serviço telefônico convencional de Voz (0-4 kHz)
Dados originados no cliente e transmitidos para a rede
Dados originado na rede e transmitidos para o cliente.
É possível desta forma a operação simultânea dos serviços de voz e ADSL e o aumento da taxa de dados pela utilização de freqüências
mais altas.
Lidando com a Interferência
O aumento da taxas de dados implica na elevação da potência do sinal o que aumenta a interferência cruzada (diafonia) entre os
vários pares de fios de cobre utilizados em sistemas ADSL.
Os problemas de interferência ocorrem com maior gravidade no lado da rede quando da recepção dos sinais provenientes do cliente
pelo DSLAM. É na Estação telefônica que se agrupam vários pares de fios criando um ambiente propício para interferência cruzada
quando da recepção destes sinais que utilizam a mesma faixa de freqüências.
Como o problema de interferência é assimétrico é possível transmitir sinais com taxas de dados mais altas no sentido da rede para o
cliente do que no sentido oposto. O ADSL tira partido desta situação.
Compensando a Atenuação
A taxa máxima de transmissão de dados do ADSL depende da atenuação no par de fios que está sendo utilizado.
A atenuação aumenta com os seguintes fatores:
•
•
•
•
Maior comprimento dos fios de cobre.
Menor diâmetro do fio
Existência de derivações na rede
Maior frequência de transmissão.
Técnicas avançadas de modulação foram desenvolvidas de forma a minimizar o efeito da atenuação em sistemas ADSL. As principais
são Carrierless amplitude/phase (CAP) e Discrete multitone (DMT).
Distâncias e taxas de dados típicas
•
•
4,8 km para 2 Mbit/s e 2,7 km para 8 Mbit/s no sentido da rede (DSLAM) para o cliente.
16 kbps a 640 kbps no sentido do assinante para a rede.
ADSL: xDSL
As várias tecnologias que compõe a família DSL, utilizadas para provimento de serviços de dados de alta velocidade utilizando pares
de fios de cobre são genericamente referenciadas como xDSL.
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Apesar de ser o mais utilizado para Internet o ADSL apresenta algumas características que não são adequadas para outras aplicações,
como assimetria, não suporta múltiplas transferências de dados e consome muita potência.
Apresenta-se a seguir outras tecnologias da família DSL.
Pares
de fio
Telefone
e dados
Transmissão
Taxa de dados
ADSL
Asymetric DSL
1
Sim
Assimétrica
1,5-8 Mbit/s
64-640 kbit/s
Mais popular. Utilizado para acesso a
Internet.
RADSL
Rate-adaptive DSL
1
Sim
Assimétrica
1-7 Mbit/s
128k-1 Mbit/s
Variação do ADSL que permite o
ajuste da taxa de transmissão de
acordo com a necessidade do cliente
HDSL
High-bit-rate DSL
2
Não
Simétrica
2 Mbit/s
Uma das primeiras tecnologias DSLs a
ser usada amplamente. Utilizada para
o provimento de serviço de linhas
dedicadas de 2Mbit/s.
SDSL
Symetric DSL
1
Não
Simétrica
768 kbit/s
Implementação do HDSL utilizando 1
par de fios
G.shdsl
1
Não
Simétrica
até 2,3 Mbit/s
MSDSL
Multirate SDSL
1
Sim
Simétrica
n x 64 kbit/s até 2
mbit/s
IDSL
ISDN DSL
1
Não
Simétrica
até 144 kbit/s
Reach DSL
1
Sim
Simétrica
até 1 Mbit/s
Novo
padrão
que
performance do SDSL
melhora
a
Variação do SDSL que permite o
provimento de serviços TDM com
múltiplas taxas de dados.
Empregado em acessos ISDN
Projetado para suportar as condições
mais adversas da rede externa.
ADSL: Considerações finais
O ADSL faz parte da família de soluções xDSL que utilizam pares de cobre da rede telefônica para prover acesso local até o assinante.
As operadoras no Brasil vem a muito tempo utilizando o HDSL para provimento de serviços de linha dedicada de 2 Mbit/s. A qualidade
deste serviço depende em grande parte da seleção do par telefônico. O risco de queima de equipamento por incidência de raios é uma
das desvantagens desta tecnologia em regiões tropicais como grande parte do Brasil.
O ADSL está sendo utilizada pelas maioria das operadoras de serviço telefônico fixo comutado no Brasil para provimento de serviço
banda larga de acesso a Internet em que o usuário passa a dispor de uma conexão permanente. O Speedy da Telefonica, Turbo da
Brasil Telecom, Velox da Telemar e Turbonet da GVT são exemplos deste tipo de serviço.
A tecnologia DSL atingiu 26 Milhões de assinantes em todo o mundo em agosto de 2002 segundo dados do DSL Fórum.
Referências
ADSL Fórum
ANSI T1.423 e UIT G.992 são normas que padronizam o ADSL
ETHERNET ÓPTICA
Ethernet Óptica: O que é
•
•
•
Que tal se todas as corporações pudessem conectar os edifícios a milhares de quilômetros de distância tão facilmente como
apenas conectar dois andares do mesmo edifício?
Que tal se cada acesso a rede metropolitana fosse tão simples, rápido, e confiável quanto a uma rede local (LAN)?
Que tal se as redes metropolitanas (MANs) e as redes de longa distância (WANs), com suas múltiplas conversões de
protocolos e não interferências, distâncias físicas e centenas a milhares de Usuários fossem tão simples de controlar como
uma única LAN atual?
• Você pode imaginar as possibilidades?Não seria revolucionário?
A revolução é chamada Ethernet Óptica ou Optical Ethernet.
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Fundamentalmente, a Ethernet Óptica representa a combinação e a extensão de duas tecnologias existentes, Ethernet e Sistemas
Ópticos. Esta união pega o melhor de ambos, Ethernet e Sistemas Ópticos e amplia suas potencialidades para criar um novo
paradigma que fundamentalmente muda a maneira que os provedores de serviços e as corporações planejam, controlam, e operam
suas redes. É uma tecnologia que combina a onipresença, a flexibilidade e a simplicidade do Ethernet com a confiabilidade e a
velocidade dos Sistemas Ópticos. Os atributos resultantes da Ethernet Óptica (simplicidade, velocidade, e confiabilidade) removem o
estrangulamento da largura de faixa entre a LAN, a MAN e a WAN.
A Ethernet Óptica fornece também versatilidade à rede, o que vai de encontro com as amplas necessidades dos Clientes. A Ethernet
Óptica pode ser implementada em redes privativas ou públicas; pode ser configurada em topologias ponto-a-ponto, malha, ou anel; e
pode ser utilizada para aplicações LAN, MAN e WAN. Se oferecida como um serviço gerenciado por um provedor de serviços ou
operada como uma rede privativa pela corporação, a Ethernet Óptica transforma a rede corporativa em uma vantagem competitiva
importante como apresentado na figura acima.
O que é Ethernet Óptica
Ethernet é o nome dado para o padrão 802.3 do IEEE utilizado em Redes Locais (LAN) que emprega o método de acesso
compartilhado aos meios de transmissão tipo CSMA/CD. A relação entre este padrão e as Camadas OSI é apresentada na figura a
seguir.
Relação entre IEEE 802 e Modelo OSI da ISO
Camada OSI
7
Aplicação
6
Apresentação
5
Sessão
4
Transporte
3
Rede
Camadas IEEE 802
Controle do Enlace Lógico
(Logical Link Control - LLC)
2
Enlace de dados
Controle de Acesso ao Meio (MAC)
1
Física
Física
O IEEE 802.3 abrange diversos tipos de meios e técnicas para uma variedade de taxas de sinais. As famílias de sistemas suportados
são a Ethernet (10 Mbit/s), Fast Ethernet (100 Mbit/s) e Gigabit Ethernet (1 Gbit/s).
Ethernet Óptica é o nome dado ao padrão IEEE 802.3ae que suporta a extensão do IEEE 802.3 para taxas de até 10 Gbit/s em redes
locais, metropolitanas e de longas distâncias (LANs, MANs, WANs), empregando o método de acesso compartilhado aos meios de
transmissão tipo CSMA/CD e o protocolo e o formato de quadro 802.3 do IEEE (Ethernet) para a transmissão de dados.
Ethernet Óptica:Ethernet e Sistemas Ópticos atuais
A Ethernet atual veio de um longo caminho desde que foi primeiramente implementada nos anos 1970s, onde a Ethernet funcionou
originalmente sobre um cabo coaxial espesso e forneceu aos usuários uma conexão compartilhada da largura de faixa de 10 Mbit/s.
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A Ethernet logo progrediu e passou a funcionar sobre um par trançado metálico oferecendo conexões dedicadas de 10 Mbit/s usando
comutação. Hoje, a Ethernet comutada permite conexões dedicadas de 100 Mbit/s ao computador com troncos de 1 Gbit/s e, dentro
de alguns anos, os peritos da indústria predizem 1 Gbit/s ao computador com troncos de 10 Gbit/s.
Em aproximadamente trinta anos de existência, a Ethernet tornou-se onipresente; uma tecnologia plug and play amplamente
padronizada, que é usada em mais de noventa por cento das redes locais (LANs) corporativas que utilizamos. A Ethernet alcançou
este nível de aceitação porque é simples de usar, barata, e provou seu valor.
Tecnologia de Redes
Ano 2000
Ethernet Total (10 Mbit/s, Fast E, Gigabit E)
91%
Wireless LAN
6%
Token Ring
3%
ATM
<1%
Fonte: IDC, Julho 2001
Similarmente, as Tecnologias Ópticas vieram tão rápido quanto a Ethernet e indiscutivelmente em um período de tempo mais curto.
As velocidades das transmissões ópticas cresceram das dezenas de megabits-por-segundos (Mbit/s) para 40 gigabits-por-segundos
(Gbit/s) e os fabricantes de equipamentos ópticos demonstraram recentemente a habilidade de transmitir 6,4 terabits-por-segundos
(Tbit/s) sobre um par de fibras ópticas, usando a multiplexação por divisão de comprimento de onda densa (DWDM).
A capacidade tremenda dos Sistemas Ópticos tanto como os avanços em toda a óptica, ou fotônica; os avanços nas redes ópticas que
eliminam a necessidade de regeneração elétrica; fixaram os Sistemas Ópticos como a tecnologia de transporte predominante.
Ethernet Óptica: Mais do que a soma de suas partes
A Ethernet Óptica, entretanto, é mais do que apenas a Ethernet mais os Sistemas Ópticos. Os participantes dos padrões da indústria
assim como os fabricantes têm desenvolvido soluções de Ethernet Óptica específicas que são mais do que meramente transportar
Ethernet sobre Sistemas Ópticos. Em conseqüência, a Ethernet Óptica redefine o desempenho e a economia de ambos, o provedor de
serviços e as redes corporativas em diversas maneiras.
Atributo Chave
de Rede
Redes Atuais
Ethernet Óptica
Complexidade
Maior, múltiplos protocolos da LAN para WAN
Menor, Ethernet da LAN para WAN
Largura de faixa de acesso
Fracionada E1s E3s E4s
Dias para provisionar
Até 10 Gbit/s, 2 Mbit/s a qualquer instante
Horas para provisionar
Desempenho
Maior latência
Maior jitter
Desempenho fim-a-fim da LAN
Pessoal Técnico
Especialistas de rede para cada protocolo
Generalistas de rede
Primeiro, a Ethernet Óptica simplifica a rede. Como uma tecnologia sem conexão de camada 2, a Ethernet Óptica remove as
complexidades de endereçamento da rede e outros problemas de complexidade da rede, tais como os existentes com as redes
baseadas em Frame Relay (FR) e em Asynchronous Transfer Mode (ATM) .
Também, a Ethernet Óptica remove a necessidade de múltiplas conversões de protocolos que criam grandes dores de cabeça aos
operadores da rede com respeito à gerência - porque é Ethernet fim-a-fim. As múltiplas conversões de protocolos também impedem o
bom desempenho da rede introduzindo a latência e o jitter na rede. A latência e o jitter são dois atributos importantes que descrevem
o prognóstico e o atraso em uma rede e determinam quais serviços e aplicações podem ser oferecidas eficazmente.
A simplicidade da rede Ethernet Óptica também se estende para o provisionamento e a reconfiguração da rede. Não mais por muito
tempo os negócios têm que esperar dias por nE1s adicionais ou gastar tempo reconfigurando a rede cada vez que uma mudança seja
feita. A largura de faixa da Ethernet Óptica pode ser aumentada ou diminuída sem um atendimento técnico e permite mudanças da
rede sem reconfigurar cada elemento da rede.
Além da simplicidade, a velocidade é um atributo chave da Ethernet Óptica. Com a Ethernet Óptica o estrangulamento da largura de
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
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faixa é eliminado. A conectividade da Ethernet Óptica permite velocidades de acesso de até 10 Gbit/s (gigabits-por-segundo), ordem
de grandeza bem superior que os nE3s atuais. A largura de faixa também está disponível em fatias mais granulares. Não mais por
muito tempo os funcionários das equipes da Tecnologia de Informação (TI) serão forçados a saltar de um E1 a um E3 (2 Mbit/s a 34
Mbit/s) quando tudo que necessitam realmente é um outro E1 de largura de faixa. Os enlaces de acesso Optical Ethernet podem ser
aumentados/diminuídos em incrementos/decrementos de 2 Mbit/s para fornecer a largura de faixa de 2 Mbit/s até 10 Gbit/s ou
qualquer valor intermediário.
Além disso, as topologias da Ethernet Óptica permitem uma maior confiabilidade do que as redes de acesso atuais podem fornecer.
Por exemplo, os seguintes tipos de soluções de Ethernet Óptica: Ethernet sobre SDH (Synchronous Digital Hierarchy), Ethernet sobre
DWDM (Dense Wave Division Multiplex) e Ethernet sobre RPR (Resilient Packet Ring) fornecem a recuperação do tráfego em menos de
50 mili-segundos no evento de uma falha catastrófica, tal como uma interrupção do enlace óptico. Esta disponibilidade elevada
garante um tempo superior nas redes que fornecem aplicações de missão crítica.
Finalmente, a Ethernet Óptica é significativamente mais barata do que as redes atuais. As economias de custos podem ser vistas em
ambos, as economias de custos operacionais e investimentos. O instituto Merrill Lynch, de fato, estima economias de custos de
aproximadamente 4:1 para o Gigabit Ethernet contra o ATM (Asynchronous Transfer Mode). Um exemplo simples das economias da
infraestrutura vem do fato que as placas de interface Ethernet custam uma fração das placas de interface ATM.
Ethernet Óptica: Aplicações
As soluções que utilizam a Ethernet Óptica fornecem e permitem um número extraordinário de novos serviços e aplicações. Estes
serviços geralmente são classificados em duas categorias: serviços tipo conectividade Ethernet e serviços viáveis.
Os serviços tipo conectividade Ethernet incluem serviços básicos de Ethernet tais como serviços de linha privativa e acesso Ethernet,
agregação e transporte Ethernet, e extensão de LAN.
Adicionalmente, a Ethernet Óptica possibilita uma segunda categoria de serviços e aplicações geralmente chamados serviços "viáveis".
Os exemplos destes serviços e aplicações incluem serviços gerenciados (hospedagem de aplicações, desastre/recuperação e soluções
de armazenamento) e aplicações específicas da indústria (gerência da cadeia de suprimento, gerência do relacionamento com o
Cliente, baseadas em transações e aplicações de comércio eletrônico).
Estes serviços "viáveis" podem incluir qualquer aplicação ou serviço que requer um alto nível de desempenho da rede. Por exemplo,
voz sobre IP é uma aplicação idealmente apropriada para o Optical Ethernet pois requer baixos níveis de latência e jitter da rede. Os
serviços de armazenamento e desastre/recuperação são outros exemplos de serviços que requerem o desempenho da rede Optical
Ethernet. Estes serviços, ambos requerem o desempenho em “tempo-real” da rede fim-a-fim, a disponibilidade abundante da largura
de faixa, e os mais altos níveis de confiabilidade e segurança da rede.
Adotar a Ethernet Óptica nas suas redes permitirá as operadoras, aos provedores de serviços e as empresas escolherem uma
variedade de novos serviços especializados que podem ser rapidamente fornecidos, facilmente provisionados, e mantidos
remotamente pelas operadoras, pelos provedores de serviços ou pelas próprias empresas.
As vantagens provenientes dos novos serviços com a Ethernet Óptica são:
•
•
•
simplicidade (transparência fim-a-fim),
velocidade (2Mbit/s até 10Gbit/s), e
confiabilidade (proteções das redes ópticas).
Para as empresas, as possibilidades são emocionantes, e os riscos são minimizados. A Ethernet Óptica fornece a conectividade
necessária para permitir aplicações e serviços inovadores que ajudam a maximizar a lucratividade da empresa.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
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As empresas poderão implementar ou contratar uma nova série de serviços que incluem os seguintes exemplos:
•
•
Serviços de conectividade Ethernet: linha alugada Ethernet, Virtual Private Ethernet (VPE), acesso à Internet, acesso ao
Internet Data Center (IDC), etc.
Serviços viáveis: recuperação centralizada de desastre/armazenamento, outsourcing de rede, consolidação de aplicação, voz
sobre IP, etc.
Ethernet Óptica: Padronização
Ethernet 10 e 100 Mbit/s
A evolução da Ethernet do centro de pesquisas de Xerox em Palo Alto a 10 Mbit/s e então a 100 Mbit/s levou aproximadamente 20
anos para acontecer. Esta progressão lenta foi em parte devido às velocidades computacionais menores que não conseguiam atingir o
ritmo do primeiro padrão aprovado, a Ethernet a 10 Mbit/s. Isto colocou o estrangulamento da transmissão no computador e não na
rede.
Quando o IEEE concordou com a necessidade para 100 Mbit/s, o padrão oficial requereu somente 2,5 anos de desenvolvimento. Os
anos 1990s mostraram um crescimento incrível na velocidade da tecnologia do PC e, então com o advento do Fast Ethernet (100
Mbit/s), o estrangulamento da transmissão moveu-se da unidade central de processamento (CPU) para a rede.
Gigabit Ethernet
O Gigabit Ethernet (GE) foi mencionado inicialmente em novembro de 1995 e foi um padrão inteiramente ratificado em menos de três
anos mais tarde. Embora isto movesse o estrangulamento da transmissão para o computador, não demorou muito tempo para o PC
alcançá-lo, e outra vez, novamente o mercado viu a necessidade por redes mais rápidas. Este ritmo rápido de desenvolvimento e de
adoção para as tecnologias de computação e de rede pavimentaram o caminho para que os produtos 10 GE (pré-padrão) fossem
fabricados muito tempo antes que o padrão estivesse ratificado inteiramente em junho de 2002 .
10 Gigabit Ethernet ou Ethernet Óptica
Em junho de 1998, a força de trabalho do IEEE 802.3z finalizou e aprovou formalmente o padrão Gigabit Ethernet. Menos que um ano
mais tarde, em março de 1999, o grupo de estudo de mais alta velocidade (HSSG) realizou uma "chamada para discussão" para o 10
GE com 140 participantes, representando pelo menos 55 companhias. O grupo HSSG determinou que havia ampla necessidade para a
próxima velocidade mais alta da Ethernet baseada em um crescimento rápido da rede e do tráfego da Internet e em uma forte
pressão para soluções de 10 Gbit/s, tais como a agregação do GE, os canais da fibra óptica, os roteadores de terabit, e as interfaces
de próxima-geração (NGN I/O). Possivelmente, a razão mais convincente que o grupo HSSG recomendou ao IEEE, a adoção de um
padrão de 10 GE foi o seu desejo de evitar a proliferação de Usuários não padronizados, e conseqüentemente, provavelmente
soluções não interoperáveis.
Conseqüentemente, em janeiro de 2000, o Conselho de Padronização do IEEE aprovou um pedido de autorização de projeto para o 10
GE, e a força de trabalho do IEEE 802.3ae começou imediatamente o trabalho com o seguinte propósito: O compromisso para este
novo desenvolvimento aumentou consideravelmente, e então mais de 225 participantes, representando pelo menos 100 companhias,
foram envolvidos neste esforço técnico.
De fato, um progresso incrível foi feito com o draft inicial do padrão que foi liberado em setembro de 2000 e o draft 2.0 foi liberado
em novembro de 2000. Estes primeiros drafts representaram um marco significativo no processo de desenvolvimento, desde as
versões mais pesadamente debatidas, a camada física (PHY) e suas interfaces dependentes dos meios físicos (PMD), foram
concordadas e definidas. O processo de desenvolvimento do IEEE 802.3ae foi realizado com sucesso e alcançou seu objetivo de ser
um padrão ratificado em junho de 2002 .
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Ethernet Óptica: Considerações finais
A Ethernet Óptica fornece hoje o que poderia somente ser imaginado antes. Muda fundamentalmente a maneira que as redes estão
sendo projetadas, construídas, e operadas criando uma solução nova de interligação que estende os limites do ambiente LAN para
abranger a MAN e a WAN.
A Ethernet Óptica fornece um trajeto de transmissão transparente permitindo que os provedores de serviços aumentem seu
faturamento e diminuam os custos enquanto continuam a suportar os serviços legados.
A Ethernet Óptica permite que as corporações ganhem a vantagem competitiva de suas redes reduzindo seus custos, fornecendo
informação mais rápida, aumentando a produtividade dos empregados e melhorando a utilização dos recursos.
A revolução vinda da Ethernet Óptica será limitada somente por nossas imaginações, fornecendo em uma única solução, uma rede
mais rápida, simples, e confiável.
Referência
IEEE Std 802.3ae - 2002
Part3: Carrier Sense Multiple Acess with Collision Detection (CSMA/CD) Access method and physical layer Specifications
Amendment: media Access Control (MAC) Parameters, Physical Layers, and management parameters for 10 Gbit/s Operation
ATM
ATM: O que é
O ATM é uma tecnologia de comunicação de dados de alta velocidade usada para interligar redes locais, metropolitanas e de longa
distância para aplicações de dados, voz, áudio, e vídeo.
Basicamente a tecnologia ATM fornece um meio para enviar informações em modo assíncrono através de uma rede de dados,
dividindo essas informações em pacotes de tamanho fixo denominados células (cells). Cada célula carrega um endereço que é usado
pelos equipamentos da rede para determinar o seu destino.
A tecnologia ATM utiliza o processo de comutação de pacotes, que é adequado para o envio assíncrono de informações com diferentes
requisitos de tempo e funcionalidades, aproveitando-se de sua confiabilidade, eficiência no uso de banda e suporte a aplicações que
requerem classes de qualidade de serviço diferenciadas.
Histórico
No fim da década de 80 e início da década de 90, vários fatores combinados demandaram a transmissão de dados com velocidades
mais altas:
•
•
•
•
•
A evolução das redes transmissão para a tecnologia digital em meios elétricos, ópticos e rádio;
A descentralização das redes e o uso de aplicações cliente / servidor;
A migração das interfaces de texto para interfaces gráficas;
O aumento do tráfego do tipo rajada (bursty) nas aplicações de dados e o conseqüente aumento do uso de banda;
O aumento da capacidade de processamento dos equipamentos de usuário (PCs, estações de trabalho, terminais Unix, entre
outros);
• A demanda por protocolos mais confiáveis e com serviços mais abrangentes.
Nessa época consolidava-se o desenvolvimento das tecnologias ISDN e Frame Relay. Entretanto, a crescente necessidade de uso
banda e de classes de serviços diferenciadas, de acordo com o tipo de aplicação, levou ao desenvolvimento das tecnologias ATM e B- 9 de 170 -
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ISDN (Broadband-ISDN), com padrões e recomendações elaborados por órgão internacionais de Telecomunicações e suportados pela
indústria mundial.
Rede ATM
Uma rede ATM é composta por:
•
•
•
Equipamentos de usuários (PCs, estações de trabalho, servidores, computadores de grande porte, PABX, etc.) e suas
respectivas aplicações;
Equipamentos de acesso com interface ATM (roteadores de acesso, hubs, switches, bridges, etc.);
Equipamentos de rede (switches, roteadores de rede, equipamentos de transmissão com canais E1 / T1 ou de maior banda,
etc.).
A conversão dos dados para o protocolo ATM é feita pelos equipamentos de acesso. Os frames gerados são enviados aos
equipamentos de rede, cuja função é basicamente transportar esse frames até o seu destino, usando os procedimentos roteamento
próprios do protocolo.
A rede ATM é sempre representada por uma nuvem, já que ela não é uma simples conexão física entre 2 pontos distintos. A conexão
entre esses pontos é feita através de rotas ou canais virtuais (virtual path / channel) configurados com uma determinada banda. A
alocação de banda física na rede é feita célula a célula, quando da transmissão dos dados.
A figura a seguir apresenta uma rede ATM.
Vantagens e Restrições
A tecnologia ATM oferece vários benefícios, quando comparada com outras tecnologias:
•
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
Emprega a multiplexação estatística, que otimiza o uso de banda;
Faz o gerenciamento dinâmico de banda;
O custo de processamento das suas células de tamanho fixo é baixo;
Integra vários tipos diferentes de tráfego (dados, Voz e vídeo);
Garante a alocação de banda e recursos para cada serviço;
Possui alta disponibilidade para os serviços;
Suporta múltiplas classes de Qualidade de Serviço (QoS);
Atende a aplicações sensíveis ou não a atraso e perda de pacotes;
Aplica-se indistintamente a redes públicas e privadas;
Pode compor redes escaláveis, flexíveis e com procedimentos de recuperação automática de falhas;
Pode interoperar com outros protocolos e aplicações, tais como Frame Relay, TCP/IP, DSL, Gigabit Ethernet. tecnologia
wireless, SDH / SONET, entre outros.
Entretanto, sua utilização irrestrita tem encontrado alguns obstáculos:
•
•
Outras tecnologias, tais como Fast Ethernet, Gibabit Ethernet e TCP/IP, têm sido adotadas com grande freqüência em redes
de dados;
O uso de interfaces ATM diretamente aplicadas em PC’s, estações de trabalho e servidores de alto desempenho não tem sido
tão grande como se esperava a princípio.
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(abril/2005)
ATM: Características
A tecnologia ATM utiliza a multiplexação e comutação de pacotes para prover um serviço de transferência de dados orientado a
conexão, em modo assíncrono, para atender as necessidades de diversos tipos de aplicações de dados, voz, áudio e vídeo.
Diferentemente dos protocolos X.25 e Frame Relay, entre outros, o ATM utiliza um pacote de tamanho fixo denominado célula (cell).
Uma célula possui 53 bytes, sendo 48 para a informação útil e 5 para o cabeçalho. Cada célula ATM enviada para a rede contém uma
informação de endereçamento que estabelece uma conexão virtual entre origem e destino. Este procedimento permite ao protocolo
implementar as características de multiplexação estatística e de compartilhamento de portas.
Na tecnologia ATM as conexões de rede são de 2 tipos: UNI (User-Network Interface), que é a conexão entre equipamentos de acesso
ou de usuário e equipamentos de rede, e NNI (Network Node Interface), que é a conexão entre equipamentos de rede. No primeiro
caso, informações de tipo de serviço são relevantes para a forma como estes serão tratados pela rede, e referem-se a conexões entre
usuários finais. No segundo caso, o controle de tráfego é função única e exclusiva das conexões virtuais configuradas entre os
equipamentos de rede.
O protocolo ATM foi concebido através de uma estrutura em camadas, porém sem a pretensão de atender ao modelo OSI. A figura
abaixo apresenta sua estrutura e compara com o modelo OSI.
No modelo ATM todas as camadas possuem funcionalidades de controle e de usuário (serviços), conforme apresentado na figura. A
descrição de cada camada e apresentada a seguir:
•
•
Física: provê os meios para transmitir as células ATM. A sub-camada TC (Transmission Convergence) mapeia as células ATM
no formato dos frames da rede de transmissão (SDH, SONET, PDH, etc.). A sub-camada PM (Physical Medium) temporiza os
bits do frame de acordo com o relógio de transmissão.
ATM: é responsável pela construção, processamento e transmissão das células, e pelo processamento das conexões virtuais.
Esta camada também processa os diferentes tipos e classes de serviços e controla o tráfego da rede. Nos equipamentos de
rede esta camada trata todo o tráfego de entrada e saída, minimizando o processamento e aumentando a eficiência do
protocolo sem necessitar de outras camadas superiores.
•
AAL: é responsável pelo fornecimento de serviços para a camada de aplicação superior. A sub-camada CS (Convergence
Sublayer) converte e prepara a informação de usuário para o ATM, de acordo com o tipo de serviço, além de controlar as
conexões virtuais. A sub-camada SAR (Segmentation and Reassembly) fragmenta a informação para ser encapsulada na
célula ATM. A camada AAL implementa ainda os respectivos mecanismos de controle, sinalização e qualidade de serviço.
Os parágrafos a seguir descrevem as conexões virtuais, a célula ATM e os tipos de serviços.
Conexões Virtuais (Virtual Connections)
A tecnologia ATM é baseada no uso de conexões virtuais. O ATM implementa essas conexões virtuais usando 3 conceitos:
•
•
TP (Transmission Path): é a rota de transmissão física (por exemplo, circuitos das redes de transmissão SDH/SONET) entre 2
equipamentos da rede ATM.
VP (Virtual Path): é a rota virtual configurada entre 2 equipamentos adjacentes da rede ATM. O VP usa como infraestrutura os
TP’s. Um TP pode ter um ou mais VP’s. Cada VP tem um identificador VPI (Virtual Paths Identifier), que deve ser único para
um dado TP.
•
VC (Virtual Channel): é o canal virtual configurado também entre 2 equipamentos adjacentes da rede ATM. O VC usa como
infraestrutura o VP. Um VP pode ter um ou mais VC’s, Cada VC tem um identificador VCI (Virtual Channel Identifier), que
também deve ser único para um dado TP.
A figura a seguir ilustra esses conceitos.
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(abril/2005)
A partir desses conceitos, definem-se 2 tipos de conexões virtuais:
•
VPC (Virtual Paths Connection): é a conexão de rota virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário. Uma VPC
é uma coleção de VP’s configuradas para interligar origem e destino.
•
VCC (Virtual Channel Connection): é a conexão de canal virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário. Uma
VCC é uma coleção de VC’s configuradas para interligar origem e destino.
Essas conexões são sempre bidirecionais, embora a banda em cada direção possa ter taxas distintas ou até mesmo zero. Aos serem
configuradas, apenas os identificadores VPI/VCI nas conexões UNI da origem e do destino tem os mesmos valores. Nas conexões NNI
entre equipamentos os valores de VPI/VCI são definidos em função da disponibilidade de VP’s ou VC’s, conforme mostra a figura a
seguir.
O ATM é um protocolo orientado a conexão. A rede estabelece uma conexão através de um procedimento de sinalização, ou seja, um
pedido de estabelecimento de conexão é enviado pela origem até o destinatário através da rede. Se o destinatário concorda com a
conexão, um VCC/VPC é estabelecido na rede, definido o VPI/VCI da conexão entre as UNI de origem e de destino, e alocando os
recursos dos VP’s e/ou VC’s ao longo da rota.
Como o ATM usa a técnica de roteamento para enviar as células, ao configurar um VPC ou VCC, o sistema usa como parâmetros os
endereços ATM dos equipamentos de origem e destino, e o VPI/VCI adotado. Essas informações são então enviadas para as tabelas de
roteamento dos equipamentos de rede, que usam para encaminhar as células.
Em cada equipamento as células dos VPC’s são encaminhadas de acordo com o seu VPI, e as células dos VCC’s de acordo com a
combinação VPI/VCI.
A partir dessas conexões virtuais o ATM implementa todos os seus serviços. Em especial, o ATM implementa também os circuitos
virtuais (VC) mais comuns, quais sejam:
•
•
PVC (Permanent Virtual Circuit): esse circuito virtual é configurado pelo operador na rede através do sistema de Gerência de
Rede, como sendo uma conexão permanente entre 2 pontos. Seu encaminhamento através dos equipamentos da rede pode
ser alterado ao longo do tempo devido à falhas ou reconfigurações de rotas, porém as portas de cada extremidade são
mantidas fixas e de acordo com a configuração inicial.
SVC (Switched Virtual Circuit): esse circuito virtual disponibilizado na rede de forma automática, sem intervenção do
operador, como um circuito virtual sob demanda, para atender, entre outras, as aplicações de Voz que estabelecem novas
conexões a cada chamada. O estabelecimento de uma chamada é comparável ao uso normal de telefone, onde a aplicação
de usuário especifica um número de destinatário para completar a chamada, e o SVC é estabelecido entre as portas de
origem e destino.
Estrutura da Célula
A célula do protocolo ATM utiliza a estrutura simplificada com tamanho fixo de 53 bytes apresentada na figura a seguir.
O campo de Cabeçalho carrega as informações de controle do protocolo. Devido a sua importância, possui mecanismo de detecção e
correção de erros para preservar o seu conteúdo. Ele é composto por 5 bytes com as seguintes informações:
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•
•
•
•
(abril/2005)
VPI (Virtual Path Identifier), com 12 bits, representa o número da rota virtual até o destinatário da informação útil, e tem
significado local apenas para a porta de origem. Nas conexões UNI o VPI pode ainda ser dividido em 2 campos: o GFC
(Generic Flow Control), com 4 bits, que identifica o tipo de célula para a rede, e o VPI propriamente dito, com 8 bits.
VCI (Virtual Channel Identifier), com 16 bits, representa o número do canal virtual dentro de uma rota virtual específica.
Também se refere ao destinatário da informação útil e tem significado local apenas para a porta de origem.
PT (Payload Type), com 3 bits, identifica o tipo de informação que a célula contém: de usuário, de sinalização ou de
manutenção.
CLP (Cell Loss Priority), com 1 bit, indica a prioridade relativa da célula. Células de menor prioridade são descartadas antes
que as células de maior prioridade durante períodos de congestionamento.
• HEC (Header Error Check), com 8 bits, é usado para detectar e corrigir erros no cabeçalho.
O campo de Informação Útil, com 384 bits(48 bytes) carrega as informações de usuário ou de controle do protocolo. A informação útil
é mantida intacta ao longo de toda a rede, sem verificação ou correção de erros. A camada ATM do protocolo considera que essas
tarefas são executadas pelos protocolos das aplicações de usuário ou pelos processos de sinalização e gerenciamento do próprio
protocolo para garantir a integridade desses dados.
Quando é informação de usuário, o conteúdo desse campo é obtido a partir da fragmentação da informação original executada na
camada AAL de acordo com o serviço. O campo pode ainda servir de preenchimento nulo, nos casos de serviços da taxa constante de
bits.
Quando a informação é de controle do protocolo, o primeiro byte é usado como campo de controle e os demais bytes contem
informação de sinalização, configuração e gerenciamento da rede.
Classes de Serviços
O tratamento dos diversos tipos de serviços do ATM é feito na camada AAL. Para tanto foram definidos tipos de serviços, baseado na
qualidade de serviço esperada: CBR, VBR, ABR e UBR.
O serviço CBR (Constant Bit Rate) é aplicado a conexões que necessitam de banda fixa (estática) devido aos requisitos de tempo
bastante apertados entre a origem e o destino. Aplicações típicas deste serviço são: áudio interativo (telefonia), distribuição de áudio
e vídeo (televisão, pay-per-view, etc), áudio e vídeo on demand, e emulação de circuitos TDM.
O serviço VBR (Variable Bit Rate) pode ser de tempo real ou não. Na modalidade tempo real (rt-VBR), é aplicado a conexões que tem
requisitos apertados de tempo entre origem e destino, porém a taxa de bits pode variar. Aplicações típicas deste serviço são voz com
taxa variável de bits e vídeo comprimido (MPEG, por exemplo).
Na modalidade não tempo real (nrt-VBR), o VBR pode ser utilizado com ou sem conexão, a destina-se a conexões que, embora críticas
e com requisitos de tempo apertados, podem aceitar variações na taxa de bits. Aplicações típicas deste serviço são os sistemas de
reserva de aviação, home banking, emulação de LAN’s e interligação de redes com protocolos diversos (interação com redes Frame
Relay, etc.).
O serviço ABR (Available Bit Rate) é aplicado a conexões que transportam tráfego em rajadas que podem prescindir da garantia de
banda, variando a taxa de bits de acordo com a disponibilidade da rede ATM. Aplicações típicas deste serviço também são as
interligações entre redes (com protocolo TCP/IP, entre outros) e a emulação de LAN’s onde os equipamentos de interfaces têm
funcionalidades ATM.
O serviço UBR (Unspecified Bit Rate) é aplicado a conexões que transportam tráfego que não tem requisitos de tempo real e cujos
requisitos e atraso ou variação do atraso são mais flexíveis. Aplicações típicas deste serviço também são as interligações entre redes e
a emulação de LAN’s que executam a transferência de arquivos e emails.
ATM: Sinalização e Controle
A tecnologia ATM foi desenvolvida para ser um recurso abrangente de rede de dados, com serviços confiáveis e de qualidade
garantida, a partir de um único meio de acesso. Para implementar esses requisitos suas premissas foram a simplicidade do frame
(célula) e mecanismos de sinalização e controle de tráfego e congestionamento confiáveis.
Sinalização
Os mecanismos de sinalização do protocolo ATM são parte dos seus mecanismos de controle. As funções principais definidas são as
seguintes:
•
•
•
•
•
•
•
Estabelecimento e finalização de conexões ponto a ponto;
Seleção e alocação de VPI/VCI;
Solicitação de classe de qualidade de serviço;
Identificação de solicitante de conexão;
Gerenciamento básico de erros;
Notificação de informações na solicitação de conexões;
Especificação de parâmetros de tráfego.
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(abril/2005)
O ATM possui procedimentos de sinalização específicos para essas funções baseados no envio de mensagens a partir dos
equipamentos de acesso (ou de usuário) de origem para os equipamentos de destino, a fim de negociar ao longo da rede o
estabelecimento de conexões.
È basicamente uma evolução dos procedimentos de estabelecimento de chamadas dos sistemas de telefonia convencional aplicados às
redes de dados, com sinalizações indicando se a conexão pode ser efetuada ou não, se ela deve ou não ser terminada de forma
normal ou anormal e o estado da conexão. Sua duração pode ser variável, para uma conexão estabelecida sob demanda e de forma
automática, ou permanente, para uma conexão configurada pelo operador que deve estar sempre disponível.
A partir desse conjunto de funções podem ser estabelecidas as diversas funcionalidades dos serviços existentes no ATM. Entre elas
podemos citar:
•
•
•
•
Estabelecimento de conexões ponto-a-ponto;
Estabelecimento de conexões ponto-multiponto;
Estabelecimento de conexões multiponto-multiponto;
Estabelecimento de conexões multicast (um para muitos unidirecional).
Congestionamento
A capacidade de transporte da Rede ATM é limitada pela sua banda disponível. Conforme o tráfego a ser transportado aumenta, a
banda vai sendo alocada até o limiar onde não é possível receber o tráfego adicional. Quando atinge esse limiar, a rede é considerada
congestionada, embora ainda possa transportar todo o tráfego entrante.
Caso os equipamentos de usuário continuem a enviar tráfego adicional, a rede é levada ao estado de congestionamento severo, o que
provoca a perda de células por falta de banda. Nesse estado, os procedimentos de reenvio de pacotes perdidos dos equipamentos
usuários concorrem com o tráfego existente e a rede entra em acentuado processo de degradação.
O ATM possui os seguintes mecanismos de gerenciamento de congestionamento:
•
•
Alocação de Recursos: evita que ocorra o congestionamento fazendo o controle severo de alocação dos recursos de
armazenamento (buffers) dos equipamentos e de banda, e recusando as solicitações de novas conexões.
UPC (Usage Parameter Control): se o processo de controle do uso da rede indicar estado de descarte, os equipamentos
situados na periferia da rede não aceitam novo tráfego evitando o congestionamento.
•
CAC (Connection Admission Control): caso o parâmetro de admissão de novas conexões estiver selecionado para “cheio”, não
serão aceitas novas conexões onde não se possa garantir a qualidade de serviços com os recursos existentes.
Além disso, outros mecanismos para evitar o congestionamento estão inseridos no próprio protocolo ou nos processos de
gerenciamento do sistema, conforme descrito a seguir:
•
•
•
•
Aviso Explícito de Congestionamento: este mecanismo utiliza o bit EFCI (Explicit Foward Congestion Indication) do campo PT
do cabeçalho da célula, descrito anteriormente, para avisar os equipamentos de usuários e de rede sobre o estado da rede.
O equipamento que se encontra em estado de congestionamento ou na iminência de entrar nesse estado, ativa o bit. Desta
forma podem ser iniciados procedimentos de controle de fluxo para diminuir o tráfego até que este se normalize.
Alteração de Prioridade da Célula: caso o processo de verificação de uso da rede verificar a ocorrência de congestionamento,
este pode ativar o bit CLP do cabeçalho das células, forçando o seu descarte até a rede se normalize.
Controle de Estabelecimento de Conexões: o processo de admissão de novas conexões atinge o estado de sobrecarregado e
recusa as chamadas até que a rede se normalize.
Algoritmos de Controle de Fluxo: em alguns sistemas ATM são usados algoritmos de controle de fluxo, baseados em janelas
de tempo de resposta de envio de células, taxa de envio variável de células ou quantidade de células para envio, os quais
permitem ao sistema obter um feedback do estado de congestionamento de forma implícita e agir para normalizar o
problema.
ATM: Padrões e Recomendações
No período de 1984 a 1988 os órgãos internacionais de padronização ITU-T (Europa) e ANSI (EUA), entre outros, estabeleceram uma
série de recomendações com técnicas para transmissão, comutação e sinalização e controle para implementar redes inteligentes
baseadas em fibra óptica. Nesse período definiu-se o uso do protocolo ATM e das redes de transmissão SDH / SONET como base para
os serviços Broadband-ISDN (B-ISDN).
Em 1991 empresas do segmento industrial formaram o ATM Fórum, com o objetivo de promover a implementação e uso da tecnologia
ATM. Foram formados então comitês para abordar os aspectos técnicos, de mercado e de usuários finais.
Em 1996 o ATM Fórum publicou o Anchorage Accord, que contém o conjunto fundamental de especificações do ATM, assim como as
especificações para migração para redes ATM e implementação futura de novos serviços, totalizando mais de 60 recomendações. Esse
acordo tinha como objetivo proporcionar uma base sólida para fornecedores e usuário planejarem investimentos na nova tecnologia.
Desde então o padrão ATM tem sido consolidado, e outros órgãos internacionais têm interagido com o ATM Fórum para viabilizar
especificações bilaterais visando a interação dos protocolos ou serviços. Como exemplo podem ser citados: o FR Fórum, para viabilizar
a interação do Frame Relay com o ATM, e o IETF, para viabilizar a interação do TCP/IP e MPLS com o ATM.
Um sumário dos padrões e recomendações definidos pelos principais órgãos internacionais é apresentado nas tabelas e parágrafos a
seguir.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
ITU-T
A tabela a seguir apresenta as principais recomendações do ITU-T para o ATM. Como foi mencionado anteriormente, existe sempre
uma estreita relação entre o B-ISDN e o ATM, e algumas recomendações citadas, embora tenham como objetivo outros protocolos ou
serviços, especificam a interação desses com o ATM.
Recom.
Título
I.113
Vocabulary of Terms for Broadband Aspect of ISDN
I.121
Broadband Aspects of ISDN
I.150
B-ISDN Asynchronous Transfer Mode Functional Characteristics
I.211
B-ISDN Service Aspects
I.311
B-ISDN General Network Aspects
I.321
B-ISDN Protocol Reference Model and Application
I.327
B-ISDN Functional Architecture
I.356
B-ISDN ATM Layer cell transfer performance
I.361
B-ISDN ATM Layer Specification
I.362
B-ISDN ATM Adaptation Layer (AAL) Functional Description
I.363
B-ISDN ATM Adaptation Layer (AAL) Specification
I.364
Support of Broadband Connectionless Data Service on B-ISDN
I.365.1
Frame Relay Service Specific Convergence Sublayer (FR-SSCS)
I.365.2
Service specific co-ordination function to provide CONS
I.365.3
Service specific co-ordination function to provide COTS
I.371
Traffic Control and Congestion Control in B-ISDN
I.413
B-ISDN User-Network Interface
I.430
Basic User-Network Interface - layer 1 specification
I.432.1
B-ISDN UNI - physical layer specification General Aspects
I.432.2
B-ISDN UNI - Physical Layer Specification for 155 520 kbit/s and 622 080 kbit/s
I.432.3
B-ISDN UNI - Physical Layer Specification for 1544 kbit/s and 2048 kbit/s
I.432.4
B-ISDN UNI - Physical Layer Specification for 51840 kbit/s
I.555
Frame Relay Bearer Service Interworking
I.580
General Arrangements for Internetworking between B-ISDN and 64 kbit/s Based on ISDN
I.610
B-ISDN Operation and Maintenance Principles and Functions
Maiores detalhes podem ser pesquisados no site do ITU-T indicado no fim do tutorial.
ANSI
A tabela a seguir apresenta os principais padrões do ANSI, adaptados para o ambiente dos EUA a partir das recomendações do ITU-T.
Mais uma vez, e como foi mencionado anteriormente, existe sempre uma estreita relação entre o B-ISDN e o ATM, e algumas
recomendações citadas, embora tenham como objetivo outros protocolos ou serviços, especificam a interação desses com o ATM.
Padrão
Título
T1.624
B-ISDN UNI: Rates and Formats Specifications
T1.627
B-ISDN ATM Funcionality and Specificatons
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
T1.629
B-ISDN ATM Adaptation Layer 3/4 Commom Part Funcionality and Specification
T1.630
B-ISDN - Adaptation Layer for Constant Bit Rate Services Funcionality and Specification
T1.633
Frame Relay Bearer Service Interworking
T1.634
Frame Relay Service Specific Convergence Sublayer (FR-SSCS)
T1.636
B-ISDN ATM Adaptation Layer Type 5
Maiores detalhes podem ser pesquisados no site do ANSI indicado no fim do tutorial.
ATM Fórum
Como foi mencionado anteriormente, o Anchorage Accord constitui a pedra fundamental do ATM para o ATM Fórum. Existem ainda
nesse fórum diversos Grupos de Trabalho dedicados a especificar e atualizar as recomendações referentes a interfaces e protocolos,
serviços e redes. Entre eles poderíamos citar:
•
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•
AIC/ATM-IP Collaboration (formerly LanE);
Architecture;
B-ICI;
Control Signalling Policy Routing, Version 1.0;
Data Exchange Interface;
Directory and Naming Services;
Frame-based ATM;
ILMI (Integrated Local Mgmt. Interface);
Network Management;
Physical Layer;
P-NNI;
Routing and Addressing;
Residential Broadband;
Service Aspects and Applications;
Security;
Signaling;
Testing;
Traffic Management;
Voice & Telephony over ATM;
User-Network Interface (UNI).
A lista das recomendações elaboradas por cada grupo pode ser pesquisada com maiores detalhes no site do ATM Fórum indicado no
fim do tutorial.
FR Fórum
A tabela a seguir apresenta os principais IA’s do FR Fórum. Seu objetivo é basicamente definir a interação entre os protocolos ATM e
Frame Relay.
IA
Título
FRF.5
Frame Relay/ATM PVC Network Interworking Implementation Agreement
FRF.8
Frame Relay/ATM PVC Service Interworking Implementation Agreement
Maiores detalhes podem ser pesquisados no site do FR Fórum indicado no fim do tutorial.
IETF
A tabela a seguir apresenta os principais RFC’s do IETF. Seu objetivo é basicamente definir a interação entre os protocolos ATM e
TCP/IP e MPLS.
RFC
1483
Título
Multiprotocol Encapsulation over ATM
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(abril/2005)
Classical IP over ATM
Maiores detalhes podem ser pesquisados no site do FR Fórum indicado no fim do tutorial.
ATM: Aplicações
As aplicações típicas da tecnologia ATM são apresentadas a seguir.
Interligação de Redes Corporativas
A interligação das redes corporativas (LAN) de vários escritórios compondo uma rede WAN, é uma aplicação típica para o uso da
tecnologia ATM. O tráfego usual das redes de dados é normalmente de 2 tipos: interativo (comando – resposta), ou seja, solicitação
de usuários e aplicações clientes e respostas de aplicações servidoras, e por rajadas (bursty), quando grandes quantidades de dados
são transferidas de forma não contínua.
O ATM, através de roteadores instalados nos escritórios, permite utilizar uma porta única em cada escritório para compor redes do
tipo malha (meshed) onde a comunicação de um escritório com todos os outros é possível sem a complexidade do uso de múltiplas
portas e múltiplos circuitos dedicados.
Como serviços adicionais, o ATM pode ainda oferecer, na mesma estrutura, os serviços de voz e mesmo de vídeo conferência ponto a
ponto ou ponto multiponto.
O transporte de Voz, fax e sinais de modens analógicos sobre ATM atende os requisitos de atraso (delay) específicos para esse tipo de
aplicação, já que pode ser definida a qualidade de serviço necessária. Para a maioria dos administradores de rede de Voz e dados, a
possibilidade de transportar a Voz proveniente de PABX’s, sinais de fax e de modens, e dados através da mesma porta ATM e usando
procedimentos comuns de gerenciamento e manutenção atende os requisitos de redução de custos e de complexidade das grandes
redes corporativas.
Os sistemas de vídeo conferência podem fazer uso dos serviços de tempo real do ATM para vídeo comprimido, utilizando parte da
banda alocada para cada escritório, com pleno atendimento os seus requisitos de tempo e taxa de bits.
Interligação com Sistemas Legados
A tecnologia ATM possui facilidades de encapsulamento de múltiplos protocolos. O protocolo da tecnologia SNA pode ser utilizado
sobre o ATM para interligar computadores de grande porte com escritórios, agências bancárias, caixas eletrônicos e outras aplicações
onde o acesso a esses computadores de missão crítica se faz de forma remota.
O tempo de latência (delay), as taxas de transferência de dados, a disponibilidade e o gerenciamento de rede oferecidos pela rede
ATM, torna esse tipo de aplicação de missão crítica viável e com custos aceitáveis.
Estas funcionalidades permitem aos roteadores e até mesmo os dispositivos de acesso Frame Relay (FRAD), que fornecem a
conectividade de rede, suportarem o tráfego de sistemas SNA, sensíveis a atrasos (delays), e de redes LAN simultaneamente com o
desempenho adequado.
Ainda nesse mesmo ambiente, os equipamentos de acesso ATM possuem interfaces prontas para o protocolo SDLC, e para sistemas
BSC.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Interação ATM - Frame Relay
Para buscar aumentar a interoperabilidade do ATM com outros protocolos de dados, ATM Fórum e o FR Fórum desenvolveram padrões
para interligar equipamentos dessas tecnologias através de PVC’s.
Foram padronizadas duas formas de interoperabilidade. A primeira, chamada de Frame Relay/ATM Network Interworking for PVC’s,
padroniza uma funcionalidade responsável pelo encapsulamento dos PVC’s para que os mesmos possam ser transportados
indistintamente nas redes da 2 tecnologias. Seu uso típico ocorre quando a rede Frame Relay tem com núcleo uma rede ATM, para
otimizar ainda mais o uso de banda e a segurança. A figura a seguir apresenta esta solução.
A segunda forma de interoperabilidade, chamada de Frame Relay/ATM Service Interworking for PVC’s, padroniza uma funcionalidade
responsável pela conversão dos protocolos (FR <--> ATM), que pode ser incorporada tantos aos equipamentos de acesso como aos
equipamentos da rede. Seu uso típico ocorre quando o usuário possui redes Frame Relay em alguns escritórios que devem se
interligar com a rede ATM da matriz. A figura a seguir apresenta esta solução.
Redes Públicas
Os prestadores de serviços de telecomunicações possuem múltiplas redes com diversos protocolos e interfaces para oferecer serviços
de dados ao mercado. Os sistemas de transmissão têm sido padronizados na sua maioria com a tecnologia SDH (ou SONET). As redes
de acesso TDM possuem mais novas possuem funcionalidades para oferecer acesso usando o protocolo frame relay, além dos circuitos
TDM. Além disso existem as redes de acesso a internet e de serviços IP.
Alguns operadores já têm implantado redes de dados com o núcleo (core) ATM para aumentar a eficiência de uso de banda em sua
rede como um todo, além de oferecer também diretamente os serviços ATM.
Estas redes permitem oferecer serviços de transporte de dados, voz, áudio e imagem, implementando inclusive as atuais VPN’s.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
ATM: Considerações finais
A concepção e o desenvolvimento do ATM podem ser analisados sob os diferentes aspectos apresentados a seguir:
•
•
•
Interface e protocolo: implementou uma forma de comutar tráfego com taxas constantes e variáveis de bits ao longo de um
mesmo meio de transmissão;
Tecnologia: proporcionou o desenvolvimento de padrões de hardware e software para implementar funcionalidades de
multiplexação, conexão cruzada (cross-connect) e comutação para redes;
Plataforma multisserviços: permitiu oferecer uma forma integrada de acesso de custo aceitável para aplicações de dados, voz,
áudio e vídeo, e mesmo para sistemas legados;
•
Infraestrutura de rede: definiu uma arquitetura escalável que pode ser empregada no núcleo (core) de redes de dados (Frame
Relay, IP, e etc) e mesmo de voz, otimizando os recursos das redes de transmissão.
A aplicação do ATM em redes corporativas privadas e em redes públicas de serviços tem sido uma constante em todo o mundo. Para
tanto foram desenvolvidos alguns procedimentos para garantir que tanto as corporações como os prestadores de serviços possam
obter o melhor desempenho da plataforma ATM.
Ao decidir pelo uso e contratação de serviços ATM, as corporações devem estar preparadas para definir parâmetros de níveis de
serviço que serão objeto de acordo a ser negociado com os prestadores de serviços. Para cada VPC ou VCC devem ser definidos:
•
•
•
•
As classes de qualidade de serviço (QoS) que a rede deve oferecer;
Os parâmetros de tráfego que especificam o fluxo de células ATM a ser ofertado (máxima taxa de pico, tráfego máximo de
rajada, etc.);
As regras de verificação de conformidade usadas para interpretar os parâmetros de tráfego;
A regra para definir e identificar a conformidade das conexões de rede.
Por outro lado, os prestadores de serviços devem estar preparados para responder os seguintes questionamentos e requisitos das
corporações:
•
•
•
•
•
•
Acesso: tipos e velocidades, interfaces para outras redes (Frame Relay, IP, e legados), arquitetura do acesso entre o Cliente e
a rede;
Rede: detalhes da topologia, atraso e latência (normal e pico), parâmetros de confiabilidade e redundância de equipamentos e
da rede e tempo médio de reparo (MTTR);
Serviços oferecidos: PVC e SVC, serviço puro de células ATM, classes de serviços (AAL 1 a 5), interoperabilidade com outros
protocolos (Frame Relay, IP, e legados), conexões ponto a ponto e ponto-multiponto, parâmetros de serviços monitorados e
garantidos, preços diferenciados para serviços de menor prioridade;
Equipamentos de Acesso: lista de equipamentos certificados na rede (quando forem de responsabilidade do Cliente), opção de
aluguel do equipamento como parte do serviço ofertado com ou sem upgrade garantido;
Operação de rede: tipo de protocolo de gerenciamento de rede (SNMP, CMIP, etc.), formas de integração do gerenciamento
de rede/serviços junto com a rede do Cliente, formas de controle de congestionamento de tráfego da rede, etc.;
Preços e prazos: preços e formas de faturamento de serviços, prazos de provisionamento para primeiro serviço e novos
serviços adicionais, taxas de instalação, contratos de manutenção de serviços e equipamentos.
Referências
ANSI
American National Standards Institute, órgão americano responsável pelo desenvolvimento de padronização para telecomunicações.
ITU
The International
telecomunicações.
Telecommunication
Union,
órgão
europeu
responsável
pelo
desenvolvimento
de
padronização
para
ATM Fórum
ATM Fórum, órgão responsável pelo treinamento, promoção e implementação do ATM, de acordo com os padrões e recomendações
internacionais.
FR Fórum
Frame Relay Fórum, órgão responsável pelo treinamento, promoção e implementação do Frame Relay, de acordo com os padrões e
recomendações internacionais.
IETF
The Internet Engineering Task Force, órgão responsável pelo desenvolvimento de padronização para a Internet (RFC).
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FRAME RELAY
Frame Relay: O que é
O Frame Relay é uma tecnologia de comunicação de dados de alta velocidade que é usada em muitas redes ao redor do mundo para
interligar aplicações do tipo LAN, SNA, Internet e Voz.
Basicamente pode-se dizer que a tecnologia Frame Relay fornece um meio para enviar informações através de uma rede de dados,
dividindo essas informações em frames (quadros) ou packets (pacotes). Cada frame carrega um endereço que é usado pelos
equipamentos da rede para determinar o seu destino.
A tecnologia Frame Relay utiliza uma forma simplificada de chaveamento de pacotes, que é adequada para computadores, estações de
trabalho e servidores de alta performance que operam com protocolos inteligentes, tais como SNA e TCP/IP. Isto permite que uma
grande variedade de aplicações utilize essa tecnologia, aproveitando-se de sua confiabilidade e eficiência no uso de banda.
Histórico
No fim da década de 80 e início da década de 90, vários fatores combinados demandaram a transmissão de dados com velocidades
mais altas:
•
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•
•
A migração das interfaces de texto para interfaces gráficas;
O aumento do tráfego do tipo rajada (bursty) nas aplicações de dados;
O aumento da capacidade de processamento dos equipamentos de usuário (PCs, estações de trabalho, terminais Unix, entre
outros);
A popularização das redes locais e das aplicações cliente / servidor;
A disponibilidade de redes digitais de transmissão.
Nessa época o Bell Labs (EUA) desenvolvia a tecnologia ISDN e o protocolo Frame Relay era parte desse conjunto. Entretanto, devido
a suas características, o protocolo foi desmembrado e evoluiu como um serviço de rede independente, com padrões e recomendações
elaborados por órgão internacionais de Telecomunicações.
Rede Frame Relay
Uma rede Frame Relay é composta por:
•
•
Equipamentos de usuários (PCs, estações de trabalho, servidores, computadores de grande porte, etc.) e suas respectivas
aplicações;
Equipamentos de acesso com interface Frame Relay (bridges, roteadores de acesso, dispositivos de acesso Frame Relay FRAD, etc.);
• Equipamentos de rede (switches, roteadores de rede, equipamentos de transmissão com canais E1 ou T1, etc.).
A conversão dos dados para o protocolo Frame Relay é feita pelos equipamentos de acesso. Os frames gerados são enviados aos
equipamentos de rede, cuja função é basicamente transportar esse frames até o seu destino, usando os procedimentos de
chaveamento ou roteamento próprios do protocolo.
A rede Frame Relay é sempre representada por uma nuvem, já que ela não é uma simples conexão física entre 2 pontos distintos. A
conexão entre esses pontos é feita através de um circuito virtual (virtual circuit) configurado com uma determinada banda. A alocação
de banda física na rede é feita pacote a pacote, quando da transmissão dos dados.
A figura a seguir apresenta uma rede Frame Relay.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Vantagens e Restrições
A tecnologia Frame Relay oferece vários benefícios, quando comparada com outras tecnologias:
•
•
•
•
•
Custo de propriedade reduzido (equipamentos mais simples);
Padrões estáveis e largamente utilizados, o que possibilita a implementação de plataformas abertas e plug-and-play;
Overhead reduzido, combinado com alta confiabilidade;
Redes escaláveis, flexíveis e com procedimentos de recuperação bem definidos;
Interoperabilidade com outros protocolos e aplicações, tais como ATM e TCP/IP.
Entretanto, para as vantagens do Frame Relay serem efetivas, 2 requisitos devem ser atendidos:
•
•
Os equipamentos de usuário devem utilizar aplicações com protocolos inteligentes, que controle o fluxo das informações
enviadas e recebidas;
A rede de transporte deve ser virtualmente a prova de falhas.
Frame Relay: Características
O protocolo Frame Relay é resultado da combinação das funcionalidades de multiplexação estatística e compartilhamento de portas do
X.25, com as características de alta velocidade e baixo atraso (delay) dos circuitos TDM.
O Frame Relay é um serviço de pacotes que organiza as informações em frames, ou seja, em pacotes de dados com endereço de
destino definido, ao invés de coloca-los em slots fixos de tempo, como é o caso do TDM. Este procedimento permite ao protocolo
implementar as características de multiplexação estatística e de compartilhamento de portas.
Considerando o modelo OSI para protocolos, o Frame Relay elimina todo o processamento da camada de rede (layer 3) do X.25.
Apenas algumas funcionalidades básicas da camada de enlace de dados (layer 2) são implementadas, tais como a verificação de
frames válidos, porém sem a solicitação de retransmissão em caso de erro.
Desta forma, as funcionalidades implementadas nos protocolos de aplicação, tais como verificação de seqüência de frames, o uso de
frames de confirmações e supervisão, entre outras, não são duplicadas na rede Frame Relay.
A figura a seguir mostra o uso do modelo em camadas para o Frame Relay e suas aplicações.
A eliminação dessas funcionalidades simplifica o protocolo, permite altas taxas de processamento de frames e, conseqüentemente, um
atraso (delay) menor que o do X.25, embora seja maior que o do TDM, que não tem nenhum processamento associado.
Para permitir a eliminação de tais funcionalidades da rede Frame Relay, os equipamentos de usuários devem garantir a transmissão
de informações fim-a-fim sem erros. Felizmente, a maioria desses equipamentos, principalmente aqueles destinados a aplicações do
tipo LAN, já tem inteligência e capacidade de processamento para executar essa funcionalidade.
A tabela a seguir apresenta uma comparação entre os circuitos TDM, o protocolo X.25 e o Frame Relay.
TDM
X.25
Frame Relay
Multiplexação em Tempo
sim
não
não
Multiplexação Estatística
(Circuito Virtual)
não
sim
sim
Compartilha portas
não
sim
sim
Alta velocidade (por $)
sim
não
sim
muito baixo
alto
baixo
Atraso (delay)
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Circuitos Virtuais (Virtual Circuits)
A tecnologia Frame Relay é baseada no uso de Circuitos Virtuais (VC's). Um VC é um circuito de dados virtual bidirecional configurado
entre 2 portas quaisquer da rede, que funciona como um circuito dedicado. Existem 2 tipos de VC's, conforme descrito a seguir:
1) Permanent Virtual Circuit (PVC)
O PVC foi primeiro tipo de circuito virtual padronizado para o Frame Relay a ser implementado. Ele é configurado pelo operador na
rede através do sistema de Gerência de Rede, como sendo uma conexão permanente entre 2 pontos. Seu encaminhamento através
dos equipamentos da rede pode ser alterado ao longo do tempo devido à falhas ou reconfigurações de rotas, porém as portas de cada
extremidade são mantidas fixas e de acordo com a configuração inicial.
A configuração dos PVC's requer um planejamento criterioso para levar em consideração o padrão de tráfego da rede e o uso da
banda disponível. Sua utilização é destinada a aplicações permanente e de longo prazo e são uma alternativa aos circuitos dedicados
dos sistemas TDM com boa relação custo / benefício.
2) Switched Virtual Circuit (SVC)
O SVC também foi padronizado para o Frame Relay desde o princípio, mas só foi implementado mais recentemente, quando surgiram
novas demandas de mercado. Ele é disponibilizado na rede de forma automática, sem intervenção do operador, como um circuito
virtual sob demanda, para atender, entre outras, as aplicações de Voz que estabelecem novas conexões a cada chamada. O
estabelecimento de uma chamada usando o protocolo de sinalização do SVC (ITU-T Q.933) é comparável ao uso normal de telefone,
onde a aplicação de usuário especifica um número de destinatário para completar a chamada, e o SVC é estabelecido entre as portas
de origem e destino.
O estabelecimento de SVC's na rede é mais complexo que os PVC's, embora seja transparente para o usuário final. A conexões devem
ser estabelecidas de forma dinâmica na rede, atendendo as solicitações de destino e banda das diversas aplicações de usuários, e
devem ser acompanhadas e cobradas de acordo com o serviço fornecido.
Enquanto o PVC oferece o ganho relativo ao uso estatístico de banda do Frame Relay, o SVC propicia a conectividade entre quaisquer
pontos de origem e destino, o que resulta em flexibilidade e economia para o projeto da rede.
Estrutura do Frame
O protocolo do Frame Relay utiliza um frame com estrutura comum e bastante simplificada, conforme demonstram a figura e a
descrição a seguir:
Estrutura do frame
FLAG
INFORMAÇÃO DE USUÁRIO
CABEÇALHO
FCS
FLAG
Estrutura do cabeçalho
Byte 1
Byte 2
DLCI
8
7
6
5
C/R
4
3
2
EA
1
DLCI
8
7
6
5
FE
CN
BE
CN
DE
EA
4
3
2
1
Flags
Indicam o início e o fim de cada frame.
Cabeçalho
Carrega as informações de controle do protocolo. É composto por 2 bytes com as seguintes informações:
•
•
•
•
•
•
Informação de
usuário
DLCI (Data Link Connection Identifier), com 10 bits, representa o número (endereço) designado para o
destinatário de um PVC dentro de um canal de usuário, e tem significado local apenas para a porta de
origem (vide figura abaixo);
C/R (Command / Response), com 1 bit, é usado pela aplicação usuária;
FECN (Foward Explicit Congestion Notification), com 1 bit, é usado pela rede para informar um
equipamento receptor de informações que procedimentos de prevenção de congestionamento devem
ser iniciados;
BECN (Backward Explicit Congestion Notification), com 1 bit, é usado pela rede para informar um
equipamento transmissor de informações que procedimentos de prevenção de congestionamento
devem ser iniciados;
DE (Discard Eligibility Indicator), com 1 bit, indica se o frame pode ser preferencialmente descartado
em caso de congestionamento na rede;
EA (Extension Bit), com 2 bits, é usado para indicar que o cabeçalho tem mais de 2 bytes, em caso
especiais;
Contém as informações da aplicação usuária a serem transportadas através da rede Frame Relay.
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FCS
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O FCS (Frame Check Sequence) representa o CRC padrão de 16 bits usado pelo protocolo Frame Relay para
detectar erros existentes entre o Flag de início do frame e o próprio FCS, e pode ser usado apenas para frames
com até 4096 bytes.
A figura a seguir exemplifica DLCI's configurados a partir de uma mesma porta para vários destinatários em locais distintos da rede.
Além disso, os frames podem ter comprimento variável e, dependendo do tipo de informação da aplicação do usuário, seu tamanho
pode variar de alguns poucos até milhares de caracteres. Esta funcionalidade, similar ao X.25, é essencial para a interoperabilidade
com aplicações do tipo LAN e outros tipos de tráfego síncrono.
Essa facilidade, porém, faz com que o atraso (delay) varie em função do tamanho do frame. Entretanto, a tecnologia Frame Relay tem
sido adaptada para atender até mesmo as aplicações sensíveis a atraso (delay), como é o caso da Voz.
Fluxo das informações
O fluxo básico das informações em uma rede Frame Relay é descrito a seguir:
•
•
•
•
•
•
As informações são enviadas através da rede Frame Relay usando o DLCI, que especifica o destinatário do frame;
Se a rede tiver algum problema ao processar o frame devido à falhas ou ao congestionamento nas linhas de dados, os frames
são simplesmente descartados;
A rede Frame Relay não executa a correção de erros, pois ela considera que o protocolo da aplicação de usuário executa a
recuperação de falhas através da solicitação de retransmissão dos frames perdidos;
A recuperação de falhas executada pelo protocolo da aplicação, embora confiável, apresenta como resultado o aumento do
atraso (delay), do processamento de frames e do uso de banda, o que torna imprescindível que a rede minimize o descarte
de frames;
A rede Frame Relay requer circuitos da rede de transmissão com baixas taxas de erros e falhas para apresentar boa
eficiência;
Em redes de transmissão de boa qualidade, o congestionamento é de longe a causa mais freqüente de descarte de frames,
demandando da rede Frame Relay a habilidade de evitar e reagir rapidamente ao congestionamento como forma de
determinar a sua eficiência.
Frame Relay: Sinalização
Embora o protocolo Frame Relay tenha sido desenvolvido para ser o mais simples possível, e a sua premissa básica determinar que os
eventuais problemas de erros da rede deveriam ser resolvidos pelos protocolos dos equipamentos de usuário, surgiram ao longo do
tempo necessidades que levaram os órgão de padronização a definir mecanismos de sinalização para três tipos de situações:
•
•
•
Aviso de congestionamento;
Estado das conexões;
Sinalização SVC.
Entretanto, a implementação desses mecanismos é opcional e, embora a rede seja mais eficiente com a sua adoção, os equipamentos
que não os implementam devem atender pelo menos as recomendações básicas do Frame Relay.
Aviso de Congestionamento
A capacidade de transporte da Rede Frame Relay é limitada pela sua banda disponível. Conforme o tráfego a ser transportado
aumenta, a banda vai sendo alocada até o limiar onde não é possível receber o tráfego adicional. Quando atinge esse limiar, a rede é
considerada congestionada, embora ainda possa transportar todo o tráfego entrante.
Caso os equipamentos de usuário continuem a enviar tráfego adicional, a rede é levada ao estado de congestionamento severo, o que
provoca a perda de pacotes por falta de banda. Nesse estado, os procedimentos de reenvio de pacotes perdidos dos equipamentos
usuários concorrem com o tráfego existente e a rede entra em acentuado processo de degradação.
Para evitar esse tipo de situação, foram definidos os seguintes mecanismos de aviso de congestionamento:
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1) Aviso Explícito de Congestionamento
Este mecanismo utiliza os bits FECN e BECN do cabeçalho do frame, descrito anteriormente, para avisar os equipamentos de usuários
sobre o estado da rede.
A figura abaixo ilustra um exemplo onde o equipamento B está atingindo o estado de congestionamento, como resultado de um pico
temporário de tráfego entrante, oriundo de vários equipamentos, ou de um congestionamento no tronco que interliga B e C.
A identificação do congestionamento é feita pelo equipamento B, baseado no estado de seus buffers internos ou no tamanho de suas
filas de frames a enviar. Nesse momento B ativa o bit FECN nos frames a serem enviados para avisar que a rede está congestionada.
Desta forma todos os equipamentos de rede e de usuário envolvidos no caminho entre B e o destino dos DLCIs afetados tomam
conhecimento desse fato. Dependendo da inteligência do protocolo da aplicação de usuário, procedimentos de recuperação de falha
podem ser iniciados.
Além de informar os equipamentos de destino, B ativa também o bit BECN. Novamente, todos os equipamentos de rede e de usuário
envolvidos no caminho entre B e a origem dos DLCIs afetados tomam conhecimento do congestionamento. Dependendo da
inteligência do protocolo da aplicação de usuário, procedimentos de diminuição de tráfego a ser enviado para a rede podem ser
iniciados.
O processo de ativação dos bits FECN e BECN pode ocorrer simultaneamente em vários DLCIs, como resultado da ocorrência de
congestionamento, avisando vários equipamentos de origem e destino.
2) Aviso Implícito de Congestionamento
Alguns protocolos dos equipamentos de aplicação, como o TCP/IP, possuem mecanismos para verificar o congestionamento da rede.
Esses protocolos analisam, por exemplo, o atraso (delay) de resposta dos frames enviados ou a perda de frames, para detectar de
forma implícita se a rede está congestionada.
Esses protocolos limitam o envio de tráfego para a rede por meio de uma janela de tempo, que permite o envio de um determinado
número de frames antes que uma resposta seja recebida. Quando detecta que um congestionamento está ocorrendo, o protocolo
reduz a janela de tempo, o que reduz o envio de frames, diminuindo o carregamento da rede.
Esse mesmo procedimento de ajuste da janela de tempo é normalmente usado pelos equipamentos de usuário como resultado da
sinalização de congestionamento explícito dos bits FECN e BECN.
Os avisos explícito e implícito de congestionamento são complementares, e devem ser usados de forma conjunta para avaliar o envio
de tráfego para a rede, como forma de evitar eventuais congestionamentos.
3) Elegibilidade para Descarte
Alguns equipamentos de usuário não têm inteligência ou capacidade de processamento para analisar os avisos de congestionamento,
que de fato são a parte opcional do padrão Frame Relay. Entretanto, como parte do padrão básico do Frame Relay existe no cabeçalho
do protocolo o bit DE que, se ativado, indica aos equipamentos da rede que o frame pode ser descartado em caso de
congestionamento.
Para definir o procedimento de ativação do bit DE, o padrão Frame Relay definiu o CIR (Committed Information Rate), que representa
a capacidade média de informação de um circuito virtual. Para cada VC a ser ativado na rede, o usuário deve especificar o CIR de
acordo com a necessidade de sua aplicação. Normalmente o CIR é especificado como sendo uma porcentagem da capacidade máxima
da porta física onde é conectado o equipamento de aplicação do usuário, ou seja, para uma porta de 64 kbits/s, por exemplo, pode-se
adotar um CIR de 32 kbits/s (50%) a ser configurado para o VC.
Desta forma, tanto os equipamentos de usuário como os equipamentos de rede passam a ativar o bit DE toda vez que um frame a ser
enviado ultrapasse o CIR configurado para o respectivo VC. Isto implica que, em caso de congestionamento, os frames que possuem o
bit DE ativado são preferencialmente descartados para tentar normalizar o carregamento da rede.
Quando o descarte de frames com o bit DE ativado não é suficiente para acabar com o congestionamento da rede, qualquer tipo de
frame é descartado, independente do estado do bit DE.
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Estado das Conexões
Este tipo de sinalização define como os equipamentos de usuário e os equipamentos da rede Frame Relay podem comunicar o status
das portas e dos vários VC's configurados para cada porta. São utilizados alguns frames especiais com DLCI's específicos que são
trocados entre a rede e as aplicações de usuário.
Esses frames monitoram o estado da conexão e fornecem as seguintes informações:
•
•
•
Estado ativo ou não da interface ou porta;
Os DLCI's válidos definidos para uma determinada porta ou interface;
O estado de cada VC, como por exemplo se ele está congestionado ou não.
Vale ressaltar que, como esta sinalização é opcional no atendimento ao padrão Frame Relay, nem todos os equipamentos, seja de
rede ou de usuário, possuem este tipo de funcionalidade implementada.
Sinalização SVC
A sinalização SVC trata apenas do estabelecimento e controle de um determinado SVC, de forma automática na rede. Diferente dos 2
tipos de sinalização anteriores, onde o resultado da sinalização é informado aos operadores da rede Frame Relay, a sinalização SVC
não informa qual o estado atual da rede. Ela é apenas um procedimento para estabelecer um SVC de acordo com a demanda de uma
determinada aplicação de usuário.
O padrão Frames Relay define as mensagens e os procedimentos necessários para ativar um SVC. Basicamente a rede avisa o
destinatário que existe uma demanda para estabelecer uma conexão, e ele deve decidir de aceita ou não. Se for aceita, a rede
configura o SVC na rede entre a origem da demanda e o destinatário. Assim que o SVC estiver ativo, os equipamentos de aplicação da
origem e do destino podem iniciar a transferência de informações.
Quando os equipamentos de aplicação não necessitarem mais da conexão, qualquer um ou ambos avisam a rede, que por sua vez
desativa o SVC. Durante o período em que o SVC está ativo, informações de tempo de duração e banda, entre outras, são
armazenadas para uso dos sistemas de cobrança.
Frame Relay: Padrões e Recomendações
A tecnologia Frame Relay surgiu como um desmembramento do desenvolvimento do padrão ISDN. O protocolo foi desenvolvido para
transportar sinalização de canal D do ISDN, e tinha características que poderiam ser utilizadas em outras aplicações. Uma delas era o
fato de que o protocolo podia configurar circuitos virtuais na camada Enlace de Dados (layer 2), no nível de frame, ao invés da
camada de Rede (layer 3) do X.25, o que o simplificava muito.
Esse desmembramento fez com que rapidamente a tecnologia Frame Relay tivesse um conjunto de especificações prontas e
aprovadas pelos dois órgãos internacionais envolvidos na sua padronização: o ANSI (EUA) e o ITU-T (Europa). O padrão básico inicial
do Frame Relay foi aprovado inicialmente em 1990 pelo ANSI, e sua complementação foi aprovada em 1991. As recomendações do
ITU-T para o Frame Relay estão alinhadas como os padrões ANSI.
A tabela abaixo apresenta os principais padrões ANSI e recomendações ITU-T vigentes para o Frame Relay.
Padrão ANSI
Status
Recomendação ITU
Status
Service Description
T1.606
Aprovado
I.233
Aprovado
Core Aspects
T1.618
Aprovado
Q.922 Anexo A
Aprovado
Access Signaling
T1.617
Aprovado
Q.933
Aprovado
Com o objetivo de prover interoperabilidade, os equipamentos da rede Frame Relay devem atender pelo menos o método básico de
transporte de dados especificado no padrão ANSI, que determina o uso de DLCI's em cabeçalhos de 2 bytes no frame. Embora o uso
de mecanismos de sinalização e controle seja opcional, eles são essenciais para garantir que a rede Frame Relay funcione com o
desempenho adequado.
Além dos órgãos de padronização, foi fundado o FR Fórum, que é uma organização sem fins lucrativos dedicada a promover o uso e a
implementação do Frame Relay baseado nos padrões e recomendações vigentes. O Fórum desenvolve e aprova Acordos de
Implementação (IA - Implementation Agreements) que garantam a interoperabilidade do Frame Relay. Desde os primeiros IA's, foram
definidas funcionalidades adicionais, tais como procedimentos de multicast, encapsulamento multiprotocolo e sinalização SVC, para
aumentar a capacidade das redes Frame Relay.
A tabela a seguir apresenta os principais IA's vigentes.
IA
Descrição
FRF.1.1
User-to-Network (UNI) Implementation Agreement
FRF.2.1
Frame Relay Network-to-Network (NNI) Implementation Agreement
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FRF.3.1
Multiprotocol Encapsulation Implementation Agreement (MEI)
FRF.4
Switched Virtual Circuit Implementation Agreement
FRF.5
Frame Relay/ATM PVC Network Interworking Implementation Agreement
FRF.6
Frame Relay Service Customer Network Management Implementation Agreement (MIB)
FRF.7
Frame Relay PVC Multicast Service and Protocol Description Implementation Agreement
FRF.8
Frame Relay/ATM PVC Service Interworking Implementation Agreement
FRF.9
Data Compression over Frame Relay Implementation Agreement
FRF.10
Frame Relay Network-to-Network Interface SVC Implementation Agreement
FRF.11
Voice over Frame Relay Implementation Agreement
FRF.12
Frame Relay Fragmentation Implementation Agreement
Frame Relay: Aplicações
As aplicações típicas da tecnologia Frame Relay são apresentadas a seguir.
Interligação de Redes LAN
A interligação das redes LAN de vários escritórios compondo uma rede WAN, é uma aplicação típica para o uso da tecnologia Frame
Relay. O tráfego usual das redes de dados é normalmente de 2 tipos: interativo (comando - resposta), ou seja, solicitação de usuários
e aplicações clientes e respostas de aplicações servidoras, e por rajadas (bursty), quando grandes quantidades de dados são
transferidas de forma não contínua.
O Frame Relay, através de roteadores ou equipamentos de acesso (FRAD) instalados nos escritórios, permite utilizar uma porta única
em cada escritório para compor redes do tipo malha (meshed) onde a comunicação de um escritório com todos os outros é possível
sem a complexidade do uso de múltiplas portas e múltiplos circuitos dedicados.
Além disso, o uso dos circuitos virtuais do Frame Relay para compor a rede permite tempos de provisionamento muito menores e
reconfiguração de rede ou aumento de banda com maior facilidade.
Interligação SNA - LAN
A tecnologia Frame Relay possui facilidades de encapsulamento de múltiplos protocolos. O protocolo da tecnologia SNA pode ser
utilizado sobre o Frame Relay para interligar computadores de grande porte com escritórios, agências bancárias e outras aplicações
onde o acesso a esses computadores de missão crítica se faz de forma remota.
O tempo de latência (delay), as taxas de transferência de dados, a disponibilidade e o gerenciamento de rede oferecidos pelo Frame
Relay, torna esse tipo de aplicação de missão crítica viável e com custos aceitáveis.
Estas funcionalidades permitem aos roteadores e dispositivos de acesso Frame Relay (FRAD), que fornecem a conectividade de rede,
suportarem o tráfego de sistemas SNA, sensíveis a atrasos (delays), e de redes LAN simultaneamente com o desempenho adequado.
Ainda nesse mesmo ambiente, os equipamentos Frame Relay possuem interfaces prontas para o protocolo SDLC, e para sistemas
BSC.
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Voz sobre Frame Relay (VoFR)
A tecnologia Frame Relay também possui facilidades para o transporte de Voz, fax e sinais de modens analógicos atendendo os
requisitos de atraso (delay) específicos para esse tipo de aplicação.
Para a maioria dos administradores de rede de Voz e dados, a possibilidade de transportar a Voz proveniente de PABX's, sinais de fax
e de modens, e dados através da mesma porta Frame Relay e usando procedimentos comuns de gerenciamento e manutenção atende
os requisitos de redução de custos e de complexidade das grandes redes corporativas.
Deve-se entretanto levar em consideração a qualidade do serviço prestado pela rede multisserviços de terceiros para que o resultado
nas aplicações de Voz, fax e modem possam ainda atender os requisitos aplicáveis aos serviços convencionais.
Interação Frame Relay - ATM
Para buscar aumentar a interoperabilidade do Frame Relay com outros protocolos de dados, o FR Fórum e o ATM Fórum, os órgãos
responsáveis pelo desenvolvimento de Acordos de Implementação (IA's), desenvolveram padrões para interligar equipamentos dessas
tecnologias através de PVC's.
Foram padronizadas duas formas de interoperabilidade. A primeira, chamada de Frame Relay/ATM Network Interworking for PVC's,
padroniza uma funcionalidade responsável pelo encapsulamento dos PVC's para que os mesmos possam ser transportados
indistintamente nas redes da 2 tecnologias. Seu uso típico ocorre quando a rede Frame Relay tem com núcleo uma rede ATM, para
otimizar ainda mais o uso de banda e a segurança. A figura a seguir apresenta esta solução.
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A segunda forma de interoperabilidade, chamada de Frame Relay/ATM Service Interworking for PVC's, padroniza uma funcionalidade
responsável pela conversão dos protocolos (FR <--> ATM), que pode ser incorporada tantos aos equipamentos de acesso como aos
equipamentos da rede. Seu uso típico ocorre quando o usuário possui redes Frame Relay em alguns escritórios que devem se
interligar com a rede ATM da matriz. A figura a seguir apresenta esta solução.
Interação com outros protocolos
Outras aplicações vem sendo desenvolvidas para o uso da tecnologia Frame Relay. Atualmente muitos acessos a internet ou a redes
IP, e mesmos serviços VPN utilizam como meio de transporte das informações as redes Frame Relay, para otimizar o projeto da rede e
simplificar os processos de ativação e reconfiguração.
Frame Relay: Considerações finais
A tecnologia Frame Relay é aplicável em inúmeros casos principalmente para compor as redes WAN (inter-offices) dos usuários finais,
através dos recursos das redes multisserviços implantadas pelos prestadores de serviços existentes no mercado.
Entretanto, a migração de redes convencionais, baseadas em circuitos dedicados, para redes Frame Relay torna-se um desafio, visto
que os requisitos de confiabilidade, desempenho e performance do usuário final devem ser atendidos na nova tecnologia, e os
prestadores de serviço buscam maximizar os ganhos obtidos com a implantação dessas redes estatísticas.
O usuário final deve fazer um planejamento detalhado para compor a nova rede WAN de forma a continuar atendendo os seus
próprios requisitos, e fazer um plano de migração que indique passo a passo as atividades a serem executadas, os recursos
necessários e os resultados esperados.
A nova rede deve ser planejada levando em consideração:
•
•
•
Os requisitos de sua rede atual relativos a banda máxima necessária, latência (delay máximo) aceitável e disponibilidade, e os
requisitos adicionais para a nova rede;
O impacto da nova tecnologia nos procedimentos de gerenciamento e manutenção da rede, definindo claramente os limites
entre o usuário e o prestador de serviços e as ferramentas a serem utilizadas para configuração de serviços e detecção de
falhas;
O comprometimento do SLA atual com a implantação da nova tecnologia, em termos de latência, disponibilidade da rede,
tempo de recuperação, entre outros requisitos;
•
O planejamento da nova rede deve atender a necessidades atuais e futuras de banda para a implantação de novas aplicações,
aumento de usuários, etc.
O usuário deve ainda analisar o perfil de suas aplicações para verificar o quanto elas podem se beneficiar do uso da nova tecnologia.
Alguns critérios são apresentados a seguir:
•
•
•
Número de escritórios a serem interligado: quanto maior, maior a otimização pelo uso do Frame Relay;
Velocidade: se a rede atual usa circuitos dedicados de baixa capacidade e está chegando ao limite da banda, a nova rede
pode usufruir de velocidades mais altas com custos aceitáveis;
Rede atual com equipamentos de vários fornecedores e vários protocolos: a nova rede é compatível com fornecedores e
protocolos diversos nativamente;
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•
•
•
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Se a rede atual foi implementada com muitos circuitos dedicados para interligar todos os escritórios, a nova rede pode usar
uma única porta em cada escritório com múltiplos circuitos virtuais, reduzindo os seus custos;
Tráfego do tipo interativo e rajada: se este é o perfil do tráfego atual, a nova rede tem plena capacidade para transporta-lo
com eficiência;
Grandes distâncias: se os escritórios têm distâncias geográficas muito grandes, as redes Frame Relay normalmente são
cobradas por banda e portas e não por distância, o que pode reduzir o seu custo.
Referências
ANSI
American National Standards Institute, órgão americano responsável pelo desenvolvimento de padronização para telecomunicações.
ITU
The International
telecomunicações.
Telecommunication
Union,
órgão
europeu
responsável
pelo
desenvolvimento
de
padronização
para
FR Fórum
Frame Relay Fórum, órgão responsável pelo treinamento, promoção e implementação do Frame Relay, de acordo com os padrões e
recomendações internacionais.
TELEFONIA IP
Telefonia IP: O que é
Conceito
A Comunicação de Voz em Redes IP, chamada de VoIP, consiste no uso das redes de dados que utilizam o conjunto de protocolos das
redes IP (TCP/UDP/IP) para a transmissão de sinais de Voz em tempo real na forma de pacotes de dados. A sua evolução natural
levou ao aparecimento da Telefonia IP, que consiste no fornecimento de serviços de telefonia utilizando a rede IP para o
estabelecimento de chamadas e comunicação de Voz.
Nessas redes são implementados protocolos adicionais de sinalização de chamadas e transporte de Voz que permitem a comunicação
com qualidade próxima àquela fornecida pelas redes convencionais dos sistemas públicos de telefonia comutada ou de telefonia
móvel.
Digitalização de Sinais de Voz
Nos sistemas tradicionais o sinal de Voz utiliza uma banda de 4 kHz, e é digitalizado com uma taxa de amostragem de 8 kHz para ser
recuperado adequadamente (Princípio de Nyquist). Como cada amostra é representada por um byte (8 bits, com até 256 valores
distintos), cada canal de Voz necessita de uma banda de 64 kbit/s (8.000 amostras x 8 bits). Esta forma de digitalização do sinal de
Voz atende a recomendação ITU-T G.711 - Pulse code modulation (PCM) of voice frequencies.
Nos sistema de transmissão de Voz sobre IP, onde a demanda por banda é crítica, torna-se necessário utilizar também algoritmos de
compressão do sinal de Voz. Esses algoritmos têm papel relevante pela economia de banda que proporcionam. O seu uso tem sido
possível graças ao desenvolvimento dos processadores de sinais digitais (DSP’s), cuja capacidade de processamento tem crescido
vertiginosamente.
Estas necessidades incentivaram o desenvolvimento de tecnologias mais complexas para a digitalização e compressão de Voz, e que
foram registradas através de recomendações do ITU-T. Estas recomendações são apresentadas na tabela abaixo, com algumas
características relevantes.
Recomendação
ITU-T
Algoritmo
Bit rate (kbit/s)
Atraso típico
fim-a-fim (ms)
G.711
PCM
48; 56; 64
<<1
Excelente
G.722
Sub-banda
ADPCM
48; 56; 64
<<2
Boa
G.723.1
ACELP
MP-MLQ
5,3
6,3
67-97
G.726
ADPCM
16; 24; 32; 40
60
Boa (40),
Razoável (24)
G.727
AEDPCM
16; 24; 32; 40
60
Boa (40),
Razoável (24)
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Qualidade de Voz
Razoável
Boa
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G.728
LD-CELP
16
<<2
Boa
G.729
CS-ACELP
8
25-35
Boa
G.729
Anexo A
CS-ACELP
8
25-35
Boa
Requisitos para a Telefonia IP
O objetivo da telefonia em redes IP é prover uma forma alternativa aos sistemas tradicionais, mantendo, no mínimo, as mesmas
funcionalidades e qualidade similar, e aproveitando a sinergia da rede para o transporte de Voz e dados.
Os principais requisitos para a Telefonia sobre redes IP de modo a permitir uma comunicação inteligível, interativa e sem falhas são:
•
•
•
Transmissão de Voz em tempo real com tempo de latência (atraso) menor que 300 ms;
Existência de Procedimentos de Sinalização para o estabelecimento e controle de chamadas, e para o fornecimento de
serviços adicionais (conferência, chamada em espera, identificador de chamadas, etc.);
Existência de Interfaces com os sistemas públicos de telefonia comutada e móvel.
Telefonia sobre o Protocolo IP
O transporte de Voz sobre o protocolo IP levou ao desenvolvimento de um conjunto de novos protocolos para viabilizar a comunicação
com as mesmas características das redes tradicionais.
Nas redes IP os pacotes de dados com informação de Voz são enviados de forma independente, procurando o melhor caminho para
chegar ao seu destino, de forma a usar com maior eficiência os recursos da rede. Os pacotes de dados associados a uma única origem
de comunicação de Voz podem, portanto, seguir caminhos diferentes até o seu destino, ocasionando atrasos, alteração de seqüência e
mesmo perda desses pacotes. A tecnologia desenvolvida para a comunicação VoIP, implementada através dos novos protocolos,
assegura a reordenação dos pacotes de dados e a reconstituição do sinal original, compensando o eco decorrente do atraso fim-a-fim
dos pacotes de dados, o jitter e a perda de pacotes.
Estes novos protocolos funcionam como aplicações específicas sobre o protocolo IP para prover comunicação em tempo real e
sinalização de chamadas para as aplicações de Voz. Esses protocolos são executados por máquinas existentes nas redes IP
(roteadores, switches) e por novos elementos funcionais que complementam a arquitetura dos sistemas de Telefonia IP.
Telefonia IP: Arquitetura
Na telefonia tradicional, a rede é hierárquica, ou seja, é baseada em grandes centrais telefônicas interligadas de forma hierárquica e
que detém a inteligência da rede. Além disso, os terminais são desprovidos de inteligência e o seu endereçamento depende da
geografia da área de abrangência da rede (ver tutorial do Teleco “Telefonia Fixa no Brasil”).
Na telefonia IP, a rede é plana, não hierárquica, especializada no roteamento e transporte de pacotes de dados, e pode oferecer vários
tipos de serviços. Os terminais são inteligentes, seu endereçamento independe de sua localização geográfica, e o processamento e a
realização das chamadas ocorrem em vários equipamentos que podem estar localizados em qualquer parte da rede.
A figura a seguir apresenta a arquitetura típica de rede para a telefonia IP.
Apresenta-se a seguir cada um dos elementos desta arquitetura.
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(abril/2005)
Rede IP
É a rede de dados que utiliza os protocolos TCP/IP. Sua função básica é transportar e rotear os pacotes de dados entre os diversos
elementos conectados a rede. Conforme o seu porte, pode ter um ou mais segmentos de rede.
Sistema de Telefonia Fixa Comutada (STFC)
É o sistema público convencional de comunicação de Voz, que interliga empresas e residências em âmbito nacional e internacional. O
sistema de telefonia móvel atual também pode ser considerado convencional, para os serviços de comunicação de Voz.
PABX
É o equipamento de uso corporativo empregado para executar os serviços privados de Voz nas empresas. Geralmente são sistemas
digitais, e se interligam ao STFC (ou aos sistemas de telefonia móvel) para realizar as comunicações externas.
Terminal Telefônico Convencional (Tel)
É o telefone convencional usado em residências e empresas. Em alguns sistemas digitais mais modernos (públicos ou privados), os
telefones também são digitais, para permitir um maior número de funcionalidades adicionais à comunicação de Voz convencional.
Terminal Telefônico IP (Tel IP)
É o telefone preparado para a comunicação de Voz em redes IP. Tem todas as funcionalidades e protocolos necessários instalados
para suportar comunicação bidirecional de Voz em tempo real e a sinalização de chamadas. As funcionalidades adicionais integradas
dependem da finalidade e do custo do terminal.
Terminal Multimídia (TM)
São computadores preparados para a comunicação de Voz em redes IP. Assim como o Tel IP, eles têm todas as funcionalidades e
protocolos necessários instalados para suportar comunicação bidirecional de Voz em tempo real e a sinalização de chamadas.
Esses terminais podem ser utilizados para aplicações mais complexas, tais como Postos de Atendimento de Call Centers e estações
para conferência multimídia, entre outras.
Gateway (GW)
É o equipamento responsável pela interoperabilidade entre a rede IP e o STFC (e/ou sistemas de telefonia móvel). Ele executa a
conversão de mídia em tempo real (Voz analógica x Voz digital comprimida) e a conversão de sinalização para as chamadas
telefônicas. Para simplificar o GW, o controle efetivo das chamadas em andamento é executado pelo Gateway Controller.
Em sistemas de maior porte as funcionalidades de mídia e sinalização podem ser separadas em equipamentos distintos, chamados de
Media Gateway (MGW) e Signalling Gateway (SGW).
Gateway Controller (GC)
É o equipamento responsável pelo controle das chamadas em andamento realizadas pelos GW. Também chamado de Call Agent, o GC
utiliza e gera as informações de sinalização e comanda os GW para iniciar, acompanhar e terminar uma chamada entre 2 terminais
distintos.
Em sistemas de maior porte as funcionalidades de controle de mídia e sinalização podem ser separadas em equipamentos distintos,
chamados de Media Gateway Controller (MGC) e Signalling Gateway Controller (SGC).
Multipoint Control Unit (MCU)
É o equipamento responsável pelos serviços de conferência entre 3 ou mais terminais. É composto por um Controlador Multiponto (MC
- multipoint controller), responsável pela sinalização das chamadas, e por um Processador Multiponto (MP - multipoint processor),
responsável pelo processamento dos pacotes de dados dos sinais de Voz dos terminais envolvidos na conferência.
Gatekeeper (GK)
É o equipamento responsável pelo gerenciamento de um conjunto de equipamentos dedicados a telefonia IP, quais sejam: Tel IP, TM,
GW, GC e MCU. Suas principais funções são: executar a tradução de endereçamento dos diversos equipamentos, controlar o acesso
dos equipamentos à rede dentro de sua Zona, e controlar a banda utilizada.
Outras funcionalidades opcionais podem ser adicionadas, entre elas: autorização de chamadas, localização de GW, gerenciamento de
banda, serviços de agenda telefônica (lista) e serviços de gerenciamento de chamadas.
Na figura acima cada GK é responsável por um conjunto de terminais. A comunicação entre 2 GK’s distintos normalmente é feita
durante a realização de chamadas de longa distância, através de protocolos específicos para esse fim, onde são trocadas informações
relativas aos terminais de cada área de atuação dos GK’s.
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(abril/2005)
Zona
Zona é um conjunto de terminais, GW’s e MCU’s gerenciados por um único GK. Uma zona deve ter pelo menos 1 terminal, e pode ou
não conter GW’s ou MCU’s. Entretanto, uma zona tem apenas 1 GK. Fisicamente a Zona pode ser composta por um ou mais
segmentos de rede interligados através de roteadores ou outros equipamentos semelhantes.
Comparada com os sistemas telefônicos convencionais, uma Zona corresponde a uma área com um determinado código de localidade,
ou seja, uma cidade ou um conjunto de cidades conforme o tamanho e número de terminais.
Telefonia IP: Protocolos
A comunicação entre dois terminais na telefonia IP ocorre através de 2 processos simultâneos:
1) Sinalização e Controle de Chamadas
•
•
Estabelecimento da chamada (call setup): ocorre entre 2 ou mais terminais e envolve um ou mais GK’s, para obtenção da
informação dos terminais de uma mesma zona ou de zonas distintas. Pode envolver também os GC’s e GW’s, caso incluam
terminais do STFC, ou os MCU’s, caso seja estabelecida uma conferência. Estabelecida a chamada, são criados canais
virtuais de controle entre todos equipamentos envolvidos.
Acompanhamento da chamada (call handling): é feito através dos canais de controle no decorrer da chamada para identificar
perda de conexão e outros eventos relevantes e dependentes dos serviços adicionais permitidos pelos terminais, quais
sejam: atendimento simultâneo, chamada em espera, e etc.
•
Finalização da chamada (call termination): libera os terminais e outros equipamentos envolvidos, libera os canais de controle
e atualiza o status dos terminais junto aos equipamentos da rede.
2) Processamento de Voz
•
Controle do transporte de Voz (transport control): estabelecida a chamada, os terminais (e GW’s ou MCU’s, conforme o caso)
iniciam um processo de definição do mecanismo de transporte de Voz onde é eleito um mestre, identifica-se o tipo de mídia
a ser transportada (Voz) e são criados os canais virtuais de controle e de mídia.
•
Transporte de mídia (media stream transport): inicia-se o transporte bidirecional em tempo real de mídia (Voz) entre os
terminais envolvidos através dos canais virtuais criados na fase anterior. São usados recursos dos pacotes UDP da rede IP
para minimizar o overhead do protocolo, otimizando o uso da rede.
Protocolos
A telefonia IP utiliza os protocolos TCP/UDP/IP da rede como infra-estrutura para os seus protocolos de aplicação que participam dos
processos descritos acima. A figura a seguir apresenta a estrutura em camadas dos principais protocolos.
Apresenta-se a seguir a descrição de cada um destes protocolos.
H.323 Packet Based Multimedia Communications Systems
O padrão H.323 é um conjunto de protocolos verticalizados para sinalização e controle da comunicação entre terminais que suportam
aplicações de áudio (Voz), vídeo ou comunicação de dados multimídia.
É uma recomendação guarda-chuva do ITU-T que define padrões para comunicação multimídia através de redes que não oferecem
Qualidade de Serviço (QoS) garantida, como é o caso das redes do tipo LAN, IP e Internet.
Os padrões utilizados do conjunto H.323 e suas aplicações para os sistemas de Telefonia IP são descritos a seguir.
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(abril/2005)
H.255.0 Call Signalling Protocols and Media Stream Packetization for Packet-based Multimedia Communication Systems
Esta recomendação estabelece padrões para sinalização e empacotamento de mídia (Voz) para chamadas em sistemas baseados em
redes de pacotes. Suas principais aplicações são:
•
•
•
Sinalização de chamadas: define um conjunto de mensagens que usa o formato da recomendação Q.931 sobre os pacotes
TCP da rede IP, com a finalidade de estabelecer e finalizar chamadas. Estas mensagens são trocadas entre os equipamentos
envolvidos na chamada: terminais, GC e MCU’s.
Controle de equipamentos na rede (Zona): define um conjunto de mensagens para a funcionalidade RAS, responsável pelo
registro, admissão e status dos equipamentos na rede. As mensagens são trocadas entre o GK e os terminais, GW, GC e
MCU’s para o controle de uma determinada Zona. Estas mensagens usam como suporte os pacotes UDP da rede IP.
Comunicação entre Gatekeepers (anexo G): define um conjunto de mensagens para a Sinalização Gatekeeper-gatekeeper,
que estabelece o processo de sinalização e controle para chamadas entre Zonas distintas.
•
Transporte de mídia (Voz): esta recomendação baseia-se no uso dos protocolos RTP e RTCP como padrão para o transporte
de mídia.
H.245 Control Protocol for Multimedia Communication
Esta recomendação estabelece padrões para a comunicação entre terminais, para o processo de controle do transporte de Voz
(transport control). Estas mensagens usam como suporte os pacotes TCP da rede IP, e são trocadas entre os terminais, GW e MCU’s
envolvidos em chamadas do tipo ponto-a-ponto e ponto-multiponto.
H.235 Security and Encryption for H-Series (H.323 and other H.245-based) Multimedia Terminals
Esta recomendação estabelece padrões adicionais de Autenticação e Segurança (Criptografia) para terminais que usam o protocolo
H.245 para comunicação ponto-a-ponto e multiponto.
H.450.X Generic Functional Protocol for the Support of Supplementary Services
Conjunto de recomendações que estabelece padrões de Sinalização para serviços adicionais para terminais, tais como transferência e
redirecionamento de chamadas, atendimento simultâneo, chamada em espera, identificação de chamadas, entre outros.
Estas mensagens usam como suporte os pacotes TCP da rede IP, e são trocadas entre os terminais, GW e MCU’s envolvidos em
chamadas do tipo ponto-a-ponto e ponto-multiponto que possuam as funcionalidade dos serviços adicionais.
Session Initiation Protocol (SIP)
O protocolo SIP, definido através da recomendação RFC 2543 do IETF, estabelece o padrão de sinalização e controle para chamadas
entre terminais que não utilizam o padrão H.323, e possui os seus próprios mecanismos de segurança e confiabilidade.
Estabelece recomendações para serviços adicionais tais como transferência e redirecionamento de chamadas, identificação de
chamadas (chamado e chamador), autenticação de chamadas (chamado e chamador), conferência, entre outros.
Sua utilização é similar ao conjunto H.323 descrito, embora utilize como suporte para as suas mensagens os pacotes UDP da rede IP.
Media Gateway Control Protocol (MGCP)
O protocolo MGCP, definido através de recomendação RFC 2705 do IETF, é usado para controlar as conexões (chamadas) nos GW’s
presentes nos sistemas VoIP. O MGCP implementa uma interface de controle usando um conjunto de transações do tipo comando –
resposta que criam, controlam e auditam as conexões (chamadas) nos GW’s. Estas mensagens usam como suporte os pacotes UDP da
rede IP, e são trocadas entre os GC’s e GW’s para o estabelecimento, acompanhamento e finalização de chamadas.
Media Gateway Control Protocol (MEGACO)
O protocolo Megaco é resultado de um esforço conjunto do IETF e do ITU-T (Grupo de Estudo 16). O texto da definição do protocolo e
o mesmo para o Draft IETF e a recomendação H.248, e representa uma alternativa ao MGCP e outros protocolos similares.
Este protocolo foi concebido para ser utilizado para controlar GW’s monolíticos (1 único equipamento) ou distribuídos (vários
equipamentos). Sua plataforma aplica-se a gateway (GW), controlador multiponto (MCU) e unidade interativa de resposta audível
(IVR). Possui também interface de sinalização para diversos sistemas de telefonia, tanto fixa como móvel.
Real-Time Transport Protocol (RTP)
O protocolo RTP, definido através da recomendação RFC 1889 do IETF, é o principal protocolo utilizado pelos terminais, em conjunto
com o RTCP, para o transporte fim-a-fim em tempo real de pacotes de mídia (Voz) através de redes de pacotes. Pode fornecer
serviços multicast (transmissão um para muitos) ou unicast (transmissão um para um).
O RTP não reserva recursos de rede e nem garante qualidade de serviço para tempo real. O transporte dos dados é incrementado
através do RTCP (protocolo de controle) que monitora a entrega dos dados e provê funções mínimas de controle e identificação. No
caso das redes IP este protocolo faz uso dos pacotes UDP, que estabelecem comunicações sem conexão.
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Real-Time Transport Control Protocol (RTCP)
O protocolo RTCP, definido também através da recomendação RFC 1889 do IETF, é baseado no envio periódico de pacotes de controle
a todos os participantes da conexão (chamada), usando o mesmo mecanismo de distribuição dos pacotes de mídia (Voz). Desta
forma, com um controle mínimo é feita a transmissão de dados em tempo real usando o suporte dos pacotes UDP (para Voz e
controle) da rede IP.
Telefonia IP: Ambiente Corporativo
Com o crescimento das redes LAN (intra-office) e com a adoção crescente do conceito WAN (inter-offices) fazendo uso de facilidades
do tipo VPN fornecidas pelas operadoras de serviços de dados, a telefonia IP tem encontrado um grande espaço para a sua
implantação no ambiente corporativo, substituindo os PABX’s tradicionais pela solução PABX-IP. Suas principais vantagens são:
•
•
•
•
•
•
•
Uso de cabeamento comum para voz, vídeo e dados;
Uso do mesmo grupo de suporte (helpdesk e manutenção de TI);
Mesmo hardware;
Mesmos fornecedores;
Elimina a limitação geográfica de cabeamento e equipamento;
Facilita a mobilidade de usuários sem a respectiva reestruturação de localidades e sistemas;
Integra agendas e outros serviços telefônicos com aplicações baseadas no conceito Web-browser.
A figura a seguir mostra uma arquitetura típica para uma corporação com mais de um escritório.
Apresenta-se a seguir cada um dos elementos desta arquitetura.
Rede Local (LAN)
Em cada escritório (matriz e as várias filiais) existe uma rede local, constituída pelo cabeamento de dados, pelos servidores de
aplicações de dados e de telefonia IP, e pelos diversos terminais que podem ou não possuir as funcionalidades de VoIP.
Terminais
Em cada escritório existem terminais de dados (PC), terminais multimídia (TM) e terminais de telefonia IP (Tel IP), todos conectados a
uma infra-estrutura comuns de rede de dados.
O deslocamento de pessoal é facilitado pois os terminais podem ser conectados em qualquer escritório sem alteração de infraestrutura e sistemas, e todas as facilidades configuradas para o perfil do usuário podem ser acessadas.
Roteador (ROT)
Equipamento responsável pela interface entre a rede local e o provedor de rede IP. Participa da funcionalidade de VPN, e pode ter
adicionalmente as funções de Firewall e, em redes de menor porte, de gateway para interface com o STFC.
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Gateway (GW)
É o equipamento responsável pela interoperabilidade entre a rede local e o STFC (e/ou sistemas de telefonia móvel). Ele executa a
conversão de mídia em tempo real (Voz analógica x Voz digital comprimida) e a conversão de sinalização para as chamadas
telefônicas.
Call Manager (CM)
É o equipamento responsável pelo gerenciamento de chamadas. O call manager implementa as funções de gatekeeper (GK),
gerenciando os elementos que fazem parte do sistema VoIP, e gerencia as chamadas, fornecendo serviços de tradução de
endereçamento IP, controle do GW, entre outros.
Pode ser implementado através de equipamentos redundantes e backups em locais distintos. Normalmente existe um equipamento
principal no escritório matriz (redundante e com backup em outro escritório), que mantém a configuração de toda a rede, e
equipamentos secundários nos outros escritórios, que conhecem apenas suas redes internas. As chamadas que envolvam escritórios
distintos necessariamente envolvem o equipamento principal localizado na matriz.
Application Server (AS)
É o equipamento que fornece serviços adicionais ao sistema VoIP. Dentre esses serviços pode ser destacados: caixa postal de Voz
(voice mail), unidade interativa de resposta audível (IVR) e serviços de agenda telefônica.
Telefonia IP: Internet
Os sistemas de telefonia IP tornam-se viáveis na medida em que alguma garantia de qualidade de serviço (QoS) possa ser obtida da
rede IP onde eles são implementados. Quando essa rede é usada exclusivamente pelo provedor para fornecimento de serviços de
dados e/ou VoIP, com gerenciamento e engenharia de rede adequados, o QoS pode ser ajustado para atender aos requisitos de todos
os serviços ofertados, inclusive VoIP com qualidade.
Há, entretanto, entre os provedores de serviços, e mesmo no mercado corporativo, a busca por soluções de menor custo para dados e
Voz. E nessa busca a Internet, com as suas características de custo baixo e infra-estrutura “pública”, surge como alternativa a ser
considerada.
A questão principal que se coloca é o QoS da Internet. A arquitetura da Internet é composta por um número muito grande de redes de
diversos provedores e outras entidades comerciais ou não, sem um responsável efetivo pelo controle da banda fornecida ou utilizada e
sua conseqüente qualidade de serviço. Para aplicações de tempo real com mídias do tipo áudio (Voz) ou vídeo, não se pode garantir
disponibilidade de banda e mesmo a disponibilidade da rede.
Apresenta-se a seguir algumas soluções para Telefonia IP usando a Internet, e os impactos futuros para esta aplicação.
Provedores de Serviços de Telefonia IP
Alguns provedores de serviços de Telefonia IP têm conseguido oferecer qualidade de serviço utilizando a Internet, especialmente para
chamadas de longa distância. Sua estratégia é voltada para o gerenciamento da qualidade de serviço utilizando vários rotas no
backbone da Internet.
Esses provedores utilizam equipamentos dedicados com aplicações sofisticadas que verificam em tempo real a qualidade de serviço de
cada rota e direcionam o tráfego de Voz para a rota que fornece o melhor QoS a cada instante. Esta solução oferece também ao
sistema uma característica de disponibilidade de serviço bastante interessante.
Além do fator qualidade e disponibilidade de serviço, o custo de expansão de rede torna-se interessante neste tipo de aplicação. Na
Internet o custo de expansão das redes é de responsabilidade dos proprietários de cada rede, não sendo repassado aos usuários.
Desta forma, os provedores de telefonia IP podem prescindir desse custo e oferecer o serviço de forma mais vantajosa para seus
Clientes.
Mercado corporativo
No mercado corporativo o uso da Internet como meio de transporte para a telefonia IP apresenta algumas ressalvas:
•
•
Contratação de serviço de acesso a Internet de vários provedores, para garantir a disponibilidade e qualidade de serviço;
Implantação de sistemas sofisticados de gerenciamento dos canais de acesso a internet, a exemplo da estratégia aplicada
pelos Provedores de Telefonia IP;
•
Aumento do custo de operação da rede (equipamentos e pessoal) devido a maior complexidade do sistema, para garantir a
disponibilidade dos serviços de Voz conforme a necessidade dos usuários.
Desta forma, esta opção pode ser considerada como alternativa para comunicações de Voz cuja finalidade possa prescindir da
qualidade e disponibilidade de serviço oferecida pelos sistemas de telefonia convencional ou mesmos pelos sistemas de telefonia IP
que utilizam redes IP privadas.
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Conclusão
O uso da Internet como meio de transporte de Voz tem alguns casos de sucesso, principalmente nas chamadas de longa distância.
Hoje o usuário que está fazendo uma chamada desse tipo não consegue identificar o tipo de tecnologia que está sendo usada, e
mesmo qual o caminho que a sua conversa está seguindo.
Entretanto, nem todas as aplicações têm o mesmo resultado. O mercado corporativo e mesmo residencial ainda tem dificuldades para
usar de forma generalizada esse tipo de tecnologia. A medida em que o mercado for demandando novos serviços através da Internet,
a estrutura de precificação desses serviços poderá ser aperfeiçoada de forma a definir o custo do acesso de acordo com o tipo de
aplicação do usuário.
Esse novo formato de remuneração pode permitir o aperfeiçoamento da própria arquitetura da Internet, através da implantação de
protocolos mais sofisticados que permitem a definição de prioridades para o transporte dos pacotes de dados de acordo com o tipo de
aplicação do usuário.
Nesse novo contexto, tanto provedores como usuários terão a oportunidade de usar a Internet para as aplicações de telefonia IP (e
para outras mídias) com custos um pouco superiores aos atuais, porém com a qualidade de serviço adequada.
Telefonia IP: Considerações finais
A telefonia IP, usando rede IP ou Internet, tem avançado a largos passos. Novos produtos vêm sendo desenvolvidos pelos
fornecedores para viabilizar negócios para os Provedores de Serviços e soluções alternativas para o mercado corporativo.
Os provedores de serviços vêm alterando a arquitetura das redes de telefonia convencional para aplicar soluções de telefonia IP nas
ligações de longa distância, através do uso de suas redes IP e de centrais de trânsito que se comunicam através de conexões de Voz
sobre IP (canais IP). Além disso, novos provedores já fornecem serviços de telefonia IP de longa distância usando a infra-estrutura da
Internet.
No mercado corporativo a demanda pela convergência das redes de Voz e dados e a necessidade de redução de custos de
comunicação vêm pressionando os fornecedores de equipamentos e serviços a viabilizarem essas soluções com custos adequados.
Todo este contexto ratifica o desenvolvimento das redes NGN (Next Generation Networks), cuja convergência Voz-dados é a mola
mestra. Nestas redes o transporte dos dados é feito de forma simplificada, e a inteligência é distribuída por todos os equipamentos de
aplicação e terminais. As Soft-switches, equivalentes distantes às centrais de comutação, passam a controlar as chamadas de Voz, os
serviços adicionais e os pacotes de dados, de forma indistinta na rede.
Há ainda que se considerar uma questão final: a da regulamentação do serviço de Voz. No Brasil a regulamentação dos serviços de
Voz não especifica a tecnologia a ser usada, e sim o tipo de serviço a ser prestado pelos provedores.
O serviço de Voz é regulamentado através de 2 modalidades:
•
•
STFC, prestado como serviço público de Voz;
SCM (Serviço de Comunicação Multimídia), prestado como parte dos serviços multimídia.
Essas licenças têm públicos distintos, e não devem ser confundidas entre si. Cada tipo de licença oferece ao provedor um público
específico e é dentro desse contexto que ele deve operar os seus serviços, seja usando a tecnologia da telefonia convencional, seja
usando a tecnologia VoIP.
Existem, entretanto, requisitos adicionais que diferenciam os serviços e que diferenciam as responsabilidades dos operadores. Para o
STFC os requisitos de numeração, cobertura, interconexão, e qualidade de serviços são bastante rígidos e a obtenção da licença é
mais complexa. Para o SCM os requisitos são voltados aos serviços multimídia, permitem a interconexão e o uso de numeração, e a
obtenção da licença é mais simplificada.
Ressalta-se apenas que a licença SCM não deve ser confundida com o STFC ou com a prestação de serviços de comunicação de massa
(broadcast ou TV paga).
Referências
Anatel
Agência Nacional de Telecomunicações.
ITU
The International Telecommunication Union, órgão responsável pelo desenvolvimento de padronização para telecomunicações.
IETF
The Internet Engineering Task Force, órgão responsável pelo desenvolvimento de padronização para a Internet (RFC).
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MEIOS DE ACESSO À INTERNET
Meios de Acesso a Internet: O que é
Nos dias de hoje o acesso a Internet tem sido objeto de várias ações de marketing para os diversos setores da área de
Telecomunicações, começando pelas operadoras de serviços exclusivos de acesso a Internet, passando pelas operadoras de telefonia
fixa e celular, e terminando nas operadoras serviços de satélite e de TV a cabo.
Enfim, existe uma enxurrada de opções, seja de banda estreita ou de banda larga, que podem ser contratadas quando se faz
necessário o acesso a Internet. Entretanto, em maior ou menor grau, o usuário final não faz a mínima idéia de como esse serviço é
implantado.
O objetivo deste tutorial é descrever de forma sistêmica essas opções, e identificar os tutoriais do Teleco que descrevem com um grau
maior de detalhe as tecnologias aqui apresentadas.
Conceito
O acesso a Internet é normalmente fornecido por um PASI (Provedor de Acesso a Serviços de Internet) ou por uma operadora com
licença SCM. De acordo com o tipo de serviço solicitado pelo usuário final esse acesso pode ser discado ou de banda larga. O tutorial
do Teleco Acesso à Internet detalha as características desses serviços.
Independente do tipo de prestador do serviço, a implementação de um meio de acesso a Internet tem, basicamente, 3 blocos
funcionais, conforme demonstram a figura e a descrição a seguir:
•
POP: é o ponto de presença da operadora onde se encontram os equipamentos de acesso ao usuário e da rede IP que se
•
Rede de Acesso:
•
CPE (Customer Premisses Equipment): é o equipamento ou o acessório que interliga-se com a rede de acesso e
interliga a Internet;
é o elemento de ligação entre o POP e o usuário final, sendo normalmente constituído por cabos de
cobre, cabos de fibra óptica ou pelo próprio "AR" (para ligações via rádio ou satélite) e, quando necessário, por
equipamentos de regeneração ou recuperação de sinal;
com o computador do usuário final, fazendo as devidas conversões de sinais elétricos e de protocolos para implementar a
conexão que vai permitir o acesso a Internet.
Dentre esses blocos funcionais, a Rede de Acesso tem sido o elemento chave para a expansão generalizada do acesso a Internet. A
rede mais comum e que propicia o acesso imediato a Internet é a rede de telefonia fixa já implantada e que chega a grande marioria
dos usuários finais. Mesmo assim, sobre essa rede podem ser fornecidos serviços de acesso discado, de menor banda e custo, ou
serviços de banda larga, com tecnologias mais complexas e, consequentemente, com um custo maior.
Outras redes, com penetração nos centros urbanos, são também utilizadas para fornecer esse tipo de serviço. É o caso das redes de
TV a cabo, que utilizam a mesma infraestrutura para fornecer tanto o serviço de TV, como acesso em banda larga, sempre com um
custo maior que o acesso discado.
Finalmente, as diversas rede baseadas em rádio ou satélite, como é o caso das operadoras de celular, de serviços de rádio ponto-aponto ou ponto-multiponto, e de serviços de satélite, têm oferecido opções de acesso que concorrem com as outras redes também
nas regiões metropolitanas, mas que aparecem como única alternativa para atender os usuários finais em locais onde as outras redes
ainda não chegaram ou não pretender chegar.
Isto posto, podemos dizer que o Meio de Acesso a Internet é composto pela Rede de Acesso e pelo respectivo CPE. Cada operadora,
de acordo com a licença que possui e com as características de sua rede, pode fornecer um ou mais Meios de Acesso para os seus
usuários finais.
Meios de Acesso a Internet: Conexão
O acesso a Internet fornecido pelas operadoras de telecomunicações pode ser feito através de 2 tipos de conexões: individual ou
compartilhada. Estes tipos de conexão são descritos a seguir.
Conexão Individual
É o tipo de conexão que destina-se única e exclusivamente ao computador de propriedade do usuário final. Dependendo do serviço
contratado, o usuário final já possui o CPE instalado no seu computador, como é o caso do modem utilizado para acesso discado nos
serviços de banda estreita, ou a operadora instala um CPE no endereço físico do Cliente, como é o caso dos serviços de banda larga,
que utilizam equipamentos especiais de acordo com a tecnologia da rede de acesso.
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A figura a seguir ilustra esse tipo de conexão.
Conexão Compartilhada
É o tipo de conexão onde o mesmo meio de acesso é utilizado para atender mais de um computador. A conexão compartilhada pode
ser implementada pela operadora de telecomunicações ou pelo próprio usuário final.
1) Operadora
Quando a operadora implementa uma conexão compartilhada, ela instala um CPE cuja funcionalidade permite atender diversos
computadores a partir de uma única interligação com a rede de acesso.
O CPE pode ser dos seguintes tipos:
Switches com saídas Ethernet
Este tipo de equipamento permite compor uma rede local no endereço físico dos usuários finais e interligar os seus diversos
computadores através de placas de rede comuns que, com grande freqüência, já se encontram instaladas nos equipamentos.
Cabe a operadora instalar a infraestrutura de cabos de rede para interligar o CPE aos computadores. Exemplo típico desta
aplicação são os condomínios comerciais e residênciais onde existe disponibilidade de dutos para a instalação dos cabos de rede.
Switches com saídas DSL
Este tipo de equipamento tambem permite compor uma rede local no endereço físico dos usuários finais, e inclusive utiliza a
mesma interface de rede existente nos computadores.
Entretanto, para aproveitar a rede de cabos de cobre existente, ou na impossibilidade de instalação de cabos adicionais, cada
saída do switch recebe o sinal telefonico original e o transmite junto com o sinal de internet no mesmo par trançado até o local
físico do computador. Nesse local um modem especial é utilizado para separar o sinal telefonico e o sinal de internet.
Exemplos desta aplicação são os condomínios residenciais e comerciais onde não existe a disponibilidade de dutos para instalação
dos cabos de rede.
A figura a seguir ilustra estes tipos de conexão.
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Outros tipos de CPE's e equipamentos adicionais podem ser usados pela operadora, dependendo da tecnologia de sua rede de acesso,
e da disponibilidade de infraestrutura e espaço no endereço físico dos usuários finais.
2) Usuário Final
Quando o usuário final deseja implementar uma conexão compartilhada a partir da conexão individual instalada pela operadora, ele
utiliza um equipamento adicional para executar a funcionalidade de gateway entre a conexão individual e a sua rede local. A figura a
seguir ilustra este tipo de situação.
Já existem hoje disponíveis no mercado alguns equipamentos de custo mais acessível que possuem a função de switch com 1 entrada
e 4, 8 ou mais saídas que podem ser interligadas aos computadores que farão acesso a internet.
Caso o usuário tenha disponibilidade, pode ser usado também um computador como gateway, com 2 ou mais placas de rede
instaladas, de tal forma que uma se conecta a internet e a(s) outra(s) ao(s) demais computadore(s) da rede. Novamente, com o
auxílio de um switch ou um hub podem ser conectados vários computadores através de uma única placa de rede. Esse mesmo
computador pode prover também a funcionalidade de Firewall, propiciando segurança para toda a rede.
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Para aplicações de maior porte, como por exemplo as redes corporativas, podem ser instalados equipamentos dedicados com a
funcionalidade de Firewall, que comportam grande número de usuários e regras de segurança mais detalhadas.
Meios de Acesso a Internet: Acesso Elétrico
Os Meios de Acesso Elétrico a Internet são aqueles que utilizam as redes de acesso baseadas em cabos de cobre, sejam pares
trançados ou cabos coaxiais. Este tipo de Acesso a Internet é utilizado tanto por usuários residênciais como por usuários corporativos
de pequeno e médio porte.
Os meios de acesso elétrico disponíveis atualmente são descritos nos parágrafos a seguir.
Acesso Discado
O acesso discado a Internet é feito através da conexão da rede de telefonia fixa disponível no endereço físico do usuário final. Para
tanto o computador de acesso deve ter um modem instalado (interno ou externo) e a operadora não necessita instalar nenhum CPE.
Para ter este tipo de serviço o usuário final deve contratar o acesso a Internet de um PASI ou utilizar um serviço gratuito de acesso e,
adicionalmente, deve pagar os pulsos da ligação telefônica correspondentes ao tempo que ficar com a conexâo ativa.
A autenticação da conta do usuário final é feita pelo próprio PASI, seja ele pago ou gratuito, e deve ser feita sempre que a conexão for
iniciada ou reiniciada.
A figura a seguir ilustra este tipo de conexão.
Este tipo de acesso a Internet é considerada de banda estreita, já que a própria linha telefônica permite uma banda máxima teórica
de 64 kbit/s, a distância da central e a qualidade física dos cabos de cobre pode limitar ainda mais essa banda e os modens atuais
trabalham com taxas de 56 kbit/s.
Além disso, este tipo de acesso não permite o uso simultâneo da linha telefônica para ligações de Voz e acesso a Internet.
Apesar da menor banda para o acesso a Internet, este tipo de conexão tem sido usada tanto por usuário residenciais como por
usuários corporativos de menor porte, e muitas vezes com o compartilhamento da conexão por mais de um computador.
Maiores detalhes sobre o acesso discado podem ser obtidos no tutorial Acesso à Internet.
Acesso ADSL
O acesso ADSL é feito através do compartilhamento do cabo da linha da rede de telefonia fixa presente no endereço físico do usuário
final para Voz e acesso a Internet. Para prover este serviço, a operadora deve instalar um CPE ADSL do lado do usuário final, e deve
ter a sua rede preparada para este tipo de serviço. Além disso, o usuário final necessita de um software adicional instalado no seu
computador, que é fornecido pela própria operadora.
Para este tipo de seviço o usuário final deve contratar o acesso a Internet de um PASI e o serviço ADSL da operadora local de
telefônica fixa. O custo do CPE pode ser pago pelo usuário final através de compra ou aluguel mensal.
A autenticação da conta do usuário final é feita em dois níveis: inicialmente pelo provedor da conexão ADSL, e a seguir pelo pelo
próprio PASI, e deve ser feita sempre que a conexão for iniciada ou reiniciada. Eventualmente pode-se salvar esses dados de tal
forma que sempre que o computador for ligado o acesso é automaticamente iniciado e o usuário tem a sensação que está sempre
conectado a Internet.
A figura a seguir ilustra este tipo de conexão.
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Este tipo de acesso a Internet é considerada de banda larga, já que permite taxas de 128 kbit/s até 2 Mbits/s. Entretanto, é limitado
pela distância entre o POP da operadora e o endereço físico do usuário final, devido a qualidade física dos cabos de cobre e mesmo de
sua atenuação normal, que pode inviabilizar a conexão do sinal elétrico.
Devido a maior disponibilidade de banda, este tipo de conexão tem sido usada tanto por usuário residenciais como por usuários
corporativos com o compartilhamento por mais de um computador, e até mesmo por redes de computadores de porte elevado.
Maiores detalhes sobre a tecnologia ADSL podem ser obtidos no tutorial ADSL (Speedy, Velox, Turbo).
Acesso por Cable Modem
O acesso por Cable Modem é feito através do compartilhamento do cabo da conexão rede de TV a cabo presente no endereço físico do
usuário final para TV e acesso a Internet. Para prover este serviço, a operadora deve instalar um CPE Cable Modem do lado do usuário
final, e deve ter a sua rede preparada para este tipo de serviço. Além disso, o usuário final necessita de um software adicional
instalado no seu computador, que é fornecido pela própria operadora.
Para este tipo de seviço o usuário final deve contratar o acesso Cable Modem da sua operadora local de TV a cabo e eventualmente o
acesso a Internet de um PASI ou provedor de conteúdo, dependendo do serviço selecionado e da operadora. O custo do CPE pode ser
pago pelo usuário final através de compra ou aluguel mensal.
A autenticação da conta do usuário final é feita em dois níveis: inicialmente pelo provedor da conexão Cable Modem, e a seguir pelo
pelo próprio PASI ou provedor de conteúdo, e deve ser feita sempre que a conexão for iniciada ou reiniciada. Eventualmente pode-se
salvar esses dados de tal forma que sempre que o computador for ligado o acesso é automaticamente iniciado e o usuário tem a
sensação que está sempre conectado a Internet.
A figura a seguir ilustra este tipo de conexão.
Este tipo de acesso a Internet é considerada de banda larga, já que permite taxas de 64 kbit/s até 512 kbits/s. Entretanto, é limitado
pelas condições técnicas e de rede da operadora e pode não estar disponível em todos os locais.
Devido a maior disponibilidade de banda, este tipo de conexão tem sido usada tanto por usuário residenciais como por usuários
corporativos com o compartilhamento por mais de um computador, e até mesmo por redes de computadores de porte elevado.
Meios de Acesso a Internet: Acesso Óptico
Os Meios de Acesso Óptico a Internet são aqueles que utilizam as redes de acesso baseadas em cabos de fibra óptica. Este tipo de
Acesso a Internet é utilizado principalmente por usuários corporativos, já que o custo de implantação das redes de fibra óptica levou
as operadoras e escolher locais com clientes de maior poder arquisitivo.
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Existem algumas tecnologias novas em desenvolvimento e testes em campo para o uso mais generalizado das redes de fibra óptica,
visando inclusive o mercado de usuários residenciais, porém ainda não se encontram em uso comercial. Maiores detalhes podem ser
obtidos no tutorial PON: Redes Ópticas de Acesso de Baixo Custo.
Os meios de acesso óptico disponíveis atualmente são descritos nos parágrafos a seguir.
Acesso Dedicado
O acesso dedicado é feito através da expansão da rede óptica da operadora até o endereço físico do usuário final. Em muitos casos, a
operadora já se encontra presente nos condomínios comerciais para oferecer o serviço aos potenciais Cliente instalados nesses locais.
O CPE a ser instalado pela operadora pode ser do tipo Modem Óptico ou equipamento de rede de transporte da operadora (PDH, SDH,
entre outros). O acesso a internet é normalmente feito diretamente através de portas IP da rede da operadora.
Para este tipo de seviço o usuário final deve contratar o acesso a Internet de uma operadora que possua um rede de dados preparada
para este fim. Na maioria dos casos o CPE é instalado sem custo pela operadora, e o usuário paga pelo serviço mensal da porta IP
contratada.
Este tipo de serviço normalmente não requer nenhuma autenticação por parte dos sistemas do usuário, e encontra-se ativo 24 horas
por dia. Entretanto, a segurança da rede é de responsabilidade do usuário final.
A figura a seguir ilustra este tipo de conexão.
Este tipo de acesso a Internet pode ser considerado de banda larga. O usuário final normalmente conecta esse CPE à sua rede
corporativa, com taxas que podem variar de 64 kbit/s até STM1 (155 Mbit/s) e, em alguns casos, com taxas superiores, dependendo
da aplicação do usuário.
Meios de Acesso a Internet: Acesso Rádio / Satélite
Os Meios de Acesso Rádio ou Satélite a Internet são aqueles que utilizam as redes baseadas em ondas eletromagnéticas. Este tipo de
acesso a Internet pode ser utilizado tanto por usuário residenciais como por usuários corporativos. A sua utilização tem crescido
devido a facilidade de implantação dessas redes em locais onde não existe infraestrutura de cabos de cobre ou ópticos, e pela
disseminação das novas tecnologias de dados baseadas em redes celulares e em sistemas Wi-Fi.
Os meios de acesso rádio ou satélite disponíveis atualmente são descritos nos parágrafos a seguir.
Acesso Rádio
O acesso rádio é feito através da implantação de rádio enlaces entre o POP da operadora e o endereço físico do usuário final. Esses
enlaces podem utilizar a configuração ponto a ponto, onde o sistema atende apenas um endereço físico, ou a configuração ponto
multiponto, onde a partir de um mesmo ponto de origem podem ser atendidos diversos usuários finais em endereços físicos distintos
ao longo da sua área cobertura.
Atualmente diversas tecnologias de acesso rádio encontram-se em uso, sendo as mais comuns:
•
Rádio Enlaces Digitais: são implantados com o uso de rádios com taxas desde 2 Mbit/s até STM4 (622 Mbit/s), em
configuraçôes ponto a ponto e em faixas de freqüência que dependem de obtenção de licença de uso. Podem alcançar
grandes distâncias e possuem excelente imunidade a interferências, embora o seu custo possa inviabilizar o uso em serviços
de pequeno porte.
•
Rádios Spread Spectrum: são implantados com o uso da tecnologia Spread Spectrum, que permite um melhor uso
do espectro de freqüências, e normalmente operam em faixas que não necessitam de licença de uso. Podem operar nas
configurações ponto a ponto ou ponto multiponto (mais comum), com taxas de bits que variam de 64 kbit/s a 11 Mbit/s.
Alcançam distâncias médias, possuem custo acessível, e são indicados para os centros urbanos, embora possam sofrer
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problemas de interferência devido ao uso da faixa de freqüências livres. Maiores detalhes dessa tecnologia podem ser
obtidos no tutorial Rádio Spread Spectrum.
•
LMDS:
são implantados com o uso de rádios digitais em configuraçâo ponto multiponto, em faixas de freqüências que
dependem de licença de uso dedicada para esta aplicação. Suas interfaces podem atender aplicações com taxas que variam
de frações de E1 (2 Mbit/s) até 100 Mbit/s. Atualmente o seu uso ainda não foi liberado no Brasil, embora já esteja em
andamento o processo de regulamentação desse serviço. Maiores detalhes dessa tecnologia podem ser obtidos no tutorial
Local Multipoint Distribuition Service (LMDS).
Para este tipo de seviço o usuário final deve contratar o acesso a Internet de uma operadora que possua um rede de dados preparada
para este fim. Na maioria dos casos o CPE é instalado sem custo pela operadora, e o usuário paga pelo serviço mensal do acesso
contratado.
Este tipo de serviço normalmente não requer nenhuma autenticação por parte dos sistemas do usuário, e encontra-se ativo 24 horas
por dia. Entretanto, a segurança da rede é de responsabilidade do usuário final.
A figura a seguir ilustra este tipo de conexão.
Este tipo de acesso a Internet é considerado de banda larga. Devido a essa maior disponibilidade de banda, este tipo de conexão tem
sido usada tanto por usuário residenciais como por usuários corporativos com o compartilhamento por mais de um computador, e até
mesmo por redes de computadores de porte elevado.
Acesso Satélite
O acesso satélite é feito através da implantação de antenas parabólicas de pequeno porte no endereço físico do usuário final. Esses
antenas são alinhadas com o satélite geo-estacionário utilizado pela operadora para prover o acesso a internet na sua área de
cobertura. Além da antena, deve ser instalado também um CPE apropriado para o acesso via satélite.
Para este tipo de seviço o usuário final deve contratar o acesso a Internet de uma operadora que possua um rede de dados preparada
para este fim. Na maioria dos casos o CPE e a antena são instalado pela operadora, e o usuário paga a taxa de instalação e o serviço
mensal do acesso contratado.
Este tipo de serviço normalmente não requer nenhuma autenticação por parte dos sistemas do usuário, e encontra-se ativo 24 horas
por dia. Entretanto, a segurança da rede é de responsabilidade do usuário final.
A figura a seguir ilustra este tipo de conexão.
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Este tipo de acesso a Internet é considerado de banda larga, já que permite taxas de 200 kbit/s até 600 kbits/s. Entretanto, devido a
sua característica assimétrica, permite taxa máxima de upload de 200 kbit/s.
Devido a maior disponibilidade de banda, este tipo de conexão tem sido usada tanto por usuário residenciais como por usuários
corporativos com o compartilhamento por mais de um computador, principalmente em locais onde os outros tipos de rede não estão
disponíveis.
Acesso Móvel
O acesso Móvel é uma nova modalidade de acesso a Internet utilizando os recursos providos pela novas rede de dados das operadoras
de Telefonia Celular ou das operadora da tecnologia Wi-Fi.
Operadoras de Telefonia Celular
As redes das operadoras de Telefonia Celular tem sido atualizadas e já dispõe de facilidades de uso de banda adicional para o acesso
de dados, incluindo o acesso a Internet. Diversas tecnologias de dados, ligadas às tecnologias de rede de Voz existentes, têm sido
anunciadas como disponíveis para a geração atual de redes e outras tecnologias, com maior banda, têm sido anunciadas para a
próxima geração de redes de Telefonia Celular (3G).
Para as redes GSM atuais (2,5 G), as tecnologias GPRS e EDGE permitem o acesso as redes de dados e a Internet com taxas médias
de até 120 kbtis/s, e a tecnologia UMTS promete ser o grande avanço para as redes 3G, com taxas de até 2 Mbit/s.
Para as redes CDMA (2,5 G), a tecnologia 1xRTT permite o acesso as redes de dados e a Internet com taxas de até 150 kbit/s, e as
tecnologias 1xEV-DO e 1xEV-DV prometem ser o grande avanço para as redes 3G, com taxas de 2,4 Mbit/s e 4,8 Mbit/s,
respectivamente.
Maiores detalhes dessas tecnologias pode ser obtidos na seção de referências de Tecnologias de Celular .
O acesso a Internet se faz através de um CPE instalado no próprio computador, normalmente um notebook, ou nos atuais PDA's,
sempre de acordo com a tecnologia da operadora (GSM ou CDMA). Para este tipo de serviço o usuário final deve contratar o acesso a
Internet de uma operadora que possua um rede de dados preparada para este fim.
Este tipo de serviço pode eventualmente requerer algum tipo de autenticação da conta do usuário. Entretanto pode-se salvar esses
dados de tal forma que sempre que o computador for ligado o acesso é automaticamente iniciado e o usuário tem a sensação que está
sempre conectado a Internet.
A figura a seguir ilustra este tipo de conexão.
Operadoras Wi-Fi
As operadoras públicas de serviços Wi-Fi utilizam a tecnologia desenvolvida para o uso em rede locais sem fio de acordo com o padrão
IEEE 802.11. Elas disponibilizam pontos de acesso denominados de Hot-spots a partir do qual todos os assinantes que estiverem
presentes em sua área de cobertura terão disponibilizados o acesso sem fio a Internet. Esses hot-spots normalmente encontram-se
em locais públicos de grande acesso, tais como os aeroportos.
Maiores detalhes dessas tecnologias pode ser obtidos na seção de referências WLAN/WI-FI .
O acesso a Internet se faz através de um CPE instalado no próprio computador, normalmente um notebook, ou nos atuais PDA's. Para
este tipo de seviço o usuário final deve contratar o acesso a Internet através de um PASI, que inclui no valor da mensalidade o custo
do uso da rede da operadora Wi-Fi.
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Este tipo de serviço requer a autenticação da conta do usuário. Entretanto pode-se salvar esses dados de tal forma que sempre que o
computador for ligado o acesso é automaticamente iniciado e o usuário tem a sensação que está sempre conectado a Internet.
Especial atenção deve ser dedicada a segurança dos dados no computador do usuário final, uma vez que a rede sem fio pode ficar
mais sucetível ao assédio ilícito. Recomenda-se que seja instalado um firewall pessoal no computador do usuário final a fim de
garantir a sua segurança.
A figura a seguir ilustra este tipo de conexão.
Meios de Acesso a Internet: Considerações finais
Os meios de acesso a internet multiplicam-se, e procuram atender a todos os públicos, de acordo com o poder aquisitivo de cada um.
A internet de banda larga é o sonho do usuário residencial, com sede de ouvir música, ver vídeos de todos os tipos no computador,
enfim, acessar os conteúdos mais sofisticados que estão a disposição de todos, em qualquer lugar do mundo.
Para as empresas de pequeno e médio porte, esse mesmo acesso de banda larga do usuário residencial, com algumas melhorias, é
denominado acesso empresarial e hoje é o melhor produto, propiciando um acesso mais confiável e de custo razoável.
Para as empresas de grande porte, que compreendem o famoso segmento corporativo, as operadoras têm dedicado a maior atenção e
oferecem pacotes de serviços variados que também incluem o acesso de qualidade à internet.
Entretanto, quando falamos de Brasil e de inclusão digital, verificamos que muito ainda tem que ser feito para, de fato, disseminar o
acesso e o uso do computador e da internet. Neste sentido, devem ser criados outros tipos de serviços que possam facilitar o
atendimento desta necessidade tão preemente.
Meios existem, as tecnologias estão disponíveis e têm sido disponibilizadas no Brasil praticamente ao mesmo tempo que nos países de
primeiro mundo. Resta apenas a conscientização da sociedade e do governo para realmente fazer acontecer.
APLICAÇÕES DE INTERNET MÓVEL
Aplicações de Internet Móvel
Introdução
Está ficando cada vez mais difícil imaginar a vida sem um telefone móvel. Não é ficar sem o telefone em si que dificulta a vida das
pessoas, mas sem os serviços que ele nos presta. O telefone é apenas a ponta do iceberg - há muita gente que troca de aparelho a
todo momento, pois o que realmente desejam é estarem acessíveis e acessarem mais pessoas e informações. Atualizar os aparelhos
nos permite tomar vantagens de novos serviços.
Existem vantagens para todos na utilização de novos serviços. Sob a ótica da operadora, novos serviços equivalem a mais receitas dos
mesmos assinantes. A luta por extrair mais dinheiro dos mesmos assinantes está apenas começando no Brasil, mas já é fortemente
travada especialmente na Europa e Ásia, onde os elevados níveis de penetração de telefonia tornam muito difícil a aquisição de novos
clientes. Diferenciação via serviços tornou-se um dos poucos modos de "roubar" clientes de outras operadoras e manter os próprios
clientes felizes.
O Brasil, como praticamente todos os paises das Américas, incluindo os EUA, ainda está atrasado em relação à adoção de tecnologias
de Internet Móvel por pessoas e empresas. O ambiente de regulamentação em várias partes da Europa e Ásia, por exemplo, levou à
escolha de um único padrão de telefonia móvel, encorajando usuários dos serviços de telecomunicações a adotar os benefícios dos
serviços móveis a passos mais largos e, conseqüentemente, auxiliou na rápida incorporação das tecnologias móveis ao dia-a-dia das
pessoas e empresas.
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Já sob a ótica do usuário final, seja ele pessoa física ou corporativo, também existem diversas vantagens advindas das tecnologias de
Internet Móvel, suportadas pelos três pilares das aplicações de internet móvel:
•
•
•
acesso a informações de necessidade instantânea em tempo real,
em qualquer lugar e,
de forma simples e rápida.
Por que as aplicações de Internet Móvel são interessantes
A sociedade da era da informação acostumou-se a ter acesso a todo tipo de conteúdo praticamente em tempo real. A mesma
informação deve, idealmente, estar disponível através de diversos meios diferentes. Peguemos notícias como exemplo. Podemos nos
interar sobre uma notícia urgente por meio de uma mensagem de texto no celular, ouvir e ver informações sobre ela no rádio e na
televisão, ler nos jornais e pesquisar em profundidade na internet.
O acesso ao mesmo conteúdo pode se dar por meios diferentes. O exemplo acima continuaria válido para artigos, músicas, filmes,
quadrinhos, cotações de ações na bolsa de valores, guias de restaurantes, programas de auditório etc. Cabe não só aos fornecedores
desses conteúdos disponibiliza-los em diversos meios, mas também às operadoras das redes de telecomunicações trabalharem para
garantir que isso possa ser feito de forma mais eficiente possível.
As redes de telecomunicações das operadoras caminham para esse sentido: tornarem-se cada vez mais eficientes em entregar
diferentes tipos de conteúdo a diferentes tipos de meios de acesso. Há diversos esforços para simplificar o modo como isso pode ser
feito. Um dos mais interessantes é a separação em camadas de conectividade, aplicações e conteúdo.
Ainda estamos longe de termos na prática redes multi-serviços como a mostrada acima, que nos possibilitaria acessar qualquer
conteúdo de qualquer dispositivo. O padrão conhecido como 4G se propõe a trabalhar exatamente deste modo (integração total entre
redes fixas e móveis, tratando toda informação como dados por pacotes).
Mas apesar do sonho ainda parecer distante, a tecnologia atual já permite uma integração e mobilidade muito maior que a que vemos
em nosso cotidiano. No último ano em particular, os celulares aproximaram-se em funcionalidades de computadores e PDAs, e os
computadores e PDAs aproximaram-se em funcionalidades de celulares. Existe uma tendência clara em terminais móveis computarem
cada vez mais e computadores se comunicarem cada vez mais.
O aumento no poder de processamento dos dispositivos móveis possibilita o desenvolvimento de aplicações cada vez mais sofisticadas
e interessates utilizando-se da mobilidade. É a chance definitiva de apagar a imagem de fracasso da internet móvel gerada pelo wap.
Por que wap foi um fracasso
Wap foi uma das tentativas pioneiras de levar o acesso à Internet ao dispositivo móvel. A tecnologia funciona e possibilita o
desenvolvimento de diversas aplicações muito úteis, porém está com a imagem desgastadas devido ao levantamento de expectativas
elevadas demais quando em seu lançamento no Brasil, em 2001.
A figura a seguir ilustra alguns exemplos das expectativas dos usuários versus a experiência real.
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Basicamente o principal erro na promoção da tecnologia e conseqüente nível de expectativa foi tentar igualar a internet móvel à
internet tradicional. Uma não deve ser a mesma coisa que a outra e tampouco eliminarem-se mutuamente. Devem simplesmente coexistir com objetivos bem diferentes.
Os objetivos da Internet Móvel
Há grandes diferenças entre utilizar aplicativos e surfar a internet em nossos computadores pessoais sentados em casa ou em nossos
escritórios e utilizar aplicativos e internet em dispositivos móveis.
O tipo de informação que buscamos é outro, de necessidade mais imediata, simples e possivelmente atualizada em tempo real. Isso
impõe severas restrições à nossa experiência com internet móvel:
•
•
•
O acesso deve ser personalizado , ou seja, quando nos conectamos à internet móvel queremos encontrar apenas aquilo que
nos interessa, sem ficar navegando por uma longa estrutura de menus para encontrar o que queremos. A personalização
deve ir praticamente ao nível de pessoa a pessoa. Os aplicativos que cada um de nós gostaria de utilizar certamente são
diferentes.
O acesso deve ser rápido e simples , ou seja, ao contrário da internet fixa, geralmente não estamos em posições confortáveis
e com tempo disponível para esperar um pouco mais. A pouca paciência que dedicamos a esperar pela informação na
internet fixa é ainda menor quando estamos utilizando um dispositivo móvel em um táxi ou precisando da informação com
urgência. A entrada de informação também deve ser a menor possível, pois a maioria dos dispositivos móveis não possui
bons meios de entrada rápida e volumosa de informações.
A informação recebida em resposta deve ser direta e objetiva , ou seja, da mesma forma que queremos encontrar aquilo que
nos interessa rapidamente através da personalização, a resposta que obtemos ao nosso questionamento também deve ser
concisa e direta, pois tanto a tela quanto o tempo do usuário são pequenos. No final das contas só utilizaremos realmente
aquelas aplicações que são divertidas ou tornam nossas vidas mais simples.
•
Toda configuração e preparação dos terminais para acessar as aplicações deve ser feita de forma automática , ou seja, de
forma transparente para o usuário final, pois esse é o único modo de conquistar a grande massa de usuários que não sabem
ou não querem aprender a manipular comandos complicados de configuração de terminais.
O quadro abaixo ilustra outros pontos na comparação entre a experiência da internet móvel e fixa:
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Há ainda mais uma característica das redes e terminais móveis mais recentes que pode melhorar ainda mais a experiência do usuário
final: a localização dos terminais. O fato da rede celular conseguir determinar com razoável precisão a localização do usuário habilita
uma série de aplicativos sem similar fixo, eliminando a necessidade de digitação de informações.
São aplicativos como guias de ruas e roteamento, mapas do trânsito, localização de pontos de interesse como bancos, cinemas,
restaurantes etc., localização de pessoas, segurança, cerca eletrônica, jogos e diversos outros.
Em que ponto da curva de evolução tecnológica estamos
Podemos separar a evolução tecnológica da internet móvel em dois elementos: as redes das operadoras e os terminais ou dispositivos
móveis nas mãos dos usuários finais.
Até bem pouco tempo atrás, a maior parte dos dispositivos móveis como telefones celulares e PDAs tinha telas relativamente
pequenas e não muito espaço de armazenamento. Muitos dispositivos ainda não possuem bons meios de entrada de dados (como
teclados) e a comunicação de dados era a velocidades não muito mais rápidas que as conexões discadas com modems do início da
década de 90.
As aplicações de internet móvel de sucesso nas primeiras gerações foram justamente aquelas que conseguem oferecer benefícios e
atrativos apesar dessas limitações.
Hoje já encontramos no mercado brasileiro dispositivos que superaram algumas dessas limitações de forma muito inteligente, e as
redes das operadoras também os estão suportando de modo mais eficiente.
Estudos internacionais mostram que a base de terminais móveis em utilização tende a se renovar (e conseqüentemente suportar
novos serviços) completamente a cada 4 anos em média. Na América Latina vemos que essa média se mantém ou até mesmo é
superada, pois, apesar da renda baixa, há uma atração pelo novo.
O quadro abaixo ilustra o ritmo dessa substituição, bem como mostra modelos característicos que formavam (ou formarão) boa parte
da base instalada de cada época: em 2001 telefones básicos, com voz e mensagens de texto, em 2002 com wap, em 2003 com telas
coloridas, em 2004 maior poder de processamento e em 2005 características multimídia como suporte a vídeos e streaming.
Tanto nas redes das operadoras quanto nos terminais, um dos maiores saltos tecnológicos em relação aos antigos telefones wap via
conexão discada são as redes de pacotes. O fato dos dispositivos móveis estarem sempre conectados à internet sem a necessidade de
discagem e sem tarifação por tempo de conexão abre espaço para viabilizar diversas aplicações.
Nos últimos seis meses a maioria dos serviços de internet móvel evoluiu de somente texto para utilização de figuras e gráficos,
melhorando muito a experiência do usuário e, conseqüentemente, ampliando a base de pessoas dispostas a tentar utilizar os serviços.
O quadro abaixo exemplifica essa evolução:
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Pavimentando o caminho para o futuro
A Internet Móvel vai ser um sucesso apenas se novas aplicações forem desenvolvidas para tirar proveito das características específicas
do ambiente de internet móvel. Tais aplicações devem se beneficiar do acesso instantâneo a informações de necessidade imediata,
assim como de novas funcionalidades como os serviços baseados em localização. Estas aplicações serão MUITO diferentes de qualquer
coisa na internet fixa hoje. Serão específicas para a internet móvel.
A internet móvel vai prover um canal importante para as empresas interagirem não somente com seus clientes, mas também com
colaboradores e parceiros de negócios. Essa interação utilizando a internet móvel será parte de uma estratégia multi-canais,
combinando email, lojas reais, call centers, internet fixa etc. Implicitamente percebe-se a necessidade de construir sistemas de
retaguarda que permitam tal interação.
A maioria dos casos de sucesso no mercado corporativo fundamentam-se no aumento da eficiência das operações, economia de
custos e integração com sistemas de retaguarda. Já os casos de sucesso no mercado de massa dependem principalmente da
combinação de aplicativos com marcas conhecidas em outras mídias (ex. TV) ou conteúdo (músicas, artigos de revistas etc.).
Nos últimos 2 meses foram lançados muitos serviços multimídia e com fotos - melhorando ainda mais a experiência final. A clara
mensagem é que o momento é de experimentação, pois uma sólida base em internet móvel hoje pode ser um grande diferencial a
medida em que as tecnologias evoluem, e elas evoluem naturalmente.
COMUNICAÇÕES MÓVEIS POR SATÉLITE
Os serviços de comunicação móvel por satélite têm
vindo a crescer de forma acentuada nos últimos
anos, ao ponto de se esperar que cerca de um milhar
de satélites em órbita cubra o globo em 2004.
Estabelecer um sistema de cobertura global, ou paraglobal, não é, no entanto, tarefa fácil. Os avolumados
investimentos, na ordem dos biliões de dólares, só são
possíveis mediante o estabelecimento de grandes conglomerados internacionais.
Mesmo assim, a experiência mostra que a viabilização dos projectos passa quase
inevitavelmente por alguns reveses. Os exemplos da Iridium e da Globalstar, dois
dos principais operadores, ambos tendo enfrentado processos tortuosos de falência
eminente e sido salvas por expedientes de última hora, demonstram-no.
Com unidades de tamanho variável mas que, no essencial, com um peso médio a
orçar a casa das 200 gramas, se aproximam estética e funcionalmente dos
aparelhos GSM, os telemóveis por satélite combinam normalmente a ligação à rede
orbital com a possibilidade do roaming alargado com as redes GSM.
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Assim sendo, dependendo do modo de funcionamento por que opte, o utilizador tanto pode fazer as chamadas invariavelmente por
satélite; por GSM (quando disponível) ou deixar o aparelho escolher a melhor solução. Quando efectua uma chamada com recurso à
rede por satélite, o móvel entra em contacto com o artefacto espacial mais próximo que orienta a chamada, consoante os casos, ora
directa, ora indirectamente por intermédio de ou mais satélites da mesma constelação, para um gateway (estação de rasteio) no solo.
O gateway encarrega-se de a inserir na rede por fios convencional.
As redes que oferecem serviços de telefone móvel por satélite funcionam, de acordo com o tipo de órbita do(s) satélite(s) usado(s), de
duas formas: usando constelações em órbita geoestacionária e usando satélites não geoestacionários.
Sistemas não geoestacionários
Os sistemas não geoestacionários, como é o caso dos empregues pela Iridium e pela Globalstar, utilizam satélites em órbitas baixas
(700 a 1500 Km acima da superfície) a médias (10000 Km, como os ICO). Em deslocação permanente, estes satélite podem ter
períodos orbitais - de revolução em torno da Terra - tão baixos quanto 100 minutos. Dada a sua proximidade, oferecem a vantagem
imediata de não necessitarem de emissores muito potentes, sendo assim possível oferecer telefones movéis pouco maiores do que os
convencionais GSM, apenas com antenas, normalmente retrácteis, maiores.
Como estão em movimento, a cada instante a zona da crosta terrestre deverá ser coberta por pelo menos um, normalmente mais (em
média 2) deles. O utilizador estabelece a chamada com um e esse, quando desaparece sobre o horizonte, transfere-a para outro.
Tecnicamente é assim possível fazer face à ocultação por edifícios e árvores, ou devido à morfologia do terreno ou deslocação do
utilizador, de modo a que seja sempre possível obter cobertura.
Sistemas geoestacionários
Outra concepção da cobertura por satélite é a que emprega sistemas geoestacionários. Em que é que consiste um satélite
geoestacionário? Trata-se, basicamente, de um artefacto espacial colocado em tal ponto no espaço que adquire sincronia com o próprio
movimento terrestre, cobrindo, por conseguinte, permanentemente, uma mesma zona do globo. Para um utilizador no solo, um satélite
geoestacionário manterá sempre a mesma posição relativa no céu. É, por exemplo, o caso dos satélites emissores de canais televisivos.
Tal como sucede com os receptores de TV, porém, os sistemas que se apoiam numa constelação geoestacionário, caso do Inmarsat e
dos Thuraya, forçam o utilizador a utilizar unidades móveis mais volumosas.
Isto deve-se ao fato de a órbita geoestacionária, normalmente sobre o equador, só ser possível a distâncias na ordem dos 36.000 Km
da Terra.
Em adição, dada a pequena fracção temporal que o sinal demora entre o telefone, o satélite e a estação terrestre que o recebe e o
retransmite para o destinatário, e vice-versa para esta, este sistema tende a introduzir um pequeno efeito de retardamento nas
mensagens.
Satélites Geoestacionários
Os satélites de comunicação
Geoestacionários.
são
na
sua
grande
maioria
do
tipo
São assim denominados por serem colocadas em uma órbita sobre o
equador de tal forma que o satélite tenha um período de rotação igual ao do
nosso planeta Terra, ou seja, 24 horas. Com isso a velocidade angular de
rotação do satélite se iguala à da Terra e tudo se passa como se o satélite
estivesse parado no espaço em relação a um observador na Terra.
Para que um satélite entre em órbita é necessário que atinja uma
velocidade de pelo menos 28.800 Km/h. Com essa velocidade, se
posicionarmos o satélite a 36.000 Km de altitude, acima do equador, ele
ficará numa órbita geoestacionária.
A União Internacional de Telecomunicações (UIT) dividiu o espaço
geoestacionário em 180 posições orbitais, cada uma separada da outra de
um ângulo de 2°. O Brasil pleiteou 19 posições orbitais junto à UIT. Destas,
atualmente sete se encontram designadas para uso dos operadores
brasileiros (Star One, Loral e Hispasat).
O satélite, do ponto de vista de transmissão é uma simples estação repetidora dos sinais recebidos da Terra que são detectados,
deslocados em freqüência, amplificados e retransmitidos de volta à Terra. Um satélite típico é composto de uma parte comum (“bus”)
onde se encontram as baterias, painéis solares, circuitos de telemetria e a parte de propulsão. Além do “bus” temos a carga útil
(“payload”) composta essencialmente dos circuitos repetidores, denominados “transponders”.
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(abril/2005)
Comunicação Via Satélite: Freqüências
As freqüências mais utilizadas para comunicação via satélite são as da banda C e banda Ku, conforme a tabela abaixo.
-
Banda C
Banda Ku
Frequência de uplink
(estação terrena para satélite)
5,850 a 6,425 GHz
14,0 a 14,5 GHz
Frequência de downlink
(satélite para estação terrena)
3,625 a 4,200 GHz
11,7 a 12,2 GHz
Um transponder em banda C tem, tipicamente, 36MHz de largura de banda, enquanto que os de banda Ku tem tipicamente 27MHz.
Internacionalmente, a banda mais popular é a banda Ku, pois permite cursar tráfego com antenas menores que as de banda C, devido
ao fato das suas freqüências serem mais altas.
Entretanto, devido ao mesmo fato, a transmissão em banda Ku é mais suscetível a interrupções causadas pela chuva. Dessa forma a
banda C é mais popular em países tropicais.
No Brasil durante muito tempo só se utilizou a banda C. Mais recentemente, a banda Ku vem recebendo maior aceitação.
Comunicação Via Satélite: Aplicações
As aplicações onde a comunicação via satélite são mais indicadas são aquelas em que:
•
•
•
Deseja-se espalhar a mesma informação, no link de descida, por uma região geográfica muito extensa como, por exemplo,
para a TV e a Internet.
Deseja-se atingir localidades remotas como, por exemplo, campos de mineração, madeireiras, propriedades rurais e
suburbanas e postos em rodovias.
Deseja-se que o tempo de implantação seja muito rápido, ou de uso ocasional, como, por exemplo, para shows, rodeios,
corridas de automóvel.
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(abril/2005)
Comunicação Via Satélite: Vsat
A estação terrena mais popular que existe é a VSAT, uma abreviatura para Very Small Aperture Terminal. Geralmente são estações
com antenas variando de 80 cm a 2 metros e pouco de diâmetro.
Arquitetura
Uma rede VSAT é composta de um número de estações VSAT e uma estação
principal (“hub station”).
A estação principal dispõe de antena maior e se comunica com todas as
estações VSAT remotas, coordenando o tráfego entre elas. A estação “hub”
também se presta como ponto de interconexão para outras redes de
comunicação.
Topologias
Existem duas topologias de redes VSAT: a estrela e a malha (“mesh”). Na
topologia em estrela as estações VSAT se comunicam exclusivamente com a
estação “hub” e na topologia em malha há comunicação direta entre as VSATs.
Na topologia em estrela, para uma estação VSAT se comunicar com outra
estação do mesmo tipo deve se comunicar com a estação “hub” e esta
retransmitir o sinal para a outra estação VSAT, ocorrendo nesse caso o
fenômeno denominado de duplo salto, pois o sinal vai e volta duas vezes do
satélite.
Constituição física
Uma estação VSAT é composta de duas unidades físicas distintas, a Unidade Externa (ODU – “outdoor unit”) e a Unidade Interna (IDU
– “indoor unit”). Na ODU fica a antena, alimentador e a parte de RF, o transmissor e o receptor propriamente dito. Na IDU fica toda a
parte de banda básica, constituída essencialmente do modem. A IDU se conecta à ODU por meio de cabos coaxiais onde a
transmissão é feita a nível de frequência intermediária (FI), geralmente na faixa de 2 GHz. A distância máxima que a ODU pode ficar
da IDU varia de 50 a 100 metros.
Alocação de canais
Para que uma estação VSAT se comunique é necessário que à mesma esteja associado um canal de RF. Essa associação pode ser
permanente ou por demanda, variando dinamicamente. Quando a associação é permanente existe um canal fixo para cada VSAT e
temos o método de alocação PAMA (“Permanent Assignment Multiple Acess”) ou acesso múltiplo com alocação permanente. Quando a
alocação é dinâmica existe um “pool” de canais administrados pela estação “hub” do qual são alocados os canais para cada VSAT na
medida em que sejam solicitados e para o qual são liberados ao término do uso. Neste caso temos o método de alocação DAMA
(“Demand Assignment Multiple Access”) ou acesso múltiplo com alocação por demanda.
Métodos de acesso
Seja a alocação de canais PAMA ou DAMA, existe uma variedade de métodos de acesso e partilhamento de canais. Os principais são
mostrados a seguir:
•
•
•
•
TDMA (“Time Division Multiple Acess”) ou acesso múltiplo por divisão de tempo, no qual a cada canal está associado um
intervalo de tempo que se repete periodicamente;
FDMA (“Frequency Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por divisão de frequência, no qual a cada canal está
associada uma frequência;
FTDMA (“Frequency Time Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por divisão de frequência e tempo, que é uma
combinação dos dois anteriores, onde cada canal está associado um par ordenado de frequência e intervalo de tempo;
CDMA (“Code Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por divisão de código, que utiliza a técnica de espalhamento
espectral (“spread spectrum”) onde a cada canal está associado um código, que é a chave de decodificação daquele canal.
TECNOLOGIA DE TRANSMISSÃO SATÉLITE
Os sistemas satélite podem ser definidos por muitos critérios, como, por exemplo, pelo tipo de satélite utilizado, pelo
tipo de órbita, ou pelo tipo de estações terrenas.
Em relação aos tipos de satélite, existem satélites com ou sem processamento a bordo. No primeiro tipo, os satélites
são responsáveis apenas pela recepção do sinal enviado pela estação terrena transmissora, conversão de freqüências e
retransmissão do sinal, não efetuando, portanto, qualquer processamento no sinal a nível de banda básica. Os satélites que
não dispõem de recursos de processamento, mas que apenas ecoam tudo o que ouvem, são chamados de bent pipe. No outro
tipo, que ainda não está disponível comercialmente, mas é objeto de diversos estudos e projetos, o satélite possui mais
inteligência, tendo capacidade para realizar comutação e roteamento de pacotes. Este tipo de satélite é conhecido como OBSS
(“On-Board Switching Satellite”).
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O tipo de satélite tem influência direta na construção dos mesmos: os satélites têm limitações de tamanho, peso e
potência (SWAP – Size, Weight and Power). Atualmente os sistemas têm a potência como maior limitação de projeto, e não a
capacidade de processamento. Um projeto de satélite ótimo é aquele que minimiza o SWAP e maximiza a capacidade de
processamento e a banda passante.
Em relação ao tipo de órbita, os satélites podem ser de baixa órbita, média órbita ou geo-estacionários.
Satélites de baixa órbita (LEO – Low Earth Orbit) são os satélites de comunicações que giram em torno da Terra
em órbitas entre 800 e 1600 Km acima da superfície terrestre. O retardo de propagação (intervalo de tempo decorrido desde o
início da transmissão de uma mensagem por uma estação terrena de origem até o momento em que a mensagem chega à
estação terrena de destino, passando por um satélite) típico para satélites de baixa órbita é de 20 a 25 ms.
Satélites de média órbita (MEO – Medium Earth Orbit) também giram em torno da Terra, mas em órbitas em torno
de 12800 Km de altura. O retardo de propagação típico para satélites MEO é de 110 a 130 ms.
Satélites geo-estacionários ou geo-síncronos (GEO – Geosynchronous Earth Orbit ou GSO – Geo
Synchronous Orbit), os mais conhecidos, possuem este nome por estarem estacionários em relação a um observador na
Terra, devido a sua órbita a cerca de 36000 Km, com período de rotação em torno da Terra de 24 h. O retardo de propagação
típico para satélites GEO é de 250 a 280 ms.
O período orbital de um satélite varia de acordo com o raio orbital, segundo a lei de Kepler, numa razão exponencial de
3/2. Próximo à superfície da Terra, o período é de aproximadamente 90 minutos. Os satélites de comunicação a baixas
altitudes ficam à vista das estações terrenas por apenas um curto intervalo de tempo. Para o caso dos satélites GEO, como dito
acima, a órbita de aproximadamente 36000 Km de altitude implica em um período de rotação igual ao da Terra, tornando-os
fixos em relação a um ponto fixo terrestre. Essa característica faz com que não seja necessário o uso de antenas orientáveis
para rastreá-los.
As estações terrenas podem ser fixas ou móveis, de pequeno, médio ou grande porte.
No que concerne às aplicações de banda larga via satélite, pode-se afirmar que qualquer tipo de combinação quanto ao
tipo de satélite, de órbita e de estação terrena é atrativa, em função das características inerentes a cada opção. Como
exemplo, podemos pensar num sistema móvel através de satélites de baixa órbita e sem processamento, oferecendo serviços
de telefonia e comunicação de dados, por exemplo acesso à INTERNET, utilizando banda larga.
Bandas de freqüências: são 3 as bandas de freqüências normalmente utilizadas por satélites: banda Ku, banda Ka e
banda C. As bandas C e Ku são os espectros mais utilizados atualmente. Para entender a relação entre o diâmetro da antena e
a freqüência de transmissão, é importante notar que freqüência e comprimento de onda são inversamente proporcionais:
quando a freqüência aumenta, o comprimento de onda diminui, e portando o diâmetro da antena também diminui.
Bandas Satélites
Bandas Terrestres
AM/FM
Televisão
Microondas
VLF
LF
MF
HF
VHF
UHF
L
1K
10K
100K
1M
10M
100M
1G
K = kilohertz
M = megahertz
S
C
X
4/8G
Ku
Ka
11/17
G
20/30G
100G
G = gigahertz
Tabela 1: Distribuição do espectro de freqüências.
Transmissões de satélite na banda Ku ocupam uma largura de faixa de 11-17 GHz. Esta freqüência de transmissão
corresponde a pequenos comprimentos de onda; portanto, pequenas antenas podem ser utilizadas. Antenas da banda Ku têm
em torno de 18 polegadas (60 cm) de diâmetro. Atualmente a banda Ku é utilizada no sistema DirecTV.
Transmissões de satélite na banda Ka ocupam uma largura de faixa de 20-30 GHz. Esta muito alta freqüência de
transmissão corresponde a muito pequenos comprimentos de onda e conseqüentemente antenas de diâmetros muito
pequenos; no entanto a banda Ka sofre mais os efeitos de atenuação pela chuva.
Transmissões de satélite na banda C ocupam uma largura de faixa de 4-8 GHz. Esta relativamente mais baixa
freqüência de transmissão corresponde a comprimentos de onda maiores que as das bandas Ka e Ku, significando antenas de
2-3 m de diâmetro.
A banda C foi a primeira a ser atribuída ao tráfego via satélite comercial. Duas faixas de freqüência foram atribuídas a
ela, a inferior para tráfego downlink (a partir do satélite) e a superior para tráfego uplink (para o satélite). Para uma
conexão full-duplex é necessário um canal em cada direção.
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(abril/2005)
Aspectos de Projeto de Sistemas Satélites
Alguns aspectos devem ser conhecidos, embora as limitações impostas pelos mesmos se devam principalmente a
limitações tecnológicas, que já estão sendo ultrapassadas, ou o serão em breve, ou novas tecnologias surgirão, com outras
soluções e novos desafios a serem ultrapassados. Neste sub-item abordaremos alguns destes aspectos, cuja influência nos
sistemas satélites poderá ser alterada com a evolução tecnológica.
Espaçamento Orbital
O arco orbital geo-estacionário é um círculo em volta da Terra no plano Equatorial. Satélites podem estar localizados em
qualquer lugar deste círculo. O número de satélites que podem ser posicionados no arco orbital geo-estacionário está
relacionado a vários fatores:
•
Freqüência de operação – É o fator mais importante, pois tem relação direta com a interferência entre sinais satélites.
Com o aumento da freqüência, a largura de feixe de antena, transmitido ou recebido, diminui. Este efeito se aplica tanto
para as antenas dos satélites quanto para as antenas das estações terrenas. Uma antena operando na banda C tem uma
largura de feixe de cerca de 2,50 , mas, na prática, satélites com separação angular menor do que 3-40 nesta banda terão
interferência entre seus sinais. A largura de feixe para antenas da banda Ka é menor do que 1 grau, permitindo uma
menor separação angular entre os satélites desta banda.
•
Área de Cobertura – Dois ou mais satélites podem estar próximos, cobrindo diferentes áreas. Por exemplo: dois satélites
posicionados a 250 de longitude Leste podem prover serviços na mesma freqüência, sendo que a área de cobertura de um
é a Ásia e a do outro é a África.
•
Interferência – Infelizmente este é um fator real para os satélites GEO. Alguns sistemas planejam operar até 8 satélites
na mesma localidade orbital, que na prática é uma “caixa” de 100 Km cúbicos no espaço. Neste caso, a largura de feixe de
antena da estação terrena é usada para receber os sinais oriundos dos satélites que estiverem aparentemente na mesma
localidade orbital, pois essa antena não poderá discriminar a origem dos sinais recebidos. Na banda Ku, por exemplo, a
antena de uma estação terrena apontada para uma localidade orbital GEO com uma largura de feixe de 1,50 não será
capaz de discriminar entre satélites próximos 900 Km um do outro. Na banda Ka a distância equivalente será cerca de 300
Km.
Resumindo: satélites da banda C podem ser posicionados com espaçamento angular de aproximadamente 2-30 e no
máximo cerca de 100 satélites podem ser posicionados na GEO (assumindo áreas de coberturas similares). O máximo
equivalente para satélites da banda Ka é de 300 satélites, assumindo os mesmos fatores e com separação orbital de 10 , ou
mais de 300, se as áreas de cobertura forem geograficamente separadas, que na prática o serão.
Efeitos de Propagação
Com o aumento da freqüência, um número de fatores combinados aumentam a atenuação do sinal entre o satélite e a
Terra. Estes efeitos são classificados sob o termo geral de “efeitos de propagação”, mas o mais importante deles é a atenuação
pela chuva. Acima de uma certa freqüência, todos os sinais rádio viajando através da água em qualquer forma (chuva, nuvens,
gelo, neblina, etc.) são afetados pela chamada ‘atenuação pela chuva’. Freqüências relativamente baixas da banda C, em torno
de 4-6 GHz, são bem tolerantes à atenuação pela chuva. Em contrapartida, a atmosfera absorve quase que totalmente os
sinais acima de 60 GHz, e de fato esta freqüência extremamente elevada é normalmente utilizada nos enlaces inter-satélites,
operando fora da atmosfera. Diversos estudos estão sendo realizados para predizer e mapear a extensão e o impacto da
atenuação pela chuva. Essas informações, combinadas com outros fatores, são utilizadas no cálculo da potência necessária do
sinal satélite versus o tamanho e o desempenho da antena do usuário.
Alguns métodos podem ser usados como contramedidas à atenuação pela chuva. Os principais são:
•
Diversidade de Posições – utiliza mais do que uma estação terrena, separadas por 20 Km ou mais, para
minimizar a chance das estações estarem sob chuva ao mesmo tempo. É uma solução impraticável para
pequenos usuários.
•
Diversidade de Freqüência – as estações terrenas mudam suas freqüências para uma banda menor
(provavelmente banda Ku), quando ocorre uma atenuação pela chuva da banda Ka. É uma solução inviável aos
pequenos usuários e além disso aumenta a complexidade dos satélites.
•
Controle de Potência – utiliza o aumento da potência de transmissão da estação terrena quando ocorrer
atenuação pela chuva. Entretanto, uma chuva forte pode atenuar o sinal em mais do que 97%, sendo então
necessário um aumento de quase 200 vezes para compensar esta atenuação. Isto não é prático e em muitos
casos só é possível aumentar a potência em 2 ou 3 vezes. Esta solução só é viável para atenuações de poucos
dBs. Esta solução não é adequada às transmissões a partir dos satélites, que têm o uso da potência limitado.
•
Codificação Adaptativa – o uso de codificação adaptativa permite aos sistemas satélites o uso eficiente da
banda passante ao mesmo tempo que conserva seu mais precioso recurso: a potência elétrica dos satélites.
Modernas e poderosas técnicas permitem adaptação e maximização do uso da banda passante de acordo com as
condições do enlace, a qualquer instante. Isto permite o desenvolvimento de protocolos que alocam mais ou
menos banda passante de dados, de acordo com as condições de cada enlace. Uma das maneiras de adaptação
da banda passante é o controle da taxa de codificação (sempre menor que 1), que é definida como o número de
bits do usuário transmitidos por canal de símbolos. O canal de símbolos pode ser QPSK ou uma divisão da onda
de sinal em tempo ou em freqüência. Existem outros esquemas possíveis de adaptação, alguns envolvendo
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(abril/2005)
adaptação direta da banda passante. Todos envolvem mudanças efetivas na taxa de codificação, mas outros
fatores podem ser variados. No caso dos sistemas que variam a banda passante apenas pela taxa de codificação,
ou se considera constante a duração de um canal de símbolos, ou se considera constante a banda passante de
transmissão.
Feixe Espacial
A abertura do feixe espacial do satélite tem importante implicação na capacidade de serviços oferecidos. As bandas C e
Ku podem ter feixes espaciais cobrindo todo um hemisfério ou áreas restritas, dependendo da antena usada no satélite.
Para a banda Ku, maiores níveis de potência são necessários, para superar a atenuação pela chuva. Isto implica em
menores feixes espaciais, para que a potência disponível seja concentrada numa área menor. A potência de transmissão do
satélite, aplicada em um feixe espacial maior ou menor, implicará num equipamento receptor de maior ou menor sensibilidade,
consequentemente de maior ou menor custo.
Figura 1: Feixes espaciais, para satélites GEO e para satélites Não-GEO.
Reuso de Freqüência / Reuso Espacial / Banda Passante
Todos os sistemas satélites da banda Ka provêm cobertura com relativamente pequenos feixes espaciais circulares. A fim
de cobrir completamente uma área com um padrão de feixes espaciais, será necessária a interseção de alguns feixes vizinhos.
Para se evitar interferência nestas áreas, feixes espaciais que se interceptam são alocados a freqüências diferentes.
O pequeno tamanho atual dos feixes espaciais para a banda Ka é devido à propriedades da física (freqüências maiores
criam feixes espaciais mais estreitos). Além disso, a altitude dos satélites é significante para o tamanho do feixe espacial, pois
os feixes emanados de órbitas mais baixas são bem mais estreitos quando alcançam a superfície terrestre (vide fig.1).
O tamanho dos feixes espaciais pode ser influenciado também pela demanda de capacidade: reduzindo-se o tamanho
dos feixes espaciais, os usuários são beneficiados pelo fato do espectro em seu feixe espacial ser dividido por uma quantidade
menor de outros usuários. Com feixes espaciais cada vez menores, cada vez menos usuários terão que dividir o espectro em
cada célula.
Feixes espaciais maiores também têm vantagens, especialmente em aplicações “broadcast”. No caso de um feixe global,
cobrindo todo um hemisfério visível de um satélite GEO, outra vantagem é que qualquer estação terrena dentro da área de
cobertura do feixe pode se comunicar com qualquer outra estação terrena que esteja “olhando” o mesmo satélite, sem que
seja necessário comutação ou roteamento a bordo. A desvantagem é que a freqüência não pode ser reusada. O reuso de
freqüências é possível em áreas geograficamente separadas. Po exemplo: satélites Intelsat tem feixes espaciais da banda Ka
cobrindo a Europa e a América Latina utilizando as mesmas freqüências.
Processamento a bordo (OBP – On-Board Processing)
Uma das tecnologias que parece ter esperado por satélites da banda Ka entrarem no mercado foi o processamento a
bordo (OBP), embora não exista nenhuma razão técnica pela qual esse processamento não pudesse ter sido usado pelos
satélites das bandas C ou Ku.
Satélites têm sido tradicionalmente conhecidos como equipamentos sem inteligência, que simplesmente recebem um
sinal e o retransmitem de volta, embora exista a possibilidade dessa retransmissão de volta ser num feixe diferente e em
freqüência diferente (por exemplo: uplink na banda C e downlink na banda Ku, ou vice versa. Esta técnica é conhecida como
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cross-strapping). O sinal é processado todas as vezes como um fluxo de RF puro, isto é, não demodulado, e o satélite é
totalmente transparente para a informação contida. Considerando o cross-strapping à parte, nenhum chaveamento é realizado
no conteúdo do sinal.
As técnicas de processamento a bordo demodulam o sinal recebido para os seus componentes básicos, transformando o
satélite, de mero repetidor, em comutador. As informações de rota para cada fluxo de dados (que podem ser pacotes ou
células ATM) podem ser lidas pelo satélite e os dados podem ser roteados ao feixe espacial de downlik apropriado. O efeito
global é maior banda passante e eficiência.
O grande problema do OBP é, historicamente, o custo, pois aumenta muito a complexidade dos satélites. Olympus foi o
primeiro satélite a usar chaveamento satélite TDMA, um primeiro estágio para técnicas de OBP. Os satélites NASA ACTS estão
operando experimentalmente uma segunda geração de OBP. Satélites militares também usam técnicas de OBP.
Outra potencial desvantagem do OBP é que os protocolos implementados a bordo não serão os mais modernos da época
em que estiverem sendo utilizados, embora possam tê-lo sido na época em que os satélites foram construídos (a vida útil dos
satélites modernos é de 12-15 anos).
Com os feixes espaciais diminuindo de tamanho, fazendo o tamanho típico dos feixes da banda Ka alcançarem poucas
centenas de quilômetros, e o número de feixes aumentando para várias centenas por satélite, as vantagens de transmitir ao
satélite num feixe espacial e o satélite retransmitir à Terra num outro começam a crescer. Sem as facilidades de OBP (que
realizam comutação entre várias centenas de pontos) as vantagens de múltiplos feixes espaciais não seriam aproveitadas.
Os satélites GEO deverão ter muitas vezes mais feixes espaciais que os satélites Não-GEO, requerendo uma maior
concentração de capacidade de comutação. Este é um dos fatores técnicos em discussão sobre satélites GEO / Não-GEO, na
tendência geral de se evoluir as redes de comunicação da forma centralizada, tipo “mainframe”, para formas mais leves e
distribuídas, tipo redes de PCs.
Enlaces Inter-Satélites
Os sistemas da banda Ka foram concebidos para oferecer um serviço global e incluem enlaces inter-satélites a 60 GHz.
Uma adicional atenção cada vez mais em foco é a possibilidade e o valor dos enlaces inter-satélites entre sistemas GEO e LEO,
da banda Ka. A fig.2 mostra um exemplo de utilização de enlaces inter-satélites.
ASTROLINK 9 SATELLITE
GEO CONSTELLATION
T
M
/
OCEANIA
(175.25° E)
EAST ASIA AND
AUSTRALIA
(130° E)
AMERICAS
(97° W)
ATLANTIC
(21.5° W)
EUROPE, AFRICA,
AND WEST ASIA
(38° E)
Inter-satellite link
Beam coverage 180° view
Figura 2: Exemplo de sistema com enlaces inter-satélites: Astrolink.
Os enlaces inter-satélites capacitam os sistemas satélites globais a desviarem completamente dos enlaces terrestres e,
numa implementação mais complexa, podem tornar a constelação de satélites uma rede de computadores orbital. A mais
desafiadora implementação de enlaces inter-satélites foi com o sistema Teledesic inicial. Cada um dos 840 satélites seriam
ligados como nós da rede de comunicação, via oito enlaces inter-satélites, diretamente com seus satélites vizinhos. No sistema
Teledesic revisto (288 satélites), os desafios serão similares, embora o número de enlaces inter-satélites seja menor.
Diferentes constelações Não-GEO impõem diferentes necessidades aos enlaces inter-satélites. Algumas constelações de
satélites podem estar em movimento relativo em relação à Terra, mas seus satélites podem estar em posições fixas em relação
uns aos outros. Outras constelações podem estar com os satélites em movimento em relação à Terra e aos demais satélites da
mesma constelação também.
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Antenas
Existem dois tipos de antenas especificadas para operar com a banda Ka: simples “pratos” cujo tamanho varia entre 30
cm e 2 metros, e antenas “phased array” , possivelmente protegidas por domos hemisféricos. Essas últimas, antenas planas
que podem ser eletricamente “direcionadas” para receber sinais de múltiplos satélites, apesar de existirem e serem utilizadas
em aplicações militares, não têm preços viáveis comercialmente.
Antenas para satélites Não-GEO terão características diferentes das antenas para satélites GEO. Os satélites Não-GEO
aparecerão no horizonte, ficarão “vizíveis” no céu por alguns minutos, e desaparecerão novamente no horizonte, continuando
sua órbita. É preciso que a estação terrena estabeleça contato com um novo satélite antes de perder o contato com o “velho”.
Uma unidade de antena direcionada mecanicamente irá perder o sinal já adquirido quando for tentar adquirir o novo satélite.
Para se evitar esta interrupção existem três opções:
•
Uso de duas antenas – (não econômico para pequenas instalações). Uma antena adquire e permanece apontando para
um satélite durante sua permanência acima do horizonte, enquanto a outra espera a chegada do próximo satélite. Antes
da primeira perder o sinal, a segunda já terá adquirido um novo satélite.
•
Uso de antena não direcional – Este tipo de antena não precisa ser direcionada ao satélite, no entanto é muito menos
eficiente.
•
Uso de antenas direcionadas eletricamente – Estas antenas podem adquirir um ou mais satélites ao mesmo tempo.
Na teoria, esta seria a solução mais elegante, mas na prática seu custo ainda não é viável comercialmente.
Anteriormente, vimos que uma das vantagens de se operar na banda Ka era o uso de antenas menores que as da
banda Ku. Para a banda Ka os valores típicos eram de 30-45 cm de diâmetro, chegando a 16 cm de diâmetro, no projeto
Teledesic. No entanto, atualmente as operadoras dos satélites da banda Ka têm sugerido a utilização de antenas do mesmo
tamanho das antenas da banda Ku, pois isso melhora tanto o desempenho em presença de atenuação pela chuva, o principal
problema da banda Ka, quanto em altas taxas de transferência de dados. Quanto maior for a taxa de transferência de dados,
maior deverá ser o tamanho da antena. O sistema Astrolink, por exemplo, projetou antenas de 2,4 a 4,5 metros de diâmetro
para seus terminais “gateway”, para taxas previstas de 310 Mbps.
Sistema de Posicionamento Global - GPS
Introdução
GPS(sigla em inglês para Global Positioning System) é um sistema de navegação por satélite criado e controlado pelo
Departamento de Defesa dos EUA (DOD - Department of Defense). Apesar disso existem milhares de usuários civis por
todo o mundo. O sistema envia sinais de satélite especialmente codificados que podem ser processados por um receptor
GPS, que fornece tempo, velocidade e posição.
Quatro sinais de satélites GPS são usados para computar posições em 3 dimensões e ainda a faixa de fuso horário na qual
se encontra o receptor. Consiste em 3 segmentos: O espaço (na qual se encontram 24 satélites em órbita distribuídos de
tal forma que cobrem todo o globo terrestre); o controle em terra, que consiste numa rede de estações de rastreamento
localizadas por todo o planeta e o segmento do usuário, formada por todos os receptores GPS e a comunidade usuária do
serviço.
Espaço
Consiste numa rede de satélites que enviam sinais de rádio para a Terra. Os 24 satélites que compõem a constelação
operacional de satélites orbitam a Terra a cada 12 horas. Freqüentemente temos mais de 24 satélites operacionais pois
novos satélites são lançados para substituir os que apresentam problemas. Suas órbitas são praticamente as mesmas
todos os dias, sendo que cada satélite repete o mesmo caminho e se encontra no mesmo ponto em que estava a 24 horas
atrás. Existem 6 planos de órbitas com 4 satélites cada um igualmente separados por 60 graus lateralmente e inclinados
aproximadamente 55 graus em relação à linha do equador. Esta configuração da constelação de satélites permite com que
até 8 satélites (ou um mínimo de 5) estejam visíveis de qualquer ponto da Terra a qualquer momento.
Satélite GPS
Controle em terra
A estação de controle principal está localizada na base da força aérea de Schriever, Colorado, EUA. Essas estações de
monitoramento medem os sinais recebidos dos satélites e os incorporam nos modelos orbitais de cada satélite. Estes
modelos computam informações precisas sobre as órbitas dos satélites assim como faz correções no relógio interno de cada
um. A estação de controle envia tais informações a cada satélite que utilizam essas informações para enviar dados a um
receptor GPS na Terra.
Usuário
Os receptores GPS convertem sinais dos satélites em estimativas de posição, velocidade e tempo. São necessários 4
satélites para computar as quatro dimensões X,Y,Z (posição) e o tempo. Os receptores são usados para navegação,
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
posicionamento, cronometragem e outros.
A navegação em 3 dimensões é uma função primária do GPS, que apresenta receptores feitos para aviões, navios,
automóveis e aqueles que cabem na palma da mão (handheld - portáteis) e podem ser levados a qualquer lugar. Os
receptores GPS tem ainda diversas aplicações científicas como controle geodésico,estudo de placas tectônicas e ainda
existem aplicações na medição de parâmetros atmosféricos.
Serviço Preciso de Posicionamento - Precise Positioning Service (PPS)
Usuários autorizados com equipamento de criptografia e chaves e receptores especialmente equipados usam o Sistema
Preciso de Posicionamento. Os EUA e seus aliados militares, certas agências do governo e usuários civis aprovados pelo
governo dos EUA podem usar o PPS.
Precisão Prevista - PPS
horizontalmente= 22 metros
verticalmente=27,7 metros
tempo= 100 nanosegundos
Serviço Padrão de Posicionamento - Standard Positioning Service (SPS)
Civis do mundo todo podem usar o Serviço Padrão de Posicionamento sem qualquer restrição ou ônus. A precisão dos
sinais SPS é intencionalmente degradada pelo Departamento de Defesa dos EUA (DOD-Department of Defense) pelo uso da
Disponibilidade Seletiva (Desativada desde as 00:04 de 02/05/2000).
Precisão Prevista - SPS
horizontalmente= 100 metros
verticalmente=156 metros
tempo= 340 nanosegundos
Este erro induzido na precisão do GPS é imposto pelo Plano Federal de Radionavegação de 1994. Corresponde a 95% de
exatidão e expressa o valor do cálculo do desvio padrão do erro radial da posição atual da antena até a posição estimada
pelo satélite num ângulo de elevação de 5 graus e também o desvio padrão da diluição da posição em 3D.
A precisão horizontal fica em torno de 95% o que é equivalente a 2DRMS (DRMS-Distance Root Mean Squared = Raiz
quadrada da média da distância elevada ao quadrado), ou 2 vezes o desvio padrão do erro radial. A precisão vertical
também fica em torno de 95% e corresponde ao valor de dois desvios padrões do erro vertical ou do erro do tempo.
Os fabricantes de receptores também usam outras medidas de precisão. O RMS-Root Mean Square Error (Raiz quadrada da
média do erro elevada ao quadrado) é o valor do desvio padrão (68%) da medida do erro em uma, duas ou três
dimensões. O CEP (Circular Error Probable - Erro Circular Provável) é o valor do raio de um círculo centrado na posição
atual do receptor e apresenta 50% de precisão na estimativa da posição. O SEP (Spherical Error Probable - Erro Esférico
Provável) é o equivalente esférico do CEP e corresponde ao raio de uma esfera centrada na posição atual do receptor e
apresenta 50% de precisão na estimativa de posição das 3 dimensões.
Ao contrário dos valores de 2DRMS, DRMS ou RMS, o CEP e o SEP não são afetados por erros grosseiros apresentando
portanto medidas precisas.
Sinais dos satélites GPS
Os satélites transmitem dois sinais de microondas. A freqüência L1 (1575,42MHz) transmite informações sobra a
navegação e os sinais SPS. A freqüência L2 (1227,60MHz) é usada para medir o impedimento ionosférico dos sinais por
receptores que trabalham com sinais PPS. Três códigos binários são responsáveis pelas trocas das freqüências em que o
satélite transmite.
Um pouco mais sobre GPS
O que é GPS ?
O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é um sistema de navegação que compreende uma rede de 24 satélites
colocados em órbita pelo Departamento de Defesa dos EUA. O GPS foi originalmente concebido para fins militares, mas na
década de 1980 o governo americano disponibilizou o sistema para uso civil. O GPS funciona em qualquer condição de
tempo, em qualquer lugar do mundo, 24 horas por dia. Não existem taxas de assinatura ou algum tipo de pagamento para
uso do sistema
Como funciona ?
Os satélites GPS circundam a Terra duas vezes ao dia numa órbita extremamente precisa e transmitem informações para
ela. Os receptores GPS usam estas informações e a triangulação para calcular a posição exata do usuário. Essencialmente,
o receptor em terra compara o tempo em que um sinal leva para ser transmitido pelo satélite e chegar até ele. A diferença
de tempo entre a transmissão pelo satélite e a recepção mostram ao receptor a distância em que este satélite se encontra.
Com a medida da distância de alguns outros satélites, o receptor pode determinar a posição do usuário e mostrá-lo num
mapa eletrônico.
O receptor GPS deve "travar" (garantir a recepção contínua ) os sinais de pelo menos 3 satélites para calcular uma posição
2D (duas dimensões: latitude e longitude) e registrar o percurso (track). Com 4 satélites ou mais o receptor pode
determinar a posição em 3D do usuário (latitude, longitude e altitude). Uma vez que a posição do usuário tenha sido
determinada, o receptor GPS pode calcular outras informações importantes para navegação, como velocidade, rumo,
direção, distância do percurso, distância ao destino, a hora de nascer e pôr-do-sol e algo mais.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
A precisão do GPS
Hoje os receptores GPS são muito precisos por serem fabricados com multi-canais paralelos. Os receptores GARMIN de 12
canais são rápidos na aquisição de sinais de satélite quando são ligados e se mantém "travados" mesmo numa floresta
densa ou numa paisagem urbana com prédios altos. No entanto alguns fatores atmosféricos e outras fontes de erro podem
afetar a precisão de um receptor GPS. Os receptores GARMIN apresentam, em média, uma precisão de 15 metros.
Os novos receptores GARMIN usam também o WAAS (Wide Area Augmentation System) que pode aumentar a precisão dos
sinais GPS para menos de 3 metros, em média. Nenhum equipamento adicional ou pagamento de qualquer taxa é
necessário para usar o WAAS. Os usuários também podem conseguir mais precisão com o GPS Diferencial (DGPS), que
corrige os sinais GPS, aumentando a precisão para uma média de 3 a 5 metros. A Guarda Costeira Americana opera o
serviço de correção DGPS mais comum. Este sistema consiste numa rede de torres que recebem sinais GPS e transmitem
um sinal corrigido para um outro transmissor. Para usar o sinal corrigido, os usuários devem possuir um receptor
diferencial e uma antena diferencial, além do receptor GPS.
O sistema de satélites GPS
Os 24 satélites que fazem parte do segmento do espaço (o segmento em
terra compreendem os usuários e seus receptores) orbitam a
aproximadamente 12000 milhas de altitude, mais de 19300 Km. Estão
constantemente, percorrendo duas órbitas completas em menos de 24
horas. Estes satélites viajam a uma velocidade de aproximadamente 7000
milhas/h, mais de 11200 Km/h.
Os satélites GPS funcionam com energia solar. Possuem baterias de
segurança para mantê-los em funcionamento no caso de um eclipse solar,
quando não há energia solar disponível. Pequenos foguetes em cada
satélite os mantém percorrendo seu curso correto.
Abaixo seguem alguns fatos interessantes sobre os satélites GPS (também chamados NAVSTAR, o nome oficial dado pelo
Departamento de Defesa dos EUA para o Sistema de Posicionamento Global - GPS).
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O primeiro satélite GPS foi lançado em 1978.
A constelação de 24 satélites foi concluída em 1994
Cada satélite é construído para durar aproximadamente 10 anos. Satélites substitutos estão constantemente
sendo construídos e colocados em órbita.
Um satélite GPS pesa aproximadamente 900 kg e tem 5 metros de extensão com os painéis solares estendidos.
A potência do transmissor é de pouco menos de 50 watts.
Como é o sinal ?
Os satélites GPS transmitem dois sinais de rádio de baixa potência, designados L1 e L2. Os receptores GPS civis usam a
freqüência L1 de 1575,42 Mhz em UHF. Estes sinais viajam até a Terra passando através de nuvens, vidro e plástico mas
não atravessam barreiras sólidas, como prédios e montanhas.
Um sinal GPS contém 3 diferentes bits de informação: um código pseudo-aleatório, dados de efeméride e dados de
almanaque. O código pseudo-aleatório é simplesmente um código de identificação que mostra qual satélite está
transmitindo a informação. É possível ver este código (um número de dois dígitos) na página de satélite de seu receptor
GPS, a medida que identifica de que satélite está recebendo um sinal.
Os dados de efeméride, os quais são constantemente transmitidos por cada satélite, contém informações importantes
sobre a situação de cada um deles (boa ou ruim) e também a data e hora atuais. Esta parte do sinal é essencial para
determinação de uma posição.
Os dados de almanaque informam ao receptor GPS onde cada satélite deveria estar em qualquer hora ao longo do dia.
Cada satélite transmite dados de almanaque, enviando informações sobre sua órbita para cada satélite do sistema.
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(abril/2005)
Fontes de erros dos sinais GPS
Os fatores que podem degradar os sinais GPS e afetar sua precisão são os seguintes:
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Atrasos na ionosfera e troposfera: Os sinais dos satélites diminuem de intensidade à medida que atravessam a
atmosfera. No entanto, o sistema é capaz de calcular uma média do atraso para corrigir parcialmente esse tipo de
erro.
Sinal com caminhos múltiplos: Isto ocorre quando o sinal GPS é refletido por objetos como prédios altos ou
montanhas, antes de alcançarem o receptor. Isto aumenta o tempo que o sinal leva do satélite até o receptor,
causando erros.
Erros do relógio do receptor: O relógio interno do receptor não é tão preciso quanto o relógio atômico dos
satélites GPS. Assim, podem ocorrer pequenos erros na medição do tempo.
Erros de órbita: Também conhecidos como erros de efeméride, os erros de órbita representam erros nas
informações das posições dos satélites.
Número de satélites visíveis: Quanto mais satélites um receptor GPS puder enxergar no céu, melhor a
precisão. Prédios, terrenos, interferências eletrônicas ou uma cobertura densa de uma floresta, por exemplo,
podem bloquear a recepção do sinal, causando erros de posição ou possivelmente nenhuma leitura de posição no
receptor. As unidades GPS geralmente não funcionam dentro de casas ou outras coberturas, debaixo d'água ou da
terra.
Geometria dos satélites: Isto se refere à posição relativa dos satélites a qualquer hora. A geometria ideal dos
satélites á alcançada quando estão localizados em grandes ângulos em relação a outros satélites. Uma geometria
ruim de satélites ocorre quando estão alinhados em linha reta ou num grupo muito unido.
Degradação intencional dos sinais dos satélites: A disponibilidade seletiva (SA - Selective Availability) é uma
degradação intencional do sinal imposta pelo Departamento de Defesa americano. A disponibilidade seletiva foi
criada para evitar que inimigos militares dos EUA usem um sinal GPS de alta precisão. O governo americano
desabilitou o sistema que provocava a degradação intencional em maio de 2000, o que aumentou
significativamente a precisão dos receptores GPS civis.
Aplicações do GPS
Quem usa um GPS ? O GPS tem uma variedade muito grande de aplicações em terra, no ar e no mar. Basicamente um GPS
é usado em qualquer lugar, exceto onde é impossível receber sinais do satélite como dentro de prédios, cavernas, locais
subterrâneos e debaixo d'água. A aplicação mais comum em aviação é na navegação, usado tanto por particulares como na
aviação comercial. No mar o GPS também é usado para navegação por pescadores profissionais e não profissionais. As
aplicações em terra são bastante diversificadas. A comunidade científica usa o sistema GPS pela sua precisão no que refere
a dados de tempo e posição.
Pesquisadores utilizam o GPS para facilitar seu trabalho. O GPS oferece redução de custos reduzindo o tempo de pesquisa
num determinado local, além de fornecer precisão incrível. Unidades básicas de pesquisa, que custam milhares de dólares,
podem fornecer precisão de centímetros.
Os receptores GPS usados para recreação são tão variados quanto o número de esportes de recreação existentes. O GPS é
popular entre caçadores, mountain bikers, esquiadores, exploradores, alpinistas, só para citar alguns. Qualquer um que
precise rastrear o seu percurso, encontrar um caminho para um determinado local, ou saber que direção ou em que
velocidade está se movendo pode utilizar os benefícios oferecidos pelo Sistema de Posicionamento Global.
O GPS agora está se tornando comum em automóveis. Alguns sistemas básicos entram em cena em caso de emergência,
ao simples pressionar de um botão (transmitindo sua posição atual ao centro de ajuda mais próximo). Sistemas
sofisticados que mostram sua posição numa rua qualquer também estão disponíveis. Atualmente estes sistemas permitem
ao motorista saber onde está e são capazes de sugerir o melhor caminho para chegar a um local específico.
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(abril/2005)
Location Based Services - A explosão do AirTime
Por Romualdo Monteiro de Barros (*)
World Telecom - Set/2000
Reconhecido como a grande promessa econômica para esta década, o e-commerce ainda luta para se livrar do mesmo
paradigma que fragiliza o modelo tradicional de comércio: A necessidade de se estar fisicamente em um determinado local
para poder comprar. Assim como um cliente que sai da loja, quando o usuário se afasta do computador as possibilidades de ecommerce simplesmente evaporam!
Com a crescente demanda por mobilidade, e a espantosa penetração da telefonia celular em várias camadas sociais, a Internet
móvel (WAP etc) procura solucionar o problema e mudar o paradigma do e-commerce para o m-commerce (mobile
commerce), um novo cenário onde as facilidades e atrativos do e-commerce e da Internet estarão constantemente ao alcance
do usuário móvel.
A questão é que a Internet móvel ainda sofre com problemas de ordem tecnológica, entre os quais podemos citar a pobre
interface oferecida pelos terminais móveis tornando o rotineiro ato de surfar na Internet um desconfortável exercício
envolvendo minúsculas teclas (nenhum mouse) e desajeitados e diminutos visores de LCD e um conteúdo ainda inadequado
para acesso móvel. Os inconvenientes ainda se interpõe entre a atual Internet móvel e a utilidade confortável que se traduzirá
em aceitação e uso constante.
Devido ao exposto, a tecnologia de Localização de terminais móveis (LOCATION) já é reconhecida como a solução viabilizadora
do m-commerce (mobile-commerce) e de boa parte dos serviços oferecidos via celular.
A tecnologia de Location permite selecionar a informação a ser disponibilizada para o assinante, de forma que somente o
conteúdo relevante naquele momento seja considerado. Desta forma um serviço de informação de trânsito não vai incomodar
o assinante, agora localizado na zona sul, com mensagens sobre um congestionamento em uma avenida da zona Norte.
Considerando-se a localização do celular, um posto de gasolina poderá por exemplo enviar um anúncio de uma promoção de
vendas com desconto somente para os assinantes que estiverem dentro de um raio de 100m daquele posto, evitando mandar
um broadcast (WAP, SMS, etc) para assinantes que estariam fisicamente longe do posto, e portanto sem interesse na
mensagem e também sem potencial de consumo imediato.
Através do conceito de "zonas de interesse" de conteúdo, a tecnologia de Loaction permite restringir as opções de tela (menus)
àquelas que são relevantes para o usuário naquele determinado momento e local, facilitando e agilizando a navegação e o
acesso às informações. Desta forma, ao solicitar o endereço do caixa eletrônico mais próximo, o serviço mostrará no visor do
celular o endereço do caixa-eletrônico realmente mais próximo pois já sabe qual a localização do usuário (location) bem como
qual o banco do qual ele é cliente (perfil). Se não fosse assim, o coitado teria de navegar por várias telas informando a cidade,
bairro, rua... isto tudo usando os desconfortáveis teclado e visor do celular.
Na realidade há alguns anos já existem técnicas rudimentares de localização tais como a chamada "Cell-ID" onde se sabe que
o assinante está dentro do raio de cobertura de uma célula, o que pode variar de centenas de metros a alguns quilômetros de
imprecisão, inviabilizando a maioria dos serviços baseados em localização (LBS), ou ainda a tecnologia "Cell-Sector" onde se
pode restringir a imprecisão a um setor da região de cobertura de uma célula, o que ainda deixa muito a desejar.
As tecnologias de localização de alta acuidade, que significa um raio de imprecisão menor que 200m, começaram a surgir
basicamente em função de uma determinação do governo norte-americano, a "Federal Communications Coommission -FCC",
que em Junho de 1996 determinou que todas as operadoras de telefonia móvel nos Estados Unidos deveriam fornecer a
localização das chamadas ao serviço de emergência (911), e fixou a data de Outubro de 2001 para que o serviço esteja
operando.
Segundo o FCC, para as tecnologias de localização baseadas em Rede, as operadoras deverão informar a localização da origem
da chamada com precisão (acuidade) de 100m em 67% das chamadas e de 300m em 95% das chamadas.
Com a grande oportunidade comercial que se criava, uma vez que as operadoras serão obrigadas, por lei, a comprar uma
tecnologia de Location para satisfazer o FCC, foi dada a largada para uma verdadeira corrida tecnológica onde pequenas
empresas de tecnologia e grandes monstros sagrados da telefonia travariam uma batalha para ver quem desenvolveria a
melhor solução que satisfizesse as exigências de acuidade, confiabilidade, custo e disponibilidade, para atender ao mercado
das operadoras de telefonia móvel.
Muitas técnicas apareceram, tais como ToA (time of Arrival), análise de radio-assinatura, AoA (Angle of Arrival), TDoA (Time
Difference of Arrival), etc. Meio que como em uma guerra santa, cada um defende sua tecnologia com muito vigor e fé, mas a
prova de fogo vem sendo os testes realizados em conjunto com as grandes operadoras tais como a Bell South, onde as
promessas de desempenho e acuidade vem sendo comprovadas na prática e em ambiente real.
Uma vez que a localização do aparelho celular deve-se dar mesmo quando em ambiente fechado como dentro de prédios,
shoppings, veículos de transporte etc, o que praticamente descarta o GPS, as tecnologias de localização agrupam-se em duas
filosofias:
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(abril/2005)
- Handset-based (baseadas no aparelho celular), onde os atuais telefones celulares deveriam ser substituídos ou modificados
para poderem ser localizados.
- Network-based (baseadas na Rede de telefonia celular) onde os atuais telefones celulares não necessitam sofrer alteração
alguma para serem localizados, e todas as adaptações são feitas nas ERBs (Estações Rádio-base) e Centrais da rede de
telefonia celular, o que naturalmente é o mais atraente e até mesmo viável para a realidade brasileira.
Uma vez disponíveis e comprovadas, como as técnicas TDoA e AoA, as tecnologias de Location abrem as portas para um
mundo de interessantes e lucrativos "Serviços Baseados em Localização - LBS" que promete dar um outro sentido aos
terminais de telefonia móvel, agregando valores em facilidade, praticidade, entretenimento e segurança.
Os "location-based Services -LBS" estão basicamente classificados em seis categorias:
- Serviços de Informação
Onde o conteúdo são filtrados e veiculados em função do atual localização e perfil do assinante. Um serviço de "Páginas
Amarelas" por exemplo, poderá informar ao assinante onde fica o borracheiro mais próximo do local onde o pneu de seu carro
acabou de furar, indicar o itinerário do local do carro até a oficina, ou até mesmo estabelecer uma chamada telefônica entre o
celular do cliente e o borracheiro, gerando airtime para a operadora, receita para o borracheiro (anunciante) e valor para o
assinante (conforto e praticidade).
- Serviços de Tarifação baseada na Localização-LSB
Serviços do tipo "Location-Sensitive Billing" permitem que a operadora ofereça um desconto para os minutos de ligações
efetuadas em determinadas regiões da cidade, como por exemplo próximo do escritório ou da residência do assinante,
incentivando o aumento de tráfego e fidelizando o assinante. Uma operadora celular pode oferecer tarifas próximas à da
telefonia fixa para um raio de 100m da residência, fazendo com que o assinante use seu celular como um "telefone sem fio"
gerando airtime e diferencial no mercado.
- Serviços de Emergência
Imagine que em caso de um mal estar, um acidente ou qualquer situação de emergência, pelo simples teclar de um três
dígitos, por exemplo *55, os parentes do usuário, bem como seu médico pessoal, receberiam um aviso via SMS, WAP ou Voz,
informando o local onde ocorre o problema. É fácil perceber a tranqüilidade que tal serviço pode gerar para parentes de
pessoas idosas, ou portadoras de deficiência, que necessitem se locomover sozinhas pelas ruas...Outros tipos de serviços de
emergência tipo 911 (nosso 190) e similares podem ser acionados em caso de assalto, etc.
- Serviços de Rastreamento de veículos e pessoas
Ao contrário do que ocorre com os atuais sistemas baseados em GPS, o rastreamento de um veículo ou de uma pessoa via
celular, funciona mesmo quando o rastreado encontra-se dentro de uma garagem, de um caminhão ou qualquer local coberto
pelo sinal da operadora celular. Desta forma, os serviços de rastreamento de frotas/mercadorias, não falha quando o veículo
sair da visada do satélite. As seguradoras de veículos poderão oferecer um generoso desconto no valor do seguro caso seja
possível, após um roubo ou furto, saber exatamente em que rua e quadra o veículo roubado se encontra. Os pais poderão
saber onde estão os filhos, caso durante o contrato do serviço o usuário forneça autorização para se divulgar esta informação.
- Serviços tipo M-commerce
Anunciantes poderão enviar mensagens de promoções temporárias aos potenciais clientes que estiverem nas redondezas de
seu estabelecimento, e um novo tipo personalizado de B2C (business to consummer) se estabelecerá de forma dinâmica e
localizada, aumentando tremendamente a eficiência dos anúncios e do potencial de venda. Que tal se no horário do almoço,
você receber uma mensagem no seu celular dizendo que na rua ao lado existe um restaurante de sua preferência e que aceita
o seu cartão de crédito e que está oferecendo um desconto caso você almoce lá agora?
Serviços de Entretenimento e aproximação de pessoas
Várias modalidades de jogos estão aguardando para divertir os assinantes adolescentes e engordar as faturas das operadoras.
Por outro lado, não seria bom poder ser avisado sempre que você esteja a menos de 100m de um velho amigo(a) ou parente?
Quase que diariamente recebo idéias de pessoas com uma nova aplicação baseada em Location, e certamente são inúmeras as
possibilidades que estão apenas aguardando a tecnologia estar implantada, para abrir as porteiras a uma verdadeira explosão
do airtime. Definitivamente, os "Location-based Services" irão alterar a forma como veremos nosso telefone celular, que
passará a ser uma imprescindível interface pessoal para um mundo de serviços, relacionamentos e informações.
(*) O autor é Diretor de Tecnologia da InteliRedes Ltda.
MÉTODOS DE LOCALIZAÇÃO
Métodos de Localização: Identificação da Célula
Na incessante busca por novos serviços que possam agregar valor ao dia a dia das pessoas e aumentar a receita das operadoras
móveis, a mais recente aposta são os serviços baseados em localização (LBS- Location Based Services ). Através de uma série de
desenvolvimentos tecnológicos, uma rede móvel pode localizar um terminal celular e por extensão o próprio usuário. Abre-se, a partir
daí, o horizonte para a oferta de novos serviços, muitos dos quais estarão agregando melhorias aos atuais serviços e outros serão
totalmente novos.
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Métodos de Localização
Quanto maior for a precisão do método de localização, maior será o valor agregado ao serviço oferecido e, conseqüentemente, maior
o valor percebido pelo cliente e sua disposição de utilizá-lo e pagar por ele. Podemos dividir os métodos de localização em três grupos
básicos: Cell Id (Cell Identification), TOA (Time of Arrival) e GPS (Global Positioning System) que descreveremos a seguir.
Cell Id ( Identificação da Célula)
O método mais simples de localização e também o de menor precisão é o Cell Id , através do qual se identifica a célula onde o usuário
se encontra. Esta informação é inerente a qualquer sistema móvel uma vez que a rede sempre possui a informação da célula em que
o terminal móvel está alocado, para poder fazer o encaminhamento de chamadas.
Sua precisão está associada ao tamanho da célula, podendo variar de cerca de 500m a mais de 10 Km de raio, dependendo do
ambiente coberto (rural, suburbano e urbano).
Algumas melhorias podem ser obtidas com a implementação de algumas técnicas representadas na figura a seguir.
A int rodução da setorização das células, usualmente com 120º, delimita a área (o setor) onde o terminal móvel (usuário) pode ser
encontrado.
O GSM possui o método de " Timing Advance ", através do qual é medido o tempo de percurso de um sinal entre a BTS/terminal
móvel/BTS ( Base Transmission Station ). Esse parâmetro, originalmente utilizado para sincronização durante o envio de " bursts " de
dados, pode ser utilizado para se calcular a distância aproximada que um terminal móvel se encontra da BTS. Dessa forma, ganha-se
mais um nível de precisão na localização ao se reduzir a área (a faixa) onde o terminal pode ser encontrado.
Outro recurso que pode ser desenvolvido é o E-CGI ( Enhanced - Cell Global Identity ). Em todos os sistemas móveis os terminais
celulares realizam medições na int erface aérea, que visam o controle automático de potência e, através da troca dessa informação
com a rede, permitem que a rede decida sobre a realização de " hand-over " (mudança de célula). Para melhor entender este recurso,
há que se considerar como se dá a propagação de sinais de rádio. Com esse int uito, é apresentado um diagrama de radiação genérico
de uma antena utilizada em sistemas móveis. Nota-se a existência de um lóbulo principal e de lóbulos secundários.
Considerando-se agora, o diagrama de radiação estilizado na fig. abaixo, podemos inferir que para uma dada potência de sinal
(recepção) medida no celular, pode ser associado um ganho da antena, que indica o ângulo do móvel em relação ao eixo central da
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antena. Dessa forma, à informação anterior de distância da BTS (obtida com o time advance ), acrescenta-se então o ângulo,
restringindo-se a probabilidade de localização do móvel. Como o ângulo fornecido em um diagrama de radiação ("Carta de Smith") é
aproximadamente simétrico, pode-se verificar, com o auxílio da figura, que na realidade o móvel pode estar em dois pontos dist int os
e simétricos (Y 1 /Y 2 ) em relação ao eixo central, exceto quando o móvel encontra-se no próprio lóbulo principal (Z - ângulo 0º).
A única forma de se solucionar o problema de duplicidade
de informação exposto acima (dois pontos dist int os e
simetricamente opostos), seria que as medições fossem
realizadas por mais de uma BTS, para que, através da int
ersecção das informações, se chegasse a um único
ponto.
De maneira geral, pode-se afirmar que todas as soluções
baseadas em Cell Id são extremamente dependentes da
densidade de células, configuração de rede e ambiente.
Métodos de Localização: Tempo de Chegada
Os métodos de localização baseados no tempo de chegada TOA (Time of Arrival) são baseados no cálculo do tempo de propagação do
sinal pela rede móvel. Destacamos dois métodos principais:
TDOA ( Time Difference of Arrival )
Este método baseia-se no tempo de propagação do sinal rádio transmitido pelo celular até equipamentos chamados de LMU's (
Location Measurement Units ) usualmente instalados junto às BTS's. Quando o usuário solicita um serviço LBS, a rede "força" o
terminal a fazer um pedido de handover . O tempo que esse sinal leva até as LMU's é processado pela SMLU ( Serving Mobile Location
Center ), sendo encontrada a posição do terminal.
A vantagem do TDOA é suportar a base de terminais existentes, porém as LMU's são caras e é necessário uma por BTS. A
performance do sistema depende da carga de tráfego na rede.
E-OTD (Enhanced Observed Time Difference)
O E-OTD também se baseia no cálculo do tempo de propagação do sinal rádio. Neste método, porém, o terminal móvel calcula o
tempo de propagação do sinal transmitido por pelo menos 3 BTS's localizadas em células vizinhas até o próprio terminal, requerendo
uma funcionalidade extra nos terminais. A LMU, localizada em ponto fixo conhecido, mede o tempo de propagação destes sinais,
enviados pelas BTS's, até ela própria. Com as informações enviadas pelos terminais e pela LMU, a SMLU calcula a posição do móvel. O
número de SMLU's depende da quantidade de LMU's existente na rede.
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Este método apresenta boa precisão em áreas com grande concentração (densidade) de BTS's, inclusive indoor , utilizando uma LMU
para até cinco BTS's, tendo carga de processamento bem menor que o método anterior, uma vez que boa parte dos cálculos é
realizada pelos terminais. Em compensação, necessita de adaptações nos terminais e apresenta baixa precisão em áreas com poucas
BTS's. A adoção de algoritmos mais avançados nos terminais, simulando a funcionalidade das LMU's, permitirá reduzir, se não eliminar
totalmente, as LMU's na rede.
Métodos de Localização: GPS
Apesar do GPS, também se basear no cálculo do tempo de propagação do sinal rádio transmitido, preferimos tratá-lo a parte, por
envolver um sistema satelital, independente da rede móvel da operadora. Apresentaremos o GPS convencional e o assistido.
GPS convencional ( Global Positioning System )
Num sistema de localização convencional baseado em GPS, tem-se um receptor GPS int egrado no terminal móvel, que recebe os
sinais provenientes da constelação de satélites do sistema GPS e, baseado nos tempos de propagação dos sinais transmitidos por um
mínimo de três satélites, calcula a posição do terminal.
Apesar da excelente precisão em ambientes outdoor (externos), principalmente rurais e suburbanos, onde não há obstáculos
(prédios), este método não oferece cobertura indoor , não sendo portanto adequado à utilização em grandes centros urbanos. Além
disso, sua operação fica muito prejudicada quando o céu está parcialmente encoberto; oferece grande consumo de bateria, reduzindo
o tempo de utilização do celular e apresenta excessivo tempo de espera no instante inicial de ativação da função de localização,
necessário à varredura dos sinais transmitidos por um satélite.
A-GPS ( Assisted GPS )
No A-GPS, as informações transmitidas pelos satélites e decodificadas pelo receptor GPS, são transmitidas ao terminal móvel pela
rede móvel, reduzindo a quantidade de processamento do terminal, o consumo de bateria e o tempo para iniciar as funções de cálculo
de localização. A liberação do terminal da execução das funções de decodificação dos sinais dos satélites, permite a implementação de
funções de cálculo do tempo de propagação do sinal entre a BTS e o celular, de forma semelhante aos métodos anteriores,
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possibilitando melhorar os cálculos de localização dentro de veículos, sob neblina, em quase todos os ambientes externos e em muitos
ambientes indoor , o que é impossível com sistemas de GPS convencionais.
Tendo em vista os diversos métodos de localização apresentados, podemos resumir suas principais características na tabela 1. Nesta
tabela comparativa, pode-se observar em cada ambiente a performance dos vários sistemas, a necessidade de utilização de terminais
especiais, os custos de implementação e sua precisão.
Tabela 1 - Comparação entre os diferentes métodos de Localização
Cell Id ( Cell
identification )
Precisão média
em ambiente
urbano *
TOA (Time of arrival)
TDOA
GPS ( Global Positioning System )
E-OTD
GPS
A-GPS
50 ~ 500m
(microcélulas) 500m
~ 5Km
(macrocélulas)
250m
75m
55m (urbano)
20m(suburbano)
10m (rural)
55m (urbano)
20m(suburbano)
10m (rural)
indoor
Razoável
Boa
Boa
Não
Razoável
urbano
Razoável
Boa
Boa
Boa
Boa
suburbano
Razoável
Boa
Boa
Excelente
Excelente
rural
Fraca
Fraca
Fraca
Excelente
Excelente
Necessidade de
terminais
especiais
Não
Não
Sim
Sim
Sim
Custo
Menor custo de
implementação
Necessidade de
pesados
investimentos na
rede e em
servidores
Necessidade de
investimentos na
rede, servidores e
terminais
Necessidade de
investimentos em
terminais e
processamento na
rede
Necessidade de
investimentos em
terminais e
processamento na
rede
Precisão dependente
do tamanho da célula
Precisão
vulnerável à
carga de tráfego
da rede
Dependente de
grande densidade
de BTS's
Não tem cobertura
indoor e sofre
severas limitações
com multipercursos
e obstáculos
(prédios)
Restrições à
cobertura indoor
Performance em
ambiente:
Obs.
* A precisão varia muito dependendo da densidade das células, ambiente de cobertura e configuração da rede.
Diante dos vários métodos de localização apresentados, verificamos que todos possuem suas vantagens e desvantagens. Sua
adequação/aplicação é também dependente do cenário que a operadora dispõe, da demanda de seus clientes e, é claro, da projeção
de retorno sobre o investimento realizado em sua infra-estrutura.
Loclização: Serviços
Os métodos apresentados anteriormente apenas fazem a localização do terminal, ou seja, do usuário. Essa informação pode ser
utilizada de diversas formas, em diferentes aplicações e serviços a serem desenvolvidos, como exemplificado a seguir:
Serviços de informação e conveniência
Baseado na informação de localização do usuário e até de sua direção de deslocamento, pode-se fornecer informações de
restaurantes, hotéis, farmácias e outros pontos de conveniência próximos a ele, além de condições do trânsito ou mesmo implementar
um serviço de direcionamento " on line " para um usuário perdido.
Serviços de emergência
Com informação de localização, um chamado de emergência pode ser prontamente atendido, dando condições para uma atendente
rapidamente encaminhar o socorro necessário. Num segundo nível de sofisticação, um veículo com módulo wireless instalado, pode
gerar uma chamada automática informando a falha e a localização do veículo para uma rede de concessionários, que se deslocarão
com as peças necessárias para sanar a falha no local.
Jogos
Pode-se implementar jogos baseados na posição e deslocamento dos usuários.
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(abril/2005)
Vigilância
Pode-se contratar um serviço para informar a localização de um filho periodicamente, ou mesmo receber a informação de que ele
ultrapassou determinada área. Esta aplicação pode ser útil também para a segurança de pessoas com "Mal de Alzheimer".
Colocando-se um módulo wireless em um automóvel, pode-se ainda localizar um carro roubado ou mesmo utilizado em um seqüestro.
Aplicações corporativas
Sempre buscando a melhoria da produtividade e do controle de processos, surge a possibilidade do gerenciamento de força móvel de
trabalho, onde baseado em sua localização, pode-se melhor destinar clientes a serem atendidos; ou fazer a monitoração de frotas de
entrega ou de cargas, por exemplo.
Localização: Considerações Finais
Um requisito fundamental para os serviços ofertados em redes móveis, é reconhecermos sua característica básica: a mobilidade. Um
usuário móvel sente-se livre, independente de hora ou lugar. Portanto ao se desenvolver um serviço, além de se praticar um preço
que seja aceito pelo mercado, deve-se assegurar que o usuário possa utilizar os serviços contratados em sua operadora de origem,
em qualquer lugar onde esteja. A característica básica para que isto ocorra é a adoção de serviços padronizados.
Desta forma, para o sucesso na implementação de serviços baseados em métodos de localização mais sofisticados que o Cell Id , é
necessário que o assunto seja tratado nos órgãos de padronização, ou as próprias operadoras definam um método comum, a fim de
assegurar o sucesso de serviços de localização globais.
Muitas discussões envolvendo órgãos do Poder Judiciário, organizações de direitos humanos, trabalhistas e o próprio órgão regulador
de telecomunicações, podem ser originadas por questões relacionadas à ética no controle de funcionários, privacidade e segurança
das informações referentes à localização dos usuários, bem como sua autorização para monitoramento. Apesar dos enormes
benefícios e previsões de demanda, este assunto tem que ser tratado com o devido cuidado e responsabilidade pelas operadoras e
pela sociedade.
Quando se fala em LBS há que se considerar a precisão do sistema de localização, bem como os impactos na rede e terminais, além
dos custos envolvidos em sua implementação.
Uma forma de minimizar os investimentos na implementação de uma plataforma de LBS é iniciar com serviços apoiados em Cell Id ,
que apesar da menor precisão, permitem, de forma econômica, testar vários serviços baseados em localização, incentivando
desenvolvedores locais de aplicativos e medindo a aceitação e necessidades do mercado. Com o amadurecimento do mercado, o
avanço da padronização e a demanda por maior precisão, pode-se, num segundo momento, implementar um método de localização
mais sofisticado. Afinal, quanto maior a precisão do método de localização, maior será o valor agregado ao serviço oferecido e,
conseqüentemente, maior o valor percebido pelo cliente e sua disposição de utilizá-lo e pagar por ele.
Referências:
1. Cambridge Positioning Systems ;
2. GSM Association (www.gsmworld.com) ; Permanent Reference Document: SE.23 ;
3. Ludden, Brendan ; Location Technology ; Vodafone ;
4. True Position, Inc.
RÁDIO DIGITAL
Rádio Digital: O que é
Um enlace rádio digital ponto a ponto é utilizado para o transporte de informação entre dois pontos fixos, tendo o espaço livre como
meio de transmissão (wireless).
As principais aplicações de enlaces rádio digital ponto a ponto são:
•
•
•
Rede de transporte das operadoras de telefonia fixa e celular. São muito utilizados pelas operadoras de celular na interligação
de ERBs com as CCCs.
Redes de dados para atendimento de clientes corporativos, principalmente na implantação do acesso.
Redes de distribuição de sinais de TV.
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(abril/2005)
• Provedores de internet.
Em um enlace rádio digital a informação (voz, dados ou imagens) está em formato digital e é transportada em canais padronizados
(PDH ou SDH).
A figura a seguir apresenta o diagrama de blocos funcional de um enlace rádio digital ponto a ponto.
O Sinal Digital 1 em um enlace rádio digital assume normalmente um dos formatos PDH (E1 a E4) ou SDH (STM1) apresentados na
tabela a seguir. Existem rádios que transportam canais de n x 64 kbit/s em uma hierarquia menor que E1 ou em STM0 (51,84 Mbit/s).
Taxa de Bits
Hierarquia Digital
Capacidade de
Multiplexação de Canais
Notação Usual
Valor Exato
E1
2 Mbps
2 048 kbit/s
30 canais
de 64 kbit/s (E0)
E2
8 Mbps
8 448 kbit/s
4 E1
E3
34 Mbps
34 368 kbit/s
16 E1
E4
140 Mbps
139 264 Kbit/s
64 E1 ou 4E3
STM1
155 Mbps
155 520 kbit/s
63 E1 ou 3 E3
O multiplexador na entrada permite o transporte de canais com hierarquia (taxas de bits) menor que a do Sinal Digital 1 conforme
indicado na tabela.
O sinal Digital 1 é codificado gerando o sinal Digital 2. A finalidade desta codificação (codificação de canal) é melhorar a confiabilidade
com que a informação é transmitida, permitindo que erros na transmissão sejam detectados e corrigidos. Podem ser utilizados dois
tipos de códigos:
•
Códigos de linha são os códigos referentes ao formato do sinal digital. Eles são utilizados na transmissão de um sinal digital
de modo a eliminar uma longa seqüência de 0’s ou 1’s reduzindo a probabilidade de erro na transmissão. Exemplos: AMI,
HDB-3 e CMI.
• Códigos para detecção e correção de erro como os FEC (Foward Error Correction).
O Sinal Digital 2 é então modulado sendo gerado desta forma um sinal analógico que pode ser transmitido na frequência de operação
do rádio.
A principal função da modulação é permitir que estes sinais de banda básica seja transmitidos em freqüências mais altas
possibilitando a ocupação do espectro eletromagnético. Os principais tipos de modulação são a Amplitude Shift Keying (ASK),
Frequency Shift Keying (FSK), Phase Shift Keying (PSK) e a Quadrature Amplitude Modulation (QAM).
Os enlaces rádio digital estão utilizando modulações cada vez mais eficientes nas quais um símbolo representa mais de 1 bit. Estes
esquemas de modulação permitem aumentar a taxa de bits transmitida em uma banda de frequências mas tornam a transmissão
mais sensível a ruídos e interferência exigindo uma melhor codificação de canais além de outros cuidados no projeto e implantação do
enlace.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
O sinal modulado é amplificado e transmitido sendo recebido na outra ponta onde é demodulado e o sinal digital original é recuperado.
Ao se propagar entre transmissor e receptor o sinal é atenuado e está sujeito a ruído e interferências como apresentado a seguir.
Rádio Digital: O Enlace
No dimensionamento de um enlace de rádio o objetivo é garantir que o sinal digital original que transporta a informação possa ser
regenerado na outra ponta com uma taxa de erros aceitável. Para que isto ocorra a relação portadora ruído (C/N) na recepção tem
que ser maior que um valor mínimo especificado. Este valor é função da modulação e mecanismos de codificação utilizados no enlace.
A potência do transmissor e antenas devem ser portanto dimensionadas de modo a compensar as perdas na propagação e outras
referentes a polarização cruzada e atenuação nos conectores, cabos coaxiais ou guias de ondas.
É necessário também incluir uma margem para fazer frente a sinais interferentes próximos a banda de frequências utilizada pelo
enlace. Estes sinais podem aumentar o nível de ruído no receptor e por consequência piorar a relação portadora ruído.
Apresenta-se a seguir com mais detalhes as perdas de propagação.
Perdas de Propagação
Em um enlace rádio o sinal é transmitido pela antena transmissora e propaga-se na forma de ondas de rádio (ondas
eletromagnéticas) até a antena receptora. Ao se propagar de uma antena até a outra o sinal é atenuado estando sujeito às seguintes
perdas:
Perda no espaço livre
Apenas parte da energia transmitida através das ondas eletromagnéticas é captada pela antena receptora. Esta energia é tanto menor
quanto maior a frequência e a distância. Esta perda, denominada perda no espaço livre é expressa em dB pela seguinte fórmula:
Perda no espaço livre (L) = 32,5 + 20 log d + 20 log f
Onde d é a distância em km e f a frequência em MHz.
Desvanecimento
Ao se propagar as ondas de rádio estão sujeitas a reflexões no solo e na atmosfera que provocam alterações na sua amplitude e
caminho percorrido ocasionando variações na potência do sinal recebido. Estas variações são chamadas de desvanecimento (fading).
O desvanecimento pode ser causado também por obstáculos na linha de visada direta, ou por atenuação devido a chuvas.
Disponibilidade do Enlace
Compensar todas as perdas no enlace devido a desvanecimento pode levar a utilização de margens muito grandes encarecendo ou até
inviabilizando o enlace.
Em certas casos, principalmente em frequências mais altas onde a atenuação devida a chuvas é maior, procura-se especificar uma
margem que garanta uma alta disponibilidade para o enlace, admitindo-se no entanto que ele fique indisponível por um certo período
de tempo. Por exemplo, um enlace com uma indisponibilidade anual 99,995% ficará indisponível no ano 26,28 minutos.
Em frequências acima de 10 GHz e em regiões de clima tropical como o Brasil a atenuação por chuva é um fator relevante no
dimensionamento de enlaces de rádio. Este dimensionamento é feito utilizando modelos de estimativa de chuva da UIT ou outros
desenvolvidos no Brasil.
É importante lembrar que a disponibilidade do sistema como um todo é menor que a disponibilidade do enlace pois deve levar em
consideração as falhas nos equipamentos que o compõem.
A especificação de desempenho do enlace é normalmente definida tendo por base a ITU-T G.821 ou G.826.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Rádio Digital: Frequências
A tabela a seguir apresenta as frequências disponíveis no Brasil para implantação de enlaces rádio digitais ponto a ponto, juntamente
com as capacidades permitidas e regulamentação aplicável. (Clique na Norma ou Resolução para detalhes).
Freqüência
(GHz)
Faixa
(MHz)
Taxa
(Mbit/s)
0,4
413,05-423,05
440-450
2, 4, 2x2, 8, 4x2
1,5
1473,75-1452
1503,25-1517
2
Regulamentação
Norma 07/97
04/06/97
2
Res. 198
16/12/99
2025-2110
2200-2290
21x2, 34 e 51
Res. 240
29/11/00
4
3800-4200
140 e 155
Res. 103
26/02/99
5
4400-5000
140 e 155
Res. 104
25/02/99
6
5925-6425
140 e 155
Res. 105
26/02/99
6
6430-7110
34, 51 e 2x34
Res. 346
29/07/03
7
7425-7725
2 a 155
Norma 001/95
18/05/95
8
7725-7925
8025-8275
140 e 155
Res. 310
19/09/02
8,5
8275-8500
2 a 51
Res. 106
25/02/99
11
10700-11700
140 e 155
Norma 16/94
06/05/94
15
14500-15350
2 a 17
Res. 129
26/05/99
18
17700-18140
19260-19700
8x2 a 155
Norma 15/96
22/10/96
18
18580-18820
18920-19160
2a8
Norma 04/91
22/10/91
23
21200-21550
22400-22750
2 a 155
Norma 17/94
Norma 27/94
18/08/94
16/12/94
23
21800-22400
23000-23600
2 a 155
Norma 03/92
05/01/93
25-31
25350-28350
29100-29250
31000-31300
34 a 155
Res. 342
16/07/03
38
37000-39500
2 a 155
Res. 374
15/07/04
Com as frequências mais baixas é possível enlaces com distâncias maiores, o espectro encontra-se no entanto mais congestionado.
Frequências maiores de 8 GHz são mais sensíveis a atenuação pela chuva e são empregadas em enlaces menores (poucos
quilômetros).
Os Rádio Spread Spectrum podem ser utilizados sem necessidade de autorização de uso de frequência nas faixas de : 902-907,5;
915-928; 2400-2483,5; 5725-5850 MHz.
Rádio Digital: Autorização da Anatel
A implantação de enlaces rádio no Brasil necessita de autorização da Anatel. A exceção são os rádio spread spectrum operando em
faixas de frequência de radiação restrita. Consulte os tutoriais do Teleco:
Quando não é necessário autorização para uso de Frequências no Brasil
Regulamentação para uso de frequências no Brasil
Apresenta-se a seguir os passos principais no processo de obtenção desta autorização da Anatel.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
1. Cadastramento como usuário Banco de Dados Técnicos e Administrativos da Anatel (SITAR)
Para o projeto de implantação de um enlace rádio digital é necessário consultar a base de dados da Anatel (SITAR) para verificar se
existe disponível na região onde será implantado o enlace subfaixa na faixa de frequências desejada. Escolhida a subfaixa de
frequências os dados do SITAR serão também de grande valia para o cálculo de interferência de outros enlaces.
O cadastramento pode ser feito pelo envio de solicitação a um dos escritórios ou à sede da Anatel em Brasília de acordo com o
seguinte modelo: Solicitação de autocadastramento no SITAR.
2. Entrada de dados do projeto no SITAR
Uma vez liberado o acesso (user-id e senha) do interessado ao sitar, este deverá entrar com os dados do projeto preenchendo os
seguintes formulários:
Diagrama de Ligação da rede
Descrição do sistema
Formulário de Estações
Formulário de Frequências
Instruções para preenchimento deste formulários podem ser encontrados nos seguintes manuais da Anatel:
Manual de Autocadastramento
Manual de Projetos Técnicos (SITAR)
Manual de Designação das Emissões Radioelétricas
3. Autorização da Anatel
A Anatel após análise técnica, aprova os dados cadastrados e emite ato de autorização de uso de radiofrequência, cujo extrato é
publicado no Diário Oficial da União.
A Anatel emite então as licenças das estações que são entregues ao interessado após o pagamento da Taxa de Fiscalização de
Instalação (TFI) e o preço pelo direito de uso das radiofrequências (PPDUR) e da apresentação da documentação necessária:
•
•
•
Termo de Responsabilidade de Instalação – TRI, devidamente assinado pelo Engenheiro responsável;
Anotação de Responsabilidade Técnica da instalação dos equipamentos (autenticada e quitada);
Declaração do responsável legal, baseada no(s) Relatório(s) de Conformidade(s) elaborado(s) e assinado(s) por profissional
habilitado, conforme previsto na Resolução nº 303 de 02/07/02;
• Original ou cópia autenticada do Termo de Procuração (pública ou particular). (se necessário)
Os valores a serem pagos são determinados pela Anatel de acordo com o:
Regulamento de Cobrança do Preço Público pelo Direito de Uso de Rádio Frequência (Res. 68, 20/11/98) alterado pela
res. 289 (29/01/02)
Regulamento para Arrecadação de Receitas do Fundo de Fiscalização das Telecomunicações - FISTEL, republicado com
alterações pela Res. 255 de 20/03/01.
Rádio Digital: Considerações Finais
Este tutorial apresentou os conceitos básicos sobre enlaces rádio digitais ponto a ponto.
A implantação de enlaces rádio envolve uma gama mais ampla de conceitos que vão da infraestrutura necessária para instalação dos
equipamentos e antenas, envolvendo sistemas de energia e aterramento, à implantação de equipamentos redundantes e monitorados
por sistemas de gerência.
O enlace é um componente básico utilizados em muitas redes. Existem operadoras, como a Diveo, cuja maior parte do backbone e
acessos é formada por enlaces rádio. A maioria no entanto combina enlaces rádio com um backbone em fibra óptica aumentando
desta forma a cobertura de sua rede.
Os enlaces rádio podem ter os seus canais utilizados com um grande número de interfaces de dados para o usuário seja para redes de
pacotes ou interfaces LAN.
Em abril de 2004 existiam 31 fabricantes com equipamentos (transceptor digital) para enlaces rádio digital, homologados pela Anatel
pela res. 242: Airspan, Alcatel, Aperto, Ceragon, Dataradio, DMC, Ensemble, Ericsson, Fresnel, Harris, Intracom, KF Tecnologia,
Linear, Marconi, MDS, Moseley, Motorola, Nec, Nera, Netro, Nokia, Ogier, Proxim, Q-Free, SAF, Siemens, Telemobile, Transcore, Trio,
Young e ZTE.
Referências
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Tutoriais do Teleco
Quando não é necessário autorização para uso de Frequências no Brasil
Regulamentação para uso de frequências no Brasil
Anatel
Manual de Autocadastramento
Manual de Projetos Técnicos (SITAR)
Manual de Designação das Emissões Radioelétricas
Regulamento de Cobrança do Preço Público pelo Direito de Uso de Radio Frequência (Res. 68, 20/11/98) alterado pela res. 289
(29/01/02)
Regulamento para Arrecadação de Receitas do Fundo de Fiscalização das Telecomunicações - FISTEL, republicado com alterações pela
Res. 255 de 20/03/01.
Legislação de Radiofrequência
Atribuição, Destinação e Distribuição de Faixas de Freqüências no Brasil
SPREAD SPECTRUM
Spread Spectrum: O que é
Tecnologia
Spread Spectrum é uma técnica de codificação para a transmissão digital de sinais. Ela foi originalmente desenvolvida pelos militares
durante a segunda guerra mundial, com o objetivo de transformar as informações a serem transmitidas num sinal parecido com um
ruído radioelétrico evitando assim a monitoração pelas forças inimigas.
A técnica de spread spectrum consiste em codificar e modificar o sinal de informação executando o seu espalhamento no espectro de
freqüências. O sinal espalhado ocupa uma banda maior que a informação original, porém possui baixa densidade de potência e,
portanto, apresenta uma baixa relação sinal/ruído. Para os receptores convencionais esta comunicação pode até ser imperceptível.
Desenvolvimento
O desenvolvimento da tecnologia spread spectrum viabilizou a transmissão de dados via rádio com alta confiabilidade e com taxas de
transmissão cada vez melhores, o que possibilitou o seu uso na implementação de redes locais (LAN’s) ou regionais (WAN’s), trazendo
grande mobilidade e flexibilidade para seus usuários. Esta tecnologia é também uma alternativa para a implementação da última
milha das redes de operadoras de serviços de telecomunicações.
Os rádios spread spectrum utilizam os protocolos padronizados para redes sem fio (IEEE 802.11), e suas interfaces suportam os
principais protocolos de redes existentes. O padrão IEEE 802.11 originalmente previa taxas de transmissão de até 2 Mbit/s. A versão
IEEE 802.11b prevê a utilização de taxas de até 11 Mbit/s.
Aplicações
As interfaces de dados típicas disponíveis são do tipo Ethernet, embora possam ser encontradas também portas RS-232, V.35, RS-485
e E1/T1. Os serviços mais comuns oferecidos são de interligação de redes corporativas ou de acesso a Internet (que compete
diretamente com serviços do tipo ADSL) sendo que, em ambos os casos, a banda oferecida para cada usuário depende da arquitetura
implementada.
Observa-se, entretanto, que alguns desses sistemas não possuem funcionalidades que permitam a implementação de serviços do tipo
VPN (Virtual Private Network) ou VLAN (Virtual LAN) sem o uso de equipamentos adicionais, tais como Switch’s ou IP Mux’s.
Freqüências
Os rádios spread spectrum utilizam as faixas de freqüências livres adotadas por vários países, inclusive o Brasil, denominadas
internacionalmente como bandas ISM (Instrumentation, Scientific & Medical) definidas nas faixas de 900 MHz, 2,4 GHz e 5,8 GHz.
Spread Spectrum: Processos de Transmissão
A técnica de spread spectrum é implementada através dos seguintes processos: Salto de Freqüência (Frequency Hopping), Seqüência
Direta (Direct Sequence) ou então uma combinação dos dois processos chamada de Sistema Híbrido.
Salto em Freqüência (Frequency Hopping)
Na técnica de spread spectrum empregando a tecnologia por saltos de freqüência, a informação transmitida “salta” de um canal para
outro numa seqüência chamada de pseudo-aleatória. Esta seqüência é determinada por um circuito gerador de códigos “pseudorandômicos” que na verdade trabalha num padrão pré-estabelecido.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
O receptor por sua vez deve estar sincronizado com o transmissor, ou seja, deve saber previamente a seqüência de canais onde o
transmissor vai saltar para poder sintonizar estes canais e receber os pacotes transmitidos.
As vantagens desta técnica são:
•
•
•
•
•
Os canais que o sistema utiliza para operação não precisam ser sequenciais.
A probabilidade de diferentes usuários utilizarem a mesma seqüência de canais é muito pequena.
A realização de sincronismo entre diferentes estações é facilitada em razão das diferentes seqüências de saltos.
Maior imunidade às interferências.
Equipamentos de menor custo.
As desvantagens desta técnica são:
•
•
•
•
Ocupação maior do espectro em razão da utilização de diversos canais ao longo da banda.
O circuito gerador de freqüências (sintetizador) possui grande complexidade.
O sincronismo entre a transmissão e a recepção é mais critico.
Baixa capacidade de transmissão, da ordem de 2 Mbit/s.
Seqüência Direta (Direct Sequence)
Na técnica de spread spectrum empregando a tecnologia de Seqüência Direta, o sinal de informação é multiplicado por um sinal
codificador com característica pseudo-randômica, conhecido como “chip sequence” ou pseudo-ruído (“pseudo-noise” ou PN-code). O
sinal codificador é um sinal binário gerado numa freqüência muito maior do que a taxa do sinal de informação. Ele é usado para
modular a portadora de modo a expandir a largura da banda do sinal de rádio freqüência transmitido.
No receptor o sinal de informação é recuperado através de um processo complementar usando um gerador de código local similar e
sincronizado com o código gerado na transmissão.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Em razão da utilização de uma grande largura de banda para transmissão, os sistemas em seqüência direta dispõem de poucos canais
dentro da banda. Estes canais são totalmente separados de forma a não gerar interferência entre eles.
A técnica de seqüência direta é também o principio utilizado pelo CDMA (Code Division Multiple Access) na telefonia celular.
As vantagens desta técnica são:
•
•
•
O circuito gerador de freqüência (sintetizador) é mais simples, pois não tem necessidade de trocar de freqüência
constantemente.
O processo de espalhamento é simples, pois é realizado através da multiplicação do sinal de informação por um código.
Maior capacidade de transmissão, da ordem de 11 Mbit/s.
As desvantagens desta técnica são:
•
•
•
Maior dificuldade para manter o sincronismo entre o sinal PN-code gerado e o sinal recebido.
Maior dificuldade para solução dos problemas de interferências.
Equipamentos de maior custo.
Sistemas Híbridos
Os Sistemas híbridos combinam as duas técnicas de modulação: saltos em freqüência e seqüência direta. Esses sistemas utilizam,
alternadamente, uma técnica de cada vez, mantendo a outra inoperante.
A norma ANATEL define que quando o sistema esta operando com salto em freqüência, cada salto deve ter um tempo médio de
ocupação em qualquer freqüência que não exceda 0,4 s, em um período de tempo, em segundos, igual ao número de freqüências de
salto utilizadas, multiplicado por 0,4.
Quando o sistema estiver operando em seqüência direta o sistema deve ter densidade média de potência de no máximo 8 dBm em
qualquer faixa de 3 kHz, medida em um intervalo de 1 s.
Spread Spectrum: Arquiteturas Típicas
Os sistemas de rádio Spread Spectrum podem ser configurados para operar nas arquiteturas Ponto a Ponto ou Ponto Multiponto.
Sistemas Ponto a Ponto
Na configuração Ponto a Ponto são utilizados dois rádios com antenas altamente diretivas interligando dois pontos.
Esta configuração pode ter as seguintes aplicações:
•
•
Atender isoladamente a um único usuário interligando, por exemplo, dois escritórios de uma mesma empresa;
Servir como solução de última milha para atender um usuário a partir de um Ponto de Presença da rede multiserviços de uma
operadora de serviços de telecomunicações.
Os serviços de interligação de redes corporativas ou de acesso a Internet podem ser implementados utilizando os rádios spread
spectrum com suas funcionalidades básicas. Caso seja necessário compartilhar a banda do rádio para mais de um usuário, pode ser
necessário o uso de equipamentos do tipo Switch’s ou IP Mux’s (ponto usuário), além de roteadores no Ponto de Presença da
operadora de serviços de telecomunicações. Estes equipamentos permitem ainda oferecer a funcionalidade de segurança entre as
redes dos diversos usuários.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Sistemas Ponto Multiponto
Na configuração Ponto Multiponto o conceito é atender vários usuários simultaneamente a partir de um único ponto chamado de
estação Master. Este ponto é estrategicamente posicionado para cobrir uma área de interesse de atendimento. Ele pode ser:
•
•
Um escritório central ou matriz de uma empresa, a partir do qual se interligam outros escritórios na mesma região (filiais);
Um Ponto de Presença da rede multisserviços de uma operadora de serviços de telecomunicações, a partir do qual se
atendem vários usuários de uma região.
Na arquitetura Ponto Multiponto, são formadas células que podem utilizar antenas tipo omnidirecional (360º) ou diretiva setorial. O
ângulo de abrangência da antena diretiva pode ser de 30º, 60º, 90º ou 120º dependendo da área de cobertura desejada. Estas
células podem ser configuradas para trabalhar com várias antenas posicionadas sequencialmente formando setores consecutivos que
proporcionam uma grande área de cobertura.
Dependo da demanda existente numa região específica é possível instalar várias antenas (cada uma com seu rádio) posicionadas
nessa direção com o objetivo de aumentar a capacidade de banda da célula. Nesses casos, onde a estação Master possui vários rádios
operando simultaneamente, é conveniente realizar um sincronismo entre os rádios para evitar interferências do próprio sistema.
Assim como na arquitetura Ponto a Ponto, podem ser oferecidos os serviços de interligação de redes corporativas ou de acesso a
Internet utilizando os rádios spread spectrum com suas funcionalidades básicas.
O compartilhamento de banda do rádio para mais de um usuário ou uso de mais de um rádio por setor da célula pode demandar o uso
de equipamentos do tipo Switch’s ou IP Mux’s (nos pontos dos usuários), além de roteadores no Ponto de Presença (estação Master) da
operadora de serviços de telecomunicações. Também neste caso estes equipamentos permitem oferecer a funcionalidade de segurança
entre as redes dos diversos usuários.
Spread Spectrum: Regulamentação
Nos Estados Unidos a regulamentação para operação dos sistemas que utilizam a tecnologia spread spectrum foi estabelecida pelo
Federal Communications Commission – FCC, através da recomendação contida no FCC Rules – Title 47 – Part 15, e a padronização de
codificação foi definida pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers – IEEE, através da recomendação 802.11.
No Brasil a legislação para este tipo de sistema foi inicialmente definida pela ANATEL, através da Norma 02/93, posteriormente pela
Norma 012/96 (resolução 209 de Jan/2000) e atualmente pela resolução 305 de Jul/2002 – Regulamento sobre Equipamentos de
Radiocomunicação de Radiação Restrita.
As faixas de freqüências estabelecidas para uso por equipamentos de radiocomunicação empregando a técnica de spread spectrum,
para aplicações Ponto a Ponto e Ponto Multiponto, estão assim definidas: 902 a 928 MHz, 2400 a 2483,5 MHz e 5725 a 5850 MHz.
Desta forma, os sistemas que utilizam a tecnologia de spread spectrum não necessitam da licença ANATEL para a sua instalação e
operação, desde que sejam atendidos os requisitos das Resoluções 209 e 305.
A regulamentação vigente estabelece as condições de operação para os sistemas que operam por Saltos de Freqüência, para os
sistemas que operam em Seqüência Direta e para os Sistemas Híbridos. O resumo a seguir apresenta principalmente as
recomendações relativas aos níveis de potência para cada tipo.
Sistemas de Salto em Freqüência
Nas faixas de 900 MHz a potência de pico máxima de saída do transmissor não deve ser superior a 1 Watt para sistemas que
empreguem no mínimo 50 canais de salto e 0,25 Watt para sistemas empregando menos de 50 canais de salto.
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Sistemas operando nas faixas de 2,4 GHz e 5,8 GHz devem trabalhar com potência de pico máxima de saída do transmissor não
superior a 1 Watt.
Sistemas de Seqüência Direta
Nesse sistema a potência de pico máxima de saída do transmissor não pode ser superior a 1 Watt para todas as faixas de freqüências.
Sistemas Híbridos
Os sistemas que utilizam uma combinação das técnicas de modulação em seqüência direta e saltos em freqüência devem alcançar um
ganho de processamento de, no mínimo, 17 dB na combinação dessas técnicas. Cabe ressaltar que a Resolução 305 estabeleceu a
potência de saída do transmissor para cada sistema baseado numa antena com Ganho de 6 dBi.
A resolução estabelece também que os sistemas Ponto a Ponto operando na faixa de 2,4 GHz, podem fazer uso de antenas de
transmissão com ganho direcional superior a 6 dBi, desde que a potência de pico máxima na saída do transmissor seja reduzida de 1
dB para cada 3 dB que o ganho direcional da antena exceder a 6 dBi.
Os sistemas que operam na faixa de 5,8 GHz utilizados exclusivamente em aplicações Ponto a Ponto, podem fazer uso de antena de
transmissão com ganho direcional superior a 6 dBi sem necessidade de uma correspondente redução na potência de pico máxima na
saída do transmissor.
Spread Spectrum:Considerações finais
Os sistemas rádio que utilizam a tecnologia spread spectrum são de fato uma alternativa para oferecer serviços de telecomunicações,
especialmente de acesso a Internet. Sua utilização apresenta as seguintes vantagens:
•
•
Não necessita de licença de operação expedida pela ANATEL, minimizando o custo e o prazo de implantação.
Para atender usuários que necessitam de acesso a Internet operando com baixas taxas de transmissão, esta solução de
acesso torna-se atrativa uma vez que o custo para o usuário é relativamente pequeno, em comparação com o custo das
soluções que utilizam os sistemas de rádios microondas convencionais na arquitetura Ponto a Ponto.
Os sistemas oferecidos pelos fabricantes utilizam os diversos processos de transmissão existentes. Entretanto, até o momento não se
conseguem argumentos técnicos suficientes quanto à performance, robustez e o custo das diversas soluções, para se afirmar a
vantagem de algum dos processos de transmissão sobre os demais.
Desta forma, o projetista deve comparar as funcionalidades e os processos de transmissão do diversos sistemas, e considerar também
as peculiaridades das regiões onde o sistema será instalado, para que o projeto do sistema rádio como um todo seja elaborado com o
menor custo e o melhor rendimento.
Entre os critérios a serem utilizados para essa análise, destacam-se os seguintes:
•
•
•
•
Em sendo utilizada uma faixa livre de freqüências, estas acabam sendo ocupadas sem nenhum controle e, dessa maneira,
problemas de interferência por congestionamento do espectro podem afetar o desempenho do sistema.
A taxa de transmissão efetiva (“throughput”) em geral é menor do que a taxa nominal dos equipamentos, devido ao protocolo
de transmissão utilizado.
Para a viabilização dos enlaces nestas faixas de freqüência é necessário trabalhar com linha de visada direta entre as antenas.
O projetista deve adotar uma margem de nível de sinal de recepção que garanta uma relação sinal/ruído suficiente para o
bom funcionamento do sistema, sempre respeitando os limites definidos nas recomendações da legislação vigente.
SERVIÇO MÓVEL CELULAR - SMC
Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL) define o SMC como:
"Serviço móvel celular é o serviço de telecomunicações móvel terrestre, aberto à correspondência pública, que utiliza sistema
de radio comunicações com técnica celular, inter conectado à rede pública de telecomunicações, e acessado por meio de
terminais portáteis, transportáveis ou veiculares, de uso individual".
No Brasil o SMC opera na faixa de freqüências de 800
MHz (ou 0,8 GHz).
É o serviço celular que estamos utilizando hoje.
Fig. 1.1 – Ilustração com os componentes básicos de
um sistema celular
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A figura acima mostra os componentes básicos de um sistema celular. Digo básicos pois os serviços demandados pelo mercado
tais como SHORT MESSAGES, CORREIO DE VOZ, APLICAÇÕES WAP, SERVIÇOS DE PRÉ-PAGO, exigem que um volume
realmente grande de equipamentos sejam agregados às plantas originais das operadoras .
O Conceito Celular
O objetivo dos primeiros sistemas móveis era o de obter uma grande área de cobertura através do uso de um único
transmissor de alta potência, com a antena situada em um local elevado. Embora essa abordagem gerasse uma cobertura
muito boa, o número de usuários era limitado. Um determinado conjunto de freqüências era utilizado por toda a região e cada
freqüência era alocada a um único usuário por vez, para evitar interferências. Como exemplo da baixa capacidade, pode-se
citar o sistema móvel da Bell em Nova Iorque, em 1970: o sistema suportava um máximo de apenas doze chamadas
simultâneas em uma área de mais de dois mil quinhentos e oitenta quilômetros quadrados . Dado o fato de que as agências de
regulamentação dos governos não poderiam realizar alocações de espectro na mesma proporção do aumento da demanda de
serviços móveis, ficou óbvia a necessidade de reestruturação do sistema de telefonia por rádio para que se obtivesse maior
capacidade com as limitações de espectro disponível e, ao mesmo tempo, provendo grandes áreas de cobertura.
O conceito celular foi uma grande descoberta na solução do problema de congestionamento espectral e limitação de
capacidade de usuários que havia em sistemas de comunicações móveis até então. Esse conceito permite oferecer grande
capacidade com limitações de espectro alocado, sem grandes mudanças tecnológicas. A FCC (Federal Communication
Commission – órgão americano regulamentador de telecomunicações), em uma regulamentação de 22 de Junho de 1981
definiu o sistema celular como : “Um sistema móvel terrestre de alta capacidade no qual o espectro alocado é dividido em
canais que são alocados, em grupos, a células que cobrem determinada área geográfica de serviço. Os canais podem ser
reusados em células diferentes na área de serviço” .
A idéia do conceito celular constitui-se basicamente na substituição do transmissor único de alta potência
(responsável pela cobertura de uma grande área) por vários transmissores de baixa potência, cada um provendo cobertura a
uma pequena região (célula) da área total. A cada uma dessas estações base é alocada uma porção do número de canais
disponíveis para todo o sistema. Às estações base são alocados diferentes grupos de canais, de forma que todos os canais
disponíveis no sistema são alocados a um determinado número de estações vizinhas. A alocação de canais a estações base
vizinhas é feita de forma que a interferência entre estações base (e entre usuários móveis) seja minimizada. Através do
espaçamento sistemático das estações base bem como dos grupos de canais, os canais disponíveis serão distribuídos através
da região geográfica e poderão ser reusados quantas vezes forem necessárias, desde que a interferência entre estações
cocanal (estações que possuem grupos de canais em comum) seja mantida a níveis aceitáveis.
Essa idéia é antiga : a primeira proposta de sistema celular foi da Bell, feita à FCC, em 1971 . Mas o desenvolvimento da
idéia é ainda anterior, não posta em prática pela complexidade do sistema de controle. Sua execução foi viabilizada pelo uso
de microprocessadores nos terminais (móveis e fixos) e, em outubro de 1983, o primeiro sistema celular foi posto em
operação, em Chicago, pela AT&T.
Um sistema celular básico é composto de :
—
CCC – Central de Comutação e Controle
É o coração de um sistema celular, responsável pela validação dos assinantes, processamento de chamadas, interface
com a rede fixa de telefonia, interface com outras CCC´s sejam elas de outra operadora ou não, geração de bilhetes das
chamadas, gerenciamento de hand-off (passagem do móvel de uma célula para outra), monitoração de alarmes das
Estações Radio Base – ERBs ,entre muitas outras funções . O termo em inglês para CCC é MSC (Mobile Switch Center).
A quantidade de estações que uma CCC pode gerenciar e o número de assinantes máximo depende muito da filosofia
de operação de cada empresa no que diz respeito à qualidade dos seus serviços .
O protocolo padrão para comunicação entre diferentes CCC´s de diferentes empresas é o IS-41 .
A CCC pode ser descrita nos seguintes blocos:
-
Matriz de Comutação – Esta parte da CCC é igual a uma central telefônica comum. Ela é responsável pela
interconexão com a rede fixa e a comutação entre os terminais móveis;
-
BSC (Base Station Controller) – É a parte da CCC responsável pelo gerenciamento das ERBs. Através do BSC a CCC tem
o status de todas as ERBs do sistema como , por exemplo, alarmes e configurações . Pelo BSC, os técnicos da central
podem efetuar a operação e manutenção da rede.
-
Gerenciador de Mobilidade – Esta incluída dentro do BSC. É a parte responsável pelos handoffs dentro do sistema. O
GM recebe continuamente dados de cada móvel (através do canal de sinalização) como nível de sinal recebido, taxa de
erro de quadro, e decide para qual ERB o móvel deve efetuar o hand-off .
-
HLR (Home Location Register) – É a base de dados dos assinantes da área de serviço de uma CCC. Em algumas
arquiteturas podemos ter HLR contendo a base de dados de mais de uma CCC e sendo acessadas toda vez que uma
chamada é requisitada.
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-
VLR (Visit Location Register) – Similar ao HLR, possui um cadastro dinâmico dos assinantes, tanto dos locais (Home)
quanto dos visitantes (Roamers).
-
Transcoder – Algumas centrais trabalham com canais de voz entre a CCC e a ERB de 16Kb/s. Como as inter conexões
com as outras operadoras de telefonia fixa, longa distância e celular são feitas via canais PCM de 64 Kb/s, é necessário o
transcoder para fazer a conversão entre estas taxas.
-
PTS – Ponto de Transferência de Sinalização. É responsável pelo gerenciamento da sinalização entre a central celular e
as outras centrais . Com o surgimento do protocolo de sinalização por canal comum #7 (SS7), os canais de voz e
sinalização passaram a seguir caminhos independentes. Há uma rede nacional de nós PTS interligada para que as centrais
possam estabelecer as rotas para se completar uma chamada enquanto o usuário está digitando os números do telefone
desejado.
Dependendo dos serviços oferecidos por uma operadora, a CCC pode conter ainda outros equipamentos:
-
-
Gateways para interface entre celulares WAP e aplicações internet (serviços de notícias, geo-localização, e-mails, mcommerce, etc.)
Plataformas de gerenciamento de assinantes do serviço pré-pago.
Plataformas de serviço de correio de voz (voice mail)
ERB – Estação Rádio Base
Uma ERB corresponde a uma “célula”, no sistema .Daí temos o conceito de telefonia celular. Ao invés de termos uma
só estação irradiando em alta potência por toda a cidade, temos várias antenas espalhadas numa área trabalhando com
potências menores, e o melhor, otimizando a utilização do espectro de freqüências disponíveis .
É a ERB quem se comunica com o assinante através da interface aérea escolhida (CDMA, TDMA, GSM, etc.), e com a
CCC através de canais PCM de voz e sinalização . Podemos dizer que a ERB é um prolongamento da CCC.
A disposição
das ERBs em uma determinada área depende profundamente do tipo de interface aérea. A área de cobertura de uma ERB
no sistema FDMA (AMPS), por exemplo, é menor do que no sistema CDMA, isto porque no sistema AMPS há o problema da
interferência entre os canais de ERBs vizinhas com o reuso de freqüências, o que já não é tão crítico num sistema CDMA
onde todas as ERBs operam com a mesma frequencia .
A ERB recebe canais de voz PCM da CCC através de um meio de transmissão qualquer (microondas, fibra óptica, cabo,
modem) e os modula em sinais de microondas em freqüências de 800, 900, 1800, 1900 MHz dependendo do sistema, para
irradiá-los para os telefones móveis . Na ERB não acontece nenhum processamento, tarifação ou controle de chamadas.
Uma ERB é composta basicamente de antenas de transmissão e recepção (que podem estar numa única antena,
omnidirecional) , filtros, duplexadores, acopladores, transmissores e receptores, equipamentos de transmissão, torre, fonte e
infra-estrutura (sistemas de proteção de transientes, combate à incêndio, alarmes, pára-raios, prédio, etc.).
A ERB transmite numa frequencia 45 MHz acima da frequencia de recepção .
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Como vimos anteriormente, uma ERB pode ser OMNIDIRECIONAL ,onde temos uma única antena, tanto para
transmissão quanto para recepção, irradiando num ângulo de 360 graus em torno da ERB. Esta configuração é mais indicada
quando temos ERBs isoladas em pequenas cidades ou áreas rurais onde podemos trabalhar com potências maiores de
transmissão sem risco de interferir em outras estações. A configuração mais usada é a SETORIZADA, onde temos grupos de
antenas de transmissão (TX) e recepção (RX), cada grupo tem um ângulo de cobertura, que pode ser de 120 graus (3 setores)
ou 60 graus (6 setores) .
Durante a instalação dos sistemas celulares são feitos ajustes nos ângulos horizontal e vertical das antenas para
melhorar a sua cobertura e evitar interferências entre elas. Este processo é chamado de OTIMIZAÇÃO do sistema . Equipes
percorrem as áreas de cobertura planejadas verificando o nível (potência) e a qualidade do sinal (taxas de erro, fading, etc.)
afim de se obter subsídios para novos ajustes . Como as redes celulares estão em constante crescimento, este processo
ocorre quase que ininterruptamente .
Podemos ter ERBs com alta capacidade de canais, instaladas em containers ou pequenos prédios específicos, ou com
menor capacidade, que podem ser instaladas em topos de prédios ou pequenas salas, ocupando espaços reduzidos .
Cobertura da célula
A cobertura provida por uma célula depende de parâmetros pré-definidos como, potência de transmissão, altura, ganho e
localização de antena. Vários outros fatores como, presença de montanhas, túneis, vegetação e prédios afetam de forma
considerável a cobertura RF de uma base. Esses últimos fatores, obviamente, não são definidos pelo projetista de sistema e
variam de uma região para outra.
Telefone móvel
Sua função é transformar um sinal de voz humana, entre 300 e 3400 Hz, codificá-lo e modulá-lo em uma frequencia
de microondas para ser transmitido para a ERB, e vice-versa. A potência máxima de transmissão de um celular é de 600
miliWatts (0,6 Watts).
O móvel mantêm comunicação constante com a ERB através dos canais de sinalização e controle, mesmo quando não
há uma chamada em andamento . É através destes canais de sinalização que o móvel recebe informações da ERB como
controle de potência de transmissão, identificação da ERB, sincronismo com o sistema, gerenciamento de hand-off, e envia
requisições de chamadas e a identidade do móvel . Opera em modo full-duplex, possuindo um caminho de ida e um de
retorno em relação à estação base, que são os links reverso (móvel para base) e direto (base para móvel).
Alguns exemplos de mensagens de controle trocadas entre móvel e base são:
pedido do móvel para acessar um canal e efetuar uma chamada;
registro do móvel na área de serviço atual (outra CCC);
mensagem de alocação de canal para o móvel, oriunda da estação base;
mensagem de handoff oriunda da estação base, para que o móvel sintonize outro canal.
Ressalta-se nesse ponto que o que está sendo chamado de “canal” constitui-se na dupla link direto e reverso.
As bandas A e B
As bandas A e B são diferentes faixas de freqüência de ondas de rádio. Estas freqüências são canais de transmissão
de sinais. Os telefones celulares operam através de ondas de rádio em uma destas freqüências, com tecnologia analógica ou
digital.
Freqüências
Banda A: 869 – 880 MHz e 890-891,5 MHz
Banda B: 880 – 890 MHz e 891,5 – 894 MHz
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Arquitetura do sistema
Um sistema rádio móvel pode ser elaborado segundo uma arquitetura centralizada ou descentralizada. Em uma arquitetura
centralizada, a Central de Comutação Móvel em geral controla uma grande quantidade de estações base, tanto de células
próximas como distantes. Em um sistema descentralizado, as CCC’s têm uma região menor de abrangência, controlando
menos estações base quando comparado à outra arquitetura.
Sistemas pequenos tendem a ser centralizados, enquanto que sistemas maiores seguem a abordagem descentralizada. Há
diferentes níveis de descentralização, onde pode ou não haver interconexão entre as CCC’s. No primeiro caso (há conexão
entre CCC’s), uma chamada de um móvel passará pela rede fixa apenas quando o usuário chamado for fixo. Por outro lado, no
segundo caso (não há conexão entre CCC’s), mesmo que o usuário chamado seja móvel, mas pertencente a uma outra área de
serviço (outra CCC, portanto), a chamada terá que passar pela PSTN , pois é ela que proverá o contato entre as duas CCC’s.
A Rede Brasileira
As operadoras brasileiras utilizam duas tecnologias digitais diferentes:
- TDMA - Time Division Multiple Access e
- CDMA - Code Division Multiple Access.
Eis uma relação das áreas, das operadoras, dos grupos ou bandas e das tecnologias (agrupadas de diversas maneiras) e o
número de celulares em cada uma , em 23 Nov 2000:
( 3.971.905)
Área 1: Grande S.Paulo
Telesp Celular (A - CDMA)
BCP (B - TDMA)
(2.208.160)
Área 2: Est. São Paulo
Telesp Celular (A - CDMA)
Ceterp Celular (A - CDMA) CTBC Celular (A - TDMA)
Tess Celular (B - TDMA)
Área 3: Rio de Janeiro e Espírito Santo
Telefônica Celular (A - CDMA)
ATL Algar (B - TDMA)
Área 4 : Minas Gerais
(3.789.098)
(1.674.140)
Telemig Celular (A - TDMA)
CTBC Celular (A - TDMA) Maxitel
(B - TDMA)
Área 5: Paraná e Sta. Catarina (1.667.891)
Tele Celular Sul (A - TDMA)
Sercomtel Celular (Londrina) (A - TDMA)
Global Telecom (B - CDMA)
Área 6: Rio Grande do Sul (1.791.875)
Tele Celular Sul (A - TDMA)
Celular CRT (A - TDMA)
Telet (B - TDMA)
Área 7: AC, RO, MT, MS, TO, DF e GO
Tele Centro-Oeste Celular
CTBC Celular (A - TDMA)
Americel ( B - TDMA)
(1.616.541)
(A - TDMA )
Área 8: AM, PA, MA, RR e AP
(792.190)
Tele Norte Celular (A - TDMA)
Norte Brasil Telecom (B - TDMA)
Área 9: BA, SE e AL ( 1.058.256)
Tele Leste Celular (A - CDMA)
MAXITEL ( B - TDMA)
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Área 10 : CE, PI, RN, PB, PE e AL (2.295.778)
Tele Nordeste Celular (A - TDMA)
BSE (B - TDMA)
Operadoras da banda A:
Tele Nordeste Celular (TDMA); Tele Leste Celular (CDMA); Tele Norte Celular (TDMA); Tele Centro-Oeste Celular (TDMA) ; Tele
Celular Sul (TDMA); Sercomtel (TDMA); CTBC Celular (TDMA); Telemig Celular (TDMA); Telefonica Celular (CDMA); Telesp
Celular (CDMA); Celular CRT (TDMA); CETERP (CDMA).
Operadoras da banda B:
BSE (TDMA); BCP (TDMA); Norte Brasil Telecom (TDMA); Americel (TDMA); Telet (TDMA); Global Telecom (CDMA); Maxitel
(TDMA); ATL (TDMA) ;Tess(TDMA).
Operadoras de tecnologia CDMA:
Tele Leste Celular (A); Telefonica Celular (A) ;Telesp Celular (A) ;CETERP (A); Global Telecom (A)
Operadoras de tecnologia TDMA:
Tele Nordeste Celular (A) ;Tele Norte Celular (A); Tele Centro-Oeste Celular (A); Tele Celular Sul (A); Sercomtel (A); CTBC
Celular (A); Telemig Celular (A); Celular CRT (A); BSE (B); BCP (B); Norte Brasil Telecom (B); Americel (B) ;Telet (B); Maxitel
(B); ATL (B); Tess(B).
Processamento de Chamadas
Canais diretos e reversos
Os canais de comunicação entre o móvel e a ERB podem ser classificados como diretos (da ERB para o móvel) ou reversos (do
móvel para a ERB).
Vamos utilizar o exemplo do CDMA
Canais Diretos
1. Canal Piloto
—
O móvel faz uma busca lógica do canal piloto para saber se está em uma área de cobertura com sinal CDMA.
—
Sinal não modulado.
—
Serve como referência de fase para que o móvel possa decodificar os outros canais.
—
Serve também para que o móvel determine a sua distância até a ERB, através de uma medida da potência do canal
piloto.
—
É pelo canal piloto que o móvel identifica a ERB . Identificadas as ERBs e suas potências recebidas naquele instante,
a central tem a localização aproximada do móvel e pode então orientar o correto handoff .
2. Canal de Sincronismo
—
É usado pelo móvel para se sincronizar com o sistema (base de tempo).
3. Canal de Paging (busca)
—
—
—
É usado para transmitir informações enquanto o móvel está vago ou em transição para um canal de voz.
Envia mensagens de registro, handoff vago, designação de canais, mensagens de busca, parâmetros do sistema,
parâmetros de acesso, lista de pilotos vizinhos, lista de portadoras CDMA ativas.
É o canal paging quem se comunica com o canal de acesso (canal reverso).
4. Canal de Tráfego (voz)
—
É por onde ocorre a conversação.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Canais Reversos
1.
Canal de Acesso
—
É usado para responder a solicitações da ERB enquanto o móvel está vago.
—
Envia mensagens de registro e resposta à busca .
2. Canal de Tráfego (voz)
—
É por onde ocorre a conversação.
Processamento de uma chamada de um móvel para um telefone fixo
1.
O móvel envia mensagem de origem e os dígitos discados no canal de acesso. O Gerenciador de Mobilidade (GM) da
central recebe estes dados e pede que a central designe um circuito terrestre para esta chamada.
2.
É designado um circuito (CCC-ERB) e um elemento de canal (MCC) para esta chamada.
3.
Toque de retorno e conversação
Processamento de uma chamada de um telefone fixo para um móvel
1.
2.
A central recebe uma chamada da rede fixa e determina se o móvel chamado é válido.
Através do seu último registro, ou seja a última ERB de onde o móvel enviou sinalização, a CCC inicia uma busca,
através do canal de paging.
3.
Ocorre a validação a designação de um circuito para esta chamada.
4.
Conexão.
Alocação de canal
Para um uso eficiente do espectro rádio disponível, é requerido um esquema de reuso de freqüências que seja
consistente com os objetivos de aumento de capacidade e redução de interferência. Com o intuito de aumentar a eficiência na
utilização do espectro, uma variedade de estratégias de alocação de canais foi então desenvolvida. Tais estratégias podem ser
classificadas como fixas ou dinâmicas. A escolha da estratégia impacta no desempenho do sistema, particularmente em como
uma chamada é gerenciada quando um móvel desloca-se de uma célula para outra.
Numa estratégia de alocação fixa de canais, é alocado um determinado conjunto de canais de voz a cada célula.
Qualquer tentativa de chamada dentro da célula só poderá ser servida pelos canais desocupados pertencentes àquela célula.
Há algumas variantes da estratégia de alocação fixa de canais. Em uma delas, chamada de estratégia de empréstimo
(borrowing strategy), uma célula pode pedir canais emprestados de uma célula vizinha se todos os seus canais estiverem
ocupados. A Central de Comutação Móvel supervisiona os procedimentos de empréstimo e garante que o empréstimo do canal
não interfere em nenhuma chamada que esteja em progresso na célula de origem do canal.
Na estratégia de alocação dinâmica de canais, os canais de voz não são alocados às células permanentemente. Ao
invés disso, cada vez que há uma tentativa de chamada, a estação base requisita canal para a MSC. A Central então aloca um
canal para a célula que o requisitou.
A MSC apenas aloca uma determinada freqüência se essa freqüência não está em uso na célula nem em nenhuma
outra célula que esteja a uma distância menor que a distância de reuso, para evitar interferência. A alocação dinâmica de
canais diminui a probabilidade de bloqueio de chamadas, aumentando a capacidade de troncalização do sistema, pois todos os
canais disponíveis estão acessíveis a todas as células. Esse tipo de estratégia requer que a MSC colete dados em tempo real de
ocupação de canais, distribuição de tráfego, e de indicações de intensidade de sinal de rádio (RSSI- Radio Signal Strength
Indications) de todos os canais, continuamente. Isso sobrecarrega o sistema em termos de capacidade de armazenamento de
informações e carga computacional, mas provê vantagem de aumento de utilização dos canais e diminuição da probabilidade
de bloqueio.
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Handoff
Quando um móvel desloca-se entre células enquanto uma conversação está em andamento, a MSC automaticamente
transfere a chamada para um novo canal pertencente à nova estação base. Esse procedimento de handoff não apenas envolve
a identificação de uma nova estação base, mas também requer que os sinais de voz e de controle sejam transferidos para
canais associados à nova célula.
O processamento de handoffs é uma tarefa muito importante em qualquer sistema celular. Muitas estratégias de
handoff priorizam os pedidos de handoff em relação a pedidos de inicialização de novas chamadas, quando da alocação de
canais livres em uma célula. Handoffs devem ser realizados com sucesso (e o menor número de vezes possível) e deveriam ser
imperceptíveis aos usuários. Projetistas de sistemas devem especificar um nível ótimo de sinal que iniciará o processo de
handoff. Uma vez que um nível particular de potência de sinal tenha sido estabelecido como sendo o nível que oferece a
qualidade de voz mínima aceitável no receptor da estação base (normalmente entre –90 dBm e –100 dBm) , um nível de sinal
ligeiramente superior é usado como limiar no qual o handoff é feito.
Para se decidir se um handoff é necessário ou não, é importante garantir que a queda no nível do sinal medido não é
devida a um desvanecimento momentâneo e que o móvel está realmente afastando-se da estação base que o serve. Para se
certificar disso, a estação base monitora o nível de sinal por um certo tempo antes do handoff ser iniciado. Esse procedimento
deve ser otimizado de forma que handoffs desnecessários não ocorram e que handoffs necessários sejam realizados antes da
chamada ser interrompida.
Em sistemas celulares analógicos de primeira geração, a medição dos níveis de sinal é feita pelas estações base e
supervisionada pela MSC. Cada estação base constantemente monitora a intensidade de sinal de todos os seus links de voz
reversos (móvel para base) para determinar a posição relativa de todos os usuários em relação à torre da base. Além de medir
a RSSI de chamadas em progresso dentro da célula, um receptor adicional em cada estação base, chamado de locator
receiver, é usado para determinar o nível de sinal de usuários que estão em células vizinhas. Esse receptor é comandado pela
MSC e é usado para monitorar a intensidade de sinal de usuários em células vizinhas que possam ser candidatos a handoff e
reportar os valores de RSSI medidos à MSC. Baseada na informação de nível de sinal fornecida pelo locator receiver de cada
estação base, a MSC decide se o handoff é necessário ou não e, caso seja, para que célula ele deverá ser feito.
Em sistemas celulares de segunda geração que utilizam tecnologia TDMA (Time Division Multiple Access), as decisões
de handoff são assistidas pelo móvel. No handoff assistido pelo móvel (MAHO), cada estação móvel monitora o nível de sinal
recebido de estações vizinhas e continuamente reporta essas medições para a estação base que a serve no momento. Um
handoff é iniciado quando a potência recebida de uma estação base vizinha começa a exceder a potência recebida da estação
base que serve o móvel de um determinado valor ou por um certo período de tempo. Esse método permite que a chamada
seja transferida entre estações base muito mais rapidamente do que o método da primeira geração permite, já que as
medições são feitas por cada móvel e a MSC não precisa mais da constante monitoração de níveis de sinal. O esquema MAHO
é particularmente bem adaptado a ambientes de microcélulas, onde handoffs são mais freqüentes.
Sistemas diferentes possuem diferentes políticas e métodos para gerenciar os pedidos de handoff. Alguns sistemas
tratam pedidos de handoff da mesma forma que os pedidos de inicialização de novas chamadas. Nesses sistemas, a
probabilidade de que um pedido de handoff não seja atendido por uma nova estação base é igual à probabilidade de bloqueio
de novas chamadas. Entretanto, do ponto de vista do usuário, ter sua chamada abruptamente interrompida no decorrer da
ligação parece ser muito mais incômodo do que ser bloqueado eventualmente na tentativa de fazer uma nova chamada. Para
melhorar a qualidade dos serviços sob esse aspecto, vários métodos foram desenvolvidos para priorizar os pedidos de handoff
sobre os pedidos de inicialização de novas chamadas quando da alocação de canais de voz.
Priorizando handoffs
Um método para dar prioridade a handoffs é descrito pelo conceito de reserva de canal (guard channel), onde uma
fração dos canais da célula é reservada exclusivamente para pedidos de handoff oriundos de células vizinhas. Esse método
possui a desvantagem de reduzir o tráfego total permitido a chamadas originadas na própria célula. Entretanto, esse método
pode oferecer um uso eficiente do espectro se for utilizado em conjunto com uma estratégia de alocação dinâmica de canais,
que minimizará o número de canais reservados requeridos através de uma alocação por demanda eficiente. [1]
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(abril/2005)
Considerações práticas sobre handoff
Na prática, problemas podem surgir pelo fato dos móveis trafegarem nas mais diferentes velocidades. Veículos a altas
velocidades passam pela região de cobertura em questão de segundos enquanto que pedestres podem não precisar de nenhum
handoff no decorrer de uma chamada. Particularmente, com a adição de microcélulas (células de algumas centenas de metros
de raio) para prover capacidade, a MSC pode rapidamente ficar sobrecarregada se usuários a altas velocidades estão
constantemente sendo transferidos entre células muito pequenas. Muitos esquemas foram e estão sendo desenvolvidos para
lidar com o tráfego simultâneo de móveis a altas e baixas velocidades, ao mesmo tempo em que minimizam a intervenção da
MSC para o handoff.
Embora o conceito celular ofereça claramente um aumento de capacidade através da adição de células, na prática é
difícil para provedores de serviços celulares encontrar novas localidades para instalar estações base, especialmente em áreas
urbanas. Devido às dificuldades encontradas, fica mais atraente para os provedores instalar canais adicionais e novas estações
base na mesma localidade de uma célula já existente, ao invés de procurar novas localidades. Através do uso de diferentes
alturas de antenas (freqüentemente no mesmo prédio ou torre) e de diferentes níveis de potência, é possível se prover células
maiores e menores localizadas numa mesma região. Essa abordagem é conhecida como célula guarda-chuva (umbrella cell
approach) e é usada para prover grandes áreas de cobertura a usuários em alta velocidade e pequenas áreas de cobertura
para usuários a mais baixas velocidades. Essa abordagem garante que o número de handoffs será minimizado para usuários a
altas velocidades. A velocidade de cada móvel pode ser estimada pela estação base ou pela MSC através, por exemplo, da
medição de quão rapidamente a intensidade média em pequena escala (short-term) do sinal varia no tempo. Se um móvel,
deslocando-se a grande velocidade na célula maior está aproximando-se da estação base e sua velocidade está decrescendo
rapidamente, a estação base poderá decidir transferir o móvel para uma célula menor, sem intervenção da MSC.
Conceito de célula “guarda-chuva”
Roaming
Numa situação prática, pode haver mais de um operador de serviços celulares em uma mesma cidade e, certamente,
dentro de um mesmo país/continente. Porém, o usuário é assinante de uma operadora apenas. Dessa forma, é necessário que
haja interligações entre as diversas operadoras, no sentido de que o assinante de uma operadora possa utilizar os serviços de
outra, como visitante (roamer).
Durante o curso de uma chamada, se o móvel desloca-se da área de serviço de uma MSC para a de outra, é
necessário um roaming. Portanto, o roaming pode inclusive ocorrer na área de prestação de serviço de uma mesma operadora.
Há vários aspectos a serem considerados na implementação do roaming. Por exemplo, uma chamada local pode transformarse numa chamada a longa distância quando a MSC visitada está em outro estado. Da mesma forma, deve ser dada atenção à
compatibilidade de sistemas entre as MSC’s envolvidas.
Técnicas de Acesso
O compartilhamento de recursos é uma forma muito eficiente de se obter alta capacidade em uma rede de comunicações. No
que diz respeito a comunicações móveis, os recursos são os canais disponíveis ou, de forma mais ampla, a banda de
freqüências. O mecanismo de acesso deve permitir que qualquer terminal acesse o sistema, provendo um sistema de acesso
troncalizado. Se canais são designados a usuários por demanda, o esquema é chamado de Acesso Múltiplo com Alocação por
Demanda (DAMA, Demand-Assigned Multiple Access), ou simplesmente Múltiplo Acesso.
De acordo com a forma com que o espectro é disponibilizado aos usuários, tem-se a classificação geral de sistemas
em faixa estreita e faixa larga. Em um sistema faixa estreita, a faixa de freqüências é subdividida em várias faixas menores, os
canais, que são alocadas sob demanda aos usuários. Em sistemas faixa larga, toda ou grande parte da banda de freqüências é
disponibilizada aos usuários, como um único bloco.
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(abril/2005)
Há três formas básicas de se realizar múltiplo acesso, nomeadas de acordo com o mecanismo chave usado para implementálas:
-
Múltiplo Acesso por Divisão de Freqüência (FDMA);
-
Múltiplo Acesso por Divisão de Tempo (TDMA);
-
Múltiplo Acesso por Divisão de Código (CDMA).
Enquanto o FDMA e o CDMA são, respectivamente, técnicas faixa estreita e faixa larga por natureza, o TDMA permite
ambas as formas de implementação.
Para melhor entendermos as diferenças entre FDMA, TDMA e CDMA podemos imaginar o exemplo da sala. Imaginemos os
telefones móveis como duas pessoas tentando conversar.
No sistema FDMA, a sala seria dividida em várias salas menores, cada uma com duas pessoas conversando durante
todo o tempo. As duplas estariam isoladas umas das outras, não havendo, portanto, risco de que pudessem ouvir a conversa
de outra dupla.
Caso estivessem em um sistema TDMA, haveriam três duplas se revezando em cada sala, cada uma com um tempo
pré-determinado para conversar e então dar lugar a uma nova dupla. Após o fim do tempo da terceira dupla, a primeira volta
À sala para continuar a conversação.
No CDMA todos os pares estão na mesma sala, mas falando línguas diferentes. Cada um entende somente o seu
parceiro, apesar de estar ouvindo as conversas paralelas na sala. Caso uma dupla comece a falar mais alto, todos terão que
elevar o volume da sua voz, e assim sucessivamente até que todos estejam gritando e ninguém mais se entenda. Por isto é
tão importante o controle de potência dos móveis, uma vez que todos estão “espalhados” na mesma freqüência, numa banda
de 1,23 MHz.
Para a implementação de comunicação bidirecional full-duplex, pode-se utilizar divisão no tempo (TDD - Time Division
Duplex) ou na freqüência (FDD – Frequency Division Duplex). No TDD, as duas direções de comunicação utilizam uma mesma
faixa de freqüências comum, mas instantes de tempo distintos. Por outro lado, no FDD, cada sentido utiliza faixas distintas de
freqüências, separadas convenientemente para evitar interferências, permitindo um full duplex real, pois a informação pode
trafegar nos dois sentidos simultaneamente. O TDD requer sincronização e tempo de guarda entre slots de ambos os sentidos,
também para evitar interferência. Observa-se que o TDD, por utilizar a mesma faixa de freqüências, permite que a
comunicação mantenha a mesma qualidade em ambos os sentidos.
Arquitetura faixa estreita
Em geral, a arquitetura faixa estreita está associada a sistemas com alta capacidade – o número de canais em que a
banda é dividida dá uma dimensão da capacidade do sistema quanto ao número de usuários – mas, muitas vezes, baixa
qualidade de transmissão – muitos canais significa banda pequena para cada canal. Nesse sentido, há um esforço para que se
utilize técnicas de modulação que permitam qualidade de voz aceitável sem que se aumente a banda ocupada pelos canais, ou
até, que se reduza a banda ocupada. Outro aspecto é a necessidade de se utilizar filtros estreitos para minimizar a
interferência de canal adjacente, o que contribui para o aumento no custo de equipamento. E ainda, em sistemas faixa
estreita, o sinal propagante sofre o chamado desvanecimento não seletivo ( ver figura abaixo) em freqüência, ou seja, quando
ocorre um desvanecimento toda a informação contida no canal é afetada, pois o canal é, em geral, muito estreito.
Arquitetura faixa larga
As técnicas de acesso que se utilizam dessa arquitetura são o TDMA faixa larga e o CDMA, sendo que este último
freqüentemente usa toda a faixa disponível. Como grande vantagem dessa abordagem, pode-se citar o fato de que a banda
utilizada é maior que a banda dentro da qual ocorre desvanecimento não seletivo – ver figura abaixo (banda de coerência). Ou
seja, o sinal faixa larga experimenta desvanecimento seletivo em freqüência e, então, apenas uma fração das freqüências que
o compõem é afetada pelo desvanecimento. Da mesma forma, interferências também podem ser minimizadas com o uso dessa
arquitetura.
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(abril/2005)
FDMA
A maneira usual de se realizar um esquema FDMA é através da associação de um canal a cada portadora. Esse
esquema é conhecido por Canal Único por Portadora (SCPC – Single Channel per Carrier). Os canais possuem bandas de
guarda nas suas extremidades, que são pequenas faixas de freqüências destinadas a minimizar o efeito causado por filtros e
osciladores imperfeitos, ou seja, minimizar a interferência de canal adjacente gerada pela invasão de um canal na faixa
ocupada pelos seus canais adjacentes. Usualmente, o que se chama de “canal” são as duas bandas associadas ao par de
portadoras, direta (base para móvel) e reversa (móvel para base).
Sistemas FDMA são sempre FDD e usualmente implementados segundo a arquitetura faixa estreita. Tanto sistemas
analógicos como digitais podem ser implementados com a técnica FDMA.
Principais características do FDMA
-
implementação usual baseada em SCPC;
-
transmissão contínua – uma vez alocados, os canais são usados continuamente pela base e
comunicação;
pelo móvel até o fim da
-
banda estreita – como cada porção de freqüência é utilizada por um único usuário, a banda necessária é relativamente
pequena, variando de 25-30 KHz em sistemas analógicos. Em sistemas digitais, o uso de codificação de voz a baixa taxa
pode diminuir ainda mais a banda necessária;
-
baixa sobrecarga de informações de controle (overhead) – os canais de voz carregam também mensagens de controle,
como handoff por exemplo. Pelo fato dos canais alocados serem usados continuamente, pouco espaço é necessário para
controle se comparando ao TDMA, por exemplo;
-
uso de duplexador – como a transmissão é full-duplex e usa-se apenas uma antena para transmissão e recepção, devese usar um duplexador para fazer a filtragem entre recepção e transmissão e, assim, evitar interferências entre ambas;
-
alto custo de estações base – a arquitetura SCPC requer que um transmissor, um receptor, dois codecs (codificador /
decodificador) e dois modems (modulador / demodulador) sejam usados para cada canal numa estação base. A alocação
de mais usuários em uma mesma portadora, tornaria o sistema mais econômico nesse aspecto;
-
handoff perceptível – pelo fato da transmissão ser contínua, a comutação entre freqüências no processo de handoff é
perceptível (audível) ao usuário.
TDMA
Como dito, o TDMA permite implementação em faixa estreita e faixa larga. No TDMA faixa larga, toda ou grande parte
da banda disponível é alocada a cada usuário por determinado intervalo de tempo, denominado slot. Em cada slot de tempo
apenas um usuário terá acesso a toda (ou grande parte) da banda. No TDMA faixa estreita, o usuário tem acesso a uma
pequena porção da banda por determinado intervalo de tempo (slot). A figura a seguir, ilustra o conceito TDMA faixa estreita.
No TDMA faixa larga não haveria as subdivisões faixa 1, faixa 2, ... faixa M, ou elas seriam em número muito reduzido
comparado ao faixa estreita.
O canal TDMA é definido pelas duas combinações [porção da banda (faixa), slot] alocadas ao usuário, para o link direto e
reverso. O TDMA permite utilização tanto de FDD como de TDD.
Como visto, uma única portadora é compartilhada em vários slots de tempo, ou seja, é compartilhada por vários usuários,
cada qual em seu instante determinado. Esse mecanismo diferencia o TDMA do FDMA pois, no último, o esquema SCPC fazia
com que cada portadora fosse alocada a apenas um usuário até o fim de sua comunicação.
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A transmissão entre móvel e base é feita de forma não contínua. A transmissão entre móvel-base é feita em rajadas,
ocorrendo apenas no instante de tempo (slot) reservado para que o móvel transmita e/ou receba. Nos demais instantes de
tempo, outros usuários poderão ter acesso à mesma portadora sem, portanto, que as comunicações interfiram entre si.
Pelas características apresentadas, a tecnologia digital é a única adequada para o tipo de transmissão envolvido, de
forma que sistemas TDMA são sempre digitais.
Principais características do TDMA
-
vários canais por portadora – como dito, uma portadora é utilizada em vários instantes de tempo distintos, cada qual
correspondendo a um canal (usuário). No sistema Americano IS-54, usa-se três slots por portadora, enquanto que no
sistema Europeu GSM cada portadora atende a oito slots;
-
transmissão em rajadas (bursts)– como cada portadora é compartilhada no tempo, cada usuário transmite ou recebe
sua informação numa rajada dentro dos respectivos slots. Essa forma de transmissão também leva a uma maior economia
de bateria se comparado ao FDMA;
-
faixa larga ou faixa estreita – a banda de cada canal depende de vários fatores, como o esquema de modulação.
Dependendo do sistema os canais variam de dezenas a centenas de kHz. Como exemplo, o GSM usa canais de 200 KHz,
enquanto que no IS-54 os canais são de 30 kHz;
-
alta sobrecarga de informações de controle (overhead) – a característica de transmissão em rajadas requer um
tratamento mais minucioso no que diz respeito à sincronização. Os bits requeridos nesse tratamento em conjunto com o
fato de haver tempos de guarda entre slots (equivalente à banda de guarda, na freqüência), gera um alto overhead;
-
eletrônica complexa – por usar tecnologia digital, muitos recursos podem ser agregados na unidade móvel, aumentando
sua complexidade;
-
não requer o uso de duplexador – como transmissão e recepção acontecem em slots distintos, é desnecessário o uso de
duplexador. O que há é um switch que liga / desliga o transmissor / receptor quando este não está em uso. O uso de
duplexador é dispensável mesmo no TDMA/FDD pois, nesse caso, o que se faz usualmente é acrescentar intencionalmente
alguns intervalos de tempo entre os slots de transmissão e recepção para que a comunicação nos dois sentidos não ocorra
exatamente no mesmo instante [1] ;
-
baixo custo de estações base – como são usados múltiplos canais por portadora, o custo pode ser reduzido
proporcionalmente;
-
handoff eficiente – o handoff pode ser realizado nos instantes em que o transmissor do móvel é desligado, tornando-se
imperceptível ao usuário;
-
uso eficiente da potência, por permitir que o amplificador de saída seja operado na região de saturação;
vantagens inerentes a sistemas digitais, como capacidade de monitoração da comunicação quadro a quadro, por
exemplo.
A Figura abaixo ilustra um quadro (frame) de informação usado em sistemas TDMA. Cada slot é composto de um preâmbulo
e bits de informação associados a cada usuário (exemplo de quadro da base para usuários). O preâmbulo tem como função
prover
identificação,
controle
e
sincronização na recepção. Tempos de
guarda são utilizados para minimizar a
interferência entre canais (cross talk).
Ainda na Figura , cada usuário de um
mesmo slot ocupa a sua respectiva faixa
de freqüências. Uma vantagem do TDMA
é
que
pode-se
alocar
diferentes
números de slots por quadro para cada
usuário, provendo uma forma de banda
por demanda, de acordo com as
necessidades
de
comunicação
(de
dados, no caso) de cada usuário.
.
Quadro (frame) do TDMA
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CDMA
A técnica CDMA possui as seguintes características básicas : todos os usuários podem transmitir simultaneamente,
nas mesmas freqüências e utilizando toda a banda disponível.
Ao invés de se fazer a separação entre usuários através de freqüência ou freqüência / tempo, a cada usuário é
designado um código, de forma que sua transmissão possa ser identificada. Os códigos usados têm baixa correlação cruzada
(idealmente zero), ou seja, são ortogonais, fazendo com que as informações contidas nas várias transmissões não se
confundam. No outro extremo da comunicação, o receptor tem conhecimento do código usado, tornando possível a
decodificação apenas da informação de seu interlocutor.
O CDMA baseia-se em um conceito denominado Espalhamento Espectral (Spread Spectrum), que será resumidamente
descrito.
Espalhamento Espectral
Através dessa técnica, o sinal original que se deseja transmitir é espalhado por uma banda muito maior que a
necessária a sua transmissão. Esse efeito é obtido, no caso do CDMA , pela multiplicação do sinal por um código com taxa de
transmissão muito superior, de forma que o sinal resultante ocupa uma faixa muito larga. A energia total é mantida, sendo
distribuída uniformemente por toda a banda, assemelhando-se ao espectro de ruído branco. Todos os sinais oriundos dos
diversos usuários / estações base e o próprio ruído agregado à transmissão são superpostos no espectro. Através do código
apropriado, a informação do usuário desejado é extraída em meio ao “ruído”.
Portadora CDMA de 1,23 MHz
Nessa breve descrição, já é possível observar a alta imunidade intrínseca do espalhamento espectral a ruído e
interferência, uma vez que sinais de outros usuários bem como ruído / interferência são tratados da mesma forma e seus
danos à informação de determinado usuário são eliminados, teórica e idealmente, quando da aplicação do código de
recuperação.
Há duas formas principais de se realizar o espalhamento espectral: Salto em Freqüência – Frequency Hopping (FH) e
Seqüência Direta – Direct Sequency (DS). O que se chama comumente de CDMA é, na verdade, a técnica de múltiplo acesso
por seqüência direta.
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Salto em Freqüência (FH)
Nessa técnica, a portadora “salta” entre as várias freqüências do espectro alocado. A faixa original do sinal é mantida,
porém, como a portadora percorre rapidamente uma faixa muito grande de freqüências, o efeito final é de espalhamento
espectral. Um sistema FH pode ser pensado como um sistema FDMA com diversidade de freqüência.
Esta técnica provê um alto nível de segurança, uma vez que um receptor que queira interceptar a comunicação e que
não saiba a seqüência pseudo-aleatória usada para gerar a seqüência de “saltos”, necessitará buscar por freqüências de forma
muito rápida e acertar a freqüência em uso em cada instante (e no slot de tempo exato). Pode apresentar problemas de
colisão entre usuários e é crítico quanto à necessidade de sincronização entre transmissor e receptor.
Seqüência Direta – CDMA
Como dito, a técnica baseia-se em associar códigos ortogonais aos usuários, de forma que suas comunicações não
interferem entre si mesmo compartilhando o mesmo espectro e tempo. Para determinado usuário, todos os outros são vistos
como sendo ruído.
Controle de potência do móvel
No CDMA, a potência de todos os usuários, com exceção do usuário desejado, é o nível mínimo de ruído no receptor
quando do momento da descorrelação (retirada da informação desejada através da aplicação do código apropriado). Se a
potência de cada usuário não é controlada, de forma que elas não apareçam com a mesma intensidade no receptor da base,
ocorre o problema perto-distante (near-far). Se isso ocorre, sinais mais fortes elevarão o nível mínimo de ruído na recuperação
dos sinais mais fracos e tenderão a mascará-los, de forma que se reduz a chance de que os sinais mais fracos sejam
recuperados. Para combater o problema, é necessário que se adote no CDMA um rígido esquema de controle de potência,
através do qual a estação base monitora os terminais de maneira que a potência que chega à base oriunda de cada terminal
tenha, idealmente, o mesmo nível. Isso evita que um móvel afastado da base não consiga comunicação pelo fato de um móvel
próximo à base estar despejando muita potência.
Algumas características do CDMA
-
usuários comunicam-se usando as mesmas freqüências, simultaneamente, por divisão de código;
-
ao contrário do FDMA e do TDMA, o CDMA não tem um limite de capacidade bem definido, e sim o que se chama de
limite soft. Ao aumentar o número de usuários, o nível mínimo de ruído é aumentado linearmente, de forma que há um
decréscimo gradual de desempenho do sistema, percebido por todos os usuários;
-
efeitos do canal nocivos e seletivos em freqüência podem ser minimizados pelo fato do sinal original estar espalhado por
uma banda muito grande. E ainda, o receptor utilizado – RAKE - permite que se faça um especial tratamento nos sinais
recebidos por multipercurso, de maneira que o sinal recebido tenha a melhor qualidade possível;
-
no caso de handoff entre células cocanal (todo o espectro é utilizado pelas células – possível no CDMA), o processo pode
ser suave. Mais de uma estação base monitora o nível do móvel e a central de controle pode escolher a melhor versão do
sinal, sem necessitar comutar freqüências;
-
problema perto-distante, caso não haja controle de potência eficiente.
Comparação entre FDMA, TDMA e CDMA
Uma vantagem básica do CDMA é sua capacidade muito maior de tolerar sinais interferentes, se comparado a FDMA e
a TDMA. Como resultado dessa qualidade, problemas de alocação da banda e interferência entre células adjacentes são
simplificados, enquanto que sistemas FDMA e TDMA precisam de cauteloso estudo de alocação de freqüência e slots para evitar
interferência, exigindo filtros sofisticados e tempos de guarda entre slots. Aumento de capacidade no CDMA pode ser
conseguido através do fator de atividade de voz, utilizando-se os instantes de tempo nos quais não é detectada voz para
prover aumento de usuários atendidos.
Em termos de capacidade, teoricamente o CDMA possui uma vantagem sobre sistemas analógicos por um fator de 20
. Por outro lado, toda a vantagem teórica do CDMA exige que uma série de requisitos como, controle de potência eficiente,
ortogonalidade entre códigos e necessidade de sincronismo perfeito (bases são sincronizadas por GPS – Sistema de
Posicionamento Global, e passam o sincronismo aos móveis), entre outros, sejam atendidos. Na prática, dada a dificuldade de
se implementar todos os requisitos, sistemas CDMA em geral não exploram toda a capacidade teórica prevista para essa
técnica, embora os avanços tecnológicos os levem cada vez mais próximo a esse ideal.
O que vem por aí
Serviço Móvel Pessoal (SMP)
Trata-se de um novo serviço criado pela Anatel , em junho de 2000, para comunicações móveis. Lembrando que o “antigo”
SMC opera na faixa de freqüência de 800 MHz ou 0.8 GHz, o “novo” SMP vai operar numa nova faixa de freqüência, a de 1,8
GHz.
Os dois serviços SMC e SMP vão conviver por um bom período mas a ANATEL pretende que haja uma migração gradativa
para o novo serviço. Esta nova faixa de 1,8 GHZ foi batizada inicialmente como Banda C. Em outros termos, estava sendo
criado mais um grupo de empresas, as empresas do grupo C ou da banda C para operar na faixa de 1,8 GHz. Para este novo
serviço SMP, o mapa do Brasil foi dividido em apenas três áreas, idênticas àquelas em que operam as empresas de telefonia
FIXA (Telemar, Telefônica e Brasil Telecom) e que são as seguintes:
Área 1: AM, PA, RR, AP, MA, PI, CE, RN,PB, PE, AL, SE,BA, MG, RJ e ES
Área 2:SP
Área 3: AC, RO, TO, DF, GO, MT, MS, PR, SC e RS
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
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Posteriormente, a ANATEL achou por bem alterar o conceito (não a faixa genérica de freqüência de operação) deste
grupo ou banda C. Neste novo conceito, em cada uma das três áreas poderão operar até três empresas. As concessões
passam a chamar-se “autorizações de serviço” e serão concedidas gradativamente. As primeiras autorizações de
funcionamento a serem concedidas em cada área vão caracterizar as empresas do grupo C ou da banda C. Numa segunda
data, serão concedidas novas autorizações configurando as empresas do grupo D ou banda D; e posteriormente, as do grupo
E ou banda E. Concluído o processo teremos três operadoras em cada uma das três novas áreas, num total de 9 operadoras da
nova faixa de freqüência de 1,8 GHz.
Parece evidente que o objetivo da ANATEL é compatibilizar as novas regras com aquelas do modelo adotado para a
telefonia fixa. Está sendo adotado o mesmo conceito geográfico presente no Plano Geral de Outorgas. Esta “geografia” poderá
ser um facilitador para as empresas em um futuro bem próximo.
As empresas de celulares que atuam no País terão limitações, caso ganhem uma licença para o SMP na região onde
já prestam o serviço. Se vencerem, terão de abandonar a atual licença em até seis meses. As empresas que optarem por isso
ganharão uma faixa adicional na freqüência de 1,9 gigahertz (GHz) e poderão concorrer com as bandas C, D e E, ofertando
serviços de melhor qualidade .
Para garantir uma certa “isonomia” e equilibrar a competição, as operadoras das bandas A e B que migrarem para o
novo serviço receberão mais 5 MHz (para uplink e downlink) na faixa de 1.9 GHz.
Em termos de faixa de freqüência ficarão com um total de 17,5 MHz (12,5 MHz que utilizam hoje mais o “brinde” de
5Mhz).As novas operadoras terão 15 MHz na faixa de 1.8 GHz para cada licença. Na realidade o espectro completo destas
freqüências vai de 1,710 GHz a 2,301 GHz e já está reservado pela ANATEL. Espera-se que a ANATEL vá intermediar as
negociações entre as empresas e entidades envolvidas num “pequeno” complicador: parte destas freqüências já estão
ocupadas, até mesmo pelas Forças Armadas. As negociações devem incluir indenizações e ofertas de alternativas como
sistemas via satélite ou via fibra ótica.
Os investidores estrangeiros poderão ampliar sua presença, pois não haverá limites para o capital internacional na
formação de consórcios ou empresas.
A imprensa já começa a mencionar as etapas de evolução da tecnologia celular usando siglas como 2,5G, 3G e até
mesmo 4G para as novas gerações.
É oportuno lembrar que este novo serviço chamado SMP que vai operar nas bandas C, D e E de 1.8 GHz ainda está
enquadrado, em termos de tecnologia, na segunda geração (2G) da telefonia celular (a primeira geração é a dos celulares
analógicos).
Ao decidir utilizar esta faixa de freqüência, a ANATEL atendeu à recomendação da UIT de deixar disponível a faixa de
freqüência de 1.9 GHZ para os serviços da terceira geração (3G) que deverão ser oferecidos a partir de 2003.
O SMP de 1.8 GHz de segunda geração vai utilizar a tecnologia GSM (Global System for Mobile Communication), de
origem européia. O termo “GSM” não aparece explicitamente nas Propostas de Diretrizes mas está bem registrado o seguinte:
“as redes e as plataformas do SMP devem fazer uso de tecnologias e sistemas cuja estrutura de sincronismo, sinalização,
numeração, comutação e encaminhamento, entre outros, possa prover convergência com as redes do STFC (Serviço Telefônico
Fixo Comutado).”
Da imprensa recente coletamos estas informações:
A Siemens anunciou investimentos de U$ 50 mi para fabricar aqui terminais, centrais digitais e estações rádio-base
GSM.
A Motorola prevê investir U$ 20 mi em sua fábrica de Jaguariuna-SP para fabricar equipamentos GSM.
A Huawei que detém 18% do mercado chinês, a maior rede GSM do mundo, com 43 milhões de assinantes anunciou
investimentos de U$ 30 mi para construir uma fábrica no país.
Deverão concorrer na licitação da banda C algumas das atuais operadoras de celular e novas empresas estrangeiras (
como a Vodafone, British Telecom, a alemã Deutsche Telekom, a mexicana Telmex , a Nextel, a Hutchison, de Hong Kong, a
ATT, a Verison, a BellSouth e Sprint; as portuguesas Portugal Telecom e Sonae, a Bell Canada e a Global Village Telecom.).
As previsões
Vão ocorrer muitas fusões e aquisições entre as atuais operadoras de celular.
No final, deverão estar no mercado no máximo 6 operadoras.
Os usuários das atuais banda A e banda B que usam seus celulares apenas para conversação não serão incomodados com as
novas regras.
A licitação (leilão) para a banda C está prevista para 30 de janeiro de 2001.
As empresas Telefonica, Telemar, Brasil Telecom e Embratel não estão autorizadas a concorrer na licitação da banda C
mas deverão/poderão concorrer nas bandas D e E.
Uma mesma empresa (que não esteja atuando no atual SMC) poderá concorrer na licitação das três áreas geográficas da
banda C, e se vencer nas três, levará tudo.
As empresas das bandas D e E que começam a operar dentro de dois anos, deverão já estar adotando tecnologias da geração
2,5.
Nesta mesmo época, a ANATEL deverá estar licitando a utilização da nova freqüência de 1.9 GHz para operação já nas
tecnologias de 3G, o que poderá gerar uma polêmica técnica na ocasião.
Em princípio, um usuário da nova banda C (com seu celular GSM) poderá falar com usuários das bandas A e B (com seus
celulares CDMA e TDMA) - estando cada usuário na sua área de atuação - pois suas transmissões sempre utilizarão a infraestrutura da rede fixa que serve como um "adaptadora de incompatibilidades".
O roaming de um celular GSM em áreas de banda A e B não será possível (e vice-versa).
Estarão disponíveis celulares "dual mode" que poderão operar como GSM/CDMA e GSM/TDMA minimizando o problema do
roaming, mas a um preço maior dos aparelhos.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
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TELEFONIA CELULAR
Telefonia Celular: o que é
Telefonia celular é o nome dado para caracterizar comunicações móveis através de sistemas celulares que tenham interconexão com a
Rede Telefônica fixa.
Com a telefonia celular o terminal telefônico fixo que possui um número associado ao local onde está o telefone passou a ter como
alternativa um pequeno aparelho portátil que pode receber ou fazer chamadas em movimento e de praticamente qualquer lugar onde
esteja.
Esta mobilidade é conseguida pela utilização de comunicação wireless (sem fio) entre o terminal e uma Estação Rádio Base (ERB)
conectada a uma Central de Comutação e Controle (CCC) que tem interconexão com o serviço telefônico fixo comutado (STFC) e a
outras CCC´s, permitindo chamadas entre os terminais celulares e deles com os telefones fixos comuns.
O terminal móvel se comunica com a ERB mais próxima. A área de cobertura referente a uma ERB é chamada de célula. Ao se
locomover o terminal móvel muda de célula e tem sua comunicação transferida de uma ERB para outra. A mudança de ERB durante
uma chamada é denominada “handover”.
De acordo com o plano de serviço do assinante é definida uma área de mobilidade que pode estar restrita a um conjunto de ERBs
cobrindo um município ou corresponder a área de cobertura de várias CCCs e suas ERBs como é o caso da cidade de São Paulo.
Quando o terminal está fora de sua Área de Mobilidade ele está em roaming, ou seja, ele é um assinante visitante no sistema celular
daquela região.
É possível a um terminal operar em um sistema celular em outra região do país ou do mundo desde que o terminal seja compatível
com as características técnicas da operadora visitada e exista um acordo de roaming desta com a operadora do assinante.
As principais características técnicas para permitir o roaming são freqüência de operação e padrão de tecnologia do terminal. Consulte
o Tutorial de Roaming do Teleco para maiores informações.
Telefonia Celular: Freqüências
Um sistema celular que utilizasse apenas uma ERB em uma cidade com a Banda de freqüências alocada usualmente para este tipo de
serviço poderia atender a menos de 500 usuários em comunicação simultânea.
Como as freqüências do espectro eletromagnético são um recurso escasso, devido a sua utilização por um grande número de
aplicações, a ampliação da capacidade dos sistemas celulares foi possível com a divisão da banda disponível em grupos de freqüências
que são reutilizados em células não adjacentes.
A divisão mais comum é a da banda em 7 grupos de freqüências que formam o padrão apresentado na figura. Estas células podem ser
por sua vez divididas em 3 setores gerando um padrão de plano de distribuição de freqüências com 21 grupos.
A figura ao lado apresenta a locação
do espectro de freqüência para
telefonia celular na Europa, estados
Unidos e Brasil.
Alem do apresentado na figura o
UIT alocou também as bandas de
2590 a 2690 MHz.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
No Brasil estas faixas de freqüências foram divididas em Bandas.
-
Freqüência (MHz) de transmissão da
Estação Móvel
ERB
Banda A
824-835
845-846,5
869-880
890-891,5
Banda B
835-845
846,5-849
880-890
891,5-894
Banda D
910-912,5
1710-1725
955-957,5
1805-1820
Banda E
912,5-915
1740-1755
957,5-960
1835-1850
907,5-910
1725-1740
1775-1785
952,5-955
1820-1835
1870-1880
Subfaixas de
Extensão
As faixas de freqüência de 1885 a 1900 MHz, 1950 a 1980 MHz e 2140 a 2170 MHz foram reservadas para implantação de sistemas
celulares que sigam as especificações IMT-2000 da UIT.
Cabe finalmente salientar que quanto maior a freqüência maior a perda no espaço livre quando a onda se propaga o que implica em
células menores. Um sistema celular em 1800 MHz precisará de mais células do que um sistema celular em 800 MHz para obter a
mesma performance.
Telefonia Celular: Padrões de Tecnologia
Os principais padrões de tecnologia para sistemas celulares são apresentados a seguir.
AMPS - Advanced Mobile Phone Service
O AMPS foi o padrão dominante para os sistemas celulares analógicos de primeira geração. Foi desenvolvido pelos Laboratórios Bell da
AT&T e os primeiros sistemas entraram em operação em 1983 nos Estados Unidos tendo sido adotado pelo Brasil e vários outros
países.
No AMPS a comunicação entre terminal móvel e ERB é feita na faixa de 800 MHz através de sinais analógicos em canais de 30 kHz.
GSM - Global System for Mobile Communication
O GSM, originalmente conhecido como Groupe Special Mobile, é um padrão digital de segunda geração do celular desenvolvido na
Europa para substituir os diferentes padrões analógicos utilizados pelos países europeus nas faixas de 800 e 450 MHz.
O GSM utiliza canais de 200 kHz na faixa de 900 MHz e teve desenvolvida, posteriormente, uma versão adaptada para as faixa de
1800 e 1900 MHz.
O GSM é hoje o padrão com o maior número de usuários em todo o mundo (mais de 1 bilhão).
TDMA (IS 136) - Time Division Multiple Access
O TDMA, padronizado pelo IS 54 e, posteriormente, aperfeiçoado pelo IS 136, é um padrão desenvolvido para aumentar a capacidade
de sistemas AMPS pelo aumento do número de usuários compartilhando o canal de 30 kHz. A utilização de canais digitais de
comunicação entre terminal móvel e ERB permite que até 3 usuários compartilhem um mesmo canal pela utilização de diferentes slots
de tempo.
CDMA (IS 95) - Code Division Multiple Access
O CDMA, padronizado pelo IS 95, é um padrão que revolucionou os conceitos empregados na comunicação entre terminal móvel e
ERB. No lugar de dividir a banda disponível em canais que seguem um padrão de reuso de freqüências o CDMA consegue atingir uma
grande capacidade de usuários pela utilização de spread spectrum em uma banda de 1,25 MHz onde para cada comunicação utiliza
um código de espalhamento espectral do sinal diferente. O número de usuários em uma célula é limitado pelo nível de interferência
presente que é administrado através de controle de potência e outras técnicas. O objetivo é diminuir a interferência em células
adjacentes que utilizam a mesma banda de freqüências mas códigos diferentes.
2,5 e 3 G
O próximo passo a ser dados pelos sistemas celulares é a possibilidade de oferecer serviços de dados sem necessidade de
estabelecimento através de uma conexão permanente de alta velocidade. Consulte o item de tecnologias de celular na seção de
referência rápida do teleco para um resumo da evolução dos padrões de telefonia celular.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Telefonia Celular: SMC
A Telefonia Celular no Brasil foi iniciada em 1991 com a implantação de sistemas AMPS utilizando a Banda A (a exceção era o Rio de
Janeiro, que utilizava a Banda B).
Em 1997 foi definido um novo modelo para as telecomunicações e a Telefonia Celular regulamentada como Serviço Móvel Celular
(SMC). A figura a seguir apresenta as regiões definidas para a prestação do SMC.
As operadoras de SMC da Banda A foram separadas das
operadoras de telefonia fixa e posteriormente privatizadas e
houve a passagem da operadora do Rio de Janeiro – Telerj
Celular - para a Banda A.
As licenças da Banda B forma licitadas e as operadoras entraram
em operação na sua maior parte durante o ano de 1998.
Os contratos de concessão com prazo de 15 anos foram
assinados com as operadoras das Bandas A e B no segundo
semestre de 97 e início de 98.
As operadoras da Banda B, com exceção da Global telecom, na
região 5, implantaram sistemas digitais com tecnologia TDMA.
As operadoras da Banda A privatizadas migraram para CDMA
nas regiões 1, 2, 3 e 9 (Portugal Telecom e Telefônica Celular) e
para TDMA nas demais regiões. Consulte a seção de referência
rápida com operadoras de celular para ter um quadro atualizado
destas operadoras e tecnologias adotadas.
O terminais móveis utilizados passaram a ser duais AMPS/ TDMA
ou AMPS/ CDMA.
O sistema AMPS teve seu número de usuários gradualmente reduzido representando menos de 3% dos acessos móveis no final de
2002.
Telefonia Celular: SMP
A Anatel resolveu, em 2001, rever o modelo de prestação de telefonia celular no Brasil, criando um novo serviço com a denominação
de Serviço Móvel Pessoal (SMP), com novas regras, para ser o sucedâneo do SMC.
Apresenta-se, a seguir, as principais modificações do SMP em relação ao SMC.
Áreas de prestação de serviço
Foram definidas novas áreas de prestação de serviço de modo a compatibilizar com o STFC.
Faixas de freqüências
Foram acrescidas novas faixas de freqüências além da A e B
para a prestação do SMP o que levou a implantação de novas
operadoras GSM.
Chamadas de longa distância Nacional e Internacional
A operadora de SMC cursa o tráfego de longa distância para
seus clientes através da operadora de Longa Distancia
Nacional e Internacional – LDN e LDI – de sua escolha. No
SMP foi introduzido o código de seleção de prestadora de
forma semelhante ao STFC, ou seja, o cliente escolhe,
chamada a chamada, a operadora de LDN/ LDI de sua
preferência. Portanto, essas chamadas são faturadas pela
prestadora de LDN/ LDI diretamente ao cliente.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
De concessão para Autorização
À exceção do contrato da NBT (Norte Brasil Telecom), os contratos de SMC são de Concessão, enquanto os contratos do SMP são de
Autorização.
Restrições à propriedade e transferência
As empresas concessionárias do SMC só poderão sofrer alteração no capital de controle após 5 anos, contados a partir do início da
operação comercial (bandas B) ou da compra do controle da empresa (banda A).
As empresas autorizatárias do SMP não sofrem esta restrição, podendo seus acionistas majoritários transferir o controle a qualquer
tempo.
A possibilidade de transferência de controle é o grande atrativo oferecido para a migração das empresas de SMC para o SMP, pela
necessidade de consolidação das operações vivida pelos grupos que as controla.
Compromissos de qualidade
No SMC as operadoras assumiram compromissos de qualidade individuais expressos em Protocolos de Compromisso assinados com a
Anatel, baseados em um conjunto de 9 indicadores informados mensalmente.
No SMP, similarmente ao STFC, há uma obrigação de cumprimento dos indicadores de qualidade determinados pelo Plano Geral de
Metas de Qualidade (PGMQ-SMP), da Anatel, aplicável a todas as prestadoras do SMP, que inclui sanções pelo seu descumprimento. O
PGMO-SMP possui 16 indicadores informados mensalmente.
Telefonia Celular: Considerações Finais
As regras de migração das operadoras de SMC para SMP, incluem outros pontos importantes, como:
1
As operadoras que optarem por uma migração para o SMP deverão substituir os atuais contratos de concessão
por termos de autorização aderentes as regras do SMP.
2
A
Área
de
Prestação
do
Termo
de
Autorização
Concessão ou Área de Autorização do instrumento substituído.
3
4
5
do
SMP
será
idêntica
à
Área
de
Os
valores
remuneratórios
máximos
a
serem
cobrados
dos
Usuários,
considerados
no
seu conjunto, bem como os respectivos critérios de reajuste previstos nos instrumentos de concessão ou
autorização
serão
incorporados
aos
Termos
de
Autorização,
conforme
disposto no art.129 da LGT.
Os
Planos
de
Serviço
das
prestadoras
que
adaptarem
e autorização deverão ser adequados à regulamentação do SMP.
seus
instrumentos
de
concessão
Havendo
consolidação
de
Termos
de
Autorização,
será
obrigatória,
em
toda
a
Área
de
Prestação, a unificação dos valores remuneratórios máximos, considerados no seu conjunto, previstos nos Planos
Básicos de Serviço.
A prestadora que promover a adaptação ao SMP terá direito, a título oneroso , a:
•
6
•
uma autorização para a prestação de Serviço Telefônico Fixo Comutado destinado ao uso do público em
geral - STFC, na modalidade Longa Distância Nacional de qualquer âmbito, tendo por área de prestação
o território nacional;
uma
autorização
para
a
prestação
de
STFC,
na
Internacional, tendo por área de prestação o território nacional.
modalidade
Longa
Distância
As operadoras deverão implementar de forma integral e imediato os termos da autorização com exceção dos seguintes pontos que
terão prazo maior:
Até dezembro de 2002
Metas de qualidade: cumprir metas de qualidade fixadas no Plano Geral de Metas de Qualidade para o SMP (PGMQ-SMP), solucionar
as queixas e reclamações dos usuários nos prazos estabelecidos por este plano.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Até maio de 2003
Direito do usuário de planos pré-pagos de serviço utilizar os créditos existentes junto à sua prestadora do SMP para remunerar a
Prestadora de Longa distancia por ele selecionada bem como originar ou receber chamadas fora de sua área de registro
Prazo para implementar seleção de prestadora na longa distancia.
Até dezembro de 2003
Obrigatoriedade de oferecimento de chamadas a cobrar terminadas no SMP, para os planos pré-pagos. A migração do SMC para o
SMP não é obrigatória.
Situação sem migração
Se uma operadora não migrar do SMC o SMP, continuará sujeita às regras anteriores, inclusive:
•
•
•
•
A chamada originada na Área de Concessão da Concessionária de SMC em um Estado da Federação, destinada a Assinante de
Concessionária de STFC ou de outra Área de Concessão de SMC, em outro Estado da Federação, deve ser encaminhada
através de prestadora de longa distância;
Não implantação do código de seleção de prestadora;
Não tem direito a faixa adicional em 1800 MHz;
Valem as restrições à transferência de concessão ou de controle societário e ao acumulo de outorga previstas.
Para mais informações sobre as operadoras de SMP consulte o quadro de operadoras de celular na seção de referência rápida do
Teleco.
Referências
Anatel
Adaptação dos Instrumentos de Concessão e de Autorização do Serviço Móvel Celular SMC para o Serviço Móvel Pessoal – SMP. Anexo
à resolução 318 de 27 de setembro de 2002;
O Manual de Indicadores do SMC(Anexo II - Protocolo de Compromisso do SMC);
Plano Geral de Metas de Qualidade para o SMP.
CDMA
CDMA: Arquitetura
O CDMA é uma tecnologia que utiliza espalhamento espectral (Spread Spectrum) como meio de acesso para permitir que vários
usuários compartilhem uma mesma banda de freqüências. O CDMA permite uma melhor utilização do espectro possibilitando um
aumento de capacidade dos sistemas celulares.
A família de normas da TIA IS-95 da Telecommunications Industry Association dos Estados Unidos padronizou os sistemas celulares
digitais de segunda geração conhecidos popularmente como CDMA, ou cdmaOne e que são baseados no IS-95. Esta tecnologia foi em
grande parte desenvolvida pela empresa americana Qualcomm.
O CDMA tem a estrutura básica dos sistemas celulares e oferece as mesmas funcionalidades básicas associadas à mobilidade como
roaming e handover entre células. (Consulte o Tutorial Telefonia Celular no Brasil).
A arquitetura básica de um Sistema Celular CDMA (IS-95) é apresentada na figura a seguir.
Mobile Station (MS)
Ou Estação Móvel é o terminal utilizado pelo assinante. A estação móvel é
identificada por um MIN (Mobile Identification Number). O equipamento
dispõe ainda de um número de série eletrônico (ESN).
Estação Rádio Base (ERB)
Equipamento encarregado da comunicação com as estações móveis em
uma determinada área que constitui uma célula.
Base Station Controller (BSC)
Controla um grupo de ERBs. Em alguns sistemas CDMA as funções do
BSC são implementadas na CCC.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Central de Comutação e Controle (CCC)
É a central responsável pelas funções de comutação e sinalização para as estações móveis localizadas em uma área geográfica
designada como a área da CCC.
Home Location Register (HLR)
Ou Registro de Assinantes Locais é a base de dados que contém informações sobre os assinantes de um sistema celular.
Visitor Location Register (VLR)
Ou Registro de Assinantes Visitantes é a base de dados que contém informações sobre os assinantes em visita (roaming) a um
sistema celular.
CDMA: Interface entre Estação Móvel e ERB
As características principais da interface entre Estação Móvel e ERB são apresentadas a seguir.
Freqüências de Operação (MHz)
O CDMA IS-95 foi desenvolvido nos Estados Unidos e padronizou as freqüências utilizadas nesse país.
800 MHz
PCS 1900
Estação Móvel -> ERB
824-849
1850-1910
ERB -> Estação Móvel
869-894
1930-1990
45
80
Espaçamento
entre
( Transmissão e Recepção)
Freqüências
No Brasil o CDMA tem sido utilizado pelas operadoras na faixa de 800 MHz nas Bandas A e B. Teve também um uso limitado na
freqüência de 1,9 GHz para Telefonia Fixa (WLL) uma vez que está faixa não está ainda disponível no Brasil para Telefonia Celular.
Canalização
As Bandas do CDMA são divididas em canais de RF, onde cada canal consiste de um par de freqüências (Transmissão e Recepção) com
1,25 MHz de banda cada.
Teoricamente poderiam existir, portanto, até 10 canais de RF em uma Banda de 12,5 MHz como ocorre na faixa de 800 MHz. Na
prática o número é menor pois esta Banda é dividida com o AMPS e é necessário estabelecer uma guarda banda.
Diferente dos demais sistemas onde o múltiplo acesso de vários terminais a um mesma ERB é feito alocando uma freqüência para
cada terminal (AMPS), ou compartilhando uma mesma faixa de freqüência mas transmitindo em tempos diferentes (TDMA), no CDMA
o acesso múltiplo de canais que compartilham uma mesma banda de freqüências é feito pela utilização de códigos diferentes pelos
vários terminais. A informação é extraída destes canais conhecendo-se a chave específica com a qual cada canal é codificado.
O CDMA utiliza a técnica de “Spread Spectrum” na qual o sinal de informação é codificado utilizando-se uma chave de código que
provoca o seu espalhamento espectral em uma banda transformando-o aparentemente em ruído. Os códigos utilizados podem ser
ortogonais (Walsh) ou PN (“Pseudo-noise”). Um bit deste tipo de código é conhecido como "chip" e a taxa de bits deste código de
“chip rate”. Este tipo de espalhamento espectral é denominado espalhamento espectral por seqüência direta.
O CDMA utiliza três tipos de código todos com uma taxa de 1,2288 megachips.
Walsh
Conjunto de 64 códigos ortogonais W0 a W63.
PN longo
Conjunto de 4,398 x 1012 códigos diferentes ( 242 – 1),
gerados por um registrador de deslocamento de 42 bits.
PN curto
Conjunto de 32.767 códigos diferentes (215 – 1),
gerados por um registrador de deslocamento de 15 bits.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Na comunicação entre estação móvel e ERB utilizam-se esquemas de codificação diferentes em cada direção do enlace.
Canais
Códigos
Modulação
ERB -> Estação Móvel
Piloto
Paging
Sincronismo
Tráfego
Walsh
PN longo para criptografia
PN curto
QPSK
Estação Móvel -> ERB
Tráfego
Acesso
PN longo
PN curto
Walsh para modulação
OQPSK
Cabem ainda os seguintes comentários:
•
•
•
•
•
•
Todos os canais recebem ainda uma outra máscara com o código de espalhamento PN curto para identificação do setor do
transmissor na ERB o que possibilita o reuso de freqüência entre setores.
Os canais de piloto e sincronismo são necessários para decodificação quando se utiliza códigos de Walsh.
No enlace entre ERB e Estação Móvel os códigos de Walsh são usados para identificar canais diferentes. No enlace reverso os
códigos de Walsh são usados para identificar diferentes grupos de seis símbolos.
O canal de acesso é utilizado para a Estação Móvel se comunicar com a ERB quando ainda não tem nenhum canal de tráfego
designado.
Os canais de tráfego são utilizados para voz/dados do usuário e informação de sinalização.
Os codificadores de voz (vocoder) mais utilizados no CDMA são do tipo EVRC (Enhanced Variable Rate Coder) que utilizam
taxas que variam entre 1,8 Kbit/s, 3,6 kbit/s, 7,2 kbit/s e 14,4 kbit/s.
O IS-95 é portanto uma combinação de FDMA e CDMA.
Capacidade do CDMA
A figura ao lado traduz uma situação de carregamento de
um canal de RF do CDMA.
Quanto mais usuários utilizam o canal maior o ruído,
aumentando a interferência para os canais que utilizam a
mesma banda até um limiar quando não é mais possível
decodificar os canais. Esta interferência também é tanto
maior, quanto maior for a potência individual de cada
canal transmitido naquela banda.
Este comportamento motivou o desenvolvimento de um
sofisticado mecanismo de controle de potência nos
terminais e ERBs de um sistema CDMA. Este controle de
potência leva também à expansão e à contração do raio
de uma célula CDMA conforme o seu carregamento com
tráfego.
A setorização de células é usada
interferência, uma vez que cada setor utiliza antenas direcionais e não interfere nos demais setores da célula.
para
reduzir
a
Um dos fatores que contribui para a grande capacidade alcançada por sistemas CDMA é a possibilidade de utilização de reuso de 1, ou
seja, a mesma freqüência de portadora é reutilizada em todas as células.
A eficiência de utilização do espectro, ou capacidade de um sistema CDMA (IS-95), é maior que os demais sistemas existentes AMPS,
TDMA (IS-136) e GSM.
CDMA: IS-41
O IS-41 é o protocolo desenvolvido pela TIA (Telecommunications Industry Association) dos Estados Unidos para implementar a
sinalização entre redes celulares e possibilitar o roaming entre operadoras. Ele é o protocolo utilizado por sistemas baseados em
padrões desenvolvidos pela TIA como AMPS, TDMA (IS-136) e CDMA (IS-95).
No Brasil, a rede nacional de roaming, que possibilita o roaming automático entre celulares das Bandas A e B, é baseada no protocolo
IS-41.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
O Protocolo IS-41 é dividido em duas partes: Serviços de Aplicação IS-41 e Serviços de Transferência de Dados.
IS-41 MAP
Serviços da Aplicação IS – 41
(Camada OSI 7*)
TCAP (ANSI)
SCCP (ANSI)
Serviços de Transferência de Dados
(Camadas OSI 1, 2 e 3)
X.25
MTP (ANSI)
Serviços de Transferência de Dados
O IS-41 especifica duas opções para estas camadas: Protocolo X.25 e as camadas MTP (Message Transfer Part) e SCCP (Signaling
Connection Control Part) do protocolo SS7 padrão ANSI adotado nos Estados Unidos.
Serviços de Aplicação
Para os serviços de aplicação foi especificada uma camada IS-41 MAP (Mobile Application Part) que implementa as funções de
mobilidade associadas ao roaming entre sistemas celulares. Esta camada utiliza como suporte o TCAP (Transaction Capabilities
Application Part) do protocolo SS7 padrão ANSI. As camadas OSI 4, 5 e 6 são nulas.
CDMA: Serviços
Os sistemas CDMA (IS-95) oferecem além dos serviços de telefonia (voz) dezenas de serviços suplementares, tais como identificação
do número chamador, chamada em espera, siga-me e conferência.
O Serviço de Mensagens Curtas (SMS) tem suporte do IS-41 para assinantes em roaming.
Os Serviços de Mensagem Multimídia (MMS) que permitem aos assinantes móveis enviar fotos, vídeos e áudio, assim como o acesso a
Internet têm sido os motivadores para a evolução dos sistemas CDMA no sentido de oferecerem conexões de dados com altas taxas.
Esta evolução para serviços de terceira geração com taxas de dados de até 2 Mbit/s vem sendo padronizada pelo 3rd Generation
Partnership Project 2 (3GPP2) e mantém a compatibilidade com os sistemas IS-95 e sua estrutura de canais de RF de 1,25 MHz.
Estão sendo desenvolvidos os seguintes padrões:
Geração
Tecnologia
Taxa de dados (teórica)
2G
2,5 G
3G
cdmaOne
(IS-95 A e B)
CDMA2000 1X*
CDMA 1xEV-DO
CDMA 1xEV-DV
14,4 kbit/s
153 kbit/s
2,4 Mbit/s
* CDMA2000 1X= CDMA/IS-95-C, CDMA 1xRTT ou cdma2000 1x.
O CDMA 1xEV tem sua evolução em duas etapas:
•
•
1xEV-DO (Data Only) onde uma portadora de 1,25 MHZ é dedicada apenas para dados, e posteriormente
1xEV-DV (Data and Voice) onde uma portadora poderá ser utilizada para voz e dados.
O CDMA 1xRTT já se encontra em operação no Brasil com uma portadora dedicada a dados.
CDMA: Considerações Finais
O CDMA atingiu em março de 2003 segundo o EMC a marca de 146 milhões de assinantes ou 12,85% dos assinantes mundiais, sendo
que 42% destes assinantes estão nos Estados Unidos onde mais de 40% dos celulares são CDMA.
O CDMA representava em dezembro de 2002 no Brasil 32% dos assinantes de celular. Consulte as seções de referência rápida do
Teleco.
A evolução dos sistemas celulares para 3G deve consolidar a existência de duas famílias de padrões a nível mundial: o GSM e o CDMA
evoluindo a partir do IS-95.
Os esforços de padronização de sistemas de 3G pela UIT através do projeto IMT-2000 deu origem a dois projetos: 3GPP (Third
Generation Partnership Project) e o 3GPP2 (Third Generation Partnership Project 2) para o GSM e CDMA respectivamente.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
As diferenças entre estas famílias envolvem as características da interface rádio entre Estação Móvel e ERB e o padrão da sinalização
utilizada na arquitetura da rede e no roaming. Estas diferenças refletem os diferentes padrões utilizados nos países de onde se
originam, ou seja, GSM, da Europa, e CDMA IS-95 e IS-41, dos Estados Unidos.
Referências
3GPP2
Responsável pela padronização da evolução do CDMA para o 3G.
TIA
Desenvolveu as normas para o CDMA.
CDG
CDMA Development Group, consórcio internacional de empresas que dão suporte ao CDMA.
Wireless BR
Possui seção com vários artigos sobre CDMA.
GSM
GSM: Arquitetura
O GSM tem a estrutura básica dos sistemas celulares e oferece as mesmas funcionalidades básicas dos demais sistemas celulares
associadas à mobilidade como roaming e handover entre células. (Consulte o Tutorial "Telefonia Celular no Brasil")
A arquitetura de referência de um sistema GSM é apresentada na figura a seguir.
Mobile Station (MS)
Ou Estação Móvel é o terminal utilizado pelo assinante quando carregado com um cartão inteligente conhecido como SIM Card ou
Módulo de Identidade do Assinante (Subscriber Identity Module). Sem o SIM Card a Estação Móvel não está associada a um usuário e
não pode fazer nem receber chamadas.
Uma vez contratado o serviço junto a uma operadora o usuário passa a dispor de um SIM card que ao ser inserido em qualquer
terminal GSM faz com que este passe a assumir a identidade do proprietário do SIM Card. No Brasil ele tem sido chamado pelas
operadoras de OiChip e TIMChip.
O SIM card armazena entre outras informações um número de 15 dígitos que identifica unicamente uma dada Estação Móvel
denominado IMSI ou Identidade Internacional do Assinante Móvel (International Mobile Subscriber Identity).
Já o terminal é caracterizado por um número também com 15 dígitos, atribuído pelo fabricante, denominado IMEI ou Identidade
Internacional do Equipamento Móvel (International Mobile Station Equipment Identity).
Base Station System (BSS)
É o sistema encarregado da comunicação com as estações móveis em uma determinada área. É formado por várias Base Transceiver
Station (BTS) ou ERBs, que constituem uma célula, e um Base Station Controller (BSC), que controla estas BTSs.
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(abril/2005)
Mobile-Services Switching Centre (MSC)
Ou Central de Comutação e Controle (CCC) é a central responsável pelas funções de comutação e sinalização para as estações móveis
localizadas em uma área geográfica designada como a área do MSC. A diferença principal entre um MSC e uma central de comutação
fixa é que a MSC tem que levar em consideração a mobilidade dos assinantes (locais ou visitantes), inclusive o handover da
comunicação quando estes assinantes se movem de uma célula para outra. O MSC encarregado de rotear chamadas para outros MSCs
é chamado de Gateway MSC.
Home Location Register (HLR)
Ou Registro de Assinantes Locais é a base de dados que contém informações sobre os assinantes de um sistema celular.
Visitor Location Register (VLR)
Ou Registro de Assinantes Visitantes é a base de dados que contém a informação sobre os assinantes em visita (roaming) a um
sistema celular.
Authentication Center (AUC)
Ou Centro de Autenticação é responsável pela autenticação dos assinantes no uso do sistema. O Centro de Autenticação está
associado a um HLR e armazena uma chave de identidade para cada assinante móvel registrado naquele HLR possibilitando a
autenticação do IMSI do assinante. É também responsável por gerar a chave para criptografar a comunicação entre MS e BTS.
Equipment Identity Register (EIR)
Ou Registro de Identidade do Equipamento é a base de dados que armazena os IMEIs dos terminais móveis de um sistema GSM.
Operational and Maintenance Center (OMC)
Ou Centro de Operação e Manutenção é a entidade funcional através da qual a operadora monitora e controla o sistema.
GSM: Interface entre Estação Móvel e ERB
As características principais da interface entre a Estação Móvel e a ERB são apresentadas seguir.
Freqüências de Operação (MHz)
GSM 900
DCS 1800
PCS 1900
Estação Móvel -> ERB
880-915
1710-1785
1850-1910
ERB -> Estação Móvel
925-960
1805-1880
1930-1990
45
95
80
Espaçamento entre Freqüências
de Transmissão e Recepção
O GSM foi padronizado para operar nas faixas de freqüências apresentadas na tabela, sendo o GSM 900 e o DCS 1800 adotados na
Europa e o PCS 1900 nos Estados Unidos.
No Brasil as Bandas C, D e E estão na faixa de freqüências do DCS 1800, tendo sido licitados inicialmente 15 MHz por operadora em
cada direção. (Consulte a seção Freqüências no Brasil)
Canalização
As Bandas do GSM são divididas em canais de RF, onde cada canal consiste de um par de freqüências (Transmissão e Recepção) com
200 KHz de banda cada.
Existem, portanto, 124 canais de RF no GSM 900 e 373 canais no DCS 1800. Estes canais receberam uma numeração conhecida como
ARFCN (Absolute Rádio Frequency Channel Number).
As freqüências portadoras dos canais de RF são moduladas em 0,3GMSK por um sinal digital com taxa de 270,833 kbit/s .
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
MODULAÇÃO
O GSM utiliza um formato de modulação digital chamado de 0,3GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).
O 0,3G descreve a Banda do Filtro Gaussiano de pré-modulação utilizado para reduzir o espectro do sinal modulado.
MSK (Minimum Shift Keying) é um tipo especial de modulação FSK (Frequency Shift Keing) onde 1’s e 0’s são
representados por deslocamentos na freqüência da portadora de RF. Quando a taxa de bits do sinal modulante é
exatamente quatro vezes o deslocamento da freqüência da portadora consegue-se minimizar o espectro e a modulação
é chamada de MSK (Minimum Shift Keying).
No caso do GSM, a taxa de dados de 273,833 kbit/s foi escolhida para ser exatamente quatro vezes o deslocamento da
freqüência de RF (+/- 67,708 KHz).
Este sinal digital de 270,833 kbit/s é dividido no domínio do tempo em 8 intervalos (slots) de tempo possibilitando o múltiplo acesso
por divisão no tempo (TDMA) das Estações Móveis.
Período
Composição
Sinal de 270,833 kbit/s
4,615 ms
8 slots de tempo
Slot de tempo
576,9 us
156,25 bits
Bit
3,692 us
-
O GSM assim como o TDMA (IS-136) é uma combinação de FDMA e TDMA.
Canais Lógicos
No GSM nenhum canal de RF ou time slot está designado a priori para uma tarefa particular. A informação do usuário (voz e dados) e
os dados de controle de sinalização são transmitidos em dois tipos básicos de canais lógicos que vão ocupar a estrutura do quadro
(frame) TDMA: canal de tráfego (TCH) e canal de controle (CCH).
Estes canais lógicos são mapeados nos canais físicos conforme a figura a seguir.
Estação Móvel
ERB
<-->
TCH
CCH
Ar
Canais Físicos
Canais Lógicos
Canais Físicos
Canal de RF
Slot de tempo
Quadro TDMA
Canal de RF
Slot de tempo
Quadro TDMA
Canais Lógicos
<-->
TCH
CCH
Os canais de tráfego suportam duas taxas de informação: Completa (Full) e Meia (Half) possibilitando que um canal de RF tenha de 8
canais (Full rate) a 16 (Half rate). O Half rate é implementado pela ocupação alternada do mesmo slot físico por dois canais lógicos.
As taxas de informação para os canais de tráfego (TCH) são:
Full rate
Half Rate
Voz
13 kbit/s (22,8 kbit/s bruta)
11,4 kbit/s
Dados
9,6 kbit/s, 4,8 kbit/s e 3,6 kbit/s
4,8 kbit/s e 2,4 kbit/s
No GSM é possível encontrar 3 tipos de codificadores de voz (vocoder): o Enhanced Full Rate (EFR) e o Full Rate com taxa de 13
kbit/s, e o Half Rate com taxa de 9,6 kbit/s.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Capacidade do GSM
A eficiência de utilização do Espectro, ou capacidade de um sistema GSM é maior que a do AMPS e menor que um sistema TDMA (IS136).
Em uma Banda de 30 KHz o AMPS tem capacidade para uma chamada telefônica e o TDMA três. Já o GSM em 200 Khz tem
capacidade para oito chamadas. Em compensação por apresentar menos interferência co-canal os sistemas GSM utilizam um reuso de
freqüência de 4 por 12 enquanto no AMPS e TDMA o normal é de 7 por 21 o que propicia uma melhor utilização do espectro por parte
do GSM.
Se o GSM utilizar um recurso, previsto nas especificações, de saltos de freqüência (Frequency Hopping) é possível inclusive a
utilização de esquemas de reuso de freqüências mais eficientes.
GSM: Demais Interfaces
As interfaces da arquitetura de uma rede GSM,
apresentadas na figura e descritas a seguir, foram
padronizadas de modo a permitir a interoperabilidade
com outras redes, inclusive roaming internacional, e
permitir a utilização de diversos fornecedores na sua
implantação.
Interface Abis entre ERB (BTS) e BSC
A interconexão entre BTS e BSC se dá através da
interface padronizada Abis (a maioria das interfaces
Abis são específicas do vendor). Esta interface
suporta dois tipos de links: canais de tráfego a 64
kbit/s levando voz ou dados do usuário e canais de
sinalização BSC-BTS a 16 kbit/s. A camada física é
baseada na G.703.
Interface A entre BSC e MSC
Está especificada pelas normas do GSM. A camada física é um 2 Mbit/s padrão CCITTT.
Interfaces C, D, E, F, G
As interfaces C, D, E, F, G forma padronizadas pelo protocolo MAP que por sua vez utiliza os serviços de transação e transferência de
mensagens do Sistema de Sinalização número 7 (SS#7).
Em um sistema de telefonia fixa é necessário que exista entre as centrais telefônicas, além dos troncos com os canais de voz, um
sistema de sinalização por onde são trocadas mensagens de modo a se estabelecer uma chamada telefônica entre dois assinantes.
O Sistema de Sinalização número 7 é o padrão adotado pela UIT e utiliza um canal dedicado para a comunicação. O SS#7 é um
protocolo complexo cuja estrutura é apresentada na figura a seguir.
Camadas
OSI
Níveis
SS7
O SS#7 pode ser dividido em duas partes.
1) User Part
Que implementa funções dos usuário como a:
MAP
7
TUP (Telephone User Part)
TCAP
Que compreende todas as mensagens de sinalização necessárias
para que uma rede telefônica fixa estabeleça uma chamada.
ISUP
6
4
TUP
Que acrescenta ao TUP a sinalização para redes de dados
comutadas a circuito como previsto na ISDN.
ISP
5
ISUP (Integrated services user part)
2) MTP (Message Transfer Part)
4
Que é responsável pela transferência das mensagens de maneira
confiável na rede de sinalização.
SCCP
3
3
2
1
2
1
MTP
Além das aplicações relacionadas ao tráfego telefônico o SS#7
estabeleceu, na parte do usuário, camadas que possibilitam a
troca de informações, entre centrais ou bases de dados, não
relacionadas ao estabelecimento de circuitos telefônicos. Visava-se
a implementação de serviços da rede inteligente.
Estas camadas são a: SCCP (signaling Connection Control Part),
ISP (Intermediate service Part) e TCAP (Transaction capabilities
application part).
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
A necessidade de sinalização em uma rede celular é muito maior que numa rede fixa devido a mobilidade do usuário. Para suprir estas
funções o GSM desenvolveu a camada Mobile Application Part (MAP) que usa como suporte as várias camadas do SS#7 como o TCAP,
SCCP e o MTP.
Interface entre MSC e redes de Telefonia Fixa
A interconexão entre MSC e redes fixas utiliza o Padrão SS#7 TUP ou ISUP.
Interfaces B e H
As interfaces B entre MSC e VLR e H entre HLR e AUC não estão padronizadas pois tratam-se normalmente de interfaces internas do
MSC/VLR e do HLR/AUC.
GSM: Serviços
atualizado em 10/11/2003
As especificações do GSM procuraram de início reproduzir na rede móvel os serviços que estariam disponíveis na rede fixa através da
ISDN (Rede Digital de Serviços Integrados) padronizada pela UIT.
A estrutura flexível dos canais físicos do GSM bem como a utilização do protocolo SS7 facilitaram a introdução destes serviços que
foram divididos nos grupos apresentados a seguir.
Bearer Services
Serviços de transporte de dados usados para conectar dois elementos de uma rede como acesso ao X.25 com taxas de dados de 2400
a 9600 bit/s.
Teleservices
Serviços de comunicação entre dois assinantes como telefonia, serviço de mensagens curtas (SMS) e FAX.
Serviços Suplementares
As redes GSM suportam dezenas de serviços suplementares, tais como identificação do número chamador, chamada em espera, sigame e conferência.
A padronização do GSM tem avançado na definição de
outros serviços adicionais. O SMS e estes outros
serviços são normalmente implementados utilizandose gateways entre a BSC e o MSC como apresentado
na figura a seguir. A comunicação com outros
elementos da Rede GSM, tais como MSC, HLR e EIR, é
sempre baseada no protocolo MAP com suporte do
SS7.
Serviços de Localização
Os serviços de localização padronizados para o GSM
permitem estimar com precisão a localização da
estação móvel servindo de base para vários serviços
oferecidos ao assinante.
GPRS
O GPRS (General Packet Radio Service) é um serviço para comunicação de dados que permite a estação móvel uma conexão a
Internet sem a necessidade de se estabelecer uma chamada telefônica (always on). Este serviço pode utilizar até os 8 time slots de
uma canal GSM de 200 KHz o que implica em uma taxa que teoricamente poderia chegar a 115 kbit/s.
EDGE
O EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) é um padrão desenvolvido para aumentar a taxa de dados para serviços oferecidos
pela rede GSM. Este aumento é obtido pelo uso de um novo tipo de modulação (8 BPSK) para a portadora dos canais de RF em
substituição a usada atualmente 0,3GMSK. É possível desta forma oferecer 48 kbit/s por slot de tempo o que possibilitaria o
oferecimento de conexões IP de até 384 kbit/s. Esta solução mantém a estrutura básica de canalização do GSM implicando na
instalação de transceptores com modulação 8 BPSK para os canais de RF dedicados a esta aplicação.
3G
A evolução do GSM para serviços de terceira geração com taxas de dados de até 2 Mbit/s vem sendo padronizada pelo 3rd Generation
Partnership Project (3GPP). Esta evolução exigiu a definição de um novo padrão para a interface entre Estação Móvel e ERB com
canais de RF de 5 MHz. Este novo padrão (WCDMA) implicará em mudanças na estrutura de canalização do GSM exigindo uma banda
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
adicional de freqüências para implementação do serviço por parte das operadoras, mantendo no entanto a compatibilidade e demais
interfaces da arquitetura GSM.
GSM: Considerações Finais
O GSM é o padrão de sistema celular com mais usuários no mundo tendo atingido em 2002 segundo o EMC a marca de 792,8 milhões
de assinantes ou 69,83% dos assinantes mundiais e está presente em praticamente todos os países. A presença mundial e o volume
de assinantes e redes GSM é o grande trunfo deste sistema pois se traduz em facilidades de roaming e custos mais baixos para a rede
e terminais.
O GSM foi introduzido no Brasil em 2002 com a licitação pela Anatel das Bandas D e E e está em operação em quase todo o Brasil. Foi
adotado também pela maioria das operadoras que estão migrando do TDMA. Consulte o mapa dinâmico das operadoras.
A adoção do GSM pelas operadoras no Brasil tem impacto não apenas na interface rádio, o que exige novos terminais GSM, mas na
rede nacional de roaming que é atualmente baseada no IS-41 para os sistemas AMPS, TDMA e CDMA. A sinalização de roaming do
GSM é feita através do protocolo MAP como suporte do SS#7.
Referências
3GPP
Responsável pela padronização da evolução do GSM para 3 G.
ETSI
Desenvolveu as normas para o GSM. É possível fazer download gratuito das normas.
GSM World
Site da associação do GSM
Wireless BR
Seção com vários artigos sobre GSM.
GRPS
GPRS: O que é?
A Rede GSM é uma rede otimizada para voz que é a sua principal aplicação. Inicialmente suas especificações procuraram reproduzir
na rede móvel os serviços de dados que estariam disponíveis na rede fixa através da ISDN (Rede Digital de Serviços Integrados)
padronizada pela UIT.
A estrutura flexível dos canais físicos do GSM bem como a utilização do protocolo SS7 facilitaram a introdução de serviços como SMS
(Serviço de Mensagens Curtas), FAX e transporte de dados com taxas de 2400 a 9600 bit/s.
O crescimento das aplicações de dados como acesso a internet, email, entretenimento, levou a necessidade de desenvolver soluções
que permitissem o transporte de dados a taxas maiores. Consulte o tutorial do teleco Aplicações atuais e futuras para Internet
Móvel.
No GSM, cada canal de RF ocupa uma banda de 200 kHz e transmite um sinal digital com taxa de 270,833 kbit/s com uma estrutura
de quadro (frame) com 8 intervalos de tempo (time slots). Nenhum canal ou slots físico está designado a priori para uma tarefa em
particular. O canais lógicos, de voz, dados ou sinalização de controle são mapeados nestes slots de tempo. No GSM padrão, ao se
estabelecer uma conexão, é utilizado um slot de tempo para voz ou para dados com taxas de até 9,6 kbit/s.
Slots de tempo no quadro de um canal de RF GSM
0
1
2
3
4
5
6
7
A solução mais simples para aumentar a taxa de transporte de dados em uma rede GSM é a utilização de mais de um slot de tempo
do quadro de de um canal de RF em uma conexão de dados.
Esta foi a técnica adotada pelo High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD), cujos primeiros sistemas apareceram em 2000.
Dependendo do número de slots utilizado a taxa de transporte de dados pode ser então multiplicada por 3 (28,8 kbit/s) ou mais
vezes. A desvantagem do HSCSD é que ele consome uma grande quantidade de recursos da rede, uma vez que os slots ficam
reservados para o transporte de dados enquanto durar a conexão.
GPRS
No GPRS (General Packet Radio Service) os pacotes de dados também são enviados através de múltiplos slots de tempo, mas não
existe reserva. Os slots são alocados conforme a demanda dos pacotes enviados ou recebidos. Consegue-se desta forma um serviço
de dados com conexão permanente (always on) sem a necessidade de reservar permanentemente slots de tempo para o transporte
de dados.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
As principais características do GPRS são:
•
•
•
•
Taxa de transporte de dados máxima de 26 a 40 kbit/s, podendo chegar na teoria a 171,2kbit/s.
Conexão de dados sem necessidade de se estabelecer um circuito telefônico, o que permite a cobrança por utilização e não
por tempo de conexão e faz com que o serviço esteja sempre disponível para o usuário (always on).
Implantação implica em pequenas modificações na infra-estrutura instalada, o que facilita a sua adoção pelos operadores de
GSM.
Padronizado para transporte de dados definidos pelos protocolos IP e X.25.
GPRS: Arquitetura
A figura a seguir apresenta a arquitetura de uma rede GSM.
Mobile Station (MS)
Ou Estação Móvel é o terminal utilizado pelo assinante quando carregado com um
cartão inteligente conhecido como SIM Card ou Módulo de Identidade do Assinante
(Subscriber Identity Module).
Base Station System (BSS)
É o sistema encarregado da comunicação com as estações móveis em uma
determinada área. É formado por várias Base Transceiver Station (BTS) ou ERBs, que
constituem uma célula, e um Base Station Controller (BSC), que controla estas BTSs.
Mobile-Services Switching Centre (MSC)
Ou Central de Comutação e Controle (CCC) é a central responsável pelas funções de
comutação e sinalização para as estações móveis localizadas em uma área geográfica
designada como a área do MSC.
Home Location Register (HLR)
Ou Registro de Assinantes Locais é a base de dados que contém informações sobre os
assinantes de um sistema celular.
Visitor Location Register (VLR)
Ou Registro de Assinantes Visitantes é a base de dados que contém a informação
sobre os assinantes em visita (roaming) a um sistema celular.
Authentication Center (AUC)
Ou Centro de Autenticação é responsável pela autenticação dos assinantes no uso do
sistema.
Equipment Identity Register (EIR)
Ou Registro de Identidade do Equipamento é a base de dados que armazena a
Identidade Internacional do Equipamento Móvel (IMEI) dos terminais móveis de um
sistema GSM.
A implantação do GPRS em uma rede GSM apresenta a arquitetura apresentada na figura a seguir.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
As principais modificações em uma rede GSM de forma a suportar o GPRS são:
Estação Móvel
Serão necessárias estações novas.
BTS
Atualização de software, possível aumento de capacidade pela ativação de mais canais para suportar um
aumento do tráfego na célula.
BSC
Atualização de software e introdução de um novo hardware o Packet Control Unit (PCU) responsável por
separar o tráfego comutado a circuito proveniente da Estação móvel do tráfego de dados comutado a
pacotes do GPRS.
As atualizações dos demais elementos da Rede GSM ocorrem a nível de software.
Os novos elementos a serem introduzidos de modo a formar a rede GPRS são os seguintes Nós de Suporte:
•
Serving GPRS Support Node (SGSN), cuja principal responsabilidade é manter a conexão lógica dos usuários móveis
quando eles passam da área de cobertura de uma célula para outra (handover).
• Gateway GPRS Support Node (GGSN) que a permite a conexão com a internet e outras redes de dados.
Estes nós estão conectados a um backbone GPRS do qual fazem parte outros SGSNs e GGSNs e um gateway para o Sistema de
Billing.
GPRS: Protocolos
Apresenta-se a seguir os protocolos utilizados na transferência de informação do usuário através da rede GPRS. Esta estrutura de
protocolos é denominada pelas especificações do GPRS de Plano de Transmissão.
As especificações do GPRS padronizaram o plano de transmissão para suportar serviços de dados IP e X.25. A figura a seguir
apresenta o plano de transmissão para o TCP /IP.
SNDCP
Subnetwork Dependent Convergence Protocol (SNDCP) - Esta camada faz o mapeamento de
características a nível da rede em características das camadas inferiores da rede entre a Estação Móvel
e o SGSN. Ela está especificada em GSM 04.65.
LLC
Logical Link Control (LLC): Esta camada prove um link lógico altamente confiável e criptografado. Ele é
especificado em GSM 04.64.
BSSGP
Base Station System GPRS Protocol (BSSGP): Esta camada é responsável pelo roteamento e informação
relativa a QoS entre o BSS e o SGSN. Ela não faz correção de erro. BSSGP esta especificada em GSM
08.18.
Network
Service (NS)
Esta camada transporta pacotes de dados do BSSGP . Ela é baseada no protocolo Frame relay e
especificada em GSM 08.16.
RLC/MAC
Esta camada tem duas funções: O Radio Link Control fornece um radio-solution-dependent relible link.
A função de cotrole de acesso ao meio (MAC) controla a sinalização de acesso ao canal de radio, e o
mapeamento dos frames LLC nos canais físicos RF gsm. RLC/MAC é defiido em GSM 4.60.
GTP
GPRS Tunnelling Protocol. Este protocolo provê um túnel para dados do usuário e sinalização entre os
Nós de suporte do GPRS no backnone GPRS. GTP é especificado em GSM 09.60.
L2
Camada 2 do modelo OSI
L1
Camada 1 do Modelo OSI
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Vamos analisar a conexão de dados entre uma aplicação no terminal móvel e um servidor para esta aplicação em uma rede IP
externa. Esta aplicação pode ser o acesso a serviços de email, acesso a internet ou a um servidor WAP.
É gerado um pacote de dados TCP/IP que é mapeado na camada LLC pelo SNDCP. A camada LLC garante um serviço confiável no
enlace entre a estação móvel e o SGCN. Para chegar ao SGCN este pacote utilizada camadas de protocolo específicas das interfaces
Um (RLC/MAC e interface rádio) e Gb (BSSGP e NS baseado em Frame Relay). O chaveamento entre as camadas RLC e BSSGP no
BSS é feito na camada LLC.
No SGSN os pacotes são chaveados para o Backbone GPRS (interface GN) onde são tranportados através de um protocolo de
tunelamento de dados (GTP) em uma rede IP utilizando TCP ou UDP como camada de transporte. Note que os dados trafegado no
backbone GPRS acabam tendo o IP em dois níveis. Este procedimento não é o mais eficiente, mas torna a solução segura e fácil de
implementar.
Finalmente no Gateway o pacote de dados é roteado através de uma rede IP externa até o servidor de aplicação
De modo análogo as especificações do GPRS/GSM definem planos de sinalização para conexões entre os vários nós envolvidos na
prestação do serviço GPRS. Este protocolos são baseados no protocolo de sinalização SS7.
GPRS: Terminais
Para ter acesso ao GPRS é necessário ter um terminal que suporte este serviço. A conexão de um terminal a uma rede GPRS é feita
através dos seguintes passos:
1. Um terminal GPRS, ao ser energizado, será reconhecido pela rede de forma semelhante ao que ocorre com um terminal GSM
para Voz. É então criado um enlace lógico entre o terminal e o SGSN. O Terminal é dito "attach" , o que significa que ele
está registrado e autenticado na rede.
2. O próximo passo é conseguir um endereço IP estabelecendo uma conexão em GPRS, através da ativação do contexto do
Packet Data Protocol. Este endereço IP é normalmente dinâmico sendo fornecido pelo operadora móvel ou outro operador
dependendo de como está configurada a rede.
3. O Terminal GPRS está então pronto para enviar e receber pacotes. Ele pode então assumir os seguintes estados de forma a
economizar energia: Idle (ocioso), Ready (pronto) em que ele pode enviar e receber pacotes instantaneamente ou stand-by.
Apresenta-se a seguir as características principais dos terminais GPRS.
Classes de Terminais
As especificações definem três classes de terminais:
Classe A
Terminais que podem tratar voz e dados ao mesmo tempo.
Classe B
Terminais que podem tratar voz e dados, mas não ao mesmo tempo.
Classe C
Terminais que podem tratar apenas dados, como cartões GPRS PCM/CIA para computadores portáteis.
Devido ao alto custo dos terminais Classe A a maior parte dos terminais lançados comercialmente é de classe B.
Interface R
O terminal GPRS pode ser utilizado diretamente para acesso de dados ou internet utilizando o WAP ou pode ser conectado a um outro
equipamento, como por exemplo um microcomputador. Um exemplo de conexão que pode ser utilizada neste caso é o Bluetooth.
As especificações do GSM definiram uma interface de referência (R) entre o terminal móvel e o equipamento terminal, quando estes
estão fisicamente separados. Foram definidos comandos de atenção (AT), de acordo com a recomendação ITU V.25ter ( Serial
asynchronous dialing and control). A especificação GSM 07.07 descreve o conjunto de comandos AT para terminais GSM. Para
informações sobre como acessar os comandos de terminais individuais, consulte os Software Development Kits (SDKs) que o
fabricante dos terminais disponibiliza em seus web sites.
APN
A conexão entre o operador e uma rede IP externa é feita através de um APN (access point name). O operador estabelece APNs para
as várias redes, sendo um tipicamente definido para a rede pública WAP. O número de APNs suportado por um terminal varia com o
modelo e fabricante.
Classe de Multislot dos terminais
As especificações do GSM definem 29 classes para os terminais conforme o número de slots utilizados na Recepção ou transmissão.
Assim um terminal classe 8 ou 4 + 1 é aquele que pode receber dados em 4 slots e enviar em 1. A classe varia com o modelo do
terminal sendo os mais comuns os que suportam até as 12 primeiras classes apresentadas na tabela a seguir.
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(abril/2005)
Número máximo de slots
Classe de Multislot
Rx
Tx
Soma
1
1
1
2
2
2
1
3
3
2
2
3
4
3
1
4
5
2
2
4
6
3
2
4
7
3
3
4
8
4
1
5
9
3
2
5
10
4
2
5
11
4
3
5
12
4
4
5
Rx: Número máximo de time slots que o terminal móvel pode receber em um frame.
Tx: Número máximo de time slots que o terminal móvel pode transmitir em um frame.
Soma: O total máximo de slots utilizados em Rx e Tx. Por exemplo um terminal classe 6 pode utilizar 3+1 ou 2+2.
GPRS: Taxa de Dados
A questão que permeia as vantagens do GPRS e a possível migração para outros sistemas como o EDGE ou WCDMA no futuro é a taxa
de dados em uma conexão GPRS. Esta taxa de dados depende do:
•
•
•
Esquema de codificação utilizado no canal.
Número de slots de tempo que o terminal suporta.
Número de outros usuários de voz e dados na célula
Os esquemas de codificação são utilizados na interface ar de modo a permitir a deteção e correção de erros em caso de perda devido
às condições adversas do enlace. Foram definidos 4 esquemas de codificação para o GPRS como mostrado na tabela seguir:
Codificação
Taxa máxima de dados (kbit/s)
(Camada LLC)
Taxa máxima de dados (kbit/s)
Canais físicos
C/I (dB)
CS-1
8
9,05
-6
CS-2
12
13,4
-9
CS-3
14
15,6
-12
CS-4
20
21,4
-17
É mandatório para as estações móveis suportar os quatro esquemas de modulação e para as operadoras o CS-1. A utilização de
esquemas de codificação menos robustos como o CS-4, que não tem correção de erro, tem um impacto na cobertura da célula GPRS.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
A Tabela a seguir apresenta a taxa de dados máxima (kbit/s) em função do esquema de codificação e número de slots.
Slots
CS1
CS2
CS3
CS4
1
9,05
13,4
15,6
21,4
2
18,1
26,8
31,2
42,8
3
27,15
40,2
46,8
64,2
4
36,2
53,6
62,4
85,6
5
45,25
67,0
78,0
107,0
6
54,3
80,4
93,6
128,4
7
63,35
93,8
109,2
149,8
8
72,4
107,2
124,8
171,2
Ou seja, a máxima taxa teórica utilizando-se 8 slots é 171,2 kbit/s.
O número de slots utilizado depende da classe do terminal e de como o operador configura a sua rede. A rede GPRS pode ser
configurada pelo operador reservando uma capacidade dedicada ao GPRS , ou priorizando o tráfego de voz, de modo que os pacotes
de dados ocupam apenas os slots que estão livres. Desta forma, a taxa de dados passa a depender do número de usuários de voz e
dados em uma célula.
O que se encontra na prática são redes com codificação CS2 utilizando 2 ou 3 slots o que implica em uma taxa máxima de 26 a 40
kbit/s. A taxa real passa então a depender do congestionamento na célula que serve o terminal, ou da existência de slots livres para
serem alocados. Os terminais móveis da Nokia, por exemplo, são normalmente de classe 6 (3+1 ou 2+2) e ela aponta 20-35 kbit/s
como velocidades típicas conseguidas nas redes existentes.
GPRS: Considerações finais
Este tutorial apresentou os conceitos básico do GPRS, serviço de comunicação de dados por pacotes fornecido por redes GSM.
O GPRS pode ser inicialmente implantado com pequenas modificações de uma rede GSM de voz, mas exige terminais que tenham
suporte a este serviço.
O aumento do tráfego com o GPRS pode exigir um aumento da capacidade da rede GSM de modo a não comprometer a taxa de dados
do serviço.
O fato dos pacotes de dados GPRS estarem disputando slots de tempo com a comunicação de voz justifica uma cobrança do serviço
por taxa de transferência de dados.
Referências
3GPP
Responsável pela padronização da evolução do GSM para 3 G.
ETSI
Desenvolveu as normas para o GSM. É possível fazer download gratuito das normas.
GSM World
Site da associação do GSM
Wireless BR
Seção com vários artigos sobre GPRS.
Principais Especificações
Digital cellular telecommunications system (Phase 2+);General Packet Radio Service (GPRS):
•
•
•
Service description; Stage 1 (GSM 02.60 version 7.5.0 Release 1998)
Service description;Stage 2 (3GPP TS 03.60 version 7.9.0 Release 1998)
Mobile Station (MS) supporting GPRS (3GPP TS 07.60 version 7.2.0 Release 1998)
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(abril/2005)
EDGE
Evolução
Introdução
O EDGE representa uma fácil evolução do padrão GSM / GPRS rumo à terceira geração, possibilitando à operadora oferecer maiores
taxas de dados, usando a mesma portadora de 200KHz. Criando um ambiente para operadora atender a demanda por serviços mais
sofisticados, melhorando a receita média por usuário, sem a necessidade de investimentos adicionais em novas faixas de freqüências.
As alterações na rede são mínimas, com foco nas características de modulação e na implementação de nova codificação e
decodificação do sinal, associadas com adaptações do sinal e envio de redundância de informação que aumentam a eficiência da
utilização do espectro.
A introdução do EDGE na rede pode ser feita de forma gradual e econômica, onde no primeiro momento será interessante apenas
cobrir às áreas com maiores demandas de dados e serviços. Demais áreas podem manter sua cobertura com sinal GSM / GPRS, pois
os celulares EDGE poderão também usar esse sinal para a transmissão de voz e dados com menores taxas.
A evolução até o EDGE
A baixa capacidade de tráfego oferecida pelos sistemas analógicos de primeira geração levou ao esgotamento das redes móveis nos
grandes centros urbanos. Para resolver essas limitações, surgiram os sistemas de segunda geração, digitais, ainda com o objetivo de
prover o serviço básico de telefonia, ou seja, voz. Por esta razão, esses sistemas não se preocuparam muito com a transmissão de
dados e seus protocolos de transmissão contemplaram pequenas adaptações do canal de voz para a passagem de dados utilizando-se
de CSD (comutação por circuito), resultando em taxas de transmissão na ordem de 9,6Kbps, insuficientes para a implementação de
serviços de dados mais avançados.
Dentre os sistemas de segunda geração, o "Global System for Mobile Communications" (GSM), teve suas premissas básicas de
serviços delineadas por operadoras, órgãos reguladores e fabricantes, que buscavam um sistema robusto, eficiente, seguro, de baixo
custo e que oferecesse novos serviços que atendessem às demandas dos usuários. A responsabilidade pelo desenvolvimento das
especificações técnicas do novo padrão ficou sob responsabilidade do "European Telecommunications Standards Institute" (ETSI), que
gerou um padrão aberto "multivendor", permitindo que uma rede GSM possa ser implementada utilizando-se componentes de
diversos fabricantes distintos, fato este que promove a independência das operadoras em relação aos fabricantes, bem como a maior
competição entre estes, resultando em preços mais baixos.
Após a digitalização apresentada acima, surgiram necessidades de transmissão de dados para serviços mais simples, porém, com
preços menores que as apresentadas pela comutação por circuito. Portanto, o GPRS passou a ocupar as redes ao redor do mundo com
sua comutação por pacotes.
A evolução dos serviços e suas crescentes demandas por maiores taxas de dados impulsionam a implementação de redes EDGE e
UMTS, sendo que a primeira vai requerer pequenas alterações nas redes e terminais, criando um ambiente favorável para expansão a
partir de 2004.
Arquitetura do Sistema GSM
Figura 1: Os blocos BSS, SSS e OMC.
Uma rede GSM apresenta os três principais blocos e algumas
das interfaces acima representadas (Consulte o Tutorial
"GSM" para maiores detalhes).
Observação: A unidade "Transcoder and Rate Adapter Unit"
(TRAU) realiza as tarefas de codificação e decodificação, bem
como a adaptação da taxa de dados. Essas taxas assim como
a colocação da TRAU próxima da BSC ou da MSC pode variar
conforme projeto do fabricante. A interligação da TRAU com a
BSC é feita através da interface Asub.
A busca por robustez e simplicidade do sistema, bem como a
demanda então existente, centrada em serviços de voz, levou
ao emprego da modulação "Gaussian Minimum Shift Keying"
(GMSK), minimizando-se problemas de interferências, ruídos
e consumo de energia.
GPRS (General Packet Radio Services)
As redes GSM precisavam inserir um passo a mais na transmissão de dados, pois, apesar do "High Speed Circuit Switched Data"
(HSCD) ter aumentado a taxa de transmissão de dados, saindo dos iniciais 9,6Kbps para 171,2Kbps com utilização de 8 "Timeslots".
As redes continuavam trabalhando com comutação por circuito, reduzindo a eficiência da "Mobile Switching Center" (MSC),
dificultando um modelo de cobrança adequado para o usuário, que acabava pagando por tempo de conexão, tornando os serviços
avançados de dados caríssimos.
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O aparecimento do GPRS transformou a transmissão de dados no GSM, possibilitando a comutação por pacotes, transmissão ponto a
ponto ou ponto-multiponto e a tarifação por volume de dados. Desta forma, passamos a observar uma forma inteligente de utilização
dos recursos da rede para aplicações com taxas de dados que podem chegar até 171,2Kbps (Consulte o Tutorial "GPRS" para maiores
detalhes).
Na figura abaixo, pode-se observar a inserção de dois novos componentes na rede GSM, o "Serving GPRS Support Node" (SGSN) e o
"Gateway GPRS Support Node" (GGSN),
sendo os responsáveis diretos pela
comutação por pacotes. Algumas outras
pequenas alterações na BTS e na BSC
também são realizadas, principalmente no
software das unidades além da inserção
de uma nova placa na BSC denominada
PCU.
A interface Um continua operando com a
modulação GMSK e o canal de rádio
freqüência mantido com 200KHz.
Figura 2: Introdução do GPRS na rede
GSM
EDGE
EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution)
O EDGE está relacionado ao aumento da capacidade de transmissão da interface aérea no corrente padrão GSM. A principal idéia é
adicionar novas características na rede GSM mantendo compatibilidade com os telefones celulares GSM /GPRS e com os equipamentos
da rede (BSS, BSC, TRAU, MSC, SGSN e GGSN).
Todos os blocos da rede GSM/ GPRS continuam operando, sendo necessário atualizar os softwares das BTS para possibilitar o
funcionamento das modulações GMSK e 8PSK, além da troca da placa PCU por uma placa EPCU na BSC que também sofre atualização
de software.
Figura 3: Área de alterações do sistema GSM / GPRS para introduzir o EDGE
O EDGE inclui tanto comutação por circuitos (ECSD - "Enhanced Circuit Switched Data") como comutação
por pacotes (EGPRS - "Enhanced General Packet Radio Service").
EDGE = EGPRS + ECSD.
Na realidade a comutação por circuito passou a ser visualizada como um recurso desnecessário em uma
rede que apresenta comutação por pacotes, pois além de utilizar os recursos da rede destinados para voz,
a comutação por circuitos, apresenta tarifação por tempo, reduzindo sua aplicação para pequenos serviços
que não necessitam um grande tempo de conexão. Logo, podemos perceber um esquecimento forçado
pelo mercado da parte ECSD, sendo somente representado o aumento da capacidade do GPRS, ou seja,
EGPRS.
Evolução da modulação e aumento da eficiência
A primeira alteração que deve ser destacada é a modulação do sistema, pois como vimos nos itens
anteriores o sistema GSM era baseado na modulação GMSK (1 bit / símbolo) e no EDGE vamos observar a
utilização do 8PSK (3 bit / símbolo), possibilitando triplicar a taxa de transmissão de dados .
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Figura 4: Esquemas de modulações das comunicações móveis
Com o aumento da quantidade de bits por símbolo,
disponibilizada pela modulação 8PSK, foi possível colocar
três vezes mais informações no mesmo canal de rádio
freqüência (200KHz) usado pelo sistema GSM / GPRS, ou
seja, para cada três "timeslots" usados anteriormente
passamos a compactar a informação em apenas um
"timeslot".
Figura 5: Aumento da eficiência com EDGE na rede
Codificações e Modulações
Nove esquemas de codificação e duas modulações, são definidos para os "packet data traffic channels - PDTCH". Os MCS ("Modulation
Code Schemes") são divididos nas famílias A, B e C, sendo cada uma representada por uma unidade de "payload".
Codificação
Família
Taxa de dados por
"timeslot" (Kbps)
Modulação
Taxa máxima
8 x "timeslots" (Kbps)
MCS-9
A
59.2
473.6
MCS-8
A
54.4
MCS-7
B
44.8
MCS-6
A
29.6 / 27.2
236.8 / 217.6
435.2
8 PSK
358.4
MCS-5
B
22.4
179.2
MCS-4
C
17.6
140.8
MCS-3
A
14.8 / 13.6
MCS-2
B
11.2
89.6
MCS-1
C
8.8
70.4
GMSK
118.4 / 108.8
Tabela 1: Modulações e esquemas de codificação no EGPRS
Figura 6: Famílias para os MCS
Observação: A tabela 1 apresenta taxas até 473.6 Kbps, mas esse valor é teórico e só poderia ser alcançado com condições favoráveis
de rádio propagação. Portanto, na prática os valores máximos alcançados pelas redes EDGE giram em torno de 384Kbps.
Codificações e modulações usadas no ECSD
O ECSD (Enhanced CSD) é a evolução do HSCSD. ECSD também usa a modulação 8PSK possibilitando transmitir até 64 kbps
combinando somente dois "timeslots" ao invez de quatro "timeslots" de 14.4kbps do HSCSD.
O ECSD possui três "Transport Channels - TCH", cada um com sua especifica codificação de canal e taxa de transmissão como
podemos ver na tabela 2.
Tipo do canal
Taxa de dados por
"timeslot" (Kb/s)
Taxa máxima de dados
2 x "timeslots" (Kb/s)
E-TCH / F43.2
43.2
86.4
(não utilizado)
E-TCH / F32.0
32.0
64.0
E-TCH / F28.8
28.8
57.6
Tabela 2: Codificação dos canais para ECSD
Observação: Na prática observamos a utilização do E-TCH/F32 (32Kbps) para serviços transparentes e E-TCH/F28,8 (28,8 Kbps) para
serviços não-transparente.
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Estratégia de alocação na Abis
Com o aumento das taxas de transmissão da interface Um, foi necessário criar melhorias no transporte da informação na interface
Abis, dessa forma pode-se observar duas técnicas possíveis para alocação de "timeslots" nesta interface.
Abis estática = Associações dos "timeslots" de rádio e os "timeslots" da Abis são feitos durante os procedimentos de armazenamento
da O&M na BSC, não sendo possíveis alterações da alocação dos "timeslots" da Abis durante o funcionamento do sistema.
Abis flexível = Define um "pool" de recursos da Abis que é alocado para uma BTS na utilização de comutação por circuitos e
comutação por pacotes com um número suficiente de "timeslots" para os serviços. Por exemplo: 16Kbps até 80Kbps, é
dinamicamente designado para um canal de interface aérea.
Associações entre "timeslots" rádio e "timeslots" da Abis são feitos por procedimentos de sinalização, via "ACTIVATE/MODIFY ABIS
CHANNEL" durante o funcionamento do sistema. Os recursos da Abis são definidos como um "pool" para todas as BTS's alcançando
assim um ganho de capacidade estatístico. Não existe um mapeamento fixo um para um (1 x 16Kbps) ou um para dois (2 x 16Kbps)
no banco de dados da BSC, pois na ativação do canal um número apropriado de recursos da Abis é designado para o canal. Assim,
Abis flexível consegue um grande aumento estatístico de capacidade na interface entre BSC e BTS comparado com a Abis estática.
Terminais
Para que o EDGE possa entrar de forma gradual na rede é necessário que os terminais possuam compatibilidade com a rede já
existente, e as BTS devem oferecer tanto GMSK como o 8PSK na interface aérea. Portanto, verificaremos o aparecimento de duas
classes:
Classe A = As duas modulações podem ser usadas no "downlink", enquanto somente GMSK é usada no "uplink". O resultado será um
terminal com altas taxas de dados somente no "downlink", serviços assimétricos e alterações importantes na recepção.
Classe B = As duas modulações podem ser usadas tanto no "uplink" como no "downlink". O resultado será um terminal com altas
taxas de dados no "uplink" e no "downlink" com alterações importantes tanto na transmissão como na recepção.
Figura 6.1: Terminais na tecnologia EDGE
Os terminais EDGE vão estar sempre buscando a modulação 8PSK no sentido que solicitar maior taxa de dados e modulação GMSK no
sentido que solicitar pequena taxa de dados, pois a modulação 8PSK vai aumentar a taxa de transmissão e a modulação GMSK vai
minimizar o consumo de energia do aparelho.
Classes de potência
Potência nominal
(dBm)
Tolerância normal
(Db)
Tolerância extrema
(dB)
E1
30
+/-2
+ / - 2.5
E2
26
+ 3 / -4
+ 4 / - 4.5
E3
22
+ / -3
+/-4
Tabela 2: Classes de potência para terminais EDGE
Protocolos
A "Media Access Control - MAC" e "Radio Link Control - RLC" fornecem serviços de multiplexação e codificação de canal para GPRS /
EGPRS. Estas camadas também vão estar associadas com "Link adaptation" tanto para GPRS como para EGPRS e "Incremental
Redundancy" sendo usado somente em redes EGPRS (Consulte o Tutorial "GPRS" para maiores detalhes).
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Figura 7: Plano de sinalização no GPRS / EGPRS
Link adaptation
Como a transmissão de dados depende das condições de C/I é benéfico adaptar o MCS de acordo com a situação de interferência. Isso
é feito com uma regular estimativa da qualidade do "link" e conseqüente seleção do mais apropriado MCS. O algoritimo analisa a
performance do MCS usado no momento e como seria a performance para todos os outros. Baseado nessa análise é selecionado
aquele com a melhor performance esperada.
Quando dados são transmitidos no "downlink", medidas de qualidade são reportadas do terminal para rede em intervalos regulares.
Observação: A função "Link adaptation" também é usada na tecnologia GPRS.
Figura 8: Efeito do "Link Adaptation" na taxa de transmissão.
Incremental Redundancy
Só existe no EDGE o modo de transmissão com "Incremental
Redundancy". Nesse esquema de redundância incremental, a
informação é primeiramente enviada com pouca codificação
produzindo uma alta taxa de transmissão, mas se existir falhas
na decodificação da informação transmitida, bits adicionais de
codificação (redundância) são enviados até que a decodificação
obtenha sucesso. Essa codificação a mais que foi enviada
diminui o resultado da taxa de dados com informação do
usuário, entretanto, garante a performance do sistema.
Suportar redundância incremental é obrigatório para terminais
que vão operar com EGPRS, sendo utilizadas memórias extras
para que essa funcionalidade seja possível.
Considerações Finais
Considerações finais
Este tutorial apresentou os conceitos básicos do EDGE, que expande a capacidade de transmissão por dados das redes GSM / GPRS,
podendo em média triplicá-la.
O EDGE implica em pequenas alterações das redes GSM / GPRS atualmente implantadas no mundo, mas exige terminais que tenham
suporte a essa tecnologia.
O EDGE pode ser inserido de forma gradual na rede de uma operadora, focando áreas com maiores demandas por dados e por
serviços avançados.
Referências
3GPP
Responsável pela padronização da evolução do GSM para 3G.
ETSI
Desenvolveu as normas para o GSM. É possível fazer download gratuito das normas.
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GSM WORLD
Site da associação GSM.
GSA
Site da Associação dos fabricantes mundiais de GSM - (Global Mobile Supplier Association).
Siemens
Um dos principais fabricantes de redes móveis e terminais no padrão GSM / GPRS / EDGE /UMTS.
Wireless BR
Seção com vários artigos sobre tecnologias móveis.
LMDS
LMDS: O que é
A tecnologia LMDS foi desenvolvida a partir de 1986, usando como meio de transmissão rádios microondas em configuração ponto
multiponto formando células para otimizar a cobertura de uma localidade.
Inicialmente a tecnologia LMDS oferecia serviços de TV por assinatura, a partir da transmissão analógica de sinais de televisão. Hoje,
com o desenvolvimento das tecnologias de transmissão digital, o LMDS tornou-se uma excelente alternativa para acesso de última
milha de serviços da banda larga.
Os sistemas baseados na tecnologia LMDS disponíveis no mercado atualmente fornecem, entre outras, as interfaces Ethernet a 10
Mbit/s, E1 full e fracionado, ATM a 25 Mbit/s e Frame Relay. Com o desenvolvimento da tecnologia, interfaces de maior velocidade
poderão ser disponibilizadas, tais como E3, T3 e Fast Ethernet a 100 Mbit/s.
A partir dessas interfaces podem ser fornecidos serviços de interligação de redes corporativas (VPN), de acesso à internet em banda
larga (incluindo aplicações VoIP, Vídeo Conferência e Video On Demand), e outros serviços de banda larga.
As faixas de freqüência utilizadas pelo LMDS estão na região entre 25 e 30 GHz, sendo também utilizada a faixa de 38 GHz. Cada país
segue sua própria regulamentação, dividindo esse espectro conforme a conveniência de cada local.
Alguns países, a exemplo do Brasil, seguem a regulamentação americana que respeita a faixa reservada à Nasa na região espectral de
28,5 GHz, e não a utilizam para a tecnologia LMDS. Já países como o Canadá regulamentaram serviços para a tecnologia LMDS
também na referida freqüência.
Apesar da regulamentação dessas freqüências para os sistemas LMDS, vários países (inclusive o Brasil) vêm realizando leilões em
outras faixas de freqüências (3,5 GHz e 10,5 GHz) que, embora ofereçam canais de banda menor, tem sido utilizadas também para
aplicações similares ao LMDS, e os fornecedores de sistemas têm disponibilizado sistemas semelhantes.
A exemplo do LMDS, outra tecnologia que oferece serviços ponto multiponto é o MMDS (Multipoint Multichannel Distribution Service).
A tecnologia MMDS também foi desenvolvida para oferecer serviços de TV por assinatura, a partir da distribuição de sinais analógicos
de televisão. Tem menor largura espectral, se comparado com o LMDS, e sua faixa freqüência de operação está na região de 2,5 GHz.
Devido ao maior comprimento de onda, o MMDS forma células de maior diâmetro que o LMDS, utilizando sempre transmissões
omnidirecionais.
No Brasil a tecnologia MMDS continua restrita ao uso para TV por assinatura, e não são oferecidos outros serviços de valor agregado.
LMDS: Células de transmissão
Cada célula que usa a tecnologia LMDS é composta por uma Estação Rádio Base (ERB) ou
Base Station, e por diversas Estações Remotas (ER) ou Customer Premisses Equipment
(CPE).
As ERBs podem ser de 2 tipos: omnidirecionais, com uma única antena para cobertura
geométrica de 360º, ou setorizadas, com antenas específicas para cada setor.
Os CPE’s utilizam antenas direcionais alinhadas com a ERB, normalmente com feixes de 2º
de abertura.
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A célula omnidirecional possui uma única antena transmissora com cobertura geométrica de 360º. Entretanto, a aparente vantagem de
usar uma única antena não apresenta resultados eficientes na pratica, pois para que essa antena atinja o raio planejado a potência de
transmissão do equipamento deve ser muito alta para compensar o baixo ganho da antena. Outra desvantagem é que toda a banda
disponível na célula deve ser dividida por todos os CPE’s espalhadas nos 360º da área de cobertura.
A célula setorizada utiliza antenas setoriais que possuem ângulos de cobertura
que variam de 30º a 90º. Desta forma, para cada ERB atender a cobertura de
360º devem ser instaladas de 4 antenas (no caso de setores de 90º) a 12
antenas (no caso de setores de 30º). Na prática, para viabilizar o custo de
implantação da célula, utilizam-se setores de 90º, que oferecem a melhor
relação custo/benefício.
As células setorizadas têm a vantagem de poder oferecer a banda total de cada
rádio para um determinado setor, aumentado a banda total da célula. Além
disso, a potência dos transmissores pode ser menor devido ao ganho obtido
pelas antenas setorizadas.
Interferência
Para que não haja interferência entre
células ou setores adjacentes, devese usar o recurso da inversão de
polarização.
No caso das células adjacentes, é imprescindível
que a antena do CPE tenha ótima isolação
contra ondas eletromagnéticas que incidam na
sua parte traseira, para que o sinal proveniente
da ERB adjacente não interfira no sinal principal,
proveniente da ERB para a qual a antena do CPE
está apontada.
Nos cálculos de cobertura deve-se também
respeitar o fato de que a polarização horizontal,
por limitações de sua natureza de propagação,
tem menor alcance do que a polarização
vertical.
LMDS: Multiplexação e Modulação
São duas as técnicas de multiplexação adotadas para a transmissão de dados e aplicadas para a tecnologia LMDS.
Multiplexação FDD (Frequency Division Duplexing)
Na multiplexação FDD, os dados transmitidos no sentido da ERB para o CPE (downstream) trafegam em canais separados dos dados
transmitidos no sentido do CPE para a ERB (upstream), necessitando para tanto de uma banda de resguardo sem uso entre as faixas,
causando assim mau aproveitamento do espectro de freqüências.
Multiplexação TDD (Time Division Duplexing)
Na multiplexação TDD, toda a largura do espectro é utilizada para transmitir dados em ambas os sentidos, conforme a demanda de
tráfego. Nesse tipo de multiplexação não é necessária a utilização de banda de resguardo e todo o espectro pode ser aproveitado para
o tráfego de dados.
Modulação
A tecnologia LMDS pode usar dois tipos de modulação digital: QPSK (Quadriphase-Shift Keying) e QAM (Quadrature Amplitude
Modulation).
Os fabricantes que utilizam a modulação QPSK têm a vantagem de ter uma maior área de cobertura, em virtude do maior alcance
obtido por esse tipo de modulação, porém a qualidade do serviço oferecido aos usuários mais próximos da ERB é menor do que nas
outras técnicas de modulação.
Já os equipamentos que utilizam modulação QAM16 ou QAM64 não cobrem as distâncias conseguidas pela modulação QPSK,
principalmente o QAM64, porém a qualidade de sinal é superior para esse tipo de modulação.
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Alguns fabricantes já começaram a utilizar os dois tipos de modulação
concomitantemente, o que permite que os usuários mais próximos
sejam atendidos com a excelente qualidade de serviço da modulação
QAM, e os mais longínquos também sejam atendidos com a
modulação QPSK, embora a qualidade de serviço não seja a mesma.
Usando como exemplo a faixa do espectro de freqüência
correspondente a 28GHz numa célula projetada para cobertura com
raio de 3 km, a modulação QAM64 seria utilizada para cobertura de
até 1km da ERB, a modulação QAM16 seria utilizada para cobertura
de clientes entre 1 e 2km da ERB e finalmente a QPSK para clientes
entre 2 e 3km da ERB. Para todos os casos considera-se a
disponibilidade de até 99,9%.
LMDS: Regulamentação
No Brasil a faixa de freqüências
relativa ao LMDS ainda não se
encontra liberada. Entretanto, existe
um
regulamento
aprovado
pela
Resolução 232 de 15 de agosto de
2000 da Anatel, que divide o espectro
em vários blocos conforme a figura
abaixo.
A resolução 232 mencionada foi
revogada e substituída pela 342. Os
Blocos em 25 GHz passaram a ser de
125 MHz e não 500 MHz.
A Anatel também está leiloando as
faixas do espectro de freqüências de
3,5 GHz e 10,5 GHz para aplicações
similares ao LMDS. A tabela abaixo
mostra os pares de blocos de
freqüências disponíveis nas 2 faixas
de freqüências.
LMDS: Considerações finais
A tecnologia LMDS é um excelente complemento para as redes de fibras ópticas como acesso de última milha, uma vez que oferece
serviços em banda larga com boa qualidade e disponibilidade.
Como toda tecnologia de rádio em microondas, ela está exposta aos problemas inerentes à freqüência de trabalho, pois em regiões de
alto índice pluviométrico a sua qualidade de transmissão pode ser afetada em função das chuvas. No Brasil, por ser um país de clima
tropical, os projetos que utilizam a tecnologia LMDS devem dedicar atenção especial ao esse quesito, pois a cobertura da célula será
reduzida, se comparada com regiões de clima mais seco.
Além disso, deve-se também considerar no projeto da célula a morfologia da região, pois como os feixes transmitidos são
extremamente direcionais (principalmente o transmitido pelo CPE), as obstruções de prédios e outros fatores podem causar grandes
áreas de sombra na localidade. Desta forma a escolha da localização da ERB deve levar em consideração a localização dos seus
futuros usuários.
Em tempos de consolidação da oferta de serviços de acesso à internet em banda larga para residências e pequenas e médias
empresas, o LMDS pode ser uma excelente forma de atendimento a essas demandas, oferecendo qualidade de serviço aliada à grande
oferta de banda.
Há que se considerar apenas que o atual estágio de desenvolvimento dos CPE’s ofertadas tem um custo que atende bem a
condomínios comerciais e residenciais, onde o número de usuários em um único local permite compartilhar o investimento do CPE.
Com os desenvolvimentos em andamento de novos CPE’s de menor custo, em breve espaço de tempo será possível utilizá-los para
atender também os usuários de outros serviços, tais como ADSL, porém oferecendo melhor qualidade de serviço de banda larga.
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UMTS
UMTS: Sistemas de 3ª Geração
As primeiras gerações se sistemas celulares foram desenvolvidas visando principalmente o tráfego de voz. A tabela a seguir apresenta
os principais padrões para estas gerações.
Geração
Sistemas
1ª
Analógicos
2ª
Digitais
Padrões
AMPS
GSM, TDMA IS-136, CDMA IS-95
A exemplo do que ocorre com a rede fixa, usada cada vez mais para tráfego de dados, na década de 90 surgiram uma série de
esforços para ampliar o tráfego de dados nas redes de celulares.
IMT-2000
Estes esforços levaram ao projeto IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) da UIT que definiu os requisitos de um
sistema celular de 3ª Geração como sendo:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Altas taxas de dados: 144 kbit/s em todos os ambientes e 2 Mbit/s em ambientes "indoor" e de baixa mobilidade.
Transmissão de dados simétrica e assimétrica.
Serviços baseados em comutação de circuitos e comutação de pacotes.
Qualidade de voz comparável à da telefonia fixa.
Melhor eficiência espectral
Vários serviços simultâneos para usuários finais, para serviços multimídia.
Incorporação suave dos sistemas celulares de 2º geração.
Roaming global.
Arquitetura aberta para a rápida introdução de novos serviços e tecnologias.
A recomendação ITU-R M.1457 adotou vários padrões de interfaces rádio para estes sistemas, sendo os principais o Cdma 2000, o
Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) e o EDGE.
A migração de uma operadora para sistemas de 3ª geração envolve investimentos vultosos. A escolha do sistema e estratégia de
migração depende de uma análise da situação atual da operadora, e deve considerar aspectos como a rede atual, espectro disponível
e serviços a serem oferecidos.
De modo a minimizar os custos nesta transição buscou-se desenvolver padrões de 3ª Geração que facilitassem a evolução dos
padrões existentes de 2ª Geração. Isto deu origem a duas grandes linhas de evolução de tecnologias: UMTS e o cdma2000.
UMTS
O Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) é o termo adotado para designar o padrão de 3ª Geração estabelecido como
evolução para operadoras de GSM e que utiliza como interface rádio o WCDMA ou o EDGE.
Até o ano de 2000 o desenvolvimento de padrões para o GSM foi conduzido pelo European Telecommunications Standards Institute
(ETSI). A partir desta data a responsabilidade passou a ser do 3rd Generation Partnership Project (3GPP), que é um esforço conjunto
de várias organizações de standards ao redor do mundo para definir um sistema celular global de 3º Geração UMTS (Universal Mobile
Telecommunications System).
cdma2000
O cdma2000 é o padrão de 3ª Geração de sistemas celulares baseados no IS-95.
O 3rd Generation Partnership Project 2 (3GPP2) é a organização responsável pelas especificações. Consulte os tutoriais do Teleco
CDMA e 1x-EVDO.
UMTS: Arquitetura
A arquitetura do UMTS pode ser representada simplificadamente pela figura a seguir.
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onde
UE
User Equipment, ou equipamento do usuário. É o terminal móvel e seu módulo de indentidade de serviços do
usuário (USIM) equivalente ao SIM card dos terminais GSM.
UTRAN
UMTS Terrestrial Rádio Access Network, ou rede terrestre de acesso rádio do UMTS baseada no Wideband Code
Division Multiple Access (WCDMA).
CN
Core Network ou núcleo da rede que suporta serviços baseados em comutação de circuitos e comutação de
pacotes.
Uu e Iu são as interfaces entre estas entidades. A figura a seguir apresenta uma visão mais detalhada desta arquitetura.
RNS: Radio Network Subsystem
RNC: Radio Network controller
Iur: é a interface entre dois RNS
Os protocolos utilizados na comunicação
entre
entidades
nesta
arquitetura
procuram manter compatibilidade com
os definidos atualmente para o GSM,
principalmente no que se refere a parte
do usuário. A sinalização SS7 utilizada
foi no entanto modificada nas partes
inferiores do protocolo MTP de modo a
suportar um o transporte de dados com
taxas mais altas.
A comunicação realizada através da
interface rádio do UTRAN utiliza 3 tipos
de canais como apresentado a seguir.
Lógicos
São mapeados nos canais de transporte.
Transporte
RNC lida com canais de transporte utilizados para transportar diferentes fluxos de informação.
Físicos
Compõe a existência física da interface Uu. Diferentes tipos de banda podem ser alocadas para
diferentes finalidades
UMTS: WCDMA
A interface rádio Uu entre terminal do usuário e sua rede terrestre de acesso rádio (UTRAN) é baseada no Wideband Code Division
Multiple Access (WCDMA).
O WCDMA é um padrão de interface rádio, entre o terminal celular e a Estação Rádio Base, desenvolvido para o UMTS e padronizado
pela UIT.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
O WCDMA tem dois modos de operação:
•
Frequency Division Duplex (FDD), no qual os enlaces de subida e descida utilizam canais de 5 MHz diferentes e separados por
uma frequência de 190 MHz.
• Time Division Duplex (TDD), no qual o link de subida e descida compartilham a mesma banda de 5 MHz.
Os sistemas iniciais utilizam o WCDMA FDD. O modo TDD deve ser desenvolvido no futuro.
O WCDMA utiliza como método de múltiplo acesso o CDMA de Sequência Direta (DS-CDMA), com os vários terminais compartilhando
uma mesma banda de freqüências mas utilizando códigos diferentes de espalhamento espectral.
O WCDMA e o Cdma2000 1x utilizam o CDMA como método de múltiplo acesso mas apresentam diferenças como apresentado na
tabela a seguir.
WCDMA
Cdma2000 1x
Banda por portadora
5 MHz
1,25 MHz
Chip rate
3,84 Mcps
1,2288 Mcps
Frequência do controle de potência
1500 Hz
800 Hz
Sincronismo na ERB
Não precisa
Necessita
O Cdma2000 1x manteve a banda por portadora em 1,25 MHz de modo a manter a compatibilidade com os sistemas CDMA (IS-95)
existentes. Já o WCDMA, por estar implantando uma interface totalmente nova pode ampliar esta banda para 5 MHz.
A tabela a seguir sumariza as principais características do WCDMA FDD.
WCDMA
Método de múltiplo acesso
DS-CDMA, Sequência Direta CDMA
Fator de reuso de frequência
1
Banda por portadora
5 MHz
Chip rate
3,84 Mcps
Frame
10 ms (38400 chips)
Nº de slots/frame
15
Nº de chips/slot
2560 chips (Max. 2560 bits)
Fator de espalhamento enlace de subida
4 a 256
Fator de espalhamento enlace de descida
4 a 512
Taxa do canal
7,5 Kbit/s a 960 Kbit/s.
UMTS: Migração
A implantação do UMTS por uma operadora envolve uma série de aspectos que vão da disponibilidade de terminais a existência de
serviços desenvolvidos para o usuário. Aborda-se aqui dois aspectos importantes na implantação destes sistema: disponibilidade de
espectro e integração com a rede existente.
Disponibilidade de espectro
O UMTS assumiu como hipótese de que o novo sistema seria implantado utilizando novas faixas de frequências a serem adquiridas
pelas operadoras. Isto possibilitou a adoção do WCDMA com canais de 5 MHz.
O IMT-2000 na WRC2000 alocou frequências para os sistemas móveis celulares possibilitando não só a implantação de novos sistemas
como um alinhamento global das frequências utilizadas de modo a facilitar a sua implantação nas várias partes do mundo. A figura a
seguir apresenta as frequências alocadas nas principais regiões do mundo.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
A alocação das frequências de 1,8 GHz para as bandas D e E no Brasil teve como objetivo preservar a faixa de 1,9 GHz para os
sistemas de 3ª Geração.
Este novo espectro denominado UMTS foi objeto de leilões, muitas vezes milionários na Europa.
As operadoras de GSM dispõem ainda de estratégias mais graduais de migração para o UMTS, sem aquisição de novo espectro,
através da implantação do EDGE.
Integração com a rede existente.
O UMTS deverá ser introduzido gradualmente nas redes das operadoras passando a existir durante um longo tempo a convivência
deste sistema com sistemas já existentes, inclusive do usuário devido a uma cobertura inicial menor do UMTS. A figura a seguir
apresenta a arquitetura desta rede.
O que se nota é a convivência de uma Core
Network GSM/UMTS com das duas opções
de acesso rádio:
•
GSM/EDGE através da GSM EDGE
Radio Access Network (GERAN)
•
WCDMA
através
da
UMTS
Terrestrial Radio Access Network
(UTRAN)
Até o release 4, as especificações do
GERAN desenvolvidas pelo 3GPP estavam
baseadas na hipótese de que existiam duas
interfaces separadas entre o BSC e a core
network, denominadas:
•
A, interface entre BSC e MSC
para os serviços de comutação a
circuito.
•
Gb entre o BSC e nós de suporte
para os serviços comutados a
pacote do GPRS e EDGE.
A partir do release 5 o GERAN passou
adotar a interface Iu definida pelo UMTS,
de modo a garantir que um conjunto
similar de serviços possa ser fornecido
através das duas opções de acesso rádio:
GSM/EDGE e WCDMA.
Garantiu-se desta forma uma características de multi-radio integração para UMTS. Assim serviços desenvolvidos para o núcleo do
UMTS poderão ser usados por estas interfaces rádio e outras como as de WLAN, a serem incorporadas.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
UMTS: Considerações finais
Este tutorial apresentou os conceitos básicos do Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) padrão de 3ª Geração de
sistemas celulares para evolução de redes GSM.
Este padrão está sendo desenvolvido pelo 3GPP devendo incorporar em seus releases futuros o IP Multimedia Subsystem (IMS) em
sua core network, o que permitirá que um usuário estabeleça uma sessão multimídia com outro usuário. Com a implantação do High
speed downlink packet access (HSDPA) a taxa de dados poderá também ser ampliada.
As primeiras redes UMTS entraram em operação em 2003. O UMTS Forum mantém uma relação de redes em operação e terminais
disponíveis.
Referências
UMTS
UMTS Forum. Informações sobre sistema UMTS e WCDMA.
3GPP
Responsável pela padronização da evolução do GSM para 3 G.
ETSI
Desenvolveu as normas para o GSM. É possível fazer download gratuito das normas.
GSM World
Site da associação mundial do GSM. Estatísticas do GSM no mundo.
3Gamericas
Site da associação do GSM nas Americas.
Informação técnica e estatísticas de adoção das tecnologia.
SIM CARD
SIM Card: O Que é
O SIM – Subscriber Identity Module - é um tipo de smart card (cartão inteligente), especialmente projetado para telecomunicações,
que é utilizado dentro do aparelho celular GSM - Global System for Mobile Communications - para identificar o usuário para o sistema.
Consiste em um cartão de plástico que contém um microcomputador, com suas portas de entrada e saída, memórias e sistema
operacional, com mecanismos de segurança incorporados. O cartão é visualmente identificado pelo número serial do chip que é único
mundialmente, gravado no corte plug-in, denominado ICCID – Integrated Circuit Chip Card Identification.
Como outros tipos de smart cards, o SIM Card tem o tamanho de um cartão de crédito e possui um chip com recorte ao seu redor,
que facilita a sua retirada para uso no telefone.
Quando um telefone celular GSM é ligado, o sistema automaticamente procura e define a localização do cliente utilizando o SIM Card.
O SIM Card em conjunto com o telefone celular é capaz de transferir mensagens para o sistema com segurança.
A configuração de memória do SIM Card segue os padrões da especificação GSM 11.11 definidos pelo ETSI – European
Telecommunication Standard Institute - juntamente com 3GPP – 3rd Generation Partnership Project. Adicionalmente, outros padrões
foram definidos por estas instituições de forma a padronizar o sistema GSM. Ver lista resumida de especificações ao final do
documento.
Foram definidas as seguintes fases para o GSM:
1991-1993 Fase 1
A Fase 1 compreendeu serviços básicos de telefonia com alguns serviços de valor adicionado conforme exemplos abaixo:
•
•
•
•
•
•
efetuar e receber chamadas
autenticação
gerenciamento de senha e desbloqueio de senhas
seleção de redes móveis preferenciais
somente recebimento de SMS, mesmo assim dependia do aparelho e da rede GSM
números abreviados para efetuar chamadas
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
•
•
(abril/2005)
serviços de dados, fax
lista de redes móveis com acesso bloqueado para roaming
1994-1997 Fase 2
Na Fase 2, houveram inclusões de funcionalidades, sendo as principais citadas abaixo:
•
•
•
•
•
•
•
•
informações sobre cobrança (Advice of Charge) disponibilizando o valor da chamada, conversão do custo da chamada para
moeda local e sua visualização no display, limite máximo de valor para chamadas
números fixos para efetuar chamadas
status de short messages – aviso de memória disponível
último número chamado – função de re-chamada no SIM
escolha do idioma preferencial no SIM
seleção de mensagem por região (Cell Broadcast) onde se encontra o usuário
armazenamento de números telefônicos com mais de 20 dígitos
visualização do provedor do serviço de telefonia móvel no visor do aparelho
1997-atual Fase 2+
Na Fase 2+ houveram avanços tecnológicos importantes, onde podemos salientar:
•
•
•
•
lançamento da funcionalidade Over The Air
lançamento da funcionalidade e aplicações SIM Tool Kit
números bloqueados para efetuar chamadas
inclusão de caracteres especiais de idiomas como chinês, japonês, russo, etc.
SIM Cards: Funções
Funções básicas
As duas funções básicas do cartão SIM são autenticação do cliente e roaming.
O número do telefone e o billing das chamadas estão relacionados ao cartão SIM, ao contrário do que acontece hoje com as
tecnologias que identificam o usuário pelo aparelho. Da mesma forma, o acesso aos dados armazenados no SIM é independente ao
aparelho.
A utilização do cartão SIM traz maior segurança tanto para o usuário como para a operadora, pois são feitas checagens de senhas e
autenticação do usuário na rede GSM através do cartão.
No momento que o telefone é ligado, o usuário deve digitar sua senha pessoal de 4 dígitos denominada PIN – Personal Identification
Number. Caso esta senha seja digitada incorretamente um certo número de vezes consecutivas, o SIM Card é bloqueado
automaticamente e somente poderá ser desbloqueado usando a Chave de Senha de 8 dígitos PUK – PIN Unblocking Key. Se o PUK for
digitado incorretamente 10 vezes consecutivas, o SIM Card é automaticamente bloqueado.
A tecnologia GSM inclui outras 2 chaves adicionais, sendo o PIN 2 e o PUK 2. Através do PIN 2 é possível configurar o SIM Card para
desbloquear o PIN e efetuar funções específicas definidas pela operadora móvel, como por exemplo configurar o SIM Card para
efetuar ligações somente para os números pré-definidos pelo usuário.
Da mesma forma que o PUK é a chave de senha para a senha PIN, o PUK 2 é a chave de senha para o PIN 2.
A arquitetura da tecnologia GSM proporciona conexão inteligente e segura que permite a troca de informações entre o cartão SIM e a
rede GSM.
Funções complementares
O SIM Tool Kit (STK) é um dos destaques da Fase 2+ do GSM. Trata-se de um conjunto de comandos padronizados pela norma 11.14
que são implementados em SIM Cards dos diversos fabricantes. Se torna então uma plataforma universal de programação que
permite o desenvolvimento e provisionamento de serviços de valor adicionado e e-commerce em SIM Cards GSM 2.5G, tais como:
serviços de informações de tráfego, previsão do tempo, entretenimento (cinema, teatro, etc), reservas de vôos, entre muitos outros.
Aplicações SIM Tool Kit são definidas pelas operadoras móveis celulares como fator de diferenciação de seus serviços. Parcerias com
provedores de conteúdo são de importância vital para a oferta deste tipo de serviço.
Da mesma forma que o STK, a funcionalidade OTA – Over The Air – foi também um dos destaques no lançamento da Fase 2+. Esta
funcionalidade permite alterações/ atualizações de dados no SIM Card através da rede diretamente, viabilizadas através de SMS, bem
como o download de aplicações sem a necessidade de haver contato físico com o SIM card.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Os requerimentos para viabilizar a solução OTA são:
•
•
•
SIM Cards habilitados com a funcionalidade OTA
Bibliotecas de Software OTA para comunicação com diversos SIM Cards
Funcionalidade OTA na rede: Customer Care, Short Message Service Centre, Gerenciador OTA
As soluções OTA são proprietárias, uma vez que o mercado demandou a solução antes mesmo que a padronização fosse possível.
Sendo assim, cada fornecedor disponibiliza sua biblioteca OTA de modo que a operadora possa implementá-la em sua rede, como
forma de possibilitar a comunicação entre os diversos fabricantes. A biblioteca compõe uma lista de padrões, comandos, atualizações,
e o código fonte proprietário responsável por cada operação.
Algumas funções complementares podem ser relacionadas abaixo:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Agenda telefônica armazenada no SIM Card
SMS (Short Message Service) entre pessoas
Serviços de informação como por exemplo, saldo de conta pré-paga
Chat
Download de tons para o aparelho
Barrar e transferir ligações, bem como deixar a chamada em espera
Acesso a dados através de WAP – Wireless Application Protocol
Envio e recebimento de e-mail
etc
Funções avançadas
Com a evolução da tecnologia, serviços avançados podem ser oferecidos e utilizados pelos usuários do GSM, de modo a oferecer maior
flexibilidade, mobilidade e conveniência, tais como:
•
•
•
•
MMS – Multimedia Messaging Service - onde a mensagem a ser enviada é totalmente personalizada. Por exemplo, tira-se uma
foto, adiciona-se uma música e envia ao destinatário pelo celular.
mobile banking, o qual permite visualização de saldo bancário, efetuar aplicações financeiras, efetuar transferências entre
contas, etc.
e-commerce, permitindo a realização de compras de produtos e serviços através do celular, como presentes, tickets de
cinema, teatro, etc
loteria, no qual o usuário não precisa mais se deslocar a uma casa lotérica para efetuar sua aposta.
SIM Cards: História
O primeiro cartão foi lançado em 1985 pela operadora móvel celular alemã Netz C, sendo simplesmente um cartão magnético. A
mobilidade da assinatura e o aumento da segurança através da remoção do cartão foram as principais vantagens da introdução do
cartão. O número do telefone e os demais dados necessários ao billing estavam relacionados ao cartão e não mais ao aparelho celular.
Também em 1985, alguns países europeus assinaram um acordo para desenvolvimento do GSM e um novo padrão para uso de
tecnologia digital. Em 1992, a primeira rede GSM foi lançada.
Em 1988 o cartão magnético foi substituído pelo smart card, sendo esta a primeira aplicação em smart card para comunicação móvel
no mundo.
A interface inteligente entre o cartão e o aparelho, o novo nível de segurança através da checagem do PIN number (senha individual)
e a autenticação na rede celular foram as principais conquistas com a introdução do smart card.
O SIM Card em sua versão full size possui 85 x 54 mm. Como os aparelhos celulares se tornaram mais compactos nos últimos anos, o
SIM Card sofreu uma redução no seu tamanho através do corte plug-in realizado ao redor do chip, sendo utilizado em sua versão
plug-in no tamanho 25 x 15 mm.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
SIM Cards: Tecnologia
Capacidade de memória e tecnologia
Os SIM Cards estão disponíveis nas versões 8 Kbytes (muito pouco utilizado atualmente), 16 Kbytes, 32 Kbytes, 64 Kbytes e 128
Kbytes de memória EEPROM.
Com o lançamento de novas aplicações e serviços aos usuários, maior memória do SIM Card é requerida. Desta forma, operadoras
novas já estão utilizando seus SIM Cards a partir de 32 Kbytes de memória uma vez que lançam seus serviços já com funções de
valor adicionado, não se restringindo apenas a serviços de voz e tendem a migrar rapidamente para 64 Kbytes, que já se tornaram
padrão para muitas operadoras, de modo a ampliar sua oferta de serviços. Em aproximadamente 2 anos, deve ocorrer a migração
para cartões de capacidade maior e assim sucessivamente.
Os SIM Cards disponíveis atualmente são baseados em máscaras (sistemas operacionais) proprietárias, ou com “Virtual Machine Java”
(simplesmente denominados SIM Cards Java) e com “Micro-Browser implementado”, como por exemplo o WIB Browser. Existem ainda
variações importantes como o Micro-Browser implementado sobre um SIM Card Java.
No passado era muito comum a utilização de soluções proprietárias, o que não mais reflete a tendência de mercado. Devido às
vantagens do Java e dos Micro-Browsers, as operadoras têm adotado estas soluções em suas redes.
A maior vantagem para as operadoras móveis celulares oferecida pelo Java é a interoperabilidade entre produtos de diferentes
fornecedores, especialmente o SIM Card, bem como o fácil e flexível gerenciamento, operação e implementação de novos serviços de
valor adicionado.
SIM Card Java
O SIM Card Java contempla funções novas e especiais inerentes à tecnologia Java, o que permite uma melhor utilização da memória
EEPROM do SIM Card. Alguns exemplos podem ser citados:
•
•
Garbage Collection: após a remoção de uma aplicação (ou applet), todos os componentes também são removidos, estando a
memória “limpa” e disponível para novo uso.
Dynamic Memory Allocation: blocos de memória “limpa” e disponível para novo uso são vistas como único bloco de memória
disponível, não havendo necessidade de bloco contínuo de memória disponível.
•
Memory De-fragmentation: blocos de memória são fisicamente alocados (processo similar que ocorre em um PC). Reutilização da memória livre como bloco contínuo de memória disponível.
A tecnologia Java já foi comprovada no mundo PC e aceita pelos institutos internacionais de padronização como ETSI e 3GPP, já
existindo especificações padronizadas (exemplo Java 2.1.1)
O Java também é aceito como solução interoperável para SIM Cards, que representa uma solução para plataformas abertas.
As principais vantagens proporcionadas pelo Java são mencionadas abaixo:
•
•
•
•
desenvolvimento único de aplicações => conceito write once, run everywhere
existência de muitos profissionais aptos a desenvolver aplicações em Java
re-utilização de programas
mecanismo de carregamento de applets é padronizado
Os SIM Card com Micro-Browser
Os cartões com Micro-Browser permitem acesso a informações e serviços baseadas em servidores que trabalham juntamente com um
sistema OTA.
Enquanto as aplicações baseadas em SMS:
•
•
•
•
utilizam comandos SIM Toolkit
executam e buscam informações específicas
são enviadas para o aparelho celular via SMS
são visualizadas como Menus SIM Tool Kit normais no visor do aparelho
Os SIM Cards com Micro-Browser permitem aplicações dinâmicas:
•
•
•
as aplicações são armazenadas em um servidor
as aplicações poder ser alteradas quantas vezes for necessário
não há necessidade de substituir cartões massivamente
Algumas aplicações são residentes no cartão e podem ser atualizadas pelo usuário, como por exemplo, homepages, bookmarks, etc.
Por dentro do SIM Card
A memória do SIM Card é dividida em memória RAM, ROM e EEPROM, além de possuir CPU & ALU Timer, I/O Port, Security & Fuse
Logic, conforme desenho abaixo.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Na memória EEPROM são alocados os diretórios e arquivos inerentes à
configuração do SIM Card, compreendendo o “Master File”, os
“Dedicated Files” e os “Elementary Files”.
“Master File” (MF), “Dedicated Files” (DF) e “Elementary Files” (EF) são
definidos da seguinte forma pela norma GSM 11.11/ETS 300 045:
•
•
Master File – Arquivo único mandatório. Contém condições de
acesso e, opcionalmente, DFs e EFs.
Dedicated File – Arquivo que contém condições de acesso e,
opcionalmente, EFs e outras DFs.
• Elementary File – Arquivo que contém condições de acesso e dados.
A configuração básica do SIM Card ocupa aproximadamente 8 Kbytes de memória EEPROM e compreende:
•
•
Cabeçalho não–GSM ocupando aproximadamente 300 bytes
Master File ocupando aproximadamente 300 bytes
o
•
PINs,PUKs, Kis, ADM keys, Tin, Layout, etc
Diretório GSM ocupando aproximadamente 750 bytes
o
LP, IMSI, Key Kc & n, PLMN sel, HPLMN, ACM max, SST, ACM, GID 1 & 2, PUCT, CBMI, SPN, BCCH, ACC, FPLMN,
LOCI, AD, Phase
•
Diretório Telecom ocupando aproximadamente 6600 bytes
•
OTA Data Fields ocupando aproximadamente 160 bytes
o
ADNs, FDNs, SMS, CCP, MSISDN, SMPS, SMSS, LND, Ext 1, Ext 2, Ext 3
o SIM type, DL-Key, DL-Text, Seq-No, Orig. Address
Demais espaços de memória são destinados às aplicações de valor adicionado.
SIM Cards: Considerações Finais
O Futuro dos SIM Cards
O aumento da competição entre operadoras proprietárias de redes GSM irá impor uma maior competição por serviços de valor
adicionado e assistência ao cliente, demandando investimentos pesados no controle do churn e na simplificação do uso do celular
como instrumento de conveniência na vida das pessoas. A busca incessante de diferenciais competitivos exigirá das operadoras
grande criatividade no lançamento de serviços e na simplicidade de relacionamento com o cliente. O SIM Card será peça fundamental
na oferta destes diferenciais na medida da evolução tecnológica rumo aos processadores mais poderosos e velozes, maior capacidade
de memória e linguagens de programação que permitam o desenvolvimento e implementação de novas funcionalidades em prazos
competitivos.
Com o aumento da velocidade de transmissão das redes móveis, aplicações voltadas para multimídia, Chat, m-commerce, etc, serão
cada vez mais as impulsionadoras da evolução do SIM Card, elemento fundamental no desenvolvimento de soluções de segurança que
viabilizam estes serviços.
O USIM – Universal Subscriber Identity Module – o SIM Card utilizado em aparelhos celulares 3G (3ª. Geração), foi projetado com
base na experiência de padronização dos SIM Cards GSM e já nasce padronizando o mundo 3G para prover funções básicas de
assinantes e administração de rede tais como escolha de idioma, preferências quando em roaming, segurança e autenticação, além de
permitir aos operadores grande flexibilidade no desenvolvimento de aplicações que de fato criem diferencial competitivo. A
simplicidade de atendimento ao cliente é parte dos novos desafios a serem enfrentados pelas operadoras internacionais, principais
interessadas na excelência da prestação de serviço onde quer que esteja seu cliente.
Referências interessantes
www.gsmworld.com
www.gsmworld.com/gsmeurope/index.html
www.etsi.org
www.tiaonline.org
Lista resumida de especificações do SIM Card / GSM
GSM 02.09
Especificação Aspectos de Segurança
GSM 02.17
Especificação SIM, Características Funcionais
GSM 02.30/ETS 300 068
Especificação Interface Man-machine do aparelho
GSM 03.20
Especificação Funções de Segurança Relativas a Rede
GSM 03.40
Especificação SMS
GSM 03.48
Especificação Funções de Segurança para SMS
GSM 11.10/ETS 300 020-1
Especificação Conformidade do aparelho
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
GSM 11.11/ETS 300 045
Especificação da Interface SIM – aparelho
GSM 11.12
Especificação 3V para SIMs
GSM 11.14
Especificação SIM Tool Kit
GSM 11.17
Especificação testes de SIM
GSM 11.40/ETS 300 020-2
Especificação Simulador de Sistemas
Download de especificações
As especificações GSM 11.11 (Interface SIM Card/telefone móvel), GSM 11.14 (SIM Application Toolkit), GSM 03.48 (OTA), entre
outras, podem ser encontradas no link www.etsi.org/getastandard/home.htm
Definições importantes relacionadas ao SIM Card
ICC-ID
Integrated Circuit Chip Identification
ATR
Answer To Reset – primeira troca de informações entre SIM e o aparelho
PIN
Personal Identification Number
PUK
PIN Unblocking Key
Ki
Subscriber authentication key; the cryptographic key used by the authentication algorithm A3, and cipher key
generator A8
ADM keys
Administrative Keys
LP
Language Preference
IMSI
International Mobile Subscriber Identity
TMSI
Temporary IMSI
Key Kc
Cryptographic key used by the cipher A5
PLMN
Public Land Mobile Network
HPLMN
Home Public Land Mobile Network
ACM
Accumulated Call Meter
SST
SIM Service Table
GID 1&2
Group Identifier Level 1&2
PUCT
Price per Unit and Currency Table
CBMI
Cell Broadcast Message Identifier Selection
SPN
Service Provider Name
BCCH
Broadcast Control Channels
ACC
Access Control Class
FPLMN
Forbidden Public Land Mobile Network
LOCI
Location Information
AD
Administrative Data
ADN
Abbreviated Dialling Number
FDN
Fixed Dialling Number
SMS
Short Message Service
CCP
Capability/Configuration Parameter
MSISDN
Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network
SMSP
Short Message Service Parameters
SMSS
Short Message Service Status
LND
Last Number Dialled
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
EXT 1,2&3
(abril/2005)
Extension 1,2&3
Seq-No
Sequential Number
Orig.Address
Originating Address
WAP
WAP: O que é
O WAP (Wireless Application Protocol) é um conjunto de protocolos de comunicação e um ambiente de suporte para aplicações para
terminais móveis (celulares, PDA's, etc.) desenvolvido para permitir o acesso a Internet e a serviços avançados de telefonia
independentemente do fabricante ou da tecnologia de rede utilizada.
O ambiente WAP provê uma ponte entre os terminais móveis e a Internet ou as redes corporativas, e oferece ainda a possibilidade de
fornecer um número ilimitado de serviços móveis de valor agregado a assinantes independentemente da tecnologia de rede ou do tipo
terminal móvel. Os assinantes podem acessar através de um dispositivo móvel de pequeno porte a mesma informação que está
disponível para um computador desktop convencional.
Histórico
Várias iniciativas independentes dos fabricantes buscaram o desenvolvimento de um ambiente que propiciasse o acesso ao conteúdo
disponível na Internet a partir dos terminais móveis. Alguns sistemas proprietários chegaram a ser oferecidos, porém não estavam
completamente alinhados com os padrões e as tecnologias já estabelecidas para a Internet.
Esta situação levou a Ericsson, a Motorola, a Nokia e a Unwired Planet (hoje Phone.com/Openwave) a fundar, no verão de 1997, o
WAP Fórum com o objetivo inicial de definir um conjunto de especificações para o desenvolvimento de aplicações para redes celulares.
As especificações desenvolvidas para a versão WAP 1.0 não tiveram resultados satisfatórios, e a maioria dos fabricantes aguardou a
versão WAP 1.1 para disponibilizar terminais celulares com essa tecnologia, sendo que os primeiros terminais chegaram ao mercado
em meados de 1999. A versão WAP 1.2.1 foi finalizada em Junho de 2000, e já introduzia novas funcionalidades, tais como a
tecnologia PUSH. A versão atual, a WAP 2.0, foi finalizada e disponibilizada em Janeiro de 2002.
Atualmente o WAP Fórum faz parte da Open Mobile Alliance (OMA), que conta com mais de 300 associados entre operadoras,
fornecedores de terminais e redes celulares, empresas de serviços de tecnologia da informação e provedores de serviços e conteúdos.
A tecnologia WAP criou uma grande expectativa para o mercado pela promessa que fez inicialmente de prover meios para se surfar na
Internet a partir do terminal móvel, criando a tão sonhada Internet móvel. Entretanto, essa expectativa não foi plenamente atendida,
uma vez que as limitações inerentes ao terminal móvel (formato e interfaces) e às redes celulares da época, tornaram a navegação
muito lenta e limitada. Veja maiores detalhes sobre a Internet móvel no tutorial do Teleco Aplicações Atuais e Futuras para
Internet Móvel.
Acesso WAP
A tecnologia de acesso WAP baseia-se no modelo Internet, ou seja, os terminais móveis contém um micro navegador incorporado
enquanto que o conteúdo e as aplicações ficam hospedados nos servidores.
O acesso WAP é feito através da rede celular usando os seguintes elementos funcionais:
•
•
Terminal Móvel: é um dispositivo móvel (telefone celular, PDA, etc.) que está habilitado para o acesso WAP;
Gateway WAP: é o equipamento responsável pela comunicação entre o terminal móvel e o servidor de conteúdo, fazendo a
conversão entre os protocolos WAP da rede celular e os protocolos da Internet;
•
Servidor de Conteúdo: é o equipamento que fornece o conteúdo e as aplicações Web, seja na rede pública ou nas redes
corporativas, a serem apresentados no terminal móvel.
A figura a seguir apresenta o acesso WAP.
WAP: Arquitetura
O WAP foi desenvolvido desde o princípio para ser independente do tipo de terminal móvel ou da rede de transporte de dados
utilizada. Ele deveria atender tanto as interfaces Bluetooth ou as rede GSM e CDMA, como as futuras redes 3G. O WAP não compete
com essas tecnologias de transporte de informações, ele é um conjunto de protocolos que roda sobre qualquer tipo de rede celular
utilizada.
Os principais fatores que nortearam o desenvolvimento do WAP foram:
•
Mercado: os usuários da Internet móvel querem acessar as informações de forma direta e confiável, sem ficar navegando
durante longos períodos de tempo. Além disso, o custo do terminal móvel dever ser o menor possível, apesar das
funcionalidades e serviços fornecidos.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
•
(abril/2005)
Redes: as redes celulares possuem taxas de bits e períodos de latência distintos daqueles previstos para os protocolos da
Internet. Além disso, podem haver períodos de sinal com baixa qualidade e muitos erros de transmissão, ou mesmo
ausência de sinal, quando o usuário sai da área de cobertura.
•
Terminais: os terminais geralmente têm recursos de display, memória e processamento mais limitados. Além disso, como os
terminais destinam-se ao mercado de massa, não se pretende que os usuários instalem software, devido aos problemas
intrínsecos de segurança e da instalação propriamente dita.
Todos esses fatores levaram ao desenvolvimento do WAP com características de sistemas Cliente (micro navegadores) - Servidor
(aplicações e conteúdos), e com protocolos robustos o suficiente para tolerarem tempos de latência maiores e para permitirem a
manutenção e recuperação de seções interrompidas por problemas de sinal da rede celular.
O modelo típico do acesso WAP é apresentado na figura a seguir.
O conteúdo e as aplicações são colocados num servidor preparado para o WAP, e o usuário acessa esse conteúdo através do micro
navegador do terminal móvel. Como a rota entre o terminal e o servidor utiliza 2 tipos diferentes de rede, a comunicação utiliza
protocolos diferentes para essas redes.
Para o segmento da rota que usa a Internet, os protocolos HTTP/TCP/IP são usados. No limite entre as redes, porém fora da rede
celular, o Gateway WAP é instalado para executar a conversão de protocolos. No segmento entre o Gateway e o terminal, utiliza-se o
conjunto de protocolos WAP, otimizado para o uso na rede celular,
Agentes
A parte Cliente do WAP, também conhecida como "User Agent", contém um micro navegador que tem funcionalidades similares aos
navegadores dos computadores convencionais, e que realiza o acesso aos servidores.
O termo "user agent" (UA) é utilizado para indicar a parte do dispositivo WAP que representa a comunicação do usuário com a rede.
De acordo com o projeto do fabricante podem haver vários UA por terminal. O UA solicita objetos ao servidor, sob demanda do
usuário, e então os apresenta no display do terminal.
Gateway WAP
O gateway WAP é, na realidade, um gateway e um proxy num único
equipamento. A figura a seguir mostra os seus protocolos internos.
As funcionalidades de gateway executadas são:
•
•
Fazer a conversão e interface entre o conjunto de protocolos WAP
da rede celular e o conjunto de protocolos utilizados na Internet. O
conjunto de protocolos do lado direito da figura acima, é o mesmo
utilizado em qualquer gateway presente na internet.
Fazer o "caching" de cabeçalho ("header") dos protocolos. Esta
funcionalidade é importante para aumentar a eficiência, pois
muitos protocolos usam cabeçalhos similares durante uma seção
inteira.
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(abril/2005)
As funcionalidades de proxy executadas são:
•
•
•
•
Fazer a codificação de conteúdo para o formato binário e a compilação do WML, e dos scripts WML, os quais são enviados
como arquivos texto pelo protocolo HTTP, e como arquivos binários pelo protocolo WSP através da rede celular.
Fazer "caching" de conteúdo de forma a diminuir o volume de acessos aos servidores.
Realizar a função de DNS ("Domain Name Server") para converter URL's para endereços IP.
Fazer a autenticação de usuários, de forma a garantir que apenas os serviços WAP contratados estão sendo acessados.
Várias funcionalidades adicionais podem ser incorporadas ao gateway WAP. Uma funcionalidade muito importante é o suporte ao
Faturamento ("Billing"). Esta funcionalidade permite a operadora de celular (ou ao provedor que opera o gateway) armazenar e
disponibilizar estatísticas e informações de faturamento dos serviços contratados acessados pelos usuários.
O gateway WAP pode ser implementado em qualquer tipo de plataforma, desde um simples PC até um servidor de grande porte.
Entretanto, para a sua implementação deve-se considerar a capacidade para processar o tráfego atual e futuro, a aderência total ao
padrão WAP e os níveis de segurança suportados.
Servidores
O servidor de conteúdo (ou servidor WAP) pode ser qualquer servidor HTML que entrega páginas web para os computadores
convencionais. A alteração principal que deve ser feita nesses servidores é configurar o conteúdo WML (formato das páginas WAP)
como sendo do tipo MIME (padrão de formato para transferência de objetos). Desta forma, as páginas ou scripts existentes no
servidor podem ser acessadas através dos usuais comandos HTTP das aplicações Web.
Em princípio, qualquer conteúdo no formato original HTML poderia se apresentado no terminal WAP, com algumas limitações na
apresentação de objetos mais complexos como figuras e imagens, principalmente as dinâmicas. Entretanto, as disponibilização de
conteúdo no formato WML, compatível com o WAP, permite ao usuário desfrutar de uma experiência mais adequada ao uso do
terminal móvel.
Quando o usuário seleciona qualquer link no terminal, este gera uma solicitação HTTP do tipo GET para o gateway, usando o conjunto
de protocolos WAP. O gateway recebe esse comando do terminal e converte para o padrão HTTP/TCP/IP e envia para o servidor
através da Internet. O servidor recebe a solicitação e envia o respectivo objeto (uma página WML, por exemplo) para o gateway que,
após a conversão de protocolos, envia para o micro navegador cliente do terminal WAP. O comando GET tem apenas o objetivo de
solicitar um objeto qualquer para o servidor.
Além das páginas estáticas, o servidor também pode executar mini aplicativos e scripts para gerar páginas dinâmicas de conteúdo
WAP. Isto significa que, de acordo com os parâmetros selecionados pelo usuário, o conteúdo da página recebida será diferente.
Quando o usuário seleciona um funcionalidade dinâmica de uma determinada página no terminal, este gera uma solicitação HTTP do
tipo POST com todos os parâmetros selecionados para o gateway, usando o conjunto de protocolos WAP. O gateway recebe esse
comando do terminal e converte para o padrão HTTP/TCP/IP e envia para o servidor através da Internet. O servidor recebe a
solicitação POST, executa o aplicativo local com os parâmetros informados e gera a página WML com o resultado correspondente. Esse
novo objeto é então enviado para o gateway que, após a conversão de protocolos, envia para o micro navegador cliente do terminal
WAP. Este processo permite a execução de aplicações e serviços mais complexo no servidor, sem consumir capacidade de
processamento do terminal móvel.
Além dos servidores de conteúdo, existem também os Servidores de Aplicações de Telefonia (Wireless Telephony Applications - WTA),
que destinam-se ao fornecimento de serviços avançados de telefonia, e a integração com os outros serviços do WAP.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
WAP: Protocolos
O WAP usa, sempre que possível, os protocolos
desenvolvidos para a Internet. Entretanto, nem sempre
esses padrões são adequados às características das redes
sem fio dos sistemas celulares. As comunicações HTTP são
sempre do tipo comando - resposta, sem a preocupação de
manter um controle de estado ou de sessão, devido a boa
qualidade das redes que compõem a Internet. Mesmo com a
adoção dos "cookies" como forma de manter alguma
informação no computador do usuário, esta solução não é a
mais adequadas para o terminais móveis.
O padrão WAP teve que adequar-se as características das
redes sem fio, e implementar o controle de manutenção e
recuperação de sessões e ainda a possibilidade de manter
informações de sessão do usuário para uso posterior.
A figura ao lado mostra o conjunto de protocolos que
compõem o WAP. Embora as camadas de menor nível não
sejam visíveis para os usuários e desenvolvedores, elas
impactam diretamente no desempenho do WAP nas redes
celulares.
Wireless Application Environment (WAE)
O WAE é um ambiente desenvolvido para ser flexível e completo, embora destine-se a apresentação de informações em terminais
móveis. Para esse ambiente foi desenvolvida uma linguagem especial e mais moderna denominada Wireless Markup Language
(WML).
O WML baseia-se no XML (Extensible Markup Language), e possui as seguintes características:
•
Baralho de Cartas: enquanto o objeto HTML mais comum é uma página, o WML usa o conceito de um baralho de cartas
("deck-of-cards"). Quando o usuário solicita um objeto WML ele recebe esse conjunto de cartas e "surfa" nelas no navegador
do terminal móvel.
•
Texto e Imagens:
•
Aplicações de Servidor: assim como o HTML, é possível escrever scripts e aplicações para executar no servidor para
tem suporte limitado para layout e frame, sendo mais adequada para a apresentação de textos e
imagens no terminal móvel.
gerar páginas dinâmicas.
•
Imagens: o suporte a imagens ainda é limitado. A conversão dos formatos usuais da Internet para o formato WML é feita
no gateway WAP.
•
Eventos, Variáveis e Estados: tem suporte para o tratamento de eventos e timers, e ainda dá suporte a manutenção
•
Formato Binário: embora o formato das páginas HTML e WML seja texto, o gateway WAP compila o objeto e gera um
de variáveis e estados durante sessões ativas independente da qualidade do sinal da rede.
formato binário para ser enviado para o navegador do terminal móvel.
Como complemento para o conjunto de aplicações WAP, desenvolveu-se também o Wireless Telephony Applications (WTA) com o
objetivo de fornecer uma interface entre o conteúdo WAP e as funcionalidade normais de um terminal móvel.
Como o WTA é possível, por exemplo, acessar uma aplicação do tipo Páginas Amarelas e clicar sobre um link de um número telefônico
para que o mesmo seja discado ou armanzenado na agenda telefônica ou SIM card do terminal móvel.
Aplicações dessa natureza podem estar disponíveis em servidores públicos ou internos a rede de uma determinada operadora, ou
ainda como parte de serviços fornecidos por provedores de conteúdo.
Wireless Session Protocol (WSP)
O WSP permite ao WAP definir sessões e conexões que considerem o estado da parte cliente do terminal móvel. Desta forma, embora
o usuário tenha problemas de sinal no terminal móvel, ou mesmo o desligue temporariamente, ao restabelecer a comunicação a
sessão anterior pode ser retomada e a navegação pode ser reiniciada no mesmo ponto.
Devido as funcionalidades inerentes do WSP e ao fato de não usar os cookies do HTML, informações pessoais e da sessão que se
encontra em andamento podem ser armazenadas até nos SIM cards, de forma mais segura.
A existência do WSP facilita o suporte a tecnologia PUSH, onde os servidores enviam de forma espontânea informações solicitadas
pelos usuários, com a garantia de que o terminal vai receber a informação independente dos problemas de sinal ou rede existentes.
Para atender o seu objetivo o WSP utiliza cabeçalhos mais complexos na troca de mensagens. Devido a característica intrínseca do
WAP de transferir informações no formato binário ao invés do formato texto usual da Internet, mesmo os cabeçalhos mais complexos
utilizam poucos bytes da mensagem e não interferem no desempenho do protocolo.
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(abril/2005)
Ainda a exemplo do protocolo TCP/IP da Internet, o WSP oferece 2 tipos de serviços: orientado a conexão e sem conexão. O serviço
orientado a conexão é o mais confiável e garante o envio das mensagens para o destino solicitado. O serviço sem conexão usa a
mesma filosofia envie-e-esqueça do UDP do protocolo IP, porém o cabeçalho das mensagens é mais complexo pois deve incluir
informação suficiente para que elas sejam corretamente enviadas ao seu destino.
Wireless Transaction Protocol (WTP)
O WTP foi desenvolvido para ser mais confiável que o UDP, porém menos pesado e complexo que o TCP do protocolo IP. Ele é um
protocolo leve para transações que esconde as condições ruins de rede dos protocolos das camadas superiores e do usuário.
O WTP é um protocolo orientado a mensagens, ao contrário do HTTP/TCP, que é orientado a pacotes. Ele procura garantir que uma
mensagem foi entregue, ou seja, que a transação foi completada, enquanto o HTTP/TCP procura garantir que um conjunto de pacotes
foi entregue na ordem correta.
Wireless Transport Layer Security (WTLS)
O WTLS foi baseado no protocolo Transport Layer Security (TLS), antigo SSL, da Internet. O TLS utiliza algumas das funcionalidades
confiáveis do TCP, enquanto o WTLS tem que prover essas funcionalidades internamente. Por outro lado, o WTLS pode operar com o
UDP, e o TLS não pode.
O WTLS é completamente modular e cabe aos protocolos das camadas superiores definir o tipo de segurança a ser utilizada. Os
objetivos principais de seu uso são prover integridade dos dados, privacidade e autenticação na comunicação entre 2 aplicações.
Como os demais protocolos do WAP, o WTLS é otimizado para o uso em redes com banda e desempenho limitados, porém ainda
assim existem algumas questões que devem ser consideradas e os desenvolvedores devem tomar cuidado quanto ao seu uso
excessivo.
Uma sessão segura do WAP também utiliza o HTTPS. Ao iniciá-la executa-se um procedimento de definição de nível de segurança
entre a aplicação cliente e a aplicação do servidor, a autenticação é realizada, o uso dos dados comprimidos e/ou criptografados é
definido e o uso de certificados é negociado. A seguir a sessão é habilitada para a navegação do usuário.
O WTLS fornece classes de serviços sem certificados, sem certificado na aplicação cliente e com certificado no servidor (a mais
comum) e com certificado tanto na aplicação cliente como no servidor. Entretanto, especial cuidado deve ser tomado com o
certificado, pois o seu tamanho padrão de 1 KB acrescenta uma sobrecarga adicional ao protocolo, especialmente em algumas
terminais WAP onde o tamanho padrão máximo do conjunto de cartas ("deck") também é de 1KB.
Wireless Datagram Protocol (WDP)
A camada de Transporte do WAP está dividida entre o WTP e o WDP. O WDP serve de interface entre qualquer rede de transporte (IS95, GSM, GPRS, etc.) e as camadas superiores do WAP. Ele serve para esconder as diferenças de estar usando, por exemplo, uma
rede GPRS com IP ou o SMS sobre uma rede GSM. Quando essa rede de transporte não usa o protocolo IP, o WDP introduz uma
camada de adaptação para as camadas superiores do WAP. Quanto mais avançado for o serviço oferecido pela rede de transporte,
menor é a adaptação necessária. Com o objetivo de usar componentes existentes nas recomendações dos protocolos da Internet, o
WAP usa o UDP sempre que uma rede de transporte suportar o protocolo IP.
O UDP é meramente um protocolo de entrega de pacotes, que não faz o reenvio de pacotes perdidos ou com atraso. No caso do WAP,
o WDP é complementado com outras funcionalidades, tais como a retransmissão de pacotes perdidos.
O WAP também não controla a segmentação de pacotes inerente ao TCP/IP. No segmento WAP os pacotes têm tamanho fixo, e cabe
ao TCP definir o tamanho de fragmentação de pacotes, caso seja necessário, no segmento Internet da rede.
Adicionalmente, o WDP controla o número da porta para as aplicações, de forma a permitir que várias aplicações possam ser
executadas no mesmo terminal.
WAP: Uso e Segurança
O WAP foi desenvolvido com o objetivo de prover o acesso aos terminais móveis do vasto conteúdo existente na Internet, e de
aproveitar esse modelo para oferecer, de forma rápida, novos serviços aos assinantes das redes celulares. O atendimento deste
objetivo, provendo acesso ao conteúdo da Internet através dos terminais móveis foi a maior contribuição do WAP para os assinantes
das redes celulares, embora com algumas limitações.
O seu uso traz vantagens para todos os segmentos do mercado, como pode-se observar nos parágrafos a seguir:
Operadoras
Para as operadoras das redes celulares, o WAP possibilita diminuir o "churn", cortar custos, e aumentar a base
de assinantes tanto melhorando os serviços existentes, tais como as interfaces com as caixas postais e os
sistemas de faturamento ("billing") de pré-pagos, como facilitando a implementação de novos serviços e
aplicações de valor agregado, tais como o gerenciamento de contas e o faturamento de serviços sob demanda.
As novas aplicações podem ser introduzidas rápida e facilmente sem a necessidade de infraestrutura adicional
ou de modificações no terminal móvel. Isto permite que as operadoras se diferenciem de seus concorrentes
com serviços de informação novos e personalizados. O WAP é uma ambiente interoperável, permitindo a
implantação de soluções "turnkey" fim-a-fim que podem criar vantagens competitivas, buscar a fidelidade do
assinante e aumentar a receita.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
Provedores
Conteúdo
de
(abril/2005)
As aplicações são escritas em WML, que é um subconjunto do XML (Extensible Markup Language). Usando o
mesmo modelo que o Internet, o WAP permite aos provedores de conteúdo usar o WML para prover serviços
para os terminais móveis a partir dos serviços existentes, e implementar novos serviços rapidamente.
Como o WAP é um padrão aberto e interoperável, os provedores de conteúdo e aplicações passam a ter acesso
a um grande número de Clientes potenciais que querem utilizar cada ver mais serviços a partir de seus
terminais móveis Isto representa um oportunidade significativa de novas receitas.
Outra grande vantagem desse modelo, é que mesmo o conteúdo usual de Internet pode ser disponibilizado para
os usuários do WAP, sem novos desenvolvimentos, tomando apenas alguns cuidados na elaboração das páginas
e demais objetos dinâmicos.
Usuários
Os usuários do WAP podem beneficiar-se do acesso fácil e seguro à informações relevante da Internet e a
serviços tais como mensagens, operações bancárias e entretenimento através de seus terminais móveis. As
informações das redes corporativas, tais como acesso as bases de dados e emails, também podem ser
acessadas através da tecnologia WAP.
Como a maioria dos fabricantes já fornece terminais com o WAP, os usuários já têm liberdade para escolher o
modelo e as aplicações mais adequadas para seu uso. Além disso, os usuários podem receber e pedir
informações num ambiente controlado, rápido e de custo relativo mais baixo.
Para aqueles usuários que demandam cada vez mais funcionalidades e serviços a partir dos terminais móveis,
certamente os provedores de conteúdo vão disponibilizar serviços cada vez melhores e mais sofisticados. Com o
uso da tecnologia PUSH existente no WAP, serviços como notícias, informações de viagem e previsão climática
devem se tornar mais comuns e de acesso generalizado para os usuários.
Segurança
Alguma considerações sobre segurança podem ser feitas para o ambiente WAP:
•
Terminais: O uso dos micro navegadores nos terminais móveis permite que sejam minimizados os problemas relativos a
instalação de software pelos usuários, tanto pela instalação propriamente dita, como pela propagação de vírus. Portanto, o
fato do WAP não necessitar de softwares adicionais, permite que a segurança do terminal possa ser eficiente. Entretanto,
problemas como os encontrados nos computadores convencionais ao receber mensagens ou arquivos anexados, devem ser
considerados como cautela pelos usuários, para evitar essas formas de proliferação de vírus.
•
Gateway WAP:
Os gateways WAP são responsáveis pela conversão dos protocolos WAP e da Internet, conforme foi
citado anteriormente. Nessa conversão existe um ponto onde toda a informação de um determinado protocolo foi
recuperada, e encontra-se no formato original para ser convertida para o outro protocolo. Nesse momento ela encontra-se
sem nenhum tipo de criptografia ou compressão e, portanto, suscetível a problemas de segurança. Os fabricantes de
gateway têm procurado cada vez mais melhorar esse processamento mantendo a conversão em um único processo,
evitando salvar qualquer informação em memória para aumentar o grau de segurança desses equipamentos. Entretanto,
este ainda é um ponto vulnerável.
De qualquer forma, visto que o ambiente do WAP é similar ao da Internet, o usuário deve ter os mesmos cuidados para seu uso que
teria com os serviços acessados pelo seu computador convencional.
WAP: Considerações finais
O WAP representa um grande esforço de padronização realizado pelos diversos segmentos de mercado interessados na
disponibilização de um número cada vez maior de serviços para os terminais móveis. Afinal, os crescimento do número de celulares
mostra que cada vez mais se deseja a comunicação aqui e agora, esteja onde estiver. Os serviços de valor agregado são, portanto,
consequência lógica desse desejo de comunicação ampla e irrestrita.
Mas se o WAP foi desenvolvido para terminais e redes que tinham problemas de banda e de tempos de latência, entre outros, qual é o
seu futuro?
Existe um esforço de desenvolvimento de uma nova versão do WAP, que está sendo sendo chamada de WAP 3G, Esta versão deve
considerar que alguma compatibilidade deve ser mantida com as versões atuais do WAP, assim como os padrões proprietários de
algumas operadoras envolvidas no desenvolvimento dessas especificações.
Questões como o tipo de linguagem utilizada (WML, HTML, XML, XTML, etc.) ou os problemas adivindos da diversidade de tipos e
tamanhos de displays dos terminais e as formas de apresentação das informações tem sido tratadas tanto pelo WAP Fórum como pelo
W3C, o consórcio responsável pela padronização dos conteúdos da Internet.
Apesar de todo esse esforço, para responder de fato essa questão pode-se refletir sobre os seguintes aspectos do WAP:
•
Conteúdo em dispositivos de pequeno porte: o WAP foi desenvolvido desde o princípio para formatar conteúdo
•
Eficiência:
para terminais móveis pequenos e com formatos diversos,
quanto maior for a preferência por informações transportadas por pacotes de dados a partir de sites da
Internet, maior será a chance dos usuários serem cobrados pelo volume de pacotes transportados. Portanto, será desejável
ter o mínimo possível de informação adicional de protocolo para cada bit de informação enviada. Desta forma, o pequeno
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
"overhead" dos protocolos WAP e o formato binário de seu conteúdo contribuem para aumentar a eficiência do transporte de
informações.
•
Confiabilidade: as conexões nas rede celulares são passíveis de serem interrompidas devido a buracos de cobertura ou
áreas de sombra. As aplicações devem ser robustas para permitirem que esse problemas não interfiram no seu
funcionamento. A funcionalidade de manutenção e recuperação de sessões do WAP permite que as aplicações continuem
funcionando, mesmo após longos períodos de interrupção.
•
Integração:
para de fato alavancar as funcionalidades da Internet móvel, deve-se considerar a sinergia entre as
aplicações de dados e as funcionalidades de telefone do terminal. A integração entre uma informação de número de telefone
obtida em um site e o discar a um "clique" é uma particularidade que o ambiente WAP oferece através do WTA.
Conclui-se, portanto, que o WAP tem muitos aspectos favoráveis a sua manutenção como tecnologia que pode sobreviver mesmo nas
redes 3G, apesar dos problemas que todas as tecnologias em evolução apresentam.
O WAP tem vocação natural para atender as aplicações que necessitam de funcionalidades de navegação ou controle de transações.
Para outros casos, o download de aplicações JAVA que executam funcionalidades específicas pode ser muito mais vantajoso e
eficiente.
Referências
WAP Fórum
WAP Fórum, órgão responsável pelo pelo desenvolvimento de padronização para aplicações compatíveis com a Internet para as Rede
Celulares.
IETF
The Internet Engineering Task Force, órgão responsável pelo desenvolvimento de padronização para a Internet (RFC).
WIRELESS MESSAGING
Introdução - Wireless Messaging
Imagine a seguinte situação corriqueira:
"Domingo à tarde, 16h, seu time de futebol está prestes a entrar em campo, mas sua namorada te faz aquele convite para ir ao
cinema. Daí você, sem poder recusar as exigências de sua parceira, pega o celular e envia uma mensagem SMS para um determinado
número, solicitando a programação do cinema. Em poucos segundos seu aparelho recebe uma lista de vários filmes, respectivos locais
e horários. Qual filme decidir? Qual é o nome daquele que tem tal atriz ou ator? Difícil saber, você terá agora que mandar outra
mensagem de texto para saber a sinopse de alguns filmes e, a partir daí, decidir...
Tudo pronto, vocês decidiram qual o filme, mas e o jogo de futebol? Não se preocupe, você está cadastrado no serviço de mensagens
para receber quase que em tempo real os resultados (gol a gol) quando seu time está em campo."
Esta estória não mostra nenhuma novidade, sendo apenas um conto de uma situação do dia a dia.
Porém, avançando alguns anos (não muitos), pode-se ter a mesma situação. Porém algumas questões tecnológicas diferentes:
A forma de enviar a mensagem do seu aparelho (agora muito mais moderno, com tela touchscreen , colorida de cristal líquido, matriz
ativa e alta resolução) para saber qual filme assistir, poderá ser a mesma, no entanto, você irá receber como resposta a lista de filmes
com diversos links. Para decidir qual o filme, basta clicar em um deles e assistir o trailler que nada mais é que um vídeo sob demanda
no formato MPEG-6. Já no cinema, durante o filme você é interrompido por uma mensagem anunciando um gol do seu time que está
disputando a final do campeonato. O detalhe é que nesta mensagem você tem outro link para assistir o replay do gol marcado.
Toda essa situação mostra algumas das várias aplicações do Serviço de Mensagens Multimídia - MMS. Este serviço permite que se
envie imagens, som, texto e animações de celular para celular, da internet para o celular ou vice versa. Estas possibilidades abrem
várias portas para a criação de aplicações focadas no mercado de massa e nas corporações.
Para muitos usuários do sistema móvel, esse serviço ainda está distante, mas ele já é realidade em alguns países. A Telenor na
Noruega foi a primeira operadora do mundo a oferecer os serviços para seus assinantes, utilizando sua rede 2,5G (GPRS). Ele se
tornou possível também aqui no Brasil. Em março de 2002 houve a primeira demonstração do serviço em uma rede GSM/GPRS real
(Oi - operadora da Telemar), além da realização do primeiro teste bem sucedido do mundo sobre rede CDMA 1xRTT (2,5G) na Telesp
Celular.
Este tutorial apresenta algumas características técnicas da plataforma MMS e suas aplicações. Além disso, mostra qual o impacto e as
oportunidades geradas que poderão ser um marco deste novo mundo que funde sistemas móveis e aplicações multimídia.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
WAP - Início da Internet Móvel
WAP significa "Wireless Application Protocol". É uma especificação aberta, global que permite aos usuários de terminais móveis
celulares de baixa velocidade (2G e 2,5G) e dispositivos Handeheld interagirem com informações e serviços localizados em servidores
conectados à rede celular. Esta tecnologia foi projetada para trabalhar com a maioria das redes sem fio como CDPD, CDMA, GSM,
PDC, PHS, TDMA e GPRS.
No final do ano 2000, estimava-se que o número de usuários WAP atingiria 2% (cerca de 450 mil usuários) do total de usuários de
telefone celular no Brasil. O grande obstáculo foi o custo dos terminais que suportavam esse serviço, além disso, o principal agravante
que inviabilizou o crescimento potencial das aplicações WAP foi a baixa velocidade dos acessos (9,6kbps e 14,4kbps), conjugada com
a tarifação por minuto do uso do celular para acessar a internet ou outras aplicações de dados baseadas nesta interface.
Na situação atual da infra-estrutura no Brasil, a maioria das aplicações sem fio é feita com base em Short Message Service - SMS.
Com o amadurecimento das novas estruturas 2,5G, baseadas em GPRS e IxrTT, já é possível visualizar novas formas de aplicações.
WAP Push: Uma modalidade WAP
O WAP Push é a recepção de informação não solicitada no momento, pelo usuário, através de WAP. Esta informação pode surgir em
forma de alertas para, por exemplo, notícias, cotações de bolsa e outros serviços disponíveis em terminais com capacidade de
transmissão de dados.
O aparelho recebe a mensagem Push e o cliente poderá interagir com as informações em função do conteúdo. Sempre haverá a
necessidade de uma conexão WAP no retorno, para fornecer a resposta à mensagem ou resgatar um conteúdo mais detalhado, ou
seja, recebe um texto e aí confirma se quer assistir ou não ao vídeo, por exemplo.
O WAP Push foi inicialmente concebido no intuito de fornecer sistema de alerta em tempo real, com a possibilidade de acessar um
conteúdo mais detalhado. Hoje é uma peça chave dos sistemas de MMS porque na maioria dos casos usa-se o mesmo protocolo de
envio das mensagens.
O Serviço de Mensagens Curtas - SMS
O Serviço de Mensagens Curtas (SMS) surgiu em 1991 na Europa, onde o padrão GSM, já incluía em seus serviços, a transmissão das
mensagens curtas. Nos Estados Unidos o serviço tornou-se disponível primeiramente nas redes digitais construídas pelos pioneiros
como BellSouth Mobility, PrimeCo, e Nextel, entre outros. Essas redes wireless eram baseadas nos padrões GSM, bem como CDMA e
TDMA. No Brasil, o SMS teve seu início em 1999 quando a BCP Telecomunicações lançou seu serviço "Digimemo".
As aplicações iniciais de SMS visavam eliminar os pagers alfanuméricos, permitindo serviços em que as mensagens poderiam ser
enviadas nos dois sentidos, primeiramente para o correio de voz. As tecnologias de redes evoluíram e uma variedade de serviços
foram lançados, incluindo o e-mail, o fax e a integração com paging, operações bancárias, serviços de informação, tais como
indicadores econômicos, e integração com aplicações baseadas na internet.
Nos dias atuais, além de poder mandar um recado para o celular de outra pessoa, o usuário também está submetido a vários
diferentes serviços disponibilizados pelas operadoras. O que as prestadoras estão trazendo agora é uma interatividade maior, algo
além de, unicamente, o texto.
Uma mensagem de texto SMS é uma string de tamanho muito pequeno, de 100 a 256 caracteres. Para aplicações na telefonia celular
o comprimento mais comum é 150 caracteres que trafegam nos canais de controle.
Os serviços de mensagens estão a tornar-se um veículo de informação e úteis nas transações de serviços. Neste cenário, os
telemóveis estão, rapidamente, se transformando em dispositivos mais avançados tornando a telefonia móvel uma nova era
aplicacional.
Multimedia Messaging (MMS) é o próximo
passo
na
evolução
dos
sistemas
de
mensagens,
tornando-se
as
principais
aplicações nas redes móveis com a evolução
da largura de banda para o GPRS, EDGE e
UMTS.
Figura 1: Evolução dos serviços de
mensagens
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
O Serviço de Mensagens Multimídia - MMS
Largura de banda é sinal de serviços multimídia e com as redes 2,5 e 3G será cada vez maior a possibilidade de criação e utilização do
celular de maneira diferente.
Ao contrário dos serviços de e-mail atuais, onde as diferentes mídias são recebidas como arquivos anexados, no MMS, as mensagens
podem vir acompanhadas de informações sobre a sincronização e apresentação das diversas mídias enviadas.
O MMS é um padrão estabelecido pelo "3GPP - Third Generation Partneship Project", que abrange todas as entidades em nível mundial
que participam do desenvolvimento da próxima geração. Apesar de previsões de demora na implantação do padrão 3GPP, quase todos
os principais operadores mundiais de comunicações móveis já têm plataformas suportando protótipos dos serviços MMS.
Da mesma forma que o SMS obscureceu os serviços de "paging", espera-se que os serviços MMS abram novas perspectivas de
utilização e exploração comercial de novas aplicações. Mais do que uma evolução do SMS, o MMS é uma forma de comunicação
inteiramente nova e distinta.
O MMS possibilita um intercâmbio de um ou mais elementos de mídia entre usuários ou um servidor de conteúdo, sem a necessidade
do serviço ser prestado em tempo real. Este serviço deve suportar e aproveitar os avanços já realizados na área de multimídia e dos
serviços de mensagem atuais, adicionando requisitos específicos para mobilidade, buscar sempre manter a compatibilidade e reutilizar
os padrões já estabelecidos.
Arquitetura
O 3GPP define a arquitetura do MMS segundo a figura
abaixo , onde se tem redes diferentes, integrando os
serviços de mensagem já existentes. Os terminais operam
junto
ao
MMSE
(Multimedia
Messaging
Service
Environment) que oferece todos os elementos do serviço:
encaminhamento, armazenamento e notificações.
Figura 2: Arquitetura MMS
A figura ao lado mostra que o MMS deve englobar redes
diferentes sendo que a conexão e a garantia de
compatibilidade entre elas se dá pelo uso do IP e dos
protocolos de mensagem da Internet.
Figura 3 : Topologia da Rede MMS
•
•
MMSNA - Multimedia Messaging Service
Network Architecture engloba todos os vários
elementos para prover um MMS completo para
um usuário (incluindo compatibilidade interredes);
MMSE é uma coleção de elementos da rede
MMS
sob
o
controle
de
um
único
administrador. Nos casos de roaming, a rede
utilizada pelo usuário visitante é considerada
parte do MMSE do usuário, enquanto usuários
de um outro provedor de serviços pertencem a
MMSE distintos;
•
MMS Relay/Server é responsável pelo
armazenamento
e
encaminhamento
de
mensagens e pela transferência destas
mensagens entre diferentes sistemas de
mensagem. Dependendo do modelo de
negócio, o MMS Relay/Server pode ser centralizado em um único elemento ou estar distribuído na rede. Ele deve ser
responsável pela geração de dados para cobrança (CDR - Charging Data Record);
•
•
MMS User Databases é o responsável pelo armazenamento de informações sobre os usuários;
MMS VAS Applications oferece Value Added Services (Serviço de Valor Adicionado) aos usuários MMS.
Na implementação do MMS o 3GPP propõe, sempre que possível, utilizar protocolos já existentes (WAP, SMTP, ESMTP como protocolos
de transferência; lower layers para prover push, pull, notification) e formatos de mensagem já usados (SMIL, MIME).
A figura a seguir mostra um exemplo de mensagem MMS enviada de um usuário para outro. Note a interação entre as centrais SMS e
MMS, onde o receptor da mensagem primeiramente recebe uma notificação da mensagem MMS [na figura indicado como B] e daí, se
ele quiser baixar o arquivo, conecta-se ao MMSC (Central MMS) e efetua o download do arquivo [C]. Em seguida o originador recebe
uma confirmação da entrega [D].
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Figura 4: Exemplo de transação MMS
Principais Características - MMS
O MMS se aplica apenas na comunicação assíncrona, em tempo não real. O usuário recebe os dados da mensagem por partes e pode
acessá-la apenas quando todas as partes foram recebidas.
Endereçamento
O MMS deve conseguir um formato de endereçamento eficiente e, ao mesmo tempo, deve ter significância para o usuário. Atender a
estes dois requisitos é muitas vezes difícil. O endereçamento do e-mail é comumente utilizado, porém, no universo sem fio, devido à
necessidade do uso eficiente da banda e da dificuldade do uso dos teclados nos dispositivos móveis, o endereçamento é diferente. Nas
redes GSM, por exemplo, o endereço de usuário é baseado no MSISDN - como nos sistemas de paging, onde os usuários possuem
números PIN (Personal Identification Number) associados.
Streaming Service
Streaming consiste em uma aplicação "tocar" de forma sincronizada media streams (fluxo de mídia) de forma contínua, sendo que
esse fluxo está sendo transmitido para o cliente através de uma rede de computadores. Essas aplicações são classificadas em ondemand (sob demanda) ou live (ao vivo). As primeiras têm como exemplo musica e vídeos pedidos sob demanda, já as segundas
podem ser programas de radio ou televisão.
MMS suporta streaming para o recebimento de conteúdo Multimídia (um ou mais elementos), porém o suporte a este serviço é
opcional tanto para o MMS User Agent quanto para o MMS Relay/Server. No caso destas duas entidades suportarem streaming, o uso
de streaming para entrega de mensagens pode depender do MMS Relay/Server - baseado no tipo e no formato de mídia do conteúdo
da MM, de negociação de capacidades e/ou de preferências do usuário. O MMS Relay/Server pode converter ou formatar tipos de
mídia da MM antes do início da transferência.
Após receber a notificação do MMS Relay/Server sobre uma mensagem disponível e for decidido pelo uso de streaming, o MMS
Relay/Server deve fazer a conversão do arquivo multimídia de modo a possibilitar o envio de uma ou mais mídias. A conversão deve
também fornecer descrições sobre a apresentação de cada mídia sendo transmitida, o MIME type e todas as outras informações
necessárias ao User Agent para iniciar o processo de streaming.
Packet Switched Streaming Service - PSS
O 3G Packet-switched Streaming Service (3G PSS) tem como objetivo o envio de mídias contínuas (Streaming) para dispositivos
móveis, de forma a dar suporte a diversas aplicações, como serviços de notícias - utilizando apenas fala e imagens estáticas
(pequenas taxas de bits), músicas com qualidades variadas (maiores taxas de bit), vídeos, esportes ao vivo etc.
Em sistemas 3G, o Packet-switched streaming service (PSS) tem como objetivo fazer a ponte entre os sistemas de MMS e
conversacionais.
Serviços básicos de streaming são compostos por protocolos de controle de streaming (streaming control protocols), protocolos de
transporte (transport protocols), media codecs e protocolos de descrição de cenários (scene description protocol).
É importante notar que o PSS opera de forma integrada com o WAP.
Entre os atributos definidos no componente "Streaming" temos o número de canais de áudio, uma lista com os MIME types aceitáveis,
a versão PSS utilizada, a tamanho do visor, Vídeo Decodíng Byterate máxima suportada (por exemplo, 8000 no caso do H.263),
tamanho do buffer disponível para decodificação, etc.
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(abril/2005)
Cobrança
A forma de cobrança ainda é um ponto em aberto. Consenso existe apenas no fato de que deve ser baseado em pacotes e não em
tempo de conexão (air time use) . Existem várias maneiras para cobrar do usuário: tarifas flat, por volume ou até por transação. Para
se tomar essa decisão deve-se entender os padrões de utilização do celular e o valor percebido pelos consumidores. Cabe lembrar que
o SMS levou quatro anos para ser utilizado em larga escala, sendo que para o WAP até hoje não se atingiram os níveis esperados de
utilização, fato este que se deve principalmente à forma de cobrança do serviço.
Sistema de Mensagem
Um esforço importante na área é a convergência dos padrões de transmissão multimídia em ambientes móveis sobre a especificação
do MMS. Baseada em XML e construída para ser implementada sobre o WAP1.2, a MMS permite exibição de imagens em formato
JPEG, WBMP, GIF87a e GIF89 que podem ser mostradas em múltiplos quadros e sincronizadas com texto e voz. Para a sincronização
entre os conteúdos usa-se a Synchronized Multimedia Integration Language (SMIL), baseada em SyncML e WML. A SMIL também é
responsável pela definição da apresentação do conteúdo.
O MMS é um passo intermediário rumo as aplicações multimídia em tempo real e um esforço convergente e conjunto das principais
prestadoras de telecomunicações e fabricantes de tecnologia. Ou seja, deve-se definir os padrões de uso de MCM em redes celulares.
Mas o MMS se aplica apenas a comunicação assíncrona, em tempo não real. Os usuários recebem a mensagem por partes e podem
acessá-la apenas quando todas as partes foram recebidas.
O Mercado e as aplicações - Exemplos
De acordo com o instituto de pesquisas Ovum, o mercado de mensagens de texto via celular (SMS) está prestes a passar por um novo
"boom". Na visão da empresa, o surgimento de tecnologias mais avançadas, o acesso móvel a e-mail e a mensagens instantâneas,
somado à maior utilização do SMS em mercados novos, como a China e o Brasil, devem ser os principais responsáveis pela segunda
fase de crescimento. Para o Ovum, as mensagens de texto devem ser responsáveis pela maior parte da receita de dados da telefonia
móvel. A renda anual gerada pelo SMS deve alcançar o ápice entre 2006 e 2007, época em que será de aproximadamente $39 bilhões
em todo o mundo. O Yankee Group também segue a mesma linha e informa que o mercado de messaging, do SMS ao MMS,
movimentará $44 bilhões no ano de 2005.
As figuras a seguir (Figuras 5 e 6) mostram o que se espera do mercado de mesagens móveis. No ano de 2002 as mensagens
multimídia não atingiram nem 1% do total de mensagens enviadas no mundo. Os dados são do Telecom Trends International.
Figura 5 : Mensagens Móveis em 2002
Para o ano 2008, as empresas apostam na difusão
maior dos serviços de mensagens. Os usuários básicos
são os que unicamente utilizam o serviço para troca de
mensagens com outro usuário. Já os avançados usam o
SMS como meio de informação, geralmente estão
registrados aplicações que vinculam o SMS com outro
sistema (localização, propaganda, horóscopo, etc.).
Figura 6: Mensagens Móveis em 2008
Existem mais usuários da internet móvel no Japão do que em qualquer lugar.
O mercado japonês é o maior, de acordo com o Eurotechnology, a figura
abaixo mostra o market share para a internet wireless
Figura 7: A Internet Wireless
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(abril/2005)
Considerações finais
Concluindo, fica registrado para reflexão o seguinte:
"Para se mostrar um vídeo preto e branco (onde 1 bit de informação define a cor de cada ponto), é necessário que se mostre uma
imagem completa a cada 1/20 segundos. Se esta imagem possui 320x320 pontos, resolução aproximada de um PDA, então, o volume
de informação necessária para apresentar um segundo de filme é 20x320x320 bits, ou seja, é necessária uma taxa de transmissão de
pelo menos 2 Mbps. Se este vídeo é em cores, as taxas requeridas sobem para 16 a 32Mbps".
Isso mostra, de certa forma, o quão difícil é a tarefa de enviar vídeo em tempo real, principalmente em redes wireless. Graças aos
grandes avanços nos padrões e técnicas de processamento e compressão de sinais digitais somados aos sistemas que usam banda
maior, hoje já é possível conversar com um usuário e vê-lo em seu terminal móvel. No Japão a empresa NTT DoCoMo já possui o
serviço de transmissão de vídeo em tempo real.
A NTT DoCoMo oferece uma gama de serviços prestados por meio da interface aérea PDC (Personal Data Communication), que é o
sistema digital disponível em terminais pessoais e móveis.
O serviço i-mode permite aos usuários acesso a uma variedade de informação, e-mail, operações simples com "browser" para acesso
móvel à Internet.
O servidor de i-mode funciona como um servidor de roteamento entre a rede i-mode e a internet. Os usuários podem enviar ou
receber e-mails, além de acessar os arquivos anexos às mensagens, como imagens, sons e outros.
Em abril de 2000, a NTT DoCoMo introduziu um sistema de LAN sem fio que hoje serve vários usuários. Esse sistema alcança uma
taxa de até 5Mbps. Estão ainda previstas redes de acesso com banda de 5,3GHz, dobrando a capacidade do sistema e permitindo
taxas de até 18Mbps.
Figura 8 : Terminal de videoconferência
Referências
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Bernal, Paulo Sérgio Milano, "Comunicações Móveis - Tecnologias e Aplicações", São Paulo, Ed. Érica, 2002;
www.nttdocomo.com;
Yavox Latin America, "Evolução do Mercado de Wireless Messaging", Mobile Corporate Forum 2003;
A. Pinho, "Codificação e Comnpressão de Voz - A norma H.263";
Heron Vilela, "Protocolos para Mobile Multimídia", Dissertação, PUC-RJ, 2003;
Arlindo Flávio da Conceição, "Estudo preliminar sobre transmissão de Multimídia em Computação Móvel";
www.wapforum.org.
REDES AD-HOC
Redes Ad Hoc
1. Introdução
Recentemente, vem sendo observado um grande crescimento nas áreas de comunicação celular, redes locais sem-fio e
serviços via satélite. Este crescimento permitirá, em um futuro bem próximo, que informações e recursos possam ser
acessados a qualquer instante e em qualquer lugar.
Devido ao atual crescimento do segmento de computadores pessoais portáteis, estima-se que em poucos anos será bastante
comum as pessoas possuírem algum tipo de dispositivo portátil com capacidade de se comunicar com a parte fixa da rede e
até com outros computadores móveis.
Este tipo de ambiente onde os usuários móveis podem realizar comunicações sem-fio para acessar recursos distribuídos faz
parte da linha de pesquisa de Redes Móveis sem-fio. Basicamente, existem dois tipos de Redes Móveis sem-fio: as redes ad
hoc e as redes infra-estruturadas.
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2. Redes Móveis Sem-fio
2.1 Redes Infra-estruturadas
Nas redes infra-estruturadas toda comunicação entre os nós móveis é
feita através de estações de suporte à mobilidade. Neste caso, os nós
móveis, mesmo próximos uns dos outros, estão impossibilitados de
realizar qualquer tipo de comunicação direta. A figura 1 ilustra o
modelo de comunicação em redes infra-estruturadas. As estações de
suporte à mobilidade podem estar conectadas a gateways que
permitem haver comunicação entre aos nós móveis e a parte fixa da
rede.
Figura 1. Modelo de comunicação em redes móveis infraestruturadas.
2.2 Redes Ad Hoc
Em uma rede ad hoc, todos os nós móveis são capazes de se comunicar diretamente entre si. Neste caso, como apresentado
na figura 2, não existem pontos de acesso, ou seja, não existem estações de suporte à mobilidade.
Figura 2. Modelo de comunicação em redes móveis ad hoc.
Os nós de uma rede ad hoc podem se mover arbitrariamente. Deste modo, a
topologia da rede muda freqüentemente e de forma imprevisível. Associado a isto,
limitações de banda passante e de energia das baterias dos nós tornam o
roteamento, principalmente o multiponto, em redes ad hoc um desafio. A
conectividade entre os nós móveis muda constantemente, requerendo uma
permanente adaptação e reconfiguração de rotas.
3. Aplicações
A utilização de uma rede ad hoc está associada a cenários onde existam uma necessidade de se instalar rapidamente uma
rede. Normalmente, são cenários onde não há uma infra-estrutura de rede previamente instalada. Algumas das aplicações
imaginadas são citadas a seguir:
a) coordenação de equipes de resgate em situações de desastre como terremotos, furacões e inundações;
b) troca de informações táticas em campos de batalha;
c) compartilhamento de informações em reuniões e aulas.
4. Vantagens x Desvantagens
Várias vantagens e desvantagens podem ser citadas ao se comparar as redes ad hoc com as redes infra-estruturadas e com as
redes fixas.
Vantagens
a) rápida instalação, uma vez que as redes ad hoc podem ser estabelecidas dinamicamente em locais onde não haja
previamente uma infra-estutura de rede instalada;
b) tolerância a falhas: a permanente adaptação e reconfiguração das rotas em redes ad hoc permitem que perdas de
conectividade entre os nós possam ser facilmente resolvidas desde que uma nova rota possa ser estabelecida;
c) conectividade: dois nós móveis podem se comunicar diretamente desde de que cada nó esteja dentro da área de alcance do
outro. Em redes infra-estruturadas ou em redes fixas, mesmo que dois nós estejam próximos, é necessário que a comunicação
passe pela estação de suporte à mobilidade (no caso de redes infra-estruturadas) ou, no caso de redes fixas, haver uma
ligação por meio de cabo entre os dois nós;
d) mobilidade: esta é uma vantagem primordial com relação às redes fixas.
Desvantagens
a) roteamento: a mobilidade dos nós e uma topologia de rede dinâmica contribuem diretamente para tornar a construção de
algoritmos de roteamento um dos principais desafios em redes ad hoc;
b) localização: outra questão importante em redes as hoc é a localização de um nó, pois além do endereço da máquina não ter
relação com a posição atual do nó, também não existem informações geográficas que auxiliem na determinação do
posicionamento do nó;
c) taxa de erros: a taxa de erros associada a enlaces sem-fio é mais elevada;
d) banda passante: enquanto em meios cabeados a banda passante já chega em 1 Gbps, os enlaces sem-fio suportam
tipicamente taxas de até 2 Mbps.
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5. Protocolo de Roteamento
Existem vários protocolos de roteamento ad hoc. Tais protocolos devem lidar com limitações típicas desses tipos de rede como
consumo de energia dos nós móveis, banda passante limitada, e altas taxas de erro. Basicamente, os protocolos de
roteamento ad hoc de dividem em dois grupos: table-driven e on-demand.
Os protocolos do tipo table-driven são aqueles que utilizam tabelas de roteamento para manter a consistência das informações
de roteamento em todos os nós. Nesta classificação estão incluídos os protocolos DSDV (Destination-Sequenced DistanceVector Routing), WRP (Wireless Routing Protocol) e CGSR (Clusterhead Gateway Switch Routing). Já os protocolos do tipo ondemand criam rotas somente quando desejado por um nó fonte. Fazem parte desse grupo os protocolos AODV (Ad Hoc OnDemand Distance Vector Routing), DSR (Dynamic Source Routing), LMR (Lightweight Mobile Routing), TORA (Temporally
Ordered Routing Algorithm), ABR (Associativity-Based Routing) e SSR (Signal Stability Routing).
Não existe consenso sobre o tipo de protocolo de roteamento ad hoc que seja adequado a todos os cenários. Cada protocolo
possui vantagens e desvantagens de acordo com situações específicas. De acordo com o grupo de trabalho MANET (Mobile Ad
hoc Network) do IETF, há uma lista de qualidades desejáveis para os protocolos de roteamento em redes ad hoc:
a) operação distribuída;
b) sem loops de roteamento: o algoritmo de roteamento deve evitar a formação de loops de roteamento, mesmo que seja por
curtos intervalos. Soluções do tipo ad hoc como TTL (Time-to-Live) devem ser evitadas, pois abordagens mais estruturadas
podem levar a um melhor desempenho;
c) operação sob demanda: neste caso, as rotas são criadas somente quando um nó fonte deseja estabelecer uma
comunicação. Deste modo, recursos como banda passante e energia podem ser utilizados de forma mais eficiente. O preço
pago é o tempo de descoberta de uma rota;
d) operação pró-ativa: em certos cenários, a latência causada pela utilização de protocolos de roteamento que funcionem sob
demanda pode ser inaceitável. Nesses casos, a operação pró-ativa, onde rotas são previamente armazenadas em tabelas de
roteamento, é recomendável;
e) segurança: sem alguma forma de segurança proporcionada pela camada de rede ou de enlace, os algoritmos de roteamento
são vulneráveis a vários tipos de ataques. É desejável a existência de técnicas de segurança para evitar espionagem e
modificação de dados transmitidos;
f) operação em períodos de inatividade: o protocolo de roteamento deve se adaptar aos períodos de inatividade dos nós sem
maiores conseqüências, mesmo que tais períodos sejam informados ou não;
g) suporte a enlaces unidirecionais: no projeto de algoritmos de roteamento, normalmente assumi-se que um enlace é
bidirecional e vários algoritmos não funcionam quando operando em enlaces unidirecionais.
6. Análise de Algoritmos de Roteamento
De acordo com o grupo de trabalho MANET, os protocolos de roteamento para redes ad hoc podem ser avaliados através das
seguintes métricas:
a) vazão e atraso fim-a-fim;
b) tempo de aquisição de rota: particularmente importante para os algoritmos de roteamento que estabelecem rotas sob
demanda;
c) % de pacotes entregues fora de ordem;
d) eficiência: algumas medidas podem ser obtidas para se verificar a eficiência de um protocolo de roteamento. Um primeiro
exemplo é o número médio de bits de dados transmitidos por bits de dados entregues. O objetivo é verificar a eficiência na
entrega de dados dentro da rede. Outra medida possível é o número médio de bits de controle transmitidos por bits de dados
entregues. Neste caso, pode-se verificar qual o overhead causado pela parte de controle do algoritmo de roteamento.
WIRELESS LAN e HIPERLAN
Wireless LAN
INTRODUÇÃO
Esta introdução apresenta características gerais de tecnologias que hoje estão crescendo de maneira muito rápida, levando a
flexibilidade do acesso sem fio a escritórios, casas ou quaisquer ambientes produtivos. São as Wireless Local Area Networks
(WLANs) ou Redes Locais Sem Fio.
O uso de tais redes é tipicamente restrito a diâmetros que envolvem prédios, campus universitários, salas isoladas etc. A
principal motivação para a utilização de redes sem fio é o fato de o cabeamento ser completamente desnecessário ao seu
funcionamento. Os seguintes tópicos ilustram algumas vantagens e desvantagens deste tipo de rede em relação a redes que
utilizam cabeamento.
Algumas vantagens são:
Flexibilidade – Dentro da área de cobertura os nós podem se comunicar sem qualquer restrição. As ondas de rádio penetram
obstáculos, de maneira que transmissores e receptores podem ser colocados em locais que os tornem invisíveis (dentro de
estantes, paredes etc.). Além disso, algumas vezes é muito difícil a instalação de redes cabeadas quando maquinas separadas
por uma porta de incêndio precisam ser conectadas entre si. A condução de cabos através deste tipo de porta é apenas
permitida sob certas circunstâncias, uma vez que a prevenção contra o alastramento do fogo, em caso de incêndio, deve ser
eficiente.
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(abril/2005)
Planejamento – Apenas redes sem fio do tipo ad hoc (este tipo de rede será estudado mais adiante) permitem comunicação
sem planejamento prévio. Desde que os dispositivos sigam os mesmos padrões, eles podem se comunicar entre si. Para uma
rede cabeada, cabeamento adicional, plugs adequados e, provavelmente, elementos de interconexão de redes (como
comutadores) precisam ser utilizados.
Design – Apenas redes sem fio permitem o desenvolvimento de pequenos dispositivos que podem, por exemplo, serem
carregados dentro do bolso. Os cabos não só restringem a liberdade de locomoção do usuário, mas também a criação de
pequenos PDAs, notepads etc. Além disso, transmissores e receptores sem fio podem ser utilizados em prédios históricos sem
a necessidade de se fazer qualquer modificação nas estruturas físicas destes prédios.
Robustez – Certos tipos de redes sem foi podem sobreviver a desastres como, por exemplo, terremotos. Se os dispositivos
sobrevivem ao desastre, os usuários continuam podendo se comunicar. Redes que requerem um cabeamento provavelmente
não resistiriam a tais dificuldades e deixariam de funcionar.
Algumas desvantagens são:
Custo – Adaptadores Ethernet de alta velocidade são, em geral, 10 vezes mais baratos que adaptadores para redes sem fio.
Soluções proprietárias – Devido ao lento procedimento de padronização, muitas empresas precisam apresentar soluções
proprietárias, oferecendo funções padronizadas mais características adicionais (tipicamente uma taxa de transmissão mais
rápida utilizando uma tecnologia de codificação patenteada). Porém, estas características adicionais funcionam apenas em um
ambiente homogêneo, isto é, quando adaptadores do mesmo fabricante são utilizados em todos os nós da rede.
Restrições – Todos os produtos sem fio precisam respeitar os regulamentos locais. Várias instituições governamentais e nãogovernamentais regulam e restringem a operação das faixas de freqüência para que a interferência seja minimizada.
Segurança e privacidade – O uso de ondas de rádio pode interferir no funcionamento de outros equipamentos de alta
tecnologia como em hospitais. Nestes casos é preciso tomar precauções especiais. Além disso, a interface de rádio aberta é
muito mais fácil de ser burlada do que sistemas de fibra ótica, por exemplo.
Algumas considerações precisam ser levadas em conta para que o sucesso comercial das redes sem fio seja garantido:
Operação global – Os produtos que permitem a implantação de uma rede ser fio devem ser vendidos em todos os países,
assim, regulamentos locais, que determinam a maneira como as freqüências devem ser utilizadas, precisam ser respeitados.
No caso de redes cabeadas, os equipamentos instalados em um país podem ser transferidos para outro sem prejudicar o
funcionamento da rede. A mesma flexibilidade deve ser atendida pelas redes sem fio.
Baixo consumo de potencia – Dispositivos que se comunicam via WLAN apresentam uma bateria como fonte de energia. As
redes devem levar isso em consideração e implementar módulos para economia e gerenciamento de energia. Aparelhos sem
fio, conectados a uma fonte de energia via cabo não são muito úteis. A tecnologia sem fio caminha para o desenvolvimento de
dispositivos cada vez menores, sem qualquer restrição imposta por qualquer tipo de cabeamento.
Livre licença para operação – Operadores de LANs não querem se submeter a uma licença especial na hora de utilizar os
produtos WLAN. Assim, os equipamentos devem funcionar em uma banda de livre licença, como a banda ISM 2.4 GHz.
Tecnologia de transmissão robusta – Comparadas com as LANs sem fio, as WLANs operam sob difíceis condições. Se
utilizam transmissão via rádio, outros equipamentos elétricos podem interferir. Além disso, os emissores e receptores não
podem ser ajustados para um funcionamento ideal em um escritório padrão, precisam estar preparados para funcionar bem
nas mais diferentes configurações.
Cooperação espontânea e simplificada – Para ser útil, WLANs não devem exigir complicadas rotinas de setup, mas devem
funcionar espontaneamente após estar ligada.
Fácil de usar – Em contraste à WWANs (Wireless Wide Area Networks), WLANs são feitas para usuários simples.
Conseqüentemente, tais redes não devem requerer um gerenciamento complexo, mas funcionar em bases plug-and-play.
Proteção do investimento – Uma vasta quantia de dinheiro foi investida no desenvolvimento de LANs. As novas WLANs
devem proteger este investimento, apresentando interoperabilidade com as redes já existentes.
Segurança e privacidade – WLANs devem apresentar segurança em locais como hospitais. Além disso, nenhum usuário deve
ser capaz de ler dados que não são destinados a ele mesmo, ou seja, mecanismos de encriptação precisam ser integrados.
Transparência das aplicações – Aplicações que hoje funcionando em redes com fio devem continuar funcionando em redes
sem fio.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
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Wireless LAN
TRANSMISSÃO INFRAVERMELHO X TRANSMISSÃO VIA RÁDIO
Hoje em dia, existem basicamente dois tipos de tecnologia que permitem realizar a transmissão de informações em uma
Rede Local sem Fio. Uma delas é baseada na transmissão de raios infravermelhos, a outra utiliza a transmissão via rádio na
faixa dos GHz (exemplo, 2.4 GHz na banda ISM de licença livre). Ambas as tecnologias podem ser utilizadas no
estabelecimento de conexões ad hoc para grupos de trabalho, entre uma estação de trabalho e uma impressora, ou para
possibilitar a mobilidade dentro uma pequena área.
A tecnologia infravermelho usa luz difusa refletidas nas paredes, tetos etc. ou transmissão em visada direta (LOS – line-ofsight) entre transmissores e receptores. Os transmissores são simples LEDs (light emmitting diodes) ou diodo laser, assim
como fotodiodos atuam na recepção do sinal luminoso.
As principais vantagens da tecnologia infravermelho são seus simples e extremamente baratos transmissores e receptores,
integrados em quase todos os dispositivos móveis disponíveis hoje em dia. PDAs, laptops, notebooks, telefones móveis etc.
apresentam uma interface de associação de dados baseada em infravermelho (IrDA – infrared data association). A versão 1.0
deste padrão industrial possibilita taxas de transmissão de até 115 kbit/s, enquanto IrDA 1.1 define taxas maiores de 1.152 e
4 Mbit/s. Nenhuma licença de operação é necessária e a proteção é muito simples. Alem disso, dispositivos elétricos não
interferem na transmissão de dados. Algumas desvantagens da transmissão infravermelho são, a baixa taxa de transmissão se
comparada às taxas apresentas pelas LANs, e a facilidade de bloqueio do sinal luminoso (para se alcançar taxas de
transmissão mais altas é preciso que uma conexão direta, LOS, seja estabelecida).
As vantagens da transmissão via rádio são, a vasta experiência no campo das WANs sem fio (microondas, telefonia celular
etc.), a penetrabilidade das ondas eletromagnéticas que são capazes de transpor paredes, tetos etc., a independência da LOS
para freqüências não muito altas, e altas taxas de transmissão em comparação com o infravermelho. Novamente, a principal
vantagem representa também a maior desvantagem da transmissão via rádio. O bloqueio do sinal não é muito fácil, assim a
transmissão de ondas de rádio pode interferir em outros transmissores, e equipamentos elétricos podem destruir os dados que
estão sendo transmitidos. Uma outra desvantagem é o fato de a transmissão via rádio ser permitida apenas em certas faixas
de freqüências. Bandas com licença livre são muito poucas e não são as mesmas em todo o mundo.
Wireless LAN
REDES INFRAESTRUTURADAS X REDES AD HOC
Muitas WLANs de hoje precisam de uma rede infraestruturada. Redes estruturadas não só possibilitam o acesso a outras
redes, mas, também, estabelece o controle de acesso ao meio. Neste tipo de rede, a comunicação ocorre entre os nós e os
pontos de acesso e não diretamente entre os nós.
O ponto de acesso ainda atua como uma ponte entre redes sem fio, e entre redes sem fio e redes com fio. Neste tipo de rede
a maior funcionalidade se encontra no ponto de acesso, mantendo o terminal móvel simples. As redes infraestruturadas
perdem um pouco da flexibilidade que as WLANs oferecem, como a imunidade a desastres. Como exemplo de uma rede
infraestruturada podemos citar a rede de telefonia celular.
Redes ad hoc, por sua vez, não precisam de quaisquer infraestrutura para funcionar. Um nó se comunica diretamente com o
outro sem a necessidade de um ponto de acesso estar controlando o acesso ao meio. Desta maneira, a complexidade do nó
aumenta, uma vez que terá de implementar o controle de acesso ao meio por si só. Tais redes apresentam grande flexibilidade
e suprem a deficiência de redes infraestruturadas em relação a imunidade a desastres.
HiperLAN 2
INTRODUÇÃO
O HiperLan/2 é um dos projetos BRAN (Broadband Radio Access Networks) regulamentado pelo European
Telecommunications Standards Institute (ETSI) e especifica um conjunto de padrões que define uma tecnologia de LAN sem
fio. O HiperLan/2 provê suporte tanto a transmissões de dados assíncronas como em serviços que requerem tempos de
propagação específicos como transmissões de voz e vídeo.
O HiperLan/2 apresenta uma flexibilidade de uso que vai desde aplicações em escritórios a transmissões multimídias
domésticas. Isso é possível por apresentar uma taxa de transmissão que pode chegar a até 54 Mbit/s aliado ao suporte ao
QoS. A figura abaixo apresenta uma topologia típica desse tipo de rede.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
São apresentados os terminais móveis (MT) e os pontos de acesso (AP) que fazem a ligação a outros terminais ou a
um tipo específico de rede que pode ser fixa ou sem fio. O usuário pode mover-se livremente dentro da área de cobertura da
rede HiperLan/2 e estará conectado ao AP com melhor sinal de rádio e somente a um por vez.
As características gerais da tecnologia HiperLan/2 podem ser resumidas nos itens abaixo e serão comentados
individualmente:
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Transmissão de alta velocidade
Orientação a conexão
Suporte a QoS
Alocação dinâmica de freqüência
Suporte a segurança
Suporte a mobilidade
Independência rede-aplicação
Economia de energia
Alocação de Espectro
Área de coberta
HiperLAN 2
CARACTERÍSTiCAS
Transmissão de alta velocidade
A HiperLan/2 tem uma alta taxa de transmissão que na camada física pode chegar a 54 Mbit/s e na camada 3 até 25 Mbit/s.
Para obter essa taxa, ela faz uso de um método de modulação chamado OFDM (Orthogonal Frequency Digital Multiplexing)
escolhido por apresentar excelente desempenho em ambientes em que o sinal de rádio transmitido é refletido por vários
pontos e acaba tendo diferentes tempos de propagação entre transmissor e receptor.
Na modulação OFDM, o espaçamento entre canais é de 20 MHz, permitindo altas taxas por canal e um número razoável de
canais alocados no espectro de freqüência permitida (19 canais na Europa). São usados por canal 52 subportadoras, onde 48
são destinadas a transmissão de dados e 4 subportadoras piloto porque são usadas na reconstituição do sinal no receptor, por
demodulação “coherent”. A transmissão em banda larga com esse tipo de modulação é possível porque a informação a ser
transmitida é dividida em vários fluxos de bits paralelos, cada um modulado em uma subportadora. Desta forma o espectro do
canal é dividido em um número de subcanais com freqüências independentes e não seletivas. Esses subcanais são usados para
um link de transmissão entre AP e MT.
Esse tipo de modulação usa FFT de 64 pontos no transmissor e receptor diminuindo significantemente a robustez do
hardware necessário se comparado com sistemas que usam outro tipo de modulação com multiplexação de freqüência.
HiperLAN 2
CARACTERÍSTiCAS
Orientação a Conexão
Em uma rede HiperLan/2 os dados são transmitidos entre o terminal móvel e o ponto de acesso por conexões
previamente estabelecidas por funções de sinalização.
O protocolo MAC é o protocolo responsável pelo acesso ao meio resultando na transmissão de dados. No caso da
HiperLan/2 temos o sinal de rádio propagado pelo ar utilizando TDD (time-division duplex) e TDMA (Dynamic Time-Division
Multiple Access). Na estrutura desse tipo de multiplexação, os slots de tempo permitem comunicações simultâneas tanto para
recebimento como para envio de dados no mesmo frame de tempo. Os slots de tempo para as comunicações de envio e
recebimento são alocadas dinamicamente dependendo das requisições de transmissões.
Um frame MAC para a rede HiperLan/2 tem uma duração de 2 ms e comprime canais de transporte para controle de
broadcast, controle do frame, controle de acesso, recebimento de dados (downlink - DL) e envio de dados (uplink - UL) e
acesso randômico (descritos abaixo). Todas as informações tanto dos APs como dos MTs são transmitidas em slots de tempo
disputados, exceto para o canal de acesso randômico, onde a reserva do slot de tempo é permitida. A figura abaixo representa
o frame.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
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O canal de broadcast (BCCH - downlink) contém informação que é enviada em todos os frames MAC e destinada a
todos os terminais. O BCCH provê informação sobre níveis de potência de transmissão, sinais de indicação de wake-up, e
sinalizações para indentificação de APs e redes HiperLan/2.
O canal de controle do frame (FCH - downlink) contém uma descrição exata de como os recursos foram alocados, e
portanto garantidos, do ponto de vista do DL, UL e RACH.
O canal controle de acesso (Random Access Feedback Channel - RFCH - downlink) transfere informações em
tentativas de acesso feitas anteriormente pelo RACH.
Os canais DL (downlink) e UL (uplink) são para recebimento e envio de informações.
O canal de acesso randômico (RACH – uplink) é usado pelos MTs para requisição de recursos de transmissões DL e UL
para próximos frames. Quando há um pedido para acréscimo de recursos de transmissão por parte do MT, o AP vai alocá-los
pelo RACH. O RACH é um canal inteiramente composto de slots de disputa aos quais todos os MTs associados a aquele AP
podem competir. Colisões podem ocorrer e os resultados dos acessos pelo RACH são retornados para os MTs pelo canal RFCH.
HiperLAN 2
CARACTERÍSTiCAS
Suporte a QoS
Como a HiperLan/2 faz uso da “orientação a conexão” é possível ao se estabelecer um link, que esse possa fazer uso de um
tipo específico de QoS (Quality of Service) . Dependendo da aplicação, a conexão ao ser realizada dará suporte por exemplo:
•
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•
•
Largura de banda
Tempo de propagação dos pacotes
Taxa de erro
Nível de prioridade
O suporte ao QoS em combinação com a transmissão de alta velocidade permite transmissões simultâneas de dados e fluxo
de pacotes em tempo real como vídeo e voz.
HiperLAN 2
CARACTERÍSTiCAS
Alocação dinâmica de freqüência
Não há necessidade de configurações manuais da freqüência de transmissão como em redes celulares (GSM, por exemplo).
Os APs são capazes de selecionarem automaticamente um canal de rádio com a freqüência mais apropriada.
O AP “escuta” outros “APs” assim como outras fontes de rádio do ambiente e selecionam o canal de rádio mais
adequado com o objetivo de minimizar interferências com o ambiente e manter a qualidade do link.
HiperLAN 2
CARACTERÍSTiCAS
Suporte a segurança
A HiperLan/2 implementa algoritmos de autenticação e criptografia da informação transmitida.
•
Autenticação
Os pontos de acesso usam a autenticação para garantirem que somente os MTs autorizados tenham acesso a rede. Do
ponto de vista do terminal, a autenticação assegura que os MTs estarão acessando e trocando informações com a redes
seguras.
•
Codificação dos dados
Os links estabelecidos podem dar suporte ao tráfego de dados criptografados. Isso protege as informações contra
interceptação do sinal por um receptor não autorizado. O HiperLan/2 criptografa os dados pela implementação dos algoritmos
DES (Data Encryption Standard) ou Triple-DES, que usa uma chave de 56 bits.
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(abril/2005)
HiperLAN 2
CARACTERÍSTiCAS
Suporte a mobilidade
Os terminais móveis tentam estabelecer conexões com o AP mais próximo. Por isso eles realizam medidas que estimam qual
é o melhor sinal de rádio levando em consideração a taxa de sinal-ruído.
Durante o deslocamento do usuário, seu terminal pode detectar um AP com melhor sinal do que aquele a que ele está
conectado e então o MT fará a requisição de transferência para o novo AP. Todas as conexões serão estabelecidas com a nova
base de forma que o terminal permaneça associado a rede HiperLan e continue suas comunicações.
Durante esse “handover” perdas de pacotes podem ocorrer e se o terminal se distanciar a uma área fora da cobertura do
sinal todas as conexões podem ser desfeitas e o terminal perderá contato com a rede.
HiperLAN 2
CARACTERÍSTiCAS
Independência rede-aplicação
A rede HiperLan/2 tem uma arquitetura flexível de fácil adaptação e integração com uma variedade de redes fixas e sem fio
já existentesm, já que as aplicações que rodam em infraestruturas fixas rodam também em HiperLAN 2.
Ela pode ser usada por exemplo como um extensão sem fio de uma rede Ethernet. O suporte da HiperLan/2 inclui Ethernet,
IP, ATM, celular de 3ª geração, PPP, FireWire.
HiperLAN 2
CARACTERÍSTiCAS
Economia de energia
Na HiperLAN2, o mecanismo para permitir um MT economizar energia é baseado na negociação de períodos de sono iniciado
pelo MT. O MT pode a qualquer momento solicitar ao AP para entrar num estado de baixo consumo (especificado pelo MT), e
solicitar por um período de sono específico. Depois que o período de sono acabar, o MT procura pela presença de algum sinal
do AP de que é para voltar à ativa. Se não achar este sinal, o MT volta ao estado de baixo consumo durante o próximo período
de sono e assim por diante. Um AP irá deferir algum dado pendente para um MT só quando o correspondente período de sono
terminar. Períodos de sono diferentes são suportados para atender a requisição de baixa latência ou a de baixo consumo.
HiperLAN 2
CARACTERÍSTiCAS
Alocação de espectro
Na Europa, 455 MHz é sugerido para alocar os sistemas Hiperlan. As diferentes partes das bandas têm diferentes condições
operacionais configuradas pelo CEPT para permitir coexistência com outros serviços.
Nos Estados Unidos, 300 MHz estão alocados para WLAN no então chamado NII (National Information Infraestructure). No
Japão, 100 MHz estão alocados para WLAN´s e mais alocação de espectro está sob investigação. A ITU-R tem também iniciado
atividades para recomendar uma alocação global para WLAN´s.
HiperLAN 2
CARACTERÍSTiCAS
Uma célula de um AP HiperLAN2 tipicamente se estende aproximadamente por 30 (interior do escritório) a 150 metros.
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(abril/2005)
Figura 1 – Potência transmitida
Figura 2 – Área de cobertura
HiperLAN 2
APLICAÇÔES
LAN corporativa
A HiperLAN2 beneficia empresas com uma força de trabalho flexível. Empregados podem transferir seus laptops de um
ambiente para outro e continuar a trocar grandes quantidades de informações entre os membros da sua equipe de trabalho e o
servidor corporativo. É possível também conectar muitos computadores de mesa e projetores de vídeo via HiperLAN2.
Com a HiperLAN2 instalada, trabalhadores em uma construção podem usar seus laptops para reunir plantas estruturais,
pedidos de material e se comunicarem com especialistas. Enviando uma curta seqüência de vídeo, feita por uma câmera
integrada, para um especialista em tempo real, um problema pode ser visto e discutido, usando a função áudio de alta
qualidade, e imediatamente resolvido. A função de difusão também permite que qualquer um trabalhando no local pode ser
contatado com algumas informações, o que cria uma operação local mais eficiente.
A figura abaixo mostra um exemplo de uma rede corporativa construída em torno de roteadores LAN e IP. Uma rede
HiperLAN2 é usada no último segmento entre os MTs e a rede LAN. A rede HiperLAN2 suporta mobilidade dentro da mesma
subrede LAN. Movendo-se entre as subredes implica mobilidade de IP, que deve ser tratado uma camada acima da HiperLAN2.
Figura 1 – Handover de AP´s (mesma rede) e de IP (redes diferentes)
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(abril/2005)
Lugares públicos
Redes HiperLAN2 podem ser desenvolvidas em lugares públicos tais como: aeroportos, hotéis etc, para prover uma maneira
fácil de ofercer acesso remoto a serviços da Internet para pessoas de negócios. Um servidor de acesso para o qual a rede
HiperLAN2 está conectada pode rotear uma requisição de conexão para uma conexão ponto-a-ponto (PPP) sobre um túnel ou
para uma rede corporativa (possivelmente via uma ISP preferido) ou talvez para um ISP para acesso à Internet.
HiperLAN2 possibilita viajantes e empregados trabalharem em trânsito, dando a eles acesso à rede da companhia, à
Internet, bem como permitindo fazer e receber chamadas multimídia. Engenheiros de vôo podem também se beneficiar da
tecnologia. Com um software específico, eles podem acessar informação da base de dados e fazer contato com experts sobre a
situação.
LANs domésticas
Aparelhos eletrônicos tais como televisores, câmeras, equipamentos de áudio, impressoras e computadores podem ser
todos interconectados por HiperLAN2 usando pequenos módulos H2 que automaticamente estabelece conectividade. HiperLAN2
permite a utilização de equipamentos multimídia para ser controlado inteligentemente de qualquer computador na casa sem a
necessidade de cabos de rede. As características alta potência e QoS da HiperLAN2 permitem a transmissão de vídeos em
conjunto com aplicações de dados. O AP pode neste caso incluir um dispositivo para “uplink” para uma rede pública, como por
exemplo, um modem ADSL ou um cablemodem.
Acesso a redes de 3a Geração
HiperLAN2 pode ser usado como uma tecnologia de acesso alternativa para redes celulares de 3a geração. Uma idéia é cobrir
lugares públicos e áreas urbanas com HiperLAN2 e grandes áreas com tecnologia W-CDMA. Neste caso, um usuário pode se
beneficiar do alto desempenho da rede onde quer que seja viável colocar em ação a HiperLAN2 e usar W-CDMA em outra
parte. A rede central percebe automaticamente em qual rede o usuário está e ininterruptamente o manuseia entre os dois
tipos de redes de acesso enquanto o usuário se move entre elas.
Personal Area Network (PAN)
O surgimento da HiperLAN2 vem reforçar a idéia de “rede pessoal”, isto é, uma rede sem fio onde todos os equipamentos
pessoais podem se conectar entre si e remotamente ao escritório, à ERB (estação rádio base) ou à residência. A figura abaixo
ilustra bem esta idéia de PAN.
Figura 2 – Exemplo de Personal Area Network (PAN)
HiperLAN 2
ATUALMENTE
Em 17 de janeiro de 2002, a empresa norte-americana Amphion, anunciou um circuito capaz de trabalhar com HiperLAN2. O
dispositivo de transmissão (cs7200) e recepção (cs 8200) possuem as seguintes características:
•
•
cs3720: 5GHz WLAN Baseband Transmit IEEE802.11a, HiperLAN2.
cs3820: 5GHz WLAN Baseband Receiver IEEE802.11a, HiperLAN2.
O CS3720/3820 foram projetados para prover uma solução pormenorizada de alto desempenho para a camada física para os
padrões IEEE 802.11a, HiperLAN2 e sistemas de transmissão/recepção similares que usem a banda base de 5 GHz sem fio
para integração em tecnologias CMOS SoC/ASIC.
Site:
•
•
http://www.amphion.com/cs3720.html
http://www.amphion.com/cs3820.html
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(abril/2005)
HiperLAN 2 X IEEE 802.11a
A tabela abaixo compara as características entre o padrão HiperLan/2 e o 802.11a, que possui características semelhantes:
Característica
Espectro
Max. taxa na camada física
Max. taxa na camada 3
Protocolo MAC
Suporte a QoS
802.11a
5GHz
54 Mb/s
32 Mb/s
CSMA/CA
Não
Seleção de Freqüência
Portadora
Codificação de dados
Autenticação
Controle de qualidade do sinal
RC4 (chave de 40 bits)
Não
Não
Suporte a redes fixas
Ethernet
HiperLan/2
5GHz
54 Mb/s
32 Mb/s
TDMA/TDD
Sim
Seleção dinâmica de freqüência
(DFS)
DES (chave de 56 bits)
Sim
Adaptação do Link
Ethernet, IP, ATM, UMTS, FireWire,
PPP
REDES WIRELESS
Padrão IEEE 802 para Redes
O Comitê 802 do IEEE, "Institute of Electrical and Electronics Engineers" dos Estados Unidos, desenvolveu e publicou uma
série de normas para redes locais (LANs) e Metropolitanas (MANs) que foram adotadas mundialmente inclusive pela ISO
(International Organization for Standardization).
Relação entre IEEE 802 e Modelo OSI da ISO
Camada OSI
7
Aplicação
6
Apresentação
5
Sessão
4
Transporte
3
Rede
Camadas IEEE 802
Controle do Enlace Lógico
(Logical Link Control - LLC)
2
Enlace de dados
Controle de Acesso ao Meio
(MAC)
1
Física
Física
Controle do Enlace Lógico (LLC)
A LLC especifica os mecanismos para endereçamento de estações conectadas ao meio e para controlar a troca de dados entre
usuários da rede. A operação e formato deste padrão é baseado no protocolo HDLC. Estabelece três tipos de serviço: 1) sem
conexão e sem reconhecimento, 2) com conexão e 3) com reconhecimento e sem conexão.
A IEEE 802.2 define a camada LLC para toda família de redes IEEE 802.
Controle de Acesso ao Meio (MAC) e Camada Física
A função do MAC é permitir que dispositivos compartilhem a capacidade de transmissão de uma rede. Ele controla o acesso ao
meio de transmissão de modo a se ter um uso ordenado e eficiente deste meio.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
A IEEE 802 apresenta várias opções de MAC, associadas a vários meios físicos, como:
802.3
MAC
CSMA/CD
ethernet
Física
Coaxial
Fios*
Fibra
802.4
802.5
802.6
802.11
802.12
802.16
Token bus
Token ring
DQDB
CSMA
(WLAN)
prioridade
WLAN
Banda
Larga
Coaxial
Fibra
Fios*
Fibra
Sem fio
Fios*
Sem fio
* Par de fios trançados
CSMA/CD
"Carrier-sense Multiple Access with Collision Detection" ou Múltiplo Acesso com Verificação de Presença de Portadora e
Detecção de Colisão.
No CSMA/CD a estação primeiro verifica se existe alguém transmitindo no meio e só transmite se ele está livre. No caso de
detectar uma colisão a estação para de transmitir.
Mais de 90% das redes (LANs e MANs) utilizam o CSMA como mecanismo de contrôle de acesso, sendo conhecidas como
redes ethernet.
Redes Wireless
O Comitê 802 do IEEE têm os seguintes grupos de trabalho ativos trabalhando na elaboração de normas de redes sem fio
(Wireless):
802.11
Wireless LAN (WLAN)
WIFI
802.15
Wireless Personal Area Network (WPAN)
Bluetooth entre outros.
802.16
Broadband Wireless Access (BBWA)
WiMax
802.20
Mobile Wireless Access
Mobile-Fi
Consulte os tutoriais: Wireless LAN, WIMAX, e Wireless Mesh Networks
IEEE 802
Para saber as novidades sobre o IEEE 802 acesse:
IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee
Para fazer o download gratuito das normas IEEE 802 acesse:
Get IEEE 802™
A relação das normas IEEE 802 é apresentada a seguir.
802
Overview and Architecture.
802.1B
802.1K
LAN/MAN Management.
802.1D
Media Access Control (MAC) Bridges.
802.1E
System Load Protocol.
802.1F
Common
Definitions
Management Information.
802.1G
Remote Media Access Control (MAC) Bridging.
802.1H
Recommended Practice for Media Access Control (MAC) Bridging of Ethernet V2.0 in IEEE 802 Local Area
Networks.
and
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Procedures
for
IEEE
802
Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
802.1Q
Virtual Bridged Local Area Networks.
802.2
Logical Link Control.
802.3
CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications.
802.4
Token Bus Access Method and Physical Layer Specifications.
802.5
Token Ring Access Method and Physical Layer Specifications.
802.6
Distributed
Queue
Layer Specifications.
802.10
Interoperable LAN/MAN Security.
802.11
Wireless LAN Medium Access Control (MAC) Sublayer and Physical Layer Specifications.
802.12
Demand Priority Access Method, Physical Layer and Repeater Specification.
802.15
Wireless
Medium
Access
Control
(MAC)
(PHY) Specifications for: Wireless Personal Area Networks.
802.16
Standard
Systems.
Air
802.17
Resilient
Specifications.
Packet
Dual
Interface
Ring
Bus
for
Access
Fixed
Access
Method
Method
and
and
Physical
Physical
Layer
Broadband
Wireless
Access
and
Physical
Layer
WLAN/Wi-Fi
Uma Wireless LAN (WLAN) é uma rede local sem fio padronizada pelo IEEE 802.11. É conhecida também pelo nome de Wi-Fi,
abreviatura de “wireless fidelity” (fidelidade sem fios) e marca registrada pertencente à Wireless Ethernet Compatibility
Alliance (WECA).
Aplicações principais
• Redes locais internas de escritórios e residências, substituindo ou complementando redes que utilizam cabos coaxiais.
• Redes públicas de acesso a internet, onde o nome Wi-Fi é mais utilizado. Clique aqui para saber mais.
Padrões
O Comitê 802 do IEEE, "Institute of Electrical and Electronics Engineers" dos Estados Unidos, é o grupo que lidera a
padronização de redes locais (LANs) e Metropolitanas (MANs) a nível mundial.
O padrão inicial 802.11 de 1999 foi aperfeiçoado estando definidos atualmente as seguintes alternativas:
Frequências
802.11b
2400-2483,5 MHz
802.11g
802.11a
5150-5350 MHz
5470-5725 MHz*
5725-5850 MHz
Técnica de
Modulação
Taxa de Dados
DSSS
até 11 Mbit/s**
DSSS, OFDM
até 54 Mbit/s
OFDM
até 54 Mbit/s
* O IEEE 802.11h extende este padrão
**Existe um adendo a esta norma que permite extender a taxa a até 44 Mbit/s.
A maior parte das redes encontradas no Brasil utiliza o padrão 802.11b.
Técnicas de Modulação
DSSS (Direct Sequence Sread Spectrum) é o espalhamento espectral por sequência direta. (Consulte o tutorial Rádio
Spread Spectrum).
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ou Multiplexação Ortogonal por Divisão de Frequência é uma técnica de
modulação mais eficiente que o DSSS.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Frequências disponíveis no Brasil
As redes WiFi utilizam frequências que não precisam de autorização para serem utilizadas.
As condições de uso destas frequências no Brasil estão estabelecidas pelo Regulamento sobre Equipamentos de
Radiocomunicação de Radiação Restrita. (seções IX e X), reeditado pela resolução 365 de 10/05/04 da Anatel.
Frequências
(MHZ)
Condições de uso no Brasil
Destinadas no Brasil, em caráter secundário, a Equipamentos de Radiocomunicação Restrita como redes
Wi-Fi e Rádio Spread Spectrum.
2400-2483
5725-5850
A faixa de 2400 MHz é utilizada no Brasil em caráter primário pelo Serviço Auxiliar de Radiodifusão e
Correlatos (SARC) e de Repetição de TV.
A Anatel estabeleceu que sistemas (2400 MHz) em localidades com população superior a 500 mil
habitantes e com potência (eirp) superior a 400 mW não podem operar sem autorização da Anatel.
5150-5350
5470-5725
Sistemas de Acesso sem Fio em Banda Larga para Redes Locais.
A faixa de 5150-5350 MHz pode ser utilizada em ambientes internos (indoor) e a de 5470-5725 MHz em
ambientes externos e internos.
Outros Padrões do IEEE 802
O IEEE 802 dispõe ainda de outros padrões para redes wireless como os de Wireless Personal Area Network (WPAN) onde se
inclui o 802.15.1 (Bluetooth) e os 802.16 Broadband Wireless Access (BBWA) ou WiMax.
IEEE 802.11
802.11 o quê?
Variantes do 802.11 estão a caminho
Apesar de as redes WiFi, ou 802.11b, ganharem popularidade rapidamente, há outros padrões a caminho. O próximo a chegar
ao Brasil é o 802.11a. Pelo menos um fabricante, a D-Link, pretende lançar equipamentos nesse padrão já em abril. As letras a
e b identificam duas variantes da especificação 802.11 que foram publicadas ao mesmo tempo mas acabaram se
materializando em momentos diferentes. Enquanto o 802.11b opera a 2,4 GHz, o 802.11a trabalha a 5 GHz. O 802.11a tem
uma velocidade máxima de 54 Mb/s, cerca de cinco vezes a do WiFi. Em compensação, a distância máxima de conexão por
802.11a fica em torno de 20 metros, um quinto do alcance do 802.11b. Uma área que pode ser interligada com um ou dois
pontos de acesso WiFi exigiria cerca de dez pontos de acesso 802.11a. Isso significa que, pelo menos no ambiente corporativo,
as redes 802.11a sempre serão mais caras. O 802.11a é incompatível com o WiFi, mas há fabricantes desenvolvendo
interfaces multipadrão, o que vai amenizar esse problema. Mesmo assim, há quem ache que o 802.11a tem poucas chances de
sucesso no mercado. O padrão 802.11g, ainda em desenvolvimento, vai ser uma espécie de WiFi 2.0. Vai operar a 22 Mb/s,
mas mantendo a compatibilidade com o 802.11b. Outro que está sendo elaborado é o 802.11e. Vai acrescentar gerenciamento
de banda e melhor imunidade a interferências tanto ao WiFi como ao 802.11a. Há um quinto padrão em estudos, o 802.11i,
que deve melhorar a segurança das redes sem fio.
Padrão 802.11a de redes sem fio vai designar-se oficialmente Wi-Fi5
Graças a uma decisão do Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), organismo industrial responsável pela emissão de
standards para redes informáticas sem fios, a confusa mistura de nomes utilizados para descrever os equipamentos de infraestruturas wireless baseadas no padrão 802.11 poderá tornar-se mais simples de compreender, informou a C|NET.
A partir de Setembro, quando os produtos 802.11a certificados pelo WECA começarem a ser comercializados serão
identificados pela designação "Wi-Fi5 Certified". Apesar de os equipamentos compatíveis com o padrão 802.11a já estarem
disponíveis desde o final de 2001, grande parte ainda não tinha sido certificado pelo WECA.
O nome Wi-Fi5 refere-se ao facto de os novos equipamentos produzidos pela Cisco Systems e outras fabricantes do sector
utilizarem a frequência de ondas electromagnéticas de 5 GHz. O termo original Wi-Fi, baseado no standard 802.11b que
funciona na frequência de 2,4 GHz, é utilizado por entre 15 a 18 milhões de clientes.
Mas na altura em que a designação foi apresentada, ninguém compreendeu o sentido, de acordo com Dennis Eaton, presidente
do WECA, citado pela C|NET, acrescentando que o grupo abandonou posteriormente e por várias vezes a intenção de colocar
no equipamento 802.11a que certifica a etiqueta "Wi-Fi5 Certified".
Os padrões publicados pelo WECA destinam-se a ser cumpridos pelos fabricantes de equipamentos sem fios. O grupo também
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
testa dispositivos para averiguar o seu grau de interoperabilidade, como por exemplo, com vista a verificar que um modem
para computadores portáteis da Cisco funciona com um ponto de acesso empregando equipamento da Agere Systems . Em
caso afirmativo, o WECA concede ao equipamento o seu selo de aprovação.
Os analistas apoiaram a mudança do nome, que ainda depende de uma aprovação final. Existem várias versões da tecnologia
802.11, cada uma com uma letra diferente do alfabeto, caracterizando-se por diferentes níveis de segurança ou velocidade.
Assim, as redes Wi-Fi populares funcionam com o padrão 802.11b, mas o 802.11a e 802.11g foram desenvolvidos para serem
mais seguros ou para se movimentarem em mais canais. O próprio WECA irá também receber um novo nome. Em breve, irá
passar a denominar-se Wi-Fi Alliance.
INCOMPATIBILIDADES ENTRE O 802.11a
EO
802.11b
O facto de os dois standards para WLAN não serem compatíveis prende-se, sobretudo, com o facto de utilizarem frequências
diferentes. Enquanto o 802.11b funciona a 2,4Ghz, o 802.11a já opera nos 5,2Ghz. Além desse aspecto, ambos utilizam
esquemas de modulação diferentes - Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) no caso do 802.11b e Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing (OFDM) para o 802.11a. No que respeita às velocidades de transmissão de sinal, o 802.11b utiliza 11, 5,5
e 2,1Mbps, enquanto o 802.11a possibilita transmissões a 54, 48, 36, 24, 18, 12, 9 e 6Mbps
WLAN, uma aposta com futuro
I M P L E M EN T A Ç Ã O
Escolha ponderada
Além de terem de ponderar bastante bem se querem ou não adoptar uma infra-estrutura desta natureza, as empresas devem
ainda ter muito cuidado na escolha da mesma. Na opinião de Fernando Capucha, responsável de Canal da 3Com Portugal, "é
necessário ter em conta o raio de alcance, a cobertura dos dispositivos e a forma como a solução endereça as questões
relacionadas com a segurança e o controlo de acessos dos utilizadores à rede global da empresa a partir de um ponto de
acesso WLAN".
Para implementar correctamente uma LAN wireless, as organizações têm também de efectuar um levantamento do número de
pontos de acesso necessários, de forma a corresponderem às necessidades dos clientes. Jesus Sanchez Paniagua, responsável
da Intel, acrescentou que "é ainda necessário verificar o número de utilizadores wireless que vão ter acesso directo à solução,
de modo a distribuir prioridades nos pontos de acesso". Não menos importante, há que escolher uma solução wireless que
abranja a gestão integrada dos pontos de acesso e políticas de segurança globais que incluam ferramentas de encriptação e de
autenticação de utilizadores, como a Wired Equivalent Privacy (WEP), a AES, a Radius, a Kerberos, a VPN, a IEEE 802.1x e a
TGI.
E é mesmo o "fantasma" de todas as soluções tecnológicas, ou seja, a segurança, que continua a ser o maior dos problemas
na adopção deste tipo de ferramentas.
Aqueles que lidam diariamente com informática ainda mantêm um certo receio na utilização de tecnologia sem fios,
continuando com a ideologia de que é facilmente interceptável. Marco Pereira, systems engineer da Cisco Systems Portugal,
defende que a WEP "não é, por si só, suficiente para assegurar a privacidade dos dados". É necessário também adoptar
soluções complementares à WEP, como MAC Address, IP Filtering e Radius. O standard 802.1X adoptado pelo IEEE serve para
autenticar redes com cablagem e redes wireless, e pode "fornecer uma forte autenticação mútua entre o cliente e o servidor de
autenticação", referiu Pereira. Além disso, acrescentou, "fornece chaves WEP dinâmicas, por utilizador e por sessão,
eliminando a árdua tarefa administrativa e os problemas de segurança existentes com a utilização de chaves WEP estáticas".
Segurança preocupa
Existem vários tipos de autenticação 802.1X, cada um com a sua aproximação à autenticação, que utilizam a mesma estrutura
e o Extensible Authentication Protocol (EAP) para a comunicação entre o cliente e o AP.
Trocado por miúdos, a WEP foi inserida nas WLANs de forma a oferecer os mesmos índices de segurança de uma Ethernet.
Mas, como em todos os produtos com necessidades de segurança, apresenta ainda algumas deficiências. Segundo Luís Barata,
a maior vulnerabilidade do protocolo WEP "é o broadcast do identificador da rede WLAN", que permite o registo de um
utilizador externo no access point e, a partir deste ponto, a entrada na rede de comunicação da empresa, com acesso às bases
de dados como se fosse um utilizador da rede. Essa lacuna pode, e deve, "ser colmatada com a implementação de políticas de
segurança complementares", referiu Barata.
Outro dos problemas relacionados com o panorama wireless é a falha de transmissão de dados, dada a ausência de cablagem.
Como se trata de equipamentos de radiofrequência, as WLAN estão sujeitas a interferências, embora existam formas de evitálas.
Os equipamentos mais modernos já vêm munidos com vários canais, que podem ser definidos de forma a evitar as
interferências. Segundo adiantou à Redes Miguel Souto, os utilizadores apenas "têm de configurar os canais dentro do espectro
de frequências em que estes operam" - ISM - 2,412Ghz a 2,462Ghz. A título de exemplo, os pontos de acesso da série
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Compaq WL, da HP, suportam 11 canais e usam como técnica de modulação o Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), CCK
11 e 5,5 Mbps, DQPSK para 2 Mbps e DBPSK para 1 Mbps. Características bastante semelhantes aos produtos Wi-Fi, que
utilizam bandas de frequência livre ISM e oferecem 11 canais, sendo apenas três não sobrepostos, permitindo escolher bandas
em caso de interferência num dos canais.
À espera do 802.11a
A maior parte dos gestores europeus está à espera do lançamento no mercado europeu do standard 802.11a. A pergunta mais
frequente entre estes executivos é: será que vale a pena adquirir uma solução WLAN agora, já que só está operacional o
802.11b, ou valerá a pena esperar pelo novo standard? À partida, a resposta parece fácil - é preferível comprar produtos
802.11b porque o 802.11a ainda está longe de chegar ao mercado europeu.
Mas há um outro aspecto. Embora esteja a surgir uma nova geração de produtos com compatibilidade para os dois standards,
a maioria dos produtos certificados Wi-Fi para 802.11b não têm capacidade 802.11a, pelo que seria dinheiro mal gasto caso o
novo padrão vingasse no Velho Continente (ver caixa). Sendo assim, a opção de adquirir uma WLAN 802.11b deve ser a mais
viável.
Apesar de a norma IEEE 802.11a estar completamente ratificada, a sua introdução no mercado ainda parece distante, devido
às frequências em que esta opera não estarem disponíveis na Europa. No entanto, muitos são os que acreditam que este
padrão vai entrar em uso no mercado europeu ainda este ano, como é o caso de Miguel Souto e de Jesus Sanchez Paniagua.
Mais pessimista está Luigi Salmoiragui. O responsável da D-Link nem sequer acredita que o 802.11a vai chegar ao mercado
europeu, dado que este standard funciona a 5Ghz, o que faz com que não seja compatível com o padrão anterior. "É por esta
razão que a comunidade WLAN está a trabalhar no IEEE 802.11g, que, mesmo trabalhando na mesma frequência do 802.11a,
vai ser 100 por cento compatível com o standard actual". Este padrão vai possuir uma largura de banda muito superior à
conhecida até ao momento em redes wireless, e vai funcionar na frequência 2,4Ghz.
Caso pretendam migrar para outro standard, as empresas podem ainda apostar na tecnologia que vai ser lançada dentro em
breve no mercado, o 802.11b+, e que vai permitir acelerar as redes para 22Mbps.
Melhorias Wi-Fi estão a caminho
Novos padrões wireless que pretendem aumentar a segurança e o suporte de aplicações em banda larga estão em
desenvolvimento e estarão nas lojas no fim do ano, disse essa semana um analista industrial na Wi-Fi Planet Conference and
Expo em San Jose, Califórnia.
O novo padrão 802.11e foi desenvolvido para melhor a qualidade do serviço em ligações telefônicas, vídeo de alta resolução e
outras aplicações. A especificação de segurança 802.11i é baseado no Padrão de Encriptação Avançada (AES). Ambos estão
programados para serem finalizados e lançados no meio do próximo ano, revelaram executivos da IEEE e da Wi-Fi Alliance.
Os novos protocolos se diferenciam dos protocolos existentes, incluindo aí os padrões 802.11a, 11b e 11g, por ultrapassarem
seus antecessores não só na velocidade de transmissão ou rádio frequência.
As novas especificações serão implementadas em chipsets e podem aparecer em produtos até julho de 2004, segundo Stuart
Kerry, que comanda o Grupo de Trabalho IEEE 802.11 e moderou o debate "Situação dos Padrões" na Wi-Fi Planet.
Dados viajando por uma rede wireless não é algo tão suscetível a pequenas falhas de conexão como conversas telefônicas ou
um vídeo streaming. O novo padrão 802.11e foi projetado para permitir que certos tipos de tráfego wireless sejam prioritários
em relação a outros para assegurar que ligações em telefones IP e conteúdo multimídia serão acessados tão bem em redes
wireless como em redes com fio.
Serviço de vídeos e televisões programadas com 802.11e poderão estar disponíveis no quarto quadrimestre de 2004, revelou
Bruce Sanguinetti, presidente da fabricante de chips wireless Bermai, durante sua palestra no evento, entitulada "Multimídia
por Redes Wi-Fi".
Interoperabilidade será a principal questão no começo, mesmo que a Wi-Fi Alliance esteja trabalhando na certificação para
rápida aceitação de produtos 801.11e, comentaram Sanguinetti e outros executivos. Eles esperam que produtores de
eletrônicos focarão em conectividade ponto-a-ponto com seus próprios equipamentos.
Outro desafio de interoperabilidade é propor um suporte padrão para dois diferentes métodos de interação entre pontos de
acesso. As Extensões Multimídia Wireless foram projetadas como uma técnica temporária para distinguir tráfego de baixa ou
alta prioridade.
A tecnologia agora será parte da especificação do padrão 802.11e, assim como o Agendador de Multimídia Wi-Fi, que usa
sofisticado acesso para reservar tempos de conexão e banda para aplicações que demandam mais recursos.
Os futuros padrões 802.11i terão um cuidado especial com as fraquezas do Protocolo de Encriptação Wireless usados nos
padrões originais 802.11a, 11b e 11g.
Nesse meio tempo, a Wi-Fi Alliance desenvolveu e lançou a encriptação de Acesso Protegido Wi-Fi como uma medida de
contenção de falhas. Greg Ennis, diretor técnico da Wi-Fi Alliance, espera que os novos padrões manterão uma compatibilidade
maior, mesmo sabendo que as especificações tendem a proliferar e se transformar. "É um verdadeiro desafio para nós manter
o nível de interoperabilidade que tínhamos no passado" revelou ele.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
O grande avanço para o padrão 802.11 é uma velocidade turbinada em 108 megabits por segundo, que deve chegar a 320
mbps. O padrão responsável pela velocidade será o 802.11n, planejado apenas para 2005.
Ratificação do padrão 802.11g
O 802.11g deixou de ser apenas uma especificação de rede wireless. Agora, ele é um padrão oficial do IEEE (Institute of
Electrical and Electronics Engineers).
O novo padrão permite alcançar uma velocidade de até 54 Mbps nas redes sem fio, contra os 11 Mbps do 802.11b. A
oficialização do IEEE vinha sendo esperada há algum tempo, uma vez que vários fabricantes de equipamentos wireless já
estavam desenvolvendo produtos com o 802.11g. O primeiro draft do 802.11g foi anunciado em novembro de 2001.
Como os dois padrões de redes sem fio trabalham na freqüência de 2,4 GHz, será possível que equipamentos com o padrão
802.11b e 802.11g se comuniquem na mesma rede.
Presente e futuro por conciliar:
Os access points estão cada vez mais a caminhar no sentido de serem dotados de funcionalidades bimodo e, com o surgimento
do 802.11g, trimodo. As cartas de acesso Wi-Fi são o melhor exemplo disso mesmo.
Os pontos de acesso bimodo conciliam os standards 802.11b e a. A versão g também já está pronta e vai trabalhar na mesma
frequência do b, actualmente dominante.
Após um longo período de marés calmas, o mar das redes locais sem fios voltou a conhecer alguma agitação, nomeadamente
com o surgimento dos standards 802.11a e, mais recentemente, 802.11g. Até agora, o responsável pelas redes de uma
empresa podia escolher entre duas tecnologias estabelecidas, a 802.11b (2,4GHz) e a 802.11a (5GHz).
No entanto, a nova 802.11g veio baralhar ainda mais as cartas do baralho, dado que oferece os mesmos débitos da a mas
trabalha na mesma frequência da b, que por sua vez conta com uma maior base instalada. E isto para não falar das
tecnologias anteriores, que embora permitam débitos mais fracos também estão no mercado.
Com todas estas incertezas sobre o futuro, aumenta o interesse sobre os pontos de acesso bimodo, que permitem o
funcionamento de duas tecnologias rádio, facilitando a migração de uma para outra. Actualmente, a questão da coabitação de
diversas tecnologias no site de uma mesma empresa coloca-se entre as já estabelecidas 802.11b e a, que são, todavia,
incompatíveis no funcionamento dado se encontrarem em frequências diferentes. Relembre-se que a 802.11a funciona nos
5GHz e é mais indicada para os ambientes de elevada densidade, dado o seu débito permitir transferências de dados de até
54Mbit/s e possuir um maior número de canais de rádio – 15 a 17Mbit/s.
No entanto, a sua cobertura é menor do que a permitida pela tecnologia 802.11b (30 a 50 metros contra 50 a 100) e a
sensibilidade aos obstáculos é igualmente maior, o que poderá pesar mais do que a importância de se ter um débito mais alto.
Outro ponto que joga contra o 802.11a é o facto de os 5GHz já serem utilizados em Portugal para outros fins (nomeadamente,
militares), pelo que o standard 802.11b (mais antigo que o a) ganhou maior popularidade no mercado. Embora possibilite
débitos mais baixos, funciona na banda livre dos 2,4GHz e garante taxas de cerca de 3Mbit/s em condições normais e a uma
distância entre os 50 e os cem metros.
Três pontos a verificar
Alimentação eléctrica
Há que ter a certeza que o ponto de acesso pode ser alimentado por corrente eléctrica via cabo Ethernet - isto partindo do
pressuposto de que do outro lado estará um comutador com estas características.
Segurança
O standard WEP apresenta falhas de segurança. Convém exigir ao fornecedor a actualização do firmware, de modo a que fique
o mais perto possível do novo WPA.
Cobertura rádio mista
Para gerar a coexistência do 802.11a e b, é possível limitar a potência da emissão do 802.11b ou densificar a cobertura
802.11a em pontos de acesso monomodo.
Respostas em função das necessidades
No entanto, o certo é que os fabricantes não desenvolver equipamentos a pensar exclusivamente num só mercado, pelo que
foi com naturalidade que começaram a surgir pontos de acesso bimodo 802.11b e 802.11a, e até será provável que já existam
pontos deste tipo com entre as tecnologias b e g quando esta edição sair para as bancas.
Em função desta procura, alguns dos nomes mais importantes do mercado encontraram já uma resposta – um equipamento
que serve de access point e que pode funcionar simultaneamente nas tecnologias b e a. E alguns destes são inclusive mais
baratos do que alguns equipamentos monomodo.
Na base da maior parte destes produtos está a incorporação de dois módulos rádio separados, materializados nas cartas de
extensão capazes de funcionar ao mesmo tempo em ambas as frequências. Esta dualidade de funcionamento poderá servir os
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
fins de migração de um site para a técnica 802.11a, mas mantendo a possibilidade de aceder por laptop (ou outro
equipamento) à rede da empresa através do protocolo 802.11b.
Os pontos de acesso bimodo oferecem ainda a possibilidade às empresas que querem fazer pela primeira vez uma instalação
rádio, e que pretendem oferecer uma cobertura diferenciadora com alto débito em certos sites, recorrendo ao 802.11a. Alguns
fabricantes (nomeadamente a Cisco e a Intel) integraram já migrações tecnológicas futuras nos seus pontos de acesso bimodo.
Ao incluir módulos 802.11b sob a forma de cartas miniPCI ou PCMCIA, possibilitam a substituição pelas futuras cartas 802.11g,
tansformando o equipamento num access point bimodo 802.11b e g.
Propagação diferente
Coabitação 802.11a–b–g
Um terceiro protocolo, o 802.11g, já foi normalizado pelo IEEE. Daí que alguns fabricantes de circuitos integrados, tais como a
Agere, estejam a preparar circuitos radio mutimodo 802.11a–b–g. A combinação da modulação OFDM do 802.11a e da
frequência rádio do 802.11b permite (teoricamente) aos clientes 802.11b e g a coexistência numa mesma rede de 2,4GHz,
bem como atingir nos clientes 802.11g débitos nominais na ordem dos 50Mbit/s.
O principal inconveniente de uma cobertura de rádio híbrida a partir de pontos de acesso mistos é a diferente propagação das
tecnologias 802.11b e a (o mesmo problema coloca-se entre as g e a). Cada um destes protocolos tem o seu raio de acção
próprio, o que exige uma colocação do ponto de acesso específica dos pontos de emissão e de recepção. Ou seja, a colocação
de um ponto de acesso bimodo poderá obedecer a um compromisso que não optimiza o sinal de cada um dos standards. Uma
solução poderá ser jogar com a cobertura do 802.11b, que necessita de uma densidade de pontos de acesso menor do que o
802.11a.
Todos os pontos de acesso bimodo disponíveis no mercado estão equipados com um porto Ethernet 10/100Mbit/s, necessário à
ligação com a rede local da empresa. Este porto pode, também em todos eles, gerar alimentação por corrente eléctrica através
de um cabo Ethernet standard em categorias 5 ou 5e (pares torcidos). Com isto evita-se o recurso à electricidade tradicional.
Claro que isto supõe que, na outra extremidade, se encontre um comutador capaz de injectar corrente eléctrica no cabo. Todos
os construtores têm como referência o futuro standard 802.3af, que favorece o interfuncionamento entre equipamentos
heterogéneos.
Os produtos disponíveis no mercado incluem ainda possibilidades de administração, parametrização e configuração por
intermédio de um interface Web. Em matéria de segurança – um elemento determinante na altura da escolha destes
equipamentos –, apesar das falhas intrínsecas às ligações radio 802.11a e b, estes pontos de acesso bimodo podem gerar
cifras WEP sobre os dados. Este modo, que sofre claramente de uma lacuna no ponto de vista estático das chaves, pode ser
reforçado por outros procedimentos de segurança. Por exemplo, a Cisco propõe um sistema de chaves dinâmicas.
(O D-Link DI-624 é um roteador wireless padrão 802.11g)
D-Link transmite sem fios, mas preço ainda é alto
O roteador wireless D-Link DI-624 tem como destaques o conjunto de ferramentas para gerenciamento da rede e a facilidade
de uso e instalação.
O produto é indicado para redes domésticas e pequenas empresas. O aparelho também pode ser utilizado em locais em que é
difícil a implantação do cabeamento de rede tradicional.
Características
O D-Link DI-624 é um roteador wireless padrão 802.11g capaz de transmitir informações com velocidade de até 54 Mbps
(milhões de bits por segundo).
Wireless é uma tecnologia que permite a conexão de computadores por meio de ondas de rádio de alta frequência.
Desse modo, num sistema de rede sem fio, cada dispositivo de rede, hub, roteador ou placa do computador possui um
transmissor e receptor de rádio.
Um roteador é um dispositivo que realiza a interconexão de redes -uma aplicação típica é possibilitar que todos os micros de
uma rede local acessem a internet. O DI-624 permite conexão com a internet através de ADSL com IP estático ou dinâmico.
O cabo da internet é ligado ao equipamento por meio de um conector localizado na parte traseira. A rede local prevista é uma
rede sem fio e, para isso, cada um dos micros deve ter uma placa de rede com tecnologia wireless compatível ao roteador. O
equipamento possui também quatro entradas para plugar cabos de redes convencionais.
Uma importante característica do equipamento é a sua facilidade de utilização, permitindo que mesmo usuários domésticos
possam
instalar
e
configurar
o
equipamento,
bem
como
administrar
os
recursos
do
roteador.
A configuração é feita através de um navegador de internet, a partir de qualquer máquina conectada ao dispositivo.
O endereço IP da página de configuração do equipamento está disponível no manual que acompanha o aparelho. A página de
configuração apresenta interface amigável, e pode ser utilizada de duas formas: direta, para usuários experientes, ou passo-apasso, com a orientação apresentada em uma interface destinada aos usuários inexperientes.
Recursos
A variedade de recursos é outro ponto forte do roteador DI-624. Além de apresentar as funcionalidades básicas de um
roteador, como integrar redes de computadores e fornecer serviço DHCP (atribuir endereços IP automaticamente para cada
computador da rede), o equipamento apresenta também um firewall e um virtual server (servidor virtual) integrados.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
O virtual server pode ser configurado para redirecionar as solicitações de serviços como WEB e FTP para computadores da rede
local. Assim, por exemplo, as páginas WEB hospedadas em um servidor da rede local podem ser acessadas por qualquer
usuário na internet.
O roteador acompanha também firewall e mecanismos de filtros. Através desses recursos, é possível habilitar ou desabilitar os
computadores da rede local a acessarem determinados recursos da internet, como bate-papo ou páginas com conteúdo
considerado impróprio.
Podem ser filtrados computadores, utilizando-se o seu endereço IP, paginas da internet e mesmo domínios inteiros. O firewall
previne acessos não autorizados à rede local.
Todas as informações que entram ou saem da rede necessariamente passam pelo firewall, que pode bloqueá-las segundo um
critério de segurança.
Outro item importante para a segurança é a monitoração do trafego da rede. O roteador permite acompanhar a quantidade de
pacotes, eventos e atividades que circulam na rede e salva essas informações em arquivos de log para análises futuras.
Conclusão
A tecnologia wireless é uma tendência para as redes de computadores. Com ela, podemos aposentar os diversos cabos da rede
convencional e substitui-los pelas pequenas e elegantes antenas das placas de rede wireless.
Entretanto o principal inconveniente para a mudança ainda é o preço. As placas de rede sem fio são muito mais caras que as
convencionais. Enquanto uma placa de rede convencional custa cerca de R$ 30, uma placa de rede wireless, como a utilizada
no teste (DWL-G520), custa R$ 356.
O preço da placa de rede, que se soma ao preço do roteador (R$ 685; os valores se referem ao dólar a R$ 2,90), pesam no
bolso do consumidor, que deve ponderar suas reais necessidades e o custo-benefício antes do investimento.
IEEE 802.15.4 Redes ZigBee
Nova tecnologia móvel
A Philips está a desenvolver uma nova tecnologia cuja principal característica é o seu baixo custo, previsto para 2.30 euros
(461$00) por módulo já no próximo ano. Esta tecnologia é chamada de ZigBee, embora também seja conhecida por outros
nomes, como HomeFF Lite.
O ZigBee terá uma velocidade compreendida entre os 10 e os 115.2 kilobits por segundo, o que o torna duas vezes mais
rápido que um modem mas muito mais lento que a tecnologia móvel Bluetooth. Em relação a esta tecnologia, o ZigBee
apresenta a vantagem de ter um alcance maior, entre 10 a 75m. Os módulos dotados desta nova tecnologia ZigBee vão ter
uma duração entre seis meses a dois anos, alimentados através de um par de baterias AA, uma antena integrada e controlo da
frequência de rádio com a qual vão operar.
IEEE 802.16
Simplesmente o máximo: WiMAX
Parte 1
• Eduardo Prado - Smart Convergence
Senhoras e senhores, que "bicho" é este? WiMAX? Esconjuro! Não, não esconjure não. Ele veio para ficar (se deixarem – e em
"parte" devem deixar – ele será um grande sucesso).
Nós fomos um dos primeiros a tratar destse assunto no Brasil no Weblog Smart Convergence e em dois artigos desta coluna:
O "Dia Seguinte" do Wi-Fi de 5 de maio de 2003 – uma das matérias precursoras deste assunto – e Intel (com Nokia) &
Motorola (comCisco) no 4G: Outra grande disputa em 4 de agosto de.2003. Para ver também a "vontade de disputa" da
Intel com a Motorola vejam a matéria (também desta coluna): O charme (e a disputa) do (pelo) UWB de novembro de
2003.
A indústria de acesso wireless em banda larga, que proporciona conexões com altas taxas de transmissão de rede para sites
estacionários, tem amadurecido ao ponto que agora tem um padrão para a segunda geração de redes de áreas metropolitanas
wireless.O padrão é o IEEE 802.16 com a sua interface aérea de Wireless MAN (Metropolitan Area Network). Esse
padrão é também conhecido por "WiMAX" e já tem seu forum próprio para ajudar no trabalho de alavancagem do
próprio padrão:Forum WiMAX.
Essa especificação do padrão IEEE 802.16 (e suas variações), que está sendo desenvolvida e promovida pelo grupo WiMAX,
incluem o apoio de poderosos membros como Intel e Nokia.
A Intel acredita que o 802.16a "a coisa mais importante desde o advento da própria internet". O WiMAX estenderá o potencial
do atual Wi-Fi (ou Wireless LAN) para distâncias bem maiores – em torno de 30 a 50 quilômetros.
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(abril/2005)
O padrão 802.16, completado em outubro de 2001 e publicado em 8 de abril 2002, define a interface aérea Wireless MAN
(WMAN) para as Redes de Área Metropolinas Wireless (MANs). A finalização desse padrão proclama a chegada do Acesso
Wireless de Banda Larga (BWA = Broadband Wireless Access) como um novo e importante instrumento no esforço de conectar
as residências e as corporações ao núcleo das redes de telecomunicações em todo o mundo.
Como está atualmente definido através do padrão 802.16, uma MAN wireless proporciona que prédios acessem a rede através
de antenas externas com estações rádio base central. A MAN Wireless oferece também uma alternativa para redes de acessos
de cabos, tais como links de fibras óticas, sistemas coaxiais utilizando cable modems, e links de acesso de banda larga (ADSL).
Como os sistemas wireless de banda larga têm a capacidade de conectar grandes áreas geográficas sem a necessidade de se
investir em uma infra-estrutura de alto custo, a tecnologia de WiMAX pode permitir implantações de BWA de menores custos e
desta forma levar a conveniência da mobilidade e da banda larga para um grande número de pessoas.
O padrão IEEE 802.16, suas variações e outros padrões wireless
Historicamente as atividades do padrão foram iniciadas em agosto de 1988 em uma reunião chamada National Wireless
Electronics Systems Testbed (N-WEST) da ABNT americana, o NIST (U.S. National Institute of Standards andTechnology). O
encontro teve uma boa recepetividade no Grupo 802 do IEEE que inaugurou um grupo de estudos para tratar do assunto. O
Grupo de trabalho do 802.16 teve reuniões semanais com periodicidade bimestral a partir de julho de 1999.
Quatro anos depois, envolvido nessa missão, o Grupo de Trabalho do Padrão IEEE 802.16 em BWA tinha desenvolvido toda a
base dos três padrões subesequentes, a saber:
[a] IEEE 802.16 (“Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems”) foi aprovado em dezembro de 2001. Esse
padrão é para WMANs operando na banda defrequências de 10,0 – 66,0 GHz;
[b] IEEE 802.16.2, publicado em 2001, (“Recommended Practice for Coexistence of Fixed Broadband Wireless Access
Systems”) especifica uma prática recomendada para endereçar a operação de múltiplos sistemas de BWA no range de
frequência de 10,0 – 66,0 GHz;
[c] Em janeiro de 2003, o IEEE aprovou um aditivo ao padrão 802.16, chamado IEEE 802.16a, que adiciona a possibilidade
de operação do padrão original nas nas bandas de frequência licenciada e não licenciada de 2,0 – 11,0 GHz.
O padrão IEEE 802.16a publicado em março de 2003, estende o padrão LOS (Line of Sight = Linha de Visada) IEEE 802.16
focado nas frequências licenciadas da faixa de 10,0 - 66,0 GHz. Essa extensão proporciona um acesso NLOS (Non-Line of
Sight) em bandas de frequência mais baixas de 2,0 - 11,0 GHz, algumas das quais não licenciadas, com suporte para as
tecnologias de PMP (Point-to-Multipoint) e Mesh - recentemente o IEEE iniciou os trabalhos de padronização de Mesh Network,
e ampliando o range de cobertura de 30 milhas (50 Kms) para 50 milhas (80 Kms);
[d] O IEEE 802.16c, que foi aprovado em dezembro de 2002, vai ajudar na interoperabilidade através da especificação de
perfis de sistemas no range de 10,0 – 66,0 GHz;
[e] O IEEE não está descansando depois de todo o trabalho. A autorização para o desenvolvimento de um novo aditivo ao
padrão chamado de IEEE 802.16e, que vai estender o padrão original para cobrir de forma "combinada" a operação fixa e
móvel nas bandas licenciadas da faixa de frequência de 2,0 - 6,0 GHz foi aprovada em dezembro de 2002. Esse padrão
incorpora o trabalho do "ad hoc committee" – o Comitê de Handoff do IEEE. Uma versão preliminar será completada em julho
de 2004 para votação.
O padrão de 10,0 – 66,0 GHz suporta níveis de tráfego variando continuamente em muitas frequências não licenciadas (por
exemplo, 10.5, 25, 26, 31, 38 e 39 GHz) para comunicações duplex. Ele habilita a interoperabilidade entre dispositivos de
forma que as operadoras de telecomunicações pode utilizar equipamentos de diferentes fornecedores e assegurar a garantia de
disponibilidade de equipamento de baixo custo.
O aditivo do padrão da região de frequência de 2,0 – 6,0 GHz suporta ambos tipos de frequências: licenciada e não licenciada.
O padrão 802.16 não é o único padrão wireless no pipeline do IEEE, e o IEEE também não é o único grupo de padrões da
indústria trabalhando nos novos padrões BWA. Paralelo ao Grupo de Trabalho do Padrão IEEE 802.16 (conhecido como WiMAX)
nós temos o Grupo de Trabalho do Padrão IEEE 802.20 (conhecido como Mobile-Fi) que se responsabiliza sobre os controles
das "camadas fisíca e de MAC" para assegurar a interorperabilidade dos sistemas BWA em um ambiente de mobilidade
operando em bandas licenciadas abaixo de 3,5 GHz. O objetivo técnico do 802.20 é otimizar o transporte de dados baseados
em IP, focando em altas taxas de transmissão de dados acima de 1 Mbit/segundo, e suportando mobilidade veicular de até 250
Km/hora com um tempo de latência mínimo e adequado (sic!).
Paralelamente ao IEEE, o ETSI europeu (the European Telecommunications Standards Institute) tem o Projeto BRAN
(Broadband Radio Access Networks) que criou dois padrões que são muito "próximos" aos padrões 802.16 e 802.16a. Coisas
de disputa política de "gente grande", se percebe. Parece-nos bem similar a faceta da disputa entre Qualcomm (detentora da
patente do CDMA) e o GSM/GPRS. We have seen that movie previously!
O padrão HiperAccess começou antes do 802.16 mas foi aprovado depois do 802.16. O padrão HiperMané para frequências
abaixo de 11 GHZ. O "corpo" desses dois padrões europeus têm certa cooperação entre si. Durante a definição do padrão IEEE
802.11a de WLAN de alta taxa de transmissão a 54 Mbs houveram divergências entre o IEEE e o ETSI. Agora, durante a
evolução do WiMAX, os dois órgãos estão atentos e já começaram a harmonizar a definição do 802.16 com o HiperMan – o
padrão de área metropolitana do ETSI – para assegurar a sua unificação futura.
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(abril/2005)
Voltando aos padrões "16" e "20" do IEEE, gostaríamos que vocês pensassem nas vastas oportunidades de aplicações portáteis
ou móveis que estas novas tecnologias wireless poderiam abrir para as operadoras de telecomunicações. Infinitas. Os
provedores de serviços poderiam ofertar conectividade BWA tanto como conectividade de telefonia celular sem fazer parceria
de cooperação com os "facility owners" dos hotspots pelo alcance de 50 Kms da tecnologia WiMAX ou Mobile-Fi. Elas poderiam
até ser estendidas para carros e trens.
Dos padrões "16" e "20" do IEEE qual terá sucesso mais rápido? Nós aqui sempre apostamos no sucesso do padrão IEEE
802.16 o que está começando a se delinear neste começo de 2004, no mínimo pela sua disponibilidade comercial bem mais
rápida que o 802.20 que deve demorar uns três anos.
Ambos os padrões são baseados na moderna modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Modulation) que apresenta
uma série de vantagens sobre a "antiga" DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum) utilizada no Wi-Fi (IEEE 802.11b).
Os fabricantes de chips
Intel é um forte player neste cenário e tem todo o interesse em acelerar o cronograma de roll-out do WiMAX afim de assegurar
a sua posição de "comandante" desta empreitada que está conquistando cada dia mais tração do que muitos acreditavam.
As empresas de chips tailandesas dizem que a Intel enviará para o mercado seus chips de silício do 802.16a no início do
segundo trimestre deste ano (2T04), e fontes dentro do gigante wireless confirmaram isto, embora o cronograma oficial da
Intel para o mercado permaneça como sendo o roll out no segundo semestre de 2004. Considerando que a Intel não nutre
nenhuma simpatia pelo atraso em cronogramas de produtos, e que teve vários embaraços recentes com os atrasos dos
cronogramas das variações da tecnologia Centrino, a Intel vai manter um grande cuidado desta vez por causa da sua imagem
no mercado. A Intel planeja lançar no mercado seu chip de WiMAX no início do segundo trimestre deste ano (2T04). Senhoras
(es), está muito próximo!. Os fornecedores de equipamentos tailandeses Zyxel, Ambit Microsystems e Askey dizem todos
que planejam também montar a tecnologia WiMAX de baixo custo e esperam receberem o primeiro chip de silício desta
tecnologia no segundo trimestre deste ano (T2).
A Intel afirma que será a primeira empresa a lançar no mercado os chips completamente aderentes ao padrão (full standard)
WiMAX, na frente da sua maior rival Fujitsu. Alguns especialistas de WiMAX tais como Redline Communications já lançaram
chips com a tecnologia WiMAX no mercado mas eles não são completamente interoperáveis. O terceiro fabricante de chipset
desenvolvendo o padrão 802.16a é a Wavesat do Canadá, que já está fornecendo o seu chip de silício WiMAX-based DM110
OFDM para as operadoraswireless de banda larga, notadamente a ioWave.
A velocidade que os chips de 802.16a serão postos no mercado indicarão como a Intel quer manter-se como líder neste
business. A Intel precisa liderar e não ser um follower, para mostrar ao mercado que ela pode “entregar” – sem sombra de
dúvidas – a sua “grande visão wireless” e tornar-se sinônimo de comunicações móveis no mercado. Esse approach ela
implementou muito bem no mercado de PCs quando eles eram a coisa mais excitante para se ter na época. Quem não se
lembra do slogan: IntelInside!. Veja duas recentes matérias sobre o “rei do Chip”: "Intel: King of the Wi-Fi Frontier?" da
Business Week e Intel's Widespread Wireless Vision do Mercury News.
Como vimos os fabricantes de chips e de equipamentos estão começando a fazer o roll out do “pré WiMAX” na sua primeira
interação que é o 802.16a. Contudo a real virada desta nova era de BWA só chegará com a homologação do padrão IEEE
802.16d que agrega juntamente o sucesso do NLOS do 802.16a e as extensões IEEE 802.16.2, IEEE 802.16c e IEEE 802.16e
para Quality of Service (QoS), teste e interoperabilidade. Essas duas últimas são bem mais avançadas que oIEEE 802.16a,
especialmente pois elas perimitem que amplificadores de potência (power amplifiers) mais baratos e menores sejam utilizados,
reduzindo os custos da implementação, e também porque suporta esquemas de antenas inteligentes tais como Multiple In
Multiple Out (MIMO), que maximiza o alcance e a potência da antena no mundo real. Veja um pouco aqui na matéria Smart
Antenna Roundup do Weblog Dailywireless sobre antenas inteligentes e a recentíssima tecnologia MIMO para estas
antenas.
A nova variante 802.16c está começando agora a ficar sólida para ser fabricada e também ser colocada no mercado no terceiro
trimestre deste ano (3T04). A revisão do padrão foi encerrada em uma reunião do IEEE mantida em Vancouver (Canadá)
recentemente e a suite de testes estará pronta em setembro deste ano.
As empresas Wavesat e Atmel já estão trabalhando no padrão IEEE 802.16c e a empresa Airspan diz que será a primeira a
colocar chips desta tecnologia no mercado. Seu kit será baseado na tecnologia do chipset Rosedale WiMAX da Intel. A Intel
está trabalhando com a Alvarion, Aperto Networks e a Redline Communications. Para colocar emoção nesta competição
natural do mundo moderno, a Fujitsu está trabalhando com a Wi-Lan e mais dois fabricantes de chips tailandeses para lançar
o mais rápido possível os dispositivos WiMAX.
O VP de Desenvolvimento de Negócios da Alvarion diz que o próximo passo crítico é encerrar o processo de certificação para
prosseguir. Isso é fundamental para obeter a confiança das operadoras de telecomunicações no WiMAX considerando os vários
insucessos em experiências anteriores de BWA tais como o caso da Teligent que tirou várias empresas do setor. Ele afirma que
embora algumas empresas já estejam lançando produtos no padrão 802.16a, o padrão 802.16c traz mais atrativos para o
WiMAX (como vimos acima) mas ele ainda não é completamente homologado pelo. IEEE.
Muito do alvoroço com o WiMAX tem razão de ser além da mobilidade e o alcance de 50 kms. Por quê?. Baixo custo, senhoras
e senhores!. O custo do hardware WiMAX é de US$ 100 a US$ 150 por casa para serviços residenciais e de US$ 5 mil a US$ 30
mil por estação rádio base. É vai ter muita gente se mexendo mas esses custos baixos vão provocar algumas “dores de
cabeça”.
Com certeza estaremos iniciando uma nova “corrida ao ouro”. Agora na busca do “Eldorado” wireless. Veja a matéria 2004: a
'Corrida do Ouro' do Wireless para conhecer um pouco desta “corrida” e dos seus “atletas”.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
E nós que pensávamos que depois de Wireless LAN (Wi-Fi quando no padrão IEEE 802.11b) não veríamos mais nada
interessante no mundo wireless. Vã ilusão, folks! Vocês ainda verão muita coisa: WiMAX (estamos vendo), UWB, ZigBee, Mesh
Technology, Sensoring Networking, RFID (as tais das "etiquetas inteligentes"), ...
Simplesmente o máximo: WiMAX
Parte 2
• Eduardo Prado - Smart Convergence
O WiMAX Forum e as adesões
O fórum de WiMAX que tem dedicado-se a certificar a interorperabilidade dos produtos de BWA baseados em padrões
globais, anunciou recentemente que o número de membros “pulou” de 28 para 67 em apenas cinco meses. Isso com certeza
reflete a confiança da indústria nos padrões de BWA do IEEE 802.16. Recentemente houveram também as adesões da AT&T
Wireless, Covad e a PCCW de Hong Kong. Essas operadoras somam-se a Nextel que foi a primeira a declarar, em novembro
de 2003, sua intenção de montar um piloto do 802.16 através das licenças de WLL que adquriu da MCI. Houveram também
adesões de fornecedores de infra-estrutura – vendors de telecomunicações – como a Siemens e a ZTE Corporation da China.
Recentemente tivemos a notícia que a BT do Grupo British Telecommunications (BT) vai também fazer um piloto com o
802.16 para cobertura de áreas rurais. Veja sobre a adesão da BT em Intel's Got WiMax Headroom da Unstrung. A Siemens
fez – também recentemente – uma parceria com a Intel nesse segmento.
Entre os novos membros do fórum estão os fabricantes originais de BWA em padrões proprietários incluindo Axxcelera
Broadband Wireless, BeamReach Networks, Intracom, KarlNet, NextNet Wireless, REMEC e Vyyo. Veja aqui uma lista
completa dos membros do fórum. Um caso particularmente interessante aqui é o da BeamReach Networks. Por quê?
Essa empresa que está (ou estava) fazendo pilotos de BWA com a Verizon Communications (veja Verizon Trials Fixed
Wireless) nos EUA com a tecnologia Proprietary OFDM (4G “Proprietário”) era (ainda é?) aliada dos grandes interessados
no padrão IEEE 802.20 – o Mobile FI – que são – Navini (com tecnologia Proprietary S-CDMA), Flarion (com tecnologia
Proprietary OFDM) e IP Wireless (com tecnologia propritária UMTS TD-CDMA). Grande mudança.
A gigante Cisco é uma das acionistas da Flarion. Uma outra novidade bem interessante é o fato de que a Navini deve estar
pensando em mudar de lado provavelmente em função de ter obtido no segundo semestre do ano passado um bom
investimento da Intel. Esse fato não está afirmado em nenhum lugar mas é uma suposição do colunista pois ninguém
empresta dinheiro a um competidor e adversário.
Sobre o investimento da Intel na Navini veja aqui as referências: Intel Capital Portifolio e o Press Release Navini
Networks* Secures $51 Million in Additional Financing. Conheça um pouco dessa disputa de grupos antagônicos do
802.16 e 802.20 nas seguintes referências: Enter the MAN Haters e IEEE 802.20 Established da Unstrung, INTEL (com
Nokia) & MOTOROLA (com Cisco) no 4G: Outra grande disputa uma matéria desta coluna, 802.16e Vrs 802.20 do
Weblog Dailywireless e 802.16e vs. 802.20 da Wi-Fi Planet.
Além das adesões acima a UK Broadband do Reino Unido, a Reliance Infocomm Ltd. (Índia), Iberbanda (Espanha), MVS
Net (México) e Neotec (do Brasil. Pois é Brasil!) estão planejando seriamente projetos pilotos de WiMAX segundo a Intel que
está assumindo fortemente seu papel de "evangelizador" do WiMAX em operadoras e governos em todo mundo como veremos
depois aqui.
Os planos das operadoras de telecomunicações
O WiMAX tem um claro appeal para provedores de serviços não celulares (p. ex., operadoras de telefonia fixa) como o Wi-Fi
não teve o retorno do investimnto das redes de WLANs Públicas é ainda bastante criticado (e comentado).
O dilema para as operadoras de telefonia fixa é se em relação ao WiMAX elas o consideram uma ameaça ou uma salvação para
não "morrerem" nas mãos das empresas de telefonia móvel. Tal como celular, o WiMAX pode ofertar funções de comunicações
móveis, fixas e residenciais – ao contrário do Wi-Fi que é fixo ou do Mobile-Fi (IEEE 802.20) que é somente móvel – e desta
forma forma traz para as operadoras de telefonia fixa a oportunidade de empreender seus próprios negócios de telefonia móvel
sem precisar adquirir a tecnologia celular atual (p. ex., CDMA, CDMA-1xRtt e GSM/GPRS) que tem limitações em relação ao
WiMAX. Se o consumidor move-se inexoravelmente para as comunicações sem fio e de banda larga, nos diríamos que a
tecnologia WiMAX terá grande sucesso com o seu baixo custo. A redução de preços e o fornecimento de serviços de valor
adicionado (SVA) vão ajudar a preservar os seviços de telefonia fixa durante um bom tempo.
Dessa forma muitas operadoras de telecomunicações no mundo estão no mínimo fazendo projetos pilotos com a tecnologia de
BWA. Uma questão básica persiste: as operadoras de telefonia fixa terão uma receita e um lucro adequado com as redes de
BWA de tal forma a compensar a receita das suas redes convencionais? Uma outra questão também é colocada para as
operadoras de telefonia fixa da Europa e dos EUA. Será que elas terão a confiança dos investidores por causa dos seus altos
níveis atuais de endividamento?
Essas rotas óbvias vão proporcionar opções de serviços baseados em WiMAX como serviços premium e pacotes de bundle
services. A tecnologia de WiMAX também trará players diferentes para o negócio. Com o custo muito baixo de entrada no
negócio de serviços de BWA através da tecnologia de WiMAX quando comparado a quaisquer outras tecnologias fixa e móvel
precedentes, empresas relativamente pequenas terão a chance de entrar no setor de telecomunicações e serviços de valor
adicionado com a habilidade de ofertar preços extremamente agressivos pois eles não têm que manter altos custos e
ineficiências dos sistemas legados atuais das incumbentes bem como as dívidas associadas aos mesmos.
Isso será crítico em novos mercados, como regiões rurais ou de economias em desenvolvimento. A Nokia já determinou
aumentar a penetração dos seus handsets e das suas estações de rádio-base nas regiões em desenvolvimento ofertando
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
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equipamento de baixo custo GSM e também no futuro utilizando WiMAX. Quando a versão móvel do WiMAX – o IEEE 802.16e
– estiver no mercado, o GSM e o WiMAX poderão ser integrados e trarão uma solução móvel de baixo custo para as áreas
rurais aonde a Nokia ainda poderia capturar operadoras de telefonia. A Nokia tem também interesse em fabricar handsets para
o mundo WiMAX. Entenderam agora porque a Nokia está apostando muito alto ao lado do "peso pesado" (e "rei do chip") –
Intel – na tecbologia de WiMAX?.
Empacotamento (bundling) e cobertura tem sido as principais armas utilizadas com sucesso no mercado de Wi-Fi aonde as
operadoras de telefonia fixa e móvel podem ter o controle amplo dos hotspots e do Wi-Fi residencial independentemente da
presença dos WISPs. O negócio de Wi-Fi é de escala e de interconexão. Pequena "dança". A mesma situação poderá aplicar-se
ao WiMAX mas existe uma diferença chave. As operadoras de telefonia fixa têm abraçado o Wi-Fi para adicionar valor a seus
serviços existentes, frequentemente empacotando-o como um incentivo aos assinantes de banda larga (ADSL) ou outras
ofertas (p. ex., multimídia).
Com WiMAX as outras ofertas podem gradualmente ir sendo substituídas a medida que as necessidades de modelos de
negócios vão se tornando mais convincentes. As operadoras de telefonia fixa devem começar implantando redes de BWA em
áreas remotas as suas regiões urbanas e depois tomar a decisão dura: começar a substituição das próprias redes. Caso isso
não seja feito, alguém fará por eles. Nós presenciaremos tempos muito interessantes em futuro não muito longínquo.
Segundo fontes de mercado, uma das operadoras que deve utilizar o WiMAX é a telefonia móvel americana, a Nextel. Segundo
Barry West CTO da operadora a Nextel está avaliando a possibilidade de utilizar BWA incluindo o WiMAX. A Nextel tem licenças
do espectro de MMDS (Multipoint Multichannel Distribution Service), no range de 2,5 GHz a 2,7 GHz e em 2,1 GHZ que são
regiões aonde o WiMAX poderia ser utilizado. Contudo West adicionou que ele está preocupado com a velocidade do
desenvolvimentio e homologação do padrão pelo IEEE.
A Nextel irá adotar uma tecnologia proprietária se a homologação do padrão demorar muito. A companhia adquiriu as
frequências acima em julho de.2003 da falida WorldCom por US$ 144 milhões. A Nextel e a Sprint possuem 2/3 do espectro de
MMDS na faixa de 2,5 - 2,6 GHz nos EUA. Existem também 100 MHz na faixa de 5,725 – 5,825 GHz também disponível para
WiMAX nos EUA, mas as licenças de MMDS podem ser o pivô da fortuna com o WiMAX. A Nextel planeja gastar US$ 2 bilhões
(sic!) em uma rede BWA para wireless data services como também serviço de voz local e serviços de streaming de vídeos. Mon
Dieu! O interesse em WiMAX não impede que a Nextel também "flerte" com um dos maiores inimigos do WiMAX: a Flarion
Technologies (leia Cisco). Veja em notícia recente de 6 de fevereiro 2004: Nextel Flashes With Flarion da Unstrung. O
IEEE que se cuide pois ninguém quer chegar atrasado na "festa" de BWA.
A Sprint que também tem licenças de MMDS, e está explorando serviços de banda larga tem a mesma preocupação que a
Nextel em relação a prazos de homologação dos padrões de WiMAX.
Já a Bell South americana está estudando a possibilidade de utilizar serviços wireless de banda larga particularmente para
ofertar serviços de Internet de alta velocidade para potenciais clientes em áreas menos densas que foram abondonadas pelas
operadoras, em função dos altos custos de instalação de banda larga com fios. Esse será sempre – sem sombra de dúvida – o
primeiro alvo do mercado de BWA. No "ringue" ele estará competindo fortemente com o famoso ADSL. Isso no enfoque das
operadoras de telefonia fixa. No caso da telefonia móvel, acreditamos que elas utilizarão o WiMAX no primeiro momento para
competir com o ADSL das operadoras de telefonia fixa. A "festa" vai ficar animada!.
No Brasil já temos como candidata ao WiMAX a Neotec. A Neotec é uma entidade que congrega as principais operadoras do
sistema wireless MMDS do Brasil. MMDS é uma tecnologia de transmissão de dados e canais de vídeo, prestando serviços de
TV por assinatura e acesso à internet em banda larga através de micro-ondas. O MMDS divide o mercado com as operadoras
de TV a cabo e as de satélite (DTH), como DirecTV e Sky.
A Neotec tem testado sistemas de BWA com bons resultados. A empresa já testou o sistema proprietário da NextNet
Wireless com taxas de transmissão de até 2 Mbps e alcançando de 2 a 5 Km em áreas urbanas dependendo da densidade.
Esse sistema uriliza o espectro de frequência entre 2,5 GHz e 2,7 GHz que já é das operadoras móveis e estão sendo utilizados
atualmente para serviços de televisão. A Neotec está buscando um sistema parecido com o da NextNet de BWA para
implementar um serviço de banda larga sem a necessidade de implantação de fios e com o objetivo de fornecer serviços de
banda larga na faixa de US$ 20 por mês. Segundo Luiz Frauendorf, diretor da Neotec, o serviço de banda larga ADSL está
disponível em algumas partes do país por US$ 30 por mês. Segundo Luiz o Brasil terá 3,2 milhões de usuários de banda larga
em 2006, e ter 10% deste mercado valeria a pena. Veja aqui: Um panorama da TV por assinatura no Brasil. Trata-se da
entrevista de José Luiz Navarro Frauendorf, diretor da Neotec. A NextNet – que se juntou recentemente ao fórum de
WiMAX – tem uma grande implementação de tecnologia NLOS (Non Line of Sight) na Cidade do México.
A necessidade de um trabalho de apoio regulatório
O fórum de WiMAX focou no ano de 2003 a realização de um trabalho de apoio a chips e equipamentos e fez muito pouco em
relação as operadoras de telefonia. Para ajudar nesse esforço ele formou o grupo de trabalho de provedores de serviços a fim
de encorajar a contribuição de operadoras de telefonia e outros players, com o objetivo de influenciar as agências reguladoras
de espectro de frequências em todo o mundo. Além dessas tarefas, esse grupo desenvolverá Business Case para provedores
de serviços implantarem redes de 802.16 daqui para frente. Focará também em aplicações de multimídia do mundo real e
criará interfaces de gerenciamento de redes padronizadas.
Para melhorar a confiança das operadoras de telefonia, é essencial que o WiMAX trabalhe com os principais padrões de rádio e
com as agências reguladoras governamentais (nos EUA, o FCC e no Brasil, a ANATEL). Essas ações são importantes para
prevenir colisões com outras tecnologias wireless já existentes e assegurar que o WiMAX possa ser implantado
consistentemente em diferentes países. Essa necessidade está se tornando mandatória e urgente a medida que os produtos
estão próximos de serem lançados no mercado.
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Esse é um dos trabalhos do fórum de WiMAX que tem também de fazer lobby de país em país para assegurar a alocação de
espectro de freqüência para as aplicações de WiMAX. Uma tarefa chave é assegurar a interoperabilidade quando o WiMAX
compartilha espectro com outros protocolos tais como o de WLAN em 5 GHz (802.11a) e em 3 GHz no espectro de MMDS (2,5
- 2,7 GHZ).
O WiMAX e a WLAN serão complementares se eles puderem trabalhar conjuntamente. Existe um potencial para interferência
na tecnologia WLAN em 5 GHz que é a banda do padrão IEEE 802.11a, especialmente para produtos de WLAN trabalhando em
outdoor, pois existe a tendência dele operar mais alto a frequência que os produtos indoor, e portanto interferir com WiMAX.
Tem que existir orientações para que sejam evitadas contenções desse tipo. Por exemplo, o 802.16 transmite um controle de
dados a cada 2,5 ms bloqueando outros usuários do seu canal. O padrão de extensão de QoS (Quality of Service) de WLAN – o
padrão IEEE 802.11e (veja Status of Project IEEE 802.11e) – que será homologado ainda este ano – tem funcionalidade
semelhante, fazendo com que ele se comporte como o WiMAX. Isso também tem que ser trabalhado na Aliança de Wi-Fi e no
IEEE
O mais ambicioso de tudo é a necessidade de trabalhar com as agências reguladoras de telecomunicações para tentar
conseguir a melhor oferta para as operadoras de WiMAX, fazendo lobby nos países aonde as frequências são reservadas para
outras necessidades.
Um forte obstáculo é que o WiMAX tem aspectos tanto de tecnologia fixa quanto móvel, e eles tendem a ser manipulados
separadamente pelas agências reguladoras de telecomunicações, com as tecnologias móveis limitadas a bandas específicas.
Por exemplo, alguns países consideram 3,5 GHz como uma tecnologia fixa o que poderia ser uma restrição ao padrão móvel do
WiMAX – o IEEE 802.16e. Os produtos desse padrão deve estar chegando no mercado em aproximadamente 18 meses. Outros
países alocam 3,5 GHZ para utilização por satélite, embora possa ser compartilhada com banda larga, como ocorre no Reino
Unido. Existe também limitações na utilização da banda de 5,8 GHZ, particularmente na Europa, o que poderia atrapalhar a
disseminação do WiMAX se o trabalho nas agências reguladoras não tiver sucesso.
Enfim, existe muito trabalho a ser feito para ter consistência da alocação do espectro para minimizar os riscos de interferência.
Esse trabalho é tão importante quanto aquele de desenvolvimento técnico que os vendors têm que fazer para convencerem as
operadoras de telecomunicações (ou outros players) a utilizarem o WiMAX e começarem os seus projetos pilotos.
O papel da Intel
No mês passado a Intel dominou a agenda de dois seminários ocorridos em San Jose na Califórnia. O Summit do WiMAX
Forum e o Simpósuio Anual da WCA. Segundo Sean Maloney, gerente geral de Telecomunicações da Intel e o ‘grande
embaixador’ do WiMAX, "a banda larga sem fio (BWA) vai trazer cinco bilhões de usuários para a internet" – diz – "a eficiência
e o custo do padrão IEEE 802.16 será responsável por uma grande revolução wireless".
Ainda segundo Maloney, "a Intel vê a disseminação do 802.16 em três fases. A primeira começará com a instalação de
antenas fixas externas (outdoor) trazendo rapidamente a conectividade wireless para mercados emergentes e acelerando a
instalação de serviços de banda larga sem a necessidade de colocar fios ou cabos". Na segunda etapa "a tecnologia progedirá
rapidamente para instalações de antenas internas (indoor), espalhando o seu interesse para as operadoras de
telecomunicações que buscarão simplificar (e reduzir custos) a instalação nos sites dos usuários". Finalmente, ainda segundo
Maloney, na terceira fase "o hardware certificado de WiMAX estará disponível para soluções móveis para aqueles usuários que
querem fazer roaming dentro ou entre áreas de serviço".
A Intel já prometeu versões WiMAX da tecnologia Centrino para o próximo ano. A Nokia – sua "parceira de fé" no WiMAX –
espera estar resolvendo problemas de baterias e outros itens técnicos para lançar o seu aparelho celular de WiMAX em no
máximo dois anos.
O empenho da Intel em promover o WiMAX é demonstrado pela seriedade com que o "rei do chip" está tratando esta nova
tecnologia de BWA. A Intel tem se empenhado em fazer lobby com governos e agências reguladoras de telecomunicações,
dando credibilidade à sua escolha tecnológica e pondo o seu peso técnico e financeiro em projetos aonde ela quer provar este
novo conceito de telecomunicações como o que está sendo feito no município de Houston, na Georgia. Esse município será o
primeiro dos EUA a ter um "cobertor" de wireless utilizando a tecnologia WiMAX. Dependendo do sucesso deste piloto, a Intel
pretende ampliar essa cobertura na Georgia.
A Intel está trabalhando fortemente com as agências reguladoras de telecomunicações em diversos países, mostrando que
terão uma vantagem competitiva – se realocarem o espectro para BWA – sobre aqueles países que não fizerem o mesmo.
Existe um forte interesse na obtenção de espectro de freqüência que permita a transmisão não apenas de dados, mas de
bandas que suportem a transmissão tripla de voz, vídeo/televisão e dados sobre links wireless no padrão IEEE 802.16a, ao
invés de ADSL e cabos.
A Intel também está ativamente pondo pressão em governos de países em desenvolvimento para adotarem WiMAX nas suas
comunicações. Ela teve algum sucesso na China, mas não conseguiu repetir na Coréia do Sul, que tem o seu próprio padrão de
BWA.
Áreas estratégicas para o WiMAX
A Intel e a Nokia consideram a Rússia, China, Índia e América Latina como os alvos iniciais da estratégia delas para o WiMAX.
Elas têm particular interesse na Rússia, pois o governo desregulamentou a infra-estrutura de telecmunicações agora em 1 de
janeiro de 2004. A Rússia é considerada um paraíso dourado para o WiMAX em virtude da baixa penetração da telefonia (fixa e
móvel) que é de 20%, e que não passa de 50% em Moscou.
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Na China, a Intel, através de parceria com a Alvarion e com a China Unicom (segunda operadora chinesa), está implantando
serviços de banda larga wireless em sete cidades utilizando a tecnologia WiMAX. A Intel está fazendo um forte lobby na China
para tornar o IEEE 802.16a o padrão nacional de BWA daquele país. Já a Nokia pretende vender estações rádio-base para os
chineses. As autoridades chinesas despertaram para o WiMAX bem antes de outros países e já há dois anos mantêm uma série
de conferências relacionadas com esta tecnologia. Já a empresa canadense Wi-LAN está trabalhando com a China
Communications que venceu 25 leilões de 3,5 GHZ tornando-se a maior operadora de wireless fixo da China. A Wi-LAN está
também fazendo parceria com a China Sat que tem três licenças de 3.5 GHZ.
Na América Latina a Intel está trabalhando com seu segundo parceiro no WiMAX - a Aperto Networks – (o primeiro é a
Alvarion) e trabalhando com o provedor de serviços MVS Comunicaciones para levar BWA para três cidades mexicanas –
Cidade do México, Guadalajara e Monterrey. A MVS tem licenças de MMDS na faixa 2,5 – 2,686 GHZ e utilizará a tecnologia
Packetwave da Aperto Networks para fornecer acesso wireless para o mercado corporativo. Recentemente, em 9 de fevereiro
de 2004, a Aperto Networks surpreendeu o mercado mexicano anunciando uma oferta de serviço de internet de alta velocidade
nas localidades de Puebla e Cidade do México para a Ultravisión, um grande operador MMDS no país. Veja Aperto Unwires
Mexico do Weblog Dailywireless. A América Latina é um mercado potencial de WiMAX e vários outros projetos pilotos de
operadoras já estão acontecendo.
Enquanto todos esses movimentos estão ocorrendo em diferentes países, os EUA já têm sua primeira operação comercial com
WiMAX inaugurada recentemente em 3 de fevereiro de 2004 na cidade de Portland, em Oregon, com tecnologia da VeriLAN.
Veja First Commercial 802.16a Switched On do Weblog Dailywireless e Press Release da VeriLAN.
Finalmente ...
O ano do WiMAX não será 2004. De fato o resplendor do WiMAX ocorrerá em 2005 ou 2006. Mas 2004 há de ser um
importante ano, pois é quando o conceito terá que ser sonoramente provado em função dos primeiros projetos pilotos, para
depois virarem roll-out comercial com a chegada de produtos variados, e competitivos em preço. Espera-se que no final de
2004 o jargão WiMAX já faça parte do nosso vocabulário de telecomunicações assim como o Wi-Fi já o é atualmente.
Referências:
[1] IEEE Standard 802.16: A Technical Overview of the WirelessMAN Air Interface for Broadband Wireless Access
(Carl Eklund, Roger B. Marks, Kenneth L. Stanwood, and Stanley Wang, 02/06/04) [um Arquivo PDF];
[2] Intel speeds up WiMAX; 2004 will be the make or break year, Silicon Investor, From Wireless Watch, December 18,
2003;
[3] WiMax Devil in Details, Dailywireless, January 27, 2004;
[4] Wi-Max Outed, Dailywireless, January 21, 2004;
[5] Wireless Convention in San Jose, Dailywireless, January 19, 2004;
[6] BeamReach: In from the Cold?, Dailywireless, January 14, 2004;
[7] WiMax Chips This Summer, Dailywireless, December 17, 2003;
[8] Trains Testing 802.16e, Dailywireless, December 09, 2003;
[9] Dr. Xu's HPi Love Fest, Dailywireless, December 08, 2003;
[10] VeriLAN Unwires Portland, Dailywireless, November 13, 2003;
[11] 802.20 Studied, Dailywireless, November 12, 2003;
[12] Em Quem você Acredita? WiMAX (IEEE 802.16) ou Mobile FI (IEEE 802.20)? - Parte 1, Weblog Novas
Tecnologias - Novos Negócios do site ComUnidade WirelessBRASIL, 20 de dezembro de 2003;
[13] WiMAX is Coming, Weblog Novas Tecnologias - Novos Negócios do site ComUnidade WirelessBRASIL, 7 de
fevereiro de 2004;
[14] Broadband wireless faces hurdles, EE Times, January 26, 2004;
[15] Tutorial de WiMAX, Teleco, Fevereiro de 2004;
[16] 802.16a preps wireless for prime time, EE Times, May 16, 2003;
[17] First Commercial 802.16a Switched On, Dailywireless, February 03, 2004;
INTEL (com Nokia) & MOTOROLA (com Cisco) NO 4G: Outra grande disputa
http://www.aliceramos.com/conver/0022.asp
• Eduardo Prado - Smart Convergence
Vamos contar aqui um pouco da disputa que está ocorrendo no segmento de Broadband Wireless Access (BWA) entre a Intel
(defensora do IEEE 802.16) e a Motorola (defensora do IEEE 802.20). Esses padrões (ou apenas um deles) estabelecerão as
definições do revolucionário BWA que proporcionará a conexão sem fio a longa distância, em boa velocidade e nas formas
ponto-a-ponto e ponto-multiponto para transmissão de voz e imagens. Muita coisa vai mudar na prestação de serviços de
telecomunicações e nas facilidades de comunicações para as corporações em futuro próximo em função da utilização comercial
do BWA.
As batalhas dos padrões são normalmente conduzidas em comitês "poeirentos", e levantam pouco interesse da comunidade
consumidora de tecnologia até que os fabricantes (vendors) as transformem em especificações de produtos reais e, comece a
guerra de marketing no mercado. Os padrões wireless do IEEE estão provando ser a exceção a essa regra. A relativa rapidez
com que esses padrões estão sendo ratificados (e comercializados) e o intenso interesse público no Wi-Fi (IEEE 802.11b) e
seus "parentes" (IEEE 802.11a e 802.11g) significam que as várias especificações dos padrões 802.xxx estão sendo tratadas
com extrema confiança pelo mercado.
Talvez o principal fator chave para esse movimento é que os vendors estão vendo - pela primeira vez desde o boom da
internet - uma nova e genuína fonte de receita, e uma vez se engajando nesta luta desde o início, podem estabelecer a chance
de terem o controle dela. Always ... money talks!
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Grandes nomes estão reunidos suportando dois Grupos de Trabalho do IEEE na definição de dois padrões - que podem ser
vistos como complementares - mas estão encabeçando uma disputa que além de "paixões" de natureza técnica podem
substanciar uma grande batalha sobre o futuro do mercado wireless e - é óbvio - as conseqüentes oportunidades de negócios.
De um lado nós temos o Grupo do IEEE 802.16x - o famoso Wireless Metropolitan Área Network (WMAN) - muito
conhecido pelo nome da associação que dá suporte ao mesmo WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) que é
visto no mercado como uma "porta voz" da Intel e está dando forma a talvez uma das mais significantes tecnologia sem fio.
Não é à toa que a própria Intel cunhou a seguinte frase sobre o mesmo: "o 802.16 é a coisa mais importante desde a própria
Internet".
Do outro lado nós temos o Grupo do IEEE 802.20, apelidado de Mobile-Fi, o primeiro standard a ser especificamente
projetado para carregar o tráfego nativo IP para acesso em banda larga de forma completamente móvel. Ele proporcionará
taxas de transmissão simétricas de 1 Mbps a 4 Mbps em espectros licenciados abaixo de 3,5 GHZ em distâncias de 15 km
aproximadamente. Isto faz com que ele tenha menos potência que o WiMax mas seja intrinsicamente móvel (mobile)
oferecendo uma latência de 10 ms - até mesmo para um veículo movimentando-se rapidamente - comparado aos 500 ms do
3G.
IEEE 802.20
O padrão 802.20 parece ser altamente posicionado contra a versão móvel do WiMax - o 802.16e - que tem um forte interesse
da Nokia e da Intel. Embora os dois padrões tenham começado baseados em aspectos técnicos diferentes e endereçarem
problemas suavemente diferentes, o WiMax ameaça tornar o 802.20 redundante. Por trás do 802.20 temos a Motorola e a
Cisco que parecem estar bem determinadas em fazer o seu padrão preferido, o padrão dominante do BWA ao invés de buscar
uma aproximação com o padrão comandado pela Intel, o WiMax. Aparentemente essa determinação pode ser desastrosa. O
WiMax está bem mais adiantado que o Mobile-Fi - e até mesmo a sua versão mais recente (a móvel 802.16e) está há um ano
na frente do seu rival - e dessa forma apoiar o 802.20 é retornar ao passado. Além do mais, o padrão 802.16 é uma tecnologia
que pode ser acomodada de forma relativamente simples pelas operadoras de telefonia móvel.
O 802.20 foi estabelecido em fereveriro deste ano pouco antes do lançamento da ratificação da extensão 'a' do
802.16. E a disputa ainda continua por aqui. O Mobile-Fi não será ratificado antes do final de 2004 e os primeiros chips do
802.16 serão produzidos no início de 2004. O Mobile-Fi tem encontrado também uma forte resistência na poderosa indústria de
tecnologia móvel com vários players de 3G encarregando-se de "bater pesado" no padrão 802.20 - por razões óbvias. Veja na
matéria Move over 3G: here comes 4G da revista The Economist a ameaça da tecnologia 4G proprietária aos vendors de 3G.
O padrão 802.20 é fortemente defendido pelos detentores desta tecnologia de 4G proprietária - e prejudicialmente não interoperável - a saber: Navini Networks, Flarion e IPWireless para citar apenas alguns deles.
Então por quê esses dois grupos não aprofundam seu trabalho conjunto em uma especificação das conexões de banda larga
sem fio, ao invés de continuarem competindo entre si? A política é a resposta! Ela é hoje um símbolo dos mais fundamentais
para as disputas que estão acontecendo no cenário mundial de tecnologia de negócios quando grupos específicos encarregamse em defenderem nichos específicos para os seus produtos. Dessa forma, os dois gigantes dos chips - Intel e Motorola - têm
se empenhado em utilizar qualquer tipo de arma - inclusive os importantes comitês que estabelecem os padrões - para
consolidarem posições importantes no mercado de comunicações móveis.
A Motorola tem atuado deseperadamente para manter a Intel longe da sua base de smartphones. Do lado da Motorola temos a
Cisco que suporta a Flarion no 4G. Esta última é o elemento tecnológico chave por trás do 802.20.
Mais uma vez nós presenciamos uma batalha épica acontecendo "dentro das paredes" do IEEE!
Todas essas políticas têm polarizado os projetos do IEEE este ano. Em março, o corpo do padrão 802.16a foi ratificado, com
sua versão "sem linha de visada" (NLOS = non line of sight), que representa a versão fixa da banda larga sem fio, e deu início
ao processo do 802.20. Naquela época a Intel e a Nokia decidiram por todo o seu peso na aposta do WiMax quando ambos os
padrões pareciam - ainda - ser obscuros.
Eles estavam, quase que realisticamente posicionados como complementares. O WiMax tinha se tornado a base para definição
dos requisitos de endereçamento de última milha usando o conceito do "móvel fixo" (fixed wireless), enquanto o 802.20 estava
aprofundando a padronização de vários esforços para proporcionar uma solução de banda larga completamente móvel
utilizando a tecnologia IP (Internet Protocol). Até mesmo a variante móvel do WiMax - o 802.16e - ainda era amplamente visto
como uma extensão do padrão "móvel fixo" - o 802.16a - ao invés de padrão completamente móvel pelas suas próprias
características.
O papel principal do WiMax tem sido ampliado consideravelmente, pela proeminência que o Wi-Fi tem alcançado nos últimos
tempos. A "última milha" tem sido um issue, principalmente para as operadoras de telefonia fixa, quando elas precisarem
cortar custos e acelerar o roll-out utilizando tecnologia wireless (sem fio) ao invés da tecnologia wired (com fio). O potencial do
WiMax tem se tornado um ativo diferenciado a medida que ele aumenta dramaticamente o potencial de suportar o back-office
da instalação de hotspots de Wi-Fi propocionando redes sem fio de até 30 milhas ou mais.
Para a Intel este é o caminho de fazer notebooks e PDAs sem fio mais atrativos aumentando a sua capacidade de
conectividade através de uma tecnologia mais poderosa do que o Wi-Fi pela sua limitação de alcance geográfico. Para a Nokia,
mais significantemente, o WiMax representa a possibilidade de criar um negócio completamente novo no segmento de
handsets, e esta empresa promete lançar aparelhos celulares móveis de WiMax em 2005.
Esses movimentos têm "encurralado" o 802.20 no seu território. O esforço de apoiar esse padrão foi encabeçado pelos
pioneiros da Quarta Geração (4G) em IP - notadamente Flarion e Navini Networks, que recusaram-se perempetoriamente a
dar qualquer colaboração no padrão 802.16e, e chamando para eles a "solução mais pura" do IP móvel. Com apenas uma
"levíssima" (sic!) diferença - eles trabalham com tecnologia completamente proprietária e não interoperável entre os próprios
fornecedores do 4G atual.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Para conhecer alguns destes fornecedores proprietários, veja: IPWireless, Flarion, Navini Networks, ArrayComm,
Broadcomm, BeamReach Networks, Soma Networks e Tantivy Communications. Veja também a matéria Vem aí a
nova geração de tecnologia 4G (sem fio) desta coluna.
Se considerarmos que os interesses políticos ficarão em segundo plano em curto prazo, parece-nos que o 802.20 se recolherá
a sua "insignificância", ou será redirecionado para um nicho específico de aplicação - notadamente numa área que ele é
excelente - aquela aonde as comunicações móveis de banda larga são necessárias para veículos movendo-se em rápido
movimento (o padrão 802.20 suporta mobilidade veicular, com velocidades de até 250 km/h).
O melhor resultado para ambos os grupos seria se o 802.20 adotasse as especificações do WiMax em seus produtos e o melhor
do 802.20 migrasse para o 802.16e. Ironicamente, isso tem uma chance muito remota de acontecer uma vez que a Motorola
teria que aceitar sua derrota e buscar outras "armas" para evoluir em sua estratégia de BWA.
Vimos uma realidade que comanda diferentes interesses dos vendors em detrimento do que pode ser mais conveniente para a
comunidade de negócios (e tecnologia).
IrDA
IrDA - Sigla de Infrared Data Association, entidade que define o padrão de mesmo nome para a
transmissão de dados via raios infravermelhos, ou seja, sem fios.
Link de origem: http://www.irda.org/use/faq.asp Visite!
FAQ
What is an IrDA infrared data connection?
A cordless data connection using infrared light. It is a low-cost transceiver signaling technology for two way data exchange. It
provides high-speed digital exchange through the typical PC UART/serial port at 9600-115200 bits/s, and in some units
compatible high speed extensions up to 1Mb/s and 4Mb/s speeds.
What are the distance limitations for IrDA-compliant infrared connections?
Although the IrDA standard only specifies a connection from zero to one meter, many IrDA-compliant products can connect at
distances greater than one meter.
What is IrDA?
The initials IrDA stand for the Infrared Data Association. IrDA is a non-profit trade association with a membership of over 160
companies representing computer and telecommunications hardware, software, components and adapters.
Why infrared standards?
To ensure interoperability between devices of all types.
What
is
the
difference
between
diffuse
infrared,
directed
infrared,
and
radio
frequency?
Diffuse infrared allows many-to-many connections, does not require direct line of sight and can be uni- or bi-directional. Since
it is based on visible light, it is a secure form within a room. Financial trading floors are an example of diffuse infrared.
Direct infrared is point-to-point, typically one-to-one communications, is not subject to regulations, requires line of sight and is
a secure form of data transmission and reception. IrDA is an example of directed infrared.
Radio frequency is not secure in that it can penetrate walls, is subject to uncontrolled interference, is typically higher in power
than directed infrared and requires FCC certification.
How secure is infrared?
Very secure. Using infrared connection to access the LAN is as secure as using a cable at any other access point on the
network. You need to be an authorized user on the subnet.
How reliable is infrared?
Often more reliable than wired solutions. When was the last time your TV remote control broke? In fact, we believe that the IR
port will prove more reliable than wired connections because we will have eliminated wear-and-tear. No pins to bend, no plugs
to jam.
Does the length of the infrared connection affect the speed of the network?
i.e., if the portable is farther away from the network access point, will the connection be slower? To be IrDA-compliant a
product must be capable of maintaining a constant connection speed.
When will faster infrared speeds be available?
You can expect to see 16 Mbps speeds in the near future. Engineers say that even 50Mbps speeds is technology feasible, but
won't be available for at least a few years.
Why not wait for 16 Mbps speeds?
4Mbps fits the speed and data transmission requirements and is a viable speed for most PC applications today. As file size
requirements grow, some segments of the industry will require higher speeds such as high speed LAN's.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
What products use infrared today?
Infrared is showing up in several electronic products, such as PDAs, printers, desktop adapters, notebooks, cameras, Palm
devices.
What products will implement infrared in the future?
Infrared will soon be seen in copiers, fax machines, overhead projectors, telephones, bank ATM's, credit cards, game controls,
and headsets.
What do I need to be able to use Ir from my laptop to my desktop PC?
Your laptop needs to have the appropriate software drivers on it such as Microsoft Ir Monitor, QuickBeam or Transit
(application dependent). If your Desktop PC does not have an IR port or software, you will need to get an Ir adapter and
software to enable you Desktop. Ir adapters are available on the market today. Please go to the Products page on this web site
to determine vendor offerings.
NFC
Não acha que seria fantástico poder ver as fotografias das suas férias e, para isso, apenas colocar a câmara digital em frente
do TV? E poder atualizar a sua agenda de endereços através da simples colocação da sua Agenda Pessoal Electrónica (PDA) em
frente do computador? Tudo isto e muito mais é já possível com a nova tecnologia denominada ‘Near Field
Communication’.
Mas não é tudo. A tecnologia ‘Near Field Communication’ [NFC] permite, até, que nos livramos da dor de cabeça que nos da
quando temos que lembrar de dúzias de palavras-chave. Esta tecnologia gere este processo através da combinação de todas
as aplicações e serviços de identificação num único dispositivo, garantindo a necessária protecção dos dados.
Desenvolvida em conjunto pela Philips e pela Sony, esta tecnologia simplifica e agiliza a ligação de câmaras digitais, PDAs,
descodificadores, computadores, telefones celulares … tudo isto à disposição comum dos mortais. De fato, com a tecnologia
NFC é possível estabelecer a ligação sem fios entre dois dispositivos para a troca de dados e de serviços de acesso.
Concebida a partir da combinação de tecnologias de identificação sem contato e em rede, a tecnologia NFC baseia-se na
conectividade sem fios que possibilita a comunicação de curto alcance (até 15 cm) entre dispositivos electrônicos. Permite a
instalação de redes sem fios, de uma forma rápida e automática, fornecendo um ‘conector virtual’ aos equipamentos celulares,
Bluetooth e WiFi já existentes.
A sua interação de curto alcance simplifica grandemente todo o processo de verificação de identidades, facilitando a
comunicação direta, segura e clara de componentes electrônicos entre si, sobrepondo-se à cacofonia gerada pelos ruídos
eletrônicos que preenchem as ondas sonoras.
A tecnologia NFC também pode ser usada para potenciar outros tipos de comunicação sem fios, como nos casos WiFi e
Bluetooth, permitindo a transferência mais rápida de dados a longas distâncias.
Sobrecarregados com, pelo menos, um menu de aplicação por cada equipamento electrônico que possuímos, a tecnologia NFC
dá-nos a possibilidade de instalar ligações seguras e rápidas sem termos de percorrer menus de seleção em dúzias de
interfaces.
Resumindo, esta tecnologia ‘inteligente’ vai reescrever as regras da conectividade sem fios, criando uma plataforma sólida a
partir da qual a inteligência ambiental electrônica poderá desenvolver-se e crescer – permitindo que nos concentremos apenas
em usufruir das vantagens de vivermos num mundo sem fios.
TRUNKING
"Trunking" é como ficou conhecido o Serviço Móvel Especializado (SME), por ser o termo adotado em seu país de origem,
Estados Unidos. O SME, no Brasil, utiliza uma faixa de freqüência próxima a dos celulares (800MHz), com licensas múltiplas
por cidade. Por exemplo, a cidade de São Paulo tem três operadoras: Nextel, Metrophone e Via-1, todas privadas em regime
de competição.
Trunking x Celular
O Serviço Móvel Celular já é de conhecimento geral. O Trunking, ou Serviço Móvel Especializado, foi regulamentado no Brasil
para ser um serviço a ser oferecido somente à empresas.
Com a utilização de tecnologia digital (Atualmente somente TDMA), funciona praticamente como o Serviço Móvel Celular,
usualmente com funções adicionais, como Chamadas em Grupo e Serviço de Mensagens Curtas.
Para aplicações corporativas, o Trunking é quase sempre superior ao Celular, devido ao seu baixo custo nas ligações internas à
empresa, muito comuns.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Serviço Móvel Especializado (Trunking)
O Serviço Móvel Especializado(SME), também conhecido como Trunking ou sistema troncalizado, é um serviço muito
semelhante ao serviço celular sendo em muitos países enquadrado nesta categoria.
As principais diferenças em relação ao Serviço Celular no Brasil são:
• O SME é destinado a pessoas jurídicas ou grupos de pessoas caracterizados pela realização de atividade específica.
Não pode ser oferecido a pessoas físicas individualmente.
• Oferece a possibilidade comunicação tipo despacho (push to talk) para um grupo.
A Nextel é a principal operadora de SME.
Frequências utilizadas
• Faixa principal: 806-821 MHz e 851-866 MHz,
• Outras faixas: 460-462 MHz e 465-467 MHz, MHz, 821-824 MHz e 866-869 MHz, 896-901 MHz e 935-940 MHz.
A consignação de frequências para as prestadoras de SME é feitas em blocos de frequências de 1MHz (500 kHz ida / 500 kHz
volta), totalizando no máximo 10MHz, incluídos canais de transmissão e recepção. Em caso especiais este limite pode ser
estendido para 15MHz.
Operadoras adquirem novas Frequências
A Anatel divulgou em 28/10/04 o resultado do chamamento público para a utilização de blocos de frequências nas faixas de
806-821 MHz e 851-866 MHz. Não haverá necessidade de licitação para expedir as autorizações exceto na área 11 (São
Paulo) onde será necessário realizar um leilão.
Empresa
Preço Total (R$ mil)
Autorizações publicadas em mar/05
Rádio Móvel Digital
4.339
Ato 49.588
Nextel
2.481
Ato 49.573
Telcom
2.298
Ato 49.589
Splice
1.734
-
Superchip
1.213
-
LiG-MÓBILE
435
Ato 49.587
Direta Telecomunicações
328
Ato 49.584
TGD Tleglobal Digital
80
Ato 49.590
H. M. Sandres Sobrinho
33
Ato 49.586
Outros
76
-
Comtrac
Ato 49.583
Realocação de Frequência
A Anatel através do ato 47.362 de 20/10/04 realocou as frequências consignadas para trunking (SME e SLMP) na faixa
de 806-821/851-866 MHz. Serviço Limitado Móvel Privado (SLMP) é aquele destinado ao uso próprio do executante,
seja este uma pessoa natural ou jurídica.
Número de usuários de SME
600 mil (Fonte: Anatel, setembro de 2004)
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Tarifas para chamadas de Telefone Fixo destinada ao SME
Valores do minuto em R$, líquidos de tributos
Tarifa Normal
Tarifa Reduzida
VC 1
0,43804
0,30662
VC 2
0,83772
0,58640
VC 3
0,95316
0,6671
Numeração Telefônica
Utiliza a série começada com 7. A Vivo em São Paulo está também utilizando a série 7.
Operadoras
A Nextel é a principal operadora de SME.
UWB - ULTRA WIDE BAND
UWB – Ultra Wide Band. Esta é uma tecnologia de transmissão de dados sem fio que pode eventualmente vir a tornar-se o
padrão dominante da indústria. Ao invés de operarem numa freqüência fixa, os transmissores UWB utilizam um número quase
infinito de freqüências entre 0 e 60 GHz, sem permanecer em uma única frequência por mais do que algumas frações de
segundo. Apenas as duas partes envolvidas conhecem o padrão de freqüência utilizado, o que ajuda a manter a segurança dos
dados. A maior vantagem é que os transmissores UWB não interferem com outros aparelhos de radiotransmissão, nem
interferem entre sí, já que o curto espaço de tempo em que dois aparelhos possam vir a operar na mesma freqüência não
chegaria a atrapalhar a transmissão. O FCC vem estudando a liberação do uso desta tecnologia, que pode começar a ser
empregada em redes sem fio de alto desempenho nos próximos anos.
UWB - A tecnologia sem fio de banda ultralarga ("ultrawideband wireless technology" - UWB) poderá entrar numa fase de
utilização comercial limitada caso a Comissão Federal de Comunicações dos Estados Unidos ("Federal Communications
Commission" - FCC) venha a proporcionar o seu aval no próximo dia 14 de fevereiro, como muitos observadores deste setor
econômico esperam. A FCC vem realizando discussões sobre a UWB já faz muito tempo, cerca de três anos, sendo que esta
demora se deve em parte 'as complexas questões técnicas relacionadas com esta tecnologia que precisam ser discutidas. Os
opositores da UWB argumentam que tal tecnologia ira' provocar interferências nos dispositivos do sistema de posicionamento
global por satélite ("global positioning system" - GPS) e em outras transmissões sem fio, ate' mesmo em faixas do espectro
eletromagnético que são utilizados exclusivamente pelas Forcas Armadas e pelo controle de trafego aéreo. Entretanto, as
pesquisas mais recentes realizadas com esta tecnologia demonstram que pode ser possível restringir suas interferências nas
faixas mais importantes deste espectro através da utilização de filtros de sinais. Alem disso, conforme ressaltou o vicepresidente da Time Domain, Jeff Ross, o proprio Departamento de Defesa estadunidense e' um dos principais defensores da
tecnologia UWB, contando com mais de 100 contratos na área de UWB já em desenvolvimento.
Ultra banda larga UWB é opção de comunicação
Até nossos dias a UWB ("ultra wide band", ultra banda larga) foi tecnologia usada exclusivamente pelos militares. Mas nos EUA
aguarda apenas a regulamentação pelo FCC para chegar aos lares e residências, implementada em dispositivos de Eletrônica
de consumo.
A UWB também é conhecida como tecnologia de impulso, banda de base ("baseband"), e zero portadora ("zero carrier"). Como
os nomes indicam, é um trem de pulsos rápidos - de 10 a 1000 picosegundos cada - sem portadora.
A principal característica da UWB é a extensão da faixa de freqüências que ocupa em torno de uma freqüência central.
Enquanto um canal de TV usa 6 MHz em torno da portadora de aproximadamente 100 MHz, um canal UWB ocuparia qualquer
coisa entre 10 MHz e 1000 MHz em torno da freqüência central de 100 MHz.
De fato um serviço UWB pode atingir uma faixa de GigaHz. O mais interessante de tudo é que a UWB pode se sobrepor à outra
transmissão de banda estreita naquela mesma banda. No exemplo acima, o serviço UWB coexistiria perfeitamente com o canal
de TV, sem intervir nele. Nesta época em que o espectro de frequências disponíveis está se esgotando pode ser uma
alternativa indispensável.
Esta sobreposição é possível porque a UWB transmite com potência muito baixa, 75 nanoWatts por MegaHertz. Isto significa
tipicamente 0,26 miliWatts de potência (contra 30 a 100 mW de rádios 802.11b e 1 mW a 1 W no Bluetooth). Obviamente
outra vantagem, quando se discute questões de saúde ligadas à transmissões de telecomunicações.
A implementação da UWB é muito simples. Pela baixa potência da transmissão não é preciso amplificador - circuitos CMOS
alimentam diretamente a antena.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
Duas técnicas são usadas para modulação da UWB.
- A primeira é a PPM ("pulse-position modulation", modulação de posição de pulso); a modulação é obtida pela variação da
distância entre os pulsos.
- A segunda, BPSK ("binary pulse-shift keying", chaveamento binário de alternância de pulso), consiste em modular pela fase
do pulso, 0º ou 180º, pulso negativo ou pulso positivo.
VoWLAN
Voz sobre wireless LAN (VoWLAN)
• Eduardo Prado - Smart Convergence
Recentemente a Cisco e a Spectralink anunciaram o lançamento de telefones com a tecnologia de VoIP (Voice over IP)
fazendo interface com redes Wi-Fi.
Já existe um novo acrônimo no mercado para descrever essa simbiose: VoWLAN (Voice over Wireless LAN - WLAN). Há
também quem aposte em VoW (Voice over Wi-Fi). O telefone Cisco 7920 é o primeiro modelo da Cisco de VoIP baseado no
padrão 802.11.
Esse telefone deverá chagar ao mercado em dois meses (de acordo com a InfoWorld já deveria ter chegado ao mercado em
junho passado) e a um preço planejado de US$ 595 nos EUA. Os modelos da Spectralink são os: i640 (de US$ 599) e o e340
(modelo mais barato começando em US$ 399).
O que a Cisco e a Spectralink estão disputando? O mercado de aparelhos de VoIP? Não. Eles estão disputando um grande
mercado de soluções móveis de voz e dados no mercado corporativo. Eles (e outros fornecedores) buscam soluções
completas integrando os dispositivos de VoWLAN com PABX digitais com a funcionalidade de IP (Internet Protocol)
que será a tônica no mundo do futuro.
Tudo vai ser IP amanhã!
O software de VoIP (802.11b) para Pocket PCs está também disponível para os aparelhos Pocket Presence e Telesym. O
padrão SIP VoIP, adotado pela Microsoft, está começando a tornar-se um padrão dominante. Os aparelhos de Wi-Fi anteriores
com o da Symbol e da Intermec utilizavam o padrão H-232. Existe também o player Vocera Communications System cujo
servidor é baseado em um Servidor Windows 2000, uma LAN ou WAN e pontos de acesso wireless na tecnologia 802.11b. O
software servidor começa em uma lista de preço de US$ 20 mil para uma licença de 75 usuários e o "crachá" de
comunicações da Vocera que pode ser compartilhado em uma base rotativa de funcionários, é listado em US$ 350. Veja
informações sobre IP em Voice over IP and IP Telephony: References.
Para melhorar ainda mais a competição nesse nicho, a Mitsubishi anunciou no início deste mês que já está testando seu
telefone VoWLAN no Japão através de uma empresa do grupo a IP Talk.
Qual é o mercado dessa oferta? Antes de falar que ele é gigantesco, pois existe nos segmentos de varejo, manufatura, saúde,
turismo (hotelaria), logística, oil & gas entre outros, vamos mostrar algumas oportunidades que já estão sendo trabalhadas.
Na saúde veja as referências: Will Wi-Fi lower nurses' blood pressure? da CNET News.com e Dutch Hospital in
Spectralinks from Unstrung. No varejo veja a utilização da grande cadeia Lowe's na 802.11 Planet. Na manufatura veja a
experiência do Grupo Dekko um grande conglomerado de Indiana, nos EUA, que está utilizando - com grande sucesso - a
tecnologia de VoWLAN em 27 das suas 30 instalações nos EUA. Para essa utilização no varejo veja This a not a Cellphone no
weblog Smart Convergence em 14 de maio de 2003 em matéria da Fortune Magazine.
Existem ainda alguns segmentos onde esta oferta poderia fazer uma grande diferença, a saber: hotelaria e oil & gas (por
exemplo refinarias ou em lugares com campus network).
Em alguns ambientes de oil & gas onde exista a presença de gases não poderemos utilizar equipamentos com teclado por
causa do risco de explosões. A solução seria a utilização de Pocket PC sem teclado (touch panel).
Em suma, a tecnologia de VoWLAN é extremamente atrativa em empresas e instituições aonde os funcionários passem a maior
parte do tempo fora das suas mesas como no caso de enfermeiras, de gerentes de varejo e de técnicos de campo de grandes
corporações.
Um candidato natural para utilizar essa tecnologia é o caso de uma organização aonde exista a demanda de "mobilidade"
mostrada acima e que já possua uma WLAN (já foi feito parte do investimento).
Segundo o instituto In-Stat/MDR, em recente relatório, espera que o mercado de handsets de VoWLAN evolua de 20 mil
em 2001 para 80 mil em 2002 e ultrapasse a cifra de meio milhão em 2006.
Existem problemas? Sim ainda existem. O site Unstrung mostra uma dura realidade. Todos esses vendors que estão
trabalhando com a tecnologia de VoIP, no padrão 802.11, antes que a especificação de WLAN para suportar voz
tenha sido finalizada pelo IEEE, podem ter problemas - isto é, antes que o padrão IEEE 802.11e seja finalizado.
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Tutoriais de Redes de Alta Velocidade e de Redes Wireless
(abril/2005)
O IEEE está trabalhando nesse padrão que adiciona o mecanismo de Quality of Service (QoS) na tecnologia de WLAN - tal
mecanismo habilita serviços de voz em meios sem fio. Por quê? A atualização do QoS é necessária pois o ambiente wireless é
inerentemente um meio compartilhado e sem nenhum método necessário para prioritização de pacotes, tão importante na
tecnologia VoIP.
WLL (Wireless Local Loop) é um sistema utilizado para conectar usuários ao sistema público de telefonia , utilizando sistema
de rádio acesso, substituindo assim a parte final do sistema fixo (última milha) de par trançado por rádio. Esse sistema é de
vital importância para operadoras que almejam disputar o mercado de telefonia fixa concorrendo com empresas já situadas e
implantadas no mercado há algum tempo.
LMDS (Local Multipoint Distribution Service) é um sistema de banda larga do tipo ponto multiponto operando na faixa SHF
acima de 20 GHz, permitindo assim uma comunicação bidirecional de alta capacidade. Este sistema faz-se necessário quando
se requer uma capacidade de tráfego muito intensa, sendo investimento para esse tráfego utilizando-se esse tipo de tecnologia
bem inferior a um sistema óptico (com fio), analogamente ao sistema WLL o LMDS permite uma conexão com o usuário final
mais otimizada.
WLL
Define-se por “rede de acesso” o conjunto de equipamentos, materiais e facilidades, que permitem a interligação de um
usuário, ou grupo de usuários, ao nó de comutação de um Sistema de Telecomunicações.
Tradicionalmente as redes de acesso têm sido construídas com cabos metálicos. Atualmente, novas alternativas têm sido
utilizadas tais como as redes de acesso ópticas e as redes de acesso com comutação digital distribuída.
As redes de acesso sem fio, aqui denominadas genericamente WIRELESS LOCAL LOOP (WLL), constituem-se em uma nova
alternativa para o acesso.
OUTRAS DENOMINAÇÕES PARA O WLL:
Wireless Access Local Loop.
Fixed Wireless Access (FWA).
Radio Local Loop (RLL).
O que é WLL?
A Vésper SP está oferecendo um sistema novo e inédito de telefonia fixa: o WLL (Wireless Local Loop), uma tecnologia
de telefone fixo sem fio, que utiliza ondas de rádio em vez de cabos. Para acessá-lo, interliga-se a central telefônica via fibras
óticas aos sistemas de Estação Rádio Base (ERBs), que fazem a conexão com a sua casa. Esse é um sistema de
rádiofrequência totalmente digital.
Através desse sistema, você não ficará sujeito a flutuações de sinal, e irá obter uma ótima qualidade nas chamadas.
Estamos operando no sistema 1.9 GHz CDMA (Code Division Multiple Access ou Acesso Múltiplo por Divisão de Códigos), que
possui para comunicação uma codificaçao de sinais, com a qual apenas os receptores e a central de comutação são capazes de
identificar de onde vem a ligação e para onde ela vai. Por ser digital, a maior vantagem desse sistema é que ele torna
praticamente impossível qualquer tipo de fraude.
Para que o sistema funcione, foi instalada juntamente com o aparelho telefônico a ETA - Estação Terminal de Acesso um aparelho com uma pequena antena, da qual sai o fio que conecta a linha ao telefone comum.
Esse dispositivo é um transceptor de radiofrequência que possibilita a utilização de um aparelho de telefone padrão
para acessar a interface aérea de CDMA.
No sistema WLL (Wireless Local Loop), o assinante Vésper SP acessa a rede através da Estação Rádio Base (ERB)
correspondente, utilizando tecnologia sem fio digital, padrão CDMA, presente em sua instalação e na ERB.
A ERB se comunica com a Central de Comutação, através de rádio microondas ou fibra ótica, enviando e recebendo os
sinais correspondentes às conversações estabelecidas pelos seus assinantes. As Centrais de Comutação da Vésper SP,
interligadas via anéis de fibra ótica, permitem conectar os assinantes Vésper São Paulo entre si e a todos os demais telefones celulares e convencionais - enviando e recebendo conversações, de ou para outras RBs ou outras redes (graças a acordos de
interconexões entre operadoras).
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