UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
EDUARDO GONÇALVES DA SILVA
PADRÕES DE REDES TRONCALIZADAS WIRELESS: TETRA & APCO-25
FLORIANÓPOLIS (SC)
2004
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
EDUARDO GONÇALVES DA SILVA
PADRÕES DE REDES TRONCALIZADAS WIRELESS: TETRA & APCO-25
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao Curso de Sistema de Informação,
como requisito à obtenção do título de Bacharel
em Sistema de Informação, da Universidade
Federal de Santa Catarina.
ORIENTADOR: CARLOS BECKER WESPHALL
BANCA:
CARLA MERKLE WESPHALL
JOÃO RICARDO BUSI DA SILVA
FLORIANÓPOLIS (SC)
2004
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
PADRÕES DE REDES TRONCALIZADAS WIRELESS: TETRA & APCO-25
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao Curso de Sistema de Informação,
como requisito à obtenção do título de Bacharel
em Sistema de Informação, da Universidade
Federal de Santa Catarina.
Florianópolis (SC), 18 de novembro de 2004.
Prof Carlos Becker Westphall, Doutor
___________________________
Profa Carla Merkle Westphall,
___________________________
Prof João Ricardo Busi, Mestre
____________________________
FLORIANÓPOLIS (SC)
2004
RESUMO
Esta pesquisa visa avaliar diferentes padrões de
redes de radiocomunicação digital, com ênfase para os
padrões TETRA e P-25 da APCO, a fim de definir qual
sistema melhor se adapta as necessidades dos órgãos de
Segurança Pública no Brasil, visando sempre à
interoperabilidade entre estes órgãos, que atuam em eventos
críticos.
São utilizados parâmetros a partir do qual se torna
possível uma análise comparativa entre diferentes padrões,
como por exemplo: segurança, desempenho e otimização no
uso do espectro de radiofreqüência, que em decorrência da
evolução tecnológica, onde cada dia é disponibilizado
novos equipamentos wireless, as freqüências necessárias
para transmitir estas informações tornam-se cada vez mais
rara.
Este trabalho apresenta uma alternativa viável para o
estabelecimento de um único padrão, em escala planetária,
chamado ‘Projeto MESA’, capaz de garantir a tão desejada
interoperabilidade em redes de radiocomunicação.
Palavras-Chaves:
REDES, RADIOCOMUNICAÇÃO, TETRA, APCO P-25, MESA.
ABSTRACT
This research aims at to evaluate different
standards of net of digital radio communication, with
emphasis for standards TETRA and P-25 of the
APCO, in order to always define which better system if
adapt the necessities of the agencies of Public
Security in Brazil, aiming at to the conect between
these agencies, that act in critical events. Parameters
from which are used if it becomes possible a
comparative analysis between different standards, as
for example: security, performance and optimize in the
use of the radio frequency specter, that in result of the
technological evolution, where each day wireless is
availability new equipment, the frequencies necessary
to transmit these information become each rarer time.
This work presents a viable alternative for the
establishment of an only standard, in planetary scale,
call `Project MESA', capable to guarantee so desired
connect in radio communication nets.
KEY WORDS:
NET, RADIO COMMUNICATION , TETRA, APCO P-25, MESA.
Lista de Figuras
Figura 1 - Comunicação Convencional .......................................................................... 18
Figura 2 - Troncalização................................................................................................. 20
Figura 3 - Troncalização - Sistema Rádio ...................................................................... 21
Figura 4 – Número de Contratos firmados na Europa com a rede 'TETRA'................. 24
Figura 5 – Adesão por segmento a rede 'TETRA' .......................................................... 24
Figura 6 - Quantidade de Contrato e Países com 'TETRA' ............................................ 25
Figura 7 – Arquitetura de Camadas do Modelo OSI ...................................................... 26
Figura 8 – Diagrama da Codificação TETRA ................................................................ 28
Figura 9 – Rede TETRA-IP............................................................................................ 30
Figura 10 - O padrão WAP no Sistema TETRA ........................................................... 31
Figura 11 - Estrutura da Rede ‘WAP-TETRA’ .............................................................. 31
Figura 12 - Modelo Rede 'TETRA' ................................................................................ 33
Figura 13 - Divisão entre o plano de controle de usuário no modelo OSI ..................... 37
Figura 14 - Serviços de pontos de acesso (SAP) no modelo de camadas OSI ............... 39
Figura 15 - Relação entre as funções da segurança ........................................................ 51
Figura 16 - Rede troncalizada Projeto APCO 16 ........................................................... 58
Figura 17 - Interfaces do Projeto APCO 25 ................................................................... 60
Figura 18 - Configuração com Repetidor ....................................................................... 64
Figura 19 - Configuração sem Repetidor ....................................................................... 64
Figura 20 - Camadas OSI .............................................................................................. 65
Figura 21 – DECT/GSM/TETRA .................................................................................. 80
Lista de Tabelas
Tabela 1 –Principais parâmetro do TETRA ................................................................... 27
Tabela 2- Estrutura do frame ‘TETRA’ ......................................................................... 35
Tabela 3 - Tipos de burst do ‘TETRA’ .......................................................................... 36
Tabela 4 - Mapeamento dos canais lógicos nos canais CP ............................................ 42
Tabela 5 - Mapeamento dos canais lógicos nos canais TP............................................. 43
Tabela 6 - Análise funcionalidades do TETRA (voz + dados e modo direto de operação)
........................................................................................................................................ 49
Tabela 7 – Interoperabilidade da Interface do P-25 ....................................................... 77
Tabela 8 - Análise comparativa entre redes wireless ..................................................... 79
LISTA DE SIGLAS
AACH - CANAL DE ACESSO ASSOCIADO
ACCH - CANAL DE CONTROLE ASSOCIADO
ACELP - ALGEBRIC CODE EXCITED LINER PREDICTIVE
ANATEL - AGÊNCIA NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES
AI – INTERFACE AÉREA
APCO - ASSOCIAÇÃO DE POLICIAIS PARA COMUNICAÇÃO EM SEG
PÚBLICA
BA - ÁUDIO DA BASE
BBK - BLOCO DE BROADCAST
BC - CONTROLE DA BASE
BCCH - CANAL DE CONTROLE BROADCAST
BNCH - CANAL DE BROADCAST DE REDE
BSCH - ESTAÇÃO BASE
CAI - INTERFACE AÉREA
CCCH - CANAL DE CONTROLE COMUM
CLCH - CANAL DE LINEARIZAÇÃO COMUM
COM – CONSOLES
CP - UM CANAL DE CONTROLE FÍSICO
DMO – OPERAÇÃO EM MODO DIRETO
DTMF – DUPLO TOM MULTIFREQUENCIAL
DSL – MODULAÇÃO PARA EMPACOTAR
ECCH - CANAL DE CONTROLE ESTENDIDO
ETSI - EUROPEAN TELECOMMUNICATIONS STANDARDS INSTITUTE
FACCH - CANAL DE CONTROLE ASSOCIADO RÁPIDO
FCC - FEDERAL COMMUNICATIONS COMISSION
GSM - GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS
HLR - BASE DE DADOS DE REGISTRO DO MÓVEL EM SUA LOCALIDADE
HTTP – PROTOCOLO DE TRANSFERÊNCIA DE HIPER TEXTO
ISDN – REDE DIGITAL DE SERVIÇOS INTEGRADOS
ISI – INTERFACE INTER-SISTEMA
IP - INTERNET PROTOCOL
LAN – REDE LOCAL
LS – SINALIZAÇÃO DE SÍTIO
LS - ESTAÇÃO DE LINHA
QOS – QUALIDADE DE SERVIÇO
MAC - CONTROLE DE ACESSO AO MEIO
MCCH - CANAL DE CONTROLE PRINCIPAL
MDP - SISTEMA DE DADOS DE QUALQUER PERIFÉRICO
MESA - APLICAÇÕES MÓVEIS PARA SEGURANÇA E EMERGÊNCIA
MS - ESTAÇÃO MÓVEL
MRC - CONTROLE DE ROTA DO MÓVEL
MR - RÁDIO BASE
MRP - SERVIÇO MÓVEL COM RECURSOS PARTILHADOS
MSC - CENTRO DE CHAVEAMENTO DOS MÓVEIS PARA SERVIÇOS
OSI - OPEN SYSTEM INTERFACE
OTAR TROCA AÉREA DE CHAVES
PDO - OTIMIZAÇÃO DE PACOTE DE DADOS
PEI – INTERFACE PARA EQUIPAMENTOS PERIFÉRICOS
PMR - RÁDIOS MÓVEIS PRIVADOS
PSTN – REDE PÚBLICA DE COMUTAÇÃO TELEFÔNICA
PSPP - PROJETO DE PARCERIA NA ÁREA DE SEGURANÇA PÚBLICA
RF - RADIO FREQÜÊNCIA
RTP - PROTOCOLO DE TRANSPORTE EM TEMPO REAL
RFG - ROTEADOR DE SUBSISTEMA DE RF
RFC - CONTROLE DO SUBSISTEMA DE RF
RFS - CHAVE DE SUBSISTEMA DE RF
SACCH - CANAL DE CONTROLE ASSOCIADO LENTO
SAP - PONTOS DE ACESSO DE SERVIÇO
SCH - CANAL DE SINALIZAÇÃO
SCH/F - CANAL BIDIRECIONAL
SCH/HD - CANAL UNIDIRECIONAL (DOWNLINK)
SCH/HU: CANAL UNIDIRECIONAL (UPLINK)
SCCH - CANAIS DE CONTROLE SECUNDÁRIOS
SCK’S - CHAVES ESTATÍSTICAS DE CIFRAGEM
SDS - SERVIÇOS DE TRANSMISSÃO DE MENSAGENS CURTAS
SERVIÇOS DIGITAIS INTEGRADOS
SNMP – PROTOCOLO DE GERENCIAMENTO DE REDE
STCH - STEALING CHANNEL
SSN - SALVA DE UPLINK
SWML – GERÊNCIA DE INFRAESTRUTURA E DE COMUTAÇÃO
TCH - CANAL DE TRÁFEGO
TCH - CANAIS DE TRÁFEGO
TCH/S - CANAL DE TRÁFICO DE VOZ
TCP – PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO
TDMA - ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE TEMPO
TE – EQUIPAMENTO OU TERMINAL
TETRA - TERRESTRIAL TRUNKED RADIO
TMD – DADOS TETRA MAC
TSB – BROADCAST TETRA MAC
TSA – SINALIZAÇÃO TETRA MAC
TP - MODO DE CIRCUITO DE TRÁFEGO
VLR - BASE DE DADOS DE REGISTRO DO MÓVEL VISITANTE
VHF - VERY HIGH FREQUENCY
UHF - ULTRA HIGH FREQUENCY
UDP - PROTOCOLO PARA TRANSPORTE DE PACOTES ENTRE USUÁRIOS
WAP – PROTOCOLO PARA APLICAÇÕES SEM FIO
WML – LINGUAGEM PARA WAP
XML – LINGUAGEM DE MARCAÇÃO EXTENSÍVEL
SUMÁRIO
RESUMO ......................................................................................................................... 4
ABSTRACT ..................................................................................................................... 5
Lista de Figuras ................................................................................................................ 6
Lista de Tabelas ................................................................................................................ 7
LISTA DE SIGLAS ......................................................................................................... 8
SUMÁRIO...................................................................................................................... 11
1. INTRODUÇÃO...................................................................................................... 13
1.1 Proposta do trabalho ............................................................................................. 14
1.2 Objetivo ................................................................................................................ 14
1.3 Justificativa........................................................................................................... 15
1.4 Áreas de Conhecimento........................................................................................ 15
1.5 Organização do Trabalho...................................................................................... 16
2. REDES DE RADIOCOMUNICAÇÃO ................................................................. 16
2.1 – Rede de radiocomunicação convencional.......................................................... 17
2.2 – Rede de radiocomunicação troncalizada ........................................................... 19
2.3 – Considerações finais do capítulo ....................................................................... 22
3. REDE DE RADIOCOMUNICAÇÃO ‘TETRA’ ................................................... 23
3.1 - TETRA-sobre-IP ................................................................................................ 29
3.2 - Características do padrão WAP no TETRA....................................................... 30
3.3 - Os serviços de transporte e de teleserviço da rede ‘TETRA’ ............................ 32
3.4 - Hierarquia dos canais lógicos............................................................................. 36
3.5 - Mapeamento dos canais lógicos no TETRA ...................................................... 42
3.6 - Operação no modo V + D (voz + dados) ........................................................... 43
3.7 - Modo Direto ....................................................................................................... 47
3.8 – A segurança no Sistema ‘TETRA’ .................................................................... 49
3.9 - Considerações finais sobre a rede TETRA ........................................................ 56
4. Rede de rádio baseada no Projeto APCO 25 .......................................................... 57
4.1 – Características do P-16 ...................................................................................... 58
4.2 - Características do Projeto APCO 25 .................................................................. 60
4.3 - As interfaces do P-25 ......................................................................................... 61
4.4 - Descrição das pontas de referência .................................................................... 61
4.5 - Descrição dos grupos funcionais........................................................................ 62
4.6 - O P-25 e as camadas de rede OSI (Open System Interface) .............................. 65
4.7 - Serviços disponibilizados no P-25 ..................................................................... 66
4.7.1 - Serviços de telecomunicações:........................................................................ 66
4.7.2
- Serviços ao assinante: ................................................................................ 68
4.7.3
- Serviços ao operador do sistema: ............................................................... 69
4.8 - Características do P-25:...................................................................................... 70
4.9 – Considerações Finais sobre o Projeto APCO 25 ............................................... 71
5. Projeto MESA ........................................................................................................ 74
5.1 - Objetivos do ‘Projeto MESA’:........................................................................... 74
5.2 - Características do ‘Projeto MESA’:................................................................... 75
5.3 - Convergência de padrões ‘TETRA e Projeto 25 e 34 da APCO’ ...................... 76
5.4 – Características da rede TETRA com 2-slot TDMA .......................................... 77
5.5 – Análise comparativa entre TETRA, APCO P-25, GSM e DECT ..................... 79
Conclusões e Perspectivas Futuras ............................................................................. 82
Principais contribuições e Trabalhos Futuros............................................................. 84
Referências Bibliográficas.......................................................................................... 86
ANEXO I.................................................................................................................... 88
ANEXO II .................................................................................................................. 90
ANEXO III ................................................................................................................. 91
1. INTRODUÇÃO
A comunicação via rede rádio pode ser realizada basicamente em dois formatos:
convencional ou troncalizado. Nos anos 80, as redes de radiocomunicação eram
analógicas, hoje os rádios já podem operar no formato digital. Atualmente 96% da
comunicação via rádio é realizada no formato analógico, sendo que 4% operam no
modo digital. 1
As redes de radiocomunicação convencional e troncalizado se beneficiam da
tecnologia digital, sendo que predominam os padrões ‘TETRA’ e ‘APCO-25’.
O padrão ‘TETRA’ (Terrestrial Trunked Radio) foi construído a partir do
padrão europeu de telefonia celular digital, que é o GSM (Global System for Mobile
Communications).
O padrão da ‘APCO’ (Association of Public-Safety Communications Officers),
desenvolveu o chamado Project 25 (P-25), que é um padrão Americano para rádios
digitais utilizados em comunicação crítica, este padrão foi desenvolvido independente
dos avanços da telefonia celular digital.
As redes de radiocomunicação baseadas tanto no padrão ‘TETRA’, quanto no P25 da ‘APCO’, viabilizam a integração de voz e dados em um meio digital.
1
Fonte: IMS Research. R@T – maio de 2004
Pág. 14
1.1 Proposta do trabalho
Este trabalho tem como principal propósito analisar dois padrões de redes de
comunicação digital via radiofreqüência, de forma a tornar-se um instrumento de apoio
no processo decisório, acerca de qual padrão torna-se mais indicado para determinada
aplicação.
1.2 Objetivo
Objetivo Geral
Avaliar diferentes padrões de redes de radiocomunicação digital, a fim de definir
qual sistema melhor se adapta as necessidades dos órgãos de Segurança Pública no
Brasil, visando sempre à interoperabilidade entre estes órgãos, que atuam em eventos
críticos, onde a troca de informações entre forças policiais, bombeiros, guardas
municipais, companhias de gás, água e luz, entre outros; podem determinar tanto o
sucesso, quanto o fracasso de uma operação.
Objetivos Específicos
° Estabelecer critérios para análise comparativa entre padrões de rádios
digitais;
° Identificar estratégias para garantir a interoperabilidade entre equipamentos;
° Verificar se os diferentes padrões de comunicação digital atendem os
requisitos mínimos de operacionalidade dos órgãos responsáveis pela
Segurança Pública no Brasil;
Pág. 15
° Verificar se os recursos criptográficos são suficientes para garantir a
integridade da comunicação de voz e dados em diferentes padrões de
operação.
1.3 Justificativa
No estudo de diferentes padrões, para redes de transporte de voz e dados, via
radiofreqüência, observa-se que praticamente não existem publicações de caráter
científico no Brasil, capazes de constituir-se em ferramentas de apoio no processo
decisório à cerca de qual padrão é mais viável em determinada situação.
Diante da falta de literatura científica sobre o assunto, os Órgãos que atuam na
Segurança Pública não têm condições de fazer a melhor opção à cerca de qual
tecnologia adotar, ficando desta forma sujeitos a pressão (lobs) de empresas
multinacionais, cujo único objetivo é vender seus produtos, e não de fornecer
ferramentas capazes de melhorar a qualidade dos serviços prestados por estas
Instituições Públicas.
Este trabalho constitui-se apenas no primeiro passo, a partir do qual muitos
outros trabalhos científicos poderão ser desenvolvidos dentro de um ambiente
acadêmico, de forma a constituírem-se ferramentas de apoio capazes de padronizar e
conseqüentemente tornar interoperáveis as redes de radiocomunicação no Brasil.
1.4 Áreas de Conhecimento
° Gerência de Redes;
° Redes de radiocomunicação;
° Redes troncalizadas.
Pág. 16
1.5 Organização do Trabalho
Este trabalho está dividido em capítulos, no qual iremos abordar os seguintes
assuntos:
° Capítulo 1: Apresentação, proposta e justificativa do trabalho;
° Capítulo 2: Conceitua o leitor no assunto redes de radiocomunicação, tanto
convencional quanto a troncalizada;
° Capítulo 3: Apresenta as características da rede de radiocomunicação digital
baseada no padrão ‘TETRA’;
° Capítulo 4: Apresenta as características da rede de radiocomunicação digital
baseada no padrão ‘APCO-25’;
° Capítulo 5: Realiza-se a comparação entre as características apresentadas
pelos padrões do Capítulo 3 e 4, sendo ainda apresentado à convergência
destes padrões de forma a originar um novo padrão, chamado ‘MESA’;
° Conclusão: Busca mostrar os resultados gerados por este trabalho;
° Referências: Apresenta as referências que foram utilizadas;
° Apêndice: Tabelas com dados técnicos comparativos de desempenho.
2. REDES DE RADIOCOMUNICAÇÃO
A tecnologia de radiocomunicação digital disponível a partir da década de 90,
está substituindo a tecnologia analógica, principalmente por disponibilizar recursos
adicionais e melhorar o nível de segurança das redes de radiocomunicação.
Características das redes de radiocomunicação:
- o espectro de freqüência está saturado;
- a demanda por transmissão de dados está aumentando significativamente;
Pág. 17
- as rede de comunicação necessitam de maior funcionalidade;
- a necessidade de segurança na comunicação está aumentando; e
- a qualidade da voz apresenta grande importância (imunidade a ruído).
Estas redes podem operar no modo convencional ou troncalizado:
Uma rede que opera no modo convencional é caracterizada por uma infraestrutura simples (às vezes sem infra-estrutura), que serve para repetir chamadas de uma
freqüência para outra. A operação do sistema é controlada manualmente, porque não
possui gerenciamento centralizado de acesso ao canal. Opera no modo direto (rádio a
rádio) e no modo repetidor (quando uma repetidora recebe o sinal de rádio freqüência e
o retransmite com maior potência, de forma a viabilizar uma maior área de cobertura).
Uma rede que opera no modo troncalizado possui um controlador na infraestrutura, que encaminha chamadas para canais específicos, podendo compartilhar mais
usuários de rádio em poucas freqüências, de forma a alcançar uma otimização na
utilização do espectro radioelétrico. Todos os aspectos de operação do sistema rádio,
inclusive acesso ao canal e roteamento de chamadas, são gerenciados de forma
centralizada e automatizada, geralmente por um computador.
2.1 – Rede de radiocomunicação convencional
Uma rede de radiocomunicação convencional é caracterizada pela utilização de
duas freqüências, sendo que uma freqüência se destina a transmissão dos equipamentos
veiculares (automóveis), portáteis (rádios de mão) e estações fixas para um repetidor
localizado em local geograficamente privilegiado (locais altos), sendo que a outra
Pág. 18
freqüência serve para transmissão do repetidor em direção às unidades previamente
mencionadas, conforme ilustra a figura 1.
Figura 1 - Comunicação Convencional
As redes que utilizam duas freqüências para se comunicar são denominadas
‘semi-duplex’, isto é, os usuários não falam ao mesmo tempo, e utilizam freqüências
distintas, uma para transmitir, e outra para receber. Em caso da rede apresentar algum
problema o funcionamento pode ser alterado para o modo ‘simplex’, utilizando neste
caso,
apenas
uma
freqüência, tanto
para
transmitir,
quanto para
receber,
conseqüentemente reduzindo o nível de segurança da comunicação.
A grande vantagem do sistema convencional está no custo, tendo em vista que
não necessita de muitos equipamentos para ser implementado, sendo que os materiais
utilizados apresentam boa relação custo benefício.
O sistema convencional possui vários usuários e apenas duas freqüências,
portanto para iniciar uma comunicação entre quaisquer dois usuários, os outros devem
Pág. 19
aguardar o término da chamada para poderem utilizar a rede. Eventualmente podem ser
utilizadas outras freqüências, mas a obtenção destas esbarra no problema de
congestionamento do espectro.
O espectro de freqüências radioelétricas encontra-se cada vez mais
congestionado, tornando difícil à obtenção de licenças para várias freqüências através
das agências reguladoras, que no caso do Brasil é a ANATEL (Agência Nacional de
Telecomunicações).
As redes que necessitam ser configuradas para utilizar diversas freqüências
devem utilizar um sistema troncalizado, tendo em vista ser cada vez mais difícil
encontrar freqüências que ainda não estejam licenciadas.
2.2 – Rede de radiocomunicação troncalizada
Diante do crescente número de pedidos de licenciamento para freqüências no
serviço rádio móvel terrestre, o FCC (Federal Communications Comission) dos Estados
Unidos, regulamentou em 19742, que qualquer sistema de rádio comunicação móvel,
com necessidade de um número superior a cinco pares de freqüências (canais), deveria
ser troncalizado.
O conceito de troncalização foi originalmente desenvolvido pela indústria
telefônica. A necessidade de se estabelecer comunicação entre um grande número de
assinantes através do número menor de linhas telefônicas (troncos), fez com que um
sistema de chaveamento fosse desenvolvido.
2
Kavanagh, Donald. Project director, “The Application oh the 900 Mhz Band to Law Enforcement
Communications”, The Associated Public Safety Communications Officers, inc., Project Sisteen, 1977.
United States Departament of Justice.
Pág. 20
Na figura 2 podemos verificar que dez assinantes têm acesso através das chaves,
a qualquer um dos três canais (ou troncos), desde que ele esteja disponível, ou seja,
desde que outro assinante não esteja fazendo uso deste canal.
Figura 2 - Troncalização
Os troncos são as freqüências licenciadas para um sistema de RF (Radio
Freqüência). Um sistema de controle ou chaveamento automaticamente identifica quais
as freqüências disponíveis (sem uso), a qualquer instante que um serviço for solicitado.
Usando um sistema de sinalização, transceptores para os quais as comunicações são
endereçadas, ou dos quais a solicitação de serviço é iniciada, são automaticamente
avisados da freqüência disponível.
O transceptor é automaticamente chaveado, via instruções através do sistema de
sinalização para a freqüência selecionada. Depois de completada a chamada na
freqüência designada, retorna a condição de monitoramento do sistema de sinalização
freqüência.
Pág. 21
O funcionamento de um sistema troncalizado se deve a habilidade do sistema de
sinalização não só selecionar uma freqüência disponível, mas também endereçar o
transceptor para o qual a comunicação é direcionada. Este endereçamento é possível
pela designação de um endereço digital a cada unidade do sistema. A figura 3 apresenta
esquematicamente o funcionamento de um sistema trunking.
3
Figura 3 - Troncalização - Sistema Rádio
A quantidade de símbolos (números) utilizados no endereço, depende das
características de cada sistema. Por exemplo, em redes para Segurança Pública onde
comunicações entre grupos de unidades veiculares e portáteis são necessárias e onde o
sistema deve suportar uma filosofia de comando e controle que atende aos princípios
organizacionais, é mais indicado o uso da técnica de endereçamento em duas partes.
Este endereço de duas partes inclui um endereço discreto, designado para cada
unidade no sistema, e um endereço de grupo, que podem ser destinados a grupos de
3
KAVANAGH, Donald. APCO Project 16 – Trunked Communication System Functional Requerements
Development. Pág 23, 1977.
Pág. 22
unidades veiculares, portáteis e despachantes; necessitando comunicação comum ou
selecionáveis a partir da unidade e também do gerente da rede.
2.3 – Considerações finais do capítulo
Neste capítulo foram descritas as principais características das ‘Redes de
Radiocomunicação’, sendo que para diferenciar didaticamente as características, elas
foram apresentadas em dois segmentos separados, que foram os conceitos de rede de
radiocomunicação convencional e os conceitos de rede de radiocomunicação
troncalizada.
A rede convencional apesar de não ser o assunto central desta pesquisa foi
apresentado, a fim de permitir uma comparação deste com a rede troncalizada, que será
detalhadamente analisada, a partir dos próximos capítulos.
A rede convencional forma uma rede com uma constituição simples e com
custos inferiores quando comparado com uma rede troncalizada. Os recursos
disponibilizados dependem da configuração da rede, sendo que em geral a rede
troncalizada apresenta os mesmos recursos da rede convencional, mas com alguns
recursos adicionais, que serão apresentados no decorrer desta pesquisa.
Nos próximos capítulos serão apresentadas as características de duas redes
troncalizadas digitais, sendo que as redes analógicas não serão objetos de maior análise
tendo em vista que estão sendo substituídas, conforme foi apresentado no início deste
capítulo.
Pág. 23
3. REDE DE RADIOCOMUNICAÇÃO ‘TETRA’
A rede de radiocomunicação digital, baseado no Padrão ‘TETRA’ (Terrestrial
Trunked Radio), começou a ser desenvolvido na Europa a partir de 1997, tendo como
foco principal viabilizar a interoperabilidade entre prestadores de serviços de
emergência a população.
A rede de radiocomunicação digital ‘TETRA’, corresponde a uma evolução
tecnológica do sistema MPT 1327/434, do ‘Serviço Móvel com Recursos Partilhados’
(SMRP), que é uma norma que viabiliza uma melhoria significativa em relação aos
sistemas analógicos. Não é somente um padrão para acesso a rádios, mas também um
padrão para serviços e funcionalidades.
A rede de radiocomunicação digital desenvolvida em 1986, a partir do chamado
‘Matracom’, pela French MoI, após o surgimento do TETRA foi rebatizado e passou a
denominar-se ‘TETRAPOL’, padrão este que será analisado no Artigo presente no
Anexo 3.
Análise cronológica da origem do ‘TETRA’:
ˆ 1990: início da padronização de radiocomunicação;
ˆ 1991: padronização baseada na tecnologia TDMA (acesso múltiplo
por divisão de tempo), com quatro ‘slot’ de tempo;
ˆ 1995: primeira fase da padronização completada;
ˆ 1996: análise das freqüências a serem utilizadas na Europa;
ˆ 1997: segunda fase da padronização completada;
ˆ 1998: instalação da primeira Rede;
ˆ 2000: ativação de 32 Redes ‘TETRA’, em 21 países;
ˆ 2002: 176 Contratos em 46 Países;
4
http://www.icp.pt/template12.jsp?categoryId=38421. Acesso em 20/08/04.
Pág. 24
ˆ 2003: 324 Contratos em 55 Países (Conforme fig 4, 5 e 6).
160
140
Quantidade
120
100
80
60
40
20
0
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Ano
Figura 4 – Número de Contratos firmados na Europa com a rede 'TETRA'5
Adesão ao TETRA
Governo
7%
Utilide
Pública PAMR
9%
10%
Militar
6%
Transporte
24%
Outros
5%
Óleo e Gá
2%
Confidêncial
2%
Industrial
1%
Segurança
Pública
39%
Figura 5 – Adesão por segmento a rede 'TETRA'6
5
6
http://www.tetramou.com Acesso em 20/08/04.
http://www.tetramou.com Acesso em 20/08/04.
Pág. 25
140
120
100
80
60
40
20
0
Europa
Eur opa
Ocident al Orient al
Cont r at os
Paí ses
Sul
Nort e
Orient e
Eur opa
Eur opa
Médio
Ásia
Áf r ica
Amér ica
133
38
50
21
14
34
11
23
9
8
6
5
7
8
6
6
Figura 6 - Quantidade de Contrato e Países com 'TETRA'7
Características da rede ‘TETRA’:8
a)
Suporta simultaneamente a transmissão de voz e dados;
b)
Comunicação digital confiável de alta qualidade;
c)
Alta velocidade de transmissão de dados (28.8 kbps);
d)
Envio de mensagens e status do PMR (rádios móveis privados);
e)
Encriptação, autenticação e troca de chaves via rádio freqüência;
f)
Habilitação e desabilitação remota de PMR;
g)
Suporta vários níveis de prioridade de acesso ao sistema;
h)
Escuta forçada através da abertura remota do microfone;
i)
Opera no modo direto (convencional) ou troncalizado;
j)
Conexão com a rede pública de telefonia, e sistemas de satélites;
O ‘TETRA’ foi elaborado de acordo com a padronização do ETSI (European
Telecommunications Standards Institute), podendo ser analisado a partir do conceito da
camada OSI (Open System Interface).
O modelo de interconexão de redes abertas foi concebido para viabilizar as
comunicações entre computadores, independente das características particulares da rede
na qual eles fazem parte, tanto de software quanto de hardware.
7
http://www.tetramou.com Acesso em 20/08/04..
Hamer, Terry. TETRA. Extending from Public Safety to Military Applications. TETRA MOU Working
Group 13 - Military Liaison.
8
Pág. 26
O modelo ilustrado na figura 7, não especifica como os sistemas são
implementados, mas sim como eles se comunicam. Isto significa que muitas redes
diferentes, usando produtos de diferentes fabricantes, podem ser interconectadas.
Figura 7 – Arquitetura de Camadas do Modelo OSI
A rede ‘TETRA’ foi concebida para operar nas freqüências de VHF (very high
frequency) e UHF (ultra high frequency)9. Os parâmetros chaves para a interface aérea
adotada pelo ‘TETRA’ estão apresentados na tabela 1 (utiliza basicamente as camadas
1, 2 e 3 do modelo OSI), e indicam que a tecnologia adotada visa atender grupos de
usuários de sistemas PMR.
9
VHF (30MHz a 300MHz) e UHF (300MHz a 3000MHz).
Pág. 27
PARÂMETRO
Espaçamento entre portadoras
Modulação
Taxa de transmissão da portadora
Taxa de codificação
Método de acesso ao meio
Taxa de dados para o usuário
Máxima taxa de transmissão
Taxa de dados protegidos
VALOR
25 kHz
∏/4 DQPSK
36 kbps
4,56 kbps e 7,2 kbps
TDMA
7.2 kb/s por timeslot
28.8 kbps
até 19,2 kbps
Tabela 1 –Principais parâmetro do TETRA10
A rede ‘TETRA’ foi projetada para permitir a migração de sistemas PMR
(rádios móveis privados) analógicos para sistemas troncalizados digitais. Pode-se
observar que esses parâmetros são diferentes dos parâmetros de redes públicas, tais
como o GSM (Global System for Mobile Communications).
A rede ‘TETRA’ apresenta recursos não proporcionados pela rede de telefonia
pública celular digital, tais como: chamada rápida, maior alcance de serviços,
arquitetura escalar que permite uma grande variedade de configurações de sistema e o
alto nível do controle pelo usuário sobre gerenciamento de recursos.
O TETRA diferencia-se de uma rede celular porque viabiliza a comunicação
durante a ocorrência de eventos críticos, apresenta ainda os seguintes serviços: acesso a
Internet e Intranet, envio de imagens ponto a ponto, impressões digitais, vídeo, envio de
dados biométricos, consulta à base de dados, localização automática de veículos,
gerenciamento de recursos, telemetria, entre outros.
Cada portadora no ‘TETRA’ acomoda quatro janelas de tempo (time slots), que
representam os canais físicos disponíveis, que são compartilhados em um número de
10
Fonte: ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB. Brasília, 2003. Pág
186.
Pág. 28
canais lógicos para transportar tanto as informações de tráfego como as informações de
sinalização.
Características binárias (conforme figura 8):
ˆ ID móvel da Rede: 24 bits binários;
ˆ Resumo do ID do assinante: 24 bits binários;
ˆ Código do País: 10 bits, 3/4 dígitos;
ˆ Código da Rede: 14 bits, 4/5 dígitos;
ˆ Resumo da Identidade do assinante: 24 bits, 7/8 dígitos.
Figura 8 – Diagrama da Codificação TETRA
Pág. 29
3.1 - TETRA-sobre-IP
O TETRA pode utilizar IP (Internet Protocol) para conectar estações bases e
SwMI. No entanto este tipo de conexão exige eficientes mecanismos para transporte de
dados e sinalização de alta velocidade
O TETRA sobre IP não possui um bom desempenho, no entanto apresenta
algumas vantagens como acesso a Internet, Intranet, LAN, plataforma para
gerenciamento da Rede (SNMP, HTTP), roteamento, viabiliza uma operação
transparente, os computadores periféricos podem utilizar Windows ou Linux, suporta
qualquer tipo de topologia para configuração da rede, links resistente à queda.
Uma rede IP envolve maiores investimentos tendo em vista ser necessário alguns
componentes (sincronização, ISDN, DSL, Frame Relay), sendo que o IP usa mais banda
devido aos cabeçalhos dos pacotes (IP, UDP, TCP), além do mais não se constitui no
padrão industrial, tendo em vista que cada fabricante define características próprias para
transporte, velocidade, sincronização, etc.
O uso do IP gera uma fila de pacotes que requer um buffer adicional para
gerenciá-lo, podendo ainda ser perdido pacotes e ocorrer o congestionamento da rede,
sendo necessário à utilização de uma banda extra (que geralmente não é
disponibilizada), a fim de reduzir estes problemas, bem como é possível a
implementação de QoS para priorizar certos tipos de pacotes.
O IP é uma solução para transporte de dados e voz em tempo real, que pode
incluir encriptação, protocolos e plataformas otimizáveis. Seu uso aumenta o custo do
sistema, necessidade de aumento da largura de banda e principalmente aumenta o delay
(atraso) para efetuar as chamadas. Conforme ilustra a figura 9.
Pág. 30
Figura 9 – Rede TETRA-IP
3.2 - Características do padrão WAP no TETRA
ˆ Tecnologia baseada em HTML;
ˆ Viabiliza o uso de base de dados em diferentes formatos;
ˆ Uso de IP fim-a-fim;
ˆ Serviço de mensagens curtas;
ˆ Aplicações para transceptores portáteis e algumas específicas para uso veicular;
ˆ Baixo custo de implantação e de manutenção;
ˆ Disponível para qualquer transceptor que operem dentro da rede TETRA;
ˆ Aplicações disponíveis somente nos Servidores;
ˆ Script automatizado para WML;
ˆ Uso de ferramentas para manutenção e aplicações móveis (HTML, WML e
XML);
ˆ Adaptável para integrar dispositivos com tecnologia ‘bluetooth’ como palmtops;
ˆ Rádios portáteis substituem terminais de dados.
Pág. 31
A figura 10 apresenta esquematicamente a forma de comunicação integrada entre o padrão WAP e o padrão TETRA. Na figura
11 temos a estrutura de rede ‘WAP-TETRA’.
Figura 10 - O padrão WAP no Sistema TETRA
Figura 11 - Estrutura da Rede ‘WAP-TETRA’
Pág. 32
3.3 - Os serviços de transporte e de teleserviço da rede ‘TETRA’
O serviço de transporte proporciona a transferência de informação entre
usuários da rede, o que envolve somente as camadas mais baixas do modelo OSI
(camadas de 1 a 3) e excluem as funções do terminal. Os serviços de transporte (que
operam no modo pacote, circuito, simples ou multi-slots) são: chamada individual,
chamada de grupo e chamada coletiva.
O teleserviço viabiliza a comunicação entre usuários, incluindo as
funcionalidades do terminal, possuindo atributos das camadas mais altas (camada 4 a 7)
do modelo OSI. Os teleserviços suportados são: a transmissão de voz em claro ou de
voz criptografada.
Os serviços adicionais que podem modificar ou suplementar o serviço de
transporte ou de teleserviço, podem ser divididos em tipos de serviço para PMR ou
para telefone. Um tipo suplementar de serviço PMR é a alocação de prioridade de
acesso, um tipo de serviço telefônico suplementar é uma chamada em espera.
Conforme a figura 12, as interfaces definidas no Sistema TETRA são:
a) Interface aérea de rádio;
b) Interface de linha da estação;
c) Interface intersistêmica;
d) Interface de equipamento terminal (TE) para estação móvel (MS);
e) Interface de equipamento terminal (TE) para estação de linha (LS);
f) Interface de modo direto; e
g) Interface de gerenciamento de rede.
Pág. 33
Figura 12 - Modelo Rede 'TETRA'
Obs:
PSTN – Rede Pública de Comutação Telefônica
ISDN – Rede Digital de Serviços Integrados
SwMl – Gerência de Infraestrutura e de Comutação
TE – Equipamento ou terminal;
LS – Sinalização de sítio;
DMO – Operação em Modo Direto;
PEI – Interface para Equipamentos Periféricos;
AI – Interface Aérea;
ISI – Interface Inter-Sistema.
Serviços habilitados em cada fase de desenvolvimento do TETRA:
ˆ 1ª Fase: registro, chamada individual (estação móvel-estação móvel, simplex,
escuta forçada, chamada em grupo (simples e múltipla), seleção manual de site,
SwMI;
ˆ 2ª Fase: chamada de emergência, gerenciamento de grupos, seleção automática
de site, interconexão a PSTN, chamada duplex;
ˆ 3ª Fase: DMO, slot simples de pacote de dados, DTMF e autenticação.
Pág. 34
A operação no modo troncalizado permite a transmissão simultânea de voz e
dados por comutação de circuitos, onde cada fonte de dados é alocada para um canal de
tráfego durante a chamada, independentemente se a fonte esta ativa ou não.
Os canais de tráfego são canais lógicos específicos do sistema. O mecanismo de
transmissão por canais lógicos é proporcionado pelos canais físicos. Um canal físico
pode ser usado por diversos canais lógicos de maneira compartilhada e desta forma
empregar o conceito de multiplexação.
O ‘TETRA’ é projetado para operar nas faixas de freqüência de 150 a 900 MHz,
e cada célula é alocada para um ou mais pares de portadoras (uplink e downlink). A
separação entre as freqüências de uplink e downlink é de 10 MHz (na faixa de VHF) ou
de 45 MHz (na faixa de UHF). Cada portadora fornece quatro canais físicos que são
formados através do uso de acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA) que divide a
portadora em quatro slots de tempo de duração de 14,167 milisegundos.
O frame TDMA do ‘TETRA’ possui um período de 56,67 milisegundos, que é
repetido 18 vezes a fim de produzir um multiframe de duração e 1,02s. O multi-frame é
repetido 60 vezes a fim de produzir um e hiper-frame de duração 61,2 segundos, a
duração deste multi-frame está relacionada à encriptação e sincronização.
A transmissão dos canais de uplink e de downlink é defasada no tempo por dois
slots, a fim de permitir uma operação semi-duplex, o que possibilita o uso de terminais
móveis de baixo custo, que não precisam de duplexadores. A estrutura do frame é
mostrada na tabela 2.
Pág. 35
1
2
3
…
…
…
17
18- Frame de controle
1 Frame TDMA (4 intervalos de tempo): 56,67 ms
ts1
ts2
ts3
ts1
ts2
ts3
ts1
ts2
ts3
...
...
...
...
...
...
...
...
...
ts1
ts2
ts3
ts1
ts2
ts3
1 até 18 são os chamados multi-frame 1,02 s
ts4
ts4
ts4
...
...
...
ts4
ts4
Tabela 2- Estrutura do frame ‘TETRA’11
Cada timeslot da janela TDMA tem a duração de 14.167 milisegundos e
corresponde a 510 períodos de bits modulantes ou a 255 períodos de símbolo, sendo que
um símbolo de modulação tem a duração de dois períodos de bit.
Dentro de cada slot, dados são transmitidos na forma de salva (‘burst’). Existem
oito tipos de salva, conforme os exemplos apresentados na tabela 3. As salvas no uplink
(da estação móvel para a estação base) são diferentes das salvas do downlink. No uplink
uma autorização é feita para que seja montada uma rampa de potência no começo e no
final de cada salva do terminal móvel, que possibilita a linearização dos amplificadores
de potência.
O intervalo da rampa de potência é equivalente a 34 períodos de bit de
modulação. Desta forma, a capacidade da salva de downlink é maior do que a de uplink.
Esta capacidade extra é usada para transmissão de 30 bits de informação de baixa
camada em todo o slot de downlink, o que forma um bloco de broadcast (BBK).
11
Fonte: ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB. Brasília, 2003. Pág
190.
Pág. 36
A salva normal de downlink contém três campos independentes: Bloco 1, Bloco
2 e BBK. A salva de uplink contém dois campos independentes chamados de SSN1 e
SSN2. Um canal lógico separado pode ser mapeado dentro desses campos.
1 intervalo de tempo (14167 ms) = 510 períodos de bit = 255 períodos de símbolo
Sub-slot1=255 bits
Sub-slot2=255 bits
Uplink control burst
tb
84 bits embaralhados
30 bits training
84 bits embaralhados
tb
15 bit guard
22 seq de treinamento
216 bits embaralhados
tb
14 bit guard
Uplink normal burst
tb
216 bits embaralhados
Downlink normal burst
4seq
ph
216 bits embaralhados
4 bits
4 bits
22 seq de
treinamento
216 bits embaralhados (SSN2)
ph
0 seq
ph
0 seq
Downlink sincronia burst
4seq
ph
80 correlação de freqüência 120bits embaralhados
8tnr
0 bbk
120 bits embaralhados ou block 2
Tabela 3 - Tipos de burst do ‘TETRA’12
O bloco de broadcast contém trinta bits embaralhados para o canal de alocação
de acesso. É necessário analisar os canais lógicos mais detalhadamente, a fim de
visualizar como são mapeados (ou multiplexados).
3.4 - Hierarquia dos canais lógicos13
Os canais lógicos podem ser mapeados de diferentes formas dentro dos canais
físicos. O conceito da ‘Arquitetura de camadas do modelo OSI’, apresentado na figura
1, será útil na análise da hierarquia dos canais lógicos.
A função da Camada 2 (Camada de link de dados) é adicionar uma codificação
para proporcionar um enlace livre de erros, através da camada 1 (camada física), entre
os dois pontos da Camada 3 (Camada de rede) no transmissor e no receptor. Entretanto,
12
Fonte: ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB. Brasília, 2003. Pág
191.
13
Fonte: ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB. Brasília, 2003. Pág
192-196.
Pág. 37
no caso da comunicação rádio, o enlace dedicado entre os dois pontos da Camada 3 não
existe. Desta forma a Camada 2 deve também prover e controlar as ligações necessárias,
quando elas forem requisitadas, e, consequentemente, a Camada 2 é dividida em uma
subcamada de controle lógico do enlace, que interage com a Camada 3 e provê uma
comunicação confiável, e uma subcamada de controle de acesso ao meio (MAC) que
interage com a Camada 1 a fim de prover os recursos de comunicações necessários.
O acesso ao meio e o controle do enlace de dados são separados dos dados do
usuário, entretanto eles devem ser combinados de alguma forma para a transmissão
sobre o meio físico via Camada 1. É necessário, dessa forma, separar a informação
manipulada pela Camada 2 em dois planos, um plano de controle e um plano de usuário,
conforme apresentado na figura 13.
Figura 13 - Divisão entre o plano de controle de usuário no modelo OSI14
A camada de controle de acesso ao meio é dividida em uma camada superior
MAC e uma camada inferior MAC. A comunicação entre as Camadas do modelo OSI é
14
Fonte: ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB. Brasília, 2003. Pág
192.
Pág. 38
feita através de interfaces formatadas e conhecidas como pontos de acesso de serviço
(SAP), que também indica a maneira na qual a funcionalidade entre a camada superior
MAC e a camada inferior MAC é dividida.
As informações passadas para as camadas superiores MAC também geram suas
próprias informações de comunicações ponto-a-ponto. A fig 14 ilustra que as
informações passadas para as camadas superiores são compostas de:
- Informações de broadcast no plano de controle, via a TSB-SAP (broadcast),
destinadas para todas as unidades móveis. Informações de sinalização no plano de
controle compreendendo informações de controle bidirecionais e informações de
comutação por pacote, via TSA-SAP (sinalização), destinada para unidades móveis
específicas;
- Tráfico no plano de usuário compreendendo o modo de circuito de voz e dados
mais as informações de sinalização do usuário de fim-a-fim, via o TMD-SAP (dados).
Pág. 39
Figura 14 - Serviços de pontos de acesso (SAP) no modelo de camadas OSI15
a) Canal de controle Broadcast (BCCH). É passado através do TMB- SAP. É um
canal unidirecional para uso comum de todos os usuários móveis, sua principal função é
difundir informações de caráter geral. O BCCH é dividido em duas categorias: o canal
de broadcast de rede (BNCH) e o canal broadcast de sincronização (BSCH). O canal
BNCH divulga informações da rede para as estações móveis (somente no downlink) que
é passada para a camada inferior MAC (via TMV-SAP) como parte de um canal de
sinalização (SCH). O canal BSCH difunde informações a serem usadas pelas estações
móveis na sincronização de tempo e do scrambling (somente no downlink), que são
passadas para a camada inferior MAC assim como o BSCH, que é geralmente
divulgado no slot 18.
b) Canal de Controle Comum (CCCH). É passado através do TMA-SAP. É um
canal bidirecional para transmitir informações de controle ou para receber informações
das estações móveis que não estiverem engajadas em uma chamada no modo de
15
Fonte: ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB. Brasília, 2003. Pág
193.
Pág. 40
circuito. O CCCH compreende o canal de controle principal (MCCH) e o canal de
controle estendido (ECCH). O CCCH é passado via TMV-SAP como parte do canal de
sinalização.
c) Canal de Controle Associado (ACCH). É passado através do TMA-SAP. É
um canal bidirecional de sinalização dedicado, que é associado com um canal que foi
alocado para o modo de circuito de tráfego (TP). O ACCH é constituído pelos seguintes
canais: canal de controle associado rápido (FACCH), canal de controle associado lento
(SACCH) e pelo Stealing Channel (STCH). O FACCH usa os slots de 1 a 17 e quando
eles não estão sendo usados para tráfego, o SCCH sempre usa o slot 18. Um terminal
móvel é primeiramente designado para um canal físico. O canal é fornecido como um
canal de sinalização rápida, associado ao canal de controle que ocorre no início da
chamada (um exemplo típico é quando a estação base transmite uma permissão para
determinado terminal móvel).
d) Canal de Acesso Associado (AACH). É um canal uni-direcional (somente no
downlink) o objetivo deste canal é autorizar o acesso ao canal de controle e indicar os
"slots" do "downlink" e do "uplink" de cada canal físico. A informação do AACH é
conduzida única e exclusivamente no bloco de broadcast (BBK) e está presente em todo
o slot de downlink.
e) Canal de Linearização Comum (CLCH). Permite as estações móveis
linearizarem seus transmissores. O CLCH é um canal de uplink que é compartilhado por
todos os usuários móveis. Um canal de linearização correspondente existe também na
estação base (BSCH). A maneira na qual o canal de linearização é multiplexado está
ilustrada nas tabelas 4 e 5. Apesar do canal de linearização ser visto como um canal de
voz, nenhuma informação é transmitida através da interface rádio. O CLCH é um
Pág. 41
intervalo de tempo no qual a estação pode transmitir com o objetivo de monitorar e
linearizar seus próprios amplificadores de potência após mudar de freqüência (como por
exemplo, durante a alocação de um canal).
f) Os canais de tráfego (TCH). É passado através do TMD-SAP. O TCH é um
canal direcional para carregar as informações dos usuários. Os diferentes canais de
tráfego são definidos para aplicações de voz ou de dados e para diferentes velocidades
de transmissão de mensagens. O canal de tráfico de voz (TCH/S) leva a informação de
voz digitalizada produzida por um vocoder ACELP (Algebric Code Excited Liner
Predictive) a uma taxa de 4.56 Kbit/s. Esta taxa e aumentada para 7.2 Kbit/s com à
adição de bits para proteção de erro.
Três tipos de canais de tráfego são disponíveis:
TCH/7.2 - oferece dados desprotegidos a uma taxa de rede de 7.2 kbit/s;
TCH/4.8 - dados com baixa proteção contra erro a uma taxa de rede 4.8 kbit/s;
TCH/2.4 - dados com alta proteção contra erro a uma taxa de rede 2.4 kbit/s.
As taxas de transmissão mais altas como 28.8 kbit/s, e 19.2 kbit/s ou 9.6 kbit/s
podem ser atingidas através da alocação de quatro canais físicos para a mesma
comunicação, contando que os quatro canais estejam em slots de tempo consecutivos na
mesma freqüência.
g) O canal de sinalização (SCH). É um dos canais lógico através do TP-SAP. É
compartilhado por todas as unidades móveis, porém carrega mensagens específicas para
uma unidade ou grupo de unidades móveis. A operação do sistema exige que seja
estabelecido pelo menos um SCH, em cada estação base, que pode ser dividido em três
categorias:
SCH/F: canal bidirecional usado para mensagens completas;
Pág. 42
SCH/HD: canal unidirecional (downlink), para mensagens com metade do
tamanho;
SCH/HU: canal unidirecional (uplink), para mensagens com metade do
tamanho.
3.5 - Mapeamento dos canais lógicos no TETRA
A maneira de acomodar (ou mapear) os canais lógicos nos canais físicos
depende se o canal físico é um canal de controle físico (CP) ou um canal físico de
tráfego (TP), lembrando que cada célula tem um canal de controle principal (MCCH)
que é transmitido no slot 1 da portadora designada e é essencialmente um canal CP. A
maneira como os canais lógicos são mapeados nos canais CP está apresentada na Tabela
4.
Frame
Downlink
FN
1 ao 17
18
Bloco BKN1
Bloco BKN2
SCH/F
SCH/HD
SCH/HD
SCH/HD
BNCH
BSCH
SCH/HD
Uplink
Subslot SSN1
Subslot SSN2
SCH/F
SCH/HU
SCH/HU
CLCH
SCH/HU
Tabela 4 - Mapeamento dos canais lógicos nos canais CP16
A estação base indica no AACH o tipo de canal lógico a ser usado no próximo uplink subslot (SCH/HU ou CLCH) ou slot
(SCH/F). Esta indicação é válida dentro de um frame e para o canal físico. Um esquema similar ocorre para o mapeamento dos
canais lógicos nos canais de tráfego, onde o tipo de canal lógico a ser usado no próximo uplink subslot ou full slot é indicado
pela estação base no canal AACH que é transportado no Broadcast Block de cada salva. O mapeamento dos canais para um
canal físico de tráfego é mostrado na tabela 5.
Frame
FN
1 ao 17
18
16
Downlink
Bloco BKN1
Bloco BKN2
TCH
STCH + TCH
STCH + STCH
SCH/F
Uplink
Subslot SSN1
Subslot SSN2
TCH
STCH + TCH
STCH + STCH
SCH/F
Fonte: ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB. Brasília, 2003. Pág
197.
Pág. 43
SCH/HD
BSCH
SCH/HD
SCH/HD
SCH/HD
BNCH
SCH/HU
CLCH
SCH/HU
SCH/HU
Tabela 5 - Mapeamento dos canais lógicos nos canais TP
3.6 - Operação no modo V + D (voz + dados)
A aquisição de um canal V+D é executada automaticamente quando a unidade
móvel é ligada. Os canais relevantes estão contidos na memória da unidade móvel ou é
executada uma busca para encontrar um canal. Quando uma unidade móvel é ativada ela
deve primeiramente adquirir a sincronização para poder decodificar qualquer mensagem
de broadcast transmitida pela estação base. Isto é feito através da sincronização da
seqüência do SYNC burst para qualquer freqüência da célula.
O burst de SYNC aparece no canal de sincronização de broadcast (BSCH), que
está sempre transmitindo no subslot BKN-1 do frame 18 do canal de controle físicos e
também compartilha o subslot BKN-1 do frame-18 do canal de tráfego (conforme tabela
5). Uma vez que a sincronização é realizada, a unidade móvel decodifica o resto do
burst de SYNC que identifica a célula, o slot, o frame e o modo de operação. Isto
fornece a unidade móvel à sincronização completa para uma particular estação base.
A unidade móvel então busca o Canal da Rede de Broadcast (BNCH) na
freqüência corrente e decodifica a informação da freqüência principal da portadora, o
número de canais de controle secundários (SCCH) em operação na portadora principal,
a informação de controle de potência e alguns parâmetros para o acesso randômico.
Uma vez que a informação é decodificada a unidade móvel então localiza a
MCCH no slot 1 da portadora principal ou um SCCH. A unidade móvel, nesse ponto,
Pág. 44
detém todas as informações necessárias para se comunicar com o sistema e pode receber
mensagens no downlink e transmitir mensagens no uplink.
Na operação normal do sistema existem tipicamente quatro ou cinco pares de
portadoras (16 a 20 canais físicos), o MCCH está presente no time slot 1 de todos os
frames 1 até 18. As unidades móveis, que não estão envolvidas em uma chamada,
escutam as transmissões do downlink no MCCH. A estação base transmite nos slots de
downlink durante a operação normal e todas as estações móveis podem receber
mensagens no MCCH.
a) Registro de localização: A área de cobertura da rede TETRA V+D é dividida
em de áreas de localização, que podem corresponder a uma única célula ou a um grupo
de células. Para localizar uma unidade móvel a unidade necessita estar registrada. Um
registro implícito pode ser executado em qualquer mensagem do sistema que transporta
a identidade da unidade móvel como, por exemplo, uma solicitação de mudança de
célula, ou uma solicitação de chamada.
b) Acesso aleatório: Quando uma unidade móvel deseja fazer contato com o
sistema, o acesso é feito de maneira aleatória, geralmente em um subslot do MCCH,
usando um mecanismo de acesso do tipo ‘slotted ALOHA’ (refinamento do mecanismo
ALOHA que permite ao usuário transmitir um burst de acesso fixo). O ALOHA baseiase em um reconhecimento positivo para indicar que uma salva foi percebida sem erro.
c) Procedimento de inicialização de uma chamada: proporciona uma visão geral
da seqüência de eventos para uma chamada individual. O tempo para executar todos os
procedimentos de uma chamada é especificado para ser menor que 300 milisegundos.
O modo V+D apresenta as seguintes características:
Pág. 45
-Serviços múltiplos podem ser suportados até o limite da capacidade da interface
aérea (19,2 kbps na rede ou taxa duplex de 28,8 kbps). A classe mais simples da estação
móvel é projetada para trabalhar em slots alternados no uplink e no downlink, ou seja,
semi-duplex. Uma estação móvel mais elaborada pode suportar a operação duplex
durante 4 times slots contínuos para chegar a taxa de transmissão mencionada acima;
-A estação móvel que deseja transmitir deve monitorar continuamente o
downlink MCH para verificar se a permissão para transmitir foi dada. Esta característica
permite a rápida realocação de recursos da interface aérea;
- Durante a chamada, através da monitoração do MCCH, uma unidade móvel
pode rastrear as células adjacentes para obter uma melhor qualidade de sinal. A decisão
para escolher uma célula alternativa é feita pela unidade móvel. Podendo ser realizado
através da mesma célula ou uma nova célula.
O modo V+D do ‘TETRA’ usa um identificador de evento, na interface aérea,
para minimizar a ocorrência de ligações cruzadas, no modo de tráfego todo slot de
downlink tem um identificador que é carregado no bloco de broadcast. Isto assegura que
se um móvel, engajado em uma chamada, perder temporariamente o sinal e recuperá-lo
em um curto espaço de tempo, o identificador de evento pode ser usado para determinar
se a unidade móvel foi conectada na ligação correta.
O ‘slot roubado’ durante a transmissão de voz, ou os dados de comutação de
circuito, podem ser executados para a sinalização usuário-a-usuário, para a sinalização
usuário-sistema ou para a sinalização sistema-usuário. Isto é feito com base no frame de
voz e, a princípio, um ou dois frames de voz dentro de um timeslot devem ser
Pág. 46
‘roubados’. O termo frame de voz refere-se aos 216 bits produzidos por um vocoder de
30 ms, incluindo a codificação do canal.
O modo V+D suporta diferentes prioridades de acesso simultâneo. O grupo de
estações móveis, tipo de chamada e a prioridade para enfileirar o acesso ao meio,
permitem que diversos graus de serviços sejam oferecidos.
A rede ‘TETRA’ disponibiliza três tipos de serviço de transmissão de dados:
ˆ Serviços de transmissão de mensagens curtas (SDS) até 254
caracteres;
ˆ Transmissão de dados por comutação de circuito;
ˆ Transmissão de dados por comutação de pacotes.
Os serviços de proteção de mensagens possibilitam a capacidade de enviar
mensagens ponto-a-ponto e ponto-multiponto que compreende um número limitado de
bits de informação. As entidades SDS suportam os seguintes serviços da estação móvel:
Ñ Recepção e transmissão de mensagens definidas pelo usuário ou prédefinidas;
Ñ Mensagens de grupo;
Ñ Comunicação por circuito fim-a-fim (dados não protegidos, com
baixa ou alta proteção de erros). Os dados podem ser encriptados na
interface aérea.
As taxas de transmissão oferecidas são:
a) Dados não protegidos: 7.2, 14.4, 21.6, 28.8 kb/s;
b) Dados com baixa proteção: 4.8, 9.6, 14.4, 19.2 kb/s;
c) Dados com alta proteção: 2.4, 4.8, 7.2, 9.6 kb/s.
Pág. 47
Os serviços de comutação por pacote oferecido aos usuários podem ser serviços
de transmissão de dados orientados a conexão ou sem conexão.
Um serviço de
transmissão de dados orientado a conexão transfere pacotes X-25 de dados usando o
protocolo multifase, que estabelece uma conexão lógica ou um circuito virtual entre os
dois usuários terminais.
Um serviço de transmissão de dados sem conexão transfere um pacote de dados
de uma fonte para um ou mais destinos em uma única fase, sem estabelecer um circuito
virtual.
3.7 - Modo Direto
A rede ‘TETRA’ é baseada na interface para o modo troncalizado, mas também
proporciona uma comunicação direta entre duas unidades móveis (DMO), que pode ser
usada quando uma unidade móvel está fora da cobertura da célula ou para uma
comunicação mais segura dentro da cobertura da rede. Os serviços proporcionados são:
a) Chamada individual ou de grupo no modo simplex;
b) Procedimento de chamada com ou sem o ‘check’;
c) Transmissão e recepção de mensagens curtas;
d) Transmissão e recepção de mensagens predefinidas.
Na operação de unidade móvel para unidade móvel (‘walk-talk’) a unidade
móvel comunica-se diretamente com outra, usando a interface aérea de modo direto, a
infra-estrutura troncalizada.
As especificações do ‘TETRA’ foram escritas de tal modo que a estação móvel
operando no modo troncalizado pode contactar uma outra estação móvel, através do
DMO. As estações quando operadas no modo DMO, dentro da área de cobertura, uma
estação operada pode ser contactada pelo sistema ‘TETRA’ se uma das estações estiver
Pág. 48
dentro da cobertura do sistema. Esta facilidade requer que a estação móvel monitore
simultaneamente os dois modos.
Os terminais no modo direto podem também ser contactados pelo sistema
troncalizado através do uso de uma estação que funciona como um gateway. Esta
estação gateway permite que a cobertura do sistema seja estendida e possibilita que
estações fora da área de cobertura acessem o sistema. Esta estação gateway provê uma
interoperabilidade dos sistemas TETRA/DMO na camada 3.
A operação no modo direto permite aos usuários a comunicação quando eles
estão fora da cobertura da rede de radiocomunicação, um rádio envia uma mensagem
diretamente a outro rádio (modo de operação simplex), sem o uso de repetidores, desta
forma o alcance da cobertura reduz drasticamente, possibilitando a comunicação DMO
a distância máxima de 500 metros. O tempo máximo para a realização dos
procedimentos de chamada em um DMO sem criptografia para voz é de 150ms.
Quando um canal está ativo, sendo usado em uma chamada de grupo ou
individual, uma das estações móveis no modo direto atua como estação mestre
fornecendo sincronismo para as demais estações.
A tabela 6 apresenta um quadro comparativo com a velocidade e tamanho dos
pacotes, nos formatos DMO e V+D:
TET
RA
V+D
DMO
Velocidade transmissão dados (Kbits/s)
1-slot
A - 2.4
B - 4.8
N - 7.2
2-slot
A - 4.8
B - 9.6
N - 14.4
3-slot
A - 7.2
B - 14.4
N - 21.6
4-slot
A - 9.6
B - 19.2
N - 28.8
sim
sim
sim
não
sim
não
sim
não
Serviço de envio de mensagens curtas
status
16
bits
32
bits
64
bits
Até
2047
sim sim sim sim sim
sim sim sim sim sim
Pacote dados
Orientado a
conexão
IP
sim
não
sim
não
Pág. 49
Tabela 6 - Análise funcionalidades do TETRA (voz + dados e modo direto de operação)17
Legenda:
A – alta proteção dados
B – baixa proteção dados
N – sem proteção dados
3.8 – A segurança no Sistema ‘TETRA’
Na década de 90, diversos padrões para comunicações móveis foram
desenvolvidos. Em sistemas de comunicações móveis, a segurança é um aspecto
essencial, atualmente um padrão global para as comunicações móveis (GSM) viabiliza a
inclusão de autenticação do terminal móvel pela rede, reduzindo consideravelmente o
número de fraudes que ocorria com sistemas móveis analógicos.
O GSM forneceu também um razoável nível de segurança na interface rádio
usando uma encriptação que não pode ser facilmente quebrada, viabilizou ainda outras
vantagens como, um melhor gerenciamento da chave e a possibilidade do terminal
móvel ser autenticado também pela rede.
GSM e TETRA operam no modo duplex (disponibilizando a troca de dados e
voz). O GSM trafega 9.6 kbit/s, utiliza células pequenas, com alta capacidade e as
chamadas duram muitos segundos. O TETRA disponibiliza quatro slots que totalizam
28.8 kbit/s, possui o recurso push-to-talk (aperte para falar) que dura 300 ms. A duração
de uma comunicação via celular é de 120 segundos, enquanto que no PMR é de 20
segundos.
17
PINTER, Ranko. Artigo – ‘Potencial do Sistema TETRA’. IMTA Trunked Radio Congress. Simoco
International, 1999 (Tabela adaptada).
Pág. 50
Os padrões de segurança foram especificados a partir de uma abordagem aberta,
estruturada e com métodos bem estabelecidos. As especificações de segurança de todos
os padrões, com exceção dos algoritmos criptográficos usados são divulgadas
publicamente para que a comunidade científica valide sua segurança.
Uma rede de radiocomunicação é muito vulnerável a ataques, sendo
imprescindível dispor de mecanismo capazes de melhorar os níveis de segurança, como
criptografia, encriptação e autenticação.18
a) Mecanismos da segurança: são os principais blocos construtores para o
sistema da segurança, são funções independentes cujo objetivo é atingir um determinado
grau de segurança de informação ou da autenticação dos terminais móveis.
b) Gerenciamento da segurança: são funções usadas para controlar e operar os
mecanismos individuais de segurança, e possibilitar a interoperabilidade das diferentes
redes sobre diferentes mecanismos de segurança. O gerenciamento da chave é a sua
principal função. É o coração da segurança e garante que as características estejam
integradas em um sistema consistente da segurança.
c) Algoritmos criptográficos padrão: são funções matemáticas específicas
padronizadas, usadas em combinação com as chaves criptográficas. Viabilizam a
interoperabilidade entre diferentes redes TETRA. Utilizam chaves estatísticas de
cifragem (SCK’s) para encriptar as chamadas, de acordo com o nível de segurança
exigido no sistema implantado.
18
ROELOFSEN, Gert. TETRA Security - the fundament of a high performance system. PTT
Telecom/KPN Research - ETSI Project TETRA Working Group 6.
Pág. 51
d) Instrumentos normatizados de interceptação: funções usadas para fornecer
acesso ao conteúdo da informação e da comunicação (conforme figura 15), com o
objetivo de cumprir exigências legais de cada nação onde o sistema é implantado.
Figura 15 - Relação entre as funções da segurança19
A rede ‘TETRA’ suporta a autenticação mútua de uma estação móvel (MS), para
controlar o acesso a ele e para que uma MS possa verificar a confiabilidade de uma
rede. É um sistema seguro baseado na autenticação, que pode ser usado para as
seguintes finalidades:
a) Assegurar um faturamento correto, com base nos acesso ao sistema;
b) Controlar o acesso da MS à rede e a serviços;
19
Fonte: ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB. Brasília, 2003. Pág
207.
Pág. 52
c) Derivar uma chave original de criptografia da sessão;
d) Criar um canal de distribuição segura tal como outras chaves de criptografia;
e) Controlar a habilitação das estações de uma maneira segura;
f) Assegurar-se de que as estações móveis estejam legitimamente conectadas ao
sistema (clonagens e fraudes).
Mecanismos padronizados de segurança do TETRA:
Ñ Autenticação mútua via interface aérea: usado para estabelecer a comunicação e
mudar parâmetros relevantes de segurança. Suporta algoritmos de autenticação
padronizados ou proprietários. O mecanismo de autenticação mútua está disponível
para a voz e dados no modo PDO (Otimização de Pacote de Dados). No modo
Direto (DMO) o uso das chaves estáticas da cifragem (SCK) fornece a autenticação
mútua implícita. A autenticação mútua é feita com base em uma chave K de
autenticação, que é original para o MS ou SIM (módulo de identificação da
subscrição). O K é armazenado tanto no MS/SIM como na rede. O SIM simplifica o
gerenciamento do uso de autenticação de chaves, mas sua implantação é complexa,
tendo em vista que é necessário gerar, autenticar e distribuir as chaves.
Ñ Encriptação da interface aérea: usa uma variedade de chaves de controle e
sinalização, os algoritmos podem ser padronizados ou proprietários, disponível para
voz, dado e operação no modo direto.
Ñ Encriptação fim-a-fim: utiliza mecanismos de sincronização, viabiliza a escolha de
algoritmos criptográficos e gerenciamento de chave.
Ñ Anônimo: a identidade individual ou de grupos transmitidas via interface aérea pode
ser encriptada.
Pág. 53
Ñ Habilitação/Desabilitação de terminais: possui seis diferentes opções para habilitar
ou desabilitar MS. O gerenciamento das chaves também possibilita este serviço.
O gerenciamento da segurança é muito importante, sendo que as palavras chaves
são funcionalidade e flexibilidade, tendo em vista que um grande número de
funcionalidade é integrado para suportar o gerenciamento de chaves:
Ç Autenticação de chaves (K): é usado para autenticação mútua entre o MS e
SwMI (Gerência de Infraestrutura e Switch), utiliza chaves com 128 bits;
Ç Encriptação das chaves: realizado automaticamente, com chaves de longa
ou curta duração, podendo ser: chave derivada de cifragem, chave cifrada
para uso local, chave cifrada para grupos específicos e chave para cifragem
estática.
Ç OTAR (troca aérea de chaves): indicado para os casos de atualização de
chaves.
Quando um rádio sai de uma rede e entra na área de cobertura de outra rede
TETRA, ele precisa se autenticar para passar a acessar a nova rede, isto pode ser feito
de três modos:
1- Transfere uma chave de autenticação para a rede que está visitando;
2- Transfere uma informação que pode ser usada como um procedimento de
autenticação (similar ao método utilizado pelo GSM), seguro mas que pode
causar; ou
3- Transfere somente uma chave de autenticação da sessão, que pode ser usada
para repetir autenticações sem revelar a chave de autenticação original,
combinando dessa forma segurança e eficiência.
Pág. 54
As redes precisam de mecanismos de segurança para assegurar a conexão entre
MS's, porque a interface aérea é muito vulnerável as técnicas de radiomonitoragem. O
uso do recurso chamado criptografia de fim-a-fim fornece uma solução eficiente para
este caso.
Usando uma variedade de chaves, o usuário e as informações de sinalização
podem ser criptografadas sobre a interface aérea, tanto para a comunicação individual
como para as chamadas de grupo. O mecanismo de criptografia é disponível para a
operação de transmissão de voz, dados e DMO. Este mecanismo suporta diversos
algoritmos de criptografia, tanto padronizados quantos proprietários.
Característica da criptografia do TETRA20:
Î Autenticação mútua entre equipamentos da infraestrutura TETRA;
Î Encriptação das informações enviadas via aérea, tanto no modo troncalizado,
quanto no modo convencional;
Î Sincronização fim-a-fim da encriptação;
Î Dois algoritmos padrões para encriptação da interface aérea (um de uso geral
e outro exclusivo para serviços de emergência na Europa).
O serviço de segurança fim-a-fim pode ser realizado de diversas maneiras. Isto
significa que um usuário pode facilmente conceber um sistema de segurança fim-a-fim.
Tipos de Ameaças:
Î Ameaça a confidencialidade: interceptação, escuta, falsos usuários, análise
de tráfego, observação comportamento do usuário;
20
ROELOFSEN, Gerald. “TETRA Security - the fundament of a high performance system”. Artigo
publicado no Site: www.tetramou.com. Acesso em 20/08/04.
Pág. 55
Î Ameaça a integridade: manipulação de dados, reenvio de mensagens antigas,
uso de recursos sem autorização (telefone, consulta à base de dados, etc);
Î Ameaça a disponibilidade: ataque 'denial of service' (sobrecarregando o
sistema), esmagamento (usando energia RF para inundar a recepção site).
O TETRA possui três classes de autenticação:
1 - Autenticação opcional e sem encriptação;
2 - Autenticação opcional e encriptação estática;
3 – Autenticação obrigatória e encriptação dinâmica.
O recurso de autenticação mútua, que requer o uso de chave secreta, apresenta a
possibilidade de encriptação (com chaves estática e dinâmica); desabilitação temporária
ou permanente de terminais; troca de chaves via interface aérea e logon para habilitar o
uso de um terminal, sendo que log on/off não é associado com o registro do terminal. A
autenticação serve para assegurar que um terminal é confiável e tem permissão para
operar na rede.
Interface aérea de tráfego de chaves:
Î Chave derivada (autenticação) de cifra: protege o uplink de chamadas um
para um;
Î Chave comum de cifra: protege grupo de chamadas de downlink e registro
inicial;
Î Chave de cifra para grupo: provê separação de criptografia;
Î Chave de cifra estatística: protege DMO e modo TMO.
Pág. 56
Método de sobreposição de chaves usado para DMO transmite a versão
presente da chave, mas pode receber a versão do passado, presente e futuro em um
bloco único.
A desabilitação de terminais pode ser temporária (remove chaves de tráfego)
ou permanente (neste caso todas as chaves são excluídas). Útil quando terminais são
roubados.
A criptografia fim-a-fim protege a mensagem durante todo o percurso, exige
a utilização de algoritmos padronizados e sincronizados, requer uma rede
transparente onde todos os bits transmitidos encriptados, são descriptados pelo
receptor. Não opera fora da área de cobertura TETRA. Grupo de chaves encripta
chaves usado para proteger o tráfego durante o OTAR. Chaves de longa duração
protege as chaves que encriptam chaves durante o OTAR. Chaves para encriptação
de sinalização são utilizadas opcionalmente para controle de tráfego.
3.9 - Considerações finais sobre a rede TETRA
A digitalização de uma rede rádio torna ela mais vulnerável a avançados tipos de
ataques, mas esta mesma digitalização viabiliza um aumento significativo da segurança,
através da adoção de mecanismos, que seriam de impossível adoção numa rede
analógica.
O ‘TETRA’ foi desenvolvido a partir do ‘GSM’ e do ‘DECT’ (conforme figura
X), sua evolução sempre esteve focada em gerar um sistema com um mais alto nível de
segurança. O GSM contribui com a autenticação do terminal móvel para a rede e
incremento da confidencialidade da troca de dados. O DECT contribuiu com a
Pág. 57
autenticação mútua entre terminais e com a rede e a possibilidade de gerenciamento de
chaves.
A filosofia do ‘TETRA’ consiste em ser uma plataforma aberta e com métodos
bem estabelecidos. Possui funções e mecanismos que integram eficientemente
seus
protocolos, sendo necessário planejar a integração da segurança do sistema.
A segurança do TETRA não depende de especificações secretas e sim de
seguimentos públicos padronizados. Um problema em relação à segurança é que os
usuários têm dificuldade para escolherem quais são os mecanismos de segurança que
melhor satisfazem suas necessidades.
A utilização de interfaces aberta possibilita a adição de novas interfaces, que
podem ser desenvolvidas por qualquer empresa que siga a padronização da ETSI, sendo
viabilizado desta forma uma evolução tecnológica, contínua, permanente e homogênea,
de forma que novos produtos são capazes de interagir com produtos antigos. O TETRA
é um padrão realmente aberto, cuja evolução tecnológica é regulamentada pela ETSI.21
4. Rede de rádio baseada no Projeto APCO 25
A ‘Law Enforcement Association’ (Associação Americana de Aplicação da Lei),
designou a APCO (Associação de policiais para comunicação em Segurança Pública),
que existe desde 1935, para analisar a viabilidade do emprego de um sistema
troncalizado na área de Segurança Pública, sendo criado então o Projeto APCO 16 (P16) em 1977.
21
TAYLOR, David. Draft: setembro, 1998, palavras: 1,726. TETRA: The Future Of Public Service
Mobile Communication.
Pág. 58
O Projeto APCO 25 (P-25) iniciou em 1995, diante da necessidade de
digitalização das redes de radiocomunicação, tendo em vista que o P-16 (figura 16),
havia sido idealizado para redes analógicas, este padrão especifica a transmissão via
rádio apenas na forma analógica, isto é, a voz é modulada em freqüência (FM) sobre a
portadora de rádio freqüência.
Figura 16 - Rede troncalizada Projeto APCO 1622
A APCO é uma organização de diversas entidades internacionais, federais,
estaduais
ou
locais
dos
Estados
Unidos,
que
padroniza
tecnologias
de
radiocomunicação, com o objetivo de identificar as que melhor se adaptam ao contexto
de Segurança Pública.
Uma rede para comunicação via rede rádio bidirecional em Segurança Pública
troncalizada digitalmente e endereçável deve possuir: centrais de despacho, sistema de
controle, estação base de rádio freqüência, equipamento de controle, unidades
veiculares e portáteis, sistema de sinalização, e equipamento de interface.
4.1 – Características do P-16
Î As chamadas são classificadas em cinco níveis de prioridade;
Î O sistema possui entre 6 a 20 canais;
22
KAVANAGH, Donald. APCO Project 16 – Trunked Communication System Functional Requerements
Development. Pág 26, 1977.
Pág. 59
Î Apresenta a capacidade de formar uma rede com no máximo de 1.600
unidades veiculares ou portáteis e vinte centrais de despacho;
Î Suporta 4.000 endereços para os veiculares ou portáteis;
Î Suporta 100 endereços para as consoles de despacho;
Î Se um canal não está disponível, o usuário será colocado em uma fila de
espera, e será notificado que sua chamada foi recebida e enfileirada;
Î Quando a unidade está fora de contato com o sistema de sinalização, uma
indicação aparecerá na unidade;
Î As unidades podem permanecer dois segundos conectados ao canal após
o término da comunicação;
Î Unidades do sistema têm capacidade de modificar sua prioridade de
acesso via uma chave de emergência instantânea;
Î Comunicações de rotina têm a menor prioridade;
Î É possível mudar os endereços de grupo via teclado no centro de
controle;
Î No caso de uma falha no sistema de controle, ela será descartada e o
sistema passa a funcionar no modo convencional. Uma indicação da
falha aparece em todas as unidades veiculares ou portáteis e também nas
consoles de despacho; e
Î Unidades, previamente designadas são capazes de radiodifusão, isto é,
podem transmitir simultaneamente a todos os grupos, unidades ou a um
grupo específico.
Pág. 60
4.2 - Características do Projeto APCO 25
Em 1993 a APCO cria um padrão para radiocomunicação digital, o P- 25. O
projeto adotou uma arquitetura com seis interfaces padrões. O P-25 é uma norma com
definições específicas para interfaces, com intuito de permitir o uso compartilhado de
‘hardware’ e ‘software’ compatíveis, fornecido por um grande número de fornecedores.
Figura 17 - Interfaces do Projeto APCO 25
O P-25 define muitas interfaces abertas, e algumas fechadas, sendo que os
equipamentos de qualquer interface aberta podem ser fornecidos por qualquer
fabricante. Um sub-sistema de rádio freqüência possui uma infra-estrutura com cinco
interfaces abertas, isto é, a interface de dados periférica não faz parte do subsistema.
O sub-sistema de rádio freqüência é qualquer coleção de equipamentos do sítio,
podendo ser uma única estação ou múltiplas estações, pode ser também um único ou
múltiplos sítios.
Pág. 61
4.3 - As interfaces do P-25
a) Interface aérea (CAI): define a compatibilidade de sinais digitais entre
transceptores, cuja principal característica é garantir a interoperabilidade;
b) Interface periférica de dados: os veiculares e portáteis possuem uma porta
através da qual; computadores, terminais ou unidades periféricas do assinante podem ser
conectadas. O protocolo desta interface aberta é especificado de tal modo a ser
transformado em X.25, SNA ou TCP/IP, do outro lado da rede fixa de computadores;
c) Interface entre sub-sistemas: é a chave para conexão de vários sub-sistemas
em uma rede ampla, que utilize tecnologias diferentes (FDMA, TDMA) e diferentes
freqüência;
d) Interface de conexão com a rede telefônica pública: analógica ou digital;
e) Interface de gerenciamento da rede: viabiliza que os computadores e
equipamentos de telecomunicações gerenciem os sub-sistemas de rádio freqüência. Esta
interface
apresenta:
desempenho,
segurança,
crescimento,
configuração
e
contabilização.
f) Interface de dados: especifica o formato dos dados que trafegam na rede
(SNA, X.25 e TCP/IP).
As seis interfaces abertas devem ser compatíveis com um determinado modelo
geral de sistema, tanto o que utiliza repetidor quanto o que não o utiliza.
4.4 - Descrição das pontas de referência
Os pontos de referência sistematizam as interfaces abertas dentro do sistema. As
letras entre colchetes são aquelas que aparecem nas figs 17 e 18.
Pág. 62
a) Interface aérea [Um]: interface entre a estação base e a estação móvel. A taxa
de bits, a modulação e a camada de conexão de dados são únicas para dados e
voz. As camadas 1 e 2 do modelo OSI são especificadas nesta interface.
b) Interface entre subsistemas RF [G]: interface entre subsistemas RF (rádio
freqüência) diferentes, é usada para conexão de voz e dados.
c) Interface de manutenção do sistema [En]: interface entre o centro de
manutenção e um sistema, usada para gerenciamento da rede rádio.
d) Interface de telefonia [Et]: Interface entre a rede de telefonia fixa e um sistema
rádio, suporta conexões analógicas ou digitais.
e) Interface de dados para computados na rede [Ed]: interface entre o sistema
rádio e redes de dados. Segue o padrão Ethernet e as camadas OSI 1-3.
f) Interface de dados periférica [A]: interface entre o veicular ou portátil e um
equipamento de dados, segue o padrão IP e as camadas OSI 1-3.
g) Interface entre a console e o sistema [B]: ponto de acesso do despachante,
serviços são solicitados ou fornecidos pelo sistema.
h) Interface entre o usuário e o móvel ou portátil [C]: serviços são solicitados ou
fornecidos ao usuário.
4.5 - Descrição dos grupos funcionais
a) Sistema de dados de qualquer periférico (MDP): são interfaces de dados do
usuário;
b) Controle de rota do móvel (MRC): roteamento de voz e/ou dados;
c) Rádio móvel (MR): funções de transmissão e recepção dos sinais de RF;
d) Rádio base (BR): funções de modulação e demodulação, sua interface é fechada;
Pág. 63
e) Áudio da base (BA):funções de controle de freqüência, nível e processamento de
sinal;
f) Controle da base (BC): funções de controle automático de uma estação base
individual. Sua interface é fechada;
g) Controle do subsistema de RF (RFC): circuitos lógicos que traduzem os sinais
de comando do usuário em comandos rádio de uma ou mais estações base;
h) Chave de subsistema de RF (RFS): chaveamento para estabelecer caminhos de
conexão entre roteadores e estações base, conforme direcionado a partir da RFC;
i) Consoles (CON): funcionalidades para o despachante final, como a interface
homem x máquina, controle e funções de áudio;
j) Centro de chaveamento dos móveis para serviços entre sub-redes rádio (MSC):
combinação de RFC e RFS;
k) Base de dados de registro do móvel em sua localidade (HLR): banco de dados
dinâmico, que segue a mobilidade de um assinante associado;
l) Base de dados de registro do móvel visitante (VLR): banco de dados dinâmico,
que segue a mobilidade de um assinante visitante;
m) Roteador de subsistema de RF (RFG): interface direta com qualquer sistema,
com exceção da console.
Pág. 64
Figura 18 - Configuração com Repetidor23
Figura 19 - Configuração sem Repetidor24
23
Fonte: ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB. Brasília, 2003. Pág
225.
24
Fonte: ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB. Brasília, 2003. Pág
226.
Pág. 65
4.6 - O P-25 e as camadas de rede OSI (Open System Interface)
A figura 20 apresenta algumas camadas que podem não estar presentes na
especificação de algum ponto de referência. Por exemplo, a interface aérea não precisa
incluir especificações da camada 4 em diante, já que a comunicação entre estas camadas
pode ser completamente especificada na interface do roteador que se liga ao
computador, ou na interface da unidade periférica de dados do assinante.
Figura 20 - Camadas OSI 25
25
Fonte: ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB. Brasília, 2003. Pág
228.
Pág. 66
4.7 - Serviços disponibilizados no P-25
Os serviços suportados podem ser agrupados em algumas classes, baseada no
tipo e nos pontos destino do fluxo de informações. Vamos destacar três classes de
serviços:
4.7.1 - Serviços de telecomunicações: classe responsável pelos serviços da rede,
para prover transferência de informação do usuário através da rede, divide-se em: tele
serviços, serviços mensageiros, e serviços suplementares:
a) Teleserviços - viabiliza transferência de informações do usuário,
incluindo funções do terminal. Os serviços incluem todas as camadas OSI (1-7):
• Chamada de voz de difusão ampla: serviço de apenas uma direção,
onde o originário da chamada de voz é capaz de chamar um ou mais
usuários.
• Chamada de voz não endereçada: serviço de duas direções, qualquer
usuário pode chamar uma coleção indefinida de um ou mais usuários.
Todas as partes da chamada não endereçada podem ouvir umas as
outras.
• Chamada de grupo: chamadas de voz nas duas direções entre um
usuário e um grupo predeterminado de usuários, dos quais o
originador é um membro. Todos os membros podem se escutar entre
si. Os membros do grupo têm um número comum predefinido, pelo
qual são endereçados.
Pág. 67
• Chamada de voz individual: chamada em duas direções entre dois
usuários individuais.
b)
Serviços mensageiros: transportam informações do usuário na
rede. As camadas 1-3 do padrão OSI são especificadas, sendo acessível nos
pontos A e Ed:
• Transmissão de dados confiável por circuito: Transmissão em duas
direções com taxa de erros de bits não superior a 10-6. Taxa de
transmissão variável, não permite uso compartilhado,
• Transmissão de dados não confiável por circuito: Taxa de
transmissão em duas direções de 9600 bits por segundo, não utiliza
correção de erros.
• Transmissão de dados por pacote com confirmação: Transmissão em
duas direções, taxa de bits variável, taxa de erros de bits inferior a 106. Técnica de múltiplo acesso compartilhado no tempo. Aplica-se
principalmente a conjunto de dados que são do tipo "burst"
(transmissão de bits em intervalos curtos de tempo).
c)
Serviços suplementares: serviços que modificam ou ampliam a
capacidade dos teleserviços ou dos serviços mensageiros.
• Criptografia: codifica a informação de maneira a torná-la segura.
Só quem possui a chave pode decodificar ou faz-se necessário
usar o método da força bruta onde todas as possíveis chaves são
testadas.
Pág. 68
• Chamada prioritária: uma chamada com prioridade terá acesso
preferencial aos recursos da rede, possui cinco níveis de
prioridade.
• Chamada prioritária preventiva: tem recursos alocados para ela,
mesmo que isto signifique que as outras chamadas serão
desconectadas.
• Interrupção de chamada: suplementar a chamadas individuais,
mas pode interromper qualquer chamada de voz.
• Conexão de voz com a rede telefônica: permite a comunicação
entre um usuário da rede telefônica e um ou mais usuários do
sistema rádio.
• Escuta discreta: permite a um usuário escutar qualquer chamada.
• Emergência silenciosa: permite iniciar uma chamada sem a
intervenção do próprio usuário, pressionando uma chave de
emergência no próprio rádio.
• Monitoramento da unidade: permite ao rádio do usuário iniciar
remotamente uma chamada.
• Identificação do individuo que transmite: permite identificar o
usuário.
• Chamada de alerta: permite que o originador da chamada deixe
sua identificação com a parte chamada para subseqüente retorno
da chamada.
4.7.2 - Serviços ao assinante: acessam e gerenciam informações
residentes na rede ou no terminal do assinante.
Pág. 69
• Navegação (Roaming) dentro do sistema: permite que a unidade
altere seu ponto de conexão dentro do sistema, pode ser
automático ou manual;
• Roaming entre sistemas: permite que a unidade se conecte a outro
sistema que não seja o seu de origem, pode ser automático ou
manual;
• Restrição de chamada: permite ao usuário ou operador do sistema
restringir os serviços que podem ser acessados de um rádio
específico;
• Afiliação: permite ao assinante alterar seu status de afiliação;
• Roteamento de chamada: permite ao usuário determinar como
processar uma chamada de maneira a atingir um determinado.
4.7.3 - Serviços ao operador do sistema: serviços que acessam e
gerenciam informações relacionadas à operação da rede. O gerenciamento da
rede rádio necessita um conjunto de serviços padrões, tais como registro,
autenticação, desconexão de terminal e estatística de funcionamento.
8 P-25 visa disponibilizar comunicação entre produtos e sistemas
wireless digitais:
8 Interoperabilidade: Comunicação eficiente e eficaz intra-agência
e inter-agências;
8 Assegura competição e um maior ciclo de vida aos produtos:
proporcionando economia em termos de durabilidade de
investimento e reuso de equipamentos;
Pág. 70
8 Equipamentos de fácil utilização: minimizando custos de
treinamento;
8 Maior eficiência do uso do espectro de radiofreqüência:
característica de fundamental importância dentro de uma
realidade onde este recurso torna-se cada vez raro, em
decorrência do surgimento de diversos equipamentos wireless.
A potência dos transceptores pode ser reduzida durante a transmissão sem
reduzir a qualidade da voz ou a efetividade das transferências de dados.
Quando o usuário estiver em deslocamento e a utilização de uma outra
repetidora apresentar melhor eficiência à troca de site é realizada automaticamente pelo
sistema, sem haver a necessidade de interferência do usuário, sendo ainda possível o
emprego de repetidoras veiculares em áreas onde a cobertura de radiofreqüência for
deficiente.
4.8 - Características do P-2526:
; Interface aérea comum (CAI): permite que rádios de diferentes
fabricantes sejam integrados na rede;
; Sub-sistema de RF: suporta várias estações e/ou sites porque
possui uma interface aberta, suporta CAI e hosts padrões de rede
de computadores;
; Interface intersistema: viabiliza a interconexão de vários subsistemas de RF de diferentes tecnologias e freqüências, a fim de
formar uma rede;
26
http://www.motorola.com/LMPS/RNSG/pubsafety/70-10-30.shtml. Acesso em 01/09/04.
Pág. 71
; Interface de interconexão telefônica: suporta tanto analógica
quanto ISDN;
; Interface de gerenciamento de rede: de todos os sub-sistemas de
RF;
; Host e interface de rede de dados: suporta protocolo TCP/IP,
SNA e X.25.
O P-25 possui dois slots para operar com multi-usuários, melhorar a
sensibilidade das estações, apresentar alto nível de interoperabilidade, possibilitar
expansão do sistema, migração para novas tecnologias e interconexão de redes.
Utiliza o protocolo de criptografia chamado AES (Advanced Encryption
Standard) para envio e recebimento de voz e dados.
A função de encriptar e decriptar geralmente é realizada no ponto final de um
pacote de mensagens. Utiliza ainda o algoritmo DES (Digital Encryption Standard),
protocolo especialmente empregado para CAI de um sistema.
4.9 – Considerações Finais sobre o Projeto APCO 25
O P-25 é um sistema de sistemas, sendo conseqüentemente composto de uma
arquitetura escalável e expansível, que visa interconectar vários sistemas.
Os objetivos do P-2527 são: prover aumento das funcionalidades de
equipamentos diferentes na mesma rede, otimizar o uso do espectro de radiofreqüência,
27
http://www.kingusa.com/newpage/apco.html. Acesso em 01/09/04.
Pág. 72
fomentar a competição entre vendedores através da disponibilização de uma plataforma
aberta e tornar a comunicação mais eficiente e efetiva.
A ISI (interface aérea interoperável) provê interoperabilidade sem limitar a
autonomia do gerenciamento e recursos de cada entidade do sistema, provê um
reconhecimento através do emprego de endereçamento baseado em IPs, compatíveis
para a interface de rede.
O ISSI é um bloco de ISI que provê a conectividade entre vários subsistemas P25, em diferentes freqüências de bandas e equipamentos, viabilizando uma rede baseado
em IP.
O IP é desenvolvido para ser independente de hardware (camada física e de
dados), sendo que o P-25 é baseado no IPv4, no entanto visa empregar no futuro o IPv6.
Para a camada de transporte é utilizado o UDP (protocolo para transporte de pacotes
entre usuários), que se constitui em um excelente protocolo que minimiza overhead no
uso de serviços de voz.
O sistema possui um backbone de IP, que executa o controle do protocolo para
gerenciar a mudança dos transceptores de um site para outro. Um dos problemas desta
tecnologia é o tempo necessário para o estabelecimento de uma comunicação (fator este
crítico no emprego de rádios), porque muitas vezes o tamanho dos dados excede a 600
octetos de comprimento, sendo necessário o emprego de técnicas de compressão.
Uma alternativa para minimizar estes problemas seria o RTP (protocolo de
transporte em tempo real) de forma a tornar mais eficiente os transportes. No ISSI o
pacote é encapsulado em RTP sem prévia codificação, isto assegura a criptografia fim-
Pág. 73
a-fim das mensagens de voz e sem degradação da qualidade, evitando o excessivo
delay.
O estabelecimento de uma rede IP compatível não garante a interoperabilidade,
tendo em vista que o ISSI se constitui no componente mais crítico para habilitar a
interoperabilidade e conexão de redes.
Há estudos visando implementar IP security (Ipsec) a fim de prover serviços de
segurança interoperáveis (como autenticação, integridade e confiabilidade das
mensagens) nas redes (IPv4 e IPv6), oferecendo proteção IP nas camadas superiores
(UDP, RTP, etc).
Pág. 74
5. Projeto MESA28
No início do ano 2000, a Associação Industrial de Telecomunicações e o
Instituto Europeu de Padronização de Telecomunicações, verificaram a falta de
padronização de comunicação digital dos órgãos de Segurança Pública em todo o
mundo, e deram início ao ‘Projeto de Parceria na área de Segurança Pública’ (PSPP),
que em janeiro de 2001, passou-se a denominar ‘Projeto MESA’ (Aplicações Móveis
para Segurança e Emergência).
5.1 - Objetivos do ‘Projeto MESA’:
X Harmonizar especificações e serviços de radiocomunicação;
X Colocar as mais avançadas tecnologias a serviço dos órgãos de
Segurança Pública, como; aplicações multimídia e transmissão de
vídeos em tempo real. Estas aplicações necessitam de bandas
largas e dos recursos disponibilizados pela telefonia de terceira
geração;
X Garantir realmente a “INTEROPERABILIDADE” entre serviços
e aplicações wireless para sistemas de Segurança Pública.
Constitui-se realmente numa padronização internacional, sendo
composto por diversos países de todo o planeta, principalmente
da União Européia e EUA, que se encontravam em caminhos
distintos, porque enquanto um desenvolvia o ‘TETRA’ o outro
28
www.projectmesa.org. Acesso em 01/09/04.
Pág. 75
desenvolvia o Projeto APCO-25, sendo que os dois sistemas não
interagiam entre si.
5.2 - Características do ‘Projeto MESA’29:
X Convergência de voz e dados;
X Suporte em tempo real wireless para aplicações computacionais portáteis;
X Mensagens rápidas (como e-mail, pequenos textos, arquivos);
X Atualização pessoal constante e localização dados;
X Transporte de vídeo em tempo real e imagens de alta resolução via rede;
X Conexão com satélites;
X Configuração dinâmica da rede;
X Voz via IP (‘Internet protocol’);
X Controle remoto automatizado, incluindo monitoramento de áudio e vídeo;
X Interoperabilidade local, nacional, regional e internacional;
X Redes com múltiplas agências;
X Tecnologia independente da freqüência utilizada;
X Autenticação e encriptação via rede de radiocomunicação;
X Suporta criptografia baseada no algoritmo Triple DES, sendo possível incluir
outros tipos de algoritmos.
29
http://www.tiaonline.org/standards/mesa. Acesso em 01/04/04.
Pág. 76
5.3 - Convergência de padrões ‘TETRA e Projeto 25 e 34 da APCO’
O TETRA e a APCO através do Projeto 34, tem desenvolvido padrões para
aplicações em alta velocidade de acordo com o ‘Projeto MESA’, que visa facilitar a
segurança, confiança, desenvolvimento, eficiência, eficácia e interoperabilidade de
equipamentos, especificações e aplicações de banda larga, orientada para atender as
necessidades dos órgãos que atuam na área de Segurança Pública de todo o planeta.
O TETRA MOU (Memorandum of Understanding) propôs a tecnologia TETRA
TDMA compatível com a Fase-2 do Projeto 25, que por sua vez, foi desenvolvido pela
APCO, com o objetivo de compatibilizá-lo com a versão do TDMA do TETRA.
A Fase-1 do P-25, conforme a tabela 7, previu largura de banda de 12,5 kHz.
Na Fase-2 do P-25 foram previsto largura de banda de 6,25kHz. Cada canal físico de
12,5 kHz contém dois slots que apresentam dois canais independentes e flexíveis que
operam tanto voz como dados, ou ambos simultaneamente.
Os slots podem ser configurados dinamicamente através do controle dedicado
da sinalização do canal de acordo com a necessidade de uso da rede, de forma a
otimizar o uso dos canais disponíveis para tráfego de voz e dados.
A fase II do P-25 envolve modulação de tempo e freqüência (TDMA e FDMA),
a fim de melhorar o uso do espectro de radiofreqüência, sendo que atualmente apenas a
ISSI encontra-se disponível, sendo que as demais características estão sendo
desenvolvidas, conforme tabela 7.
Pág. 77
Interoperabilidade da
Interface
no P-25
Fase 1
CAI (interface aérea comum)
Interface de conexão
telefônica
Interface de dados Periféricos
Interface de rede de Dados
Fase 2
ISSI (Interface sub-sistemas
RF)
Interface de console
Interface de estações fixas
Operação em TDMA
Publicação Hardware
do Padrão Avaliado
Testes de
Equipamentos
conformidade em
funcionamento
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
Ok
-
-
-
-
-
-
-
Tabela 7 – Interoperabilidade da Interface do P-2530
A fase III (P-25/34) padroniza a transmissão de voz, vídeo e dados numa
rede de alta velocidade, que suporta inclusive QoS (qualidade de serviço). Apresenta
o recurso PPT (push to talk) com baixo número de colisões, sendo que a chamada
pode ser interrompida quando necessário disponibilizar a rede para um usuário
específico.
5.4 – Características da rede TETRA com 2-slot TDMA
z Método de acesso com múltiplo acesso por divisão de freqüência;
z Modulação digital por quadrante de fase para troca de chave;
z Modulação digital com quatro níveis compatíveis de modulação por freqüência;
z Largura de banda de 6.25 kHz para pacote de dados;
z Bloco de dados de confirmação com 7 bits seriais, 9 bits de detecção de erros no
bloco de entrada, e 14 octetos de dados.
30
Fonte: Relatório da Associação Industrial de Telecomunicação (julho 2004).
Pág. 78
z Cabeçalho: ponto de acesso ao serviço, identificação do fabricante, link de
identificação lógico, número de blocos do pacote seguinte, quantidade de blocos
do octeto do último pacote, número seqüencial dos pacotes. O cabeçalho do
bloco usado para comunicação entre um rádio e um nó do pacote de dados
contém 10 octetos de endereçamento e controle de informação, seguido por 2
octetos de código de detecção de erro. Para a comunicação direta entre dois
rádios são necessários 12 octetos para o cabeçalho para informar a ordem e
controle dos dados. O cabeçalho é precedido de 48 bits de sincronização e 64
bits para identificação da rede;
z Estrutura dos pacotes de dados: mensagens de dados são divididas em
fragmentos com menos de 512 octetos. Os fragmentos são divididos em blocos
de M octetos, sendo 12 para mensagens não confirmadas e 16 para mensagens
confirmadas. Um fragmento precedido de um cabeçalho com informações é um
pacote de dados;
z Taxa de bits de 9.600 bps: utiliza técnicas de compressão e cabeçalho adicional
para proteção contra erros de 2.400 bits/s, que se repete periodicamente e precisa
de informação acerca do último pacote;
z Método de digitalização de voz: Suporta alta taxa de vocoder que opera a 4400
bits/s e mais 2800 bits/s para correção de erros da digitalização da voz;
z Encriptação da digitalização da voz: cabeçalho com 96 bits, sendo que, 72 bits
inicializa o vetor, 8 bits identifica o algoritmo e 16 bits de identificação de
chave. Possui ainda 144 bits de código de correção de erro. A informação
necessária para decodificar é enviada no início da transmissão, incluindo a
sinalização do overhead. Utiliza diversos algoritmos e várias chaves.
Pág. 79
5.5 – Análise comparativa entre TETRA, APCO P-25, GSM e DECT
Podemos comparar as características técnicas de quatro tipos de sistemas na
tabela 8:
Características
TETRA
Velocidade transmissão dados (kbs)
Canal (kHz)
Serviço telefônico
Serviços PMR
Controle total das chamadas
Tempo chamada inferior a 0,3 seg
Chamada de grupo
Chamada em broadcast
Fila de chamadas
Terminais autônomos
Criptografia fim-a-fim
Largura de Banda sob demanda
Comunicação formato duplex
Transmissão simultânea voz+dados
28.8
6,25
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
APCO
P-25
9.6
12,5
GSM
DECT
9.6
25
144,4
166,6
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
Tabela 8 - Análise comparativa entre redes wireless31
A figura 21 apresenta esquematicamente as similaridades e diferenças, existentes
entre diferentes redes, bem como, as principais características de sistema de telefonia e
rádios convencionais e troncalizados.
31
PINTER, Ranko. Artigo – ‘Potencial do Sistema TETRA’. IMTA Trunked Radio Congress. Simoco
International, 1999.
Pág. 80
Figura 21 – DECT/GSM/TETRA
O sistema que possui maior capacidade de tráfego de dados, constitui-se sem
dúvida alguma no sistema que melhor viabiliza a implantação de recursos destinados a
substituir o tráfego de voz por dados para descongestionar a rede rádio em termos de
tráfego de voz.
O TETRA apresenta melhor desempenho para transmissão de dados, atingindo
até 28.8 kbs, enquanto que o P-25 da APCO atinge tão somente 9.6 kbs, esta diferença
de desempenho, onde o TETRA apresenta a capacidade três vezes superior no quesito
tráfego de dados constitui-se uma característica importante, na medida em que cada vez
mais temos a disposição ferramentas destinadas a transmitir dados via rede de
radiocomunicação, tendo como objetivo, desobstruir a rede de rádio, de forma que esta
permaneça o maior tempo possível na situação de ‘stand by’, ou seja, sem transmitir
voz, mas pronta para fazê-lo a qualquer momento quando for solicitada.
Em grandes redes, onde operem algumas dezenas de rádios, não é possível que
todos transmitam voz com alguma freqüência, a própria rede poderia ficar
Pág. 81
congestionada, bem como, quando uma pessoa faz uso do rádio às demais pessoas que
estão na rede ficam ouvindo a comunicação. Neste caso ouvir muitas mensagens via
rádio, sendo que estas muitas vezes trazem informações que não lhe dizem respeito,
torna-se uma tarefa extremamente estressante e improdutiva, acabando por prejudicar as
atividades operacionais de quem apenas utiliza a rede rádio como instrumento de apoio.
O TETRA apresenta um canal de 6,25kHz enquanto que no P-25 da APCO o
canal é de 12, kHz. Esta característica apresenta dois aspectos principais. Quanto menor
o canal, mas canais é possível alocar dentro de uma determinada faixa de freqüência, no
entanto quanto menor o canal, maior é a degradação da qualidade do áudio.
Avaliando-se o canal disponibilizado no TETRA verificamos que este otimiza o
uso do espectro de freqüência com maior eficiência que o P-25 da APCO, no entanto o
TETRA apresenta de um modo geral um áudio de pior qualidade.
Devido a evolução tecnológica a diferença de qualidade de áudio torna-se muitas
vezes quase imperceptíveis ao ouvido humano, tendo em vista que nós temos condição
de diferenciar qualidade de sons até determinado nível, acima do qual somente é
possível verificar através do uso de instrumentos mecânicos.
O TETRA apresenta características que estavam presente no padrão do DECT, e
algumas do GSM que são: largura de banda sob demanda, comunicação formato duplex
e transmissão simultânea voz + dados. Estas três características não estão presentes no
padrão P-25 da APCO, sendo que elas disponibilizam os seguintes recursos
operacionais:
z Largura de banda sob demanda: importante para permitir um melhor
gerenciamento do uso dos quatro canais disponíveis no TETRA, de forma a
Pág. 82
utilizar todos eles em conjunto para tráfego de voz, quando não ouvir
necessidade de tráfego de dados, e vice-versa, ou seja utilizar todos os canais
para tráfego de dados, quando não houver tráfego de voz, para desta forma
atingir a velocidade de 28.8 kbs.
z Comunicação formato duplex: Isto permite, por exemplo, utilizar o rádio como
se fosse um celular, para ouvir e falar simultaneamente, ou utilizar o rádio para
receber e enviar mensagens curtas, como se fosse um ‘chat’ (bate papo).
z Transmissão simultânea voz + dados: permite que o rádio seja utilizado para
receber e enviar simultaneamente tanto voz quanto dados, tendo em vista que o
TETRA gerencia quatro canais, sendo que todos eles podem trafegar voz ou
dados, dependendo da necessidade.
Conclusões e Perspectivas Futuras
Esta pesquisa permitiu uma análise científica e técnica sobre os padrões de redes
wireless digitais, bem como, foi possível identificar que de um modo geral utilizar o
padrão TETRA permite obter-se melhores resultados, tendo em vista que este padrão
além de disponibilizar todos os recursos presente no padrão de redes do Projeto 25 da
APCO, ele viabiliza uma velocidade de transmissão de dados pelo menos três vezes
superior ao P-25.
Considerando a tendência cada vez maior das redes de radiocomunicação serem
destinadas cada vez mais para viabilizar o tráfego de dados, tornando-se uma atividade
muitas vezes secundária o uso da rede para tráfego de voz, isto significa que uma das
características mais importante, sem dúvida alguma, constitui-se a velocidade de tráfego
Pág. 83
de dados, porque esta pode viabilizar ou não, o tráfego de imagens e vídeos em tempo
real na rede.
Os critérios empregados nesta pesquisa a fim de comparar o padrão TETRA e o
P-25 da APCO, foram três: capacidade de tráfego de dados, otimização no uso do
espectro de radiofreqüência e segurança da rede.
As estratégias capazes de garantir a interoperabilidade de equipamentos
constituem-se na análise de qual padrão dispõe de mais fabricante, tendo em vista que
desta forma, torna-se possível adquirir transceptores de diversos fabricantes que
poderão operar na mesma rede. Neste item, novamente a rede TETRA apresentou nítida
vantagem, por dispor de maior quantidade de empresas empenhadas em desenvolver
equipamentos compatíveis com este padrão, e consequentemente aumentando a
concorrência e diminuindo os preços.
O padrão TETRAPOL, apesar de disponibilizar praticamente os mesmos
recursos das demais redes wireless, não foi objeto desta pesquisa, sendo analisado
detalhadamente no artigo que está no Anexo 3 desta pesquisa.
Em termos de segurança os padrões analisados são muito similares, porque a
qualidade, ou nível de segurança da rede, vai depender da configuração feita pelo
gerente da rede, tendo em vista que, na medida em que ele configurar uma rede com
maior nível de segurança, mais lenta a rede ficará, bem como, aumentará o tráfego de
dados que se constituem principalmente de senhas para arquivos criptografados e
recursos de autenticação de usuários, sendo que os recursos se segurança
disponibilizados são suficientes para garantir a segurança deste tipo de rede, a fim de
Pág. 84
garantir a integridade da comunicação de voz e dados em diferentes padrões de
operação.
A rede TETRA sem dúvida alguma, diante da pesquisa realizada, pode se
concluir que ela é a melhor alternativa, para ser empregado por Órgão de Segurança
Pública do Brasil inteiro, diante da análise dos recursos que este tipo de padrão oferece.
A análise das perspectivas futuros permite traçar um horizonte onde haverá um
padrão de rede wireless, mas com diversos fabricante e linhas de produtos, de forma que
os gerentes deste tipo de rede não terão que se preocupar com interoperabilidade,
porque esta será uma característica intrínseca de todos os produtos. O caminho começou
a ser trilhado através do Projeto chamado ‘MESA’, que apesar de ainda estar sendo
estabelecido, constitui-se num esforço, em escala planetária, de diversas entidades e
empresas, que buscam a padronização de redes de radiocomunicação, a fim de garantir
principalmente a interoperabilidade de produtos e interconexão das redes wireless.
Principais contribuições e Trabalhos Futuros
A pesquisa desenvolvida para a elaboração deste trabalho, possibilita que
diversos temas e assuntos aqui abordados possam ser objetos de pesquisa em Teses e
Dissertações, tendo em vista que temas como a análise da eficiência de certos
algoritmos de criptografias ou de autenticação, podem ser minuciosamente analisados
através de uma pesquisa de maior profundidade e duração, podendo resultar em
propostas ou em novos algoritmos capazes tornar a rede mais segura sem resultar e
perda significativa de desempenho.
Pág. 85
Em redes de computadores a segurança pode ser aumentada sem comprometer
significativamente o desempenho, através da utilização de links cada vez maiores,
recursos como à fibra ótica e principalmente do uso de processadores cada vez mais
velozes.
Todas estas facilidades disponíveis para redes de computadores, praticamente
inexistem, ou não apresentam o mesmo grau de aplicabilidade para redes de
radiocomunicação, que usam basicamente as freqüências para envio e recebimento de
voz e dados, e utilizam transceptores que não apresentam uma construção sofisticada
em termos tecnológicos.
As pesquisas científicas no Brasil, nesta área, são raras ou muitas vezes
inexistentes, sendo que as redes de radiocomunicação comumente se limitam a adaptar
tecnologias desenvolvidas para redes de celulares.
O pessimista quando encontra uma situação como a descrita acima, desiste
porque considera que nada pode ser feito para mudar esta realidade, já o otimista
enxerga um campo fértil para desenvolver pesquisas, porque praticamente existe tudo
por ainda ser realizado.
Pág. 86
Referências Bibliográficas
ABDALLA, Humberto. Sistemas Integrados de Comunicação Crítica. UnB.
Brasília, 2003.
CANDY, Edwin. Architecture – the key to the success of TETRA. Artigo
publicado no Site: www.tetramou.com. Acesso em 20/08/04.
Hamer, Terry. TETRA. Extending from Public Safety to
Military
Applications. Artigo publicado no Site: www.tetramou.com. Acesso em 20/08/04.
http://www.etsi.org. Acesso em 01/04/04.
http://www.tetramou.com. Acesso em 01/04/04.
http://www.kingusa.com/newpage/apco.html. Acesso em 01/09/04.
http://www.motorola.com/LMPS/pubsafety/70-10-30.shtml. Acesso em
01/09/04.
http://www.projectmesa.org. Acesso em 01/09/04.
http://www.tiaonline.org/standards/mesa. Acesso em 01/04/04.
http://www.icp.pt/template12.jsp?categoryId=38421. Acesso em 20/08/04.
KAVANAGH, Donald. APCO Project 16 – Trunked Communication System
Functional. 1977. Artigo publicado no Site: www.tetramou.com. Acesso em 20/08/04.
Kavanagh, Donald. The Application oh the 900 Mhz Band to Law
Enforcement Communications. 1977. Artigo publicado no Site: www.tetramou.com.
Acesso em 20/08/04.
TAYLOR, David. TETRA: The Future Of Public Service Mobile
Communication. Artigo publicado no Site: www.tetramou.com. Acesso em 20/08/04.
PINTER, Ranko. Potencial do Sistema TETRA. Trunked Radio Congress.
Simoco International, 1999. Artigo publicado no Site: www.tetramou.com. Acesso em
20/08/04.
Pág. 87
ROELOFSEN, Gerald. “TETRA Security - the fundament of a high
performance system”. Artigo publicado no Site: www.tetramou.com. Acesso em
20/08/04.
ANEXO I
Feature from
TETRA Interoperability Profile
MS
Registration
Marconi MS Motorola MS* Nokia MS
Simoco Digital Systems MS Cleartone
Teltronic MS
ITSI attach
9
-
9
9
-
ITSI attach including group attachment
-
9
-
-
9
9
-
Roaming location updating
9
9
9
9
9
9
De-registration
9
9
9
9
9
9
Call setup
9
9
9
9
9
9
Call setup, Queuing
9
9
9
9
9
9
Hook signalling, Simplex
9
9
9
9
-
9
Call setup Modifications
-
-
9
-
9
Š
End of transmission
9
9
9
9
9
9
Request to transmit
9
9
9
9
9
9
Request for speech item
9
9
9
9
9
9
Call disconnection
9
9
9
9
-
9
MS Attachment of the selected group
9
9
9
9
9
9
MS Attachment of the selected group, Rejection
9
9
9
9
9
9
MS Attachment of the Null group
-
-
Š
-
-
-
MS Change of the selected group
9
9
9
9
9
9
Multiple group attachment
Š
-
Š
Š
-
Š
MS initiated detachment
9
-
9
-
-
-
Call setup
9
9
9
9
9
9
Call setup, Queuing
9
9
9
9
9
9
End of transmission
9
9
9
9
9
9
Request to transmit
9
9
9
9
9
9
Request for speech item
9
9
9
9
9
9
Call disconnection
9
9
9
9
9
9
Late entry
9
9
9
9
9
9
Emergency group call .
9
9
9
Š
-
Š
Emergency group call, Setup to busy group
Š
-
-
Š
9
Š
Emergency speech item request
Š
-
-
Š
-
Š
Individual call
Group management
Group call
Cell re-selection
Undeclared cell re-selection
9
9
9
9
9
9
Unannounced cell re-selection with call restoration
9
9
9
9
9
9
Announced type 3 cell re-selection
9
9
9
9
9
Š
Call Set-up, MS Originated
9
9
9
9
-
Š
Call Set-up, MS Originated, Call Queued
9
9
9
9
-
Š
Call Set-up, MS Terminated
9
9
9
9
-
Š
Telephone call
DTMF Over-dial
-
-
-
-
-
-
Disconnect Causes
9
9
9
9
-
Š
Status messaging
9
9
9
9
9
9
Standard Report, MS to MS, with acknowledgement requested
Š
-
-
Š
-
Š
Short Data Service
Dynamic Group Number Assignment
Assignment of a group without attachment
Š
-
-
Š
-
Assignment of a group already in the MS
Š
-
Š
-
-
-
Group de-assignment
Š
-
Š
Š
-
-
-
Packet Data
Packet Data context activation, Static IP address
-
-
Š
-
-
-
Packet Data context activation, Dynamic IP address
-
-
Š
-
-
-
Packet Data context activation, Provisioning reject
-
-
Š
-
-
-
Packet Data context deactivation, SwMI initiated
-
-
Š
-
-
-
Packet Data context deactivation, MS initiated
-
-
Š
-
-
-
Advanced Link Set-up, MS Initiated Data Transfer
-
-
Š
-
-
-
Normal Advanced Link Data Transfer, MS Initiated
-
-
Š
-
-
-
Advanced Link Set-up, SwMI Initiated Data Transfer
-
-
Š
-
-
-
Normal Advanced Link Data Transfer, SwMI Initiated
-
-
Š
-
-
-
MS initiated PDCH access, SwMI reject
-
-
Š
-
-
-
Roaming during Data transmission
-
-
Š
-
-
-
Roaming without Data transmission, READY state
-
-
Š
-
-
-
Roaming without Data transmission, STANDBY state
-
-
Š
-
-
-
Legend: * In the later test sessions, IOP of an MS with its native SwMI is not specifically addressed.
9 Feature has been IOP tested successfully, and this has been certified by Tele Danmark.
Š Official IOP testing of the feature has taken place, but evaluation and certification by Tele Danmark is
pending.
- Interoperability has not been verified by official IOP testing for this feature.
Official IOP testing with participation of SwMI from
Test sessions:
Aug. 1999
Certificate at / expected:
http://www.tetramou.com/documents/index.asp
Jan. 2000
Sep. 2000
SwMI types:
Motorola:
MS types, with which
IOP testing has been
performed:
Cleartone:
CM9000P
Marconi:
PUMA T and PUMA T2
Mar. 2001
Sep./Oct. 2001
Jan. 2002
Mar. 2002
Dimetra: Releases 2.3, 2.3 SER, 3.0 and 4.0
Motorola:
MTM300
Nokia:
TMR400, THR420 and THR850
Simoco Digital Systems:
SRM1000 and SRP1000
Teltronic:
MDT-400
ANEXO II
SERVICE
Telecommunications Services
Bearer Services
Circuit-switched unreliable/reliable data
Packet-switched confirmed delivery data
Teleservices
Broadcast voice call
Unaddressed voice cal]
Group and individual voice call
Circuit-switched data network access
Packet-switched data network access
Preprogrammed data messaging
Supplementary Service
Encryption
Priority call and Preemptive priority call
Call interrupt
Voice telephone interconnect
Discreet listening
Silent emergency
Radio unir monitoring
Talking party identification and Call alerting
Subscriber Unit Services
Intrasystem and Intersystem roaming
Call resMction
Affiliation
Cal] routing
Encryption update
Network Services
Registration
Roaming
Authentication and Subscriber terminal disable and enable
Network Management and administration servires
CONVENTIONAL
T R UN KE D
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Not applicable
Mandatory
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Mandatory
Not applicable
Mandatory
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Not applicable
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Not applicable
Not applicable
Not applicable
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Standard Option
Mandatory
Standard Option
Standard Option
Mandatory
Mandatory
Standard Option
Standard Option
ANEXO III
PADRÕES DE RADIOCOMUNICAÇÃO DIGITAL
Eduardo Gonçalves da Silva 32
RESUMO
As redes de comunicação via radiofreqüência constituem-se na principal ferramenta de
apoio a atividade operacional das entidades que desenvolvem suas ações no campo da
Segurança Pública. Os três principais padrões de radiocomunicação digital, APCO-25,
TETRA e TETRAPOL, estão sendo desenvolvidos para disponibilizar recursos e
serviços que possam contribuir para melhorar o desempenho das atividades dos órgãos
de Segurança Pública. As empresas fabricantes que desenvolvem produtos a partir
destes padrões, travam uma batalha mortal para tentar alcançar a hegemonia do mercado
mundial, e consequentemente aumentar seus lucros. Nesta batalha cada empresa
apresenta apenas as vantagens, procurando ignorar as deficiências de seus produtos. A
realização de um artigo cuja característica principal é a isenção de pré-conceitos,
elaborado a partir de conhecimentos técnicos e científico, viabiliza a apresentação de
um panorama esclarecedor que permite uma comparação objetiva e conclusiva entre os
padrões analisados.
Palavras Chaves: radiocomunicação, padrões, APCO-25, TETRA e TETRAPOL.
ABSTRACT
The communication nets saw radio frequency consist in the main tool of support the
operational activity of the entities that develop its action in the field of the Public
Security. The three main standards of digital radio communication, APCO-25, TETRA
and TETRAPOL, are being developed to make possible resources and services that can
contribute to improve the performance of the activities of the agencies of Public
Security. The companies manufacturers who develop products to leave of these
standards, stop a mortal battle to try to reach the hegemony of the world-wide market,
and to increase its profits. In this battle each company presents only the advantages,
looking for to ignore the deficiencies of its products. The accomplishment of an article
whose main characteristic is the exemption of daily pay-concepts, elaborated from
knowledge scientific technician and, makes possible the presentation of an enlightening
32
Mestre em Engenharia Ambiental (UFSC), Graduado em Marketing (UNISUL) e Graduando Sistema
de Informação (UFSC).. E-mail: [email protected].
panorama that allows an objective and conclusive comparison between standards
analyzed.
Keys words: radio communication, standards, APCO-25, TETRA e TETRAPOL.
1. Introdução
‘O rádio é o salva-vidas do policial. Quando segundos contam, a comunicação clara e eficiente é que
faz a diferença para um motorista ferido, para a vítima de um crime ou para um policial ferido.’
Coronel W Steve Flaherty, Estado da Virgínia, EUA.
Este artigo visa apresentar uma análise técnica comparativa entre os seguintes
padrões de radiocomunicação digital: APCO-25, TETRA e TETRAPOL.
As redes de radiocomunicação digitais foram especificadas e desenvolvidas para
serem utilizadas principalmente por órgãos de Segurança Pública, e por este motivo o
foco principal deste artigo é analisar com maior riqueza de detalhes, as características
que apresentam aplicabilidade para estes órgãos, tendo em vista que um sistema de um
modo geral oferece mais recursos e serviços do que seria necessário, para desta forma
viabilizar seu uso em outras aplicações.
Inicialmente apresentaremos quais são as características mínimas que uma rede
de radiocomunicação necessita possuir para ser utilizada por órgãos de Segurança
Pública.
Os requisitos técnicos que compõe cada padrão de radiocomunicação digital são
apresentados no formato de uma tabela, sendo que os principais itens são comentados,
de forma a apresentar informações extras, para melhor fundamentar a análise
comparativa que procuramos realizar neste artigo.
2. Características mínimas de uma rede de radiocomunicação
Uma rede de radiocomunicação digital para ser utilizada por órgãos de
Segurança Pública deve possuir pelo menos as seguintes características:
1. Utilizar protocolos abertos e possuir diversos fabricantes de terminais e
infraestrutura;
2. Possibilitar o serviço de comunicação via radiofreqüência, para voz e dados
(para envio e recebimento);
3. Possibilitar interconexão com Internet via protocolo TCP/IP e disponibilizar
serviço de comunicação com suporte à voz sobre IP;
4. Utilizar técnicas para uma comunicação segura, com a implementação de
criptografia dinâmica na interface aérea, para codificação de voz e transmissão
de dados;
5. Selecionar
automaticamente
a
canalização
de
radiofreqüência
para
encaminhamento das comunicações de forma transparente ao usuário (sistema
troncalizado);
6. Estabelecimento de chamada em tempo inferior a 500 ms;
7. Estabelecer níveis diferentes de prioridades (para chamadas em grupo ou
individual);
8. Comunicações de dados com velocidade superior a 7,2 kbps;
9. Desconectar uma comunicação quando outro transceptor, configurado com
maior privilégio, necessitar estabelecer uma comunicação e o sistema estiver
saturado;
10. Estabelecer chamadas de emergência;
11. Realizar ações de aglutinação e restauração dinamicamente de grupos préexistentes no sistema, possuir estrutura flexível e hierárquica de grupos;
12. Realizar
chamadas
através
de
console
de
despacho;
e
selecionar
simultaneamente grupos e/ou indivíduos nas consoles de despacho;
13. Monitoração da atividade (scan) dos grupos de conversação;
14. Intercomunicação imediata e direta com um usuário ou um grupo de usuários,
tanto local quanto de outras regiões, e capacidade de operação multisítio;
15. Roaming para voz e dados em redes de mesma tecnologia;
16. Permitir habilitação e a desabilitação via aérea do acesso de terminais ao
sistema;
17. Gravação das comunicações de voz;
18. Interconexão com outras redes de radiocomunicação para redes troncalizadas e
convencionais (analógicos ou digitais);
19. Possuir um número de identificação único por terminal;
20. Identificar usuário chamador, sem a necessidade de qualquer ação por parte do
usuário chamado, nos terminais portáteis, móveis, fixos e nas consoles;
21. Intercomunicação
direta
entre
rádios,
sem
necessidade
do
sinal
de
radiofreqüência ser processado pela estação rádio base ou estação repetidora;
22. Operação em faixas de freqüências destinadas à correspondência oficial;
23. Operação em larguras de faixa de canal compatíveis com a legislação;
24. Todos os equipamentos devem estar certificados e homologados pela ANATEL;
25. Capacidade de operar nas bandas alocadas para comunicação oficial pela
ANATEL;
26. Possuir estação repetidora móvel com possibilidade de ser transportada e
alimentada por veículo tipo utilitário, e que possam operar como extensores da
área de cobertura;
27. Possibilitar interconexão com a rede de telefonia pública;
28. Possuir terminais móveis com receptor de GPS, que transmitam a posição;
29. Possuir terminais digitais que possam operar também em modo analógico;
30. Interoperabilidade e interconexão com as redes que estejam em operação.
3. Características técnicas dos padrões
A tabela a seguir apresenta as principais características de uma rede de
radiocomunicação digital, a fim de permitir de uma maneira objetiva e técnica, a
realização da comparação do desempenho entre os padrões: APCO-25, TETRA e
TETRAPOL.
CARACTERÍSTICAS
1
2
3
4
5
6
7
8
Tecnologia
Modulação
Vocoder
Banda de freqüência (Mhz)
Espaçamento de canais (Khz)
Número de canais em 25 Khz
Potência de equipamento móvel (W)
Sensibilidade estática
9 Sensibilidade dinâmica
10 Taxa para transmissão dados na rede (kbits/s)
11 Taxa de bit no canal (kbits/s)
Eficiência do espectro com interferências limitadas
APCO-25
FDMA
QPSK-C
IMBE
130-900
12,5
2
1, 3 e 10
9,6
-
12 -alto tráfego e muitas células (bit/(s*kHz*cell))
Eficiência do espectro com barulho limitado 13
célula isolada (bit/(s*kHz*cell))
14 Tamanho das células em área rural
53 km
15 Tamanho das células em área urbana
5,4 km
16 Máximo path loss em área rural (margem 7 db) 157,8db
17 Máximo path loss em área urbana (margem 20 db) 131,3 db
TETRA
TDMA
/4DQPSK
A-CELP
380-900
25
4
1, 3 e 10
TETRAPOL
FDMA
GMSK
RP-CELP
70-900
10 e 12,5
2
1, 5 e 10
MS: -113 dBm MS: -119 dBm
BTS: -115 dBm BTS: -121 dBm
MS: -104 dBm MS: -111 dBm
BTS: -106 dBm BTS: -113 dBm
28,8
36
7,2
8
50
43
384
192
20,7 km
2,9 km
144 db
122 db
31,1 km
4,3 km
150 db
128 db
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Número de estações base em área rural
Número de estações base em área urbana
Custo terminal (dólares)
Melhor desempenho em ambientes com densidade
Operação modo DUPLEX
Largura de Banda sob demanda
ISI – interconexão e roaming entre redes
Sistema isofrequencial e voting
Compatibilidade com analógicos
DMO – modo dual e gateway
Transmissão simultânea voz+dados
161
683
2.500
baixa
não
não
não
sim
sim
não
não
1.056
2.427
700
alta
sim
sim
sim
não
não
sim
sim
466
1.071
1.300
alta
sim
não
sim
não
não
não
sim
Observação: tendo em vista a escassez de fontes para a realização desta pesquisa, alguns campos não foram
preenchidos.
A seguir passaremos a analisar as principais características capazes de
influenciar no desempenho de uma rede de radiocomunicação digital.
O item 4 apresenta a ‘banda de freqüência’ de operação de cada padrão de
radiocomunicação, sendo que neste quesito o TETRA possui pior desempenho, tendo
em vista que sua freqüência mais baixa de operação é de 380 Mhz, enquanto que no
APCO-25 chega a 130 Mhz e no TETRAPOL até mesmo a 70 Mhz. Quanto menor a
freqüência de operação, maior será a área de cobertura de cada sítio, ou seja, serão
necessário menor investimento em infraestrutura, isto se o custo de cada site fosse
similar para cada padrão, no entanto o custo de cada site varia de acordo com o projeto e
padrão da rede. Existe um custo mínimo necessário para ativação de um Site, tendo em
vista ser necessário prever a compra ou locação de um terreno, a construção de uma
torre, construção de um abrigo para guardar os equipamentos, compra de geradores e
banco de baterias, gastos para manutenção das instalações e pagamento da conta de
energia elétrica. Todos estes custos são independentes do equipamento que será
instalado no local. Quanto maior a quantidade de sites, maior serão os custos, porque
nem todos os locais considerados tecnicamente ideais para instalação do Site, poderão
receber esta infraestrutura. Os sites são ativados onde é possível e não onde deveriam
ser instalados, tornando-se necessário ativar mais sites do que o previsto no projeto
original.
Os itens 5 e 6 apresentam o espaçamento e quantos canais podem operar em 25
kHz. O TETRA apresenta uma eficiência espectral 100% superior ao APCO-25 e
TETRAPOL, que apresentam o mesmo desempenho, ou seja, em 25 kHz consegue
utilizar apenas dois canais tendo em vista que cada canal utiliza 12,5 kHz, enquanto que
o TETRA possui canais de 6,25 kHz. Quanto menor for o canal, maior a quantidade de
canais podem ser utilizados em determinada banda de freqüência. Esta é uma
característica importantíssima tendo em vista que o espectro de radiofreqüência
encontra-se cada vez mais saturado, sendo este justamente a principal virtude das redes
troncalizadas, que são capazes de utilizar a mesma freqüência para diversas redes, sem
que haja interferências entre elas. No entanto não basta utilizar uma rede troncalizada
para resolver o problema de espectro de radiofreqüência, é necessário utilizar canais
cada vez menores, a fim de aumentar a quantidade destes, mas neste aspecto o principal
problema é a qualidade, tendo em vista que em canais com pequena largura a qualidade
do áudio pode ser prejudicada, bem como, poderá ficar limitada a taxa de transmissão
de dados. A rede TETRA apresenta áudio com boa qualidade e resolve o problema da
taxa de transmissão de dados, alocando simultaneamente, quando necessário, quatro
canais, de forma a multiplexar e quadruplicar a taxa de transmissão de dados. O APCO25 e o TETRAPOL estão desenvolvendo-se tecnologicamente, de modo a viabilizar sua
operação em canais de 6,25 kHz, a fim de suprir esta deficiência na otimização do
espectro de radiofreqüência.
O item 7 apresenta a ‘potência do equipamento móvel’, sendo que em
comparação com sistema analógicos, há uma redução na potência dos equipamentos, de
modo que temos mais um motivo para justificar a necessidade de ser empregado nestas
redes um número muito maior de sites. O principal motivo desta redução da potência, é
que na Europa e nos Estados Unidos, temos a presença de agências reguladoras, que
preocupadas em não expor o ser humano a emissões de radiofreqüência, cujo resultado,
não foram até o presente momento exaustivamente analisado pela ciência, sendo que na
dúvida optou-se por determinar o desenvolvimento de equipamentos que apresentem
menor risco possível para a saúde humana, e conseqüentemente operem com potências
inferior a dos equipamentos de redes analógicas. A cobertura e propagação de
radiocomunicação apresenta as seguintes características: quanto maior a potência e
sensibilidade maior a cobertura; quanto maior a freqüência e modulação mais complexa
menor será a cobertura. Um sistema com maior cobertura necessita de mais:
freqüências, mais sítios, mais enlaces, mais equipamentos, é mais complexo, e apresenta
maior custo de aquisição e manutenção.
O item 10 ‘taxa de transmissão de dados’, não pode ser analisado a partir de
números absolutos, tendo em vista que uma variável muito importante a ser analisada é
a sensibilidade dos transceptores utilizados e da própria estrutura de rede, tendo em
vista que a sensibilidade influencia diretamente na taxa de erros, conseqüentemente não
adianta ter um fluxo com grande quantidade de dados, se o índice da taxa de erros for
alto, neste caso será necessário descartar muitos pacotes, resultando em desempenho
inferior ao apresentado por velocidades inferiores, mas com menores taxas de erros.
Outro aspecto importante é que o índice apresentado trata-se de velocidade máxima
nominal, que é a velocidade de pico da rede. O índice que apresentaria melhor qualidade
para fazer-se uma comparação técnica seria obtido a partir da análise da taxa média de
tráfego de dados em condições similares.
Os itens 14 a 19 apresentam a ‘análise comparativa do path loss’ (cálculo
elaborado a partir da fórmula Okumura-hata), e qual o tamanho das células em áreas
urbanas e rurais, conforme ilustra gráfico 1. Esta característica apresenta reflexo
imediato nos custos de uma rede de radiocomunicação, tendo em vista que quanto
maior a quantidade de sites maior será, em geral, o valor a ser investido em
infraestrutura, bem como maior será o custo de manutenção da rede. A diferença entre
os padrões é extremamente acentuada, tendo em vista que o TETRA apresenta o pior
desempenho, tanto em área rural, quanto em área urbana é inferior ao TETRAPOL, que
apresenta por sua vez um desempenho apenas mediano, sendo o APCO-25 é a rede que
apresenta o maior tamanho de célula, conseqüentemente uma rede com este padrão
possuirá um menor número de sites.
Gráfico 1 - Comparação desempenho APCO-25, TETRA e TETRAPOL
A
B
C
D
E
F
200
160
120
80
40
0
APCO-25
Legenda:
TETRA
TETRAPOL
A = Proporção de estações base em área rural (Km);
B = Proporção de estações base em área urbana (Km);
C = Máximo path loss em área rural (margem 7 db);
D = Máximo path loss em área urbana (margem 20 db);
E = Tamanho das células em área rural (Km);
F = Tamanho das células em área urbana (Km).
O gráfico 2 apresenta com maior nível de detalhamento os dados referentes ao
número de estações bases, necessárias em cada rede, bem como, a comparação do
tamanho das células de cada padrão.
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
TETRA
TETRAPOL
APCO-25
Número de estações base (unidades)
Tamanho célula - RURAL (km)
Tamanho célula - URBANA (km)
Gráfico 2 - Tamanho das Células
O item 20 apresenta o custo dos terminais. Este aspecto é importante porque um
projeto de rede deve prever que pelo menos 50% do seu investimento deverá ser
destinado a aquisição de terminais (fixos, móveis, portáteis e acessórios). O gráfico 3
apresenta uma análise comparativa entre custos de infraestrutura, terminais e uma
análise dos custos total da rede. Neste gráfico podemos verificar que o padrão
TETRAPOL apresenta menor custo médio, que foi obtido a partir da soma dos custos de
infraestrutura e dos terminais.
Para estabelecer uma comparação entre os custos da infraestrutura e dos
terminais, atribuiu-se 100% ao padrão com maior custo, sendo que os outros dois
padrões foram valorados em termos proporcionais, a partir da análise da quantidade de
sites que seriam necessários para estabelecer a rede.
Para definir o custo total da rede foram somados os custos com infraestrutura e
com terminais e divididos por dois, de forma a obtermos a média de gastos, tendo em
vista que atribuímos um peso de 50% para infraestrutura e 50% para terminais.
CUSTO INFRAESTRUTURA
CUSTO TERMINAIS
CUSTO MÉDIO
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
TETRA
TETRAPOL
APCO-25
Gráfico 3 - Custos Rede Digital de Radiocomunicação
4. Considerações Finais
As informações apresentadas neste artigo permitem conhecer melhor os padrões
de radiocomunicação digital, de forma a viabilizar uma melhor comparação a respeito
do desempenho de cada padrão.
O modo ideal para realizar esta comparação seria implantar os três padrões na
mesma área geográfica, em condições similares de operação, para somente a partir da
análise deste desempenho, definir qual padrão atende com melhor qualidade as
necessidades dos órgãos de Segurança Pública.
Entretanto diante da impossibilidade de efetuar-se este tipo de teste de campo,
realizamos uma pesquisa científica, de forma a obter-se os dados para estabelecer um
quadro comparativo e desta forma viabilizar uma análise empírica, que apresentou
resultados consistentes a partir do uso de técnicas específicas.
A escolha de um padrão de radiocomunicação digital deve levar em conta não as
características técnicas disponibilizadas, mas sim quais são as características que
possuem importância para o usuário da rede, bem como, a relação custo benefício do
sistema, e principalmente as condições financeiras não somente para adquirir o sistema,
mas principalmente, qual a previsão do custo de manutenção deste sistema; e para
finalizar deve-se avaliar qual o ciclo de vida estimado para terminais e infra-estrutura.
5. Bibliografia
http://www.apco911.com. Acesso em 01/09/04.
http://www.project25.org
http://www.tetrapol.com. Acesso em 01/09/04.
http://www.tetramou.com. Acesso em 01/09/04.