estudo comparativo: dsl × cable modem -...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULINSTITUTO DE INFORMÁTICA

CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

Estudo Comparativo: DSL × Cable Modem

Por

Eduardo Almeida Fernandes

Projeto de Diplomação

Prof. Jürgen RocholOrientador

Porto Alegre, dezembro de 1999.

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www.projetoderedes.kit.net

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULReitora: Prof.ª Wrana Maria PanizziPró-Reitor de Graduação: Prof. José Carlos Ferraz HennemannDiretor do Instituto de Informática: Prof. Philippe Olivier Alexandre NavauxCoordenador de Graduação: Prof. Raul Fernando WeberBibliotecária-Chefe do Instituto de Informática: Beatriz Regina Bastos Haro

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AGRADECIMENTOS

Agradeço aos colegas, professores e funcionários do Instituto de Informáti-ca, que nestes anos de convivência, tiveram papel fundamental para a realização destesonho.

Ao Prof. Jürgen Rochol, pelo conhecimento transmitido, pelo incentivo,pela paciência e pelo companheirismo.

Aos meus pais, pela força, pelo incentivo, pelo carinho e pela compreensão.Aos meus amigos André Luís Michel Pinto, Henrique Nazareth Vedana, Le-

onardo Vieira Cervo, Maria Valesca Jungblut, Nicole Silva de Freitas e Ricardo Luís Li-chtler pelas inúmeras noites, madrugadas e fins-de-semana de estudos alegres e bem-sucedidos.

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SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS .............................................................................................................................. 3

LISTA DE FIGURAS................................................................................................................................ 6

LISTA DE TABELAS ............................................................................................................................... 7

RESUMO..................................................................................... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.

ABSTRACT................................................................................. ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.

INTRODUÇÃO.......................................................................................................................................... 8

1. A TECNOLOGIA DSL...................................................................................................................... 10

1.1. COMPONENTES DO SISTEMA DSL................................................................................................. 121.1.1. Sistema de transporte ....................................................................................................... 121.1.2. Rede do provedor de serviços (rede de acesso local)....................................................... 121.1.3. DSLAM ............................................................................................................................. 141.1.4. ATU-R............................................................................................................................... 141.1.5. POTS switch ou POTS splitter.......................................................................................... 151.1.6. Equipamentos terminais ................................................................................................... 15

1.2. COMO FUNCIONA A TECNOLOGIA DSL......................................................................................... 151.2.1. DMT ................................................................................................................................. 161.2.2. CAP .................................................................................................................................. 17

1.3. OS VÁRIOS TIPOS DE DSL............................................................................................................. 171.3.1. ADSL ................................................................................................................................ 191.3.2. RADSL.............................................................................................................................. 231.3.3. SDSL................................................................................................................................. 241.3.4. HDSL................................................................................................................................ 251.3.5. IDSL ................................................................................................................................. 281.3.6. MSDSL ............................................................................................................................. 291.3.7. UDSL................................................................................................................................ 291.3.8. VDSL ................................................................................................................................ 301.3.9. MVLDSL........................................................................................................................... 30

2. A TECNOLOGIA CABLE MODEM ............................................................................................... 31

2.1. REDE DE TV A CABO .................................................................................................................... 342.1.1. A estrutura da rede de TV a cabo..................................................................................... 352.1.2. A rede HFC ...................................................................................................................... 35

2.2. COMPONENTES DO SISTEMA CABLE MODEM.................................................................................. 362.2.1. Externo ............................................................................................................................. 362.2.2. Interno .............................................................................................................................. 372.2.3. Terminal interativo........................................................................................................... 372.2.4. A estrutura da rede de cable modem ................................................................................ 39

2.3. COMO FUNCIONA A TECNOLOGIA CABLE MODEM.......................................................................... 412.4. OS VÁRIOS PADRÕES DE CABLE MODEM........................................................................................ 45

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2.4.1. IEEE ................................................................................................................................. 452.4.2. DVB/DAVIC ..................................................................................................................... 452.4.3. MCNS/DOCSIS ................................................................................................................ 46

3. O PROTOCOLO MAC DO PADRÃO IEEE 802.14...................................................................... 48

3.1. PROTOCOLOS MAC LEGADOS ...................................................................................................... 483.1.1. Multiplexação por divisão de tempo ................................................................................ 483.1.2. Mecanismo de disputa e resolução de colisões ................................................................ 49

3.2. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 493.3. SINCRONIZAÇÃO........................................................................................................................... 513.4. MODOS DE ACESSO....................................................................................................................... 51

3.4.1. Modo de acesso reservado ............................................................................................... 513.4.2. Modo de acesso isócrono ................................................................................................. 523.4.3. Modo de acesso imediato ................................................................................................. 53

3.5. RESOLUÇÃO DE DISPUTAS ............................................................................................................ 533.6. DESEMPENHO DO PROTOCOLO MAC............................................................................................ 55

3.6.1. Algoritmo árvore n-ária versus algoritmo p-persistente adaptativo na resolução dedisputas............................................................................................................................. 55

3.6.2. Alocação de largura de banda ......................................................................................... 573.7. O PROTOCOLO MAC SELECIONADO............................................................................................. 59

3.7.1. Formatos de dados ........................................................................................................... 60

4. COMPARAÇÃO DAS TECNOLOGIAS DSL E CABLE MODEM ............................................. 61

4.1. LARGURA DE BANDA E BANDA EFETIVA DISPONIBILIZADA........................................................... 614.2. ESCALABILIDADE ......................................................................................................................... 634.3. SERVIÇOS ..................................................................................................................................... 634.4. SEGURANÇA ................................................................................................................................. 644.5. CUSTOS ........................................................................................................................................ 644.6. COMPATIBILIDADE COM O SERVIÇO TELEFÔNICO OU SERVIÇOS DE TRANSMISSÃO DE VOZ ........... 654.7. DISPONIBILIDADE DOS SERVIÇOS.................................................................................................. 654.8. CONFIABILIDADE.......................................................................................................................... 684.9. MERCADO .................................................................................................................................... 68

CONCLUSÃO.......................................................................................................................................... 70

BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................................... 71

GLOSSÁRIO............................................................................................................................................ 74

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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1.1 — ARQUITETURA DSL.............................................................................................................12FIGURA 1.2 — ESPECTRO DE FREQÜÊNCIAS ................................................................................................18FIGURA 1.3 — ADSL FULL .........................................................................................................................22FIGURA 1.4 — ADSL LITE ..........................................................................................................................22FIGURA 1.5 — FDM E CANCELAMENTO DE ECO .........................................................................................24FIGURA 1.6 — ESPECTRO DE FREQÜÊNCIAS ................................................................................................28FIGURA 1.7 — VELOCIDADE × ALCANCE ....................................................................................................29FIGURA 2.1 — CABLE MODEM .....................................................................................................................31FIGURA 2.2 — TIPOS DE CABLE MODEM ......................................................................................................39FIGURA 2.3 — SPLITTER ..............................................................................................................................40FIGURA 2.4 — ARQUITETURA DE UM CABLE MODEM...................................................................................40FIGURA 2.5 — ESTRUTURA DE UM SISTEMA DE CABLE MODEM ...................................................................42FIGURA 2.6 — HEAD-END ...........................................................................................................................42FIGURA 2.7 — HUB DE DISTRIBUIÇÃO.........................................................................................................43FIGURA 2.8 — UPSTREAM E DOWNSTREAM...................................................................................................44FIGURA 3.1 — DIAGRAMA DE ESTADOS DO PROTOCOLO DE UPSTREAM DO HFC .........................................53FIGURA 3.2 — ATRASO MÉDIO DA REQUISIÇÃO VERSUS CARGA ..................................................................58FIGURA 3.3 — PROBABILIDADE DO ATRASO MÉDIO SER MENOR QUE UM TEMPO X .....................................58FIGURA 3.4 — ATRASO MÉDIO DE ACESSO VERSUS CARGA, PARA PROPORÇÕES FIXAS DE SLOTS DE DISPUTA

E SLOTS DE DADOS...............................................................................................................60FIGURA 3.5 — ATRASO MÉDIO DE ACESSO VERSUS CARGA, PARA PROPORÇÕES VARIÁVEIS DE SLOTS DE

DISPUTA E SLOTS DE DADOS.................................................................................................60FIGURA 3.6 — ESTRUTURA DO QUADRO DE UPSTREAM ...............................................................................62FIGURA 3.7 — ESTRUTURA DO QUADRO DE DOWNSTREAM ..........................................................................62FIGURA 4.1 — SERVIÇO CABLE MODEM NO BRASIL.....................................................................................66FIGURA 4.2 — SERVIÇO ADSL NO BRASIL.................................................................................................67

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LISTA DE TABELAS

TABELA 1.1 — DISTÂNCIA E TAXAS DE TRANSMISSÃO ...............................................................................16TABELA 1.2 — TIPOS BÁSICOS DE XDSL ....................................................................................................20TABELA 1.3 — ADSL – DISTÂNCIA × VELOCIDADE....................................................................................21TABELA 1.4 — SDSL – DISTÂNCIA × VELOCIDADE ....................................................................................27TABELA 1.5 — VDSL – DISTÂNCIA × VELOCIDADE....................................................................................32TABELA 2.1 — TAXA DE TRANSFERÊNCIA BRUTA.......................................................................................42TABELA 3.1 — PROPOSTAS OFICIAIS PARA O PROTOCOLO MAC.................................................................50TABELA 3.2 — PROBABILIDADES VERSUS TAMANHO DAS MENSAGENS .......................................................59TABELA 4.1 — REDE DE TV A CABO NOS ESTADOS UNIDOS.......................................................................70

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INTRODUÇÃO

Com o crescente avanço da tecnologia de redes de computadores e a popula-rização da Internet, cada dia mais as pessoas estão descobrindo as maravilhas de se estarno escritório ou no conforto do lar e ter à mão uma quantidade enorme de informaçõessobre qualquer assunto de seu interesse. Graças ao avanço dos browsers, os usuáriostêm acesso a documentos em formato texto e/ou gráficos, áudio e vídeo, além de umagrande quantidade de programas disponíveis para download. O tamanho dos arquivostransmitidos está cada vez maior e o canal de comunicação está saturado. Os usuáriosdesejam um maior fluxo de dados e o gargalo está justamente na tecnologia de transmis-são.

A tecnologia hoje empregada para a comunicação de dados são os modensanalógicos de canal de voz, que utilizam a estrutura de cabos telefônicos e a rede públi-ca comutada (POTS). Esta estrutura, que foi projetada inicialmente para transmissão devoz, hoje incorpora avanços e oferece um maior número de serviços a um custo maisacessível. No entanto, ainda oferece limitação da largura de banda de 4 kHz, insufici-ente para as necessidades atuais e futuras.

Neste cenário surgem duas propostas para oferecer aos usuários uma cone-xão mais rápida e com custos relativamente baixos de implementação. A tecnologiaDSL atinge altas velocidades de transmissão e emprega a estrutura telefônica já exis-tente de par de fios de cobre. A tecnologia de cable modem emprega, por sua vez, a es-trutura existente de TV a cabo (CATV), composta por fibra óptica e cabos coaxiais debanda larga (HFC).

Tanto a solução cable modem como a DSL propõem-se a oferecer aos usuá-rios domésticos e corporativos um avanço em direção a taxas de transmissão da ordemde Mbit/s a um custo relativamente pequeno, pois aproveitam grande parte de estruturasjá em uso nas regiões metropolitanas das grandes cidades. Ao usuário compete a escolhade qual tecnologia adquirir.

Cada uma das tecnologias apresentadas oferece diferentes funcionalidades eperfis de acesso para conexões à Internet. À primeira vista, parece simples descobrirqual opção oferece o nível de serviço desejado pelo menor custo e decidir por um servi-ço ou outro. Entretanto, é difícil definir exatamente o nível de serviço necessário, poisos as necessidades dependem das aplicações, que sofrem mudanças contínuas.

As operadoras de TV a cabo fizeram um bom trabalho de marketing, anun-ciando suas infra-estruturas como fornecedoras de acesso de banda larga a dados e tele-visão ao mesmo tempo. Nas áreas onde o serviço de TV a cabo está disponível, o cablemodem consegue uma melhor penetração no mercado residencial que a tecnologia DSL.Entretanto, as companhias de TV a cabo estão trabalhando para resolver algumas ques-tões que dificultam que o cable modem se torne uma ferramenta voltada também para o

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mercado corporativo. Para as companhias telefônicas existem fatores mercadológicosque devem ser levados em conta. DSL não exige grandes investimentos no aprimora-mento das linhas de assinante.

Cable modem é uma tecnologia com acesso compartilhado – não é dedicadocomo ISDN ou DSL. Isto significa que a largura de banda disponível é compartilhadaentre os usuários da mesma vizinhança, como se fosse uma rede LAN. Nas horas depico é impossível atingir velocidades altas, devido ao congestionamento. DSL, em con-trapartida, garante a velocidade em linhas dedicadas. Questões relativas à segurançatambém preocupam os usuários – principalmente os corporativos – já que o meio físicoé compartilhado.

O fato de tantos serviços de acesso continuarem a coexistir confunde osusuários. Quais tecnologias de acesso remoto irão vingar e quais irão fracassar? Tecno-logias como acesso analógico discado, linhas privativas dedicadas e ISDN encontramseu nicho no mercado baseado nos serviços que são suportados. Os fatores que regulama divisão do mercado e o crescimento dos serviços são: disponibilidade; preços; facili-dade de instalação e uso; habilidade de suportar as aplicações dos usuários.

O que o usuário procura é uma tecnologia que ofereça altas velocidades detransmissão com equipamentos de baixo custo. O usuário corporativo deseja, além dis-so, que os usuários consigam ter acesso remoto às informações do servidor. Com o des-envolvimento e incremento na velocidade dos processadores e os avanços conseguidosnos backbones – SONET e DWDM –, o laço local tornou-se um gargalo mais estreitodo que já era antes.

Este trabalho tem como objetivo fazer um estudo comparativo entre estasduas tecnologias, do ponto de vista do usuário, a fim de que este possa decidir qual ser-viço atende melhor às suas necessidades, levando em consideração aspectos como faci-lidade de uso, velocidades de transmissão oferecidas e custos. Será apresentada umadescrição das tecnologias empregadas e enfocadas as vantagens e desvantagens de cadauma.

No capítulo 1 serão apresentados os principais sistemas DSL atualmentepropostos. No capítulo seguinte será descreve brevemente o sistema de TV a cabo eapresentado o sistema de comunicação de dados proposto na IEEE 802.14 – cable mo-dem. No capítulo 3 será apresentado brevemente o protocolo MAC sugerido na IEEE802.14. No capítulo 4 serão apresentados critérios de comparação entre as tecnologias.

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1. A tecnologia DSL

A DSL (digital subscriber line) ou linha digital de assinante é uma tecnolo-gia de transmissão que pode ser usada para suportar uma ampla variedade de serviços.Tenta eliminar o gargalo existente na última milha, que conecta o usuário ao provedorde serviços. Permite o uso de recursos existentes, como a rede de fios de cobre e osprotocolos dos níveis 2 e 3 – Frame Relay, ATM ou IP. DSL já foi bastante testada e éoferecida em uma grande quantidade países.

Em uma linha telefônica comum, chamada algumas vezes de POTS, é usadoum sinal analógico para transferir informação de áudio (voz) do usuário até a centraltelefônica CO1. A partir daí, o sinal entra na PSTN. Um modem comum modula e con-verte o sinal digital proveniente do computador em um sinal analógico, e o transmiteatravés desta linha telefônica. Na outra ponta, outro modem recebe o sinal analógico efaz a conversão deste para um sinal digital. Estes dados são tratados pela rede telefônicaexatamente da mesma maneira que os sinais de voz.

O “modem” DSL envia os dados digitais diretamente do computador para acentral telefônica. A partir daí, o sinal entra na rede telefônica digital que interconectaas centrais – ATM ou Frame Relay. O termo modem é impróprio, já que ele não fazmodulação/demodulação do sinal. A denominação linha digital de assinante também éerrônea, pois o que constitui DSL não é a linha em si, mas sim um par de modens exis-tentes nas pontas desta.

Usando o sistema telefônico atual – o loop local da rede telefônica –, a tec-nologia DSL oferece acesso a altas velocidades de transmissão e reduz a carga sobre arede telefônica pública. Os provedores do serviço acreditam que DSL irá oferecer umsistema conveniente para satisfazer a exigência de largura de banda e irá propiciar a cri-ação de novos serviços de rede sem grandes investimentos de capital. As companhias detelecomunicação viram em DSL uma oportunidade para alavancar a demanda por partedo consumidor de um acesso mais rápido.

Esta tecnologia foi projetada inicialmente para suportar aplicações de vídeosob demanda (VoD2) e TV interativa sobre o par trançado telefônico. A tecnologia DSLfoi concebida como uma reação das companhias telefônicas aos serviços de transmissãode dados por cabos de alta capacidade (fibras ópticas e cabos coaxiais). Quando estesmostraram-se muito caros para uma expansão em larga escala, o interesse sobre DSLaumentou muito. Outro fator que impulsionou o seu crescimento foi a reforma das tele-comunicações ocorrida nos Estados Unidos em 1996. Companhias telefônicas locais ede longa distância (ILEC, IXC3, ISP, CLEC), companhias de TV a cabo e satélite DTH4

e emissoras de rádio e TV passaram a competir entre si. 1 CO — central office: Central telefônica. Localização central de uma rede pública de telecomunicações

tradicional aonde as linhas telefônicas são terminadas e que contém o equipamento de comutação.2 VoD — video-on-demand: Expressão que abrange um amplo conjunto de tecnologias e companhias cujo

objetivo comum é permitir que os usuários selecionem um programa de TV ou filme em um servidor devídeo e assistam-no através de um televisor ou monitor de computador.

3 IXC — inter-exchange carrier: Provedor de serviços que transporta voz, vídeo e dados entre os RBOC(longa distância).

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As redes telefônicas atualmente instaladas representam um imenso capitalinvestido. Esta estrutura, projetada inicialmente para serviços de voz, sofreu modifica-ções e atualizações em sua infra-estrutura ao longo dos anos, a fim de aproveitar osavanços tecnológicos nas técnicas de transmissão e comutação. Em particular, instala-ções baseadas em fibra óptica existem na maioria das redes telefônicas ao redor domundo. O uso de fibra óptica aprimorou a qualidade dos serviços, aumentou a capaci-dade de tráfego suportado pelo backbone e reduziu os custos operacionais. Como resul-tado, uma grande quantidade de serviços está disponível atualmente para uso das cen-trais telefônicas. Entretanto, a situação é bem diferente quando se observa o loop local.O usuário final está conectado a um armário de distribuição MDF5 pelo par trançado defios de cobre. Este armário concentra todos os loops locais e os conecta com uma cen-tral telefônica. Estas centrais, por sua vez estão ligadas entre si através de uma redecomposta de DACS e T/E6 ou anéis ópticos como SONET ou SDH7.

A infra-estrutura existente de fios de cobre, – a rede ILEC/PTO8 – foi pro-jetada para o transporte de voz. Entretanto, a rede telefônica existente não é especializa-da no tráfego de dados a altas velocidades. O equipamento usado pelo usuário é um mo-dem analógico – velocidades de conexão da ordem de 28,8 kbit/s. Utiliza-se uma DSU9

ou NTU10 para conexões a velocidades mais elevadas – 56 ou 64 kbit/s – ou serviços T1ou E1. Mesmo esta solução é muito limitada em termos de velocidade e largura de ban-da e já atingiu o limite da capacidade de transmissão.

À medida que são deixadas para trás as tecnologias de transmissão analógi-ca de baixas velocidades e são estudadas as tecnologias de conexões digitais de alta ve-locidade, notam-se grandes mudanças na topologia das centrais telefônicas. Enquantoque o tráfego de dados analógicos passa pelo comutador da rede telefônica (capacidadede discagem de âmbito mundial) o tráfego de dados digitais de alta velocidade é desvia-do do comutador (switch), pois este não suporta este tipo de dados.

Os dados percorrem o loop local através do DACS e do sistema de transmis-são, contornando o comutador telefônico. Serviços de tráfego de dados de baixas velo-cidades baseados nos modens convencionais integram-se bem na rede POTS, já que ocomutador telefônico está integrado na solução. Os serviços de tráfego de dados de altasvelocidades, no entanto, são configurados como uma rede dedicada, contornando o co-

4 DTH — direct to home: Transmissão de sinais de televisão via satélite que podem ser captados por an-

tenas de pequeno porte – geralmente com diâmetro de 60 cm. Também chamada de DBS (direct broad-casting satellite).

5 MDF — main distribution frame: Quadro de distribuição localizado dentro da central telefônica aondeos laços são terminados.

6 T/E — carrier transmission equipment.7 SDH — synchronous digital hierarchy: Padrão internacional para transmissões de dados síncronas sobre

cabos de fibra óptica. O equivalente norte-americano é o SONET. Define uma taxa de transmissão pa-drão de 51,84 Mbit/s, chamada STS-1 – equivalente à OC-1 – e seus múltiplos.

8 PTO — public telephone operator.9 DSU — digital service unit.10 NTU — network termination unit: Equipamento instalado nas dependências do usuário que faz a ter-

minação de um ponto de acesso à rede.

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mutador. A partir daí, estes dados são concentrados no DSLAM e enviados através darede que interconecta as centrais telefônicas.

1.1. Componentes do sistema DSLA arquitetura básica (fig. 1.1) que permite transmitir dados digitais em alta

velocidade através da rede telefônica é composta pelo par trançado telefônico e algunsequipamentos adicionais. Do lado do usuário está situado o POTS splitter, que separa ossinais de dados digitais dos sinais de voz. Neste dispositivo são conectados o telefone eo modem DSL. Uma boa alternativa é ligar um hub para compartilhar a conexão entrevárias estações de trabalho.

A linha de assinante sai da residência do usuário, conecta-se a um armáriode distribuição e daí vai para a central telefônica. Já dentro da central telefônica, entrano multiplexador DSLAM, que separa o tráfego de voz e dados. Os dados são enviadospara uma rede ATM, por exemplo, enquanto o tráfego de voz é passado ao comutadortelefônico do POTS. Esta estrutura pode variar, em função dos diferentes tipos de xDSLexistentes.

Figura 1.1 — Arquitetura DSL

1.1.1. Sistema de transporte

Fornece uma interface entre o backbone e o sistema DSLAM. Este disposi-tivo pode fornecer vários tipos de serviço: T1/E1, T3/E3, OC-1, OC-3, STS-1, e STS-3.

1.1.2. Rede do provedor de serviços (rede de acesso local)

Utiliza como base a rede que interconecta as centrais telefônicas e promoveconectividade entre os múltiplos provedores de serviços e os usuários. Para isso, devemser instalados equipamentos adicionais, como switches Frame Relay ou ATM. Existe oconceito de nó de acesso (AN), que é o local aonde os equipamentos de comutação eroteamento estão fisicamente localizados. Dependendo do tamanho da rede de acesso e

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dos custos associados com o transporte, podem existir mais de um AN por rede local(LAN), criando uma estrutura sobreposta à rede de interconexão das centrais telefôni-cas. Em alguns casos, este nó está integrado no próprio DSLAM.

A rede de acesso consiste dos loops locais e do equipamento associado queconecta o usuário à central telefônica. Alguns usuários estão localizados a uma distânciamuito grande da central telefônica e necessitam de um loop local muito longo. Um pro-blema que surge daí é a atenuação do sinal ao atravessar o meio, piorando a relação si-nal/ruído. Para contornar este problema são usadas bobinas (loading coils) a cada 1,8km, para modificar as características elétricas da linha – indutores, atuam como filtrospassa-baixa –, limitando a faixa dinâmica em 3,3 kHz e permitindo uma melhor quali-dade do sinal de voz. Essas bobinas, que compõem até 20 % dos laços locais, são in-compatíveis com as altas freqüências de transmissão de DSL e devem ser removidas.Sem elas, é possível transmitir sinais com freqüências da ordem de MHz, embora comsubstancial atenuação. Atenuação essa que aumenta proporcionalmente com a distânciae a freqüência.

As configurações de laço de assinante variam tremendamente. Em algunspaíses, a distância de 5,5 km cobre virtualmente todos os assinantes; em outros países,como os Estados Unidos, esta distância cobre menos de 80 % dos assinantes. O restantecorresponde exatamente aos 20 % das linhas que utilizam bobinas para melhorar o sinalde voz.

O outro procedimento utilizado para melhorar o sinal de voz é o uso de ter-minais remotos ou nós de acesso remotos e a criação de áreas de distribuição com loopsde, no máximo, 1,8 km, aonde os sinais são terminados, agregados e enviados de volta àcentral telefônica, que hospeda o equipamento de comutação e transmissão. Este retor-no, feito através de circuitos T1/E1, pode ser feito através de fios de cobre – usandoHDSL – ou fibra óptica. Em áreas suburbanas, estas áreas de distribuição conectam umamédia de 1.500 pontos telefônicos, enquanto que nas áreas mais centrais essa densidadechega a 3.000 pontos por área. Esses números diminuem à medida que crescem as taxasde dados. Um sistema FTTC11 oferecendo taxas STS-1 – 51.840 Mbit/s, com alcance de300 m – conecta cerca de 20 pontos.

Emendas nos cabos também podem atrapalhar a transmissão de dados. DSLsó pode ser suportado através de laços contínuos de cobre. A Bellcore estima que umalinha telefônica típica (Estados Unidos) passe por 22 trechos de fios durante o seu per-curso. O tráfego DSL deve, então, terminar no terminal remoto12, onde será convertidopara um formato compatível com o DLC. A arquitetura do sistema telefônico baseadoem terminais remotos resolve muitos problemas relativos ao POTS, mas cria problemaspara o fornecimento de serviços DSL.

11 FTTC — fiber to the curb: Rede onde a fibra óptica vai do comutador telefônico até um armário de

distribuição próximo dos usuários, localizado geralmente na calçada – daí o nome curb (do inglês,meio-fio). A partir deste armário, partem pares de fios de cobre até as dependências dos usuários.

12 RT — remote terminal: Terminação do laço local ou ponto intermediário mais próximo dos usuários,utilizado para melhorar a confiabilidade do serviço.

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1.1.3. DSLAM

O DSLAM (digital subscriber line access multiplexer) está localizado nacentral telefônica e é a pedra fundamental da solução DSL. Funcionalmente, o DSLAMagrega o tráfego de dados dos múltiplos loops DSL no backbone. Fornece serviços aaplicações baseadas em pacotes, células ou circuitos, concentrando também os canaisDSL em saídas 10Base-T, 100Base-T, T1/E1, T3/E3 ou ATM. Caso seja necessário, oDSLAM é capaz de abrir os pacotes de dados, podendo suportar endereçamento IP di-nâmico usando-se DHCP. Suporta uma grande quantidade de serviços, protegendo osinvestimentos à medida que a tecnologia e o mercado DSL avançam, bastando para issoa troca de placas e componentes modulares. É flexível, pois suporta codificação CAP,DMT e QAM. É compatível com NEBS13, permitindo fácil ampliação e manutenção.Oferece também compatibilidade com NMS14 e SNMP.

Um ISP que queira competir com a companhia telefônica local deve, inici-almente, tornar-se um CLEC. A partir daí, basta alugar a fiação de cobre entre cada usu-ário e a central, onde deve estar localizado o DSLAM. Este concentra um certo númerode linhas de assinante em um único canal ATM. A partir daí, é necessário pegar o tráfe-go de saída do DSLAM (células ATM ou quadros) e transportá-lo até onde estiver loca-lizado o roteador primário de acesso à Internet. Existem dois tipos de DSLAM: um lo-calizado na central telefônica, capaz de suportar e concentrar uma grande quantidade decanais e o DSLAM remoto, localizado no sistema DLC, nas vizinhanças dos usuários elocais públicos.

1.1.4. ATU-R

O DSL transceiver unit é o equipamento que fica na ponta do usuário – tipi-camente 10Base-T, V.35, ATM-2515, ou T1/E1. Está disponível em várias configura-ções, dependendo do serviço a ser disponibilizado, e oferece funcionalidades adicionaispara bridging16, roteamento, multiplexação TDM ou ATM. O ATU-R de bridging é defácil instalação e manutenção e oferece filtragem de dados, para evitar que tráfego inde-sejado penetre na rede do usuário. O ATU-R com roteamento oferece a flexibilidade doIP, podendo ser criadas sub-redes, a fim de segmentar de maneira eficiente a LAN re-mota e a identificação de tráfego unicast17 ou multicast. Transparente aos protocolos,comporta-se como CSU/DSU18 e serve como interface para roteadores já existentes, 13 NEBS — network equipment building system: Conjunto de requerimentos sobre confiabilidade e usa-

bilidade dos equipamentos, estabelecido pela Bellcore.14 NMS — network management system: Sistema de gerenciamento de rede que implementa funções do

nível de rede e usa um protocolo como SNMP.15 ATM-25 — Fórum ATM que define uma taxa de 25,6 Mbit/s baseada na rede Token Ring da IBM.16 Bridging — Interconexão de duas redes que ocorre na camada de rede (hardware) e não possui capaci-

dade de roteamento.17 Unicast — Transmissão de uma mensagem para um único receptor (endereço), em contrapartida com

os conceitos de broadcast e multicast.18 CSU/DSU — channel service unit/data service unit: O DSU é um dispositivo que executa funções de

diagnóstico e proteção em uma linha de telecomunicações, enquanto o CSU é um dispositivo que co-necta um terminal a uma linha digital. Usado nas terminações de conexões T1 e T3.

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multiplexadores, PBX19 ou FRAD20. Muitas vezes, o ATU-R tem características PnP.Deve oferecer estatísticas para o gerenciamento das camadas 1, 2 e 3, como relação si-nal/ruído e estatísticas da MIB21 e possibilidade de upgrade e manutenção remotas.

Atualmente o próprio modem faz as funções do ATU-R. Alguns modelos demodem exigem o uso de uma placa Ethernet para servir de interface com o computador,enquanto outros modelos conectam-se diretamente ao barramento PCI.

1.1.5. POTS switch ou POTS splitter

É um dispositivo opcional, que existe tanto no lado do usuário quanto nacentral telefônica, permitindo a transmissão simultânea de dados e voz. Pode ser ativo –exige fonte de alimentação externa – ou passivo. Este último, além de não necessitaralimentação e ter um MTBF22 maior, suporta chamadas de emergência – polícia, bom-beiros – mesmo quando cortado o fornecimento de energia elétrica.

1.1.6. Equipamentos terminais

Equipamento terminal ou TE (terminal equipment) é qualquer aparelho co-nectado ao ATU-R, como um computador, telefone digital ou hub.

1.2. Como funciona a tecnologia DSLDSL usa freqüências diferentes do espectro para transmitir voz e dados (fig.

1.2). A faixa de 0 a 4 kHz é usada para o POTS e transmissões de fac-símile. O canal de30 a 138 kHz é reservado para o envio de dados, enquanto a faixa de 138 kHz a 1,1MHz é usada para o recebimento. Esta implementação permite conversação (voz analó-gica) e transmissão de dados digitais sobre a mesma linha telefônica, sem que um servi-ço interfira com o outro.

Uma conexão DSL sobre linha telefônica que permite fluxo de chegada de 6Mbit/s, por exemplo, é cerca de 200 vezes mais rápida que uma conexão de 28,8 kbit/s.DSL não é uma tecnologia de acesso discado; é uma conexão ponto-a-ponto com linha elargura de banda dedicadas entre o “modem” e a Internet ou a LAN corporativa. Othroughput não é afetado por outros usuários nas vizinhanças, como acontece com o ca-ble modem, onde vários usuários compartilham a capacidade da rede de cabo coaxial oufibra óptica.

19 PBX — private branch exchange: Rede telefônica privada interna a uma empresa. Os usuários com-

partilham um certo número de linhas externas para atender os ramais internos da empresa. Uma varia-ção da central PBX – que fica localizada fisicamente no prédio do usuário – é a chamada “centrex”, quefica localizada na própria companhia telefônica e oferece discagem direta a ramal.

20 FRAD — frame relay assembler/disassembler: Dispositivo de comunicação que particiona um fluxo dedados em quadros para a transmissão sobre uma rede Frame Relay e recria o fluxo de dados a partir dequadros que chegam da rede.

21 MIB — management information base: Base de dados de objetos monitorados por um sistema de ge-renciamento de rede (SNMP ou RMON).

22 MTBF — mean time between failures: Indica o número médio de horas de funcionamento de um dadodispositivo até a ocorrência de uma falha.

16


Figura 1.2 — Espectro de freqüênciasFonte: [DSS 99]

Diferente do que acontece com os modens convencionais (33,6 kbit/s), não épossível conectar-se diretamente com um usuário que esteja em outra localidade. É ne-cessário a presença do DSLAM para concentrar o tráfego, pois este dispositivo suportamaior potência elétrica, maiores freqüências que um modem ou roteador DSL standa-lone pode suportar. Pode ser feita uma analogia com o protocolo V.90, que não permitea conexão direta entre dois modens a 56 kbit/s.

O problema da atenuação do sinal aumenta proporcionalmente com a velo-cidade de transmissão (tab. 1.1), diminuindo a distância máxima alcançada.

Tabela 1.1 — Distância e taxas de transmissãoFluxo (Mbit/s) Distância (km) Espessura do fio (mm)

1,5 a 2 6 0,51,5 a 2 5 0,4

6 4 0,56 3 0,5

Fonte: http://www.ewh.ieee.org/r10/bombay/news2/story5.htm

Para que se possa aumentar o alcance da transmissão são usadas as seguintestécnicas de sinalização:

1.2.1. DMT

Descreve uma versão de modulação multiportadora na qual os dados dechegada são coletados e distribuídos sobre um grande número de portadoras individuais,chamadas bins. A DMT cria estes canais usando uma técnica digital chamada DiscreteFast-Fourier Transform. A DMT aloca estes 256 subcanais com largura de banda de 4kHz e modula um sinal separado em cada um deles, a fim de diminuir estatisticamenteas perdas com ruído. Os sinais também são codificados usando-se QAM.

DMT testa a qualidade da linha na inicialização para determinar a capacida-de de transmissão de cada subcanal. Os dados que chegam são desmembrados e distri-

http://www.ewh.ieee.org/r10/bombay/news2/story5.htm

17


buídos por estes subcanais. Para contornar o problema do ruído, a maior parte da infor-mação está contida nas freqüências mais baixas. Existe uma variante da DMT, aDWMT, que vai um passo além em complexidade e desempenho, criando uma maiorseparação entre os subcanais. Quando estiver totalmente desenvolvida, este tipo de mo-dulação poderá vir a ser o padrão para ADSL em ambientes com muita interferência.DMT é a base do novo padrão ANSI T1.413 edição 2. Em fevereiro de 1998 foi tambémadotado pelo ITU.

DMT consegue melhores resultados que a tecnologia antecessora CAP,transmitindo na mesma velocidade através de distâncias maiores – tipicamente 6 km.

1.2.2. CAP

O padrão DMT substitui uma implementação usada anteriormente, chamadaCAP. O seu principal problema foi a falta de padronização, que gerou implementaçõesCAP proprietárias que não se comunicam umas com as outras. A CAP não é padroniza-da, pois nunca foi sancionada pelo ITU, pelo ANSI ou pelo ETSI. No entanto, é a solu-ção com maior base instalada atualmente – 97 % até 1996 – e opera a velocidades de até7,1 Mbit/s. A principal vantagem da DMT é a alta tolerância a ruídos na linha e a capa-cidade de adaptar-se às condições desta. Apesar dos produtos fabricados seguirem umapadronização, a sinalização varia de fabricante para fabricante, gerando novamente pro-blemas de comunicação entre equipamentos de marcas diferentes. Acredita-se que a in-teroperabilidade deva surgir com o tempo.

Com QAM, dois sinais independentes são usados para modular duas porta-doras com freqüências iguais, mas com amplitudes e fases diferentes. Os receptoresQAM conseguem discernir quando se deve usar mais ou menos estados (constelações depontos) para superar ruído e interferências. CAP armazena partes do sinal modulado emmemória e reconstrói estas partes na onda modulada. O sinal da portadora é suprimidoantes da transmissão, pois não contém informação, e é remontada no modem receptor –daí o nome carrierless. Na inicialização, CAP testa a qualidade da linha de acesso e im-plementa a versão de QAM mais eficiente.

CAP é mais simples, de custo de implementação menor, necessita de menospotência e dissipa menos calor – relevante quando os equipamentos são colocados todosjuntos no mesmo local físico, mas atinge distâncias menores – o sinal sofre grande de-gradação a partir de 3,5 km.

1.3. Os vários tipos de DSLExistem vários tipos de tecnologias DSL para serem escolhidas. A seleção

de uma delas depende de múltiplos fatores: tipo de serviços oferecidos; topologia domi-nante da rede já existente; planos para o surgimento de novos serviços no futuro. Justa-mente por esta variedade de tipos, costuma-se empregar o acrônimo xDSL, onde o “x”substitui uma ou mais letras.

Basicamente, existem dois tipos de DSL: simétrico e assimétrico. Os tipossimétricos transmitem os dados na mesma velocidade nos dois sentidos (usuário → pro-vedor e provedor → usuário). Os tipos assimétricos transmitem os dados do usuário auma velocidade maior do que os dados recebidos por este.

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Tabela 1.2 — Tipos básicos de xDSLDMT ADSL CAP RADSL CAP

SDSL/HDSL2B1Q

SDSL/HDSL2B1Q IDSL CAP MSDSL

Número defios

1 par 1 par SDSL: 1 parHDSL: 2 pares

SDSL: 1 parHDSL: 2 pares

1 par 1 par

Aplicações Assimétricas Assimétricas esimétricas

Simétricas Simétricas Simétricas Simétricas

Upstream de128 kbit/s

X X X X X X


X X X X X


X X X X X


X X X X

Upstream de 1Mbit/s

X X X X

Upstream de1,544 Mbit/s

(T1)

X X X

Upstream de2,048 Mbit/s

(E1)

X X X

Downstreamde 1,5 a 7

Mbit/s

X X

POTS analó-gico (opcio-

nal)

Com splitter Com splitter

Seleção develocidade

X X Futuramente Futuramente X

Auto-adaptação da

velocidade

X X X

Cancelamen-to de eco

(*) X X X X

FDM (*) XAlcance (fio24 AWG)

5,5 km @ 1,5Mbit/s

1,8 km @ 7Mbit/s

5,5 km @ 1,5Mbit/s

1,8 km @ 7Mbit/s

HDSL: 5,5 kmSDSL: 3,6 km

3,6 km 8 km 8,9 km @ 128kbit/s

6,4 km @ 768kbit/s

(*) depende do fabricanteFonte: [DSS 99]

Cada uma destas divisões apresenta diferentes tecnologias, conhecidas pelosseus acrônimos ADSL, RADSL, SDSL, HDSL, IDSL, MSDSL, UDSL, VDSL eMVLDSL. Cada uma destas tecnologias oferece taxas diferentes de transmissão e re-cepção, bem como características próprias, que incluem número de pares de fios empre-gados e distâncias máximas de transmissão.

A (tab. 1.2) apresenta um resumo das primeiras tecnologias xDSL que surgi-ram. Os usuários domésticos, que desejam usufruir da alta largura de banda para o aces-so à Internet, são melhores servidos pelos serviços assimétricos, pois a própria naturezadesse tráfego é assimétrica. Usuários corporativos, como filiais de empresas e provedo-res de conteúdo devem usar os serviços simétricos, a fim de substituir as linhas privati-vas utilizadas atualmente.

19


1.3.1. ADSL

ADSL (asymmetric digital subscriber line) é uma tecnologia que permite atransmissão de dados e voz sobre o par de fios de cobre do sistema telefônico. O ADSLfull rate (padrão ITU G.992.1) permite taxas de recebimento de dados (tab. 1.3) de até 8Mbit/s e taxas de envio de até 1 Mbit/s através de distâncias de até 5,5 km entre o usuá-rio final e a companhia telefônica – com taxas de erro da ordem de 10-7, segundo oADSL Forum.

Tabela 1.3 — ADSL – distância × velocidadeDistância (km) Velocidade de downstream (Mbit/s)

2,7 83,7 64.9 25,5 1,5

Fonte: [ANG 99]

É um protocolo assimétrico que foi originalmente projetado para entregarmais dados do que o usuário pode enviar – uma proporção aproximada de 10:1. A idéiainicial era transmitir vídeo pela linha telefônica. Com o desenvolvimento da Internetpode-se observar também que o tráfego gerado pelos usuários tem uma natureza assi-métrica – recebem mais dados do que enviam.

Os modens ADSL fazem uso de técnicas de processamento de sinal quepermitem o tráfego de dados acima das freqüências do serviço de transmissão de voz.Modificando-se a freqüência da portadora é possível trafegar grandes quantidades dedados através de grandes distâncias. Diferentemente dos modens convencionais e ISDN,é permitido ao usuário conectar-se à Internet e realizar uma ligação telefônica simulta-neamente, sem diminuir sua velocidade de acesso. Mesmo quando ele estiver desligado,em falha ou desconectado o serviço telefônico convencional estará sempre disponível,não importando o estado da conexão ADSL. Para tanto, é necessária a instalação de umseparador (splitter) para separar a transmissão de dados da conversação telefônica (fig.1.3).

A questão da interoperabilidade deve ser entendida no contexto atual de pa-dronização do ADSL. Esta padronização é importante, pois os fornecedores de equipa-mentos desenvolvem seus produtos baseados em um conjunto de especificações ou pa-drões. Isto aumenta a interoperabilidade entre os produtos de diferentes fabricantes.Atualmente, existem dois padrões relevantes: ADSL full rate (G.dmt ou ITU G.992.1) eADSL lite (splitterless, G.lite ou G.992.2).

Para aplicações assimétricas, o UAWG anunciou – em janeiro de 1998 – acolaboração de organizações que lideram o segmento de telecomunicações, redes decomunicação e computadores pessoais para a proposta de uma versão simplificada daADSL. O público-alvo do UAWG é o mercado de varejo para o consumidor de massa,baseado em um padrão aberto e interoperável – o G.lite. As discussões incluem planospara velocidades de downstream de 64 kbit/s a 1,5 Mbit/s e upstream variando de 32 a512 kbit/s.

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Figura 1.3 — ADSL full

O ADSL lite (fig. 1.4), também conhecido como ADSL universal ou split-terless, foi também proposto no ITU através do padrão G.lite ou G.992.2. O nomesplitterless significa que não é necessária a instalação do separador na ponta do usuáriopara separar os tráfegos de voz e dados. A diferença está na largura de banda, reduzidapara um máximo de 1,536 Mbit/s para recebimento e entre 384 e 512 kbit/s para rece-bimento, divido ao uso de menos freqüências para a transmissão. As operadoras – e opróprio UAWG – preferem esse serviço pois não há a necessidade de agendar e enviarum técnico para instalar o separador. Como os custos são menores, o preço final ao con-sumidor também será menor. Está sendo considerada a possibilidade de instalação deum filtro passa-baixa nos telefones conectados a uma linha G.lite. Este filtro, no entan-to, pode ser instalado facilmente pelo próprio usuário. O G.lite recebeu aprovação noITU em outubro de 1998.

Figura 1.4 — ADSL lite

O ANSI, também estabeleceu padrões, através da resolução T1.413-95,chamada Interface Between Networks and Customer Installation – Asymmetric DigitalSubscriber Line Metallic Interface. O ETSI anexou uma proposta para adaptação deADSL para o sistema PDH23 europeu. O ADSL Forum é uma associação de fabricantese provedores de serviço com o interesse comum de agilizar o processo de distribuiçãoao público.

Um fator que deve ser levado em conta é a capacitação do loop local. Adistância entre o usuário e a central da companhia telefônica e a qualidade da linha são

23 PDH — plesiochronous digital hierarchy.

21


os maiores determinantes para o desempenho do ADSL. Acima da distância máxima(5,5 km) a possibilidade de se transmitir com velocidades da ordem de Mbit/s diminuisignificativamente devido à atenuação do sinal – ADSL suporta resistência elétrica má-xima de 1,5 kΩ – e ao cross-talk. Outros inibidores são os dispositivos chamados loadcoils e bridge taps, instalados pelas companhias telefônicas para melhorar a transmissãode voz, mas que afetam de maneira negativa o desempenho do ADSL. O tamanho (cali-bre) do fio de cobre pode variar ao longo da linha e também tem impacto direto na velo-cidade de transmissão e na distância máxima. Diminuindo-se o loop local, diminui-se aatenuação e aumenta-se o throughput: 2,048 Mbit/s em 4,8 km; 6,312 Mbit/s em 3,6km; 8,448 Mbit/s em 2,7 km.

A nova geração de processadores de sinais usados em ADSL são poderososcircuitos integrados, projetados para manipular complexas conversões A/D24, bem comoanalisar e manipular sinais analógicos. Isto permite que um modem ADSL converta di-retamente um fluxo de dados digitais em um número grande de canais analógicos dis-tintos operando em diferentes freqüências e taxas de transmissão para melhor aproveitartoda a largura de banda disponível na linha telefônica. Esta tecnologia é projetada paraadaptar-se a mudanças na linha telefônica, devido a diferenças de temperatura e interfe-rência de outras linhas.

Para criar múltiplos canais, os modens ADSL dividem a banda disponívelde uma linha telefônica (fig. 1.5) de duas maneiras: FDM ou cancelamento de eco. AFDM separa uma banda para envio e outra para recebimento de dados – freqüências di-ferentes. A banda de recebimento é dividida por TDM em um ou mais canais de altavelocidade.

O cancelamento de eco sobrepõe a banda de envio à de recebimento – fre-qüências iguais – e as separa posteriormente. A vantagem é que ambos os sinais sãomantidos nas freqüências mais baixas possíveis, atingindo maiores distâncias. É umprocedimento mais complexo e opcional – Categoria 2 no padrão ADSL. Somente al-guns fabricantes implementaram este método. O receptor enxerga a chegada de um sinalque é ao mesmo tempo o sinal enviado pela extremidade remota – sinal a ser recuperado– e o sinal do transmissor local – eco local. Este eco local deve ser precisamente mode-lado pelo circuito DSP25 e subtraído eletronicamente do sinal composto recebido. Estamodelagem é muito complicada, pois o eco varia com o tipo de cabo usado e isto deveser compensado pelo circuito DSP.

Um modem ADSL organiza o fluxo de dados criado pela multiplexação doscanais e os agrupa em blocos, além de anexar um código de correção de erros em cadaum destes blocos. O recipiente corrige os erros ocorridos durante a transmissão.

Uma ligação de voz tem uma duração média que varia entre 3 e 7 minutos.Um usuário permanece, em média, 30 minutos conectado à Internet. Para as companhiastelefônicas, ADSL representa uma alternativa muito boa. Com a explosão do tráfego naInternet, os circuitos de comutação estão congestionados com tráfego analógico discadoe ISDN. Até então, a única solução seria adicionar circuitos mais rápidos e ampliar asinstalações, o que torna-se muito caro para a companhia telefônica. Usando-se splitters 24 A/D — Conversão analógica/digital.25 DSP — digital signal processing.

22


no POTS e um DSLAM na central telefônica, pode-se agregar linhas ADSL provenien-tes dos usuários. O tráfego de dados pode ser separado, enviando-se apenas o tráfego devoz para os circuitos de comutação e para a PSTN, reduzindo dramaticamente o con-gestionamento. A partir daí, os dados são canalizados para uma linha digital de alta ca-pacidade em direção ao backbone WAN.

Figura 1.5 — FDM e cancelamento de eco

Estudos revelaram que o alcance máximo do sinal varia de acordo com osentido da transmissão. Os efeitos do cross-talk são muito mais significativos na trans-missão do usuário para a central, conforme os fios vão sendo acumulados para entrar nacentral. No sentido contrário (central telefônica → usuário), os fios ramificam-se, dissi-pando-se a contribuição do cross-talk. Outra vantagem do uso de FDM poder usar fre-qüências menores para o sinal que vai do usuário para a central. Como as freqüênciasmenores sofrem menos atenuação que as freqüências mais altas, assegura-se que o sinalainda esteja com amplitude suficiente para enfrentar o ambiente de maior ruído nas vi-zinhanças da central telefônica – onde o cross-talk é pior.

Apesar das declarações de que todos os esquemas de codificação teriamuma eficiência teórica idêntica, DMT foi o primeiro a implementar suporte para o servi-ço de vídeo a 6 Mbit/s e foi selecionado como o padrão oficial para serviços de vídeoADSL em linha discada.

A latência entre o modem ADSL do usuário e o da central telefônica depen-de da técnica de codificação da linha empregada e a complexidade do esquema de cor-reção de erros. Este pode ser programado para latências da ordem de 60 ms. Normal-mente, porém, é fixado em torno de 20 ms, oferecendo melhor proteção contra ruído

23


impulsivo e melhorando a taxa de erro de bit26. Conseqüentemente, existe a busca de umequilíbrio entre a latência e a interatividade versus o desempenho na correção e detec-ção de erros. Desativando-se a correção de erros, a latência residual fica em torno de 2ms.

Ao mesmo tempo que a indústria estudava as características dos laços lo-cais, as companhias telefônicas desenvolveram um grande interesse no fornecimento deentretenimento (leia-se serviços de transmissão de vídeo). Por volta de 1992, os esque-mas de codificação emergentes que poderiam suportar transmissão de vídeo através delinhas discadas eram QAM, CAP e DMT. Diferente de 2B1Q, que é uma tecnologia debanda base e transmite em freqüências que incluem 0 Hz (sinal DC), estes operam a fre-qüências mais altas – pré-requisito para a separação das freqüências de envio e recebi-mento.

Entre 1992 e o início de 1993, o grupo T1E1.4 do ANSI direcionou seus es-forços para uma codificação padrão para serviço de vídeo sobre ADSL. Estes esforçosforam concentrados em uma variedade de opções, que variavam desde MPEG-1 pré-gravado e pré-comprimido até um sistema – 6 Mbit/s – que suportaria até quatro fluxosMPEG-1 concorrentes ou um fluxo MPEG-2 através de distâncias de até 2 km. O focovoltou-se, então, para a maximização do alcance do laço. A natureza síncrona da trans-missão de vídeo exigia uma taxa de transferência estável, para evitar a degradação daqualidade da imagem.

1.3.2. RADSL

Quando a aplicação depende de sincronização – tráfego de vídeo, por exem-plo – a transmissão deve ter uma vazão contínua. Dados, entretanto, podem trafegar emuma ampla gama de velocidades – a diferença reside apenas no tempo de transferência.Tanto os transceivers CAP como os DMT suportam redução e incremento da velocidadede transmissão, a fim de garantir o alcance em função da qualidade da linha. Esta capa-cidade de adaptação implementou o que veio a ser RADSL (rate-adaptive digital sub-scriber line). Além de simplificar a implementação do serviço, permite uma degradaçãomais “elegante” e dependente das condições do loop local. Alguns fabricantes introduzi-ram também suporte a um canal de envio de dados (usuário → central telefônica) demaior capacidade – cerca de 1 Mbit/s. Isto permite que RADSL suporte aplicações comtaxas de transferência simétricas e assimétricas. Existe também a opção de configuraçãomanual, permitindo que os provedores do serviço configurem individualmente – e co-brem proporcionalmente – as taxas de transferência de acordo com o desejo do usuário.Significa, novamente, uma economia de equipamentos e manutenção, já que um únicoproduto dá suporte a uma grande variedade de serviços.

A indústria e as tecnologias evoluíram de maneira dramática desde a padro-nização dos serviços de vídeo ADSL sobre linha discada, em 1993. Em reconhecimentoa isso, o grupo ANSI T1E1 estabeleceu um grupo específico para desenvolver a padro-nização de RADSL. Até a época desta publicação, estavam sendo consideradas propos- 26 BER — bit error ratio: Medida da qualidade da transmissão que indica o número de bits transmitidos

incorretamente em uma dada seqüência em comparação com o número de bits transmitidos em um dadoperíodo de tempo.

http://www.ewh.ieee.org/r10/bombay/news2/story5.htm

24


tas de combinação de CAP e QAM para a codificação. Além disso, o grupo T1E1.4 estáatualizando o padrão original do DMT para refletir as necessidades adicionais para osserviços de transmissão de dados.

Os sistemas RADSL são implementados usando-se FDM. Como resultado,o canal de envio de dados –1,088 Mbit/s – ocupa a banda mediana acima do POTS e ocanal de recebimento – 1,5 Mbit/s a 7 Mbit/s – ocupa a porção superior da banda. Preo-cupações surgiram quanto à compatibilidade espectral dos sistemas RADSL baseadosem CAP ou QAM com os sistemas ADSL baseados em DMT ou CAP, já que estes úl-timos possuem um canal de envio de dados que opera a velocidades muito menores – 64a 640 kbit/s. Levado-se isto em conta, estão sendo tomadas as medidas necessárias paraque seja assegurado um cross-talk minimizado do RADSL sobre o ADSL.

Alguns equipamentos que dispensam o uso de separadores detectam dina-micamente os estados “fora do gancho” e “no gancho”. Quando o telefone está fora dogancho, o equipamento desloca para cima as freqüências de portadoras e atenua as fre-qüências mais baixas do sinal digital para eliminar interferências com o sinal de áudio.Quando o telefone é retornado ao gancho, o sinal digital é deslocado de volta, para sus-tentar altas taxas de dados.

1.3.3. SDSL

SDSL (symmetrical digital subscriber line) é uma tecnologia DSL na qualas velocidades de transmissão (tab. 1.4) upstream e downstream são as mesmas, ideaispara tráfego entre LAN e aplicações que requeiram altas larguras de banda – atinge até2,3 Mbit/s –, como videoconferência “full motion”, computação colaborativa, hospeda-gem de serviços HTTP, WWW27 e FTP. Não suporta tráfego de voz, dispensando o usode separadores POTS – para o tráfego de voz é necessária uma segunda linha telefônica.Este serviço ainda não está padronizado e os clientes devem saber quais os modelos demodem que funcionam com os equipamentos instalados no seu provedor de serviços.

SDSL suporta velocidades da ordem de T1 (1,544 Mbit/s) e E1 (2,048Mbit/s) a uma distância máxima de 6,7 km a partir da central telefônica, usando-se li-nhas telefônicas convencionais (um par). Os fornecedores de serviços oferecem o acessode banda larga SDSL a preços mais baratos que canais T1, sendo uma alternativa maisem conta para pequenos escritórios e filiais.

SDSL usa uma técnica de modulação chamada 2B1Q, a mesma codificaçãode linha usada com HDSL (high bit rate digital subscriber line), IDSL e ISDN. A van-tagem desta codificação é que não causa interferência (cross-talk) com os canais T1,permitindo a coexistência entre vários canais de dados e voz na mesma rede.

Inicialmente, pode ser contratado o serviço de 128 kbit/s e, à medida que asnecessidades de banda crescem, o provedor de serviços aumenta remotamente a veloci-dade de transmissão – até 1,544 Mbit/s – sem custo adicional de hardware. Deve-se terem mente que estas velocidades oferecidas são oferecidas de acordo com as condiçõesfísicas das linhas telefônicas disponíveis na região.

27 WWW — world wide web: Sistema de servidores internet que suportam documentos formatados em

linguagem HTML e que podem ser visualizados através de browsers.

25


Tabela 1.4 — SDSL – distância × velocidadeDistância (km) Velocidade de transmissão

2,9 1,5 Mbit/s3,8 1,04 Mbit/s4,5 784 kbit/s5,5 416 kbit/s5,8 320 kbit/s6,1 208 kbit/s6,9 160 kbit/s

Fonte: [ANG 99]

Em 1996, surgiram os primeiros dispositivos SDSL, favorecendo a reduçãode custos de canais T1 ou E1, pois oferece a maioria dos benefícios do HDSL e operasobre dois fios, ao invés de quatro. É o precursor do HDSL II, que usa apenas um par eatinge até 5,5 km.

1.3.4. HDSL

No início da década de 80, os fabricantes de equipamentos lutaram paradesenvolver a ISDN basic rate – 2 canais B de 64 kbit/s e 1 canal D de 16 kbit/s. Umapremissa básica era atingir os usuários através dos circuitos de fios de cobre existentes eatingir distâncias de até 5,5 km. O uso de freqüências de até 160 kHz resultou em umaexcessiva atenuação do sinal, que não atingiria a distância desejada através de fios 26AWG28. Nesta época, os avanços no processamento e codificação de sinais (2B1Q) du-plicaram a eficiência de transmissão e permitiram o uso de freqüências que variavamentre 0 e 80 kHz, resultando em menor atenuação e no alcance dos esperados 5,5 km.

Já no início da década de 90, os fabricantes encorajaram o uso de 2B1Q avelocidades mais altas, como uma alternativa para o fornecimento de serviços T1 e E1sem o uso de repetidores. A técnica consistia em separar um canal T1 de 1,544 Mbit/sem dois canais de 784 kbit/s – 2 pares, quatro fios. Separando-se os canais em duas li-nhas e aumentando ligeiramente a taxa de transmissão, foi possível reduzir o espectro defreqüência e aumentar a distância atingível. Esta técnica ficou conhecida como HDSL(high-bit-rate digital subscriber line). Como resultado, foi possível implementar o ser-viço sobre laços CSA29 específicos de até 3,7 km (fios 24 AWG) ou 2,7 km (fios 26AWG) sem repetidores. Existia também uma técnica para separar um canal E1 de 2,048Mbit/s em três – 3 pares, 6 fios. Com o amadurecimento da tecnologia e o aprimora-mento do desempenho, houve uma migração para uma implementação que separa o ca-nal E1 em dois de 1,168 Mbit/s – 2 pares, 4 fios –, de maneira análoga às implementa-ções com T1. Os equipamentos podem ser conectados em portas V.35 ou portas nativas– G.70330/G.704 para E1 ou DSX-1 para T1.

28 O fio com especificação 24 AWG (diâmetro de 1/24”) corresponde ao fio com 0,5 mm de diâmetro e

0,2 mm² de área. O fio com especificação 26 AWG (diâmetro de 1/26”) corresponde ao fio com 0,4 mmde diâmetro e 0,13 mm² de área. Fonte: http://www.geocities.com/Paris/Opera/6955/tabelas/awg.htm

29 CSA — carrier serving area.30 G.703 — PDH (plesiochronous digital hierarchy).

26


Nesse meio tempo, a Paradyne (subsidiária da AT&T31) começou a desen-volver um transceiver similar usando CAP, que permitia representar múltiplos bits deinformação (2 a 9 por baud). Isto permitiu a transmissão da mesma quantidade de in-formação usando-se uma faixa mais estreita do espectro de freqüências do que a usadapela codificação 2B1Q, com menor atenuação e maior alcance.

Em (fig. 1.6) pode-se observar o espectro de freqüências usado por umatransmissão convencional T1 AMI e por uma usada por uma transmissão T1 HDSL. T1AMI usa, aproximadamente, um espectro quatro vezes maior que o usado por 2B1Q ecerca de nove vezes o usado por CAP. Os sinais de mais alta freqüência associados àimplementação AMI enfraquecem mais rápido que os sinais de transmissão de HDSL.Como resultado, sistemas CAP e 2B1Q HDSL têm um alcance substancialmente maiorque sistemas T1 AMI ou HDB332 E1.

Figura 1.6 — Espectro de freqüênciasFonte: [DSS 99]

A (fig. 1.7) mostra uma comparação teórica da velocidade suportada pala li-nha versus o alcance do loop para codificações AMI e CAP – condições de testes defi-nidos pelos fabricantes – e o limite teórico de Shannon.

A energia elétrica transmitida através de um fio de cobre como um sinalmodulado irradia energia, que interfere com os fios adjacentes, localizados no mesmofeixe. Este acoplamento eletromagnético é chamado de cross-talk. Este pode ser classi-ficado em dois tipos: NEXT – o mais importante, pois o sinal com grande energia asso-

31 AT&T — Companhia telefônica norte-americana que foi dividida em sete companhias telefônicas lo-

cais: Ameritech, Bell Atlantic, Bell South, NYNEX, Pacific Bell, Southwestern Bell e US WEST.32 HDB3 — high density bipolar three zeros substitution ou high density bipolar of order 3: Técnica de

codificação de linha usada para acomodar a densidade de uns requerida para a transmissão em linhasE1.

27


ciada induz um cross-talk significativo na linha adjacente – e FEXT33 – menos signifi-cativo, pois é atenuado ao longo da linha de transmissão. O cross-talk é um fator domi-nante no desempenho de muitos sistemas. O desempenho de um sistema DSL é muitasvezes citado “na presença de outros sistemas”. Aí reside uma das vantagens do uso deFDM, que elimina o NEXT.

Figura 1.7 — Velocidade × alcanceFonte: [DSS 99]

A transmissão e recepção de informações usando-se o mesmo espectro defreqüências cria uma outra interferência interna ao próprio laço, que é diferente docross-talk. Esta interferência é conhecida pelo receptor e pode ser subtraída do sinal.Esta técnica é conhecida como cancelamento de eco (echo cancellation).

Se os efeitos de atenuação e cross-talk não forem muito substanciais, o sis-tema DSL pode reconstruir o sinal. Um fenômeno que deve ser levado em conta pelosprovedores de serviço DSL é a interferência conhecida como Self NEXT, presente entresistemas que usam cancelamento de eco.

Os serviços simétricos HDSL aplicam-se também no caso de uma infra-estrutura de rede celular, que oferece canais T1 ou E1 a partir da MTSO34. É particular-mente importante, pois evita-se o arrendamento de linhas T1 ou E1 de terceiros. Umaempresa que disponibiliza serviços de transporte de dados por enlace de rádio tem umagrande redução de custos em tarifas de aluguel de serviços T1 ou E1.

33 FEXT — far end cross-talk: Interferência entre dois sinais que ocorre na ponta da linha mais distante

em relação ao comutador telefônico.34 MTSO — mobile telephone switching office: Nome genérico para o centro de comutação de telefonia

móvel (celular) que suporta múltiplas estações radiobase.

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1.3.5. IDSL

Uma premissa básica da tecnologia DSL é permitir o avanço e compatibili-dade com novas tecnologias emergentes e futuras. O assédio dos fabricantes garante osurgimento de variações na tecnologia DSL. Em alguns casos, os conceitos de DSL sãoaplicados em tecnologias já existentes. IDSL (ISDN over digital subscriber line) sãosimplesmente adaptadores na central que se comunicam com os adaptadores existentesno outro lado da linha e que fazem a terminação do sinal ISDN, independente do co-mutador telefônico. Utiliza a mesma modulação 2B1Q do ISDN. IDSL é, funcional-mente, um subconjunto da ISDN que antecede a habilidade de suportar serviços de voz(telefone) e conectividade (circuitos comutados) em geral. Existe aqui um interesse dosprovedores de serviço de substituir conexões ISDN através da rede comutada por cone-xões de longa duração.

Uma das vantagens da IDSL sobre ISDN é a eliminação da necessidade dediscagem. IDSL transmite os dados sobre uma rede dedicada, contornando a redePSTN, usada para ISDN e POTS. Trabalha com o parque já instalado de DLC, não exi-gindo grandes modificações na infra-estrutura. O serviço geralmente é cobrado em umabase mensal, diferente de ISDN, que é cobrado por pacote ou minuto de conexão. Istopermite que se tenha um custo mensal com telecomunicações mais previsível, apesar deexigir uma linha telefônica separada para que se tenha comunicação de voz.

IDSL é semelhante a SDSL, mas opera sobre circuitos ISDN já instalados.Opera tipicamente a velocidades de até 144 kbit/s usando uma técnica de sinalizaçãointerna à banda. IDSL usa os repetidores do loop U da ISDN para duplicar a distância apartir da central telefônica (5,5 para 11 km). É uma boa escolha quando são usados DLCpara prolongar o loop local até locais mais remotos. O serviço básico ISDN possui doiscanais para dados B (bearer) de 64 kbit/s e um canal de sinalização D de 16 kbit/s. Omodem IDSL comunica-se com o DSLAM e não necessita dos canais de sinalização –usados em ISDN para a comunicação com o comutador telefônico –, que são utilizadoscomo canais de dados (B1+B2+D=144 kbit/s).

SDSL e IDSL são soluções muito semelhantes e conectam escritórios re-motos a redes corporativas e à Internet, promovendo desempenhos semelhantes a umaLAN. Os usuários devem escolher entre a solução SDSL (maior velocidade) ou IDSL(maior alcance) dependendo da sua distância em relação à central telefônica e às aplica-ções suportadas.

Além da banda de 128 kbit/s fornecida pela IDSL, existem tecnologiasemergentes que podem ser melhor classificadas como residenciais ou serviços SoHo35.Estas tecnologias oferecem taxas que variam de 128 kbit/s a 2,048 Mbit/s.

Em adição, as novas tecnologias similares à ISDN – capazes de prolongar acobertura do mercado às pequenas empresas e SoHo – oferecem funcionalidades, de-sempenho e custos sem precedentes. Uma vantagem em potencial das novas tecnologias

35 SoHo — small office/home office: Mercado de produtos projetados especialmente para satisfazer as ne-

cessidades de profissionais que trabalham em casa ou pequenos escritórios.

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– como MVL36 – é a habilidade de se usar dispositivos DSP mais facilmente encontrá-veis no mercado, reduzindo-se substancialmente os custos. Além disso, transformando-se um único par de cobre em múltiplas linhas virtuais, ao mesmo tempo em que se oti-miza o uso para transmissão de voz e dados a baixas velocidades, obtém-se outros bene-fícios: menor custo por produto; menor consumo de energia e dissipação de potência,permitindo maior densidade de portas por dispositivo; compatibilidade espectral comoutros serviços que transitam nos cabos vizinhos; maior alcance – 7,9 km em fios debitola 24 AWG; eliminação do splitter POTS e suporte a transmissão de voz e dadossimultaneamente; habilidade de suportar múltiplos modens de assinante na mesma linhafísica; alocação dinâmica de largura de banda para múltiplas aplicações independentes;capacidade de compartilhamento de arquivos e dispositivos de impressão dentro da pró-pria residência.

Uma das vantagens de IDSL sobre ISDN é a eliminação do atraso na confi-guração da chamada (call setup), pois não é um serviço discado, mas de conexão per-manente. Pelo serviço IDSL é cobrada mensalmente uma taxa fixa, diferente de ISDN,que é tarifado pelo número de pacotes transmitidos ou pela duração da conexão. Rodatanto sobre a infra-estrutura instalada para ISDN quanto sobre os DLC já existentes. Aúnica desvantagem é a necessidade de se manter o serviço existente de POTS paratransmissão de voz, já que IDSL é incompatível com este.

1.3.6. MSDSL

Para aplicações simétricas surgiu a MSDSL (multi-rate symmetrical digitalsubscriber line). Esta tecnologia veio de encontro à necessidade de portadoras para pro-ver serviços disponíveis em praticamente qualquer lugar. Usando o mesmo par da tec-nologia SDSL, MSDSL suporta mudanças nas taxas de transmissão do transceiver e,portanto, variações na distância alcançada. A versão CAP suporta oito diferentes velo-cidades, permitindo 64 ou 128 kbit/s a distâncias de 8,9 km em cabos com especificação24 AWG e 2 Mbit/s a distâncias de 4,5 km. Com habilidade de alterar automaticamentea taxa de transmissão (similar a RADSL), aplicações simétricas podem ser amplamenteoferecidas.

1.3.7. UDSL

UDSL (unidirectional digital subscriber line) é uma proposta de uma em-presa européia e consiste basicamente em uma versão unidirecional do HDSL.

UDSL também pode significar universal digital subscriber line, que é ape-nas mais uma designação para o ADSL lite [FAN 99].

36 MVL — multiple virtual lines: Tecnologia de acesso ao laço local desenvolvida pela Paradyne. Proje-

tada e otimizada para os mercados residencial, SoHo e corporativo (pequenas empresas). Transformauma única linha telefônica em múltiplas linhas virtuais, suportando múltiplos serviços simultaneamente.

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1.3.8. VDSL

VDSL (very-high-bit-rate digital subscriber line) é a tecnologia DSL maisrápida sobre um par de fios – de 12,96 a 51,84 Mbit/s para envio e de 1,5 a 2,3 Mbit/spara recebimento (tab. 1.5). É uma alternativa econômica para a solução FTTH37. Oproblema desta tecnologia de transmissão assimétrica é o baixo alcance – de 300 m a1,5 km. Além de suportar as mesmas aplicações que ADSL, permite que um NSP38 ofe-reça transmissão de HDTV39, vídeo sob demanda e vídeo digital comutado.

Tabela 1.5 — VDSL – distância × velocidadeDistância (km) Velocidade de downstream (Mbit/s)

0,3 520,9 261,5 13

Fonte: [ANG 99]

Como ADSL, deve transmitir vídeo comprimido e incorporar FEC40 cominterleaving suficiente para corrigir os erros gerados por ruído impulsivo.

Ainda está no estágio de definição de padrões e os candidatos a código delinha são CAP, DMT, DWMT e SLC41 simple line code. As primeiras versões usammultiplexação em freqüência para separar os canais de envio e recebimento de dadosdos canais POTS e ISDN. Versões futuras com taxas de transferência simétricas poderãousar cancelamento de eco.

1.3.9. MVLDSL

O MVLDSL (multiple virtual lines digital subscriber line) é uma versãoproprietária de DSL desenvolvida pela Paradyne. Permite que seja conectados até oitomodens em um único par POTS, permitindo que cada um tenha uma banda de até 768kbit/s para envio e recebimento e alcance de até 9,1 km. Não usa splitter e pode ser usa-da para conectar vários computadores dentro de um mesmo prédio, como se estes fizes-sem parte de uma LAN.

37 FTTH — fibre to the home: Rede onde a fibra óptica vai do comutador telefônico até as dependências

dos usuários.38 NSP — network service provider: Companhia que oferece acesso ao backbone Internet e aos NAP

(network access points) para os ISP.39 HDTV — high-definition television: Tipo de transmissão de televisão com resolução maior que os pa-

drões atuais de 525 ou 625 linhas. Atinge resolução horizontal de 1.125 linhas e utiliza relação de as-pecto entre as dimensões horizontal e vertical de 1,778:1 – mais próxima dos padrões da indústria cine-matográfica, como o esférico de 1,850:1 e o Panavision de 2,350:1 –, em oposição à relação de 1,333:1dos televisores convencionais. O padrão de transmissão de áudio é o Dolby Digital e os sinais digitali-zados são transmitidos com compressão.

40 FEC — forward error correction.41 SLC — simple line code.

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2. A tecnologia cable modem

O Cable modem é um serviço de acesso à Internet em alta velocidade, base-ado na infra-estrutura de transmissão de TV por assinatura. Essa estrutura é viabilizadapela utilização do cable modem, um equipamento de comunicação que permite a trans-missão de dados em altíssima velocidade através da infra-estrutura de CATV, por caboscoaxiais, HFC e MMDS42.

Figura 2.1 — Cable modem

Ao assinante é oferecido um sofisticado conjunto de informações e serviçosdiferenciados. A conexão de alta velocidade não deve ser entendida como o produto fi-nal a ser comercializado, mas como o meio para disponibilizar novas soluções, no con-ceito one stop shopping, pois a redução drástica do tempo exigido para transferência dedados viabiliza serviços que não poderiam ser oferecidos em conexões discadas con-vencionais. Particularmente, o acesso em alta velocidade maximiza a consulta à basesde conteúdo de informações que comporão o site do provedor, assim como viabiliza autilização dos modernos jogos eletrônicos desenvolvidos especialmente para a Internet,download de software, trailers de filmes e chats de alta performance. São esses compo-nentes de valor agregado que justificarão a migração de assinantes dos provedores deacesso convencionais para os que oferecem cable modem. Num segundo estágio, o ser-viço deverá evoluir para oferecer novas funções, que demandarão parcerias específicas e

42 MMDS — multichannel/multipoint distribution system: Modalidade de transmissão que se utiliza de

faixa de microondas para transmitir sinais a serem recebidos em pontos determinados dentro da área deprestação do serviço. É usada para a transmissão de canais de TV por assinatura – até 31 canais de 6MHz cada – nos locais aonde não existe cabeamento.

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outros investimentos em infra-estrutura. Particularmente, destacam-se as operações decomércio eletrônico, comunicação de dados corporativos e telefonia de voz sobre oprotocolo IP.

Existem atualmente duas situações de comercialização do serviço e em am-bas a operadora de TV a cabo vende o acesso e assume o papel de provedor ISP. Naprimeira situação, o vendedor normalmente fornece o cable modem e o CMTS para ointegrador do sistema – quem comercializa a TV a cabo, que pode ser a própria opera-dora. Este integrador fornece um sistema completo de cable modem à operadora, po-dendo incluir os amplificadores dos canais de retorno. O assinante aluga ou compra omodem da operadora de TV a cabo.

A segunda situação é a ideal sob vários pontos de vista, mas não pôde serimplementada antes da padronização definitiva do cable modem, porque necessita quetodos os equipamentos de fabricantes diferentes sejam compatíveis entre si. A diferençadesta para a situação apresentada acima é que o assinante compra o modem em uma lojacomum e a operadora de TV a cabo fornece apenas o serviço. Em algumas áreas dosEstados Unidos esta situação já é uma realidade.

Para que a operadora de TV a cabo garanta altas velocidades de transferên-cia de arquivos, existem duas possibilidades que dever ser consideradas: dados locaisem servidores de conteúdo próprios e grandes quantidades de dados provenientes deoutros servidores em cache, armazenados em servidores proxy43.

A velocidade de conexão varia muito, dependendo do sistema de cable mo-dem adotado, da arquitetura da rede de TV a cabo e do tráfego em si. O fluxo de dadosdownstream pode atingir velocidades de até 27 Mbit/s, o que resulta em velocidades derecebimento de dados de cerca de 1 a 3 Mbit/s, se for considerado o fato da largura debanda ser compartilhada por vários usuários. Na direção de envio dados, as velocidadespodem atingir até 10 Mbit/s. O modelo mais comum é o assimétrico, devido à próprianatureza assimétrica das aplicações.

O termo cable modem se refere a um “modem” que opera sobre a rede deTV a cabo. Na verdade, a denominação modem é equivocada, pois este atua mais comouma interface de rede do que como modulador/demodulador. Ele acumula funções asso-ciadas a um modem, sintonizador, encriptador/decriptador, bridge, roteador, interface derede, agente SNMP e hub Ethernet.

Um dos inconvenientes do sistema surge se o usuário desejar utilizar o cablemodem para criar um servidor de HTTP ou FTP. Para que isso seja possível, deve con-tornar o fato de que o ISP fornece sempre um endereço IP dinâmico. Existem algunsprogramas que contornam isso, implementando um DNS dinâmico e associando umnome de domínio permanente a um endereço IP dinâmico. O provedor pode tambémbloquear portas, impedindo o uso de certos serviços.

43 Proxy server — Servidor que localiza-se entre uma aplicação cliente – como um web browser – e um

servidor de arquivos. Intercepta as requisições feitas ao servidor real e tenta fornecer os dados solicita-dos. Se isto não é possível, repassa a requisição ao servidor. A utilização principal é a melhora no de-sempenho de acesso a dados, comportando-se como uma memória ou servidor cache, mas também podeser usado para filtrar o acesso a certas páginas ou bases de dados.

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Como os assinantes compartilham a largura de banda disponível durante su-as sessões, existe a preocupação de que o desempenho da rede caia à medida que maisusuários se conectam. Em um primeiro momento, pode-se pensar que quando 200 usuá-rios compartilharem uma largura de banda de 27 Mbit/s sobrará cerca de 135 kbit/s paracada um – ligeiramente maior que os 128 kbit/s de uma conexão ISDN. Isto não é, ne-cessariamente, verdade. Diferentemente da rede telefônica comutada, onde é alocadauma conexão dedicada para cada usuário, os usuários do cable modem não ocupam umaparcela fixa da largura de banda durante o tempo em que permanecem conectados. Osrecursos da rede são alocados somente na transmissão e recepção de dados em rajadas.Ao invés de cada usuário ter disponível uma taxa fixa de 135 kbit/s, a este é permitidousar toda a largura de banda disponível durante o tempo de transmissão de seus pacotesde dados – tempos da ordem de milissegundos.

Se ocorre congestionamento durante períodos de uso intenso – geralmenteno período da noite, quando as pessoas chegam em casa e ligam a TV –, a operadoratem a flexibilidade de alocar mais um canal adicional – largura de banda de 6 MHz –,duplicando a largura de banda disponível para os usuários. Pode-se também substituir oscabos coaxiais e colocar fibra óptica cada vez mais perto do domicílio dos usuários, re-duzindo-se número de residências servidas por cada segmento da rede e aumentando alargura de banda disponível para cada usuário.

O público-alvo foi classificado em três diferentes perfis de usuário: assi-nante residencial, condomínios e corporativo. Cada modalidade utilizará uma soluçãotecnológica distinta, implicando em diferentes níveis de serviços e de preços de assina-tura. Por tratar-se de um novo negócio, esse serviço será oferecido tanto para clientesquanto para não clientes das distribuidoras de TV por assinatura, sendo facultativa acontratação de um pacote de TV paga pelo assinante.a) Assinatura residencial — O assinante contrata o serviço diretamente do provedor e

compra o seu cable modem no mercado de varejo de informática. A única restriçãoé que o equipamento seja compatível com o padrão MCNS DOCSIS (versão 1.0),ficando a critério do assinante a marca ou fabricante. Quanto à instalação do cablemodem no computador, poderá ser executada pelo próprio assinante ou contratada, aum custo adicional, junto à empresa de instalação do serviço Internet credenciada. Jáa conexão com o cabo coaxial de RF44, será efetuada através de uma AT (assistênciatécnica), semelhante à instalação de um ponto adicional de TV paga. Conformemencionado, o assinante residencial continuará necessitando de uma linha telefônicaconvencional para acesso ao serviço, utilizando a tecnologia telco return. Essa linhaserá conectada ao cable modem integrado, que dispõe de uma interface RJ-1145 emadição à interface coaxial de RF, ou ao modem convencional também instalado nomicrocomputador do assinante.

b) Assinatura coletiva — É oferecida para os condomínios residenciais e comerciais,onde o serviço é contratado e pago pela administradora do condomínio e a instala-ção é executada na modalidade turn-key (pronta para funcionar). A principal dife-

44 RF — radio frequency: Radiofreqüência.45 RJ-11 — registered jack-11: Conector de 4 ou 6 fios usado para a conexão de equipamentos telefôni-

cos nos Estados Unidos e alguns periféricos de rede.

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rença da assinatura individual para a coletiva é que foi implantada uma infra-estrutura tecnológica que permite a adoção de um único cable modem e uma linhade retorno compartilhada. Essa infra-estrutura é composta por um computador, umcable modem e equipamentos de comunicação, que serão instalados numa área co-mum do prédio, potencialmente na guarita de segurança. O único equipamento a seradquirido diretamente pelo condômino é a placa de rede padrão Ethernet, cuja ins-talação no micro segue os mesmos critérios do cable modem. Para o assinante, omaiores benefícios dessa solução são: liberar a linha telefônica, que representa umtranstorno típico aos usuários; acesso permanente, denominado always-on, onde ousuário estará conectado à Internet assim que acionar o seu software de browser,sem necessidade de discagem para o provedor do serviço de Internet.

c) Assinatura corporativa — Destinada à empresas com um número pequeno de usu-ários. Tecnicamente, essa modalidade é semelhante aos condomínios podendo sercustomizada de acordo com o interesse e a forma de utilização do serviço pela em-presa.

2.1. Rede de TV a caboOs sinais provenientes de várias fontes – radiodifusão, transmissões de TV

via satélite, produções de estúdios locais – são recebidos e processados no head-end. Aoperadora de cabo recebe diferentes programas de fontes diferentes e os retransmiteatravés de redes de cabos coaxiais ou redes híbridas de cabos coaxiais e fibras ópticas.

Os sinais de televisão são impulsos ou ondas eletromagnéticas que propa-gam-se na atmosfera dentro de um espectro de freqüências. Esses sinais necessitam deum meio através do qual se propagar. Transmissões de TV por radiodifusão viajam atra-vés do ar ou de cabos especiais – cabo coaxial ou paralelo. Cada sinal de TV propaga-seem uma freqüência diferente dentro do cabo e o cabo coaxial atua como um subconjuntodo espectro de freqüências. A largura de banda teórica máxima do cabo coaxial é da or-dem de 1 GHz.

Geralmente, um cabo tronco de alta capacidade conduz os sinais a partir daoperadora de TV a cabo. A este são conectados cabos menores que distribuem os sinaisnos diversos bairros de uma cidade. Quando um cliente adquire os serviços de TV acabo, a operadora coloca um cabo coaxial que sai do distribuidor – alimentado pelos ca-bos distribuidores – e entra na residência do cliente. Normalmente, é colocado um tipode fusível entre o cabo que chega até a residência e o cabo que efetivamente entra nesta,a fim de evitar acidentes com descargas elétricas (raios). A partir daí, o cabo é conecta-do a um aparelho de TV, um videocassete ou um decodificador/conversor de TV a cabo.Esta estrutura em árvore é o método mais econômico e eficiente para se transmitir umpacote de múltiplos canais a partir do head-end até os clientes.

Os sinais de TV transmitidos nos Estados Unidos são transmitidos em ca-nais de 6 MHz, enquanto na Europa os canais são de 8 MHz. Sistemas tradicionais decabos coaxiais operam tipicamente com larguras de banda de 300 a 450 MHz, enquantoos sistemas HFC operam com larguras de banda de 750 MHz ou mais. Tomando o mo-delo norte-americano como exemplo (6 MHz), é possível transmitir em torno de 50 a 75canais de TV analógicos em um sistema de cabos coaxiais e cerca de 125 canais em umsistema HFC.

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A idéia da televisão a cabo é melhorar a transmissão dos sinais analógicosde TV, substituindo a transmissão por radiodifusão. A estrutura inicial da rede é com-posta por cabos coaxiais blindados e amplificadores – para compensar a atenuação.

2.1.1. A estrutura da rede de TV a cabo

As redes de TV a cabo tradicionais, surgidas nas décadas de 60 e 70, foraminstaladas de maneira independente umas das outras, servindo comunidades locais. Aarquitetura que surgiu foi em árvore, já que a instalação ponto-a-ponto seria economi-camente inviável e não ofereceria nenhuma vantagem em relação ao compartilhamentodo meio, como ocorre na estrutura em árvore. Os principais componentes desta arquite-tura são:a) Head-end — responsável pela concentração dos sinais recebidos de fontes diferen-

tes. Os sinais analógicos de 6 MHz são modulados com a técnica de multiplexaçãopor divisão de freqüências (FDM) e mapeados para o espectro eletromagnético docabo.

b) Tronco — São usados cabos coaxiais de alta capacidade, que podem carregar o si-nal por até 24 km sem grandes perdas.

c) Amplificadores — À medida que o sinal percorre a rede, este vai sofrendo perdaspor atenuação ou pela divisão através das ramificações da rede. Surge, então, a ne-cessidade do uso de amplificadores ao longo da rede de distribuição. Com o usodestes amplificadores surgem também alguns problemas, pois o cascateamento ex-cessivo de amplificadores cria distorções no sinal original. Além disso, os amplifi-cadores são alimentados pela rede elétrica AC, tornando-os vulneráveis a falhas nofornecimento de energia elétrica.

d) Alimentadores e pontos de descida — Localizados normalmente nos postes de luze telefone, estes cabos são a ponta da rede do lado do usuário. Conectam-se às resi-dências através de cabos coaxiais de baixa capacidade.

2.1.2. A rede HFC

A rede de acesso híbrida HFC é similar à rede tradicional de TV a cabo. Al-guns segmentos da rede de cabos coaxiais – troncos e alimentadores – são substituídospor cabos de fibra óptica. Este é o primeiro passo que permite a comunicação bidirecio-nal de dados. Neste caso, é necessário um protocolo de acesso (MAC) para controlar otráfego upstream (usuário → head-end).

As vantagens em relação à estrutura original são muitas. Não se faz maisnecessário o uso de amplificadores, pois a fibra óptica é mais imune a ruídos e a atenua-ção do sinal é irrelevante. Com isso, diminui-se os problemas com falta de fornecimentode sinal devido a falhas no fornecimento de energia elétrica. Só a economia feita com aeliminação do custo de manutenção dos amplificadores já basta para pagar – a longoprazo – a substituição dos cabos coaxiais [AZZ 97].

Esta estrutura, segundo um estudo feito pela Bell Atlantic, é capaz de su-portar serviços como: telefonia (voz), até 37 canais analógicos de TV, até 188 canais di-

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gitais de TV, até 464 canais sob demanda (pay-per-view), links digitais bidirecionais dealta capacidade.

A fim de selecionar qual o esquema de modulação mais eficiente para oscanais de upstream e downstream, devem ser determinados alguns parâmetros. Os fato-res mais importantes que devem ser levados em conta na modelagem dos canais são osseguintes:a) a fibra óptica afeta o sinal digital através do atraso de grupo devido às altas freqüên-

cias de modulação e o ruído branco gaussiano adicionado (ruído térmico);b) resposta falsa e resposta impulsiva, criada por tilt – alterações lineares na amplitude

– e ripple – soma das alterações senoidais variantes da amplitude;c) zumbido de modulação de amplitude (AM) e de freqüência (FM) causado pelo aco-

plamento eletromagnético da rede de energia elétrica;d) ruído impulsivo, causado por clipping do laser46 – quando a soma de todos os canais

excede a capacidade deste – e interferências eletromagnéticas – rede elétrica de altatensão, raios e descargas elétricas causadas por aparelhos eletroeletrônicos;

e) ruído de fase, criado no head-end e nos modens dos assinantes e depende das ca-racterísticas dos componentes de radiofreqüência;

f) variações cíclicas no ganho dos canais – mudanças lentas na amplitude do sinal;g) microrreflexões devido a descontinuidades no meio de transmissão;h) ruídos causados por conectores defeituosos;i) distorção de caminho comum ou rejeição de modo comum, causada por não-

linearidades dos dispositivos passivos e corrosão dos conectores – é criado um diodode ponto de contato, permitindo a entrada de ruído no sistema;

j) ruído causado pela ionização do ar que cerca uma linha de transmissão de alta volta-gem (mais de 300 kV) que esteja nas proximidades do cabo coaxial da rede;

2.2. Componentes do sistema cable modemDe maneira similar aos modens convencionais, os cable modens são ofere-

cidos nos modelos interno e externo. Embora seja uma opção do assinante, a preferênciadeve recair sobre o modelo interno, que é uma placa a ser inserida num slot disponívelno microcomputador, pois é mais barato que o modelo externo. Este último deverá aten-der aos usuários de computadores portáteis, microcomputadores da linha Apple e de mi-crocomputadores sem slots disponíveis.

Existem basicamente três modelos de cable modem (fig. 2.2):

2.2.1. Externo

Conecta-se ao computador através da interface de rede Ethernet – esta inter-face pode ser usada para conectar mais de um computador. É compatível com a maioriados sistemas operacionais e plataformas de hardware. Na maioria dos modens externos

46 Laser — light amplification stimulated emission of radiation: Feixe de luz acromático de grande inten-

sidade luminosa.

37


existe uma porta de 10 Mbit/s, o que é suficiente. Poderia se especular se não seria ne-cessária uma porta de 100 Mbit/s para aproveitar a capacidade do sistema, que podechegar a 56 Mbit/s. Entretanto, esta taxa jamais é atingida individualmente, já que abanda de recebimento de dados é compartilhada por vários usuários. A primeira versãodo padrão MCNS – dominante no mercado norte-americano – especifica somente estainterface de 10 Mbit/s. O padrão DVB/DAVIC é totalmente aberto, permitindo qualquertipo de interface. A versão mais atualizada do MCNS está incorporando outros tipos deinterface, a fim de permitir uma maior quantidade de configurações.

Figura 2.2 — Tipos de cable modem

Pode também ser conectado através de uma interface USB, mas restrito aapenas um computador. Este tipo de interface é mais agradável aos olhos dos usuáriossem muitos conhecimentos de informática, que não estão acostumados a abrir o gabi-nete do computador para instalar placas de expansão.

2.2.2. Interno

É uma placa conectada ao barramento PCI. É a implementação mais baratapossível, mas tem alguns inconvenientes. Pode ser usado somente em computadores dotipo PC desktop. O conector do cabo não é isolado galvanicamente do fio de alimenta-ção elétrica, podendo criar problemas com algumas redes de TV a cabo, exigindo umaatualização mais dispendiosa das instalações da rede.

2.2.3. Terminal interativo

É na verdade, um cable modem disfarçado. A função primordial deste ter-minal é oferecer um maior número de canais de TV no mesmo número limitado de fre-qüências. Isto é possível com o uso de codificação digital DVB. Fornece um canal de

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retorno – muitas vezes uma conexão através do sistema telefônico POTS – que permiteao usuário fazer acesso à Internet diretamente na tela da TV. Conectado a este, está umterminal interativo que suporta um throughput de 27 Mbit/s por canal de 6 MHz, alémde ter capacidade de processamento suficiente para rodar um browser.

Normalmente, na instalação do cable modem é necessária a substituição docabo e a colocação de um separador (splitter). O sinal transmitido pode ser tão forte aponto de interferir com qualquer televisor que esteja instalado no mesmo cabo. Nestecaso, deve ser instalado também um filtro passa-alta no cabo que está conectado aos te-levisores, permitindo a passagem das freqüências mais altas e bloqueando as freqüên-cias da banda de envio de dados (fig. 2.3). O filtro evita também que a rede elétrica in-terfira nos dados digitais enviados. Os ruídos provenientes de cada residência – conecto-res frouxos, cabeamento de má qualidade – vão se acumulando à medida que o sinal tra-fega na direção do head-end – a estrutura da rede de TV a cabo é em formato de árvore–, tornando-se crucial a atenuação desses ruídos individuais.

Figura 2.3 — Splitter

Os cable modens são diferentes, mas a arquitetura básica é constituída dealguns componentes básicos (fig. 2.4):

Figura 2.4 — Arquitetura de um cable modem

a) Sintonizador — Converte os canais de TV para uma freqüência pré-fixada (6 a 40MHz). Conecta-se diretamente ao terminal de antena da TV a cabo e normalmentecontém um demultiplexador embutido, para ser capaz de trabalhar com os sinais deupstream e downstream. Deve ser capaz de receber sinais digitais modulados emQAM. Está em desenvolvimento uma versão do sintonizador “em silício”, que devebaratear os custos de produção.

39


b) Demodulador — Na recepção realiza conversão analógica/digital, demodulaçãoQAM 64/256, correção de erros (Reed-Solomon) e sincronização de quadrosMPEG. É necessário tanto nas instalações com cable modem quanto nas instalaçõesque usam o terminal interativo.

c) Modulador de rajada — Na transmissão realiza codificação Reed-Solomon dosdados transmitidos, modulação QPSK/QAM-16 na freqüência selecionada e conver-são digital/analógica. O sinal de saída é alimentado através de um circuito com nívelde sinal variável, para que este possa ser ajustado para compensar as perdas elétricasna transmissão através dos cabos coaxiais. Existem disponíveis atualmente circuitosque concentram em um único circuito integrado as funções do demodulador e domodulador.

d) Controlador de acesso ao meio — O mecanismo MAC (media access control) estápresente na transmissão e na recepção. A finalidade primordial do MAC é compar-tilhar o meio de uma maneira inteligente. Ele extrai os dados dos quadros MPEG,filtra os dados, roda o protocolo de acesso e determina a temporização da transmis-são dos sinais. Pode ser implementado em hardware ou em combinação de hard-ware/software. O MAC do cable modem é bem mais complexo que o MAC Ethernete necessita do auxílio de um microprocessador para implementar todas as funçõesinerentes à camada de controle. Os fabricantes estão disponibilizando controladorespara os modens do padrão DOCSIS e DVB/DAVIC. Alguns, inclusive, estão desen-volvendo controladores proprietários.

e) Interface — Conecta o cable modem ao computador, podendo ser apresentada emvárias versões, como Ethernet (RJ-4547), USB, PCI e outras.

f) CPU — A unidade central de processamento – microprocessador – não aparece ex-plicitamente no diagrama, mas é necessário em cable modens externos. Alguns mo-dens internos usam o processador do próprio computador para realizar o processa-mento, de maneira semelhante a alguns modens convencionais (WinModem48). Sãousados microprocessadores PowerPC49 ou outras arquiteturas RISC50.

O cable modem troca informações periódicas com o head-end para manter aconexão aberta e troca periodicamente o endereço IP, através do protocolo DHCP.

2.2.4. A estrutura da rede de cable modem

A estrutura básica (fig. 2.5) de um sistema de cable modem baseado na es-trutura HFC é composta de cinco partes principais:

47 RJ-45 — registered jack-45: Conector de 8 fios usado para a conexão de periféricos de rede.48 WinModem — Nome popular pelos quais são conhecidos os modens do tipo host-based, que utilizam

o processador do computador para realizar algumas operações (software). Como não utilizam processa-dor próprio (hardware), tendem a custar menos que os modens convencionais.

49 PowerPC — Arquitetura de computadores baseados em RISC desenvolvida conjuntamente pela IBM,Apple Computer e Motorola Corp.

50 RISC — reduced instruction set computer: Arquitetura de microprocessador que usa um número rela-tivamente limitado de instruções, em oposição à arquitetura CISC (complex instruction set computers).

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a) Head-end — É o centro de operações da rede (fig. 2.6) e atende tipicamente de200.000 a 400.000 domicílios. Um switch ou roteador IP faz a interface com obackbone da rede de dados, oferecendo conectividade aos servidores de conteúdo eà Internet. Este switch ou roteador também conecta-se com os CMTS, localizadosnos hubs de distribuição. Alguns operadores de TV a cabo implementam soluçõesde alta capacidade, como POS51 e velocidades OC-12 – 622,08 Mbit/s. Os servido-res de conteúdo e aplicações estão localizados no head-end, bem como o gerencia-mento da rede e sistemas de suporte. Se o operador de cabo oferece também o servi-ço de telefonia IP, as chamadas de voz podem ser direcionadas pelo roteador parauma porta de comunicação (gateway52) específica, que conecta-se com o PSTN.

Figura 2.5 — Estrutura de um sistema de cable modem

Figura 2.6 — Head-end

b) Hubs de distribuição — O hub é o ponto de interconexão entre a rede regional defibra óptica e a rede HFC (fig. 2.7). Atende de 20.000 a 40.000 domicílios em um

51 POS — packet over SONET.52 Gateway — Combinação de hardware e software que interliga duas redes de tipos diferentes.

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anel de fibra. No hub, o CMTS concentra os dados provenientes de uma WAN emodula os sinais digitais para transmissão através dos enlaces de fibra óptica da redeHFC. O CMTS oferece um canal dedicado de downstream de 27 Mbit/s e a largurade banda de upstream varia entre 2 e 10 Mbit/s por nó de distribuição.

Figura 2.7 — Hub de distribuição

c) Nó de distribuição — Localizado na vizinhança do usuário, atende de 500 a 1.000domicílios.

d) Cabo — Conecta-se ao transceiver e vai até a residência do usuário.e) Equipamento terminal — Interface entre a rede, o aparelho de TV e o computador.

2.3. Como funciona a tecnologia cable modemEm alguns casos, o provedor não tem o cabeamento necessário para permitir

a transferência de dados nos dois sentidos. Nesse caso, os provedores oferecem o cablemodem com a tecnologia telco return, onde a rede de CATV é utilizada para a transmis-são downstream (provedor → assinante) e uma linha telefônica comum estabelece oacesso upstream (assinante → provedor). Na transmissão em duas vias (two-way), tantoo downstream quanto o upstream são transmitidos pelo cabo, fazendo com que a linhatelefônica seja liberada. Como a demanda por serviços de transmissão de dados em altavelocidade é induzida, antes de mais nada, por necessidade de velocidades de down-stream maiores, esta é uma opção viável, que permite que as operadoras de TV a caboconquistem rapidamente o mercado de assinantes residenciais.

Uma rede de TV a cabo é projetada para distribuição de canais de televisãoanalógicos e, com pequenas modificações nos amplificadores de sinal, permite a trans-missão de sinais nas duas direções: usuário → head-end (baixas freqüências) e head-end→ usuário (altas freqüências). A maioria das redes existentes hoje em dia são do tipoHFC, nas quais o sinal percorre a distância entre a central de distribuição e pontos pró-ximos aos usuários através de fibra óptica – comprimento máximo de 5 km – e, a partirdaí, vai até as dependências do usuário através de cabo coaxial. Um CMTS normal-mente suporta até 2.000 usuários simultâneos sobre um único canal de TV. Se for neces-sário conectar mais usuários deve-se aumentar o número de canais. Dependendo da

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distância entre o head-end e o usuário, pode haver um grande atraso (delay) na propaga-ção do sinal – máximo de 400 µS de ida e volta.

O fluxo de sinal recebido pelo cable modem é chamado de downstream. Asfreqüências utilizadas variam de 42 a 850 MHz no padrão americano – largura de bandade 6 MHz por canal (fig. 2.8) – e entre 65 e 850 MHz no padrão europeu – largura debanda de 8 MHz por canal. Para a modulação são utilizados o padrão QAM-64 com 6bits por símbolo – o mais comum – e o QAM-256 com 8 bits por símbolo – mais rápido,porém mais sensível ao ruído. A taxa bruta53 de transferência de dados depende da mo-dulação e da largura de banda (tab. 2.1).

Figura 2.8 — Upstream e downstream

Como o fluxo de recebimento de dados é recebido por todos os cable mo-dens (broadcasting), a largura de banda é compartilhada entre todos os cable modensativos no sistema. Isto é similar ao que acontece com uma rede Ethernet, só que o des-perdício da largura de banda é muito menor. Outro problema que pode surgir dom com-partilhamento da banda é a falta de segurança dos dados transmitidos. Alguns sistemasnão utilizam encriptação dos dados – MCNS/DOCSIS usa encriptação DES54 –, permi-tindo que os usuários que estejam no mesmo laço observem o tráfego enviado pelos ou-tros.

Tabela 2.1 — Taxa de transferência brutaQAM-64 QAM-256

6 MHz 31,2 Mbit/s 41,6 Mbit/s8 MHz 41,4 Mbit/s 55,2 Mbit/s

Para efeito de cálculos, na tabela acima foram usadas uma taxa de 6,9×106 símbolos por segundo para a largura debanda de 8 MHz e uma taxa de 5,2×106 símbolos por segundo para a largura de banda de 6 MHz.

fonte: http://www.cable-modems.org/tutorial/08.htm

O fluxo de sinal enviado pelo cable modem é chamado de upstream. As fre-qüências utilizadas variam de 5 a 42 MHz no padrão americano e entre 5 e 65 MHz no 53 A taxa de transferência bruta é ligeiramente maior que a taxa de transferência efetiva devido à correção

de erros, framing e outros tipos de overhead.54 DES — data encryption standard: Método popular de encriptação de chave simétrica (56 bits) desen-

volvido em 1975 e padronizado pelo ANSI em 1981 – padrão ANSI X.3.92.

http://www.cable-modems.org/tutorial/08.htm

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padrão europeu. A largura de banda é da ordem de 2 MHz por canal. Para a modulaçãosão utilizados o padrão QPSK55 com 2 bits por símbolo e o QAM-16 com 4 bits porsímbolo – mais rápido, porém mais sensível ao ruído. Normalmente, um canal de rece-bimento é associado a vários canais de envio. Este fluxo tem a característica de tráfegoem rajada e muitos modens podem transmitir nas mesmas freqüências, mas em slotstemporais diferentes, marcados como reservado, de disputa ou de revestimento.a) Slot reservado — O reserved slot é designado para um cable modem em particular

e nenhum outro pode transmitir neste espaço de tempo. O CMTS (head-end) alocaos slots para vários cable modens baseado em um algoritmo de alocação de banda –diferente para cada fabricante. Este tipo é usado normalmente para transmissões dedados de longa duração.

b) Slot de disputa — O contention slot é livre para que todos os cable modens possamtransmitir no mesmo espaço de tempo. Se dois modens decidem transmitir nestemesmo espaço de tempo, os pacotes de dados colidem e os dados são perdidos. OCMTS sinaliza que nenhum dado foi recebido e os modens enviam novamente osseus pacotes. Este tipo de slot é usado normalmente para transmissões de dados decurtíssima duração – uma requisição por mais slots reservados, por exemplo.

c) Slot de emparelhamento — Devido à distância física entre o CMTS e o cable mo-dem, o atraso de tempo na propagação do sinal (delay) varia bastante e chega a in-tervalos da ordem de milissegundos. Para compensar este fenômeno, todos os cablemodens empregam um protocolo de ordenação, que efetivamente modifica o relógio(clock) do modem, adiantando ou atrasando este, para compensar o atraso de tempo.Para fazer isto, um número de slots consecutivos – normalmente 3 – é posto de ladode vez em quando. O cable modem tenta enviar o segundo slot. O CMTS mede otempo e envia ao modem um valor positivo ou negativo para a correção do relógio.Os slots anterior e posterior – ranging slots – definem um intervalo de segurançapara evitar que o slot enviado colida com o tráfego normal. Um outro uso deste tipode slot é assegurar que todos os cable modens transmitam a um nível de potênciaque faça com que todas as rajadas de dados enviados cheguem no CMTS com níveisiguais. Isto é essencial para a detecção de colisões, mas é necessário também paraotimizar o desempenho do demodulador no CMTS. A atenuação do sinal pode vari-ar até mais de 15 dB. Se dois modens transmitirem simultaneamente, mas o sinal deum for mais fraco que o outro, o CMTS ouvirá apenas o sinal mais forte e ignorará osinal mais fraco. Se os dois sinais tiverem potências iguais, haverá interferênciamútua entre eles e o CMTS saberá que ocorreu uma colisão.

O fluxo de dados enviados é composto de breves rajadas. O padrãoDVB/DAVIC exige que esta rajada tenha um comprimento fixo, ao passo que o padrãoMCNS especifica rajadas de comprimento variável. E este fluxo de dados é compostode uma única rajada, e o demodulador precisa de um sinal que avise que esta está paraocorrer. Para o padrão DVB/DAVIC, este aviso é a existência de uma palavra de 32 bitsde dados. Sem este mecanismo, o demodulador poderia estar ocupado, demodulandoruído, e não poderia atender os dados reais, quando estes chegassem. Este mecanismodetermina também uma ressincronização a cada rajada. Aqui também é usado o algo-

55 QPSK — quaternary phase shift keying.

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ritmo Reed-Solomon. É transmitida uma célula ATM por rajada e 18 slots em 3 ms(DVB/DAVIC).

O fluxo de dados recebidos (downstream) é estruturado em quadros, deacordo com a especificação MPEG TS56. Cada quadro é um bloco de 188 ou 204 bytescom um byte de sincronismo na frente de cada bloco. O algoritmo de correção de errosReed-Solomon – 6 erros em 204 bytes – reduz o tamanho do bloco de 204 para 188bytes, deixando 187 bytes para o cabeçalho MPEG e carga útil. No padrãoDVB/DAVIC, o quadro interno à carga útil é simplesmente um fluxo de células ATM.

Como uma estação não pode ouvir as transmissões das outras estações, ela éincapaz de detectar colisões e de coordenar suas próprias transmissões. Com um proto-colo de acesso ao meio (MAC), estações com ramificações podem compartilhar a largu-ra de banda de upstream. Para o downstream, o problema de acessos múltiplos nãoexiste, pois somente o head-end pode transmitir dados nesta direção. Uma parte destecanal é usada para o controle de difusão e para a informação de realimentação, requeri-dos pelo protocolo MAC. Os três problemas principais abordados pelo protocolo são:sincronização, modos de acesso ao canal upstream e resolução de colisões.

A rede HFC necessita de dois níveis de sincronização: a sincronização aonível físico, que alinha os sinais em nível de bit e a sincronização ao nível MAC, quealinha os fluxos de bits em nível de pacote. Como o atraso na propagação sobre HFC ésignificante, a sincronização ao nível MAC não pode ser ignorada, como ocorre noprotocolo CSMA/CD57 das redes Ethernet. Cada estação tem um atraso de propagaçãodiferente. Isto significa que, quando o head-end reserva um slot de tempo para uma de-terminada estação, esta deve adaptar-se para transmitir de acordo com o seu atraso depropagação, para que o quadro transmitido encaixe-se perfeitamente no slot temporalreservado para ele ao chegar no seu destino (head-end).

As estações também não têm condições de detectar colisões, pois não po-dem escutar o canal de upstream. É impossível abortar transmissões que geram colisões,como acontece no CSMA/CD. Uma prática usual para reduzir as perdas de largura debanda com colisões consiste no envio – por parte da estação que deseja enviar um qua-dro de dados – de um quadro pequeno de requisição para informar ao head-end que sedeseja transmitir. Este é conhecido como modo de acesso reservado. Existe também ummodo de acesso isócrono, que libera a estação da tarefa de enviar periodicamente as re-quisições no caso de um fluxo de dados contínuo.

Ainda assim, podem ocorrer colisões entre as próprias requisições. Para issoé necessário um mecanismo de resolução de colisões. Os mecanismos adotados são o deárvore n-ária e p-persistência.

Os conceitos de mini-slot, intervalo de resolução de colisões e modo deacesso do protocolo IEEE 802.14 serão apresentados no cap. 3, juntamente com umadescrição dos mecanismos de resolução de colisões e dos problemas de sincronização.

56 TS — transport stream.57 CSMA/CD — carrier sense multiple access with collision detection.

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2.4. Os vários padrões de cable modemComo resultado da crescente utilização de cable modens em outros países,

estão sendo conduzidos esforços de certificação dos diversos fornecedores em relaçãoaos padrões de mercado.

Os modens da primeira geração são os que não seguem um padrão, usamtecnologias proprietárias e não funcionam no mesmo CMTS e head-end. Os sistemasbaseados nos padrões MCNS/DOCSIS (multimedia cable network system/data-over-cable service interface specification) 1.0/1.1 – Estados Unidos – e DVB/DAVIC (digitalvideo broadcasting/digital audiovisual council) 1.3/1.4/1.5 – Europa – compõem osconsiderados de segunda geração, são os sistemas que estão no mercado atualmente –surgiram em 1997 – e são compatíveis entre si. Por último, veio o padrão IEEE 802.14,que perdeu espaço para os outros padrões, mas pretende ser o padrão para os modens deterceira geração.

Desde o início pensou-se em cable modens que fossem interoperáveis, debaixo custo e que fossem facilmente encontrados no varejo – como acontece com mo-dens convencionais e adaptadores de rede. Desse modo, as operadoras podem evitar oinvestimento de capital na compra de modens para serem alugados aos clientes e osusuários têm uma maior liberdade de escolha de fabricantes e modelos.

2.4.1. IEEE

Em maio de 1994 foi criado um grupo de trabalho no IEEE, a fim de criarpadrões internacionais para comunicação de dados sobre a rede de televisão a cabo. Oobjetivo original era submeter uma proposta em dezembro de 1995, mas esta foi adiadapara o final de 1997.

Após perder terreno para os outros padrões, o IEEE associou-se com as em-presas Broadcom e Terayon para definir a próxima geração da camada física, que su-portaria taxas de bits de 30 Mbit/s para upstream. Notícias não oficiais dizem que istotambém seria atingido na versão 1.2 do padrão DOCSIS.

Este grupo é formado, em sua maioria, por fabricantes, e o objetivo maior égarantir que o padrão atual seja facilmente adaptável às tecnologias futuras.

2.4.2. DVB/DAVIC

Este padrão é também conhecido como DVB/RCC (return channel for ca-ble) e ETSI 300 800. Inicialmente era administrado pelo DAVIC e hoje é administradopelo DVB. Poucos fabricantes desenvolvem produtos neste padrão, mas em número su-ficiente para ser um importante concorrente do padrão DOCSIS europeu.

Este padrão é baseado em um tamanho fixo de célula ATM e inclui todos ospadrões de QoS conhecidos do ATM. O padrão satisfaz os requisitos de transferência dedados de TCP/IP58 – usando AAL559 – e telefonia – ATM puro. A transmissão de voz 58 TCP/IP — transmission control protocol/internet protocol: Conjunto de protocolos de comunicação

usado para conectar computadores na Internet, constituindo o padrão de facto para a transmissão de da-dos sobre redes.

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sobre IP não é a melhor solução, mas também é possível de ser implementada. O padrãoera inicialmente desprovido de segurança (encriptação), o que foi adicionado na versão1.4. É um padrão aberto para implementações internas e externas e cobre também im-plementações de terminais interativos com um canal de recebimento fora da banda.

2.4.3. MCNS/DOCSIS

É o padrão dominante nos Estados Unidos, apesar de ainda não ter uma pa-dronização formalizada. Este padrão surgiu para atender os desejos das operadorasMSO60, que querem que os modens sejam facilmente encontrados no varejo. ABroadcom desempenhou um importante papel promovendo o padrão e a integra-ção/miniaturização dos componentes.

Este grupo é formado, em sua maioria, por operadoras de TV a cabo, e oobjetivo destes é minimizar o custo dos produtos e diminuir a janela de mercado. Paratanto, procuraram desenvolver uma tecnologia que se adequasse às necessidades dosmembros e que tivesse pouca complexidade técnica – o que não se observou na prática.A complexidade do padrão é grande; maior até que o necessário na prática. A primeiraversão do padrão – março de 1997 – não suportava QoS, requerido para aplicações detelefonia – voz sobre IP –, o que foi adicionado na versão 1.1. Inicialmente era abertoapenas para versões de modens externos com interface Ethernet, mas agora contemplatambém os modens internos e os modelos externos com interface USB – futuramente,também irá oferecer interface IEEE 139461. Originalmente desenvolvido para o mercadonorte-americano, o DOCSIS gerou uma versão voltada ao mercado europeu62 que difereapenas na camada física, sendo compatível com o padrão DVB.

As especificações da camada física – que define as técnicas de modulação –são semelhantes nos padrões do IEEE e MCNS. A especificação IEEE 802.14 suportaos Anexos A, B e C do padrão ITU J.83 – modulação QAM-64/256 para downstreamcom um throughput de 36 Mbit/s por canal de 6 MHz. O Anexo A é o padrão europeuDVB/DAVIC, o Anexo B é o padrão norte-americano MCNS e o Anexo C é a especifi-cação do padrão japonês. O padrão proposto pelo IEEE 802.14 para o upstream é base-ado nas modulações QPSK e QAM-16 – virtualmente o mesmo que o MCNS. QPSKatinge um throughput de 320 kbit/s por canal de 160 kHz.

Para o controle de acesso ao meio (MAC), o IEEE especificou ATM como asolução padrão, por causa da garantia de QoS e flexibilidade para a entrega de tráfegode vídeo, voz e dados. MCNS definiu uma estratégia diferente, usando um esquema ba-seado em pacotes de tamanho variável que favorece o tráfego IP – menor custo e com-plexidade. Ambas estabelecem como padrão uma conexão Ethernet 10Base-T para co-nectar o cable modem ao computador. 59 AAL5 — ATM adaptation layer 5: Uma das camadas de adaptação de ATM da recomendação do ITU-

T.60 MSO — multiple system operator.61 IEEE 1394 — Padrão de barramento e interface que suporta transferência de dados isócrona com taxas

de até 400 Mbit/s com entrega garantida e pode conectar até 63 dispositivos simultaneamente. Surgiu naindústria com alguns nomes proprietários, tais como: FireWire, I-link e Lynx.

62 EuroDOCSIS — Especificação equivalente ao DOCSIS voltada para o mercado europeu.

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A batalha pelo mercado norte-americano já está ganha pelo padrão DO-CSIS, mas os padrões DVB/RCC e EuroDOCSIS ainda estão disputando o mercado eu-ropeu. Alguns artigos relativos a essa disputa podem ser obtidos através de white papersdisponíveis em formato PDF63 nos seguintes endereços:

http://www.cable-modems.org/standards/DVB/dvb_rcc_wpaper.pdfhttp://www.cable-modems.org/standards/DOCSIS/DOCSIS_DVB-RC_comparison.pdfhttp://www.cable-modems.org/standards/DOCSIS/DOCSIS-in-Europe+White+Paper+v1.pdf

63 PDF — portable document format: Formato de arquivo desenvolvido pela Adobe Systems que captura

a formatação de uma grande variedade de aplicações de editoração eletrônica, tornando possível o envioe a visualização de documentos formatados.

http://www.cable-modems.org/standards/DVB/dvb_rcc_wpaper.pdf

http://www.cable-modems.org/standards/DOCSIS/DOCSIS_DVB-RC_comparison.pdf

http://www.cable-modems.org/standards/DOCSIS/DOCSIS-in-Europe+White+Paper+v1.pdf

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3. O protocolo MAC do padrão IEEE 802.14

O protocolo de acesso ao meio proposto para o padrão IEEE 802.14 (cablemodem) deve operar em ambientes muito mais hostis que os protocolos MAC existentesanteriormente. Este deve operar em um ambiente público, aonde a qualidade de serviçoe as expectativas por parte dos usuários são de extrema importância. Deve lidar comserviços interativos e de multimídia e aplicações com uma grande carência de largura debanda. O comitê IEEE 802.14 aceitou o desafio de desenvolver um padrão que funcio-nasse com os serviços e aplicações atuais e futuras.

Os aspectos mais importantes no projeto do padrão IEEE 802.14 são: sin-cronização, modos de acesso ao canal upstream e resolução de colisões. As principaisresoluções tomadas pelo comitê contemplam a compensação de RTC64, intercalação deminislots de dados e requisições concorrentes, além da resolução de colisões por múlti-plos mecanismos de resolução de colisões, usando uma árvore n-ária e um algoritmo p-persistente com regras de transmissão.

Ainda ficaram em aberto os algoritmos de alocação de minislots e sincroni-zação de requisições. Estes algoritmos do head-end não afetam a interoperabilidade,mas têm um importância crucial no desempenho.

3.1. Protocolos MAC legadosDos vários protocolos de controle de acesso existentes, dois merecem desta-

que: multiplexação por divisão de tempo e resolução de colisões. A solução ideal foidesenvolver um mecanismo híbrido, que reunisse as vantagens de ambos.

3.1.1. Multiplexação por divisão de tempo65

Esta técnica especifica um slot temporal para cada estação em um períodode tempo pré-determinado. A janela temporal contém um número fixo de slots, cada umdedicado a uma estação da rede. Quando uma estação possui um dado a ser enviado,deve esperar o seu slot de tempo dedicado e, então, transmiti-lo.

A vantagem principal deste mecanismo é a inexistência de colisões no meiocompartilhado. É a solução ideal para tráfegos de taxa de bit constante. As estações têmsempre o seu slot disponível no tempo certo, de maneira síncrona e o acesso é garantidoa todas elas de maneira justa.

Na maioria das aplicações multimídia, o tráfego ocorre em rajadas e é im-previsível. A principal desvantagem é o desperdício de recursos da rede. Se uma estaçãoestá ociosa no momento em que chega a sua vez de transmitir, o slot é desperdiçado.

64 RTC — round trip correction.65 TDMA — time division multiple access: Tecnologia para serviço de comunicação sem fio, que usa

TDM. Funciona dividindo uma radiofreqüência em slots temporais e alocando-os para múltiplos canaissimultâneos. É usado no sistema de comunicação celular GSM.

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3.1.2. Mecanismo de disputa e resolução de colisões

Este mecanismo assume que as estações, quando estão prontas para enviardados, devem competir para obter acesso ao barramento. A responsabilidade do proto-colo de controle de acesso é arbitrar o acesso, resolver as disputas e controlar o fluxo dedados, a fim de otimizar o uso dos recursos disponíveis (largura de banda). A ocorrênciade colisões é controlada pelo head-end, que age como um nó de controle central, querecebe as requisições e envia mensagens às estações através do canal de downstream.

Uma estação que deseje transmitir dados deve enviar uma requisição – emum determinado slot temporal – através do canal de upstream. O head-end ecoa a requi-sição no canal de downstream (broadcast). A estação que enviou a requisição entendeisto como uma permissão e envia os seus dados. Se ocorre uma colisão – quando duasestações enviam requisições em um mesmo slot – o head-end ecoa estas duas requisi-ções no canal de downstream. As estações que provocaram a colisão esperam um tempoaleatório e tentam novamente enviar requisições. Dependendo da distância entre as esta-ções e o head-end, este mecanismo gera problemas de alocação do canal, devido aoatraso na propagação ao longo da rede. Uma estação que esteja mais perto do head-enddetecta as informações mais cedo que outra mais distantes.

Outra desvantagem que ocorre neste mecanismo é que a QoS deve ser nego-ciada previamente pela estação. Esta deve conformar o tráfego de acordo com o que foinegociado, tornando-se um problema quando ocorre tráfego ABR, CBR, VBR e UBR66

na mesma estação.

3.2. ObjetivosAs estações não podem ouvir diretamente as transmissões umas das outras

no canal upstream e, portanto, são incapazes de detectar colisões e coordenar as suastransmissões sozinhas. Com o uso de um controle de acesso, as estações dentro de umamesma ramificação podem compartilhar a largura de banda disponível. Para o canal dedownstream, o problema de multiacesso não existe, pois somente o head-end podetransmitir dados nesta direção. Parte deste canal é usado também para transmitir infor-mações de controle e resposta a requisições.

O ATM Forum e o comitê IEEE 802.14 criaram critérios e objetivos queguiaram a avaliação das diferentes propostas de padronização do protocolo MAC queforam sugeridas por diferentes fabricantes.a) Suporte a serviços orientados e não-orientados à conexão.b) Suporte ao conceito de qualidade de serviço baseado em cada conexão. Cada cone-

xão deve poder especificar seus requerimentos de largura de banda, atraso (delay) ejitter.

c) Conformação do acesso à largura de banda de acordo com a aplicação (ABR, CBR,VBR e UBR).

d) Interoperabilidade com ATM.

66 UBR — unspecified bit rate: Taxa de bit que não garante nenhum nível de throughput. Usada para

aplicações que toleram atrasos, como transferência de arquivos.

50


e) Arbitragem justa para o acesso ao meio compartilhado em qualquer nível de serviço.f) Simplicidade e ordenação eficiente.g) Implementação com pouca complexidade, para baratear os custos – hardware e

software.h) Fácil instalação e ativação.i) Fácil manutenção, facilitando o abastecimento, manutenção, operação e administra-

ção.j) Monitoramento preciso sobre a utilização dos canais.k) Oferecimento de um nível de proteção contra um terminal em falha, que realize

transmissões de maneira descontrolada.l) Projetado para arquitetura em árvore.m) Acesso justo a todas as estações, independente da distância e da posição desta na

rede. Deve haver justiça na alocação da largura de banda entre múltiplas requisiçõessimultâneas. Aplicações sensíveis a atrasos deve receber prioridade, a fim de nãohaver degradação na qualidade de serviço estipulada.

n) Reações ágeis para o controle de tráfego e de seu comportamento (controle de fluxoe congestionamento), para garantir um número de pacotes transmitidos que não ul-trapasse os limites de degradação do desempenho.

o) Robustez para enfrentar situações de falha e congestionamento, sem perda de dadosou necessidade de restabelecimento da conexão.

p) Prevenção de colapsos causados por congestionamento.q) Deve minimizar a variação no o atraso de células de tráfego CBR e promover a sin-

cronização do relógio da rede.Baseando-se nestas características, alguns dos maiores fabricantes de equi-

pamentos para TV a cabo submeteram suas propostas ao comitê (tab. 3.1). O protocoloescolhido como padrão reúne características de todos estes.

Tabela 3.1 — Propostas oficiais para o protocolo MACCabletron Systems Inc. A Simple and Efficient Multiple Access Protocol (SEMAP)

NEC Corporation Frame Pipeline Polling (FPP)Zenith Electronics MAC Layer Protocol Proposal: Adaptive Random Access

Protocol for CATV NetworksGeneral Instrument Corporation MAC for HFC

Scientific Atlanta (Georgia Institute of Technology) Extended distributed queuing random access protocol(XDQRAP)

National Tsing Hua University General Multilayer Collision Resolution with Reservation: aMAC protocol for broadband communication network

Philips Research Laboratories General MACLucent Technologies Adaptive Digital Access Protocol (ADAPt): a MAC protocol

for multiservice broadband access networksLANcity Corporation A MAC ProtocolHybrid Network Inc. MultiMedia MAC (M3)

Com21, Inc. The UPSTREAMS Protocol for HFC NetworksAmati MAC Protocol to Support Both QPSK and SDMT

Panasonic Technologies, Inc. Collisionless MACIBM Corporation MAC-Level Access Protocol (MLAP)

51


3.3. SincronizaçãoComo o atraso de propagação sobre a rede HFC é significante – pode ser

maior que o tempo de transmissão –, o MAC deve ter um controle de sincronização, si-milar ao CSMA/CD67 da rede Ethernet. Cada estação tem um tempo de propagação di-ferente até o head-end. Quando o head-end reserva um slot de tempo para uma determi-nada estação, esta deve adaptar seu tempo de transmissão de acordo com seu tempo depropagação, para que o quadro transmitido seja encaixado no slot de tempo que lhe foidesignado. Como cada estação sabe o seu tempo de propagação e como utilizá-lo paracalcular o tempo de propagação? Isto também é função do protocolo, que define os slotsde emparelhamento.

Cada estação deve também saber a referência de tempo global e sua RTC.De posse destas informações, cada estação pode transmitir com precisão os dados nominislots a ela designado pelo head-end. Evitam-se, assim, colisões e períodos ociososdevido às diferentes posições relativas das estações.

3.4. Modos de acessoQuando é conectada à rede, uma estação precisa passar por um processo de

inicialização, a fim de obter alguns parâmetros de rede. O aspecto mais importante dainicialização é o posicionamento desta, que define o parâmetro de correção RTC. O va-lor do RTC corresponde à diferença entre o tempo máximo de propagação de ida e voltada rede e o tempo de propagação de ida e volta da estação.

Existem três modos de acesso possíveis (fig. 3.1): modo de acesso reserva-do, em disputa e isócrono. Entretanto, devido ao fato do acesso imediato desperdiçarmuita largura de banda na ocasião de uma colisão, o modo de acesso em disputa não éusado.

3.4.1. Modo de acesso reservado

Oferece a habilidade de designar dinamicamente a largura de banda paracada requisição feita. A estação deve enviar uma requisição, informando quanta largurade banda necessita. O head-end reserva a banda para esta estação, de acordo com seualgoritmo de sincronização. Os conceitos de minislot, piggybacking e intervalo de reso-lução de disputas68 são introduzidos no padrão, para reduzir o desperdício de largura debanda devido a colisões, para reduzir a freqüência de disputas e para intercalar dados erequisições, respectivamente.a) Minislot — Cada canal upstream é dividido no tempo em um fluxo de minislots

numerados. A duração de um minislot é igual ao tempo necessário para a transmis-

67 CSMA/CD — carrier sense multiple access/collision detection: Tipo de protocolo de resolução de co-

lisões que define uma série de regras, que determinam como os dispositivos de rede devem reagir quan-do dois deles tentam usar o mesmo canal de dados simultaneamente – colisão. Depois de detectar umacolisão, o dispositivo deve esperar um tempo aleatório e tentar transmitir novamente. Se o dispositivodetectar uma nova colisão, deve esperar um tempo duas vezes maior que o anterior, tentar transmitirmais uma vez e assim por diante. Este método é conhecido como back off exponencial.

68 CRI — contention resolution interval ou collision resolution interval.

52


são de oito octetos de dados. O PDU do protocolo MAC que ocupa um únicominislot é chamado de miniPDU e é usado durante as disputas com o propósito derequisição de largura de banda. Um certo número de minislots pode ser alocado pelohead-end e usado pela estação para transmitir células ATM e células de tamanho va-riável. Assume que o tamanho de um PDU normal é k vezes o tamanho do minislot.Se uma colisão ocorre durante a transmissão direta de um PDU, k vezes mais largu-ra de banda é desperdiçada.

b) Requisição piggyback para transmissões subseqüentes — Se uma estação alocouminislots para a transmissão de dados e uma nova requisição chega à estação, elapode adicionar a requisição ao seu próximo PDU a ser transmitido, ao invés de en-viar a requisição em um miniPDU. Do mesmo modo que este último, a requisiçãoadicionada é confirmada imediatamente. Este mecanismo garante que somente aprimeira parte de uma transmissão em rajada deve competir por minislots de requisi-ção.

c) Intervalo de resolução de disputas — Tempo máximo requerido para que todas asestações na rede detectem se a requisição enviada em um minislot foi bem-sucedidaou colidiu com outras – deve ser maior ou igual ao atraso de propagação do canal.Isto significa que um nó irá receber o resultado da disputa no canal de downstreamantes do início do próximo CRI.

Os passos para a requisição e a concessão da primeira transmissão são osseguintes:a) a estação recebe uma mensagem do head-end no canal de downstream, informando

quais minislots estão disponíveis para o envio de requisições;b) a estação escolhe um minislot de acordo com o algoritmo de disputa e coloca o seu

identificador e os dados que deseja transmitir no minislot a ela determinado;c) a estação espera um intervalo fixo de tempo até que o head-end envie a resposta

para a transmissão;d) se a resposta recebida é negativa, significa que ocorreu uma colisão. A partir daí, a

estação entra no algoritmo de resolução de disputas com as outras estações envolvi-das na colisão;

e) se a resposta recebida é positiva, significa que não ocorreu uma colisão. A partir daí,o head-end envia uma mensagem de concessão, para informar a estação quandotransmitir e a quantidade de dados permitidos, ou uma mensagem de recusa, infor-mando que o acesso não foi permitido.

3.4.2. Modo de acesso isócrono

Este modo de acesso tem como objetivo suportar aplicações CBR. As esta-ções devem sinalizar ao head-end, para estabelecer conexões antes da transmissão dedados, enviando uma requisição. Após o recebimento por parte do head-end, a requisi-ção é prontamente confirmada. Se o acesso é concedido, o head-end aloca constante-mente minislots para satisfazer as taxas requisitadas e informar periodicamente a esta-ção sobre em qual minislot deve iniciar a transmissão e quantos são concedidos a ela.Uma estação que estabeleceu uma conexão CBR não necessita fazer nova requisição

53


para continuar transmitindo dados, mas deve enviar uma requisição para avisar o fim datransmissão.

3.4.3. Modo de acesso imediato

Neste modo de acesso, o head-end pode fornecer uma largura de banda nãoalocada – toda a largura de banda, quando a rede estiver completamente ociosa. Nor-malmente, a largura de banda é dividida em unidades menores para a transmissão de pa-cotes pequenos e eventos de curta duração – um botão pressionado, por exemplo.Transmissões de pacotes grandes e eventos de maior duração devem usar os modos deacesso reservado e isócrono.

inicialização

pronta

transmissãode dados

minislot deconfirmação

esperandopermissão

resoluçãode colisão


e requisiçãopiggyback

minislot deconfirmação

conexãoestabelecida

resoluçãode colisão


colisão

completa

ociosa

espera

sucesso

chegada detráfego

conexãofechada

colisão

chegada detráfego

chegada detráfego

chegada detráfego

sucesso completa

ACESSOIMEDIATO

ACESSOISÓCRONO

ACESSORESERVADO

Figura 3.1 — Diagrama de estados do protocolo de upstream do HFCFonte: [LIN 98]

3.5. Resolução de disputasExistem alguns obstáculos impostos pelas características das redes HFC.

Como as estações não podem monitorar colisões, esta informação deve ser provida pelohead-end. O algoritmo deve levar em conta os atrasos na propagação das mensagens. Seo número de slots de disputa é pequeno e se eles estão localizados no início do quadro(frame), pode acontecer de uma estação receber a resposta antes do fim do quadro e

54


tentar retransmitir já no próximo quadro, se sua solicitação sofreu uma colisão. Entre-tanto, se o número de slots de disputa é grande ou variável, as estações devem pular umquadro antes de retransmitir. Existem, basicamente, dois tipos de algoritmos de resolu-ção de disputa: árvore n-ária e p-persistente adaptativo [AZZ 97].

O algoritmo baseado em árvore n-ária funciona com um princípio básico desubdivisão em subconjuntos e subníveis. Quando uma colisão ocorre, todas as estaçõesenvolvidas separam-se em n subconjuntos e cada uma seleciona aleatoriamente umnúmero entre 1 e n . Basicamente, permite-se que um subconjunto retransmita primeiro,enquanto os subconjuntos de 2 a n esperam. Pode-se pensar como uma pilha, na qual aposição representa o número de slots que a estação deve esperar antes de retransmitirsua requisição. Se ocorrer uma segunda colisão, o primeiro subconjunto divide-se no-vamente. Os subconjuntos que estão em espera na pilha deve ser deslocados 1n − posi-ções para deixar lugar para as estações que acabaram de colidir. Se não ocorrer novacolisão, as estações que estão no topo da pilha podem transmitir novamente a requisi-ção.

A definição original assumia que as estações recebiam a resposta imediata-mente. No entanto, as estações devem esperar, no mínimo, o início do próximo quadroantes de receber a resposta e tentar retransmitir. O algoritmo foi modificado, levando-seem conta os atrasos na propagação. Seja o quadro 1j − , contendo ( )1jc − minislots quecolidiram. Todas as estações envolvidas nos primeiros slots são despachadas nos primei-ros n slots; as estações envolvidas no segundo grupo usam os próximos n slots. Gene-ralizando-se, as estações envolvidas nos i-ésimos slots que sofreram colisão ficam emum subconjunto entre os slots 1ni +⋅ e ( ) n1i ⋅+ . Se o quadro j contém p slots emdisputa, os primeiros p subconjuntos podem retransmitir, com o i-ésimo subconjuntotransmitindo no i-ésimo slot. Os outros subconjuntos aguardam na pilha. Se jc ⋅ novascolisões ocorrerem no quadro j , os subconjuntos em espera devem ser deslocados de

( ) pjcn −⋅ posições. n é arbitrado em 3 .Os novos pacotes que chegam podem ser manipulados de duas maneiras. Se

o algoritmo é do tipo não-bloqueante, as novas estações transmitem sem esperar emqualquer slot escolhido aleatoriamente. Se o algoritmo é bloqueante, as novas estaçõesnão podem usar slots reservados para resolução de colisões; elas são colocadas direta-mente no topo da pilha. Quando as estações estão aptas a transmitir, elas selecionamaleatoriamente um slot entre os restantes.

O algoritmo de p-persistência adaptativo é uma variação do protocoloALOHA69 para quadros com múltiplos slots de disputa. As estações mais recentementeativadas e as estações em estado de colisão têm igual probabilidade de acesso 1p0 ≤<aos slots de disputa dentro de um mesmo quadro. Antes de uma estação tentar transmi-tir, um número é aleatoriamente gerado entre 0 e 1. Se este valor for menor que p , aestação transmite; em caso contrário, a estação espera. Uma característica deste algorit-

69 ALOHA — Protocolo para transmissões de rádio terrestres e de satélite. No ALOHA puro, um usuário

pode transmitir a qualquer tempo, mas corre o risco de colisões com mensagens de outros usuários. Oslotted ALOHA reduz a chance de colisões fazendo divisão dos canais em slots temporais e exigindoque os usuários transmitam apenas no início de um slot.ALOHA foi a base para o padrão Ethernet.

55


mo é que a transmissão (ou não-transmissão) independe de tentativas anteriores. Nãoexiste um estado ou “memória”.

A probabilidade é calculada como N1p = , onde N é o número de estaçõesenvolvidas. No algoritmo p-persistente, a probabilidade p é ajustada cada vez que ocor-re uma transmissão bem-sucedida. É determinada por uma estimativa no número de es-tações acumuladas na pilha, calculada pelo head-end e enviada às estações pelo canal dedownstream. A estimativa ( )1jN + do número de estações acumuladas no j+1-ésimoquadro é determinada por:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

+

−+−

−+−−−−−=+ 1jMS

e1jMS2e

1jnc1jnb1jno1jNn1jN ,,minmax ,

onde n é o número de estações, ( )jMS é o número de minislots no j-ésimo quadro e( )jno , ( )jnb e ( )jnc são o número de minislots no j-ésimo quadro ociosos, bem-

sucedidos e em colisão, respectivamente.Aqui, a estimativa para o j+1-ésimo quadro é determinado pelos parâmetros

do j–1-ésimo quadro. Isto se deve ao fato da resposta do j–1-ésimo quadro não ser rece-bida por todas as estações antes do início do j-ésimo quadro. O número de minislotspermitidos em um quadro pode ser restringido, de modo que a resposta de um quadro érecebida por todas as estações antes do início do próximo quadro. Neste caso, a estima-tiva para o j-ésimo quadro é determinada pelos parâmetros do j–1-ésimo quadro. Quan-do uma estação precisa fazer uma requisição no quadro j , é gerado um número aleató-rio ij , uniformemente distribuído no intervalo ( )[ ]jN1, . Se ij for menor ou igual ao nú-mero de minislots no quadro, ela fará sua requisição no ij-ésimo minislot. Do contrário,tentará fazer sua requisição no próximo quadro, usando a estimativa para este quadroem particular.

3.6. Desempenho do protocolo MACO processo de avaliação das propostas submetidas ao comitê IEEE 802.14

seguiu três etapas, que levaram à escolha de um protocolo padrão. Em um primeiro pas-so, foi construído um modelo e a especificação de ambientes de teste. A seguir, os mo-delos foram implementados, a fim de obter-se resultados através de simulação. O últimopasso foi a análise dos resultados obtidos.

3.6.1. Algoritmo árvore n-ária versus algoritmo p-persistente adaptativo na resoluçãode disputas

Foram realizadas muitas simulações a fim de comparar os algoritmos de ár-vore ternária – n-ária com 3n = – e de p-persistência. A comparação é realizada emambientes realísticos, com diferentes tipos de tráfego – rajada e pacotes de pequeno egrande comprimento – e cargas, além de condições transientes e estáveis.

56


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 1 2 3 4 5 6carga (em milhares de pacotes por segundo)

atra

soo

méd

io d

a re

quis

ição

(ms)

p-persistente adaptativo árvore ternária não-bloqueante árvore ternária bloqueante

Figura 3.2 — Atraso médio da requisição versus cargaFonte: [AZZ 97]

A fim de separar o componente de resolução de disputas do componente dealocação de largura de banda, foi medido o tempo que um pacote de requisição levapara atingir o head-end. Este tempo é a soma do atraso da requisição, do atraso na filadentro do head-end e dos tempos de propagação e transmissão.

carga de 50 %

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 50 100 150 200 250 300tempo x (ms)

prob

abili

dade

do

atra

so m

édio

ser m

enor

que

x

p-persistente adaptativo árvore ternária bloqueante

Figura 3.3 — Probabilidade do atraso médio ser menor que um tempo xFonte: [AZZ 97]

A (fig. 3.2) ilustra o atraso médio da requisição versus a carga gerada pelasestações para os algoritmos p-persistente adaptativo, árvore ternária bloqueante e árvore

57


ternária não-bloqueante quando o ciclo de requisição e resposta dura aproximadamente3 ms em um canal de upstream de 3 Mbit/s, com 32 minislots de disputa e requisiçõesque ocupam dois minislots. Os testes foram feitos com pacotes de 64 bytes – 48 bytes decarga e 16 bytes de controle do MAC –, gerados de acordo com uma distribuição dePoisson, com média variável para cada carga.

O desempenho do algoritmo de árvore ternária bloqueante é melhor em to-dos os casos, vindo o p-persistente adaptativo em segundo lugar. Em regiões de baixacarga – onde o número de colisões é relativamente pequeno –, o desempenho dos três épraticamente igual.

Outro teste foi a aplicação de uma estratégia de alocação de largura de ban-da no head-end e foi observada a função densidade de probabilidade do atraso de acessopara uma estação – o tempo decorrido desde a geração do pacote até o seu recebimentopelo head-end. A (fig. 3.3) mostra a função de densidade cumulativa para os algoritmosde árvore ternária bloqueante e p-persistente adaptativo com 50 % da capacidade decarga. Novamente, o desempenho do algoritmo de árvore ternária bloqueante mostrou-se melhor.

3.6.2. Alocação de largura de banda

Tabela 3.2 — Probabilidades versus tamanho das mensagensTamanho da mensagem (bytes) Probabilidade

64 0,6128 0,06356 0,04512 0,02

1024 0,251518 0,03

Fonte: [AZZ 97]

Uma das características principais do algoritmo de alocação de largura debanda do protocolo MAC é a atualização da proporção entre o slot de disputa e o slot dedados no canal de upstream, que é controlada pelo head-end. Existem dois métodos:fixo e variável.

No método fixo, o número de slots de disputa e slots de dados reservados nociclo requisição/resposta é fixo. A (fig. 3.4) mostra o atraso no acesso quando a carga évariada, para proporções entre slots de disputa e slots de dados de 1:1, 2:1 e 3:1. O trá-fego utilizado foi uma fonte em rajada, com um modelo de chegada em lote de Poisson.A (tab. 3.2) mostra as probabilidades e os tamanhos das mensagens geradas. O tempoentre a chegada de mensagens é distribuído exponencialmente e varia de acordo com acarga. O tempo do ciclo é de 3 ms em um canal de 3 Mbit/s. O número máximo de esta-ções foi de 200 e o tamanho da requisição foi de 32 bytes. Para a resolução de colisões,foi usado o algoritmo de árvore ternária bloqueante.

Observa-se que a proporção que apresenta melhores resultados para este trá-fego em particular é a de 1:1. Resultados adicionais de simulação, entretanto, mostraramque a proporção ótima depende do padrão de tráfego. Quando a proporção aumenta, os

58


atrasos têm tendência a aumentar, pois existem menos slots de dados disponíveis paratransmissão de dados.

10

20

30

40

50

60

70

80

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75

carga (milhares de pacotes por segundo)

atra

so m

édio

de

aces

so (m

s)

1 slot de disputa × 1 slot de dados 2 slots de disputa × 1 slot de dados 3 slots de disputa × 1 slot de dados

Figura 3.4 — Atraso médio de acesso versus carga, para proporções fixas de slots de dispu-ta e slots de dados

Fonte: [AZZ 97]

razão CS/DS variável

10

15

20

25

30

35

40

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2

carga (milhares de pacotes por segundo)

atra

so m

édio

de

aces

so (m

s)

alocação prioritária de minislot alocação prioritária de slot de dados

Figura 3.5 — Atraso médio de acesso versus carga, para proporções variáveis de slots dedisputa e slots de dados

Fonte: [AZZ 97]

No método variável, o head-end varia a proporção, baseado no tráfego. Aquiexistem dois métodos para calcular a melhor proporção. O que dá prioridade para osslots de dados calcula o número de slots de dados necessários e transforma os restantes

59


em slots de disputa. O outro método calcula o número de slots de disputa necessários edeixa os que sobraram como slots de dados. A (fig. 3.5) mostra o atraso médio de aces-so para os dois métodos, usando um algoritmo de árvore ternária bloqueante para a re-solução de disputas. Os padrões de tráfego e condições da rede foram os mesmos usadosna simulação anterior (fig. 3.4 e tab. 3.2). Nota-se claramente que os dois métodos sa-em-se melhor que o método de proporção fixa.

3.7. O protocolo MAC selecionadoApós a avaliação do desempenho conduzida por simulações, foi criado um

consenso em torno da forma final do protocolo MAC, que combina várias característi-cas das quatorze propostas originais submetidas ao comitê. O acordo foi firmado com odocumento IEEE 802.14-96-112R2.

As características principais do protocolo MAC especificado são a habilida-de de suportar transferência de células ATM e de pacotes de tamanho variável e manter,ao mesmo tempo, alta QoS. O canal de upstream é dividido no tempo em unidades bási-cas, chamadas minislots – a menor unidade de transmissão. Existem vários tipos deminislots. Suas funções são definidas pelo head-end e são conduzidos para cada estaçãoatravés das mensagens de controle do downstream. Vários deles podem ser combinadospara formar um único PDU70, célula ATM ou célula de tamanho variável. Não existemestruturas de quadro fixos. O canal de upstream é visto como um fluxo de minislots. Oalgoritmo de resolução de disputas é baseado no algoritmo de árvore ternária com per-sistência variável de entrada de novos pacotes.

A implementação da maioria dos algoritmos do head-end para a alocação delargura de banda e permissão de requisições ficará a cargo dos fabricantes. O endereça-mento das estações deve prover mecanismo para a distinção entre elas. Cada estação –além do endereço de 48 bits do MAC IEEE 802 – deve ter um identificador local de 14bits.

O controle da largura de banda do canal upstream define o tipo e a estruturados minislots. O PDU do canal upstream também especifica o formato de dados de cé-lulas ATM ou células de tamanho variável em fragmentos de tamanho variável, para umtransporte mais eficiente dos tipos de tráfego LLC71.

Os formatos de dados do downstream especificam o fluxo de dados comounidades de alocação de 6 bytes de comprimento. Fragmentos de tamanho variável ecélulas ATM podem ser enviados pela concatenação de várias células básicas. Definemtambém o formato das células de gerenciamento da largura de banda do canal down-stream transmitidas em células ATM. Cada uma delas pode carregar um certo númerode elementos de informação: permissão, alocação – alocação de minislots de requisição– e resposta – resposta de requisição de minislots de disputa.

Descreve também o mecanismo de entrada e manutenção das estações emoperação. Isto inclui ordenação, balanceamento, resolução de disputas, sincronizaçãotemporal, transmissão em fila e segmentação de mensagens. A encriptação e decriptação

70 PDU — protocol data units.71 LLC — logical link control.

60


é feita com o algoritmo DES. As primitivas das interfaces das camadas PHY72 e TC73

são definidas no head-end e nas estações.

3.7.1. Formatos de dados

Os dados no upstream (fig. 3.6) são organizados em pequenas rajadas. Opadrão DAVIC/DVB exige que estas rajadas tenham tamanho fixo, enquanto o padrãoMCNS especifica rajadas de tamanho variável. Utiliza correção de erros Reed-Solomon.O padrão DAVIC/DVB utiliza uma célula ATM por rajada e 18 slots a cada 3 ms.

carga útil ATM gap cabeçalho ATMpreâmbulo gap preâmbulocarga útil ATM

Figura 3.6 — Estrutura do quadro de upstream

Devido às breves rajadas, o demodulador precisa de um sinal para delimitaras seqüências de dados – preâmbulo. Para isto, utiliza uma palavra de 16 ou 32 bits(unique word). Sem este mecanismo, o demodulador interpretaria ruídos como dados eestaria ocupado quando estes chegassem. Além disso, provê a ressincronização a cadarajada.

Os dados no downstream (fig. 3.7) são organizados de acordo com a especi-ficação MPEG TS (transport stream), que consiste de um bloco de dados de 188 ou 204bytes de comprimento com um byte fixo de sincronização no início. O algoritmo de cor-reção de erros Reed-Solomon – corrige até 6 erros dentro dos 204 bytes – utiliza 16bytes, deixando 187 bytes para o cabeçalho e a carga útil.

byte desincronização

carga útil MPEG cabeçalhoMPEG

byte desincronização

carga útil MPEG

Figura 3.7 — Estrutura do quadro de downstream

Aqui existe uma diferença nos vários padrões. Alguns permitem várias for-matações de dados dentro do MPEG TS. Para o padrão DVB/DAVIC, o quadro dentrodo MPEG TS é simplesmente um fluxo de células ATM. Os dados podem ser endereça-dos a um único cable modem, a um grupo ou todos.

72 PHY — :Camada física do IEEE 802.1473 TC — transmission convergence sublayer: Subcamada da camada física (PHY) do IEEE 802.14

61


4. Comparação das tecnologias DSL e cable modem

A partir das resoluções do governo norte-americano ocorridas em 1996, ascompanhias telefônicas e as operadoras de TV a cabo passaram a competir pelos mes-mos segmentos de mercado de serviços interativos e fornecimento de largura de bandapara transmissão de dados. Quem deve lucrar com esta competição é o usuário, devido àacirrada guerra de preços que deve surgir e aos serviços agregados que serão oferecidosem uma opção ou outra.

O tempo previsto para a implementação dos serviços não deverá ser o fatormais importante na decisão do usuário sobre qual serviço contratar. Em diversos países,tanto a tecnologia DSL como cable modem já estão disponíveis em algumas cidades.No Brasil, grande parte das companhias telefônicas e das operadoras de TV a cabo jáestão com a infra-estrutura pronta.

Cada uma das tecnologias exibem algumas características boas e algunspontos fracos. Sem o estabelecimento de alguns parâmetros e critérios, qualquer compa-ração torna-se subjetiva e pouco produtiva. Para o consumidor final – o teste crucial –,tanto faz o que está por trás da tecnologia. O que interessa a ele são os serviços ofereci-dos e o custo associado.

Os critérios mais importantes a serem levados em conta são:largura de banda e banda efetiva disponibilizada;escalabilidade;serviços disponíveis;segurança;custos;compatibilidade com o serviço telefônico ou serviços de transmissão de voz;disponibilidade dos serviços;confiabilidade;mercado.

4.1. Largura de banda e banda efetiva disponibilizadaUm usuário de cable modem tem, no geral, uma largura de banda de 30

Mbit/s de downstream, compartilhada com cerca de 500 a 2.000 outros usuários. Para oupstream, a largura de banda disponível é de 2 Mbit/s, novamente compartilhada. Comum controle de tráfego adequado, é possível oferecer aplicações com pouca degradação,mas mesmo assim, a largura de banda não é dedicada. Estas velocidades representamtaxas de pico, nas quais o usuário pode receber e transmitir dados, durante as fatias detempo que o meio é alocado para ele. Não é possível que todos os assinantes possam fa-zer transferências de dados a estas taxas, simultaneamente. A largura de banda médiaefetiva disponibilizada para cada usuário depende da ocupação da rede – a largura debanda percebida é variável. Se um grande número de usuários tenta realizar uma trans-missão simultaneamente, o serviço sofre deterioração – semelhante ao que ocorre emuma rede local.

62


Isto é dependente dos hábitos dos usuários, do período do dia e das aplica-ções que existem ou que surgirão no futuro. O sistema de TV a cabo sofre um pico deutilização a partir do final da tarde, quando as pessoas chegam em casa do trabalho efica um pouco mais ocioso a partir do início da madrugada. A previsão é que isto ocorratambém com o acesso à Internet, quando as pessoas estiverem mais acostumadas comconexões permanentes. Hoje em dia, os hábitos dos usuários que têm acesso discadodependem dos horários de tarifação diferenciados praticados pelas companhias telefôni-cas. Nos horários de pico, o sistema pode alocar canais menos congestionados para au-mentar o throughput, mas isto tem um limite. A adição de mais canais no espectro, alémdas especificações atuais, é tecnicamente possível, mas o custo é alto. Os amplificadoresda rede HFC precisariam ser trocados ou modificados. Os modens também precisariamser substituídos por outros com maior agilidade para realizar as mudanças de freqüên-cias necessárias para mudar de um canal para outro.

A tecnologia DSL oferece uma conexão ponto-a-ponto, não compartilhada.A largura de banda, entretanto, varia de acordo com a qualidade do cabeamento – par defios de cobre – e da distância a partir da central telefônica. As taxas de transferência dedownstream para o ADSL variam entre 1,5 e 8 Mbit/s, enquanto as taxas de upstreamvariam entre 16 e 640 kbit/s. O ADSL lite oferece velocidades de downstream de 64kbit/s a 1,5 Mbit/s de upstream variando entre 32 e 512 kbit/s.

A conexão ADSL é dedicada a um único usuário, mas pode ocorrer conges-tionamento do DSLAM na central telefônica e nos troncos de acesso da rede telefônica.O upgrade destes é um procedimento de rotina para as companhias telefônicas – devidoao aumento na demanda de serviços de voz – e resolve também o problema para atransmissão de dados.

Um estudo da revista americana Boardwatch, voltada para provedores deacesso, mostra que a variação de protocolos entre pontos de rede, roteadores e gatewaysfaz com que a taxa disponibilizada por um backbone de 1.5 Mbit/s caia para 400 kbit/squando chega ao provedor e chegue a míseros 90 kbit/s quando as informações são bus-cadas em outros servidores. “A promessa de velocidades superiores a 1 Mbit/s não fazsentido algum atualmente. Testes práticos de DSL mostram que mesmo backbones de 8Mbit/s apresentam resultados similares às demais tecnologias de acesso”, avalia PeterGeier, gerente de marketing da Eicon Technology. Geier admite que as linhas DSL de-verão substituir as ISDN, porém a longo prazo. “DSL é coisa para daqui a, no mínimo,cinco anos. Até lá, os cable modens terão bastante tempo para se popularizar e, então,irão precisar de uma solução capaz de garantir alta velocidade de upload e, ao mesmotempo, dar segurança à troca de dados via cabo. Aí está o futuro da tecnologia DSL”,afirma ele [PAV 99a].

Nos momentos em que a rede estiver pouco ocupada, com poucos usuáriosquerendo transmitir, o cable modem oferece ao usuário a largura de banda máxima dis-ponível para a transmissão, que chega a ser maior que a largura de banda disponibiliza-da para o serviço ADSL. A partir do momento em que o cable modem começar a serusado por uma parcela maior de assinantes, podem começar os problemas. A largura debanda compartilhada será um problema nos horários de pico de utilização da rede, poisvários usuário estarão competindo para a transmissão pelo canal upstream. Aqui, ficaevidente a vantagem da conexão dedicada do ADSL.

63


Quanto ao canal de downstream, o problema não será mais o canal em si,mas a capacidade do head-end ou da central telefônica de transmitir os dados. A centraltelefônica (DSLAM) precisa, ainda, fazer o roteamento dos dados, ao contrário do head-end, que transmite os dados em broadcasting. Em ambos os casos, é aconselhável queos provedores de serviço mantenham um provedor de conteúdo próprio, além de servi-dores de cache (ou proxy) com os dados provenientes de fora da sua rede. Sem isto, cor-rem o risco de que a conexão entre o head-end – ou a central telefônica – e o usuárionão seja mais o gargalo da rede, mas sim o backbone.

Devido à própria natureza das aplicações, é plenamente satisfatória a con-tratação de um serviço assimétrico. No entanto, DSL leva vantagem por oferecer tam-bém serviços simétricos. Uma empresa que queira disponibilizar o seu servidor para osfuncionários pode contratar um serviço DSL simétrico – RADSL ou SDSL, por exem-plo – para garantir uma grande vazão de dados também no canal de upstream.

4.2. EscalabilidadePara o suporte ao serviço de cable modem, as operadoras de TV a cabo de-

vem ter toda a rede transformada para HFC. Para o provedor de serviços, isto representaum alto custo inicial. Além disso, uma pequena parcela da rede existente hoje em diasuporta transmissão bidirecional. É necessária uma linha telefônica para a transmissãode dados (upstream), um custo a mais para o usuário.

Antes de oferecer o serviço DSL, a companhia telefônica faz alguns testesde qualificação do laço do assinante e determina se alguma modificação é necessáriapara condicionar a linha. Após esta etapa, basta mudar fisicamente o par telefônico dousuário do comutador telefônico para o DSLAM, dentro da própria central telefônica.No momento em que o número de usuários em uma zona geográfica atingir um deter-minado patamar, serão criados nós de acesso locais, para desafogar o cabeamento queentra na central telefônica. O cable modem, por sua vez, exige que o provedor de servi-ços já tenha toda a rede instalada e atualizada antes de comercializar o serviço.

A única exigência para a qualificação de um laço local é que não existambobinas (loading coils) nem ramificações – “gatos” ou extensões – na linha. As bobinasagem como filtros passa-baixa, bloqueando as altas freqüências. As ramificações agemcomo derivações e capacitâncias parasitas, criando um filtro passa-banda.

4.3. ServiçosO protocolo IEEE 802.14 para o cable modem com conformação de tráfego

pode suportar serviços CBR, VBR e ABR. Se os serviços ABR forem gerenciados pelocable modem, as células RM provenientes de todos os cable modens ativos poderãocongestionar o canal de upstream, que é compartilhado por todos os usuários.

Um problema crucial do cable modem para alguns usuários é não podercontar com um endereço IP estático ou serviços de resolução de nomes (DNS). Comisto, fica muito difícil administrar qualquer tipo de servidor – web ou correio eletrônico,por exemplo – que use um endereço de domínio. Algumas operadoras bloqueiam tam-bém a porta 25, usada pelo protocolo SMTP, impedindo o recebimento de mensagenspelo correio eletrônico. Podem surgir, ainda, problemas com o envio de mensagens, pois

64


o servidor recipiente pode recusar o recebimento de mensagens que tenham como rotareversa um endereço IP dinâmico ou um nome que não possa ser resolvido.

ADSL pode suportar serviços CBR, VBR e ABR. Para oferecer serviços detransmissão de sinais de televisão, está previsto um serviço no qual o usuário selecionaum canal de TV e este é transmitido – com compressão, basta uma largura de banda de2 a 4 Mbit/s – através da conexão DSL. O número de canais oferecidos fica limitadosomente pela capacidade do servidor instalado na central telefônica. Esta possibilidadediminui o apelo das operadoras de TV a cabo, pois passam a ter concorrência tambémnos serviços de transmissão de programas de TV.

4.4. SegurançaDevido à natureza do cable modem, com meio compartilhado, este é mais

vulnerável a usos impróprios, escutas e roubo de serviços. Os sinais de todos os modenstrafegam sobre o mesmo canal de downstream, criando chances para a instalação de es-cutas ou “grampos”, exceto nos pontos onde o tráfego é feito em cabos de fibra óptica.O uso de encriptação e autenticação é vital. Recursos compartilhados, como acionadoresde discos e impressoras sofrem também com este problema.

Como a conexão é ponto-a-ponto, escutas feitas a partir da conexão do usuá-rio não são possíveis. Para isso, seria necessário o conhecimento dos parâmetros esta-belecidos durante a inicialização da conexão, a fim de tentar burlar a segurança a partirdo DSLAM, localizado na central telefônica.

4.5. CustosApesar da complexidade dos módulos de segurança e do hardware extra

exigido para o protocolo MAC e para o modulador e sintonizador de radiofreqüência, ocusto de um cable modem gira ao redor de R$ 500.

Em São Paulo, o preço de instalação do @Jato – empresa da TV Abril – éde R$ 59, mais o custo com a mensalidade do serviço – cerca de R$ 69. O preço dos ca-ble modens variam entre R$ 499 e R$ 591 [EMP 99]. O primeiro mês de assinatura égrátis. Esses preços, no entanto, são válidos apenas para os assinantes do serviço de TVa cabo da TVA [ACE 99]. Em São Paulo e Sorocaba, o Virtua – empresa da Globo-cabo/NET/RBS – custa ao usuário R$ 69 mensais (plano básico), só para o acesso à In-ternet, sem a TV a cabo.

A ImageTV – empresa do grupo Algar – oferece o serviço bidirecional. Alei que regulamenta os serviços de cabos diz que uma empresa de telefonia, pode alugarcapacidade via rede de tevê a cabo. A ImageTV aluga o meio para a CTBC Telecom,que, por sua vez, aluga para os provedores de Internet. A área de atuação compreende oTriângulo Mineiro e parte de São Paulo, Goiás e Mato Grosso do Sul. A taxa de instala-ção é de R$ 100 e a mensalidade é de R$ 85. No caso de assinatura comercial, a mensa-lidade sobe para R$ 195. Não é preciso comprar o cable modem, já que a empresa ofornece em regime de comodato. A TV Filme – empresa de Brasília – está oferecendo(com exclusividade para os assinantes de TV a cabo) o acesso através de MMDS e cabo.No momento, os preços praticados são R$ 299 (correspondente a instalação da placacable modem) e a mensalidade de: R$ 79.

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A arquitetura do sistema de TV a cabo não contém elementos de comutaçãona planta de distribuição e necessita apenas de conversores (ópticos → elétricos e elétri-cos → ópticos), amplificadores e distribuidores de potência. Do ponto de vista do pro-vedor de serviços, isto representa um custo baixo para a implantação da rede. Os custostambém mais baixos da manutenção da rede serão neutralizados pelos custos de altera-ção da infra-estrutura para HFC. Existe também o risco de que a demanda por serviçosde banda larga não seja, em um primeiro momento, suficiente para dar um retorno eco-nômico que compense o investimento de capital necessário para esta atualização.

O custo dos aparelhos individuais deve cair com a produção em larga escalae a competição. Os custos de atualização da rede telefônica devem ser absorvidos pelaprópria companhia telefônica, pois são necessários também para os serviços tradicionaisbaseados em tráfego de voz.

A mensalidade do Speedy – Telefônica/SP – custa R$ 50 (R$ 35, em pro-moção) por 256 kbit/s, ou R$ 120 por 516 kbit/s e R$ 410 por 2 Mbit/s [EMP 99] e[MAI 99]. A Telefônica cobra, ainda, taxa de instalação de R$ 200 e aluguel mensal deum modem ADSL, de R$ 14,80. Além disso, o usuário tem de pagar a mensalidade deum provedor de acesso. Os únicos provedores de serviços ADSL disponíveis no mo-mento em São Paulo são do ZAZ e do Universo Online, ambos por R$ 68 mensais (ouR$ 35, com uma promoção de lançamento). No final, o custo mensal com o Speedyacaba sendo de R$ 132,80.

4.6. Compatibilidade com o serviço telefônico ou serviços de transmissão de vozA mesma rede de cabos que transportam sinais de vídeo e dados também

pode suportar ligações telefônicas. As operadoras de TV a cabo vêm se preparando paraoferecer serviços de telefonia assim que houver a abertura do mercado de telecomunica-ções, em 2002 [MAI 99]. Está previsto o oferecimento de serviços de telefonia no pro-tocolo MAC, mas sua funcionalidade está sujeita a falhas no fornecimento de energiaelétrica, que normalmente não atingem a rede telefônica. Uma opção também é a mo-dulação de voz na camada física.

O tráfego de voz é algo inerente à rede telefônica, não necessitando grandesadaptações. Além disso, mesmo que o serviço DSL esteja fora do ar e o modem estejadesligado, é possível realizar uma ligação telefônica normal, sem estar sujeito a proble-mas decorrentes de falhas no fornecimento de energia elétrica (POTS splitter). Prevendoserviços de transmissão de voz, existe também o serviço VoDSL74.

4.7. Disponibilidade dos serviçosA Anatel divulgou recentemente as regras definitivas para o acesso a cabo.

“O acesso será bidirecional, e as operadoras de TV a cabo terão de democratizar o usode sua infra-estrutura com outros provedores de serviço”, afirma Luiz Queiroz, assessorde imprensa da Anatel. Uma operadora de TV a cabo só pode prover acesso à Internetcriando uma subsidiária – como o @Jato, da TVA e o Virtua, da Globocabo –, e será

74 VoDSL — voice over DSL.

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obrigada a deixar outras empresas prover acesso via cabo. “E o preço cobrado por elasterá de ser o mesmo cobrado por outros provedores”, completa [VIR 99].

A decisão recente da Anatel tira de cena a exigência do uso da linha tele-fônica, já que o envio de dados (upstream) será feito também pelo cabo. Com esta re-solução, qualquer provedor pode entrar na rede de TV a cabo para oferecer serviços deconteúdo. Segundo a Anatel, a operadora não pode obrigar o usuário de Internet a serassinante de seus serviços de TV.

Figura 4.1 — Serviço cable modem no Brasil

O Virtua já é oferecido em São Paulo e Sorocaba. Em seguida, a Globocabopretende oferecer o serviço nas cidades do Rio de Janeiro, Brasília, Belo Horizonte,Goiânia, Santos e Campinas. O @Jato, que já funciona oferecendo acesso unidirecional(downstream) à Internet pelos cabos da TVA em São Paulo, promete mudar o sistemapara bidirecional aos poucos, de bairro em bairro. As próximas cidades a ter o @Jato se-rão Rio de Janeiro, Curitiba e Porto Alegre.

A Blumenau TV Cabo, de Santa Catarina, está implantando cable modemna região da cidade de Blumenau a partir de 2000. Ainda não existem definições comrelação a preços e modalidade do serviço (unidirecional ou bidirecional). A TV Filme –

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que abrange as cidades de Brasília, Goiânia, Belém e Campina Grande – já está ofere-cendo o serviço de cable modem unidirecional.

Figura 4.2 — Serviço ADSL no Brasil

A Telemar – que abrange os estados de Minas Gerais, Espírito Santo, Rio deJaneiro, Bahia, Sergipe, Alagoas, Pernambuco, Paraíba, Rio Grande do Norte, Piauí,Ceará, Maranhão, Pará, Amazonas, Amapá e Roraima – está implementando ISDN emalguns estados – Minas Gerais, Bahia e Rio de Janeiro – com previsão inicial de comer-cialização a partir de fevereiro de 2000. Por enquanto, não existem projetos de implan-tação de DSL nestes estados. Em Minas Gerais está prevista a implantação de ADSLpara o 1.º semestre de 2000 e no Maranhão está prevista para o 2.º trimestre de 2000.

A Tele Centro Sul – que abrange os estados do Acre, Rondônia, Mato Gros-so, Mato Grosso do Sul, Tocantins, Goiás, Paraná e Santa Catarina, além do Distrito Fe-deral e da região de Pelotas, no Rio Grande do Sul – está em fase de implantação de suarede ATM nos estados de Goiás e Tocantins. Após a conclusão desta fase – prevista parao 1.º semestre de 2000 –, estudará a implantação de ADSL. Está prevista também a co-mercialização de serviços ADSL no Paraná no 1.º semestre de 2000.

68


A Telefônica de São Paulo está implantando o serviço ADSL e A CRT pre-tende oferecer serviços ADSL a partir do 1.º trimestre de 2000, no Rio Grande do Sul.Este prazo está ligado à conclusão da rede ATM da CRT.

4.8. ConfiabilidadeUm problema em um cabo da rede óptica, decorrente de um acidente auto-

mobilístico ou um fenômeno natural, atingem centenas de usuários. Um dispositivo queintroduza ruído ou um cable modem defeituoso em um barramento compartilhado afetatambém os outros usuários conectados à mesma linha. Cada usuário adicional conectadocria ruído no canal upstream.

Como a conexão ADSL é ponto-a-ponto, uma possível falha afeta apenasum usuário. Além disso, a largura de banda não sofre degradação com o aumento donúmero de usuários conectados. Novamente, DSL leva vantagem sobre o cable modem.

4.9. MercadoNo mundo todo, existem cerca de 180 milhões de pontos de TV a cabo. A

tab. 4.1 mostra dados estatísticos dos Estados Unidos. A maior parte do cabeamento estávelho, transmite em apenas uma direção e é constituído apenas de cabos coaxiais. Ape-nas 15 % das redes suportam altas velocidades e comunicação bidirecional [ANG 99].Estima-se que 6 milhões de assinantes estejam sendo passados para redes HFC. Comexceção do Reino Unido e da Bélgica, este cenário é bem similar no resto do mundo[AZZ 97]. As redes de TV a cabo cobrem cerca de 92 % das regiões urbanas dos Esta-dos Unidos, nas quais 63 % das residências usam o serviço de TV a cabo. Dessas, 50 %têm pelo menos um computador.

A NET da cidade de São Paulo, por exemplo, é a maior operadora de TV acabo do país e uma das maiores do mundo. A sua rede de cabos tem, aproximadamente,8.000 km de extensão, abrangendo 84 bairros e cerca de 2.200.000 residências [VIR99a].

Tabela 4.1 — Rede de TV a cabo nos Estados UnidosCasas atingidas pela rede 91 milhões de casas (98 % dos aparelhos de TV)Casas servidas pela rede 56 milhões de casas (61 % dos aparelhos de TV)Crescimento/penetração 5 % ao ano

Assinantes conectados com 30 a 54 canais 60 % dos assinantesTaxa de instalação de fibra óptica 160 km/h

Mensalidade média US$ 30Rendimento da indústria de TV a cabo US$ 23 bilhões por ano

Rendimento com propaganda US$ 3,5 bilhões por anoFonte: [AZZ 97]

Estes números representam apenas assinantes residenciais, pois grande partedas áreas comerciais das cidades não possuem cabeamento. Ao final de 1998, existiamcerca de 500.000 a 700.000 assinantes de cable modem nos Estados Unidos [ANG 99].No momento, cable modem tem uma maior penetração no mercado residencial e ascompanhias de TV a cabo estão lidando com questões que ainda impedem que esta tec-nologia seja vista como uma ferramenta de valor pelo mercado corporativo. As compa-

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nhias telefônicas, por sua vez, possuem um melhor serviço de atendimento ao usuário,maior disponibilidade em zonas comerciais e uma melhor reputação junto aos usuários.

Carol Mann – diretora da área de cabo e satélite no The Strategis Group –prevê que o número aproximado de assinantes residenciais de serviços telefônicos viacabo seja de 50 mil ainda em 1999 e de aproximadamente 11 milhões até 2005. Já osusuários de cable modem passarão dos atuais um milhão para mais de 8 milhões em2003, de acordo com a pesquisa. Especificamente sobre tráfego de dados, o The Strate-gis Group diz que as operadoras terão maior demanda por cabo do que por outras tec-nologias de acesso rápido à Internet, como o DSL. Assim, a participação de mercadodos serviços de conexão via cabo será de 68 % contra 30 % de DSL por volta de 2003[PAV 99].

O ITU estima que existem cerca de 700 milhões de linhas telefônicas ao re-dor do mundo, 70 % das quais conectadas à residências. O restante são linhas comerci-ais e linhas privativas. Até o ano 2001, projeta-se que este número atinja 900 milhões delinhas. Nos Estados Unidos, aproximadamente 80 % destas linhas são capazes de operarcom ADSL à taxas de transferência de 1,5 Mbit/s e 50 % podem suportar 6 Mbit/s oumais [AZZ 97]. Com o uso de modens RADSL, pode-se virtualmente atingir todo estemercado, com velocidades a partir de 1,5 Mbit/s. Quanto a quantidade de usuários atin-gir um certo número, justificando a criação de um nó de acesso, o acesso será realocado,reduzindo as distâncias e aumentando o desempenho.

Segundo números do instituto de pesquisas Dataquest, a demanda dos usuá-rios de Internet por conexões de alta velocidade deverá elevar a venda mundial de equi-pamentos com tecnologia DSL de 350 mil unidades em 1998 para 9,8 milhões de uni-dades em 2003, sendo a maior parte dos equipamentos vendida no mercado norte-americano. Segundo Kathie Hackler, analista da Dataquest, “no início, as tecnologiasDSL estavam sendo prioritariamente vendidas como ferramenta de trabalho para funci-onários remotos e para pequenas e médias empresas. O cable modem vem sendo maisdirecionado para aplicações residenciais. Acreditamos que nos próximos cinco anos asduas tecnologias farão muito sucesso”. Outro fator que irá incrementar a utilização doDSL no mercado global é a necessidade das operadoras de telecomunicações de compe-tir com as operadoras de TV a cabo para acesso à Internet banda larga. Segundo dadosda própria Dataquest, em 1998 foram vendidos 2,4 cable modems para cada dispositivoDSL [AMA 99].

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CONCLUSÃO

Vídeo sob demanda, transmissões de grandes quantidades de dados em pou-co tempo, videoconferência, serão, em breve uma realidade agradável. Hoje em dia, ademora para o download de dados é muito grande, inviabilizando a maioria destes ser-viços. A partir da instalação destas tecnologias, as possibilidades oferecidas aos usuári-os em termos de aplicações e serviços será muito grande.

Ambas as tecnologias de acesso representam um grande salto, quando com-paradas com as tecnologias de acesso disponíveis nos dias de hoje. ISDN é uma tecno-logia que não decolou como o previsto e já está sendo abandonada em alguns países. Atransmissão de dados pelo canal de voz já está completamente saturada e não tem maiscomo evoluir.

Sem dúvida, cable modem e DSL deverão abocanhar grandes fatias de mer-cado. Ainda que o sistema telefônico tenha uma área de cobertura maior que a rede deTV a cabo, as duas redes têm uma abrangência muito grande, principalmente nas capi-tais e nos centros urbanos.

O cable modem perde, entretanto, nas áreas comerciais das cidades, pois ocabeamento está mais concentrado nas zonas residenciais. Além dos problemas de IPdinâmico, resolução de nomes (DNS) e oferecimento apenas de conexão assimétrica,este fato representa um grande obstáculo para que o cable modem seja visto como umaalternativa pelo mercado corporativo. Devem-se buscar alternativas para resolver estesdetalhes, se as operadoras de TV a cabo quiserem competir com as companhias tele-fônicas e seus serviços DSL.

Em um primeiro momento, com um número ainda restrito de usuários, o ca-ble modem levará vantagem em relação ao serviço ADSL, devido às suas taxas de trans-ferência de pico maiores. À medida que o número de usuários crescer, poderão haver sé-rios problemas de congestionamento e uma migração dos usuários para os serviçosDSL.

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GLOSSÁRIO

! 100Base-T — Padrão de rede (IEEE 802.3u) também conhecido como Fast Ethernetque suporta taxas de transferência de até 100 Mbit/s. Suporta diferentes tipos de ca-beamento: par trançado de 4 e 8 fios e cabos de fibra óptica.

! 10Base-T — Padrão de rede semelhante ao 100Base-T e que suporta taxas de trans-ferência de até 10 Mbit/s e utiliza métodos de transmissão em banda base. Baseadona especificação IEEE 802.3.

! 2B1Q — two-binary, one-quaternary: Técnica de codificação de linha que compri-me dois bits binários de dados em um único estado de quatro níveis.

! ABR — available bit rate: Taxa de bit disponível, que oferece uma capacidade mí-nima garantida e permite que os dados sejam transmitidos em rajadas quando a redeestiver livre.

! AMI — alternate mark inversion: Codificação de linha usada em circuitos T1 e E1.Os zeros são representados por “01” e os uns são representados alienadamente por“11” e “00”. Algumas vezes, é chamado de binary coded alternate mark inversion.

! AN — access node: Uma conexão ou ponto de comutação na rede. Executa tambémvários tipos de conversão de protocolos.

! Anatel — Agência Nacional de Telecomunicações: Criada pela Lei n.º 9.472, de16/07/97, tem por finalidade promover o desenvolvimento das telecomunicações dopaís, de modo a dotá-lo de uma moderna e eficiente infra-estrutura de telecomuni-cações, capaz de oferecer serviços adequados, diversificados e a preços justos, emtodo o território nacional.

! ANSI — American National Standards Institute: Fundado em 1918, é uma organi-zação voluntária composta por mais de 1.300 membros que criam padrões para umavasta gama de áreas técnicas, desde especificações elétricas até protocolos de co-municação.

! ATM — asynchronous transfer mode: Tecnologia de rede baseada na transferênciaassíncrona de dados através de células ou pacotes de tamanho fixo. Suporta taxas detransferência de 25 a 622 Mbit/s.

! ATU-R — ATU-remote: Equipamento colocado nas dependências do usuário quesuporta serviços DSL. Esta denominação está sendo substituída por CPE (customerpremises equipment).

! AWG — American wire gauge: Especificação do diâmetro do fio. Quanto menor onúmero AWG, maior o diâmetro e, conseqüentemente, menor a impedância.

! Backbone — Barramento ou tronco principal que conecta os nós.! Bellcore — Organização de pesquisa formada após a cisão da AT&T.

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! Broadcast — Transmissão simultânea da mesma mensagem para múltiplos (todos)receptores conectados em uma rede.

! Browser — Programa cliente de visualização ou de apresentação, utilizado para lo-calizar e exibir páginas web. Geralmente opera em modo gráfico e pode oferecerrecursos multimídia (áudio e vídeo).

! CAP — carrierless amplitude & phase modulation: Tecnologia de transmissão querecebe e transmite sinais modulados em duas bandas largas e que usa técnicas demodulação passa-banda.

! CATV — community access television ou cable television: Sistema de comunicaçãoque simultaneamente distribui vários canais de televisão diferentes para diferentesusuários através de uma rede de cabos coaxiais ou uma rede HFC.

! CBR — constant bit rate: Taxa de bit constante, na qual os dados são transmitidoscom uma cadência fixa.

! CLEC — competitive local exchange carrier ou competitive local exchange com-pany: Companhia telefônica que compete com uma ILEC, oferecendo serviços detelecomunicação. Expandiram-se muito após as mudanças no sistema de telecomu-nicações norte-americano acontecidas em 1996.

! DACS — digital access & cross-connect system: Dispositivo que permite que ca-nais DS0 sejam individualmente roteados e reconfigurados.

! DHCP — dynamic host configuration protocol: Protocolo que designa endereços IPdinâmicos a dispositivos da rede. Este endereço pode mudar a cada vez que o dis-positivo é conectado à rede ou mesmo durante a conexão. Usado muito em acessodiscado.

! DLC — data link control: O nível 2 do modelo de referência OSI. O endereço DLCidentifica univocamente um dispositivo conectado à rede. Em redes Ethernet tam-bém é conhecido como endereço MAC.

! DLC — digital loop carrier: Estrutura de telecomunicações que conecta usuáriosfinais distantes até 3,5 km da central telefônica.

! DMT — discrete multi-tone modulation: Esquema de modulação que divide dis-cretamente as freqüências disponíveis em 256 subcanais para evitar as perdas dossinais de alta freqüência causadas por ruído nos fios de cobre. Padronizado peloANSI T1E1.4.

! DNS — domain name system ou domain name service: Serviço que traduz nomes dedomínio em endereços IP.

! Downstream — Direção de transmissão da central telefônica para o usuário.! DS0 — digital signal 0: Representação digital da voz a 64 kbit/s.! DSS — digital satellite system: Rede de satélites que transmite dados digitais, inclu-

sive canais de televisão.! DWDM — dense wavelength division multiplexing: Tecnologia óptica usada para

aumentar a largura de banda sobre backbones de fibra óptica. Combina e transmitemúltiplos sinais simultaneamente em diferentes comprimentos de onda, sobre umamesma fibra óptica. Com o uso desta tecnologia, é possível atingir taxas de trans-missão de até 400 Gbit/s.

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! DWMT — discrete wavelet multi-tone: Uma variante da modulação DMT e queestá situada um nível acima em complexidade e desempenho, pois oferece maiorisolamento entre os subcanais.

! E1 — Similar ao T1 norte-americano, é o formato europeu para transmissão digital.Transmite sinais a 2,048 Mbit/s (32 canais de 64 kbit/s).

! E3 — Similar ao T3 norte-americano, é o formato europeu para transmissão digital.Transmite sinais a 34,368 Mbit/s.

! Ethernet — Protocolo de rede local desenvolvido pela Xerox Corp. em cooperaçãocom a DEC e Intel em 1976. Utiliza uma topologia em barramento ou estrela e su-porta taxas de transferência de 10 e 100 Mbit/s. Serviu de base para o padrão IEEE802.3.

! ETSI — European Telecom Standards Institute. Consórcio de fabricantes, provedo-res de serviços de transporte e outros responsáveis por estabelecer padrões técnicospara a indústria de telecomunicações européia.

! FDM — frequency division multiplexing: Técnica de multiplexação que usa dife-rentes freqüências para combinar múltiplos fluxos de dados para a transmissão emum meio.

! Frame Relay — Protocolo de comutação de pacotes com tamanho variável para aconexão de dispositivos em uma WAN. Suporta taxas de transferência T1 e T3.

! Framing — Separação do fluxo de dados em quadros (frames).! FTP — file transfer protocol: Protocolo usado para a transferência de arquivos.! GSM — global system for mobile communications: Sistema de telefonia celular di-

gital. Usa uma TDMA de banda estreita, que permite até oito conexões simultâneasna mesma radiofreqüência. Introduzido em 1991, ao final de 1997 já estava dispo-nível em mais de cem países e tornou-se o padrão de facto na Europa e Ásia.

! HFC — hybrid fiber coax: Rede de transmissão de dados híbrida, que utiliza fibraóptica e cabos coaxiais.

! HTML — hypertext markup language: Linguagem de formatação de documentosque suporta ligações entre documentos, gráficos e arquivos multimídia.

! HTTP — hypertext transfer protocol: Protocolo de suporte da world wide web, de-fine como as mensagens são formatadas e transmitidas, bem como as ações execu-tadas pelos servidores e browsers. Está atualmente na versão 1.1.

! Hub — Ponto de conexão comum para dispositivos da rede, usado para interconec-tar segmentos de uma rede local. Os pacotes que chegam em uma porta são replica-dos nas outras portas (broadcast). Alguns modelos, chamados gerenciáveis ou inte-ligentes, permitem a monitoração do tráfego e a configuração das portas. Um tercei-ro tipo, chamado switching hub também realiza funções de roteamento.

! IEEE — Institute of Electrical and Electronics Engineers: Fundado em 1884, é umaorganização composta por engenheiros, cientistas e estudantes. Desenvolve padrõespara a indústria eletrônica e de computadores.

! ILEC — incumbent local exchange carrier: Antigas operadoras e centrais telefôni-cas. Antes das mudanças nas telecomunicações norte-americanas, eram chamadasLEC (local exchange carrier).

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! IP — internet protocol: Estabelece o formato dos pacotes (datagramas) e o esquemade endereçamento. Normalmente é combinado com o protocolo TCP. A versão IPv4é a mais usada atualmente e, num futuro próximo, deverá estar mais difundida aversão IPv6.

! ISDN — integrated services digital network: Padrão de comunicação para a trans-missão de voz, vídeo e dados sobre as linhas telefônicas com velocidades de até128 kbit/s.

! ISO — International Standards Organization: Organização fundada em 1946, cujosmembros são as organizações de padrões nacionais de 89 países.

! ISP — Internet service provider: Companhia que oferece acesso à Internet, atravésde um nome de usuário (username), uma senha e um número de telefone para aces-so discado. Também chamadas de IAP (Internet access providers).

! ITU — International Telecommunication Union: Fundada em 1865, tornou-se umaagência das Nações Unidas em 1947. Responsável pela adoção de tratados, regula-mentações e padrões internacionais a respeito de telecomunicações. A partir de1992 assumiu também as funções do CCITT (Comité Consultatif InternationalTélégraphique et Téléphonique).

! Jitter — Distorção de um sinal ou imagem causada por problemas de sincronização.! LAN — local area network: Rede de computadores que cobre uma área relativa-

mente pequena.! Loop local — Laço local. Termo genérico para a conexão entre o usuário e a central

telefônica, composta por um par de fios de cobre.! MAC — media-specific access control: Protocolo para o controle de acesso à ca-

mada de enlace.! MCNS — multimedia cable network system: Padrão para transmissão de dados so-

bre rede de TV a cabo.! MPEG — Moving Picture Experts Group: Grupo de trabalho da ISO que estabelece

padrões de compressão de áudio e vídeo digital. Consegue altas taxas de compres-são (com perdas) por armazenar informações referentes às mudanças entre os qua-dros, ao invés de armazenar um por um todos os quadros de imagem. Atualmente,existem os padrões MPEG-1 – utilizado em Vídeo CD e transmissão de TV via sa-télite – e MPEG-2 – utilizado em certos formatos de áudio e em DVD (digital ver-satile disc). Está em desenvolvimento atualmente o padrão MPEG-4.

! Multicast — Transmissão simultânea da mesma mensagem para múltiplos recepto-res. Diferente de broadcast, onde a mensagem é recebida por todos conectados àrede, em multicast somente um grupo selecionado recebe a mensagem.

! NEXT — near end cross-talk: Tipo de cross-talk no qual a interferência viaja na di-reção contrária do sinal transmitido.

! OC — optical carrier: Usada para especificar a velocidade de redes de fibra ópticaconforme a padronização SONET. OC-1: 51,84 Mbit/s; OC-3: 155,52 Mbit/s.

! OSI — Open Systems Interconnection: Modelo de protocolos de comunicação dedados aceito internacionalmente e desenvolvido pelo ITU.

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! PCI — peripheral component interconnect: Padrão de barramento desenvolvidopela Intel Corp. Consiste de um barramento de 64 ou 32 bits com freqüências derelógio de 33 ou 66 MHz e que pode conectar até 10 placas de expansão. Substituiuo barramento ISA (industry standard architecture).

! PnP — plug-and-play: Habilidade de um sistema computacional de configurar au-tomaticamente placas de expansão e outros periféricos conectados a ele. Desenvol-vido originalmente pela Microsoft.

! POTS — plain old telephone service: Serviço telefônico convencional usado namaioria dos usuários, em contraste com linhas de comunicação digitais. Geralmenterestrito a velocidades da ordem de 52 kbit/s, também é chamada de PSTN.

! PSTN — public switched telephone network: Rede internacional de telefonia basea-da em fios de cobre que transportam sinais de voz analógicos. Também chamada dePOTS.

! QAM — quadrature amplitude modulation: Processo usado em modens, no qualmais de uma portadora digital ocupa a mesma largura de banda.

! QoS — quality of service: Especifica um nível de serviço com throughput, perdasde células e atrasos determinados. Uma das maiores vantagens de ATM sobre ou-tras tecnologias como Frame Relay e Fast Ethernet.

! RBOC — Regional Bell Operating Company: Uma das sete companhias telefônicasresultantes da cisão da AT&T em 1984: Ameritech, Bell Atlantic, Bell South,NYNEX, Pacific Bell, Southwestern Bell e US WEST.

! RM — resource management: Célula de controle, que é enviada pelo mesmo cami-nho no qual viajam as células que contêm dados, mas que é diferenciada pelos co-mutadores ao longo do caminho. Ao chegar em seu destino, é examinada, atualiza-da e enviada de volta ao remetente.

! SMTP — simple mail transfer protocol: Protocolo para envio de mensagens de cor-reio eletrônico entre servidores ou entre um servidor e um cliente.

! SNMP — simple network management protocol: Protocolo para gerenciamento re-moto de redes e dispositivos, desenvolvido na década de 80.

! SONET — synchronous optical network: Padrão para conexão de sistemas atravésde fibra óptica. Proposta pela Bellcore em meados da década de 80 e atualmentepadronizado pelo ANSI. Define uma hierarquia de taxas de transferência que vari-am de 51,84 Mbit/s até 2,488 Gbit/s. O equivalente europeu da SONET, padroniza-da pelo ITU, é a SDH.

! STS-1 — synchronous transport signal 1: Taxa de transmissão padrão da SO-NET/SDH de 51,84 Mbit/s.

! STS-3 — synchronous transport signal 3: Taxa de transmissão da SONET/SDH de155,52 Mbit/s.

! T1 — Conexão telefônica dedicada para transmissão digital a 1,544 Mbit/s. Con-siste de 24 canais individuais de 64 kbit/s. Também chamada de DS1, é equivalenteà E1 da hierarquia digital européia.

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! T3 — Conexão telefônica dedicada para transmissão digital a 44,736 Mbit/s. Con-siste de 672 canais individuais de 64 kbit/s. Também chamada de DS3, é equiva-lente à E3 da hierarquia digital européia.

! TDM — time division multiplexing: Tipo de multiplexação que combina fluxos dedados pela designação de diferentes janelas temporais (time slots) para cada um.

! Transceiver — transmitter-receiver: Dispositivo que recebe e transmite dados digi-tais ou analógicos.

! UAWG — Universal ADSL Working Group: Grupo de fabricantes que apóia o des-envolvimento de um padrão mundial para o G.lite dentro do grupo 15 do ITU.

! Upstream — Direção de transmissão do usuário para a central telefônica! USB — universal serial bus: Padrão de barramento e interface desenvolvido con-

juntamente pela Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC and Northern Telecom.Trabalha com taxas de transferência de 12 Mbit/s e uma única porta USB pode co-nectar até 127 periféricos. Suporta plug-and-play e trocas de componentes com osistema em funcionamento (hot plugging).

! V.35 — Padrão ITU para troca de dados síncronos em altas velocidades. Nos Esta-dos Unidos, é a interface padrão usada pela maioria dos roteadores.

! VBR — variable bit rate: Taxa de bit variável, que oferece uma certo throughput ena qual os dados não são transmitidos com um fluxo regular. Usada em transmissãode voz e videoconferência.

! WAN — wide area network: Rede de computadores que cobre uma área geográficarelativamente grande. Consiste, normalmente, de duas ou mais redes locais (LAN)conectadas através de uma rede pública – sistema telefônico –, linhas privativas ouenlaces por satélite. A Internet em si pode ser considerada uma WAN.

estudo comparativo: dsl × cable modem -...

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