UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIS ESCOLA DE ENGENHARIA ELTRICA E DE COMPUTAO

ESPECIALIZAO EM TELECOMUNICAES

Convergncia das Redes de Telecomunicaes e um Estudo de Caso de Implantao de

uma NGN

Thiago Oliveira de Andrade

Orientador: Srgio Granato de Arajo

Goinia 2010

THIAGO OLIVEIRA DE ANDRADE

Convergncia das Redes de Telecomunicaes e um Estudo de Caso de Implantao de

uma NGN

Monografia apresentada ao Programa de Ps-Graduao Lato Sensu da Escola de Engenharia Eltrica e de Computao da Universidade Federal de Gois, para obteno do ttulo de Especialista em Telecomunicaes. rea de Concentrao: Engenharia de Telecomunicaes

Linha de Pesquisa: Redes de Telecomunicaes

Orientador: Prof. Srgio Granato de Arajo, Dr.

Goinia, Novembro de 2010

Dados Internacionais de Catalogao-na-Publicao (CIP) (GPT/BC/UFG)

Thiago... xxxxx Convergncia das Redes de Telecomunicaes e um Estudo de

Caso de Implantao de uma NGN Goinia, 2010.

nnnf. : il.

Monografia Universidade Federal de Gois, Escola de Engenharia Eltrica, 2010.

Bibliografia: nnn - nnn Inclui anexo

1. NGN 2. Convergncia de Redes 3.RTPC I. Universidade Federal de Gois. Escola de Engenharia Eltrica II. Ttulo.

CDU: nnn.nnn.nn

THIAGO OLIVEIRA DE ANDRADE

Convergncia das Redes de Telecomunicaes e um Estudo de Caso de Implantao de

uma NGN

Monografia defendida e aprovada em __ de ___________ de 2010, pela Banca Examinadora constituda pelos professores:

__________________________________

Prof. Srgio Granato de Arajo, Dr. Presidente da Banca

__________________________________

__________________________________

Dedico este trabalho primeiramente a Deus, que me deu fora, persistncia e perseverana, tambm a todos os familiares que sempre estiveram do meu lado, incentivando e no deixando desistir em momento algum, a todos eles os meus sinceros agradecimentos.

O impossvel para ns quem determina e Deus.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus que deu fora, persistncia e perseverana para que esse trabalho chegasse ao fim com sucesso.

Aos meus pais, Rubens e Irene, e minha irm, Tatiane, que me ajudaram em momentos difceis, compreendendo os momentos de stress, mau humor, sempre apoiando e no deixando que desistisse.

A minha esposa, Markeylane, obrigado por dividir todos os momentos comigo, e principalmente, pela compreenso.

Ao meu filho, Henrique, fonte de inspirao e energia. Ao Prof. Dr. Srgio Granato de Arajo que orientou, apoiou e se dedicou nessa

caminhada para que tivesse xito nessa jornada, chegando ao fim no desenvolvimento do trabalho com sucesso, elevando o nosso conhecimento.

A todos os nossos amigos de curso, que sempre ajudaram, e sempre se dispuseram em trocar informaes.

A todos que participaram e ajudaram para a concluso deste trabalho, meus sinceros agradecimentos.

SUMRIO

CAPTULO 1 INTRODUO ......................................................................... 16 1.1 Objetivos do Trabalho ........................................................................ 17 1.2 Referncias ....................................................................................... 18 1.3 Estrutura do Trabalho ........................................................................ 18 CAPTULO 2 EVOLUO DAS REDES DE TELECOMUNICAES .......... 19 2.1 Rede Telefnica Pblica Comutada ................................................. 22 2.1.1 Sinalizao ........................................................................... 25 2.1.1.1 Sinalizao Acstica ............................................. 26 2.1.1.2 Sinalizao por Canal Associado .......................... 26 2.1.1.3 Sinalizao por Canal Comum N 7 SCC #7 ...... 29 2.2 Redes Comutadas por Pacotes ........................................................ 31 2.2.1 Frame Relay ....................................................................... 32 2.2.1.1 Estrutura Frame .................................................... 34 2.2.2 ATM .................................................................................... 35 2.2.2.1 Circuito Virtual ....................................................... 36 2.2.2.2 Camadas ATM ...................................................... 39 2.2.3 MPLS (Multi Protocol Label Switching) ............................... 40 2.2.3.1 Arquitetura de Rede MPLS ................................... 40 2.2.3.2 Formato bsico do rtulo MPLS ............................ 41 2.2.4 IP ........................................................................................ 42 2.2.4.1 Endereos IP ......................................................... 44 2.2.3.2 Arquitetura TCP/IP ................................................ 46 2.2.5 RTP (Real Time Protocol) ................................................... 47 2.2.6 RTCP (RTP Control Protocol) ............................................. 48 2.3 Vantagem da Rede IP no Processo de Convergncia ...................... 48 2.4 Comentrios ..................................................................................... 49 CAPTULO 3 REDES DA NOVA GERAO - NGN. ..................................... 50 3.1 A Rede da Nova Gerao ................................................................. 51 3.1.1 Modelo Funcional - NGN ..................................................... 53 3.1.1.1 Entidades Funcionais - NGN ................................. 55 3.1.1.2 Protocolos ............................................................. 57

3.2 IMS - IP Multimedia Subsystem ......................................................... 62 3.2.1 Arquitetura bsica do IMS .................................................... 63 3.2.1.1 Servidor de Contedo ............................................ 64 3.2.1.2 Funo Controle de Sesso de Chamada - CSCF ....... 64 3.2.1.3 Funo Recurso Multimdia - MRF ......................... 65 3.2.1.4 Funo Controle do Gateway de Mdia - MGCF .... 65 3.2.1.5 Servidor de Assinante ............................................ 65 3.3 Comentrios ...................................................................................... 66 CAPTULO 4 EVOLUO DA REDE. ............................................................ 67 4.1 Plano e Preparao para Migrao ................................................... 67 4.2 Migrao da Central de Trnsito e Central Tandem .......................... 68 4.3 21st Century Network (21CN) British Telecom ............................... 71 4.3.1 A Transformao da Rede ................................................... 72 4.3.2 21CN Descrio de Domnio ............................................. 75 4.3.3 Caractersticas da 21CN ...................................................... 76 4.4 Comentrios ...................................................................................... 79 CAPTULO 5 CONCLUSO. .......................................................................... 80 5.1 Trabalhos Futuros .............................................................................. 81 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS. ................................................................. 82

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Rede de Comunicao ...................................................................... 19

Figura 2 Comutao de Circuitos .................................................................... 20

Figura 3 Comutao de Pacotes ..................................................................... 21

Figura 4 Modalidade Datagrama ..................................................................... 22

Figura 5 Modalidade Circuito Virtual .............................................................. 22

Figura 6 Topologia da RTPC .............................................................................23

Figura 7 Sinalizao em uma Rede Comutada por Circuitos ......................... 25

Figura 8 Sinalizao de Linha e Registro ....................................................... 27

Figura 9 Nveis do SCC #7 e sua relao com o modelo OSI ........................ 30

Figura 10 PVC Frame Relay .......................................................................... 33

Figura 11 Estrutura do Frame ......................................................................... 34

Figura 12 Estrutura das Clulas ATM ............................................................. 36

Figura 13 Circuito Virtual ................................................................................. 37

Figura 14 Conexes ATM................................................................................ 38

Figura 15 Camadas ATM ............................................................................... 39

Figura 16 Arquitetura MPLS ..............................................................................40

Figura 17 Envio de pacote atravs da rede MPLS ......................................... 41

Figura 18 Formato rtulo MPLS ..................................................................... 42

Figura 19 Formato pacote IP .......................................................................... 43

Figura 20 Classes Endereamento IP ............................................................ 45

Figura 21 Arquitetura TCP/IP ......................................................................... 46

Figura 22 RTP ................................................................................................ 48

Figura 23 Viso de uma Rede da Nova Gerao ........................................... 51

Figura 24 Convergncia Fixo-Mvel (FMC) .................................................... 53

Figura 25 Camadas e Planos do padro NGN ................................................ 54

Figura 26 Diagrama da Arquitetura NGN ........................................................ 54

Figura 27 Arquitetura padronizada da NGN .................................................... 55

Figura 28 Entidades Funcionais NGN ............................................................. 56

Figura 29 Arquitetura de uma Rede SIP ........................................................ 58

Figura 30 Arquitetura e Protocolos SIGTRAN....................................................62

Figura 31 Arquitetura IMS .............................................................................. 63

Figura 32 Topologia da Rede Legada ............................................................ 68

Figura 33 Rede aps Substituio da Central Trnsito ou Central Tandem .. 69

Figura 34 Evoluo da Rede .......................................................................... 72

Figura 35 Tecnologias e Protocolos Utilizados na Rede 21CN ....................... 73

Figura 36 Rede Global da BT .......................................................................... 74

Figura 37 Domnios e Parceiros da BT ........................................................... 75

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 Sinalizao de Linha R2 Digital ....................................................... 28

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Comparativo entre as duas propostas de Migrao ......................... 71

Tabela 2 Reduo do Nmero de Elementos de Rede ................................... 73

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

Siglas Descrio

21CN 21st Century Network 3GPP 3rd Generation Partnership Project AF Call Accounting Function AGSF Access Gateway Signaling Function ANI Automatic Nunber Identification ARP Address Resolution Protocol ASF Application Server Function ATM Assynchronous Transfer Mode BECN Backward Explicit Congestion Notification BT British Telecom CAF Call Agent Function CAS Sinalizao por Canal Associado CI Coongestion Indicator CLP Cell Loss Priority CSCF Funo Controle de Sesso de Chamada C/R Command / Response DE Discard Eligibility Indicator DLCI Data Link Connection Identifier DTMF Dual Tone Multifrenquency EA Extension Bit FCS Frame Check Servence FEC Forword Equivalence Class FECN Forward Explicit Congestion Notification FMC Fixed Mobile Convergence FR Frame Relay FTP Flie Transfer Protocol GFC Generic Flow Control HEC Header Error Check HSS Servidor de Assinante

ICMP Internet Control Message Protocol IETF Internet Engineering Task Force IGMP Internet Group Management Protocol IMS IP Multimedia Subsystem IP Internet Protocol ISDN Integrated Service Digital Network ISUP ISDN User Part

ITU TSS International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector

IWF Interworking Function JE Juntor de Entrada JS Juntos de Sada LDP Label Distribution Protocol LER Label Edge Router LSP Label Switched Path LSR Label Switch Router MC Multipoint Controller MCU Multipoint Control Units MFC MultiFrequncia Compilada MGCF Media Gateway Controller Function MGF Media Gateway Function MP Multipoint Processors MPLS Multi Protocol Label Switching MRF Funo Recurso Multimdia MSAN Ns de Acesso do Multiservio MSF Media Server Function MTP Message Transfer Part NGN Next Generation Network NNI Network-Network Interface OST Operadoras de Servios de Telecomunicaes PCM Pulse Code Modulation PLD Packet Level Discard OS Ponto de Sinalizao

PSTN Public Switched Telephone Network PTI Payload Type Indicator PVC Permanent Virtual Circuit QoS Quality of Service RDSI Rede Digital de Servios Integrados RF Call Routing Function RTCP RTP Control Protocol RTP Real Time Protocol RTPC Rede Telefnica Pblica Comutada SCC #7 Sinalizao por Canal Comum N. 7 SCCP Signaling Connection Control Part SGF Signaling Gateway Function SIGTRAN Signaling Transport Working Group SIP Session Initiation Protocol SLDD Servio de Linha Dedicada Digital SMTP Simple Mail Transfer Protocol SPSF SIP Proxy Server SSP Service Switching Point STP Signaling Transfer Point SVC Switched Virtual Circuit TCAP Transaction Capabilities Application Part TCP Transmission Control Protocol TDM Time Division Multiplexing

TISPAN Telecommunications and Internet Protocol Harmonization over Networks

TP Transmission Path TTL Time to Live TUP Telephone User Part UAC User Agent Client UAS User Agent Server UDP User Datagram Protocol VC Virtual Channel VCC Virtual Channel Connection

VCI Virtual Channel Identifier VP Virtual Path VPC Virtual Path Connection VPI Virtual Path Identifier

RESUMO

A rede da prxima gerao (NGN Next Generation Network) atualmente um dos temas mais abordados no setor de telecomunicaes. A NGN caracteriza-se pela proposio de uma plataforma multiservios utilizando como suporte a rede IP (Internet Protocol), permitindo o transporte de voz, vdeo e dados atravs de uma infra-estrutura nica, isto , utilizando um protocolo de comunicao padronizado no ncleo da rede.

Esta monografia se prope a apresentar os principais conceitos que suportam esta nova infra-estrutura de rede e evidenciar os benefcios que as redes convergentes traro s operadoras de servios de telecomunicaes e usurios. Ser mostrado um plano para evoluo de uma RTPC para uma NGN focando na mitigao de riscos durante a migrao da rede, assim como um estudo de caso de implantao de uma NGN pela British Telecom.

Palavras-chave: NGN, Convergncia de Redes e RTPC.

ABSTRACT

The next generation network (NGN - Next Generation Network) is currently one of the most discussed issues in the telecommunications industry. The NGN is characterized by a multi-service platform using as support an IP (Internet Protocol) network allowing the transport of voice, video and data over a single infrastructure, that is, using a standardized communication protocol in the network core.

This monograph aims to present the main concepts that support this new network infrastructure and highlight the benefits to operators and users of telecommunications services. It will be shown a roadmap for PSNT to NGN evolution focusing in the risk mitigation during the network migration, as well as a case study of a NGN implementation by British Telecom.

Keywords: NGN, Convergence Networks and PSTN.

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1. INTRODUO

Nos ltimos anos, houve um acentuado crescimento nos servios de trfego de dados, em detrimento dos servios de trfego de voz. No menos importante, ocorreu de forma inconteste a popularizao da internet e de aplicaes multimdia.

As operadoras de telecomunicaes buscaram nestes servios de dados novas oportunidades de negcio, passando ento a investir em uma segunda rede, de dados (pacotes), para ofertarem tais servios, em complemento rede de voz (comutada) convencional.

Como conseqncia, os usurios de servios oriundos das redes de telecomunicaes esto cada vez mais ansiosos por acessos instantneos e de alta qualidade. Por outro lado, a grande questo das OST (Operadoras de Servios de Telecomunicaes) como conquistar o desejado retorno sobre os investimentos e realizar novas ofertas em servios com expectativa de crescimento.

Historicamente, o transporte de dados comeou a ser efetuado com redes projetadas e otimizadas para o servio de voz. Em seguida, foram implantadas redes de dados independentes e paralelas s redes de voz, com sistemas de gerncia prprios e com alto custo operacional devido falta de integrao com as tecnologias j instaladas (legado). (TRONCO, 2006, p.26).

importante destacar que, atualmente, as redes de telecomunicaes suportam servios de voz e dados em plataformas independentes. Porm, a rede telefnica pblica comutada no tem capacidade de suportar esta nova demanda por servios multimdia em um mercado cada vez mais exigente.

As Redes de Prxima Gerao (NGN) prope uma das melhores solues para esse dilema, possibilitando a convergncia de servios (voz + dados + vdeo) em uma rede implementada valendo-se de uma concepo simplificada, com um ncleo de rede bem definido, de forma a transportar toda a informao da rede atravs do protocolo IP.

No momento atual, redes e servios ainda so muito vinculados. Mas, superadas as limitaes impostas pelas redes e equipamentos legados e

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pelos aspectos financeiros e econmicos, as diferentes redes vo convergir para uma plataforma nica. [...]. Em resumo, essa arquitetura de redes integradas, com ambiente de criao de servios independente, com elementos particionados e interoperveis permitir o desenvolvimento rpido de novos servios. Isso ocorrera sem que novos investimentos em comutadores e transmisso sejam requeridos, obtendo-se servios controlados por software e adaptados para satisfazerem os requisitos do usurio final. Alem disso, o custo da operao da rede e da prpria rede ser reduzido, devido aos aspectos de integrao (rede nica) e multifornecedor respectivamente. (TRONCO, 2006, p.18)

Com a integrao e a convergncia dos recursos e servios ocorrer uma reduo dos custos totais da rede, tornando-se possvel o compartilhamento da operao, da administrao da rede, da manuteno e do provisionamento de recursos, resultando assim no desejado retorno financeiro em curto prazo.

Em sntese, as redes de prxima gerao (NGN) viabilizaram o sonho do setor de telecomunicaes, apresentando uma plataforma de transporte comum para vdeo, voz e dados. Logicamente, as redes convergentes traro benefcios s OST, mas a grande questo se esses benefcios sero suficientes para fundamentar a migrao das tradicionais redes para as redes de prxima gerao.

importante notar que no haver uma substituio imediata da rede existente em uma NGN, processo que ocorrer gradualmente. Essa modificao das redes deve ser realizada a mdio e longo prazo envolvendo uma convergncia da infra-estrutura das redes e uma adaptao das empresas em passos curtos.

Em resumo, a evoluo de uma rede existente para uma rede NGN necessitar de uma estratgia de migrao suave, visando uma reduo ao mnimo das despesas de investimento durante a fase de transio e se beneficiando o quanto antes das vantagens que ela apresenta.

1.1. Objetivos do Trabalho

Este trabalho tem como objetivos apresentar os principais conceitos da NGN, estudar como as redes convergentes traro benefcios para as operadoras de servios de telecomunicaes, elucidar o impacto da migrao de uma rede j

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existente para redes de prxima gerao, propor um plano de migrao de rede e por fim, apresentar um demonstrativo do projeto 21CN da British Telecom.

1.2. Referncias

As principais referncias para este trabalho de pesquisa so artigos publicados por diversas empresas, analistas e especialistas do mercado de telecomunicaes que participam do desenvolvimento e implantao das redes convergentes e livros voltados para a rea de telecomunicaes e redes de prxima gerao de propriedade do elaborador do projeto e das bibliotecas da Universidade Federal de Gois (UFG).

1.3. Estrutura do Trabalho

Este trabalho encontra-se estruturado em cinco captulos.

O Capitulo 1 introduz o tema, fornecendo uma viso geral, assim como os objetivos do trabalho. Tambm apresenta um trabalho de motivao e reviso bibliogrfica.

O Captulo 2 apresenta o estudo histrico das redes de telecomunicaes convencionais, fazendo um paralelo com a NGN.

Em seguida, no Captulo 3, so apresentados os principais conceitos envolvidos na tecnologia NGN, ressaltando os componentes estruturais.

O Capitulo 4 destinado proposio de um plano de migrao de rede, evidenciando solues prticas e planos para migrar a central de trnsito e/ou a central tandem. Por fim, apresenta um demonstrativo a respeito do projeto 21CN da British Telecom.

O Captulo 5 apresenta as concluses deste trabalho, ressaltando as principais questes envolvendo a tecnologia NGN. Finalmente, novos temas de pesquisa so sugeridos, decorrentes de questes levantadas neste trabalho.

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2. EVOLUO DAS REDES DE TELECOMUNICAES

As redes de comunicaes so implementadas para atender necessidade de comunicao entre usurios, oferecendo os servios de voz, dados e vdeo. O principal objetivo de uma rede de comunicao est relacionado ao transporte da informao entre os pontos de origem e destino.

Basicamente, esta rede formada por sistemas de comutao, implementados por ns, em que cada um desses ns tem a funo de encaminhar ou rotear a informao ou dado at seu destino, assim como sistemas de transmisso e redes de acesso (SVERZUT, 2008, p.19). A figura 1 mostra a composio de uma rede de comunicao.

Figura 1: Rede de comunicao Fonte: SVERZUT (2008, p. 19).

Atualmente uma rede de comunicao implementada para transportar um determinado tipo de informao, tais como a voz nas redes de comutao de circuitos e Rede Digital de Servios Integrados (RDSI ou Integrated Service Digital Network ISDN), clulas de comprimento fixo na rede ATM (Assynchronous Transfer Mode) e dados de comprimento varivel nas redes de comutao de pacotes (exemplo, Internet). (SVERZUT, 2008, p.19, grifo nosso).

As redes comutadas por circuitos necessitam estabelecer um caminho dedicado entre as estaes (origem/destino), sendo que esse tipo de comutao obrigatoriamente envolve 3 fases:

1 Estabelecimento do Circuito (conexo) Determina e aloca uma rota entre as estaes, at o momento da

desconexo.

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2 Transferncia de Dados ou Informaes

Podendo ser sinais de voz (analgicos ou digitais); Ou dados, dependendo da natureza da rede.

3 Desconexo do Circuito

Com o trmino da transferncia de dados, ambas as estaes podero encerrar a conexo, deixando livre o canal.

Uma das principais funes dessa rede realizada pelas centrais telefnicas, amplamente utilizadas nas RTPCs, onde ocorre a comutao de circuitos de voz, suportados por canais PCM, entre as estaes e assinantes (origem/destino). A figura 2 mostra o caminho entre dois usurios finais atravs da RTPC.

Figura 2: Comutao de Circuitos Fonte: SOARES NETO (2002, p. 45).

A comutao por clulas tambm exige o estabelecimento de conexo. As informaes a serem enviadas so divididas em clulas. Vale ressaltar que a principal tecnologia para implementar a comutao de clula o ATM, onde a unidade de transferncia de informao no ATM (clula) possui tamanho fixo de 53 bytes (5 bytes para cabealho e 48 bytes para payload).

Entretanto, as redes ATM no cresceram o esperado. Podem-se citar algumas causas, como o alto preo da tecnologia comparada com equipamentos de rede IP, a falta de suporte a broadcast e multicast, a complexidade na padronizao e a implementao de QoS (Quality of Service).

Por outro lado, na rede de comutao de pacotes no e necessrio o estabelecimento de um caminho dedicado entre as duas entidades. Nesse tipo de comutao, a mensagem divida em diversos pacotes, onde inserido o endereo de destino no cabealho de cada pacote para depois envi-lo pela rede at o

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destino. Na figura 3, fica evidente a diviso dos pacotes e a insero do endereo de destino.

Figura 3: Comutao de Pacotes Fonte: SVERZUT (2008, p. 22).

Na comutao de pacotes utiliza duas modalidades de transmisso de informao pela rede:

Datagrama Um pacote enviado independentemente de outros pacotes transmitidos anteriormente. Nessa modalidade no h garantia de entrega dos pacotes na mesma ordem definida pela origem.

A figura 4 mostra o funcionamento da comutao de pacotes, utilizando a modalidade datagrama.

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Figura 4: Modalidade datagrama Fonte: SVERZUT (2008, p. 23).

Circuito Virtual Antes de se iniciar a transmisso dos dados definida uma rota ou caminho para os pacotes, atravs dos vrios ns intermedirios at o destino final. A figura 5 apresenta essa modalidade.

Nesse tipo de modalidade, [...], necessrio que a origem e o destino troquem mensagens de controle ou sinalizao com o objetivo de estabelecer um caminho ou rota entre os dois lados. Essa rota permanece enquanto durar a conexo [...]. A modalidade de operao circuito virtual muito parecida com a comutao de circuitos, pois, primeiramente, necessrio o estabelecimento da conexo antes da transmisso dos pacotes. (SVERZUT, 2008, p. 19-20).

Figura 5: Modalidade circuito virtual Fonte: SVERZUT (2008, p. 24).

2.1. Rede Telefnica Pblica Comutada

A Rede Telefnica Pblica Comutada ou RTPC uma rede telefnica mundial comutada por circuitos destinada basicamente ao servio de telefonia, sendo administrada pelas OSTs. A RTPC foi projetada inicialmente como uma rede de linhas fixas e analgicas, porm evoluiu constantemente. Atualmente totalmente

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digital, abrangendo inclusive dispositivos mveis como os telefones celulares. A topologia da RTPC est demonstrada na figura 6.

Figura 6: Topologia da RTPC Fonte: Rocha.

Pode-se fazer a seguinte analogia: a RTPC est para a comutao por circuitos como a Internet est para a comutao por pacotes (atravs do IP). O uso de comutao por circuitos prov a qualidade de servio necessria para transmisso de voz, pois um circuito reservado durante todo o perodo de uma ligao, mesmo havendo silncio, e liberado apenas quando a chamada desligada. Esta rede d suporte restrito comunicao de dados.

Podemos definir os componentes principais da rede publica comutada como sendo trs: acesso, comutao e transporte. Cada elemento esta envolvido em mais de cem anos de historia de rede pblica de telefonia. O 'acesso' define como um utilizador acessa a rede. A 'comutao' refere-se em como a chamada 'comutada' ou roteada atravs da rede. E o 'transporte' define como a chamada viaja ou 'transportada' pela rede. (DANELLI, 2005, p. 14).

A RTPC constituda basicamente por trs partes: Rede de Acesso, Comutao e Transporte.

Rede de Acesso

A Rede de Acesso possibilita o acesso dos usurios aos servios de telecomunicaes. O telefone, interligado central local, uma forma tradicional para os usurios usufrurem desses servios. Atravs deste dispositivo efetuam-se tambm os procedimentos de sinalizao acstica e sinalizao DTMF (Dual-Tone

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Multifrequency), esta ltima utilizada pela maioria dos telefones atuais para o envio do nmero chamado central de comutao.

A tcnica utilizada para permitir a conversao telefnica na rede de acesso implementada com dispositivos que convertem ondas sonoras em ondas eletromagnticas que so transmitidas at o elemento de comutao, a central local. Essa transmisso geralmente realizada atravs de um par de fios de cobre (par tranado). Comutao

A Central de Comutao estabelece circuitos temporrios entre assinantes permitindo o compartilhamento de meios e promovendo a otimizao dos recursos disponveis. A RTPC formada por uma rede de centrais telefnicas, a qual pode ser representada por um conjunto de equipamentos de comutao destinado ao encaminhamento ou estabelecimento de chamadas telefnicas.

A central local, tambm denominada central de comutao classe 5, responsvel pela conexo dos assinantes rede telefnica em uma regio, fornecendo um terminal para cada assinante. Essa central se interliga s demais atravs da central trnsito, tambm denominadas central de comutao classe 4. A central classe 4, por sua vez, pode se conectar a centrais telefnicas de maior hierarquia como a central trnsito internacional, responsvel por encaminhar o trfego com destino a outros pases.

Graas a eletrnica digital, foi possvel otimizar recursos para transmisso da voz, utilizando mtodos de digitalizao. O mtodo mais popular e amplamente utilizado at hoje o PCM, Pulse Code Modulation. Atravs do processo de modulao. possvel transformar a voz, analgica, em uma seqncia de bits. A voz passou a ser multiplexada quando transmitida pela rede, o mtodo empregado hoje em dia o TDM. No TDM vrios canais de voz so transmitidos por um mesmo meio fsico, a voz quebrada em pequenos fragmentos e transmitida. Do outro lado um regenerador recebe os fragmentos e reconstitui o sinal original da voz. Com o TDM foi possvel transmitir vrios canais de voz por um mesmo par de cabos coaxiais. [...]. (DANELLI, 2005, p. 14-15).

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Transporte

As Redes de Transportes so compostas de sistemas de transmisso atravs dos quais so realizadas as interconexes entre Centrais de comutao, assegurando transferncias transparentes de informao. A transmisso de informao pode ser realizada de diversas formas, com variadas capacidades e utilizando diversas tecnologias.

A rede de transporte do ltimo sculo foi sendo aprimorada, objetivando maximizar o nmero de conversaes transportadas pelo menor custo possvel. A rede de cabos de cobre foi a primeira soluo adotada. Com o passar do tempo, com o acmulo de esforos de engenheiros e cientistas, tecnologias como a das redes ATM foi adotada nas transmisses de longas distncias. A tecnologia da Fibra ptica garantiu um passo importante tambm nesse sentido, garantindo mais eficincia e confiabilidade na transmisso, sem falar claro, da economia financeira. (DANELLI, 2005, p. 15-16).

2.1.1. Sinalizao

Para o perfeito funcionamento de um sistema telefnico, diversas informaes devem ser trocadas entre o assinante e a central e entre as centrais, alm da informao propriamente dita. Uma dessas informaes extras agregadas comunicao a informao de sinalizao, ou simplesmente sinalizao. A figura 7 representa a sinalizao em uma rede comutada por circuitos.

Figura 7: Sinalizao em uma rede Comutada por Circuitos Fonte: adaptado de (SVERZUT, 2008, p. 61)

A sinalizao pode ser divida em trs grandes grupos denominados:

Sinalizao Acstica;

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Sinalizao por Canal Associado (CAS), formada pelos seguintes tipos de sinalizao:

o Sinalizao de Linha; o Sinalizao de Registro;

Sinalizao por Canal Comum nmero 7 (SCC #7).

2.1.1.1. Sinalizao Acstica

A sinalizao acstica refere-se ao transporte de tons entre assinante/central, fornecendo informaes do estado da conexo, constitui normalmente de tons cadenciados ou no-cadenciados, como por exemplo:

Tom de Discar; Corrente de Toque; Tom de Controle de Chamada; Tom de Ocupado; Tom de Nmero Inacessvel ou Inexistente.

2.1.1.2. Sinalizao por canal Associado

A sinalizao CAS (Channel Associated Signalling) caracteriza-se pelo uso de canais dedicados ao transporte de sinais entre centrais de comutao. (SVERZUT, 2008, p. 62). Quando utilizado o sistema PCM, nos enlaces digitais, o canal 16 responsvel pela sinalizao de linha, enquanto os canais de 1 a 15 e de 17 a 31 transportam a sinalizao de registro.

A sinalizao de registro tem com funo a troca de informaes entre uma central de origem e a central de destino, ocorrendo no incio da ligao entre assinantes de centrais distintas at o momento em que o telefone do assinante chamador ouve o sinal sonoro indicando que o outro assinante est sendo chamado, est ocupado ou no existe. O mtodo de sinalizao pode ser por pulsos decdicos ou por sinais multifreqnciais.

Na sinalizao Multifreqncial Compilada (MFC), so enviados sinais compostos por freqncias combinadas duas a duas e so necessrios sinais para trs, como resposta aos sinais para frente, sendo esse mtodo o principal utilizado no Brasil. A figura 8 mostra a sinalizao de linha e de registro.

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Figura 8: Sinalizao de linha e registro Fonte: adaptado de (SVERZUT, 2008, p. 62)

Caso exista mais de um enlace PCM entre as centrais, cada um deles ter sua prpria sinalizao, essa a caracterstica que diferencia a sinalizao CAS da sinalizao SCC #7.

A sinalizao de linha ocorre entre juntores de centrais distintas e no percebida pelos assinantes. Um juntor um elemento responsvel pela ligao de troncos entre centrais de comutao telefnica. Existem dois tipos de juntores, Juntor de Entrada (JE) e Juntor de Sada (JS).

No Brasil foi adotado o sistema de sinalizao de linha denominado R-2 Digital. Este sistema utiliza dois canais de sinalizao para frente, af e bf, e dois para trs, ab e bb.

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Fase da Chamada Designao do sinal Sentido Sinal Frente Trs Observaes af bf ab bb

Tronco Livre - - 1 0 1 0

Sinal de ocupao

0 0 1 0

Ocupao Confirmao de ocupao 0 0 1 1

Chamada em progresso - - 0 0 1 1 Sinal MFC Atendimento da chamada Sinal de

atendimento 0 0 0 1

Conversao - - 0 0 0 1 Tarifao Sinal de tarifao

0 0 0/1 1 Pulso de 150 +/- 30 ms em ab, que passa de "0" para "1"

Sinal de desligamento

para trs

0 0 1 1

Desligamento de chamada Sinal de

desligamento para frente

1 0 x 1 X=0, A desliga 1; X=1, B desliga 1

Sinal de confirmao

de desconexo

1 0 1 0

Sinal de desconexo

forada

0 0 0 0

Sinal de confirmao

de desconexo

forada

1 0 0 0

Situaes especiais Sinal de bloqueio 1 0 1 1

Sinal de falha

1 1 1 0

Quadro 1: Sinalizao de linha R2 digital Fonte: adaptado de (SVERZUT, 2008, p. 71)

A sinalizao R2 formada pelos seguintes sinais para frente e para trs:

Ocupao sinal emitido para frente, pelo juntor de sada de onde provm a chamada para a central que a enviar para o assinante chamado, com o objetivo de acionar o juntor de entrada desta central.

Atendimento sinal emitido para trs, gerado pelo juntor de entrada para o juntor de sada, indicando ao chamador o momento em que o assinante chamado atende a ligao.

Desligar para trs sinal emitido para trs, gerado pelo juntor de entrada para o juntor de sada, indicando que o assinante chamado encerrou a ligao.

Desligar para frente sinal emitido para frente, pelo juntor de sada da central de onde vem o sinal do assinante chamador no instante em que este repe o telefone no gancho, para indicar ao juntor de entrada que o chamador encerrou a ligao.

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Confirmao de desconexo sinal emitido para trs, pelo juntor de entrada, com uma confirmao de desconexo ao juntor de sada.

Desconexo forada sinal que substitui o sinal desligamento nos circuitos entre a estao local de origem e o primeiro ponto de tarifao.

Tarifao sinal emitido para trs, pelo juntor de entrada, a partir do ponto de tarifao para o contador do assinante chamador, de acordo com o degrau tarifrio correspondente.

Bloqueio sinal emitido para trs, pelo juntor de entrada. Ocorre quando h falha ou bloqueio (efetuado por operador) no juntor de entrada da central do assinante chamado. Neste caso o juntor de sada tambm fica bloqueado.

Re-chamada sinal emitido para frente, gerado pelo juntor sada. Ocorre geralmente quando se utiliza mesa operadora para re-chamar o assinante chamado aps este ter desligado (reposto o telefone no gancho).

2.1.1.3. Sinalizao por canal comum nmero 7 SCC #7

A idia principal do sistema de Sinalizao por canal comum n 7, especificado e padronizado internacionalmente pelo ITU-TSS (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector), fazer com que as informaes de sinalizao e controle no transitem no prprio canal de voz da conexo correspondente, e sim atravs de uma rede de dados independente, de alto desempenho. Separando os circuitos de sinalizao em uma rede prpria, os canais de voz podem permanecer livres enquanto no se iniciar uma efetiva chamada.

Uma rede de telecomunicaes suportada pela sinalizao por canal comum composta por ns de comutao e processamento interconectados por enlaces de transmisso. Os ns na rede SCC #7 so chamados genericamente de ponto de sinalizao (PS), onde a comunicao entre realizada atravs da troca de sinais, denominados mensagem de sinalizao. Pode-se classificar os PSs de acordo com sua funo na rede SCC #7:

STP (Signaling Transfer Point): ponto de sinalizao com funo de transferncia de informao de sinalizao.

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SSP (Service Switching Point): ponto de sinalizao que prov acesso local rede de sinalizao.

Alm do enlace de sinalizao, um PS deve definir rotas para atingir um certo destino. A associao entre o caminho percorrido por uma mensagem de sinalizao e a relao de sinalizao a que se refere essa mensagem define o modo de sinalizao, em uma rede SCC #7 podem-se destacar dois modos:

Associado: as mensagens referentes a uma relao de sinalizao passam por um nico de conjunto de enlaces;

Quase-associado: o caminho percorrido por uma mensagem de sinalizao utiliza um ou mais pontos de sinalizao que no aqueles aos quais a relao de sinalizao se refere.

A arquitetura do SCC #7 define uma pilha de protocolos de 4 nveis, onde os nveis de menor hierarquia compe o subsistema de transferncia de mensagens (Message Transfer Part MTP) e no nvel 4 pode conter vrios subsistemas de usurios (User Parts), como o TUP (Telephone User Part) e o ISUP (ISDN User Part). Para suportar outras aplicaes na rede, dois componentes foram criados, o SCCP (Signaling Connection Control Part), que complementa servios do MTP e o TCAP (Transaction Capabilities Application Part), que oferece um conjunto de protocolos e funes utilizadas por aplicaes distribudas na rede para que essas possam se comunicar. A figura 9 apresenta a relao da pilha do SCC#7 como o modelo OSI.

Figura 9: Nveis do SCC #7 e sua relao com o modelo OSI Fonte: http://www.mhavila.com.br/misc/ss7/Figura3.gif

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As NGNs precisam de interfaces com o protocolo de sinalizao SCC #7, para prover transporte entre elas e permitir que a sinalizao de voz possa ser manipulada em um ambiente IP.

Os esforos de padronizao para esta tarefa levaram criao do Signaling Transport Working Group SIGTRAN na IETF (Internet Engineering Task Force), que representa uma famlia de protocolos para a troca de sinalizao no meio IP.

No prximo capitulo esse protocolo ser abordado com mais detalhes.

2.2. Redes Comutadas por Pacotes

Na comutao por pacotes no necessrio o estabelecimento de um caminho dedicado para o trfego de dados. A mensagem transmitida fragmentada em pacotes e a cada um desses pacotes so adicionados endereos de origem e destino utilizados para roteamento dos pacotes.

Com esse mtodo cada pacote pode trafegar independentemente pela rede, sendo reagrupados no destino para reconstruo da mensagem.

A comutao por pacotes pode ser dividida em duas modalidades, baseando-se na transmisso de informaes:

Circuito virtual; Datagrama.

As redes telefnicas foram projetadas inicialmente para a transmisso de voz, no sendo portanto ideal para o trfego de dados. Por razo desse atributo, uma srie de tecnologias, produtos e protocolos vm sendo criados ou aperfeioados para aprimorar a transmisso de dados sobre as redes telefnicas.

Com este enfoque, as OST esto constantemente oferecendo produtos e servios para formao de redes. Atualmente, grandes backbones de fibra tica utilizando tecnologia SDH proporcionam vazo para a maior parte do trfego. Links de rdio ou satlite somente so utilizados em regies remotas. Redes ATM, Frame Relay e IP se valem desta estrutura no nvel da camada fsica para estabelecer conexes entre origem e destino.

32

2.2.1. Frame Relay (FR)

O FR fornece um meio para enviar informaes atravs de uma rede de dados, dividindo essas informaes atravs de frames (quadros) ou pacotes. Cada frame carrega um endereo que utilizado pelos equipamentos de rede para determinar seu destino. Uma rede Frame Relay composta por:

Equipamentos de usurios (como PCs, estaes de trabalho, servidores e computadores de grande porte) e suas respectivas aplicaes;

Equipamentos de acesso com interface Frame Relay (bridges, roteadores de acesso, dispositivos de acesso Frame Relay - FRAD, etc.);

Equipamentos de rede (switches, roteadores de rede, equipamentos de transmisso com canais E1 ou T1, etc.). A converso dos dados para o protocolo Frame Relay feita pelos

equipamentos de acesso. Os frames gerados so enviados aos equipamentos de rede, cuja funo basicamente transportar esse frames at o seu destino, usando os procedimentos de chaveamento ou roteamento prprios do protocolo.

A rede Frame Relay pode ser representada por uma nuvem, j que ela no uma simples conexo fsica entre dois pontos distintos. A conexo entre esses pontos feita atravs de um circuito virtual configurado para determinada banda. A tecnologia Frame Relay oferece vrios benefcios, se comparada com outras tecnologias:

Custo reduzido (equipamentos mais simples); Padres estveis e largamente utilizados, o que possibilita a implementao

de plataformas abertas e plug-and-play; Overhead reduzido, combinado com alta confiabilidade; Redes escalveis, flexveis e com procedimentos de recuperao bem

definidos; Interoperabilidade com outros protocolos e aplicaes, tais como ATM e

TCP/IP.

Entretanto, para as vantagens do Frame Relay serem efetivas, dois requisitos devem ser atendidos:

Os equipamentos de usurio devem utilizar aplicaes com protocolos inteligentes, com controle o fluxo das informaes enviadas e recebidas;

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A rede de transporte deve ser virtualmente a prova de falhas.

A tecnologia Frame Relay baseada no uso de Circuitos (Caminhos) Virtuais (VC's). Um VC um circuito de dados virtual bidirecional configurado entre duas portas quaisquer da rede, que funciona como um circuito dedicado. Existem dois tipos de VC's, conforme descrito a seguir:

Permanent Virtual Circuit (PVC) - foi primeiro tipo de circuito virtual padronizado para o Frame Relay a ser implementado. O PVC configurado pelo operador na rede atravs do sistema de Gerncia de Rede, como sendo uma conexo permanente entre dois pontos. Seu encaminhamento atravs dos equipamentos da rede pode ser alterado ao longo do tempo devido falhas ou reconfiguraes de rotas, porm as portas de cada extremidade so mantidas fixas e de acordo com a configurao inicial.

Switched Virtual Circuit (SVC) tambm foi padronizado para o Frame Relay desde o princpio, porm sendo implementado apenas recentemente quando surgiram novas demandas de mercado. O SVC disponibilizado na rede de forma automtica, sem interveno do operador, como um circuito virtual sob demanda, para atender, entre outras, as aplicaes de voz que estabelecem novas conexes a cada chamada.

O estabelecimento de SVC's na rede mais complexo que os PVC's, embora sejam transparentes para o usurio final. As conexes devem ser estabelecidas de forma dinmica na rede, atendendo as solicitaes de destino e banda das diversas aplicaes de usurios, e devem ser acompanhadas e cobradas de acordo com o servio fornecido. A figura 10 mostra os PVCs frame-relay.

Figura 10: PVC Frame Relay Fonte: adaptado de (TRONCO, 2006, p. 36)

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2.2.1.1. Estrutura Frame

O protocolo do Frame Relay utiliza um frame com estrutura bastante simples. Alm disso, os frames podem ter comprimento varivel e, dependendo do tipo de informao da aplicao do usurio, seu tamanho pode variar de alguns poucos at milhares de caracteres. A estrutura do frame pode ser entendida melhor atravs da figura 11.

Figura 11: Estrutura do Frame Fonte: http://www.cefetrio.hpg.com.br/cienciaeeducacao/8/trabalhos/rlc12002/FrameRelay/Image3.gif

O campo Flag indica o incio e o fim de cada frame. O campo Cabealho transporta as informaes de controle do protocolo. composto por campos com as seguintes informaes:

DLCI (Data Link Connection Identifier), com 10 bits, representa o nmero (endereo) designado para o destinatrio de um PVC dentro de um canal de usurio, e tem significado local apenas para a porta de origem (vide figura abaixo);

C/R (Command / Response), com 1 bit, utilizado pela aplicao usuria; FECN (Foward Explicit Congestion Notification), com 1 bit, utilizado pela

rede para informar um equipamento receptor de informaes que procedimentos de preveno de congestionamento devem ser iniciados;

BECN (Backward Explicit Congestion Notification), com 1 bit, utilizado pela rede para informar um equipamento transmissor de informaes que procedimentos de preveno de congestionamento devem ser iniciados;

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DE (Discard Eligibility Indicator), com 1 bit, indica se o frame pode ser preferencialmente descartado em caso de congestionamento na rede;

EA (Extension Bit), com 2 bits, utilizado para indicar que o cabealho tem mais de 2 bytes, em caso especiais;

Informao de usurio Contm as informaes da aplicao usuria a serem transportadas atravs da rede Frame Relay.

FCS O FCS (Frame Check Sequence) representa o CRC padro de 16 bits utilizado pelo protocolo Frame Relay para detectar erros existentes entre o Flag de incio do frame e o prprio FCS, e pode ser utilizado apenas para frames com at 4096 bytes.

O Campo de Informao e o FCS transportam as informaes do usurio e a informao para verificao de erros do frame.

2.2.2. ATM

O ATM tem com caracterstica o uso de clulas de comprimento fixo ao invs de pacotes de tamanhos variveis, utilizados pela tecnologia ethernet.

A clulas ATM composta de 53 bytes, sendo cinco destinados ao cabealho e 48 a dados. Em mensagens longas, vrias clulas so enviadas e quando os dados forem menores que 48 bytes, em geral na ltima clula, o restante preenchido com caracteres complementares.

A grande vantagem da utilizao de clulas de tamanho fixo est na maior facilidade tratamento de dado por hardwares baseados em chaveamento. Por outro lado, uma desvantagem desta tecnologia est em uma maior quantidade de cabealhos gerando um enorme overhead, no meio de transmisso. A figura 12 identifica a estrutura das clulas ATM.

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Figura 12: Estrutura das clulas ATM Fonte: http://penta.ufrgs.br/rc952/trab2/atm32.html

GFC (Generic Flow Control) Originalmente este campo foi designado para controlar o trfego, no sentido de limitar o fluxo de dados durante perodos de congestionamento.

VPI (Virtual Path Identifier) e VCI (Virtual Channel Identifier) identificam o endereo local de uma dada conexo, o que significa dizer que este endereo muda dinamicamente, conforme a clula trafega na rede.

PTI (Payload Type Indicator) Possui 3 bits. O primeiro deles indica se a clula de usurio (0) e por isso deve seguir seu caminho destino ou se a clula de controle (1), terminando seu movimento no switch. O segundo bit, chamado Congestion Indicator (CI), utilizado em um mecanismo de controlo EFCI. O terceiro e ltimo bit utilizado em esquemas de controle de congestionamento tal como Packet Level Dicard (PLD) utilizado em sistemas de QoS, assim como o prximo campo (1bit), CLP (Cell Loss Priority). HEC (Header Error Check) um mecanismo padro de verificao de erro. Os 48 bytes restantes, payload, carregam as informaes do usurio.

2.2.2.1 Circuito Virtual

A tecnologia ATM baseada no uso de conexes virtuais. O ATM implementa essas conexes virtuais usando 3 conceitos:

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TP (Transmission Path): a rota de transmisso fsica (por exemplo, circuitos das redes de transmisso SDH/SONET) entre dois equipamentos da rede ATM.

VP (Virtual Path): a rota virtual configurada entre dois equipamentos adjacentes da rede ATM. O VP usa como infraestrutura os TPs. Um TP pode ter um ou mais VPs e cada VP tem um identificador VPI (Virtual Paths Identifier), que deve ser nico para um dado TP.

VC (Virtual Channel): o canal virtual configurado tambm entre dois equipamentos adjacentes da rede ATM. O VC usa como infraestrutura o VP, que pode ter um ou mais VCs. Cada VC tem um identificador VCI (Virtual Channel Identifier) que tambm deve ser nico para um dado TP.

A figura 13 apresenta o funcionamento de circuitos virtuais.

Figura 13: Circuito Virtual

A partir desses conceitos, definem-se 2 tipos de conexes virtuais:

VPC (Virtual Paths Connection): a conexo de rota virtual definida entre dois equipamentos de acesso ou de usurio. Uma VPC uma coleo de VPs configuradas para interligar origem e destino.

VCC (Virtual Channel Connection): a conexo de canal virtual definida entre dois equipamentos de acesso ou de usurio. Uma VCC uma coleo de VCs configurada para interligar origem e destino.

Essas conexes so sempre bidirecionais, embora a banda em cada direo possa ter taxas distintas ou at mesmo zero. Aos serem configuradas, apenas os identificadores VPI/VCI nas conexes UNI da origem e do destino tem os mesmos valores. Nas conexes NNI entre equipamentos os valores de VPI/VCI so definidos em funo da disponibilidade de VPs ou VCs, que pode ser entendido melhor atravs da figura 14.

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Figura 14: Conexes ATM

O ATM um protocolo orientado a conexo. A rede estabelece uma conexo atravs de um procedimento de sinalizao, ou seja, um pedido de estabelecimento de conexo enviado pela origem at o destinatrio atravs da rede.

Se o destinatrio concorda com a conexo, um VCC/VPC estabelecido na rede, definido o VPI/VCI da conexo entre as UNI de origem e de destino, e alocando os recursos dos VPs e/ou VCs ao longo da rota.

Como o ATM utiliza a tcnica de roteamento para enviar as clulas. Ao configurar um VPC ou VCC, o sistema usa como parmetros os endereos ATM dos equipamentos de origem e destino, e o VPI/VCI adotado. Essas informaes so ento enviadas para as tabelas de roteamento dos equipamentos de rede, utilizadas para encaminhar as clulas.

Em cada equipamento as clulas dos VPCs so encaminhadas de acordo com o seu VPI, e as clulas dos VCCs de acordo com a combinao VPI/VCI.

A partir dessas conexes virtuais o ATM implementa todos os seus servios. Em especial, o ATM implementa os circuitos virtuais (VC) mais comuns, quais sejam:

PVC (Permanent Virtual Circuit): esse circuito virtual configurado pelo operador na rede atravs do sistema de Gerncia de Rede, como sendo uma conexo permanente entre dois pontos. Seu encaminhamento atravs dos equipamentos da rede pode ser alterado ao longo do tempo devido falhas ou reconfiguraes de rotas, porm as portas de cada extremidade so mantidas fixas e de acordo com a configurao inicial.

SVC (Switched Virtual Circuit): esse circuito virtual disponibilizado na rede de forma automtica, sem interveno do operador, como um circuito virtual sob demanda, para atender, entre outras, as aplicaes de Voz que estabelecem novas conexes a cada chamada. O estabelecimento de uma chamada

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comparvel ao uso normal de telefone, onde a aplicao de usurio especifica um nmero de destinatrio para completar a chamada, e o SVC estabelecido entre as portas de origem e destino.

2.2.2.2. Camadas ATM

ATM estruturada em 3 camadas, conforme mostrado na figura 15.

Figura 15: Camadas ATM Fonte: adaptado de http://w3.impa.br/~srvaz/images/a_artigo03-img2.gif

Camada Fsica consiste no transporte fsico utilizado para transporte de clulas de um n para outro. Atualmente, os meios fsicos padronizados para as redes ATM so SONET/SDH, DS-3/E3, FDDI 100 Mbits/s e Fibra ptica para 155 Mbit/s.

Camada ATM viabiliza o chaveamento e o roteamento das clulas ATM de acordo com os campos VCI e VPI do cabealho.

Camada de Adaptao ATM cuida dos diferentes tipos de trfego. Quando a Camada de Adaptao recebe informao das camadas superiores, sua funo principal segmentar os dados em clulas ATM. Quando a informao vem da camada inferior, Camada ATM, sua funo reunir a parte de dados das clulas em pacotes com formatos que as camadas superiores possam tratar.

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2.2.3. MPLS (Multi Protocol Label Switching)

O protocolo MPLS utiliza o modelo de referencia OSI da ISO, atuando nas camadas 2 (enlace de dados) e 3 (camada de rede) e provendo um servio de transporte de dados unificado para as redes baseadas em comutao por circuitos e pacotes.

Como o prprio nome j diz, ele chamado multiprotocolo porque pode ser utilizado com qualquer protocolo de camada 3, apesar de quase todo foco ser para a utilizao do MPLS com o IP.

Alguns dos motivos que incentivaram o uso do protocolo MPLS nas redes comutadas por pacotes atuais, especialmente nas redes IP, so:

Execuo de uma engenharia de trfego mais eficaz; Escalabilidade; Alta taxa de transferncia de dados; Gerncia de QoS.

2.2.3.1. Arquitetura de rede MPLS

A figura 16 mostra a arquitetura MPLS e alguns de seus elementos.

Figura 16: Arquitetura MPLS Fonte: http://www.gta.ufrj.br/grad/01_2/mpls/mpls.htm

LER (Label Edge Router) equipamento que atribui o primeiro rtulo no pacote a ser transmitido, com base no endereo de destino e na qualidade de servio requerida. Situa-se na borda da rede.

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LSR (Label Switch Router) equipamento que faz a troca de rtulos, ou seja, retira os rtulos dos pacotes que chegam s portas de entrada, coloca novos rtulos neles e envia-os para as portas de sada. Faz parte do ncleo da rede e encaminha os pacotes de um LSR a outro at o destino, pelo caminho definido nas tabelas de encaminhamento.

A transmisso de pacotes no protocolo MPLS realizada por caminhos comutados por rtulos, denominados Label Switched Path LSP. O LSP pode ser entendido como uma seqncia de rtulos presentes em cada n ao longo da rede MPLS desde a origem at seu destino da informao. E para distribuir esses rtulos ao longo da rede, o MPLS utiliza o protocolo Label Distribution Protocol LDP.

O MPLS possui a existncia da classe de equivalncia de transferncia (Forward Equivalence Class FEC), onde um conjunto de pacotes com mesma FEC transportado at seu destino, utilizando o mesmo caminho LSP.

A utilizao da classe FEC visa transportar dados de alta prioridade (ex. servio de voz) pelos caminhos que geram menos atrasos, ou seja, geralmente os caminhos mais curtos.

O envio de pacotes atravs da rede MPLS pode ser entendido pela figura 17.

Figura 17: Envio de pacotes atravs da rede MPLS Fonte: adaptado de (SVERZUT, 2008, p. 254)

2.2.3.2. Formato bsico do rtulo MPLS

A figura 18 apresenta o formato do rtulo MPLS.

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Figura 18: Formato Rtulo MPLS Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Camadas_do_protocolo_MPLS.jpg

Label campo para especificar o contedo do rtulo; EXP (Classe de servio) campo para determinar a qualidade de servio

requerida; S (flag da base da pilha) campo para indicar que o rtulo corrente o ltimo

da pilha (S=1); TTL (Tempo de vida do pacote) campo para indicar o tempo de vida do

pacote na rede MPLS. O protocolo TCP responsvel pelo transporte do rtulo MPLS, com objetivo de dar confiabilidade informao.

2.2.4. IP

O protocolo IP foi introduzido na ARPANET no incio dos anos 80, e tem sido utilizado juntamente com o TCP desde ento. Padro para redes Internet, o IP tem como principal caracterstica a transmisso de blocos de dados, denominados datagramas, sem a necessidade de uma conexo entre mquina origem e mquina destino, onde origem e destino so hosts identificados com endereos IP.

Um datagrama IP, unidade bsica de dados no nvel IP, consiste de um cabealho e uma rea de dados.

Na rea de dados est encapsulado o pacote de nvel superior, ou seja, um pacote TCP ou UDP.

Na figura 19 mostra o formato do datagrama IP.

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Figura 19: Formato do Pacote IP Fonte: http://www.inforede.net/Network/FAQ%20CDados_files/image132.gif

VERS: verso do protocolo IP que foi utilizada para criar o datagrama. HLEN: comprimento do cabealho, medido em palavras de 32 bits. TOTAL-LENGTH: informa o comprimento do datagrama medido em bytes,

incluindo cabealho e dados. SERVICE-TYPE: especifica como o datagrama poderia ser manejado e

dividido em cinco subcomandos. IDENTIFICATION, FLAGS e FRAGMENTS: estes trs campos controlam a

fragmentao e a unio dos datagramas. O campo de identificao contm um nico inteiro que identifica o datagrama. um campo muito importante porque quando um gateway fragmenta um datagrama, ele copia a maioria dos campos do cabealho do datagrama em cada fragmento, ento a identificao tambm deve ser copiada, com o propsito de que o destino saiba quais fragmentos pertencem a quais datagramas. Cada fragmento tem o mesmo formato que um datagrama completo.

FRAGMENT OFFSET: especifica o incio do datagrama original dos dados que esto sendo transportados no fragmento.

FLAG: controla a fragmentao. TTL (Time To Live): especifica o tempo em segundos que o datagrama est

permitido a permanecer vlido na Internet. Gateways e hosts que processam o datagrama devem decrementar o campo TTL cada vez que um datagrama passa por eles e devem remov-lo quando seu tempo expirar.

PROTOCOL: especifica qual protocolo de alto nvel foi utilizado para criar a mensagem que est sendo transportada na rea de dados do datagrama.

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HEADER-CHECKSUM: assegura integridade dos valores do cabealho. SOURCE AND DESTINATION IP ADDRESS: especifica o endereo IP de 32

bits do remetente e receptor (IPV4). OPTIONS: um campo opcional. Este campo varia em comprimento

dependendo de quais opes esto sendo utilizadas. Algumas opes so de um byte, e neste caso este campo chamado de Option Code.

2.2.4.1. Endereos IP

Um endereo IP um identificador nico para a interface de rede de uma mquina. Este endereo formado por 32 bits (4 bytes) e possui uma poro de identificao da rede na qual a interface est conectada e outra para a identificao da mquina dentro daquela rede. O endereo IP representado pelos 4 bytes separados por e representados por nmeros decimais. Desta forma o endereo IP 11010000 11110101 0011100 10100011 representado por 208.245.28.63.

Como o endereo IP identifica tanto uma rede quanto a estao a que se refere, fica claro que o endereo possui uma parte para a rede e outra para a estao. Desta forma, uma poro do endereo IP designa a rede na qual a estao est conectada, e outra poro identifica a estao dentro daquela rede.

A forma original de dividir o endereamento IP em rede e estao foi realizada por meio de classes. Um endereamento de classe A consiste em endereos que tem uma poro de identificao de rede de 1 byte e uma poro de identificao de mquina de 3 bytes. Desta forma, possvel enderear at 256 redes com 2 elevado a 32 estaes. Um endereamento de classe B utiliza 2 bytes para rede e 2 bytes para estao, enquanto um endereo de classe C utiliza 3 bytes para rede e 1 byte para estao. Para permitir a distino de uma classe de endereo para outra, utilizou-se os primeiros bits do primeiro byte do endereo.

Nesta forma de diviso possvel acomodar um pequeno nmero de redes muito grandes (classe A) e um grande nmero de redes muito pequenas (classe C). Esta forma de diviso no mais empregada na Internet devido ao uso de uma variao que a sub-rede, tambm conhecido com VLSM. As classes originalmente utilizadas na Internet so A, B, C, D, E, conforme mostrado abaixo. A classe D

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uma classe especial para identificar endereos de grupo (multicast) e a classe E reservada. A figura 20 mostra as classes de endereamento IP.

Figura 20: Classes de Endereamento IP Fonte: http://i.msdn.microsoft.com/Aa918342.dc1e1560-8dac-43f8-8690-31a5eda9e3ef(pt

br,MSDN.10).gif

A Classe A possui endereos suficientes para enderear 128 redes diferentes com at 16.777.216 hosts (estaes) cada uma.

A Classe B possui endereos suficientes para enderear 16.284 redes diferentes com at 65.536 hosts cada uma.

A Classe C possui endereos suficientes para enderear 2.097.152 redes diferentes com at 256 hosts cada uma.

As mquinas com mais de uma interface de rede, caso dos roteadores ou mquinas interligadas a mais de uma rede (mas que no efetuam a funo de roteamento), possuem um endereo IP para cada uma, e podem ser identificadas por qualquer um dos dois de modo independente. Um endereo IP identifica no uma mquina, mas uma conexo rede. Alguns endereos so reservados para funes especiais:

Endereo de Rede: Identifica a prpria rede e no uma interface de rede especfica, representado por todos os bits de hostid com o valor ZERO.

Endereo de Broadcast: Identifica todas as mquinas na rede especfica, representado por todos os bits de hostid com o valor UM. Desta forma, para cada rede A, B ou C, o primeiro endereo e o ltimo so reservados e no podem ser utilizados por interfaces de rede.

Endereo de Broadcast Limitado: Identifica um broadcast na prpria rede,

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sem especificar a que rede pertence. Representado por todos os bits do endereo iguais a UM = 255.255.255.255.

Endereo de Loopback: Identifica a prpria mquina. Serve para enviar uma mensagem para a prpria mquina rotear para ela mesma, ficando a mensagem no nvel IP, sem ser enviada rede. Este endereo 127.0.0.1. Permite a comunicao inter-processos (entre aplicaes) situados na mesma mquina.

2.2.4.2. Arquitetura TCP/IP

A arquitetura de rede IP estruturada em um modelo de camadas, onde cada uma desempenha uma funo especfica. [...], a camada fsica independente das demais, porem ela deve prover uma interface de comunicao compatvel com os protocolos das camadas superiores. (SVERZUT, 2008, p.175).

A arquitetura TCP/IP representada na figura 21.

Figura 21: Arquitetura TCP/IP Fonte: http://hdvirtualnet.blogspot.com/2009/05/tudo-sobre-tcpip-parte1.html

Camada Interface de Rede: Tambm chamada camada de enlace (link layer). Responsvel pelo gerenciamento de enlace de dados e a transmisso fsica de dados no meio fsico. Alm dos protocolos citados na figura acima, podemos destacar tambm, Wi-Fi, Frame Relay, WiMAX e Token Ring.

Camada Internet: implementada pelo protocolo IP e responsvel por retirar os segmentos formatados do TCP (Transmission Control Protocol) ou UDP, encapsulando-os em pacotes, atribuindo os endereos adequados e

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selecionando o melhor caminho para o host de destino. Podem-se citar outros protocolos residentes nessa camada, como ICMP (Internet Control Message Protocol), IGMP (Internet Group Management Protocol) e ARP (Address Resolution Protocol).

Camada de Transporte: Prov os servios de comunicao fim a fim para as aplicaes. Basicamente, essa camada formada pelos protocolos TCP e UDP.

Camada de Aplicao:

Fornece uma interface que permite aos usurios acessarem os servios dos softwares em uso. Possui protocolos de alto nvel, tais como: Protocolo de correio eletrnico (SMTP Simple Mail Transfer Protocol); transferncia de arquivos (FTP File Transfer Protocol); terminal virtual (TELNET); dentre outros.

Pelo fato do protocolo ser fcil de implantar e manter, alm de possuir baixo custo, as redes de computadores cada vez mais se baseiam no TCP/IP, principalmente a Internet.

Alm disto, importante frisar que uma grande parcela dos Sistemas Operacionais existentes no mercado j disponibiliza a pilha TCP/IP por padro, sendo desnecessria a sua instalao. (SANTOS; SOARES, 2007).

As redes NGN so baseadas nas tecnologias de transporte Internet, incluindo os protocolos IP e MPLS (Multi Protocol Label Switching). No nvel de aplicao, utilizado o protocolo SIP (Session Initiation Protocol). (SVERZUT, 2008, p. 258). O protocolo SIP e H.323 ser discutido com mais detalhes no captulo 3.

2.2.5. RTP (Real Time Protocol)

O RTP, protocolo de tempo real, prov o transporte de informaes em tempo real, tais como udio e vdeo. Aplicaes multimdia, tipicamente utilizam esse protocolo sobre UDP, pois o que importa nessas aplicaes a entrega rpida dos dados.

Em uma videoconferncia, so transmitidos dois tipos de informaes diferentes (udio e vdeo) e seus respectivos pacotes so enviados por sesses RTP diferentes e independentes.

importante ressaltar, que o RTP no prov nenhum mecanismo que

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garanta a transferncia de dados sem atraso (delay), QoS e transferncia de dados na ordem gerada pela origem (controle de fluxo). (SVERZUT, 2008, p. 219). Tais funes devem ser garantidas pelas camadas inferiores. A figura 22 mostra o RTP na arquitetura TCP/IP.

Figura 22: RTP Fonte: adaptado de http://www.inforede.net/Network/FAQ%20CDados_files/image096.gif

2.2.6. RTCP (RTP Control Protocol)

O RTCP responsvel pela monitorao da qualidade de servio (QoS) e pelo transporte de informaes relacionadas aos participantes de uma sesso RTP em andamento.

Alm do controle de taxa de transferncia de pacotes RTP de todos os participantes de uma sesso em andamento, outra funo do RTCP o controle e a identificao dos participantes de uma sesso de comunicao com o objetivo de evitar o congestionamento na rede,

2.3. Vantagens da Rede IP no Processo de Convergncia

A evoluo tecnolgica e o advento da Internet tm convencido tcnicos, especialistas e institutos de pesquisas de que a convergncia de dados, voz e imagens por meio da tecnologia IP pode definitivamente reduzir os gastos com telefonia de empresas e pessoas fsicas.

O protocolo da "grande rede" uma infra-estrutura importante para diminuir a parafernlia tecnolgica construda para viabilizar a comunicao. A primeira razo que os equipamentos necessrios a uma rede IP so mais compactos e modulares, diferentes das antigas centrais telefnicas que exigiam mais espao para

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a comutao.

A Internet foi o principal vetor de mudana da indstria de telecomunicaes, pois estabeleceu e difundiu a tecnologia de comutao por pacotes e redes IP, que constituem em uma tcnica superior para transmisso de dados e voz, comparativamente s tecnologias de comutao por circuitos, predominantes at ento.

O processo incentivou os investimentos na criao e expanso das novas redes de telecomunicaes, como as Redes de Prxima Gerao.

Fundamentalmente, a meta da migrao para a tecnologia IP trazer a criatividade intrnseca da Internet para os servios de telefonia, o que significa mais opes, flexibilidade e acesso aos usurios.

Estas redes IP de Prxima Gerao vo permitir que voz, dados e vdeo viajem em pacotes pela mesma infra-estrutura convergente, oferecendo novas possibilidades para reduo de custos e servios personalizados em voz sobre IP, telefonia IP e aplicaes de dados wireless.

No entanto, a migrao para o IP no deve ocorrer da noite para o dia. Os fornecedores de servios de telecomunicaes fizeram investimentos macios em PSTN, assim um ambiente hbrido PSTN/IP vai surgir como o passo transacional mais lgico para as operadoras migrarem para a tecnologia baseada em pacotes pelos prximos anos.

2.4. Comentrios

Neste captulo foram destacadas as principais caractersticas ds redes comutadas por circuito, pacote e clulas. Foi apresentado os principais tipos de redes comutadas por circuitos, com destaque para a RTPC, alguns protocolos utilizados na redes comutadas por pacotes, com destaque para o MPLS e IP, estes pois sero a base das NGN. Por fim, foram descritos os tipos de sinalizao nas redes de comunicao, como exemplo, SCC #7.

No captulo prximo, ser apresentada uma definio da NGN e sero descritos os elementos de hardware e software utilizados nas redes NGN.

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3. Redes da Nova Gerao - NGN

A evoluo das redes de telecomunicaes tem sido realizada principalmente em funo das demandas do mercado que, dependendo de diversos fatores, pode indicar a melhor alternativa tcnica, mesmo que esta no seja a que representa o estado da arte em termos tecnolgicos.

Como j observado anteriormente, a demanda de servios envolvendo trfego de dados, assim como a de servios sem fio, vem aumentando significativamente nos ltimos anos, como conseqncia do uso da telefonia sobre IP, a popularizao da internet e de aplicaes multimdia.

Como conseqncia dessa circunstncia, as OST investiram em uma segunda rede de dados (rede de pacote) para ofertarem tais servios, em paralelo rede de voz convencional (rede comutada). No entanto, a manuteno de duas redes distintas torna-se onerosa e extremamente no competitiva.

Tendo em vista a racionalizao de recursos, como por exemplo, de infraestrutura e de gerncia de rede, uma rede nica para o transporte de voz e dados foi desenvolvida. Assim, a convergncia entre redes de telefonia e redes de dados atravs de uma plataforma nica promoveu a criao de uma nova rede, comumente designada Next Generation Network (NGN), ou Redes de Nova Gerao.

As redes atuais de telecomunicaes tm, tipicamente, custos elevados, pois quanto maior a quantidade de servios oferecidos, maior a quantidade de componentes necessrios para o seu correto funcionamento. Como um contraponto, a NGN possibilita a reduo dos custos operacionais (OPEX) e de manuteno das redes, pois elimina ou reduz, atravs da migrao dos servios de voz da rede de circuito comutado para uma rede de pacotes, elementos ou componentes utilizados para o fornecimento de servios.

Alm disso, a NGN permite o surgimento de novas fontes de receita para as operadoras de telecomunicaes, principalmente atravs de servios multimdias, que tm crescido gradativamente em ambiente residenciais e corporativos.

Outras vantagens que podem ser destacadas com a aplicao da tecnologia NGN so:

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Compatibilidade com os antigos sistemas de telefonia; Convergncia entre redes fixa e mvel; Desenvolvimento de novos servios para os usurios, registrando o perfil dos

mesmos, com baixssimo custo.

No entanto, a NGN apresenta aparentemente uma desvantagem sobre a rede antiga, a confiabilidade do trfego de voz sobre a rede. Sabe-se da falta de garantia em uma rede de dados com comutao de pacotes. Nestas, o pacote transmitido pode ser perdido, chegar atrasado ou em ordem trocada ao seu destino.

Felizmente, as pesquisas na rea de Qualidade de Servios (QoS) em redes de dados atingiram um ponto onde possvel transmitir voz, mantendo a qualidade e a confiabilidade. Inmeros protocolos e algoritmos foram aprimorados e criados. Ou seja, esta aparente desvantagem em relao s redes convencionais, comutadas por circuitos, pode ser facilmente contornada.

Portanto, a partir da anlise de suas vantagens, pode-se concluir que as NGNs podem ser bastante lucrativas para as empresas de telecomunicaes.

3.1. A Rede da Nova Gerao

A figura 23 mostra uma viso geral de uma NGN, onde destaca-se o softswitch, elemento necessrio para implementar o trfego de voz em redes com core IP.

Figura 23: Viso de uma Rede da Nova Gerao Fonte: (PAULA; SILVA; CORREA, 2007, p.18)

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O conceito NGN est interligado ao transporte dos servios de voz, dados e vdeo por uma mesma rede, implementando o recurso chamado triple play.

A idia central da rede NGN o transporte dos servios de voz, dados e vdeo por meio de pacote, por exemplo, pacotes IP ou clulas ATM. Esses pacotes so endereados conforme o tipo de servio requerido (voz, dados ou vdeo) e transportados de acordo com a qualidade de servio (QoS) e recursos de segurana administrados pelo equipamento de gerenciamento de trfego. [...].

A arquitetura NGN permite a separao das camadas de transporte e servio, permitindo que um provedor possa oferecer um novo servio, definindo-o diretamente na camada de servio, sem a necessidade de considerar a camada de transporte. Este aspecto torna as redes mais flexveis, permitindo que os provedores possam disponibilizar servios com mais agilidade. (SVERZUT, 2008, p. 258).

A padronizao da NGN iniciou-se separadamente e em vrios rgos que focavam em pesquisar e desenvolver novos servios direcionados as suas reas de atuao, ou seja, seguindo o modelo vertical tradicional.

No entanto, com a nova tendncia de integrao e convergncia de servios exigida pelos usurios, aliada necessidade de reduo e custos, este conceito mudou e ento estes rgos passaram a compartilhar as pesquisas e unir foras para chegarem a padronizao de protocolos, interfaces e arquiteturas comuns e que interoperem com todas as demais j existentes para proporcionar a maior flexibilidade possvel.

Observou-se ainda que para controlar e possibilitar a entrega de diversos contedos e servios a qualquer tipo de acesso fazia-se necessrio um core de controle (camada sesso do modelo OSI) bem definido e estruturado. Assim surgiu o IMS (IP Multimdia Subsystem) como o propsito de prover a integrao completa das redes e servios.

O IMS uma arquitetura padronizada para implementao dos servios multimdia internet, definida pelo Instituto Europeu de Padronizao para Telecomunicaes (ETSI European Telecommunications Standards Institute), e pelo 3GPP (3rd Generation Partnership Project).

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O IMS foi desenvolvido inicialmente para ser uma rede convergente aplicada s redes de telefonia mvel, porm aps a publicao da verso 7 do TISPAN (Telecommunications and Internet Protocol Harmonization over Networks) tambm ser aplicada s redes fixas, implementando a chamada convergncia entre as redes de telefonia fixa e mvel (Fixed Mobile Convergence FMC) (Figura 24). O IMS ser tratado em mais detalhes no item 3.2.

A figura 24 mostra a convergncia de servios fixos e mveis.

Figura 24: Convergncia Fixo-Mvel (FMC) Fonte: adaptado de http://www.sipcom.com.br/Imagens/Matrai/all_in_one_matrai_connecto.jpg

3.1.1. Modelo Funcional NGN

A arquitetura da NGN proposta pela ITU-T (International Telecommunication Union-Telecommunication) prev a separao entre as funes que provem os servios de rede das funes que provem o transporte de dados. Este desacoplamento dever permitir o desenvolvimento tanto dos servios existentes nas redes convencionais, quanto de novos servios, independentemente da rede de acesso utilizados.

As funes de transporte so realizadas por redes de comutao de pacotes IP e com o auxlio do MPLS. Por outro lado, o protocolo SIP utilizado para o controle de sesses como suporte a funes de servios. Transportes e Servios so representados por camadas distintas retratando funcionalidades prprias.

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Finalmente, cada camada composta de um plano de dados (ou de usurio), um plano de controle e um plano de gerncia conforme na Figura 25.

Figura 25: Camadas e planos do padro NGN. Fonte: http://www.teleco.com.br/imagens/tutoriais/figura2_tutorialngnIII.gif

A figura 26 apresenta o diagrama da Arquitetura NGN com suas principais funes, subsistemas e redes de acesso.

Figura 26: Diagrama da Arquitetura NGN. Fonte: http://www.teleco.com.br/imagens/tutoriais/tutorialngnims1_figura27.gif

A arquitetura da NGN pode ser vista na figura 27 com suas interfaces e elementos funcionais.

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Figura 27: Arquitetura padronizada da NGN. Fonte: http://www.teleco.com.br/imagens/tutoriais/tutorialngnims1_figura28.gif

As Transport Functions (Funes de Transporte) fornecem conectividade para todos os componentes e funes fsicas na NGN, ou seja, transferncia de dados, bem como transferncia de informaes de controle e gerncia, e so controladas diretamente pelas Transport Control Functions (Funes de Controle de Transporte) com o auxilio das informaes das Transport User Profiles (Perfis de Usurio de Transporte). O Service Stratum composto de Service Control Functions (Funes de Controle de Servio), Application and Service Functions (Funes de Suporte a Aplicaes e Servios) e Service User Profiles (Perfis de Usurios de Servios). As interfaces UNI (User-Network Interface), NNI (Network-Network Interface) so os pontos de referncia da NGN, podendo ser mapeadas para interfaces fsicas dependendo das tecnologias utilizadas na implementao.

3.1.1.1. Entidades Funcionais NGN

As Entidades Funcionais NGN, como mostrado na figura 28, so entidades lgicas que compe a Arquitetura de Referncia e, portanto, no necessariamente so equipamentos fsicos distintos, pois os fabricantes podem agregar vrias funes co-relacionadas em um nico produto.

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Figura 28: Entidades Funcionais NGN. Fonte: http://www.teleco.com.br/imagens/tutoriais/tutorialngnims2_figura3.gif

MGCF: o MGCF (Media Gateway Controller Function) fornece a mquina de estados da chamada para os endpoints. Seu papel preliminar prover a lgica da chamada e o controle da sinalizao da chamada para um ou mais MGs (Media Gateways).

CAF e IWF: o CAF (Call Agent Function) e o IWF (Interworking Function) so subconjuntos do MGCF. A funo de agente de chamada, CAF, existe quando o MGCF tem a responsabilidade do controle das chamadas e da manuteno do estado das chamadas. A funo Interworking, IWF, existe quando o MGCF executa interao de sinalizao entre redes com diferentes padres de sinalizao, como por exemplo, SCC#7 e SIP.

RF e AF: O RF (Call Routing Function) fornece a informao de roteamento da chamada ao MGCF, enquanto que o AF (Call Accounting Function) coleta informaes com a finalidade de faturamento da chamada. O AF pode tambm ter um papel maior se embutido com a funcionalidade comum ao servidor de AAA (autenticao, autorizao e faturamento) em redes de acesso remoto. O papel preliminar de ambas as funes responder aos pedidos de um ou mais MGCF, dirigindo a chamada ou sua bilhetagem aos endpoints (outro MGCF) ou servios (ASF).

SPSF: A incorporao mais comum do RF e do AF como um SIP Proxy Server, por esta razo a funo est mostrada separada.

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SGF e AGSF: O SGF (Signaling Gateway Function) prov a funo de traduo de sinalizao entre uma rede IP e a RTPC. Para redes mveis sem-fio, o SGF fornece tambm uma traduo da sinalizao entre uma rede com core baseado em IP e PLMN (Public Land Mobile Network), que tambm baseado em SCC#7/TDM ou em BICC/ATM. O papel preliminar da SGF encapsular e transportar protocolos de sinalizao da RTPC (ISUP ou INAP) ou da PLMN (MAP ou CAP) sobre o protocolo IP. O AGSF (Access Gateway Signaling Function) fornece uma traduo da sinalizao entre uma rede IP e uma rede de acesso por comutao de circuitos, independentemente se baseada em V5 ou ISDN.

ASF: O ASF (Application Server Function) a entidade de execuo da aplicao. Seu papel preliminar fornecer a lgica de servio e a execuo para uma ou mais aplicaes e servios. Frequentemente a combinao do ASF e do MGCF fornece servios avanados de controle de chamada, tais como anncios de rede, chamada a trs, chamada em espera, dentre outros.

SCF: A funo de controle do servio existe quando o ASF controla a lgica do servio de uma funo, por esta razo a funo aparece separada.

MGF: O MGF (Media Gateway Function) a interface da rede IP com o endpoint de acesso ou com a rede de troncos, ou com uma coleo de endpoints e de troncos. Os servidores de MGF so os portais entre a rede de pacote IP e as redes externas, de pacotes no IP, redes mveis, dentre outras.

MSF: O MSF (Media Server Function) proporciona manipulao da mdia. O tratamento da mdia empacotada pode ser utilizada por qualquer aplicao. Seu papel preliminar operar como um servidor que atende aos pedidos do ASF ou MGCF para executar o processamento de mdias.

3.1.1.2 Protocolos

As NGNs necessitam suportar uma grande variedade de funes de rede, incluindo os tradicionais protocolos orientados a dados e os mais recentes protocolos orientados a convergncia. At mesmo o protocolo bsico TCP/IP deve ser aperfeioado para atender os rgidos requisitos de crescimento, gerenciamento,

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segurana e qualidade das NGNs.

Os novos protocolos, incluindo protocolos padronizados e proprietrios, esto sendo introduzidos quase to rapidamente quanto eles esto sendo desenvolvidos. Esses protocolos so fundamentais para consolidar a convergncia das redes.

Protocolo SIP O protocolo de iniciao de sesso (Session Initiation Protocol SIP) tambm foi padronizado pela Internet (Internet Engineering Task Force IETF) sob recomendao RFC 3261. O SIP um protocolo de controle de camada de aplicao que permite estabelecimento, modificao e liberao de sesses interativas de usurios com a rede NGN, envolvendo elementos multimdia, tais como: voz, vdeo, mensagens instantneas, jogos on-line e realidade virtual. O protocolo SIP, em conjunto com o protocolo MGCP ou H.248/MEGACO, deve formar a arquitetura dominante para rede NGN e tende a ser o mais usado na nova gerao de redes de telecomunicaes (NGN). (SVERZUT, 2008, p.307).

A arquitetura do protocolo SIP implementada pelas entidades de rede Servidor Proxy (Proxy Server), Servidor de Redirecionamento (Redirect Server) e Servidor de Localizao (Location Server) como pode ser visto na figura 29.

Figura 29: Arquitetura de uma rede SIP.

A entidade Servidor Proxy (Proxy Server) responsvel por contatar um ou mais clientes ou servidores do prximo hop e pelo transporte da requisio associada sesso. A entidade proxy server formada pelo Cliente do Agente Usurio (User Agent Client UAC) e o Servidor do Agente Usurio (User Agent Server UAS)

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O UAC uma aplicao de usurio de origem que inicia e envia requisies SIP. Por outro lado, o UAS est associado ao usurio de destino, sendo uma aplicao que se comunica com o usurio de destino quando uma requisio SIP recebida, a qual deve ser tratada e respondida, retornando como resposta: requisio aceita, redirecionada ou rejeitada. A entidade Servidor de Redirecionamento (Redirect Server) responsvel pelo tratamento das requisies SIP, que as aceita, mapeia os endereos em novos endereos e retorna-os para os clientes. A entidade Redirect Server responsvel pela gerao das respostas de redirecionamento.

A entidade Servidor de Localizao (Location Server) responsvel pelo provimento de informaes sobre localizao dos clientes envolvidos em uma sesso s entidades Proxy Server e Redirect Server.

A entidade Servidor de Registro (Register Server) responsvel por aceitar as requisies de registro dos usurios (Register Request). Normalmente, a entidade register server est localizada na entidade proxy server ou redirect server e, em algumas situaes, na entidade location server.

Protocolo H.323

A recomendao H.323 tem o objetivo de especificar sistemas de comunicao multimdia em redes baseadas em pacotes e que no provem uma Qualidade de Servio (QoS) garantida. Alm disso, estabelece padres para codificao e decodificao de fluxos de dados de udio e vdeo, garantindo que produtos baseados no padro H.323 de um fabricante interoperem com produtos H.323 de outros fabricantes.

O padro H.323 completamente independente dos aspectos relacionados rede. Dessa forma, podem ser utilizadas quaisquer tecnologias de enlace, podendo-se escolher livremente entre as que dominam o mercado atual como Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, ou mesmo Token Ring. Tambm no h restries quanto topologia da rede, que pode consistir tanto de uma nica ligao ponto a ponto, ou de um nico segmento de rede, ou ainda serem complexas, com vrios segmentos de redes interconectados.

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O padro H.323 especifica a utilizao de udio, vdeo e dados em comunicaes multimdia, sendo que apenas o suporte mdia de udio obrigatrio. Mesmo sendo somente o udio obrigatrio, cada mdia (udio, vdeo e/ou dados), quando utilizada, deve seguir as especificaes do padro. Pode-se ter uma variedade de formas de comunicao, envolvendo udio apenas (telefonia IP), udio e vdeo (videoconferncia), udio e dados e, por fim, udio, vdeo e dados. O padro H.323 especifica quatro tipos de componentes que, juntos, possibilitam a comunicao multimdia. So eles:

1. Terminais: so os computadores pessoais utilizados na rede, a qual prov comunicao em tempo real. Todos os terminais devem suportar voz. O suporte vdeo e dados opcional.

2. Gateways: so elementos opcionais em conferncias H.323, que tm como funo prover a comunicao de terminais H.323 com outros terminais de padres diferentes (H.310, H.321, H.322).

3. Gatekeepers: so os componentes mais importantes. Atuam como ponto central para todas as chamadas dentro de sua zona. Uma zona o conjunto de todos os terminais, gateways e MCUs gerenciados por um nico gatekeeper. Uma zona deve incluir, pelo menos, um terminal e pode incluir segmentos de LAN conectados usando roteadores. Zonas provem servios de controle de chamada para registrar participantes. Dentre outras coisas, so tambm responsveis pelo gerenciamento da largura de banda em conferncias H.323.

4. Multipoint Control Units (MCUs): suporta conferncias entre trs ou mais participantes. Sob H.323, um MCU consiste de um Multipoint Controller (MC) ou Multipoint Processors (MP). O MC manipula as negociaes entre todos os terminais para determinar capacidades comuns para processamento de udio e vdeo. J o MP o responsvel por mesclar, chavear e processar os bits de udio, vdeo e/ou dados.

Protocolo H.248/MEGACO

Megaco e H.248 so dois nomes para o mesmo protocolo: um padro aberto

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internacional, desenvolvido conjuntamente pela IETF e ITU. A Nortel Networks, com a necessidade de usar a Internet em caminhos inovadores, firmou-se como lder na criao do padro Megaco/H.248.

O Megaco um protocolo de sinalizao na nova arquitetura convergente, cuja funo permitir que os elementos da rede possam trocar informaes de controle e de gerenciamento dos servios, onde esta rede formada por elementos inteligentes que controlam elementos sem inteligncia, como na sinalizao entre o Media Gateway Controller (Softswitch) e o Media Gateway, respectivamente.

O modelo de conexo e a estrutura de comando do Megaco/H.248 so simples e flexveis, provendo vantagens tais como reduo de overhead das mensagens e de custos. Dessa forma, este protocolo define claramente mecanismos abertos de extenso para evoluo e revela novas possibilidades de inovao. Em meio aos protocolos de sistemas de comunicao atuais e emergentes, o Megaco/H.248 fixa-se como uma opo compatvel e complementar para o Gateway Control, provendo importantes vantagens, agregando funcionalidades ao mesmo.

O Megaco/H.248 representa uma abordagem simples de Controle de Gateway, cobrindo todas as suas aplicaes, incluindo Gateways, modalidade trunking da RTPC (Rede Telefnica Pblica Comutada), interfaces ATM, linhas analgicas e interfaces telefnicas, telefones IP, dentre outros. Coleciona atributos chaves como simplicidade, eficincia, flexibilidade e