Fundamentos de Telefonia IP

Transcrição

CURSO
“Telefonia Fixa e Móvel”
Prof. Dr. Alexandre Barbosa de Lima
Eng.o de Telecomunicações - JNCIE#215
ablima@{pucsp.br, ablima.pro.br}
http://www.ablima.pro.br
PUCSP
2009
TFM
1
Sumário
❒ Apresentação do plano de
ensino
❒ Breve histórico da
❒ Telefonia Celular
❒ Telefonia IP
telefonia e das
telecomunicações
❒ Visão geral da Rede
Pública de Telefonia
Comutada (RPTC)
❍
Telefonia Analógica
❍
Telefonia digital
❍
Sinalização
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2
Objetivos
❒ Gerais
❍
Apresentar, com um enfoque sistêmico, uma visão geral
dos atuais sistemas telefônicos fixos e móveis e da rede
convergente de próxima geração, que utiliza a tecnologia
de empacotamento de Voz sobre IP (VoIP)
❒ Parte I: Telefonia Digital
❍
Visão geral da Rede Pública de Telefonia Comutada
(RPTC), digitalização da rede, digitalização da voz,
codificação de forma de onda, codificação híbrida e
paramétrica, técnicas digitais na rede telefônica
(sincronização, TDM, scramblers, codificadores de canal,
canceladores de eco, etc), comutação digital, sistemas de
sinalização e análise de tráfego.
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3
Objetivos
❒ Parte II: Redes de Acesso sem Fio e Telefonia
IP
❍ Redes de acesso sem fio e móveis. Redes Multimídia.
VoIP. Telefonia IP. O problema da obtenção da qualidade
de serviço (QoS) sobre redes de pacotes. Engenharia de
tráfego em redes IP com ATM e MPLS.
❒ Nota: alguns tópicos que seriam relevantes para este curso
como “transmissão digital passa-bandas” e “redes de
transporte”, dentre outros, não serão abordados, porque são
ministrados em outros cursos (como SAV e ST), evitando-se,
desta forma, uma redundância desnecessária e obtendo-se,
por outro lado, uma otimização da ementa da presente
disciplina.
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4
Instruções Gerais
❒ Pré-requisitos
❍
Cálculo. Probabilidade e Estatística. Princípios da
Comunicação. Sistemas de Telecomunicações.
❒ Página do professor
❍
O material de apoio às aulas poderá ser
descarregado do repositório de arquivos que se
encontra no menu principal da página
http://www.ablima.pro.br/ e/ou na página do sistema
Moodle de gerenciamento de cursos em
http://www.ablima.pro.br/moodle. A inscrição dos
alunos no sistema Moodle é mandatória. Os alunos
deverão consultá-lo semanalmente.
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Instruções Gerais
❒ Inscrição no Moodle
❍
Vá para a página http://www.ablima.pro.br/moodle e dê
um clique no link acesso (canto superior direito ou
rodapé da página).
❍
Preencha o formulário de Cadastramento de novo
usuário. Forneça um e-mail válido, que não tenha
mecanismo anti-spam (como o do UOL). O servidor enviará
uma mensagem de confirmação para o endereço
fornecido.
❍
Você receberá uma mensagem cujo assunto é “Cursos do
Prof.
Dr.
Alexandre
Barbosa
de
Lima:
confirmação
de
cadastramento
de
novo
usuário.”. Dê um clique no endereço indicado. Após, dê
um clique no botão Cursos.
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6
Instruções Gerais
❒ Inscrição no Moodle
❍
Escolha o curso de Telefonia Fixa e Móvel (você
estará na página Cursos). Forneça o código de inscrição
alunoPUCSPtfm.
❒ Condução das aulas
❍
O silêncio em sala de aula é fundamental para o bom
andamento da disciplina. Sendo assim, este professor
espera que os alunos não conversem durante as aulas.
❍
Os celulares deverão ser desligados antes de entrar em
sala de aula.
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Instruções Gerais
❒ Desenvolvimento do Curso
❍
Este curso é oferecido para alunos dos último anos
do curso de engenharia elétrica. Neste contexto, o
professor deve ser visto como um orientador do
aluno, que visa facilitar o aprendizado da matéria.
Portanto, espera-se que os alunos tenham uma
postura pró-ativa durante o ano letivo, ou seja, que
se sintam responsáveis pela aquisição do
conhecimento.
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Instruções Gerais
❒ Avaliações
❍
MF = (0,8 x P1 + 1,2 x P2 + A)/3 ≥ 5,0
• A = (A1 + A2)/2
❒ A cola não será tolerada. As provas poderão ser
realizadas com consulta, a critério do professor.
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Sumário
ensino
❒ Telefonia IP
telefonia e das
telecomunicações
Comutada (RPTC)
❍
❍
Telefonia digital
❍
Sinalização
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História
Augusto Comte (1798-1857)
“Para conhecer a ciência, é
necessário conhecer sua história”
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11
História
Séc. XVIII
❒ 1793: Claude Chappe instalou um sistema de telégrafo visual
entre Paris e Lille, baseado em semáforos que conseguiam
decodificar até 96 sinais diferentes.
❒ 1796: Francisco Salva construiu um telégrafo entre Madri e
Aranjuez (50 km). O enlace era formado por 44 fios, que
permitiam a transmissão de até 22 caracteres.
Séc. XIX
❒ 1820: Hans Christian Oersted (Univ. de Copenhague) observou
que uma bússola se alinha ao campo magnético produzido por um
fio com corrente. Até então, pensava-se que eletricidade e
magnetismo eram fênomenos distintos, não relacionados.
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História
Séc. XIX
❒ 1832: Pavel Lvovitch Schilling (diplomata russo) construiu
um telégrafo dotado de um sistema de agulhas simples.
❒ 1833: Karl Friedrich Gauss e Wilhelm Weber (alemães)
construíram um telégrafo elétrico (2 km), utilizando
galvanômetros de espelho no receptor.
❒ 1837: William Fothergill Cooke e Charles Wheatstone
(UK) patentearam um telégrafo de 5 linhas e agulhas. O
primeiro telégrafo comercial dessa classe entrou em
operação na Inglaterra em 1839.
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13
História
Séc. XIX
❒ 1844: Samuel Finley Breeze Morse, um pintor, aperfeiçoou
o telégrafo e fez a primeira transmissão telegráfica nos
EUA, entre Washington, D.C., e Baltimore (64 km). Morse
usou equipamento próprio, diferente do de Cooke e
Wheatstone.
❍
A Telegrafia é um sistema de comunicação digital
❍
Código Morse: sequências curtas representam letras
frequentes, enquanto que sequências longas
representam letras não usuais.
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14
História
Séc. XIX
❒ 1860: Antonio Meuci (Itália) fez uma demonstração
pública do seu telefone em NY. Meuci depositou na seção
de patentes de DC uma descrição do seu telefone. Em
1876 a sua patente caducou, pois não tinha dinheiro para
renová-la.
❒ 1861: Johann Philipp Reis (Alemanha) demonstrou seu
telephon (telefone) à Sociedade Científica de Frankfurt.
O princípio era o mesmo do telefone de A. G. Bell: uma
membrana ou diafragma que, sob pressão sonora, variava a
resistência num circuito.
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15
História
Séc. XIX
❒ 1864: James Clerk Maxwell formulou a teoria eletromagnética
da luz e previu a existência das ondas de rádio.
❒ 1866: Lançamento de cabo submarino entre os EUA e a Europa.
❒ 1876: Num espaço de poucas horas (1876 ... que coincidência!?),
Alexander Graham Bell e Elisha Gray depositaram (Bell
primeiro), na seção de patentes de DC, projetos de telefones.
Detalhe: Meuci deixou uma cópia do seu projeto com o Diretor
da Western Telegraph, onde trabalhava Elisha Gray, em 1871 ...
Meuci solicitou a devolução do seu projeto em 1874, mas
responderam-lhe que os seus desenhos haviam sumido!
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16
História
Séc. XIX
❒ 1887: Heinrich Hertz confirmou experimentalmente a
existência das ondas de rádio.
❒ 1894: Oliver Lodge demonstrou a comunicação sem fio através
de uma distância curta (137m).
❒ 1897: A. B. Strowger, um agente funerário de Kansas,
desenvolveu a primeira central de comutação telefônica, do tipo
passo a passo.
❒ 1900: O Padre Roberto Landel de Moura (Brasil-RS), formado
em Física (Roma) fez uma demonstração do seu transmissor de
rádio p/ sinais de voz, transmitindo voz a uma distância de 8
km, entre Santana e a Paulista. Em 1904, obteve, nos EUA, 3
patentes: ``Transmissor de Ondas'', ``Telégrafo sem Fios'' e
``Telefone sem Fios''.
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17
História
Séc. XX
❒ 1901: Guglielmo Marconi recebeu um sinal de rádio em Signal
Hill, Newfoudland, EUA, que foi transmitido de Cornwall, UK, a
2736 km de distância.
❒ 1904: John Ambrose Fleming inventou o diodo a tubo de vácuo.
❒ 1906: Lee de Forest inventou o triodo a tubo de vácuo
(dispositivo fundamental para o desenvolvimento da telefonia
transcontinental).
❒ 1909: A. K. Erlang (Dinamarca) publicou o trabalho
of Probabilities and Telephone Conversations”.
“The Theory
❒ 1917: Erlang publicou suas famosas fórmulas de perda e espera
no trabalho “Solution of Some Problems in the Theory of
Probabilities of Significance in Automatic Telephone
Exchanges”.
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18
História
Séc. XX
❒ 1918: Edwin H. Armstrong inventou o receptor de rádio super-
heteródino. Até hoje quase todos os rádios são deste tipo.
❒ 1928: Harry Nyquist publicou um artigo clássico sobre a teoria
da transmissão de sinal em telegrafia.
❍
Desenvolveu um critério para a recepção correta de sinais
telegráficos transmitidos em canais dispersivos na ausência de
ruído.
❍
Aplicação na transmissão digital de dados em canais dispersivos.
❒ 1933: Armstrong demonstrou o conceito de FM. O artigo com o
conceito do FM foi publicado em 1936.
❒ 1933: Vladimir A. Kotelnikov (URSS) publicou a formulação
matemática precisa do Teorema da Amostragem.
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19
História
Séc. XX
❒ 1937: Alex Reeve inventou a modulação por código de
pulso (PCM – Pulse Code Modulation) para a codificação
digital de sinais de voz.
❍
Sistema PCM de 24 canais foi usado pelo exército dos EUA
no final da 2a guerra.
❒ 1945: John von Neumann publicou o relatório técnico
“First Draft of a Report on the EDVAC (Electronic
Discrete Variable Automatic Computer)”, que contém a
primeira descrição do projeto lógico de um computador
digital com programa armazenado (arquitetura de von
Neumann).
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20
História
Séc. XX
❒ 1945: Arthur C. Clark propôs a idéia de se utilizar um satélite
orbitando a Terra como ponto de repetição para a comunicação
entre duas estações terrestres.
❒ 1946: implantação do IMTS (Improved
Mobile Telephone
Service), primeiro sistema de telefonia móvel (EUA).
❒ 1946: ENIAC (Electrical
Numerical Integrator and Calculator)
foi o primeiro computador digital eletrônico de grande escala.
Foi criado na Escola Moore de Eng. Elétrica da Univ. da
Pensilvânia por John P. Eckert Jr. e John W. Mauchly.
❒ 1947: invenção do transistor por Walter H. Brattain, John
Bardeen e William Shockley (Nobel de física de 1956) do Bell
Labs.
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21
História
Séc. XX
❒ 1947: Kotelnikov introduziu, em sua tese de doutorado, o
conceito da representação geométrica de sinais.
❒ 1948: Claude Shannon publica o artigo "A Mathematical
Theory of Communication" no Bell System Technical
Journal
❍
Antes do trabalho de Shannon, acreditava-se que um
aumento da taxa de transmissão de dados em um canal
ruidoso aumentaria a probabilidade de erro. Shannon provou
que isto não é verdade, desde que a taxa de transmissão
esteja abaixo da capacidade do canal.
❒ 1957: lançamento do primeiro satélite, Sputinik I, pela
antiga URSS.
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22
História
Séc. XX
❒ 1958: Bell Labs fez a demonstração da primeira central
privada (PBX – Private Branch Office) de programa
armazenado.
❍
Melhoria da qualidade do sinal, da confiabilidade e redução
de custos.
❒ 1958-1959: Jack St. Clair Kilby (Texas Instruments) e
Robert Noyce (cofundador da Fairchild Semiconductor e
Intel) implementaram o primeiro CI de forma
independente. Kilby ganhou o prêmio Nobel de física em
2000.
❒ 1962: lançamento do satélite Telstar I, construído pelo
Bell Labs.
TFM
23
História
Séc. XX
❒ 1965: a companhia telefônica Bell instalou a sua primeira
central telefônica pública controlada por computador:
ESS (Electronic Switching System) #1.
❍
Funções de controle implementadas por um computador
digital de programa armazenado.
Standard Telephone
Laboratories (UK) mostraram (1) que a atenuação em uma
fibra óptica era devido a impurezas no vidro e (2) que a
perda intrínseca, determinada pela dispersão de Rayleigh,
é muito baixa. Eles previram que uma atenuação de 20 dB/
km poderia ser obtida.
❒ 1965: K. C. kao e G. A. Hockhan do
TFM
24
História
Séc. XX
❍
Naquela época, a atenuação de uma fibra de vidro era
da ordem de 1.000 dB/km. Atualmente, consegue-se
atenuação da ordem de 0,1 dB/km.
❒ 1965: invenção do equalizador adaptativo por Robert
Lucky, AT&T Bell Labs.
❍
subsistema chave dos modems de alta velocidade.
❒ 1970: Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz e
Frank Zimar da Corning Glass Works demonstraram uma
fibra (vidro de sílica dopado com titânio) com atenuação
de 17 dB/km.
TFM
25
História
Séc. XX
❒ 1971: a rede ARPANET foi colocada em serviço.
❍
Trabalho pioneiro em comutação de pacotes.
switch digital brasileiro
(projeto SISCOM Telebrás/FDTE/EPUSP), sob
coordenação geral do prof. Jacyntho José Angerami, do
Departamento de Engenharia Eletrônica.
❒ 1975: protótipo do primeiro
❒ 1976: criação do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da
Telebrás (CpqD); a Telebrás era (ela ainda existe!) a
empresa estatal que detinha o monopólio dos serviços
públicos de telecomunicações no Brasil.
TFM
26
História
Séc. XX
❒ 1982: G. Ungerboeck inventou a modulação por código de treliça
(TCM – Trellis Coded Modulation), que contribuiu para o
aumento das taxas de transmissão de dados via modems.
❒ 1983: A FCC (Federal
Communications Comission) dos EUA
alocou 666 canais para uso de telefonia móvel, na faixa de 800
MHz, com uma banda de 30 kHz para cada sentido; o conceito
de duas bandas independentes (bandas “A” e “B”) foi usado no
sistema AMPS (Advanced Mobile Phone Service) para incentivar
a competição entre operadoras.
❒ 1984: particionamento do sistema Bell (AT&T) de telefonia na
nova AT&T (operadora de longa de distância) e 7 RBOCs
(Regional Bell Operating Companies).
TFM
27
História
Séc. XX
❒ 1985: ARPANET é renomeada para Internet.
software de interface
de hipermídia para a Internet, o qual foi batizado de
World Wide Web.
❒ 1990: Tim Berners-Lee propôs um
❒ 1991: introdução do padrão IS-54 de telefonia celular
digital nos EUA, com o qual conseguiu-se triplicar a
capacidade dos sistemas AMPS existentes.
❍
IS-136 é uma atualização do IS-54.
❒ 1991: padronização do padrão europeu GSM (Global
System Mobile) de telefonia celular.
TFM
28
História
Séc. XX
❒ 1993: regulamentação do sistema CDMA (Code Division
Multiple Access), originalmente desenvolvido pela
Qualcomm Inc.
❒ 1994: comercialização da Internet.
❒ 1998: Privatização do sistema Telebrás.
TFM
29
Back to the Future ...
Primeiro sistema de comunicação integrada (Phillip Reis
– Dec. 1860)
TFM
30
Sumário
ensino
❒ Telefonia IP
telefonia e das
telecomunicações
Comutada (RPTC)
❍
❍
Telefonia digital
❍
Sinalização
TFM
31
Conexão direta:
• primeira transmissão
oficial em 1876
(Alexander Graham Bell)
• sem discagem de
números
• um cabo conecta cada
localidade
TFM
32
Rede em Estrela
A
C
Switch ou
CCC
(Central de
Comutação
e Controle)
B
D
Evolução da comutação:
• operador(a) atuando
como comutador
• central de comutação
eletromecânica
• central eletrônica –
CPA (Controle por
Programa Armazenado),
meados dos anos 1970
• roteador IP/MPLS
(MultiProtocol Label
Switching Router)
TFM
33
Centrais de Comutação Telefônicas
Funções básicas:
❒ Conexão entre os canais de comunicação dos
assinantes
❒ Reconhecer/processar informações do assinante
que realiza a chamada em relação ao destino
desejado para a chamada (número chamado)
❒ Repassar as informações do assinante que realiza a
chamada para as outras centrais de comutação
envolvidas, caso seja necessário
❒ Selecionar, pelos dígitos do número do telefone de
destino, o tronco ou enlace de assinante a ser
comutado (controle e comutação)
TFM
34
Centrais de Comutação Telefônicas
Funções básicas:
❒ Enviar sinais audíveis de controle de chamada para
o assinante que realiza a chamada e para o
assinante a ser chamado (sinalização de assinante)
❒ Fornecer alimentação elétrica para os telefones
dos assinantes
❒ Armazenar ou encaminhar para outras centrais as
informações relativas às medições para a cobrança
das chamadas (bilhetagem)
TFM
35
Hierarquização da Rede
Motivação:
❒ Demanda por
interconexão entre
assinantes servidos por
centrais locais
distintas, muitas vezes
situados em
cidades/localidades
distintas (ligações
interurbanas).
Solução:
❒ Implementar uma rede
com vários níveis de
switching.
TFM
36
❒ Rede hieráquica
requer um maior
número de switches.
❒ Por outro lado, a rede
hierárquica requer
um menor número de
trunks (enlaces
tronco) entre
switches do que a
rede mesh.
TFM
37
Como determinar o número total de canais de voz entre
duas centrais?
❒ Este número é função da quantidade de tráfego que existe
entre cada par de switches.
❒ Erlang mostrou que o número de chamadas telefônicas geradas
durante um intervalo de tempo é bem modelado pelo processo
aleatório de Poisson
N
E1, N  A=
A
N!
N
∑k=0
Ak
k!
Fórmula B de Erlang da
primeira espécie para
sistemas de perdas com
acessibilidade plena
“N” = número de canais de saída.
“A” = intensidade de tráfego [Erlangs]. 1 Erl = 3600 seg
A = (número médio de chamadas/min) x (tempo médio de duração de 1 chamada
em minutos)
TFM
38
Estabelecimento da chamada
❒ Somente uma única rota entre duas centrais
distintas da rede hierárquica.
❒ Vários caminhos entre duas centrais de uma rede
mesh (inclusive a conexão direta).
❒ Na prática, tem-se um híbrido das duas estratégias:
a rede é hieráquica, porém trunks interligam
switches quando o tráfego entre centrais justifica a
interconexão direta.
TFM
39
Hierarquia do Sistema Bell (pré-1984)
Classe do Switch
Designação Funcional
1
central regional
2
central seccional
3
central primário
4
central interurbana
5
central local
TFM
40
Roteamento da chamada
no sistema Bell
❒ pelo nível mais baixo
sempre que possível
❍
menor número de nós
intermediários
❍
otimização da qualidade
do circuito
❒ Fig. ao lado ilustra a ordem
de seleção das rotas
alternativas (backbone
=linha sólida, tronco direto =
linha tracejada)
TFM
41
Hierarquização da Rede (Sistema Bell)
Central Tandem
❒
Switches Tandem empregados no nível mais baixo da rede
(local), para interconexão entre centrais classe 5.
❒
Não integra a hierarquia de centrais interurbanas; compõe a
arquitetura de uma exchange area (área metropolitana). É
uma central intermediária.
TFM
42
Hierarquia das Centrais de Comutação
(Telebrás)
Central de comutação local
❒ Interface com a rede de
acesso
❒ Central de Comutação de
Nível 5 (terminologia do
antigo sistema Bell)
Central tandem
PABX (Private Automatic
Branch Exchange)
❒ Central privada de
comutação: pertence à uma
corporação e provê funções
internas de switching e
acesso à rede pública.
❒ Conexão entre centrais
locais
Central de trânsito
❒ Conexão entre centrais
tandem
❒ Local, nacional ou
internacional
TFM
43
Hierarquia das Centrais de Comutação
(Telebrás)
Central
Trânsito
Internacional
Central
Trânsito
Internacional
Central
Trânsito
Nacional
Central
Trânsito
Nacional
Central
Trânsito
Local
Central
Trânsito
Local
Central
Tandem
Central
Tandem
PABX
Central
Local
Central
Local
Central
Local
Central
Local
TFM
44
Partição da rede nos EUA após 1984
TFM
45
Partição da rede nos EUA após 1984
TFM
46
Privatização da Telebrás: 1998
Modalidades do STFC (Serviço Telefônico Fixo Comutado) –
Resolução 85/98 ANATEL
TFM
47
Plano Geral de Outorgas (1998)
Decreto Federal Núm. 2.534, de 02/041998
TFM
48
Decreto Federal Núm. 2.534, de 02/04/1998
TFM
49
Decreto Federal Núm. 2.534, de 02/04/1998
TFM
50
Sistemas de Comutação
Switching automático
❒ Componentes de um
❍
Sinalização
❍
Controle
❍
Switching
switch
❒ Subsistema de sinalização
monitora as linhas e
encaminha informação de
controle/status para o
elemento de controle do
switch
TFM
51
Sistemas de Comutação
Switching automático
❒ Subsistema de controle
processa as mensagens de
sinalização e gerencia as
conexões de acordo.
❒ Subsistema de comutação é
implementado por uma
matriz de comutação: uma
rede de crosspoints
selecionáveis é usada para
interconectar as linhas de
entrada às linhas de saída.
TFM
52
Switch Eletromecânico
TFM
53
❒ Dois tipos de centrais analógicas (eletromecânicas):
❍
Passo a passo ou switch de Strowger
❍
Crossbar (barras cruzadas)
❒ Central passo a passo utilizava o controle progressivo
direto: segmentos sucessivos de um caminho que
atravessa um comutador são estabelecidos em
resposta a cada um dos dígitos do número chamado
que é discado.
TFM
54
Desvantagens da central passo a passo
❒ Uma chamada pode ser bloqueada mesmo quando existe
um caminho apropriado através do switch, porque um
caminho “ruim” foi selecionado num estágio anterior.
trunks saintes não é possível,
ou seja, a linha de saída é diretamente selecionada pelos
pulsos de discagem entrantes e não pode ser substituída
(não flexibilidade de roteamento).
❒ Roteamento alternativo para
❒ Outros esquemas de sinalização, como sinalização por
tons, não são possíveis.
TFM
55
Central do tipo crossbar
❒ Controle comum centralizado para seleção do caminho.
❒ Elemento de controle recebe todo o endereço (número
chamado) antes de decidir qual é a rota de saída
adequada.
❒ Elemento de controle transfere informação de
encaminhamento na forma de sinais de controle para a
matriz de comutação, a qual estabelece a conexão
(caminho por dentro do switch).
❒ Vantagem fundamental: a implementação da função de
controle é separada da implementação da função de
comutação.
TFM
56
Switch crossbar
TFM
57
Switch crossbar
❒ Pontos de cruzamento (crosspoints) são
implementados com relés.
❍
relé fecha quando passa corrente
❍
relé abre quando não passa corrente
❒ Eram predominantemente usadas em áreas
metropolitanas e na rede interurbana (centrais
classe 5 eram frequentemente do tipo passo a passo).
TFM
58
Central por Programa Armazenado (CPA)
❒ A partir da década de 1960, mas especialmente a
partir dos anos 1970, as CPAs se consolidaram,
inicialmente na sua versão analógica.
❍
Matriz de comutação implementada com relés
protegidos
❍
Controle implementado por um computador digital
❒ Numa CPA-T (temporal) a comutação é totalmente
eletrônica, isto é, amostras do sinal de voz
(multiplexadas no tempo e codificadas) são
comutadas ao invés do sinal analógico de voz.
TFM
59
CPA-T
❒ Sinal telefônico é amostrado e codificado em 8 bits
(PCM), preferivelmente já na entrada da central.
❒ Como daí em diante são transmitidos sinais binários,
que são “insensíveis a ruídos e interferências”,
consegue-se utilizar acopladores totalmente
eletrônicos (chips), sem os sérios problemas de
diafonia que caracterizavam os pontos de
acoplamento nos sistemas analógicos.
❒ As CPA-T dominam o cenário atual.
TFM
60
Terminal Analógico
TFM
61
Terminal Analógico
TFM
62
Terminal Analógico
TFM
63
Sistemas de Transmissão
❒ Pares de fios abertos (“open-wire
pairs”)
❍
Era usado em áreas rurais
❍
Vantagem: pouca atenuação na banda de voz (300 –
3.400 Hz)
❍
Desvantagem: a quantidade de cobre é 25x maior do
que a utilizada num par trançado de um cabo de pares.
❒ Cabo de pares
❍
Sistemas de cabos de pares (ou multipar) foram
introduzidos em 1883 nos EUA.
❍
Um único cabo pode conter de 6 a 2700 pares
trançados.
TFM
64
Cabo Multipar
TFM
65
Cabo Multipar
TFM
66
Cabo Multipar
TFM
67
❒ No passado, as áreas metropolitanas da RPTC (exchange
areas) usavam quase que exclusivamente cabos de pares
para transmissão de curta distância entre centrais.
❒ Até a introdução das técnicas de multiplexação, cada
circuito de voz era transportado por um par separado de
fios.
❒ A eletrônica (circuitos transistorizados) possibilitou a
implantação de sistemas de transmissão que
multiplexavam vários canais de voz num único par
trançado.
❍
FDM (Frequency Division Multiplexing) em sistemas
analógicos
❍
TDM (Time Division Multiplexing) em sistemas digitais
TFM
68
Dois fios vs quatro fios
❒ Transmissão a 1 fio é
possível (foi usada no
passado). Entretanto, é
muito “ruidosa” e de baixa
qualidade.
❒ Par trançado é usado na
“última milha”
❍
acesso residencial
❍
boa qualidade
❍
Sinais de voz gerados
pelas duas pontas se
propagam no par em
sentidos opostos
TFM
69
Dois fios vs quatro fios
❒ Transmissão entre centrais é feita a “4 fios” (2 pares
de fios ou 2 fibras ópticas)
❍
A separação física das duas direções de transmissão
facilitam as operações de amplificação e de
multiplexação.
❒ Algumas vezes a banda passante de um par de fios era
separada em duas subbandas, as quais eram usadas para as
duas direções de propagação.
❍
Sistemas derivados de 4 fios (canais separados p/ Tx e
Rx)
• Exemplo: sistemas de rádio-enlace
TFM
70
Conversão de 2 para 4 fios
❒ Híbrido: separa os dois sentidos da comunicação
TFM
71
Híbrido
❒ É um circuito com quatro acessos (quatro pares de
terminais)
❒ Parte do sinal é refletida pelo híbrido
❍
Malha pode oscilar para ganhos altos
TFM
72
Pupinização
❒
Adição de indutâncias
concentradas em série com os
condutores da linha, de modo que
se obtenha L/C = R/G. Resultado:
❍
linha sem dispersão na faixa de
áudio (velocidade de fase não varia
com a frequência)
❍
diminuição da atenuação.
❒
Bobinas introduzidas a cada 1,0,
1,5 ou 2 km.
❒
Enlaces tronco entre centrais
❒
Linhas de assinantes rurais
(distância grande)
❒
Não se usa mais porque atua como
filtro passa-baixas, impedindo a
implantação de sistemas
multicanais como o ADSL.
TFM
73
Sistemas de Par-Ganho (Pair-Gain)
❒ Provisionamento de linhas em áreas rurais
❍
É caro porque há poucos assinantes e as rotas são longas
❒ Compartilhamento de pares de fios por meio de sistemas par-
ganho
❒
❍
concentradores (M<N)
❍
multiplexadores
Ex.: 40 terminais que ficam
ativos somente 7,5% do
tempo podem ser concentrados em 10 linhas com
0,1% de probabilidade de
bloqueio (baixa!)
TFM
74
Sistemas Par-Ganho
❒ Concentrador e expansor são
❍
switches remotos
Sistema requer a transferência de informação de
controle entre os dois comutadores remotos.
❒ Multiplexação
❍
FDM ou TDM (p/ sinais digitais).
❍
Não requer a transferência de informação de controle
entre o MUX/DEMUX.
❍
Não há bloqueio.
❍
Subcanais podem ficar subutilizados se as fontes
geram pouco tráfego telefônico.
TFM
75
FDM e Modulação
FDM analógico
❒ Multiplexação de mais de um circuito (canal) de voz
na banda passante de um único meio de transmissão
❍
rádio-enlace ponto a ponto na faixa de microondas
(muito comum)
❍
cabo coaxial e par trançado (menos usado)
❒ FDM também é usado nas fibras ópticas, sendo neste
caso mais conhecido como WDM (Wavelenght
Division Multiplexing)
❍
Sinais digitais transportados por um determinado λ são
multiplexados pela técnica TDM.
TFM
76
FDM e Modulação
FDM analógico
❒ Todos os equipamentos de multiplexação da hierarquia
usavam modulação SSB (Single Side Band)
❒ Hierarquia FDM da rede Bell (similar a que foi
recomendada pela antiga CITT, atual ITU)
TFM
77
FDM e Modulação
Multiplexador de canal de Grupo
TFM
78
FDM e Modulação
Multiplexador de canal de Supergrupo
TFM
79
Meio de Transmissão em Banda Larga
Par Metálico Trançado
❒ Banda passante de 1 a 4 MHz, dependendo do diâmetro do
fio, tipo de isolamento usando nos pares do cabo e do
tamanho do enlace.
❍
24 canais em sistemas digitais T1
❍
32 canais em sistemas digitais E1
Cabo Coaxial
❒ Sistema analógico de cabo coaxial L5E (EUA)
❍
13.200 canais de voz
Fibra Óptica
❒ Transmissão digital
❍
100K canais de voz num único comprimento de onda
TFM
80
Cabo Coaxial
❒ Uso predominante em enlaces de longa distância da rede
interurbana.
❍
1941: transmissão de 480 canais de voz entre Minneapolis e
Stevens Points (200 milhas)
❍
Repetidores a cada 5,5 milhas
❒ Fibra óptica tem maior banda passante, menor atenuação e
menor custo ⇒ coaxial ficou obsoleto!
TFM
81
Rádio Microondas
❒ Motivação: rede nacional para distribuição de sinais de TV
❒ Com o aumento do tráfego interurbano, sistemas rádio
tornaram-se o meio mais econômico para a distribuição de
circuitos de voz na rede de longa distância.
❒ 1948: sistema em NY e Boston.
❒ Transmissão de 60% do tráfego telefônico da rede
interurbana dos EUA em 1980.
❒ Visada direta entre rádios; distância de 40 km.
❒ Principal vantagem: não requer “direito de passagem”
contínuo, como sistemas de fibras ópticas.
TFM
82
Rádio Microondas
Frequências de microondas alocadas nos EUA
❒ Bandas populares: 4 e 6 GHz.
❍
Banda de 2 GHz não foi muito usada devido à banda do canal ser
relativamente estreita.
❍
Banda de 11 GHz é vulnerável à atenuação da chuva.
TFM
83
Rádio Microondas
Rádios de microondas analógicos do sistema Bell
❒ Todos os rádios (exceto o AR-6A) usavam modulação FM de
baixo índice.
❍
Permite uso de amplificadores não lineares
❍
Boa SNR do FM
TFM
84
Rádio Microondas
Causas de outage
❒ Propagação multipercurso atmosférica
❒ Falhas de equipamentos
❒ Manutenção
Multipercurso (multipath)
TFM
85
Rádio Microondas
Diversidade em frequência
❒ Desvanecimentos profundos normalmente só afetam um
único canal
❍
Canal backup incluindo spare Tx e spare Rx pode ser
usado para transportar o tráfego do canal primário.
❍
Chaveamento para o canal de contingência deve ser
feito em até 30 ms
❍
Sistema de rádio TD-3 usava 12 canais: 10 primários e
2 de reserva (sistema 10 x 2).
TFM
86
Rádio Microondas
Diversidade espacial
❒ Desvanecimento profundo somente ocorre quando raio
secundário chega com defasagem de 180o. Portanto, é
pouco provável que dois caminhos diferentes estejam
sujeitos a fading simultâneo.
❍
Tx irradia para 2 antenas Rx que estão numa mesma torre.
❍
Distância de até 1 m entre antenas Rx é suficiente.
TFM
87
Satélites
❒ 1965: satélite soviético Molniya (comunicação doméstica)
e satélite INTELSAT I (comunicação internacional).
❒ Foram muito usados para transporte de circuitos
internacionais de voz
❍
Atualmente foram desbancados pelos sistemas ópticos
❒ É um sistema de microondas com um único repetidor,
denominado transponder (no satélite).
❍
❍
Faixas de 4 e 6 GHz.
Down link é broadcast por natureza: oportunidade para distribuição
de sinais de TV.
❍
INMARSAT (1982): telefonia via satélite p/navios.
❍
Skyphone (1989): telefonia via satélite p/ aeronaves.
❍
Principal desvantagem: o atraso é grande (pode chegar a 250 ms up
e down)
88
TFM
Fatores que degradam a transmissão
❒ Atenuação do sinal.
❒ Ruído
❒ Interferência
❒
Crosstalk
❒ Distorção
❒ Eco
❒
Singing
❒ Imperfeições devidas a modulação e portadoras
TFM
89
Atenuação do sinal
❒ CCITT limitou a atenuação relativa entre dois assinantes a
36 dB.
Interferência
❒ Surge do acoplamento indesejável de alguns sinais da rede
❍
❍
É conhecida como crosstalk (linha cruzada) se a
interferência é inteligível.
Fontes de linha cruzada
• Acoplamento entre pares metálicos de um mesmo cabo
• Filtragem inadequada e offset de portadoras em sistemas
multiplex FDM
• Não linearidades presentes no multiplex.
TFM
90
Crosstalk
❒
Near-End Crosstalk (NEXT)
❒
Far-End Crosstalk (FEXT)
TFM
91
Ruído
❒ Ruído branco Gaussiano
❍
amplitudes do ruído seguem a função densidade de
probabilidade Normal (Gaussiana)
❍
é um sinal “totalmente aleatório” porque duas amostras
distintas são não correlacionadas.
❍
fontes: ruído térmico em componentes elétricos,
bateria da central
❒ Ruído impulsivo, produzido, por exemplo, por transientes
de comutação (centrais eletromecânicas).
❒ Ruído de quantização nos terminais digitais de voz
TFM
92
Ruído
❒ Sinais presentes em certas frequências da banda de
voz (4 kHz) perturbam o assinante mais do que
outros.
❍
Portanto, medidas práticas do valor rms do ruído (ou da
interferência) devem levar em conta os efeitos
subjetivos do ruído bem como o seu nível de potência.
❍
Filtros que modelam a resposta em frequência do
conjunto ouvido humano + terminal:
• C-message (EUA)
• psofométrico (ITU-T).
TFM
93
Filtro Psofométrico e C-Message
TFM
94
Ruído Psofométrico
❒ Uma determinada Prática Telebrás diz que
❍
“ruído psofométrico – medido no lado a 2 fios (...), não deve
ser superior a 70 dBmp em 600 ohms.”
❒ PdBmp = 10 log PmW: unidade de potência de ruído
psofométrico (sinal que foi ponderado pela curva
psofométrica)
❒ 1 mW corresponde a uma tensão de 0,775 V numa carga
de 600 ohms
❒ Potência de referência para ruído: 1pW = -90 dBm
❍
X dBrn = -90 + X dB
❒ Obs.: nível de potência de sinal se expressa em mW.
TFM
95
Especificação da qualidade de um circuito analógico
de voz
❒ Não é especificado em termos de SNR
❍
ruído de baixa potência pode incomodar durante pausa
❍
ruído de alta potência pode ser imperceptível durante a
fala
❍
Logo, é importante medir o nível absoluto da potência
do ruído
❒ Objetivos de níveis máximos de ruído para a rede
analógica da AT&T
❍
28 dBrnC para conexões de até 60 milhas
❍
34 dBrnC circuitos de 1.000 milhas
TFM
96
Tabela para conversão de níveis de potência de ruído
TFM
97
Distorção
❒ Algumas distorções são introduzidas por não
linearidades presentes no sistema:
❍
Microfones de carvão
❍
Amplificadores saturados
❒ Outras são lineares por natureza e podem ser
caracterizadas no domínio da frequência
❍
Distorção de amplitude
❍
Distorção de fase
TFM
98
Distorção de amplitude
❒ Pode ser introduzida pelos filtros de banda lateral dos
sistemas FDM
❒ Par metálico
❍
Minimizada pela pupinização
Distorção de fase
❒ Se frequências distintas viajam com velocidades
diferentes pelo canal, então o sinal recebido é uma versão
distorcida da forma de onda original
❍
Qualquer desvio da característica de fase linear é denominado
distorção de fase
❍
Pouco impacto para telefonia analógica
❍
Grande impacto para telefonia digital
TFM
99
Resposta de fase de uma ligação interurbana
TFM
100
Eco
❒ A reflexão do sinal transmitido (acoplamento no caminho de
retorno) origina o eco.
❒ O eco é portanto uma versão atrasada e distorcida do áudio
original que degrada a qualidade da comunicação
❒ Quando o eco é repetidamente acoplado de volta no caminho
direto e o ganho do loop em alguma frequência é maior do que 1
ocorre o singing.
Tx
B
Rx
Voz de B
Voz de A
RPTC
Rx
Tx
Eco da Voz de B
TFM
A
101
Fontes de Eco
❒ Descasamento de impedâncias na híbrido (4/2 fios)
❒ Eco acústico: microfone de A capta som recebido de
B e realimenta uma versão atrasada de B no sentido
inverso
Alto-falante
Sinal recebido
Eco
microfone
Cancelador
de eco
Sinal
“descontaminado”
Sinal local
TFM
102
Eco Híbrido
❒ Descasamento de impedâncias na transformação de
2 para 4 fios na central de comutação (terminação
da rede)
2 fios
4 fios
2 fios
TFM
103
Eco
❒ Eco não incomoda se atraso é menor do que 25 ms
❒ Sensação piora com aumentos da amplitude e RTT
FXO:FXS
Enlace
analógico
E&M
PBX
analógico
eco não é perceptível
(atraso é pequeno)
Enlace
analógico
E&M
GW
GW
WAN
digital
FXO:FXS
PBX
analógico
eco pode ser
perceptível
TFM
104
Eco
❒ Escutar a sua própria voz é um fator de segurança
para o interlocutor (sidetone); mas o atraso passa a
causar problemas (interrupções e quebra da
cadência da conversação) se for maior do que 25 ms
❒ Cancelador de eco
❍ Filtro digital adaptativo modela o sinal recebido x
❍ Criação de uma versão local do eco x’
❍ Subtrai a versão local do eco do eco real
x – x’ ≅ 0
❍ Implementação com DSP
TFM
105
Supressor de Eco
TFM
106
Supressor de Eco
❒ Mede a energia em cada sentido e insere perda de 35
dB no sentido reverso para cancelar o eco
❍
circuito fica half-duplex
❍
Desvantagem: bloqueio do início de segmentos da fala
do locutor “B” quando “B” começa a falar antes da
finalização dos segmentos de fala de “A”.
❍
Tempo de chaveamento: 2-5 ms
TFM
107
Cancelador de Eco
TFM
108
Cancelador de Eco
Cancelador de eco
❒ Mantém a característica full-duplex do circuito
❒ Modems na banda de voz full-duplex (V.32 em diante)
incorporam canceladores de eco
❍
canceladores de eco na rede são desnecessários e
podem ser desativados por meio do envio de um
tom modulado de 2100 Hz
❒ Como o custo dos DSPs caiu drasticamente, é o
método amplamente usado hoje em dia.
TFM
109
Sumário
ensino
❒ Telefonia IP
telefonia e das
telecomunicações
Comutada (RPTC)
❍
❍
Telefonia digital
❍
Sinalização
TFM
110
Digitalização da Voz
Teorema da Amostragem de Nyquist
❒ Se um sinal analógico é amostrado em intervalos
regulares de tempo a uma taxa maior do que duas
vezes a maior freqüência significativa do sinal,
então as amostras contém toda a informação do
sinal original. O sinal original pode ser reconstruído
a partir do sinal amostrado pelo uso de um filtro
passa-baixas (filtro de reconstrução)
Sinal
analógico
Filtro
passa-baixas
Amostrador
Quantizador
Codificador
PCM
Sinal
digital
TFM
111
6,2
5,8
6,0
5,2
3,0
1,2
1,3
Pulsos PAM
TFM
112
6,2
5,8
6,0
5,2
6
6
5
3,0
1,3
1,2
6
3
1
1
011
001
110
001
Pulsos PCM
110
110 101
❒ Amostras são quantizadas e codificadas por um
conjunto de bits
TFM
113
PCM (G.711)
❒ 256 níveis de quantização (± 5V)
❒ 8.000 amostras/segundo
❒ 8 bits por amostra
❒ 64 kbps
Outros métodos
❒ Differential PCM (DPCM)
❒ Adaptive PCM (G.726)
TFM
114
DPCM
❒ Codificam-se apenas as diferenças entre amostras
adjacentes (4 bits)
❒ Mantém-se a precisão sem necessidade de aumento
de banda passante
❒ Economizam-se 4 bits
10
0
t
TFM
115
ADPCM (G.726)
❒ Combina o método DPCM com o PCM adaptativo
❒ Níveis de quantização são adaptados à forma do
sinal de entrada. O tamanho do passo de quantização
aumenta quando uma seqüência íngreme do sinal se
mantém por tempo suficiente
TFM
116
CODECs
❒ ITU-T G.711: PCM – taxa de 64 kbps
❒ ITU-T G.726: ADPCM – taxas de 16, 24, 32 e 40
❒
❒
❒
❒
kbps
ITU-T G.728: Low-Delay Code-Excited Linear
Prediction (LD-CELP) – taxa de 16 kbps
ITU-T G.729: Algebraic Code-Excited Linear
Prediction (ACELP) – taxa de 8 kbps
ITU-T G.723.1: Multi-Pulse MultiLevel
Quantization (MP-MLQ)-ACELP – taxas de 5,3 e 6,3
kbps
iLBC (Internet Low BitRate Codec): 13,33 e 15,2
kbps (usado pelo Skype, Google Talk, MSN
Messenger)
TFM
117
Sumário
ensino
❒ Telefonia IP
telefonia e das
telecomunicações
Comutada (RPTC)
❍
❍
Telefonia digital
❍
Sinalização
TFM
118
Sinalização Telefônica
Definição
❒ A sinalização telefônica é
formada pelo conjunto de sinais,
mensagens e protocolos,
necessários para estabelecer a
troca de informação entre
sistemas de comunicação
TFM
119
Funções da sinalização:
❒ Estabelecimento das conexões
❒ Finalização de chamadas (desconexões)
❒ Comandar início/fim dos registros de
bilhetagem
❒ Supervisões referentes aos diversos tipos de
ligações telefônicas
TFM
120
Métodos de sinalização usados na RPTC:
❒ Sinalização usuário-rede (user-to-network):
como um usuário final se comunica com a RPTC
❒ Sinalização rede-rede (network-to-network):
como as centrais se comunicam entre si na
RPTC
TFM
121
Etapas da Sinalização Telefônica Convencional
7a etapa:
Atendimento do ramal chamado
gera a sinalização para trás com
disparo da bilhetagem para
cobrança da chamada
6 a etapa:
PABX
sinalização
acústica do
assinante
5a etapa:
4a etapa:
sinalização
sinalização de
de dígito
enlace
Central
Tandem
3 a etapa:
sinalização de
registradores
ou de dígito
Central
Local
2 a etapa:
sinalização
de enlace ou
tronco
Sistema de
Bilhetagem
Central
Local
1 a etapa :
sinalização
acústica do
assinante
Envio de dígitos do
número chamado
TFM
122
Cenário com SIP Phone
sinalização
telefônica
convencional
PC com
“SIP phone”
Internet
Rede
Telefônica
Gateway /
roteador IP
Acesso à
banda larga
TFM
123
Sinalização Acústica de Assinante
Brasil (Prática Telebrás SPT 210-110-704)
❒ Corrente de toque (CT)
❍
Sinal enviado para o terminal do assinante chamado,
indicando que há uma chamada dirigida a ele
❍
Freqüência: 25 ± 2,5 Hz
❍
Período de toque: 1.000 ± 100 ms
❍
Período de silêncio: 4.000 ± 400 ms
❒ Tom de discar (TD)
❍
Sinaliza para o terminal chamador que o número do
assinante chamado pode ser discado
❍
Freqüência: 425 ± 25 Hz (tom deve ser contínuo)
TFM
124
❒ Tom de Controle de Chamada (TCC)
❍ Sinal enviado pela central de destino para o terminal
chamador que indica que a rota de comutação foi
estabelecida e que o terminal chamado está livre
❍ Freqüência: 425 ± 25 Hz
❍ Cadência: 1.000 ± 100 ms (toque), 4.000 ± 400 ms
(silêncio)
TFM
125
❒ Tom de Ocupado (TO)
❍ Sinaliza para o terminal chamador que o número do
assinante chamado está ocupado
❍ Cadência: 250 ± 25 ms (toque), 250 ± 25 ms (silêncio)
TFM
126
❒ Tom de Número Inacessível (TNI)
❍ Sinal enviado ao terminal chamador indicando que a
chamada não pode ser completada ou prosseguir
❍ Para centrais que não possuem máquinas anunciadoras
❍ Cadência: alternância de toques com durações de 250 ±
25 ms e 750 ± 75 ms, 250 ± 25 ms (silêncio)
❍ Para centrais analógicas, admite-se o envio do TO em vez
do TNI.
TFM
127
Telefone DTMF ou Multifreqüencial
1
2
3
697 Hz
4
5
6
770 Hz
7
8
9
852 Hz
*
0
#
941 Hz
1209 Hz
1336 Hz
1477 Hz
TFM
128
Sinalização Intercentrais
❒ Ocorre quando mais de uma central local está
envolvida no estabelecimento de uma chamada
❒ Há centenas de sistemas de sinalização
intercentrais. A maioria foi desenvolvida apenas
para uso nacional, enquanto alguns poucos foram
aceitos e definidos pelo ITU-T e/ou ANSI como
sistemas de sinalização padronizados
❒ Channel Associated Signaling – CAS (Sinalização
Associada ao Canal): sinalização compartilha a linha
com os sinais de voz
❍
❍
Linha
Entre registradores
TFM
129
Sinalização de Linha
❒ Conjunto de sinais (supervisórios) destinados a
efetuar a ocupação e a supervisão dos circuitos
que interligam duas centrais; permite,
opcionalmente, o envio dos sinais de tarifação.
❒ Protocolos de Sinalização de Linha (Prática
Telebrás 210-110-703)
• Por corrente contínua
• E + M Pulsada, E + M Contínua
• R-2 Digital
TFM
130
par
trançado
origem
(A)
Tronco
E1
Central
Local
par
trançado
Tronco
E1
Central
de
Trânsito
Central
Local
destino
(B)
Obs.:
1) Meio físico p/ Tronco E1 = 1 par de cabos
coaxiais (1 Tx e 1 Rx)
2) Sinalização telefônica pode ser CAS ou CCS (vide
explicação mais adiante)
TFM
131
Sinalização R2 Digital
❒ Circuito PCM de 2.048 kbps possui 32 janelas de
tempo ou time slots (TS0 a TS31)
❒ 1 frame (quadro) contém 32 time slots
❍
TS 16: sinalização e alinhamento multiquadro
Alinhamento
de quadro
1 quadro (125 µs): 32 canais
0
1
2
... 15 16 17 18 ... 30 31
Alinhamento de
multiquadro e
sinalização
1 canal PCM: 8 bits
1 bit: 488 ns
TFM
132
Sinalização R2 Digital
❒ 1 Multiquadro contém 16 quadros
❍
TS16 contém sinalização para 2 canais de voz
Cada canal de voz utiliza 4 bits: (af, bf, ab, bb)
❍
(af, bf) = p/frente; (ab, bb) = p/ trás
❍
Alinhamento sinalização
multiquadro TSs 1/17
sinalização
TSs 2/18
sinalização sinalização
TSs 14/30 TSs 15/31
16
16
16
16
16
Quadro 0
Quadro 1
Quadro 2
Quadro 14
Quadro 15
1 Multiquadro (2 ms)
TFM
133
Sinalização entre Registradores
❒ Roteamento do tráfego telefônico
❒ Definição (Prática Telebrás SPT 210-110-702)
❍
É o conjunto de sinais correspondentes ao envio e à
recepção das informações, devidamente ordenadas,
destinadas ao estabelecimento das chamadas através dos
órgãos de comutação, das informações referentes às
condições particulares dos assinantes chamador e
chamado e das informações referentes aos circuitos e
órgãos envolvidos
❒ Controla o estabelecimento da chamada (números
envolvidos, categoria do assinante, etc.)
❒ Trafega pelos canais de voz
TFM
134
❒ O Brasil adota a sinalização multifreqüencial entre
registradores, em que duas freqüências (uma
“baixa” e outra “alta”), pertencentes a dois
conjuntos distintos de baixas e altas freqüências,
são combinadas para formar 15 sinais diferentes
(dígitos ou categorias)
❒ Registrador = subsistema da central responsável
pela transmissão e recepção dos sinais de registro
❒ Registrador é um recurso comum em uma central
TFM
135
❒ Dois registradores são conectados em um janela de
tempo (time slot), somente durante a fase de
sinalização entre registradores
❒ Tempo médio de ocupação do recurso de 2 a 4
segundos por chamada
DTMF
Central
Local
MF
Central
Local
CT
TFM
136
Juntor
Central
Juntor
Central
para trás
origem
(A)
destino
(B)
Sinalização
de linha
Registrador
Obs.: juntor = interface
entre a linha e a central
para frente
Registrador
Sinalização de dígitos
entre registradores
TFM
137
Exemplo de Sinalização CAS
Sinalização
do Assinante
Sinalização
Intercentrais (CAS)
Sinalização
do Assinante
Off hook
(fora do gancho )
Tom de discar
#B = “1234”
Ocupação (sinal de linha )
Confirmação de Ocupação
(sinal de linha )
Tom de Controle
de Chamada
Informação de Roteamento
(sinalização entre Registradores)
Corrente de Toque
B Atende
Sinal de Atendimento
(sinal de Linha )
Conversação
On hook
(no gancho )
Desligar para frente
(sinal de Linha )
Libera linha
(sinal de Linha )
On hook
(no gancho )
TFM
138
Sentido dos sinais de linha
SINAL DE LINHA
SENTIDO
Ocupação
Para frente
Atendimento
Para trás
Desligar para trás
Para trás
Desligar para frente
Para frente
Confirmação de desconexão
Para trás
Desconexão forçada
Para trás
Tarifação
Para trás
Rechamada
Para frente
Bloqueio
Para trás
TFM
139
Alternativas de utilização dos sistemas de sinalização
de linha
Tecnologia de Comutação →
Analógica
Digital
Tecnologia de Transmissão ↓
Cabo metálico de pares
Sinalização por
Corrente Contínua
FDM
E + M pulsada
E + M contínua
digital
E + M pulsada
E + M contínua
R-2 Digital
---------
TFM
140
CCS - Common Channel Signaling
❒ CCS (Sinalização po Canal Comum) utiliza um
circuito dedicado, comum, de sinalização
❒ O canal é dito comum porque contém mensagens de
sinalização (datagramas) referentes a várias
chamadas telefônicas
❒ ITU-T especificou em 1968 o Signaling System No.
6 (Sistema de Sinalização #6 - SS6), que
destinava-se principalmente ao tráfego
internacional. AT&T implementou uma versão
modificada denominada Common-Channel
Interoffice Signaling - CCIS
TFM
141
❒ AT&T desenvolveu o Sistema de Sinalização #7
(SS7) em 1975; ITU-T adotou o SS7 como padrão
em 1980
❒ Rede SS7 é uma rede de pacotes
❒ SS7 pode dar suporte a serviços da ISDN e da
PLMN
DTMF
Central
Local
CCS
Central
Local
CT
TFM
142
Vantagens do SS7
❒ Atraso pós-discagem reduzido
❍
Um único canal comum de sinalização pode tratar toda a
sinalização entre duas centrais para aproximadamente
2.000 janelas de tempo de voz, o que representa cerca de
60 enlaces PCM
❒ Permite Interconexão com a Rede Inteligente
(Intelligent Network - IN), que oferece serviços
do tipo 0800, votação eletrônica, telefonia prépaga, VPN, portabilidade de número, etc
❒ Confiabilidade
❒ Flexibilidade
❒ Excelente relação custo-benefício
TFM
143
SS7
Central A
Central B
Circuitos de Voz
.
.
.
Processador
Terminal
de
Dados
Enlace de Dados
(canal comum)
Terminal
de
Dados
Processador
❒ Desmembramento da rede
❍
❍
Rede de Sinalização SS7 (plano de sinalização)
Rede de Transporte (plano de transporte)
TFM
144
SS7
Enlace de
Sinalização
A
B
Enlace de
Voz
Enlace de
Sinalização
C
❒ Rede SS7 é composta por Enlaces de
Sinalização e Centrais Telefônicas que “falam”
SS7 (“Centrais SS7”)
❒ Central SS7 = Service Switching Point - SSP
TFM
145
SS7
SSP C
SSP B
Enlace de
Sinalização
STP
SSP A
SSP D
❒ Signaling Transfer Point – STP
Stand-alone (só encaminha msg’s SS7)
❍ Integrado (pode originar ou receber msg’s SS7)
❍
TFM
146
SS7
STP
STP
SCP
SCP
STP
SSP
STP
SSP
❒ Service Control Point – SCP
Interface entre a rede SS7 e as bases de dados
usadas pelas operadoras
❍ Elemento-chave para entregar aplicações IN
sobre a RPTC
❍
TFM
147
Modos de Sinalização
sinalização
SSP
associada
SSP
chamadas
STP
sinalização
sinalização
SSP
não- associada
STP
quase- associada
sinalização
chamadas
STP
SSP
sinalização
SSP
chamadas
SSP
TFM
148
Redes SS7
Bases de Dados na Rede SS7
❒ Base de dados 800
❍
Informações de roteamento p/ 800, etc.
❒ Base de dados de informações de assinantes
❒ Base de Portabilidade Numérica Local
❒ Home Locator Register (HLR)
❍ Redes celulares
❍ Armazena informações como localização atual do celular,
cobrança e informações do assinante
❒ Visitor Locator Register (VLR)
❍ Redes celulares
❍ Armazena informações sobre assinantes que estejam em
roaming fora de sua rede de origem
TFM
149
Pilha de Protocolos SS7
TFM
150
Message Transfer Part (MTP)
❒ MTP1 corresponde à camada 1 (Física) do modelo
OSI (ex.: tronco E1, canal de 64 kbps)
❒ MTP2 = camada 2 (Enlace)
❍
Frame = Signaling Unit (SU), que possui tamanho
variável
• Fill-In Signal Unit (FISU)
• Link Status Signal Unit (LSSU)
• Message Signal Unit (MSU): transportam o payload
de msg’s das camadas superiores (como SCCP, TUP,
ISUP e TCAP)
❍
❍
❍
Delimitação de SU
Detecção de erros c/ CRC-16 c/ solicitação de
retransmissao (ARQ)
Controle de fluxo
TFM
151
Message Transfer Part 3
❒ MTP3 = nível 3 do SS7 (parte da L3 do OSI)
Roteamento de mensagens de controle de
chamadas (sinalização de circuito)
❍ Cada nó é identificado por um Code Point
❒ O Protocolo MTP3 é dividido em 2 funções
principais
❍
❍
❍
Signaling Message Handling (SMH) – roteia as
mensagens SS7 em condições normais de operação
Signaling Network Management (SNM) – re-roteia o
tráfego do enlace no caso de condições de falha da
rede: Gerenciamento de Enlace, Gerenciamento
de Rotas e Gerenciamento de Tráfego
TFM
152
Signaling Connection Control Part (SCCP)
❒ SCCP provê funcionalidades adicionais da camada
de rede (L3) do modelo OSI
❍
❍
❍
❍
Roteamento de sinalização não-relacionada a
circuitos - noncircuit-related (NCR): chamadas
0800, Portabilidade Numérica Local, mobilidade,
roaming e SMS em redes celulares
Métodos alternativos e mais flexíveis de roteamento
Serviços de transferência de dados orientados à
conexão ou não-orientados à conexão
Segmentação/remontagem de datagramas
❒ SCCP + MTP = Network Services Part (NSP) = L3
❒ Muito usado em redes celulares
TFM
153
Pilha SS7 usada em Redes GSM
BSSAP
DTAP
MAP
BSSMAP
TCAP
ISUP
SCCP
NSP
MTP3
MTP2
MTP1
BSSAP = Base Station Subsystem Mobile Application Part
DTAP = Direct Transfer Application Part
MAP
= Mobile Application Part
TFM
154
IDSN User Part (ISUP)
❒ O protocolo ISUP é o responsável pelo
❒
❒
❒
❒
conexão/desconexão e pelo gerenciamento de
todas as chamadas de voz e dados na RPTC
Também é usado em redes celulares para conexões
de troncos
O ISUP foi criado para prover sinalização rederede compatível com a sinalização ISDN de acesso
Atualmente, o ISUP também é usado como
protocolo de sinalização para tráfego não-ISDN;
de fato, a maior parte do tráfego sinalizado pelo
ISUP é originado por terminais analógicos
Benefícios do ISUP: velocidade (menor “post-dial
delay”), padronização
TFM
155
Outros Protocolos da Camada 4 do SS7
❒ TUP (Telephone User Part): conexão/desconexão e
gerenciamento de chamadas de voz (é anterior ao
ISUP). O TUP suporta somente chamadas do tipo
POTS - plain old telephone service (não suporta
dados). Está sendo substituído pelo ISUP em
vários países
❒ TCAP (Transactional Capabilities Application Part)
suporta a implantação de serviços AIN (Advanced
Intelligent Network)
❍
❍
Pontos de sinalização trocam mensagens
SSP utiliza TCAP para consulta (query) do SCP. Exemplo:
qual é o número roteável associado a um determinado
0800?
TFM
156
TCAP
Query 800
STP
Informação
da Rota
Query 800
STP
SSP
SCP
SCP
Informação
da Rota
TFM
157
Sumário
ensino
❒ Telefonia IP
telefonia e das
telecomunicações
Comutada (RPTC)
❍
❍
Telefonia digital
❍
Sinalização
TFM
158
Telefonia Celular
❒ Outubro/1983: Chicago, IL
❒ Sistema celular consiste de Estações Rádio-Base
(ERB) ou estações-base conectadas a uma central
telefônica denominada Mobile Telephone Switching
Office (MTSO) ou Mobile Switching Center (MSC)
❒ Quando o usuário se move da célula “A” para a célula
“B”, a MTSO chaveia a conexão pela interface aérea
para a ERB “B”, de modo a manter a uma conexão
contínua com a RPTC.
❍
handoff
TFM
159
Telefonia Celular
Topologia
TFM
160
Telefonia Celular
❒ Estação móvel
❍
Contém um transceptor, uma antena e circuitos de
comunicação.
❍
Veículo ou unidade portátil de mão.
❒ ERB
❍
Possui vários TX e RX que tratam simultaneamente das
comunicações duplex.
❍
Várias antenas de transmissão e recepção.
❍
É uma ponte entre todos os usuários móveis da célula e
conecta as chamadas móveis simultâneas à MSC.
TFM
161
Telefonia Celular
❒ MSC
❍
Coordena as atividades de todas as ERBs e conecta o
sistema celular à RPTC.
❍
MSC típica trata de 100 mil assinantes de celular e de 5 mil
conversas simultâneas de uma só vez, além de acomodar
todas as funções de cobrança e manutenção do sistema.
❒ Reuso de canais de frequência dentro de uma área
❍
antenas diretivas nas ERBs
❍
sinal irradiado por ERBs “distantes” sofre grande atenuação
• permite que um determinado canal seja reusado em uma
das células de um grupo de 7 células
TFM
162
Telefonia Celular
Padrões de reuso
TFM
163
Telefonia Celular
Cobertura com o padrão de reuso de 7 células
TFM
164
Telefonia Celular
Comunicação ERB x estações móveis
❒
Common Air Interface (CAI) ou interface aérea
comum especifica quatro canais diferentes
❍
❍
❍
❍
Forward Voice Channel (FVC): ERB → estação móvel
(voz)
Reverse Voice Channel (RVC): estação móvel → ERB
(voz)
Forward Control Channel (FCC): ERB → estação móvel
(controle)
Reverse Control Channel (RCC): estação móvel → ERB
(controle)
TFM
165
Telefonia Celular
Comunicação ERB x estações móveis
❒ Canais de controle (FCC e RCC)
❍
Responsáveis por iniciar uma chamada móvel.
❍
Também chamados de canais de configuração, pois
estão envolvidos apenas na configuração de uma
chamada e na movimentação da chamada para um canal
de voz que esteja livre.
❍
Transmitem e recebem mensagens de dados que
transportam solicitações de início de chamada e de
serviço, e são monitorados pelas estações móveis
quando não têm uma chamada em andamento.
TFM
166
Telefonia Celular
Como é feita uma chamada para um telefone celular?
❒ Quando o celular é ligado mas ainda não está
realizando uma chamada, ele primeiro varre o grupo
de canais de controle direto para determinar aquele
com sinal mais forte.
❍
Reuso de frequência exige que FCCs em células vizinhas
sejam diferentes
❒ Quando uma ligação é feita para um usuário móvel, a
MSC despacha uma solicitação para todas as ERBs no
sistema celular. Número do assinante chamado é
transmitido como uma mensagem de paging por todos
os FCCs do sistema.
TFM
167
Telefonia Celular
paging
enviada pela ERB que ela monitora e responde
imediatamente pelo RCC.
❒ A estação móvel recebe a mensagem de
❒ ERB repassa a confirmação enviada pelo móvel e
informa a MSC sobre o handshake.
❒ MSC instrui a ERB para passar a chamada para um
canal de voz livre dentro da célula (normalmente,
entre 10 e 60 canais de voz são usados na ERB de
uma célula).
TFM
168
Telefonia Celular
❒ ERB sinaliza para a estação móvel que ela deve usar
um determinado par de canais FVC/RVC.
❒ ERB envia para o móvel pelo FVC uma mensagem de
dados designada por alerta, que faz com que o
terminal toque e o assinante atenda a chamada.
❒ Quando uma chamada está em andamento, a MSC
ajusta a potência de transmissão da estação móvel e
muda o canal da unidade móvel e das ERBs a fim de
manter a qualidade da chamada enquanto o assinante
entra e sai do alcance de cada ERB (handoff).
TFM
169
Telefonia Celular
Como é feita uma chamada a partir de um móvel?
❒ Móvel envia solicitação de início de chamada pelo
RCC.
❍
❍
❍
Número do telefone (Mobile Identification Number – MIN).
Número de série eletrônico (Electronic Serial Number –
ESN).
Número chamado.
❒ ERB envia dados para a MSC, que valida a solicitação,
faz a conexão com a RPTC e instrui a ERB e o móvel a
passar para um par FVC/RVC.
TFM
170
Telefonia Celular
Roaming
❒ Todos os sistemas oferecem o serviço de
❍
roaming
permite aos assinantes operar em áreas de serviço
diferentes daquela na qual o serviço é assinado.
❒ Quando o móvel entra numa área de serviço diferente da
sua, ele é registrado como visitante (roamer) nessa área
de serviço. Isso ocorre sobre o FCC.
❒ A cada vários minutos, a MSC transmite um comando
global para cada FCC no sistema, pedindo a todas as
estações móveis que não estavam registradas que
informem seus MIN e ESN pelo RCC.
TFM
171
Telefonia Celular
Roaming
❒ Novos móveis, não registrados no sistema, periodicamente
enviam suas informações de assinante ao receber a
solicitação de registro, e a MSC usa então os dados de
MIN/ESN para solicitar o status de cobrança do
Registro de Localização Doméstica (Home Location
Register – HLR) a cada estação móvel em roaming. Se um
visitante em particular possui autorização de roaming para
fins de cobrança, a MSC registra o assinante como sendo
um visitante válido.
TFM
172
Telefonia Celular
Roaming
roaming tem
permissão para receber e fazer chamadas dessa
área, e a cobrança é encaminhada automaticamente
para o provedor de serviço doméstico do assinante.
❒ Uma vez registrado, o móvel em
TFM
173
Sumário
ensino
❒ Telefonia IP
telefonia e das
telecomunicações
Comutada (RPTC)
❍
❍
Telefonia digital
❍
Sinalização
TFM
174
Objetivos
❒ Motivações para a Telefonia IP
❒ Conceitos básicos da tecnologia VoIP (Voice
IP – Voz sobre IP)
over
❒ Protocolos de sinalização
TFM
175
Alguns esclarecimentos
❒ VoIP x Telefonia IP
VoIP refere-se às técnicas de empacotamento e
transmissão de amostras de voz sobre redes IP
e aos mecanismos de sinalização necessários ao
estabelecimento de chamadas telefônicas
naquelas redes (Ex.: Skype, Messenger)
❍ Telefonia IP é o termo genérico que está
associado ao serviço de telefonia que utiliza a
tecnologia VoIP; deve oferecer uma qualidade
similar ao da telefonia (pública) convencional
(Ex.: NET fone via EBT)
❍
TFM
176
Transporte de Voz sobre a Internet
Motivações:
❒ Comutação de circuitos “desperdiça banda
passante” dos enlaces
❍
50% de silêncio numa ligação telefônica
❒ Comutação de pacotes viabiliza multiplexação
estatística dos pacotes
❒ Convergência (redução de custos operacionais)
❒ Redução do custo da chamada telefônica
❒ Serviços de comunicação multimídia
TFM
177
Roteadores IP x Centrais de Comutação
Telefônicas
❒ Sistemas VoIP: centrais de comutação
substituídas por roteadores IP/MPLS
❒ Circuito virtual entre origem e destino
❒ Roteamento
❍
❍
Baseado no endereço IP de destino
Protocolos usados: OSPF, IS-IS e BGP4
❒ Tráfego agregado é heterogêneo
❍ Telefonia IP
❍ Dados
❍ Vídeo
TFM
178
Roteador interligado com centrais públicas
Gateway
Telefonia IP
3
4
1
5
2
Gateway
Telefonia IP
Roteador IP
1: porta de entrada
2: processador de pacotes IP
3: tabela de rotas IP
4: fila de saída
5: porta de saída
Gateway
Telefonia IP
TFM
179
Comparação
Telefonia Convencional
❒ Comutação de circuitos
❒ Desempenho, confiabilidade e disponibilidade adequados
para o serviço de telefonia
Telefonia IP
❒ Comutação de pacotes
❒ Otimização da banda passantes dos enlaces
(multiplexação estatística)
❒ Internet atual oferece um serviço de melhor esforço =>
não tem o desempenho (QoS), confiabilidade e
disponibilidade da RPTC
❒ A Internet de próxima geração precisa ter uma
arquitetura que garanta a QoS da telefonia
TFM
180
Empacotamento de Voz na Rede IP
❒ VoIP é uma aplicação de tempo real com
interatividade
❒ Mídia de áudio gera tráfego contínuo com taxa
constante
❒ Em uma conversação normal, pelo menos 50% da
banda do canal é desperdiçada
❍
❍
Quando utilizando a VoIP, é possível usar essa banda
desperdiçada para outras aplicações quando a detecção
de atividade de voz (Voice Activity Detection - VAD) é
utilizada
Compactação por detecção de silêncio gera tráfego em
rajadas, mas o sinal de voz deve ser reproduzido no
destino a uma taxa constante
TFM
181
Aplicação de Telefone por Internet
Exemplo
❒ áudio gerado = rajadas de voz alternadas com períodos
de silêncios (64 kbps durante rajada)
❒ pkts gerados somente durante rajadas (conservação da
largura de banda)
❍
porções de 20 msec a 8 Kbytes/s: 160 bytes de dados
❒ adiciona cabeçalho da camada de aplicação a cada
porção (chunk)
❒ Chunk+header encapsulado num segmento UDP
❒ Um datagrama UDP é enviado a cada 20 msec durante a
rajada
TFM
182
Telefone p/ Internet: Perda e Atraso
❒ perda devida à rede: datagrama IP é perdido
devido a congestionamento da rede
(transbordamento de fila em roteador)
❒ perda devida ao atraso: datagrama IP não
chega a tempo de ser reproduzido
❒ tolerância à perda de pacotes
❍
codecs G.711 e G.729 requerem que a taxa de perda
de pacotes seja menor do que 1% para que a
qualidade da ligação não seja comprometida – “toll
quality” (fontes: Cisco Systems e Intel)
TFM
183
Atraso
Tipos de Atraso
❒ Atraso de propagação
❒ Atraso de enfileiramento
❒ Atraso de processamento
Limites para atraso fim-a-fim (Rec. ITU-T G.114)
❒ 0 – 50 ms: alta qualidade
❒ 50 – 150 ms: boa qualidade
❒ 150 – 400 ms: aceitável, porém com desconforto
perceptível (comunicação via satélite)
❒ Acima de 400 ms: inaceitável!
TFM
184
Atraso fim-a-fim
TFM
185
transmissão
taxa
constante
recepção
no cliente
jitter
taxa de reprodução
constante
Dados
armazenados
Dados cumulativos
Variação do Atraso - Jitter
atraso de
reprodução
tempo
❒ Diferença entre atrasos fim-a-fim de dois pacotes
consecutivos pode ser maior do que 20 ms
TFM
186
Jitter (variação do atraso)
silêncio
surto
1 2 3 4
5 6
7
8 9 10
t (origem)
1 2
3 4
5 6 7 8
9
10
t (destino)
introdução
de silêncio
silêncio
eliminado
TFM
187
Variação do atraso
Eliminação do jitter
❒ Preceder cada porção com um número de seqüência
❒ Preceder cada porção com uma marca de tempo
❒ Atrasar a reprodução de porções no receptor
packets
loss
packets
generated
packets
received
playout schedule
p' - r
playout schedule
p-r
time
r
p
p'
TFM
188
Perdas de Pacotes
❒ Sistemas VoIP podem sofrer perdas de
pacotes (transbordamentos de filas em
roteadores), o que degrada a qualidade da
conversação
❒ Aplicações de Telefonia IP usam esquemas de
recuperação de perdas
❍
❍
FEC (Forward Error Correction) ou Correção de
Erros de Repasse: adicionar informações de
redundância à corrente de pacotes original
Intercalação: remetente rearranja a seqüência das
unidades de áudio antes da transmissão, de modo
que unidades originalmente adjacentes fiquem
separadas por uma certa distância na corrente
transmitida
TFM
189
Perdas de Pacotes
Esquema FEC
• “Dar carona à
informação redundante
de baixa qualidade”
• transmite corrente de
qualidade mais baixa
como informação
redundante
• Por exemplo, corrente
nominal PCM/64 kbps
e corrente redundante
GSM/13 kbps.
• Receptor pode mascarar a perda desde que não haja
perda consecutiva de pacotes.
TFM
190
Perdas de Pacotes
Intercalação
❒
Porções são particionadas em
unidades
❒
Ex.: porção de 20 ms possui 4
unidades de 5 ms
❒
Pacote contém unidades de
porções diferentes
❒
se 1 pacote é perdido, ainda
temos a maior parte de cada
porção
❒
Aumenta atraso de reprodução
TFM
191
Real-Time Protocol (RTP)
❒ RTP especifica uma
estrutura de pacote
para encapsulamento
de porções de áudio e
vídeo
❒ RFC 1889.
❒ Pacote RTP provê
❍
Tipo de carga útil
❍
Número de seqüência do
pacote
❍
Marca de tempo
❒ RTP roda nos sistemas
finais.
❒ Pacotes RTP são
encapsulados em
segmentos UDP
❒ Interoperabilidade: se
duas aplicações de
telefonia IP rodam
RTP, então os
terminais poderão se
falar
TFM
192
RTP roda sobre o UDP
❒ Subcamada da camada 4
❒ Escrever código ou
❒ Usar Bibliotecas RTP (Java/C)
Números de porta; endereços IP
❍ Identificação do tipo de carga útil
❍ Número de seqüência do pacote
❍ Marcação de tempo
❒ RTP/UDP/IP
❍ Cabeçalho total demanda
40 bytes = 12 RTP + 8 UDP + 20 IP
❍
TFM
193
RTP e QoS
❒ RTP não incorpora nenhum mecanismo que assegure
um atraso máximo fim-a-fim nem fornece
quaisquer outras garantias de QoS
❒ Encapsulamento RTP só é visto pelos sistemas
finais: não é visto pelos roteadores intermediários
❍
Roteadores que prestam o serviço de melhor
esforço não dão tratamento especial a pacotes
RTP
TFM
194
Cabeçalho RTP
Payload Type (7 bits): indica o tipo de codificação adotado (PCM,
ADM, LPC, etc.). A codificação pode mudar ao longo da sessão RTP.
Sequence Number (16 bits): incrementado de 1 para cada pacote RTP
enviado
Timestamp field (32 bytes). Reflete o instante da amostragem do primeiro
byte no pacote RTP. A marca de tempo é derivada de um relógio de
amostragem no remetente.
SSRC field (32 bits long). Identifica a fonte da corrente RTP. Cada fonte de
uma sessão RTP tem um SSRC distinto.
TFM
195
Real-Time Control Protocol (RTCP)
❒ Trabalha em conjunto com
o RTP.
❒ Cada participante na sessão
RTP transmite pacotes de
controle RTCP para todos
os outros participantes
❒ Cada pacote RTCP contém
relatórios de remetente e/
ou receptor
❍
Dados estatísticos que
podem ser úteis para as
aplicações
❒ Estatísticas incluem
número de pacotes
enviados, número de
pacotes perdidos, jitter,
etc.
❒ Realimentação pode ser
usada para controlar
desempenho
❍
Transmissor pode se
adaptar às condições da
rede
TFM
196
Session Initiation Protocol (SIP)
❒ Protocolo IETF [RFC3261]
Visão
❒ Todas as chamadas telefônicas e sessões de vídeo-
conferência serão transportadas pela Internet
❒ Identificação de usuários por meio de URLs
(Uniform Resource Locators) e não por números
telefônicos
❍
❍
sip:[email protected]
sip:[email protected]
❒ Portabilidade/mobilidade
❍
❍
Usuários conseguem estabelecer chamada telefônica de
qualquer lugar do mundo, desde que tenham acesso à rede
Telefone SIP pode estar instalado num PC, num
TFM
smartphone, etc.
197
SIP
Objetivo do IETF
❒ Protocolo para estabelecimento e
gerenciamento de sessões para troca de
fluxos multimídia entre aplicações
❒ Diferentemente do H.323, não é um
sistema verticalmente integrado (o H.323 é
uma pilha de protocolos)
❍
O SIP é um protocolo da camada de aplicação da
pilha TCP/IP
❍
De fato, o SIP é um protocolo da camada de
sessão (OSI)
TFM
198
SIP
Objetivo do IETF
❒ O SIP é um elemento que pode ser usado
em conjunto com outros protocolos e
componentes na construção de uma
arquitetura multimídia completa
❍
RTP
❍
Real-Time Streaming Protocol (RTSP)
❍
Media Gateway Control Protocol (MEGACO)
[RFC 3015] para controle dos gateways com a
RPTC
❍
Session Description Protocol (SDP)
TFM
199
Serviços SIP
❒ Estabelecimento de chamada
❍
❍
Permite que quem chama avise ao que é chamado que quer
iniciar uma chamada
Participantes devem negociar codificação da mídia
❒ Mecanismos que permitem a quem chama
determinar o endereço IP atual de quem é
chamado
❍
❍
Usuários recebem IPs via DHCP
Usuários se conectam por meio de vários dispositivos IP
❒ Mecanismos para gerenciamento das sessões
❍
❍
❍
❍
Adicionar novas correntes de mídia
Mudar codec’s
Convidar outros participantes
Transferir chamadas
TFM
200
Métodos SIP
TFM
201
Estabelecendo chamada para um IP conhecido
Bob
Alice
167.180.112.24
INVITE bob
@193.64.21
0.89
c=IN IP4 16
7.180.112.2
4
m=audio 38
060 RTP/AV
P0
port 5060
193.64.210.89
port 5060
Bob's
terminal rings
port 5060
µ Law audio
msg’s SIP podem ser
enviadas sobre TCP ou
UDP; exemplo usou
UDP

port 38060
GSM
mensagem 200 OK de
Bob indica seu número
de porta, IP e codec
GSM(sobre RTP)

200 OK
10.89
c=IN IP4 193.64.2
P/AVP 3
RT
3
75
m=audio 48
AC K
mensagem SIP de
Alice indica seu
número de porta e IP.
Sugere que Bob use o
codec PCM lei µ (sobre
RTP)

port 48753
Porta default SIP =
5060

time
time
TFM
202
Mensagem SIP INVITE
INVITE sip:[email protected] SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 167.180.112.24
From: sip:[email protected]
To: sip:[email protected]
Call-ID: [email protected]
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 885
c=IN IP4 167.180.112.24
m=audio 38060 RTP/AVP 0
• Alice não conhece
IP atual de Bob;
servidores SIP
intermediários serão
necessários
• Alice envia e recebe
msg’s SIP usando a
porta default 5060
• Linha “Via” contém o
IP de Alice
Notas:
❒
Similar à sintaxe do HTTP
❒
Descrição usa o SDP
❒
Call-ID é único para cada chamada
TFM
203
SDP
❒ O SDP especifica apenas o formato para
descrição das sessões
❒ Descrição é representada de forma textual
utilizando a codificação UTF-8
❍
H.323 usa representação binária, que economiza
largura de banda
❒ Representação textual foi adotada para
facilitar a portabilidade, permitir uma
variedade de formas de transporte e
possibilitar que ferramentas baseadas em
texto possam gerar/processar as descrições
das sessões
TFM
204
Chamada para um IP desconhecido
TFM
205
Registro
Servidor de registro SIP
❒ Quando Bob inicializa seu cliente SIP, o cliente
envia msg SIP REGISTER para o servidor de
registro de Bob
Mensagem de Registro:
REGISTER sip:domain.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 193.64.210.89
From: sip:[email protected]
To: sip:[email protected]
Expires: 3600
TFM
206
Proxy SIP
❒ Alice envia msg INVITE para o seu servidor proxy
❍
contém endereço sip:[email protected]
❒ Proxy é o responsável pelo roteamento das msg’s
SIP para Bob
❍
Possivelmente através de múltiplos proxies.
❒ Resposta de Bob percorre o mesmo conjunto de
proxies (só que no sentido inverso).
❒ Proxy retorna a msg SIP de resposta para Alice
❍
contém IP de Bob
❒ O proxy é análogo a um servidor DNS local
TFM
207
Recomendação H.323
❒ Padrão ITU-T para áudioconferência e
vídeoconferência entre hosts IP
❒ H.323 é uma especificação guarda-chuva:
❍
sinalização
❍
registro
❍
controle de admissão
❍
transporte
❍
codec’s
❒ H.323 impõe o RTP; no mínimo, cada
terminal tem de suportar o G.711
TFM
208
Arquitetura do H.323
❒ Terminais
terminal
❒ Gateways
❒ Gatekeepers
❒ Unidades de
controle
multiponto
(MCUs)
Gatekeeper
Gateway
REDE IP
MCU
RPTC
Gatekeeper é semelhante a uma
entidade registradora SIP
TFM
209
Media Gateway Controller (MGC)
Controlador de gateway de mídia (agente de
chamadas)
❒ Motivações
❍
Concentrar a inteligência associada à sinalização
no MGC -> implementação de terminais mais
baratos
❍
Tornar os gateways de mídia menos suscetíveis
a mudanças na lógica do serviço, uma vez que
estas serão conduzidas primordialmente pelo
MGC
• Questão correlata motivou a especificação do SS7
TFM
210
Media Gateway Control Protocol (MGCP)
❒ Protocolo mestre/escravo
❍
Gateways executam comandos enviados pelo MGC
❒ MGCs podem usar o MGCP para requisitar a
geração de sinais em um gateway de mídia
❍
tom de discar, tom de ocupado, etc.
❒ Surgiu a partir da união dos protocolos SGCP
(Single Gateway Control Protocol), desenvolvido
pela Telcordia, e o IPDC (IP Device Control),
desenvolvido pela 3Com, Alcatel e Cisco, dentre
outras empresas.
❒ IETF não o considera como padrão
❍
Padrão IETF é o Megaco/H.248
TFM
211
Interoperabilidade de redes de voz
terminal
MGC
MGC
SIP/H.323
SIP/H.323
SIP/H.323
Protocolo de
controle de
gateway de
mídia
mídia
Gateway
de mídia
REDE DE
PACOTES
mídia
mídia
RPTC
TFM
212
MEGACO/H.248
❒ ITU-T e IETF têm trabalhado em conjunto na
especificação de um protocolo padrão de controle
de gateways de mídia
❒ Resultado mais recente é o Gateway Control
Protocol, mais conhecido pelas siglas MEGACO
(nome do grupo de trabalho no IETF) e H.248
(referenciando a série de recomendações do ITUT)
❒ Surgiu a partir da união do MGCP com o MDCP
(Media Device Control Protocol), desenvolvido pela
Lucent
TFM
213
Signaling Transport (SIGTRAN)
❒ É um novo conjunto de padrões definido
pelo IETF. O objetivo do SIGTRAN é
prover o transporte confiável de protocolos
de sinalização sobre redes IP
❒ SS7 over IP
❒ Stream Control Transport Protocol
❍
TCP é inadequado para aplicações em tempo real
❍
TCP é susceptível a ataques DoS
TFM
214
Modelo SIGTRAN
TFM
215
Interoperabilidade
❒ SIP é “O” sistema de telefonia IP
❍
Mas é necessário interoperar com a RPTC e com
os sistemas baseados no H.323
❒ Gateway SIP x RPTC
❍
Conversão de mídia
❍
Interoperação entre protocolos de sinalização
• SS7/ISUP
❒ Gateway SIP x H.323
TFM
216

Fundamentos de Telefonia IP

Transcrição

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