1.Introdução
1.1.
Evolução e perspectiva
histórica
A história do RDIS começa na história da
rede telefónica. Ela liga hoje em dia a maior quantidade de assinantes através
de uma infraestrutura física de telecomunicações. A rede telefónica inicial
consistia num sistema puramente analógico que ligava utilizadores de um
telefone através de uma interligação mecânica de fios. Este sistema era muito
ineficiente e susceptível a falhas e ruído. Além disso não facilitava as
ligações de longa distância. A partir dos anos 60, a rede telefónica começou
gradualmente a converter as ligações internas para um sistema de comutação
digital baseado em pacotes de informação. Hoje em dia, quase toda a feita
dentro da rede telefónica é digital. Ainda assim, a ligação final desde a
central local até ao equipamento do utilizador é ainda em maioria analógica, e
permanece praticamente inalterada desde a sua invenção por Alexander Graham Bell.
A noção de integração de serviços não é
nova no RDIS. De facto, a rede original da companhia americana AT&T transportava no mesmo meio
telefone, telegrafia e imagens para uso de jornais (uma forma primitiva do
fax). No entanto, é com o aparecimento dos computadores que surge a necessidade
de transportar informação em formato digital. Os modems são aparelhos que modulam informação digital num sinal
analógico e estão ainda muito difundidos nos dias de hoje. Para o utilizador
caseiro (home user) esta foi durante
muitos anos a solução de acesso à Internet e a redes de dados públicas,
acarretando a conhecida desvantagem de impossibilitar o uso do telefone aquando
do acesso a estes serviços. Estes factores, aliados ao rápido crescimento da
Internet e ao aparecimento de outros serviços com redes próprias (serviço de
telex, televisão por cabo e dados com linha dedicada), sugerem uma integração
de todos estes serviços numa única rede, denominada Rede Digital com Integração
de Serviços.
Em 1984, O ITU - International
Telecommunication Union – um órgão responsável pelo estabelecimento de
normas de comunicação de telecomunicações, emite a primeira recomendação sobre
a estrutura e funcionamento da RDIS.
O objectivo principal do RDIS é a integração
de serviços de telecomunicações existentes numa única interface com
especificações e protocolos próprios, possibilitando o acesso a recursos de
vários tipos (voz, dados, texto, imagem) através de um serviço digital de ritmo
elevado que funciona através da linha telefónica. Entre o assinante da linha telefónica e a
rede pública digital existe, no entanto,
um fosso analógico, que não tem que ser transposto através de estratégias
de modulação. Neste aspecto as recomendações do ITU prevêem uma primeira fase
de RDIS de banda estreita, onde serão abrangidos serviços com um ritmo
máximo de 2Mbit/s. Mais tarde, introduz-se o RDIS de banda-larga,
baseado na digitalização da linha do assinante, eliminando por completo o fosso
analógico e permitindo taxas de transferências muito mais altas.
1.2.
Objectivo deste trabalho
Este trabalho aborda o RDIS através da
descrição simplificada da arquitectura e pilha de protocolos no qual se baseiam
as recomendações do ITU, tomando especial atenção à à estratégia de comunicação
empregada a nível físico, um elemento importante da disciplina de Sistemas de Telecomunicações. A
partir daqui, descrevem-se características de sinalização, controlo de chamadas e comutação. À frente é
efectuada uma comparação resumida entre o RDIS de banda estreita, RDIS de banda
larga e a tecnologia ADSL, hoje em dia a mais difundida das tecnologias de
acesso à Internet e a recursos digitais.
Não se prestou atenção excessiva à
formidável quantidade de abreviações e nomenclatura utilizadas por cada uma das
recomendações, bem como aos pormenores de funcionamento de cada um dos
serviços, sendo estes de número muito elevado. Optou-se também por deixar de
lado o esquema de transmissão da interface S1 (Primária), por esta ser bastante
menos difundida e se considerar que não acrescenta nenhum conceito novo.
No capítulo 2, é apresentada a
configuração de uma rede RDIS e explicado sucintamente o modelo de protocolos
OSI sobre o qual é baseada a construção desta rede. Um leitor familiarizado com
a arquitectura da Internet reconhecerá muitos dos conceitos aqui apresentados.
Nos capítulos 3, 4 e 5 são apresentados os
aspectos considerados mais relevantes dos protocolos que operam nos níveis
físico, de ligação e rede, respectivamente. A inclusão ,ainda que breve, de
capítulos 4 e 5 sobre os níveis superiores da rede destina-se a traçar um caminho de compreensão entre o
envio de um valor de tensão pela interface S a nível físico e o envio de uma
mensagem de alto nível a nível da rede.
No elemento
principal da bibliografia existe ainda um capítulo sobre adaptação de
protocolos existentes, que foi deixado de lado visto incluir poucos conceitos
novos e muitos pormenores tecnológicos.
De facto, existem recomendações do ITU que permitem a adaptação de
interfaces X.21, X.25 e série V e outros por parte
dos Terminal Adapters (TA's).
Hoje em dia reside na Internet e no
protocolo IP a principal tendência para integração de redes de serviços. Ainda
assim, o presente trabalho serve para
compreender de raíz os conceitos subjacentes ao projecto e construção de uma
tal possível rede com integração de serviços.
2.Configuração e arquitectura
2.1.
Modelo de arquitectura
Figura 2‑1 Modelo de arquitectura simplificado. Na figura observa-se a existência de uma interface normalizada de acesso
à rede RDIS e aos seus recursos de transmissão, comutação e sinalização e ainda
outras redes especializadas.
A rede RDIS como
é representada na figura 2-1 é uma conjunto de recursos que são oferecidos ao
utilizador final. Em particular, explicam-se o significado dos três recursos
principais apresentados na figura.
Comutação de circuitos – Nos serviços de telefonia, telex e alguns serviços de dados, é vantajoso
e habitual reservar recursos ao longo de toda a linha de comunicação. Um caminho dedicado é obtido e dedicado a uma
só ligação entre dois pontos na rede durante toda a ligação e não podem ser
usados os recursos físicos por mais ninguém durante esse tempo.
Comutação de pacotes
– É possível aceder-se a redes que funcionam por comutação de pacotes, um
esquema de transmissão que permite a partilha de recursos físicos por várias entidades
de comunicação, que enviam pedaços de informação para um serviço de
encaminhamento. Este tratará de re-enviar o pacote em direcção ao destino, até
que este seja atingido. Não é necessário um estabelecimento prévio de uma
ligação física completa entre as duas entidades comunicantes, é antes
estabelecido um circuito virtual. A rede X.25, a
Internet e o protocolo IP são exemplos
de redes comutadas em pacotes, e são acessíveis neste modo através da RDIS.
Sinalização de canal comum – Permite usar as primitivas específicas do RDIS para o envio e recepção
de mensagens de sinalização, de uma forma transparente e coerente em ambos os
lados. Exemplos desta facilidade desta sinalização são as indicações de estado
da chamada (chamada pendente, em espera, etc). Estas facilidades dependem de
recursos de sinalização estabelecidos desde os primeiras camadas da linha.
2.2.
Configuração de referência
Na seguinte figura está representada a
configuração de referência mostrando a rede do assinante (utilizador) ligado a
uma central local. Cada bloco representa um grupo funcional, isto é, um sistema
que executa um conjunto determinado de funções de protocolo. Os pontos de
referência ou interfaces ligam estes blocos entre si e estão frequentemente
associados a suportes físicos diferentes
Figura 2‑2 Configuração de referência – Grupos
funcionais e interfaces normalizadas. No
modelo RDIS de banda estreita e interface básica, a interface S é suportada por
um cabo UTP (Unshielded Twisted Pair)
de 4 fios, sendo a interface U a linha normal telefónica (cabo UTP de 2 fios) .
A interface R não é definida univocamente, existindo tantas quantos os
adaptadores de terminal TA.
Um TE1
é um equipamento terminal com interface normalizada RDIS (ponto S), o que
significa que pode comunicar directamente com o bloco NT2 (explicado adiante).
Sendo terminal, a função principal é interactuar com o utilizador. Além disso
pode também servir como conexão a outros equipamentos. Processa todos os níveis
de protocolo desde a camada física até a de aplicação.
Um TE2
é também um equipamento terminal, mas sem interface normalizada RDIS (pode ser
um telefone normal ou um modem analógico, por exemplo).
Um TA
(Terminal Adapter) adaptador de rede adapta um terminal TE2 à
interface RDIS. A especificação não é rígida, podendo este desempenhar um
número variado de funções de adaptação de equipamento terminal, pode ser muito
simples ou muito complexo. Pode adaptar uma porta série, um telefone analógico,
como pode adaptar vários destes e pode até funcionar como um router RDIS e traduzir todo o tráfico de
uma rede local (TCP/IP,IPX) para a interface RDIS.
Um NT2
(Network Terminator 2) processa
essencialmente protocolos de baixo nível baixo (1-3) e incluiu funções de
comutação, multiplexagem (concentração de terminais) e manutenção. Usando uma
característica do RDIS chamada passive
bus, que executa multiplexagem no tempo o NT2 pode ainda concentrar até 8
TE1 ou TA’s (interfaces S) através de uma única interface T. O NT2 é
facultativo, podendo um TA ser ligado directamente ao NT1 (explicado adiante).
Nesse caso as interfaces S e T coincidem.
Um NT1
(Network Terminator 1) processa
apenas funções de nível físico (camada mais baixa), essencialmente codificação
e descodificação de linha, mas também funções auxiliares a este nível como
multiplexagem de nível físico, temporizações, manutenção física da linha,
etc...
Os blocos LT e ET representam a
central RDIS pública. O bloco LT (Line Terminator)
executa apenas funções de adaptação física, sendo análogo ao NT1 do lado do
assinante. O bloco ET (Exchance
Termination) processa protocolos até nível 3 e oferece ao utilizador os
serviços básicos da rede RDIS: comutação de circuitos, comutação de pacotes e
sinalização.
Figura 2‑3 Duas possibilidades de configuração
RDIS. a) representa uma possível configuração simples para
um utilizador caseiro, ligando um telefone e um computador. b) representa uma possível
configuração mais avançada com TE1 especializados e um router RDIS TA que faz a
interface entre uma rede local e o NT2
Dizer “tenho
RDIS em casa” quer normalmente dizer que se possui dois aparelhos, um TA
ligado a um NT1 estando este último ligado à ficha telefónica que conduz a uma
central digital. Este TA pode ser simples ou complexo mas tem normalmente duas entradas, um telefones e
outro aparelhos (fax ou computadores). Devido à existência de dois canais B na
interface RDIS básica é então possível fazer uma chamada com o telefone e uma
com o computador ao mesmo tempo, através da mesma Interface RDIS.
Dizer “temos
RDIS na empresa” pode querer dizer possuir um ou mais NT2 que deixam
partilhar o acesso aos dois canais B na interface RDIS básica por um máximo de
8 TA's diferentes num espaço limitado, por exemplo uma ou duas salas. Esta
configuração pode ser replicada várias vezes e os NT2 podem tomar inclusive as
funções de rede local privada. Pode também ser usada uma interface de acesso
primário com um número superior de canais B. É assim possível realizar várias
chamadas de voz e aceder a recursos da rede local ou externa simultâneamente..
2.3.
Interface de acesso do
utilizador e ritmos de acesso.
Actualmente a interface digital S de voz e
dados do assinante pode ser de dois tipos: básico e primário
Básico (S0) -
constituída por dois canais B (Bearer)
de 64Kbit/s cada e um canal D (Data)
de 16Kbit/s. Perfaz assim um total de 144Kbit/s e é frequentemente designada
por 2B+D
Primária (S1) -
constituída por 23-30 canais B de 64Kbit’s cada e um canal D de 64Kbit/s. O
esquema de transmissão.desta interface não é coberto neste trabalho.
Aos canais B estão associados funções de
transporte de voz e dados, podendo na interface básica usar-se os dois canais B
para fazer duas chamadas de voz simultâneas ou combinar os dois canais para
formar uma ligação de dados de 128 Kbit/s. Ao canal D estão associadas funções
de sinalização na rede, mas ele pode também transportar informação do
utilizador quando operado em modo de comutação de pacotes.
2.4.
Modelos de protocolos da RDIS
O modelo de protocolos da RDIS é baseado
no modelo OSI de sete camadas.
As camadas superiores (transporte, sessão,
apresentação e aplicação) são implementadas por equipamentos TE1/TA, detidos pelo utilizador final.
A camada de rede (nível 3) é responsável
por transportar transparente mente informação entre utilizadores finais,
implementando funções de encaminhamento e retransmissão e podendo ainda
interactuar com outras sub-redes de modo transparente para as camadas
superiores.
A camada de ligação (nível 2) permite
ultrapassar as limitações do meio físico, implementando funções de detecção e
recuperação de erros, conseguindo assim um circuito virtualmente sem erros.
A camada física (nível 1) define as
características eléctricas e mecânicas do circuito ou interface utilizados,
transmitindo simplesmente um fluxo de dados através de um certo meio físico de transmissão.
Figura 2‑4 – Camadas do modelo OSI
Os grupos funcionais NT2 e ET implementam os níveis 1 a 3,
enquanto que os grupos funcionais NT1 e LT só implementam o nível físico. As
recomendações RDIS definem apenas o funcionamento destas três camadas
inferiores e são essas que se estudam mais detalhadamente neste trabalho.
Na interface S/T estão presentes as três
camadas de cada um dos lados da comunicação.
Na figura seguinte observam-se, para a
interface S0, as entidades que controlam e gerem os diferentes canais
disponíveis, estruturadas nas camadas do modelo OSI
Podem ainda definir-se vários planos de
comunicação, efectuado um corte transversal à separação em camadas. Uma entidade de comunicação caracteriza-se
pela sua posição nas duas coordenadas: camada e plano. Resumem-se os planos de comunicação existentes em RDIS:
Plano de controlo (C – Control
Plane) - Diz respeito à sinalização
no canal D e cobre o conjunto de protocolo de controlo de chamadas e serviços
suplementares. Estão definidos nas recomendações do ITU as três primeiras
camadas deste plano.
Plano do utilizador (U – User
Plane) - Diz respeito aos dados do utilizador e cobre as camadas 1 a 7.
Plano de gestão (M – Management)
- Este plano de gestão não é estruturado em camadas e controla as funções de
gestão, tratamento de erros entre outros.
Os protocolos que controlam os canais B
nas camadas 2 e 3 não são especificados porque são de utilização genérica dos
utilizadores. O protocolo na camada física não distingue os diferentes canais.
No nível dois existe um protocolo normalizado chamado LAPD que controla a
utilização do canal D e permite a multiplexagem deste canal em várias entidades
de nível 3.
2.5.
Primitivas de comunicação
entre camadas
Figura 2‑5 Primitivas de comunicação entre
camadas. Ainda que não sempre com o mesmo nome, toda a
comunicação entre duas quaisquer camadas se baseia em mensagens com estes
significados
De
acordo com o modelo de referência OSI, há 4 tipos de primitivas de comunicação
entre camadas do modelo,as quais têm o seguinte significado neste caso
concreto:
REQUEST - primitiva
gerada quando a camada superior ou a entidade de gestão pede um serviço à
camada inferior.
INDICATION - primitiva
gerada pela camada inferior que fornece o serviço para informar a camada
superior ou a entidade de gestão do fornecimento desse serviço.
RESPONSE - primitiva
gerada pela entidade de gestão para acusar a recepção de uma primitiva
INDICATION.
CONFIRM - primitiva
gerada pela camada inferior que fornece o serviço indicando que este foi
completado.
Ainda
que não seja feita uma referência explícita a este modelo, ele constitui uma
base sólida para compreender o funcionamento de uma pilha de protocolos e as
mensagens de sinalização e controlo que fluem através de diferentes níveis de
abstracção.
3.Protocolo de nível 1 - Camada física
3.1.
Interface S entre TE e NT - Configuração
básica (S0)
A interface
de acesso básica foi desenhada a pensar
essencialmente em colocar um (ou mais) terminais em bus, sem electrónica na
tomada, alimentados através da própria interface. Apresentam-se as três
configurações possíveis para a interface S0 na figura seguinte.
Figura 3‑1 Possibilidades de configuração física .
a)
ponto-a-ponto ; b) multiponto em bus ; c) multiponto
em bus com concentração de terminais
De notar que há restrições nos
comprimentos máximos dos cabos tendo em conta as e impedâncias e atenuações
existentes. Na configuração ponto a ponto, é a primeira que dita o comprimento
máximo de 1 Km. Na configuração bus passivo há que contar com o desfasamento de
transmissão dos terminais que advém dos tempos de propagação ao longo do bus..
De modo simplificado, para o ritmo binário 192Kbits/s (período ~= 5us) o round trip delay no bus não pode exceder
os 2us, o que corresponde a um cabo de 200m de comprimento para uma impedância
de 150Ohm por metro. O número de terminais é limitado a 8 de modo a limitar a
desadaptação de impedância. Na configuração híbrida, que reúne vantagens das
duas anteriores, concentram-se terminais
em redor de umas das extremidades do bus permitindo um comprimento máximo de
500m e ainda a utilização em bus passivo.
3.1.1. Interacções Funcionais
No nível físico da interface S0 existem
interacções funcionais de dois tipos
entre os TE e NT
Ligações funcionais de transporte de dados
Os canais B1 e B2, de 64Kbit/s e
bidireccionais, são estabelecidos em
modo circuito o que significa que a cada um é atribuído um só terminal de
comunicação. Podem também ser unidos para formar um canal de comunicação mais largo.
O canal D é um canal de 16Kbit/s bidireccional e é gerido em modo de comutação
de pacotes, sendo partilhado por todos os terminais da configuração multiponto
Ligações funcionais de gestão da interface
A gestão da interface acresce 48Kbit/s ao
fluxo binário de nível físico. Aqui existe um canal E de 16Kbit/s que
transporta o eco do canal D, para resolução de conflitos de acesso a este
último. Existem também funções de
sincronização a nível de bit e da trama, o transporte do relógio de bit
(embebido no sinal) e de trama (4Kbit/s) e funções de activação/desactivação de
grupos funcionais, para diminuição do consumo de energia. Por fim existe a
função de alimentação eléctrica, que permite que os TE’s sejam alimentados
pelos NT’s.
3.1.2.
Códigos de linha e estrutura da trama física
A capacidade de transmissão da linha da
interface de acesso básico é, no total de 192 Kbit/s, distribuídos da seguinte
forma
|
B1 |
64 Kbit/s |
|
B2 |
64 Kbit/s |
|
D |
16 Kbit/s |
|
|
|
|
Soma 2B+D |
144 Kbit/s |
|
|
|
|
Controlo e sincronização |
48 Kbit/s |
|
|
|
|
Total |
192 Kbit/s |
O código de linha utilizado nesta
interface é do tipo AMI (Amplitude Mark
Inversion) com sinais de polaridade alternadamente positiva e negativa para
codificar o valor lógico “0”, e
ausência de tensão para codificar o valor “1”. A alternância entre polaridades inversas para
codificação do “0” garantem a
estabilização DC da linha. Para alinhamento de trama são usadas violações da
regra acima, e para repor a paridade de zeros na linha são usados bits de
equilíbrio especiais.
Tanto as tramas físicas no sentido
TE->NT e no sentido NT->TE têm 48 bits e duram 250ns o que corresponde a
4000 tramas/segundo. Existe um atraso de 2 bits da trama TE->NT em relação à
NT->TE.
Os 48 bits de cada trama dividem-se em 32
bits de canal B (16 de B1 e 16 de B2), 4 bits de canal D e 12 bits de controlo.
A utilização deste últimos 12 bits difere consoante o sentido da comunicação
Figura 3‑2 Trama
física entre os blocos funcionais NT e TE
TE->NT
1 bit F
que indica o início da trama e 1 bit Fa
auxiliar de sincronização
10 bits de equilíbrio L, um a seguir a F e Fa e um após cada grupo de bits de um
canal
NT->TE
1 bit F
que indica o início da trama e 2 bit Fa
e N auxiliares de sincronização
2 bits de equilíbrio L, um a seguir a F e um
no final da trama
4 bits E que ecoam o canal D no sentido
TE->NT e o controlam em modo multiponto
1 bit M que indica modo multitrama
1 bit A de activação/desactivação do
terminal
1 bit S reservado
3.1.3. Controlo de acesso ao canal D
Para resolver conflitos de acesso ao canal
partilhado D, usa-se um mecanismo CSMA-CR (Carrier Sense Multiple Access –
Contention Resolution). Baseia-se em características e pressupostos rígidos de
comunicação, principalmente a capacidade de cada terminal poder monitorar o
canal D através do eco nos bits E do sentido
NT->TE.
Antes de emitir uma trama de nível 2 cada
terminal deve verificar se o canal D está livre. O mecanismo de prioridade de
acesso ao canal D, cujo objectivo fundamental é assegurar uma equitativa
oportunidade de acesso ao canal D pelos vários terminais, é baseado na
alteração dinâmica do número de uns lógicos consecutivos que o terminal deve
detectar para decidir que o canal está livre.
3.2.
Interface U entre NT e LT
A interface U, situada entre o NT1 e a
central pública, não foi normalizada, e depende fortemente do tipo de
tecnologia de transmissão utilizada. No entanto deve providenciar um conjunto
de ligações funcionais análogo à interface S. De modo a poder reutilizar toda a
infraestrutura analógica existente, foi considerado importante o
desenvolvimento de uma tecnologia de transmissão full-duplex de alto débito
sobre 2 cabos twisted-metal-pair.
Tendo em conta a distância entre o utilizador e a central digital (pode ir até
aos 8 quilómetros), as atenuações altas, a heterogeneidade das condições de
transmissão, interferência entre linhas (crosstalk) e outros problemas de
dimensionamento inadequado, este é um objectivo difícil.
3.2.1. Obtenção do full-duplex
Para conseguir uma ligação full-duplex (transmissão
simultânea bidireccional) no meio no meio analógico foram desenvolvidas muitas
técnicas, das quais seleccionam duas básicas.
TCM (Time Compressed Multiplexing)
Esta técnica, também conhecida por ping-pong, consiste em partilhar no
tempo uma ligação half-duplex,
enviando pequenas tramas em sentidos alternados, e esperando tempos
suficientemente grandes de modo a que se processe a recepção do lado contrário
e que se atenuem suficientemente os ecos do último envio.
Esta técnica permite enviar informação a
ritmos da ordem dos 350-400 Kbit/s, para comprimentos de linha relativamente
curtos, da ordem dos 2-3 Km.
Figura 3‑3 Time
Compressed Multiplexing (ping-pong) –através de dois comutadores
(blocos de controlo) em exclusão mútua, enviam-se tramas em cada um dos
sentidos, alternadamente.
Cancelamento de Eco
Esta técnica baseia-se na transmissão
simultânea bidireccional nos dois fios twisted-metal-pair.
Devido a inúmeros factores de atenuação, interferência, sobreposição e
interferêcia inter-simbólica, é necessário usar um sistema que separa o sinal
transmitido localmente do sinal recebido e ainda processe o sinal recebido
(através de um filtro digital adaptado às características da linha em cada
instante) para recuperar o sinal transmitido remotamente.
Esta técnica permite ter comprimentos de
linha até aos 8 Km, e ritmos de linha da ordem dos 200Kbit/s. A implementação
do sistema de cancelamento de eco é consideravelmente mais complexo que o
sistema TCM, no entanto, face ao maior comprimento de linha máximo, é hoje em
dia preferido a este último.
Figura 3‑4 – Esquema de cancelamento de eco – Para extrair o sinal emitido remotamente, o sinal Dr, constituido por
várias componentes sobrepostas ao sinal emitido remotamente (ecos do sinal De
emitido localmente e varios tipos de ruido e interferencia) é diminuido de uma
quantidade obtida pelo filtro digital adaptativo. O filtro digital monitora
permanentemente as condições de eco na linha.
3.2.2. Códigos de linha na interface
U
Na interface S0 usa-se um código do tipo
pseudo-ternário AMI. Devido à forte atenuação sentida nas linhas desta interface,
opta-se por códigos por códigos que optimizem a utilização da largura de banda
existente nestas linhas. Estes códigos são designados códigos de bloco, porque
concentram vários símbolos binários num símbolo (normalmente ternário ou
quaternário). Os códigos de bloco mais utilizados nesta interface são
4B3T Código ternário: 4 bits convertidos
em 3 sinais ternários, com uma compressão de 25%
2B1Q Código quaternário: 2 bits
convertidos em 1 sinal quaternário, com uma compressão de 50%
Figura 3‑5 – Comparação dos códigos de linha NRZ,
AMI, 4B3T e 2B1Q. Para a mesma palavra de código (01001110),
os códigos 4B3T e 2B1Q têm uma variação mais “lenta” e usam portanto menos
largura de banda.
A redução no ritmo baud (símbolos
enviados por segundo) na codificação da interface S0 para U, implica uma
equivalente redução na largura de banda do sinal. O aumento proporcional da
probabilidade de interferência intersimbólica é combatido pela escolha de
palavras de código convenientes, já que alguns códigos (como o 4B3T) permite
uma subutilização do espaço de codificação. Esta escolha permite também uma
maior imunidade ao ruído, menor interferência intersimbólica e uma detecção de
erros mais facilitada no caso de transmissão de sequências não permitidas.
4.Protocolo de nível 2 - Camada de ligação
Como já referido, os protocolos que
controlam os canais B nas camadas 2 e 3 não são especificados porque são de
utilização genérica dos utilizadores. A camada de ligação de dados é então
essencialmente responsável pela gestão do nível 2 do sistema de sinalização
utilizado em RDIS. O protocolo que faz isto chama-se LAPD (Link Access Protocol on D-Channel)
4.1.
LAPD (Link Access Protocol on D-Channel)
O protocolo LAPD
implementa funções de nível mais alto, a saber:
multiplexagem de várias entidades de
ligação de dados sobre o mesmo canal D
delimitação (framing), transparência e
sincronização de informação
garantia de sequenciamento das tramas transmitidas
e recebidas através da sua numeração
detecção de erros de transmissão, de
formatação e de funcionamento sobre uma ligação de dados
recuperação de erros de transmissão
através da repetição de tramas recebidas com erro
notificação da entidade de gestão dos
erros que não podem ser corrigidos
controlo de fluxo da informação entre
emissor e receptor.
Opera em dois modos
modo confirmado (connection-oriented): a informação é encapsulada em tramas cuja
recepção é confirmada pelo entidade que as recebe. É usada uma estratégia de
janela deslizante e numeração de tramas que permite o envio de várias tramas
mantendo o controlo de fluxo. É possível detectar e recuperar de erros de
transmissão e formatação.
modo não-confirmado (connectionless): a informação é encapsulada em tramas não-numeradas
e transmitida directamente, não havendo qualquer confirmação de recepção ou
controlo de fluxo.
Para estabelecer uma ligação em modo
confirmado, é preciso executar primeiro uma inicialização (handshaking) entre
os dois processos comunicantes. Este procedimento (SABME - Set Asynchronous
Balanced Mode Extended) decorre em modo não-confirmado, com tramas não
numeradas. A inicialização garante que uma sequência correcta de números são
usados em ambos os extremos.
O protocolo LAPD multiplexa no canal D
vários tipos de informação provenientes de entidades de nível superior
(sinalização, dados, gestão, telemetria...).
No sentido contrário efectua a operação recíproca de desmultiplexagem.
4.2.
Funções e estrutura da trama
LAPD de nível 2
A estrutura
básica desta trama e a sua análise permitem fazer explicar o funcionamento das ligações funcionais
proporcionadas pelo LAPD. Existem na trama em questão os seguintes campos:
Figura 4‑1
Trama LAPD
Flags de abertura e fecho
Estas campos têm um valor constante e
delimitam o início e o fim da trama LAPD (já que esta é de comprimento
variável). Para evitar que estes valores reservados se repitam dentro dos
outros campos da trama é utilizada uma técnica de bit stuffing em que essas sequência potencialmente coincidentes são
acrescidas de um bit que resolve o
conflito e pode ser retirado na descodificação.
Campo de controlo
O campo de controlo pode assumir
diferentes formatos, caso a comunicação seja em modo confirmado ou não
confirmado. As tramas numeradas (I) associam-se ao primeiro e as não-numeradas
(U) ao segundo. Existem ainda tramas S de supervisão. Nas tramas numeradas são
gerados e enviados números de sequência que asseguram o fluxo controlado e
ordenado de informação, gerando retrasmissões em caso de perdas, atrasos ou
erros. As tramas S de supervisão
auxiliam esta tarefa.
As tramas U servem para enviar informação
em modo não-sincronizado, por exemplos mensagens de estabelecimento de modo
confirmado, de desconexão e outras mensagens especiais.
Campo de endereço
Este campo contêm a informação necessária
para distinguir quem é o destinatário da trama (no caso de trama multiplexados
no canal D), se uma trama é um comando ou uma resposta a um comando e ainda
qual o tipo de informação transportada na trama.
A atribuição dos endereços aos terminais
numa rede do assinante processa-se na troca entre TE’s o NT de mensagens UI
especiais de gestão dos endereços TEI (Terminal
Equipment Identification)
Campo de Informação (comprimento variável)
Este campo
existe apenas nas tramas I, destinadas a transferir informação de camadas
superiores usando as tramas numeradas sequencialmente. O comprimento máximo é
de 260 octetos.
Sequência de teste da trama
O campo FCS (Frame Check Sequence) é utilizado para
detecção de erros da trama. Em caso de erro de trama, é pedida ao emissor a
repetição da trama, utilizando para tal as mensagens de supervisão (tramas S).
Figura 4‑2 Diagrama de mensagens LAPD. Neste exemplo, é primeiro estabelecida uma ligação em modo confirmado. O
TE envia um comando SABME ao qual o NT responde com um Unnumbered Acknowledge (UA). A partir daí o TE começa a enviar
tramas numeradas. O primeiro número da numeração indica qual a trama que o TE
envia e o segundo qual a confirmação pela qual espera. Com a chegada da
confirmação I 0,3 por parte do NT, o TE envia uma próxima trama I 3,1. A resposta RR 4 por parte do
NT significa que acusa a recepção da trama 3, mas não tem informação para
enviar em resposta. É desfeita a ligação pela mensagem Disconnect (DISC) do TE , ao qual o NT responde com um Unnumbered Acknowledge (UA). Estas duas
últimas mensagens são enviadas em modo não confirmado e são tramas não
numeradas.
5.Protocolo de nível 3 - Camada rede
No nível 3 tal
como no nível 2, não estão definidos os protocolos de controlo dos canais B,
pois estão no plano do utilizador e são definidos por este. As recomendações do
ITU dizem respeito ao controlo do canal D.
5.1.
Estrutura das mensagens de
sinalização de RDIS
A entidade
de nível 3 do plano de controlo do canal D corresponde à camada de rede no
modelo OSI. Toma as funções de controlo
de chamadas e sinalização:
estabelecer
chamadas e desligar chamadas
negociação
de canais B
suspender
chamadas
reactivar
chamadas
pedir
um recurso
, utilizando os serviços disponibilizados pela camada 2,
a saber
estabelecimento
das conexões da camada de ligação de dados
transmissão
de dados com protecção de erros
indicação
de erros não recuperáveis da camada de ligação de dados
desligamento
das conexões da camada de ligação de dados
indicação
de falhas da camada de ligação de dados
recuperação
de certas condições de erro
indicação
de estado da camada de ligação de dados.
Estes
serviços são utilizados para gerar versões análogas na camada 3. isto quer
dizer que existe também uma função de estabelecimento e desligamento de
conexões nesta camada, só que as conexões chamam-se agora chamadas. Implementam-se de modo semelhante funções de transporte,
sequenciamento, controlo de fluxo, recuperação de erros e multiplexagem, mas
agora a nível da mensagem, a unidade
de informação associada a esta camada (o da camada 2 é a trama). Além destes a
camada 3 introduz um serviço de relaying,
que determina a rota adequada entre entidades de nível 3 na rede e oferece uma escolha entre comutação de
circuitos ou pacotes.
As
mensagens de sinalização são compostas por um cabeçalho (código do protocolo,
referência da chamada e código da mensagem) e por vários elementos de informação de comprimento variável.
5.2.
Controlo de chamadas
Existem quatro
tipos de mensagens para controlo de chamadas:
mensagens de estabelecimento de chamadas
mensagens da fase de transferência de
informação
mensagens de desligamento de chamadas
mensagens diversas
Os sub-tipos destas mensagens podem variar
caso a chamada funcione em comutação de circuitos ou pacotes, ou se se referir
a um tipo especial de conexão (sinalização ou global). Na figura seguinte dá-se
um exemplo de troca de mensagens de nível 3 entre duas redes RDIS
independentes.
Figura 5‑1- Fase de estabelecimento de ligação a
nível 3 entre dois terminais de redes de assinante separadas. As mensagen SETUP e SETUP_ACK
estabelecem a ligação entre o TE A e a seu NT. Este passo recorre às primitivas
de nível 2 já enunciadas. Depois do envio de algumas mensagens do tipo INFO,
atravessa a rede o pedido de chamada, que desencadeia um SETUP na rede de
assinante do TE B. A mensagem CALL PROCEEDING avisa o TE A deste facto. O
Terminal B envia mensagens ALERTING e CONNECT, e depois das respectivas
confirmações, pode começar-se o envio de informação de nível 3.
Deve compreender-se que este esquema
genérico de estabelecimento e desligamento de chamada estabelece as condições e
o modo (pacotes ou circuitos) nas quais as entidades comunicam, sendo a
comunicação e outras condições e formatos adicionais especificados no protocolo
que reside no plano do utilizador. O objectivo do plano 3 é proporcionar uma
base estável e transparente que “esconda” a estratégia de comunicação. Toda a
complexidade do formato das mensagens e em torno dos elementos de informação
encontra justificação no objectivo de generalizar, simplificar e integrar a
interface oferecida ao utilizador/programador.
6.Conclusões
6.1.
RDIS de banda larga e ADSL
Como referido anteriormente, a segunda fase da
evolução da RDIS é a RDIS de banda larga. Esta atravessa uma fase de
investigação e desenvolvimento a nível mundial, estando simultaneamente em
normalização no ITU-T, o qual já aprovou um conjunto de recomendações
preliminares nesta área. A característica fundamental desta rede é a integração
de todos os serviços, incluindo os de débito elevado, como vídeo interactivo em
tempo real e distribuição de televisão de alta definição. Esta fase requer, no
entanto suportes físicos de transmissão e tecnologias de transmissão diferentes
e muito mais avançadas que as disponíveis.
A tecnologia ADSL está, aquando da escrita
deste trabalho, em franca expansão, sendo a solução de telecomunicações caseira
para acesso à Internet mais procurada no momento . A ADSL
(Asynchronous Digital Subscriber Line)
é uma tecnologia que aumenta a capacidade de transmissão do canal analógico
tradicional separando-o em vários subcanais na frequência. Este esquema, discrete multi-tone modulation , DMT, permite
que cada tom (canal) transporte uma parte
da informação a enviar. Esta é repartida pelos vários canais, que têm uma taxa
de símbolos (baud) muito mais baixa
que a bit-rate normal. É possível tratar então mais facilmente dos problemas
enumerados em 3.2, como a interferência de
banda-estreita, pois estes afectam tipicamente um subconjunto dos canais ao
mesmo tempo. Mais precisamente, o termo “assíncrono” refere-se ao ritmo de
transmissão ser diferente quer se trate de uma transmissão upstream (utilizador-central) ou downstream (central utilizador). O fenómeno de interferência entre
linhas de utilizador (crosstalk)
intensifica-se perto da central de transmissão e para frequências mais altas.
Logo, as transmissões upstream são
efectuadas em faixas de frequência mais baixas de modo a poder minimiza-lo. As
transmissões downstream podem ser
efectuadas em faixas de frequências mais altas (e mais numerosas) de modo a que
o sinal ainda seja suficientemente forte quando chega ao consumidor. A ADSL
beneficia assim do facto da taxa de transmissão se adaptar dinamicamente às
condições da linha. Permite taxas de transmissão mais altas quando a distância
entre a central e o utilizador é menor.
Hoje em dia encontram-se no mercado
português produtos ADSL no mercado, a preço
acessível para o utilizador caseiro, que oferecem uma taxa de transmissão downstream de 8Mbit/s, quase duas ordens
de grandeza superior ao ritmos típicos da RDIS na interface U. A ADSL impõe-se progressivamente como um
tecnologia de suporte a serviços de banda larga sem a implicação da modificação
completa da infraestrutura do assinante.
Figura 6‑1 Utilização da banda da linha do assinante na
tecnologia ADSL. Ao criar canais diferentes e mais numerosos
na frequência, o ADSL aproveita as heterogeneidades desta para proporcionar uma
transmissão mais eficiente.
6.2.
Conclusões
A tecnologia
RDIS é um bom exemplo de um conceito inovador travado pela lentidão dos órgão
reguladores, excessiva preocupação com a normalização e negligência de
tecnologia existente. A RDIS oferece um serviço robusto de telefonia, mas para
um utilizador comum e nas aplicações multimédia e de transporte de dados não
apresenta uma taxa de transferêcia bruta muito superior à utilização de um
modem analógico de 32-56Kbps. Além disso, os custos mais elevados nunca geraram
uma adesão em massa.
No Japão, a tecnologia ISDN teve um sucesso
relativamente grande, com companhias como a NTT a registarem um número superior
de assinaturas RDIS que assinaturas telefónicas convencionais. Um dos produtos
com mais saida é um kit Karaoke por
RDIS. Ainda no Japão e outras partes da Ásia, existem redes integradas privadas
à base de cabos Ethernet que ligam muitos assinantes e providenciam serviços de
telefonia e televisão, entre outros. Na europa, particularmente em França e na
Alemanha, assistiu-se a uma expansão mais rápida da tecnologia RDIS.
Hoje em dia, a tecnologia RDIS vê o seu
espaço de acção cada vez mais reduzido. A promessa da integração de serviços é
hoje satisfeita quase completamente pelo protocolo IP. Para o utilizador
caseiro (home user) assinante de uma
linha analógica normal, as facilidades de acesso à Internet e ao telefone
simultaneamente são garantidas por tecnologias como a Internet/TV por Cabo ou
ADSL. Esta última permite aceder à internet (e portanto a recursos IP) a ritmos
cada vez mais elevados, através da mesma interface twisted-pair de sempre, deixando o canal de voz tradicional
intacto. Para utilizadores que necessitem
de aplicações de transporte de conteúdos de voz e video de elevado débito é
cada vez maior o apelo dos serviços VoIP (Voice
over IP) que necessitam apenas de uma ligação à Internet. Enquanto o RDIS
reserva o seu espaço no mundo da telefonia e onde os serviços de banda larga
não estão disponíveis, a Internet e o IP são a verdadeira rede com integração
de serviços.
7.Bibliografia
MÁRIO
SERAFIM NUNES, “Redes Digitais com
Integração de Serviços (RDIS)”, Adaptado de “Redes Digitais com Integração
de Serviços” , Mário Serafim Nunes, Augusto Júlio Casaca – disponível em http://digitais.ist.utl.pt/ec-ris/textos-aulas/1a%20parte%20RDIS.pdf
LEVI
EHUD, HADAD ELI, EPSTEIN AMIR
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MEL BECKAM, “An Introduction to ISDN”, http://www.jet.net/isdn/isdnintro.html
MICHAEL C. BOUY, NEXTEP Broadband, “Introduction to ADSL” http://www.nextep.com.au/upload/Introduction_to_ADSL.pdf
SYNAPSE NETWORKS, “ISDN Fact Sheet” http://www.isdnshop.com/isdn-facts.html
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RUSTY
NEJDL, “LAPD
Protocol (N-ISDN)” http://networking.ringofsaturn.com/Telecommunications/isdn.php
PAUL FINDON, “ISDN in