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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE INFORMÁTICA
CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Estudo Comparativo: DSL × Cable Modem
Por
Eduardo Almeida Fernandes
Projeto de Diplomação
Prof. Jürgen Rochol
Orientador
Porto Alegre, dezembro de 1999.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
Reitora: Prof.ª Wrana Maria Panizzi
Pró-Reitor de Graduação: Prof. José Carlos Ferraz Hennemann
Diretor do Instituto de Informática: Prof. Philippe Olivier Alexandre Navaux
Coordenador de Graduação: Prof. Raul Fernando Weber
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Bibliotecária-Chefe do Instituto de Informática: Beatriz Regina Bastos Haro
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AGRADECIMENTOS
Agradeço aos colegas, professores e funcionários do Instituto de Informáti-ca, que nestes anos de convivência, tiveram papel fundamental para a realização deste sonho.
Ao Prof. Jürgen Rochol, pelo conhecimento transmitido, pelo incentivo, pela paciência e pelo companheirismo.
Aos meus pais, pela força, pelo incentivo, pelo carinho e pela compreensão.
Aos meus amigos André Luís Michel Pinto, Henrique Nazareth Vedana, Le-onardo Vieira Cervo, Maria Valesca Jungblut, Nicole Silva de Freitas e Ricardo Luís Li-chtler pelas inúmeras noites, madrugadas e fins-de-semana de estudos alegres e bem-su-cedidos.
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SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS.....................................................................................................................................4
SUMÁRIO.........................................................................................................................................................5
LISTA DE FIGURAS.......................................................................................................................................7
LISTA DE TABELAS......................................................................................................................................8
INTRODUÇÃO................................................................................................................................................9
1. A TECNOLOGIA DSL...............................................................................................................................11
1.1. COMPONENTES DO SISTEMA DSL...........................................................................................................131.1.1. Sistema de transporte..........................................................................................................131.1.2. Rede do provedor de serviços (rede de acesso local).........................................................131.1.3. DSLAM................................................................................................................................151.1.4. ATU-R..................................................................................................................................151.1.5. POTS switch ou POTS splitter............................................................................................161.1.6. Equipamentos terminais......................................................................................................16
1.2. COMO FUNCIONA A TECNOLOGIA DSL....................................................................................................161.2.1. DMT....................................................................................................................................171.2.2. CAP.....................................................................................................................................18
1.3. OS VÁRIOS TIPOS DE DSL....................................................................................................................181.3.1. ADSL...................................................................................................................................201.3.2. RADSL.................................................................................................................................241.3.3. SDSL....................................................................................................................................251.3.4. HDSL...................................................................................................................................261.3.5. IDSL....................................................................................................................................291.3.6. MSDSL................................................................................................................................301.3.7. UDSL...................................................................................................................................311.3.8. VDSL...................................................................................................................................311.3.9. MVLDSL..............................................................................................................................31
2. A TECNOLOGIA CABLE MODEM.......................................................................................................33
2.1. REDE DE TV A CABO...........................................................................................................................362.1.1. A estrutura da rede de TV a cabo........................................................................................372.1.2. A rede HFC..........................................................................................................................37
2.2. COMPONENTES DO SISTEMA CABLE MODEM..............................................................................................382.2.1. Externo................................................................................................................................392.2.2. Interno.................................................................................................................................392.2.3. Terminal interativo..............................................................................................................402.2.4. A estrutura da rede de cable modem...................................................................................42
2.3. COMO FUNCIONA A TECNOLOGIA CABLE MODEM........................................................................................432.4. OS VÁRIOS PADRÕES DE CABLE MODEM...................................................................................................47
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2.4.1. IEEE....................................................................................................................................472.4.2. DVB/DAVIC........................................................................................................................472.4.3. MCNS/DOCSIS...................................................................................................................48
3. O PROTOCOLO MAC DO PADRÃO IEEE 802.14.............................................................................50
3.1. PROTOCOLOS MAC LEGADOS...............................................................................................................503.1.1. Multiplexação por divisão de tempo...................................................................................503.1.2. Mecanismo de disputa e resolução de colisões...................................................................51
3.2. OBJETIVOS..........................................................................................................................................513.3. SINCRONIZAÇÃO..................................................................................................................................533.4. MODOS DE ACESSO..............................................................................................................................53
3.4.1. Modo de acesso reservado..................................................................................................533.4.2. Modo de acesso isócrono....................................................................................................553.4.3. Modo de acesso imediato....................................................................................................55
3.5. RESOLUÇÃO DE DISPUTAS......................................................................................................................563.6. DESEMPENHO DO PROTOCOLO MAC......................................................................................................58
3.6.1. Algoritmo árvore n-ária versus algoritmo p-persistente adaptativo na resolução de disputas..............................................................................................................................58
3.6.2. Alocação de largura de banda............................................................................................603.7. O PROTOCOLO MAC SELECIONADO.......................................................................................................62
3.7.1. Formatos de dados..............................................................................................................63
4. COMPARAÇÃO DAS TECNOLOGIAS DSL E CABLE MODEM..................................................64
4.1. LARGURA DE BANDA E BANDA EFETIVA DISPONIBILIZADA............................................................................644.2. ESCALABILIDADE.................................................................................................................................664.3. SERVIÇOS...........................................................................................................................................664.4. SEGURANÇA........................................................................................................................................674.5. CUSTOS..............................................................................................................................................674.6. COMPATIBILIDADE COM O SERVIÇO TELEFÔNICO OU SERVIÇOS DE TRANSMISSÃO DE VOZ...................................684.7. DISPONIBILIDADE DOS SERVIÇOS.............................................................................................................694.8. CONFIABILIDADE..................................................................................................................................714.9. MERCADO..........................................................................................................................................71
CONCLUSÃO.................................................................................................................................................73
BIBLIOGRAFIA............................................................................................................................................74
GLOSSÁRIO..................................................................................................................................................77
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1.1 — ARQUITETURA DSL........................................................................................................13
FIGURA 2.2 — CABLE MODEM...............................................................................................................33
FIGURA 3.3 — DIAGRAMA DE ESTADOS DO PROTOCOLO DE UPSTREAM DO HFC.........56
FIGURA 4.4 — SERVIÇO CABLE MODEM NO BRASIL....................................................................69
FIGURA 4.5 — SERVIÇO ADSL NO BRASIL.........................................................................................70
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LISTA DE TABELAS
TABELA 1.1 — DISTÂNCIA E TAXAS DE TRANSMISSÃO...............................................................17
TABELA 2.2 — TAXA DE TRANSFERÊNCIA BRUTA.........................................................................44
TABELA 3.3 — PROPOSTAS OFICIAIS PARA O PROTOCOLO MAC...........................................52
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INTRODUÇÃO
Com o crescente avanço da tecnologia de redes de computadores e a popula-rização da Internet, cada dia mais as pessoas estão descobrindo as maravilhas de se estar no escritório ou no conforto do lar e ter à mão uma quantidade enorme de informações sobre qualquer assunto de seu interesse. Graças ao avanço dos browsers, os usuários têm acesso a documentos em formato texto e/ou gráficos, áudio e vídeo, além de uma grande quantidade de programas disponíveis para download. O tamanho dos arquivos transmitidos está cada vez maior e o canal de comunicação está saturado. Os usuários desejam um maior fluxo de dados e o gargalo está justamente na tecnologia de transmis-são.
A tecnologia hoje empregada para a comunicação de dados são os modens analógicos de canal de voz, que utilizam a estrutura de cabos telefônicos e a rede públi-ca comutada (POTS). Esta estrutura, que foi projetada inicialmente para transmissão de voz, hoje incorpora avanços e oferece um maior número de serviços a um custo mais acessível. No entanto, ainda oferece limitação da largura de banda de 4 kHz, insuficien-te para as necessidades atuais e futuras.
Neste cenário surgem duas propostas para oferecer aos usuários uma cone-xão mais rápida e com custos relativamente baixos de implementação. A tecnologia DSL atinge altas velocidades de transmissão e emprega a estrutura telefônica já existen-te de par de fios de cobre. A tecnologia de cable modem emprega, por sua vez, a estru-tura existente de TV a cabo (CATV), composta por fibra óptica e cabos coaxiais de ban-da larga (HFC).
Tanto a solução cable modem como a DSL propõem-se a oferecer aos usuá-rios domésticos e corporativos um avanço em direção a taxas de transmissão da ordem de Mbit/s a um custo relativamente pequeno, pois aproveitam grande parte de estruturas já em uso nas regiões metropolitanas das grandes cidades. Ao usuário compete a escolha de qual tecnologia adquirir.
Cada uma das tecnologias apresentadas oferece diferentes funcionalidades e perfis de acesso para conexões à Internet. À primeira vista, parece simples descobrir qual opção oferece o nível de serviço desejado pelo menor custo e decidir por um servi-ço ou outro. Entretanto, é difícil definir exatamente o nível de serviço necessário, pois os as necessidades dependem das aplicações, que sofrem mudanças contínuas.
As operadoras de TV a cabo fizeram um bom trabalho de marketing, anunci-ando suas infra-estruturas como fornecedoras de acesso de banda larga a dados e televi-são ao mesmo tempo. Nas áreas onde o serviço de TV a cabo está disponível, o cable modem consegue uma melhor penetração no mercado residencial que a tecnologia DSL. Entretanto, as companhias de TV a cabo estão trabalhando para resolver algumas ques-
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tões que dificultam que o cable modem se torne uma ferramenta voltada também para o mercado corporativo. Para as companhias telefônicas existem fatores mercadológicos que devem ser levados em conta. DSL não exige grandes investimentos no aprimora-mento das linhas de assinante.
Cable modem é uma tecnologia com acesso compartilhado – não é dedicado como ISDN ou DSL. Isto significa que a largura de banda disponível é compartilhada entre os usuários da mesma vizinhança, como se fosse uma rede LAN. Nas horas de pico é impossível atingir velocidades altas, devido ao congestionamento. DSL, em con-trapartida, garante a velocidade em linhas dedicadas. Questões relativas à segurança também preocupam os usuários – principalmente os corporativos – já que o meio físico é compartilhado.
O fato de tantos serviços de acesso continuarem a coexistir confunde os usuários. Quais tecnologias de acesso remoto irão vingar e quais irão fracassar? Tecno-logias como acesso analógico discado, linhas privativas dedicadas e ISDN encontram seu nicho no mercado baseado nos serviços que são suportados. Os fatores que regulam a divisão do mercado e o crescimento dos serviços são: disponibilidade; preços; facili-dade de instalação e uso; habilidade de suportar as aplicações dos usuários.
O que o usuário procura é uma tecnologia que ofereça altas velocidades de transmissão com equipamentos de baixo custo. O usuário corporativo deseja, além dis-so, que os usuários consigam ter acesso remoto às informações do servidor. Com o de-senvolvimento e incremento na velocidade dos processadores e os avanços conseguidos nos backbones – SONET e DWDM –, o laço local tornou-se um gargalo mais estreito do que já era antes.
Este trabalho tem como objetivo fazer um estudo comparativo entre estas duas tecnologias, do ponto de vista do usuário, a fim de que este possa decidir qual ser-viço atende melhor às suas necessidades, levando em consideração aspectos como faci-lidade de uso, velocidades de transmissão oferecidas e custos. Será apresentada uma descrição das tecnologias empregadas e enfocadas as vantagens e desvantagens de cada uma.
No capítulo 1 serão apresentados os principais sistemas DSL atualmente propostos. No capítulo seguinte será descreve brevemente o sistema de TV a cabo e apresentado o sistema de comunicação de dados proposto na IEEE 802.14 – cable mo-dem. No capítulo 3 será apresentado brevemente o protocolo MAC sugerido na IEEE 802.14. No capítulo 4 serão apresentados critérios de comparação entre as tecnologias.
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1. A tecnologia DSL
A DSL (digital subscriber line) ou linha digital de assinante é uma tecnolo-gia de transmissão que pode ser usada para suportar uma ampla variedade de serviços. Tenta eliminar o gargalo existente na última milha, que conecta o usuário ao provedor de serviços. Permite o uso de recursos existentes, como a rede de fios de cobre e os pro-tocolos dos níveis 2 e 3 – Frame Relay, ATM ou IP. DSL já foi bastante testada e é ofe-recida em uma grande quantidade países.
Em uma linha telefônica comum, chamada algumas vezes de POTS, é usado um sinal analógico para transferir informação de áudio (voz) do usuário até a central te-lefônica CO1. A partir daí, o sinal entra na PSTN. Um modem comum modula e conver-te o sinal digital proveniente do computador em um sinal analógico, e o transmite atra-vés desta linha telefônica. Na outra ponta, outro modem recebe o sinal analógico e faz a conversão deste para um sinal digital. Estes dados são tratados pela rede telefônica exa-tamente da mesma maneira que os sinais de voz.
O “modem” DSL envia os dados digitais diretamente do computador para a central telefônica. A partir daí, o sinal entra na rede telefônica digital que interconecta as centrais – ATM ou Frame Relay. O termo modem é impróprio, já que ele não faz modu-lação/demodulação do sinal. A denominação linha digital de assinante também é errô-nea, pois o que constitui DSL não é a linha em si, mas sim um par de modens existentes nas pontas desta.
Usando o sistema telefônico atual – o loop local da rede telefônica –, a tec-nologia DSL oferece acesso a altas velocidades de transmissão e reduz a carga sobre a rede telefônica pública. Os provedores do serviço acreditam que DSL irá oferecer um sistema conveniente para satisfazer a exigência de largura de banda e irá propiciar a cri-ação de novos serviços de rede sem grandes investimentos de capital. As companhias de telecomunicação viram em DSL uma oportunidade para alavancar a demanda por parte do consumidor de um acesso mais rápido.
Esta tecnologia foi projetada inicialmente para suportar aplicações de vídeo sob demanda (VoD2) e TV interativa sobre o par trançado telefônico. A tecnologia DSL foi concebida como uma reação das companhias telefônicas aos serviços de transmissão de dados por cabos de alta capacidade (fibras ópticas e cabos coaxiais). Quando estes mostraram-se muito caros para uma expansão em larga escala, o interesse sobre DSL aumentou muito. Outro fator que impulsionou o seu crescimento foi a reforma das tele-comunicações ocorrida nos Estados Unidos em 1996. Companhias telefônicas locais e de longa distância (ILEC, IXC3, ISP, CLEC), companhias de TV a cabo e satélite DTH4
e emissoras de rádio e TV passaram a competir entre si.
1 CO — central office: Central telefônica. Localização central de uma rede pública de telecomunicações tradicional aonde as linhas telefônicas são terminadas e que contém o equipamento de comutação.
2 VoD — video-on-demand: Expressão que abrange um amplo conjunto de tecnologias e companhias cujo objetivo comum é permitir que os usuários selecionem um programa de TV ou filme em um servi-dor de vídeo e assistam-no através de um televisor ou monitor de computador.
3 IXC — inter-exchange carrier: Provedor de serviços que transporta voz, vídeo e dados entre os RBOC (longa distância).
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As redes telefônicas atualmente instaladas representam um imenso capital investido. Esta estrutura, projetada inicialmente para serviços de voz, sofreu modifica-ções e atualizações em sua infra-estrutura ao longo dos anos, a fim de aproveitar os avanços tecnológicos nas técnicas de transmissão e comutação. Em particular, instala-ções baseadas em fibra óptica existem na maioria das redes telefônicas ao redor do mun-do. O uso de fibra óptica aprimorou a qualidade dos serviços, aumentou a capacidade de tráfego suportado pelo backbone e reduziu os custos operacionais. Como resultado, uma grande quantidade de serviços está disponível atualmente para uso das centrais telefôni-cas. Entretanto, a situação é bem diferente quando se observa o loop local. O usuário fi-nal está conectado a um armário de distribuição MDF5 pelo par trançado de fios de co-bre. Este armário concentra todos os loops locais e os conecta com uma central telefôni-ca. Estas centrais, por sua vez estão ligadas entre si através de uma rede composta de DACS e T/E6 ou anéis ópticos como SONET ou SDH7.
A infra-estrutura existente de fios de cobre, – a rede ILEC/PTO8 – foi proje-tada para o transporte de voz. Entretanto, a rede telefônica existente não é especializada no tráfego de dados a altas velocidades. O equipamento usado pelo usuário é um mo-dem analógico – velocidades de conexão da ordem de 28,8 kbit/s. Utiliza-se uma DSU9
ou NTU10 para conexões a velocidades mais elevadas – 56 ou 64 kbit/s – ou serviços T1 ou E1. Mesmo esta solução é muito limitada em termos de velocidade e largura de ban-da e já atingiu o limite da capacidade de transmissão.
À medida que são deixadas para trás as tecnologias de transmissão analógi-ca de baixas velocidades e são estudadas as tecnologias de conexões digitais de alta ve-locidade, notam-se grandes mudanças na topologia das centrais telefônicas. Enquanto que o tráfego de dados analógicos passa pelo comutador da rede telefônica (capacidade de discagem de âmbito mundial) o tráfego de dados digitais de alta velocidade é desvia-do do comutador (switch), pois este não suporta este tipo de dados.
Os dados percorrem o loop local através do DACS e do sistema de transmis-são, contornando o comutador telefônico. Serviços de tráfego de dados de baixas veloci-dades baseados nos modens convencionais integram-se bem na rede POTS, já que o co-mutador telefônico está integrado na solução. Os serviços de tráfego de dados de altas velocidades, no entanto, são configurados como uma rede dedicada, contornando o co-mutador. A partir daí, estes dados são concentrados no DSLAM e enviados através da rede que interconecta as centrais telefônicas.
4 DTH — direct to home: Transmissão de sinais de televisão via satélite que podem ser captados por an-tenas de pequeno porte – geralmente com diâmetro de 60 cm. Também chamada de DBS (direct broad-casting satellite).
5 MDF — main distribution frame: Quadro de distribuição localizado dentro da central telefônica aonde os laços são terminados.
6 T/E — carrier transmission equipment.7 SDH — synchronous digital hierarchy: Padrão internacional para transmissões de dados síncronas so-
bre cabos de fibra óptica. O equivalente norte-americano é o SONET. Define uma taxa de transmissão padrão de 51,84 Mbit/s, chamada STS-1 – equivalente à OC-1 – e seus múltiplos.
8 PTO — public telephone operator.9 DSU — digital service unit.10 NTU — network termination unit: Equipamento instalado nas dependências do usuário que faz a termi-
nação de um ponto de acesso à rede.
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1.1. Componentes do sistema DSL
A arquitetura básica (fig. 1.1) que permite transmitir dados digitais em alta velocidade através da rede telefônica é composta pelo par trançado telefônico e alguns equipamentos adicionais. Do lado do usuário está situado o POTS splitter, que separa os sinais de dados digitais dos sinais de voz. Neste dispositivo são conectados o telefone e o modem DSL. Uma boa alternativa é ligar um hub para compartilhar a conexão entre várias estações de trabalho.
A linha de assinante sai da residência do usuário, conecta-se a um armário de distribuição e daí vai para a central telefônica. Já dentro da central telefônica, entra no multiplexador DSLAM, que separa o tráfego de voz e dados. Os dados são enviados para uma rede ATM, por exemplo, enquanto o tráfego de voz é passado ao comutador telefônico do POTS. Esta estrutura pode variar, em função dos diferentes tipos de xDSL existentes.
Figura 1.1 — Arquitetura DSL
1.1.1.Sistema de transporte
Fornece uma interface entre o backbone e o sistema DSLAM. Este dispositi-vo pode fornecer vários tipos de serviço: T1/E1, T3/E3, OC-1, OC-3, STS-1, e STS-3.
1.1.2.Rede do provedor de serviços (rede de acesso local)
Utiliza como base a rede que interconecta as centrais telefônicas e promove conectividade entre os múltiplos provedores de serviços e os usuários. Para isso, devem ser instalados equipamentos adicionais, como switches Frame Relay ou ATM. Existe o conceito de nó de acesso (AN), que é o local aonde os equipamentos de comutação e ro-teamento estão fisicamente localizados. Dependendo do tamanho da rede de acesso e dos custos associados com o transporte, podem existir mais de um AN por rede local
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(LAN), criando uma estrutura sobreposta à rede de interconexão das centrais telefôni-cas. Em alguns casos, este nó está integrado no próprio DSLAM.
A rede de acesso consiste dos loops locais e do equipamento associado que conecta o usuário à central telefônica. Alguns usuários estão localizados a uma distância muito grande da central telefônica e necessitam de um loop local muito longo. Um pro-blema que surge daí é a atenuação do sinal ao atravessar o meio, piorando a relação si-nal/ruído. Para contornar este problema são usadas bobinas (loading coils) a cada 1,8 km, para modificar as características elétricas da linha – indutores, atuam como filtros passa-baixa –, limitando a faixa dinâmica em 3,3 kHz e permitindo uma melhor qualida-de do sinal de voz. Essas bobinas, que compõem até 20 % dos laços locais, são incom-patíveis com as altas freqüências de transmissão de DSL e devem ser removidas. Sem elas, é possível transmitir sinais com freqüências da ordem de MHz, embora com subs-tancial atenuação. Atenuação essa que aumenta proporcionalmente com a distância e a freqüência.
As configurações de laço de assinante variam tremendamente. Em alguns países, a distância de 5,5 km cobre virtualmente todos os assinantes; em outros países, como os Estados Unidos, esta distância cobre menos de 80 % dos assinantes. O restante corresponde exatamente aos 20 % das linhas que utilizam bobinas para melhorar o sinal de voz.
O outro procedimento utilizado para melhorar o sinal de voz é o uso de ter-minais remotos ou nós de acesso remotos e a criação de áreas de distribuição com loops de, no máximo, 1,8 km, aonde os sinais são terminados, agregados e enviados de volta à central telefônica, que hospeda o equipamento de comutação e transmissão. Este retor-no, feito através de circuitos T1/E1, pode ser feito através de fios de cobre – usando HDSL – ou fibra óptica. Em áreas suburbanas, estas áreas de distribuição conectam uma média de 1.500 pontos telefônicos, enquanto que nas áreas mais centrais essa densidade chega a 3.000 pontos por área. Esses números diminuem à medida que crescem as taxas de dados. Um sistema FTTC11 oferecendo taxas STS-1 – 51.840 Mbit/s, com alcance de 300 m – conecta cerca de 20 pontos.
Emendas nos cabos também podem atrapalhar a transmissão de dados. DSL só pode ser suportado através de laços contínuos de cobre. A Bellcore estima que uma linha telefônica típica (Estados Unidos) passe por 22 trechos de fios durante o seu per-curso. O tráfego DSL deve, então, terminar no terminal remoto12, onde será convertido para um formato compatível com o DLC. A arquitetura do sistema telefônico baseado em terminais remotos resolve muitos problemas relativos ao POTS, mas cria problemas para o fornecimento de serviços DSL.
11 FTTC — fiber to the curb: Rede onde a fibra óptica vai do comutador telefônico até um armário de distribuição próximo dos usuários, localizado geralmente na calçada – daí o nome curb (do inglês, meio-fio). A partir deste armário, partem pares de fios de cobre até as dependências dos usuários.
12 RT — remote terminal: Terminação do laço local ou ponto intermediário mais próximo dos usuários, utilizado para melhorar a confiabilidade do serviço.
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1.1.3.DSLAM
O DSLAM (digital subscriber line access multiplexer) está localizado na central telefônica e é a pedra fundamental da solução DSL. Funcionalmente, o DSLAM agrega o tráfego de dados dos múltiplos loops DSL no backbone. Fornece serviços a aplicações baseadas em pacotes, células ou circuitos, concentrando também os canais DSL em saídas 10Base-T, 100Base-T, T1/E1, T3/E3 ou ATM. Caso seja necessário, o DSLAM é capaz de abrir os pacotes de dados, podendo suportar endereçamento IP dinâ-mico usando-se DHCP. Suporta uma grande quantidade de serviços, protegendo os in-vestimentos à medida que a tecnologia e o mercado DSL avançam, bastando para isso a troca de placas e componentes modulares. É flexível, pois suporta codificação CAP, DMT e QAM. É compatível com NEBS13, permitindo fácil ampliação e manutenção. Oferece também compatibilidade com NMS14 e SNMP.
Um ISP que queira competir com a companhia telefônica local deve, inicial-mente, tornar-se um CLEC. A partir daí, basta alugar a fiação de cobre entre cada usuá-rio e a central, onde deve estar localizado o DSLAM. Este concentra um certo número de linhas de assinante em um único canal ATM. A partir daí, é necessário pegar o tráfe-go de saída do DSLAM (células ATM ou quadros) e transportá-lo até onde estiver loca-lizado o roteador primário de acesso à Internet. Existem dois tipos de DSLAM: um lo-calizado na central telefônica, capaz de suportar e concentrar uma grande quantidade de canais e o DSLAM remoto, localizado no sistema DLC, nas vizinhanças dos usuários e locais públicos.
1.1.4.ATU-R
O DSL transceiver unit é o equipamento que fica na ponta do usuário – tipi-camente 10Base-T, V.35, ATM-2515, ou T1/E1. Está disponível em várias configurações, dependendo do serviço a ser disponibilizado, e oferece funcionalidades adicionais para bridging16, roteamento, multiplexação TDM ou ATM. O ATU-R de bridging é de fácil instalação e manutenção e oferece filtragem de dados, para evitar que tráfego indesejado penetre na rede do usuário. O ATU-R com roteamento oferece a flexibilidade do IP, po-dendo ser criadas sub-redes, a fim de segmentar de maneira eficiente a LAN remota e a identificação de tráfego unicast17 ou multicast. Transparente aos protocolos, comporta-se como CSU/DSU18 e serve como interface para roteadores já existentes, multiplexado-
13 NEBS — network equipment building system: Conjunto de requerimentos sobre confiabilidade e usabi-lidade dos equipamentos, estabelecido pela Bellcore.
14 NMS — network management system: Sistema de gerenciamento de rede que implementa funções do nível de rede e usa um protocolo como SNMP.
15 ATM-25 — Fórum ATM que define uma taxa de 25,6 Mbit/s baseada na rede Token Ring da IBM.16 Bridging — Interconexão de duas redes que ocorre na camada de rede (hardware) e não possui capaci-
dade de roteamento.17 Unicast — Transmissão de uma mensagem para um único receptor (endereço), em contrapartida com
os conceitos de broadcast e multicast.18 CSU/DSU — channel service unit/data service unit: O DSU é um dispositivo que executa funções de
diagnóstico e proteção em uma linha de telecomunicações, enquanto o CSU é um dispositivo que co-necta um terminal a uma linha digital. Usado nas terminações de conexões T1 e T3.
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res, PBX19 ou FRAD20. Muitas vezes, o ATU-R tem características PnP. Deve oferecer estatísticas para o gerenciamento das camadas 1, 2 e 3, como relação sinal/ruído e esta-tísticas da MIB21 e possibilidade de upgrade e manutenção remotas.
Atualmente o próprio modem faz as funções do ATU-R. Alguns modelos de modem exigem o uso de uma placa Ethernet para servir de interface com o computador, enquanto outros modelos conectam-se diretamente ao barramento PCI.
1.1.5.POTS switch ou POTS splitter
É um dispositivo opcional, que existe tanto no lado do usuário quanto na central telefônica, permitindo a transmissão simultânea de dados e voz. Pode ser ativo – exige fonte de alimentação externa – ou passivo. Este último, além de não necessitar ali-mentação e ter um MTBF22 maior, suporta chamadas de emergência – polícia, bombei-ros – mesmo quando cortado o fornecimento de energia elétrica.
1.1.6.Equipamentos terminais
Equipamento terminal ou TE (terminal equipment) é qualquer aparelho co-nectado ao ATU-R, como um computador, telefone digital ou hub.
1.2. Como funciona a tecnologia DSL
DSL usa freqüências diferentes do espectro para transmitir voz e dados (fig. 1.2). A faixa de 0 a 4 kHz é usada para o POTS e transmissões de fac-símile. O canal de 30 a 138 kHz é reservado para o envio de dados, enquanto a faixa de 138 kHz a 1,1 MHz é usada para o recebimento. Esta implementação permite conversação (voz analó-gica) e transmissão de dados digitais sobre a mesma linha telefônica, sem que um servi-ço interfira com o outro.
Uma conexão DSL sobre linha telefônica que permite fluxo de chegada de 6 Mbit/s, por exemplo, é cerca de 200 vezes mais rápida que uma conexão de 28,8 kbit/s. DSL não é uma tecnologia de acesso discado; é uma conexão ponto-a-ponto com linha e largura de banda dedicadas entre o “modem” e a Internet ou a LAN corporativa. O throughput não é afetado por outros usuários nas vizinhanças, como acontece com o cable modem, onde vários usuários compartilham a capacidade da rede de cabo coaxial ou fibra óptica.
19 PBX — private branch exchange: Rede telefônica privada interna a uma empresa. Os usuários compar-tilham um certo número de linhas externas para atender os ramais internos da empresa. Uma variação da central PBX – que fica localizada fisicamente no prédio do usuário – é a chamada “centrex”, que fica localizada na própria companhia telefônica e oferece discagem direta a ramal.
20 FRAD — frame relay assembler/disassembler: Dispositivo de comunicação que particiona um fluxo de dados em quadros para a transmissão sobre uma rede Frame Relay e recria o fluxo de dados a partir de quadros que chegam da rede.
21 MIB — management information base: Base de dados de objetos monitorados por um sistema de ge-renciamento de rede (SNMP ou RMON).
22 MTBF — mean time between failures: Indica o número médio de horas de funcionamento de um dado dispositivo até a ocorrência de uma falha.
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Figura 1.2 — Espectro de freqüências
Fonte: [DSS 99]
Diferente do que acontece com os modens convencionais (33,6 kbit/s), não é possível conectar-se diretamente com um usuário que esteja em outra localidade. É ne-cessário a presença do DSLAM para concentrar o tráfego, pois este dispositivo suporta maior potência elétrica, maiores freqüências que um modem ou roteador DSL stan-dalone pode suportar. Pode ser feita uma analogia com o protocolo V.90, que não permi-te a conexão direta entre dois modens a 56 kbit/s.
O problema da atenuação do sinal aumenta proporcionalmente com a velo-cidade de transmissão (tab. 1.1), diminuindo a distância máxima alcançada.
Tabela 1.1 — Distância e taxas de transmissão
Fluxo (Mbit/s) Distância (km) Espessura do fio (mm)1,5 a 2 6 0,51,5 a 2 5 0,4
6 4 0,56 3 0,5
Fonte: http://www.ewh.ieee.org/r10/bombay/news2/story5.htm
Para que se possa aumentar o alcance da transmissão são usadas as seguin-tes técnicas de sinalização:
1.2.1.DMT
Descreve uma versão de modulação multiportadora na qual os dados de che-gada são coletados e distribuídos sobre um grande número de portadoras individuais, chamadas bins. A DMT cria estes canais usando uma técnica digital chamada Discrete Fast-Fourier Transform. A DMT aloca estes 256 subcanais com largura de banda de 4 kHz e modula um sinal separado em cada um deles, a fim de diminuir estatisticamente as perdas com ruído. Os sinais também são codificados usando-se QAM.
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DMT testa a qualidade da linha na inicialização para determinar a capacida-de de transmissão de cada subcanal. Os dados que chegam são desmembrados e distri-buídos por estes subcanais. Para contornar o problema do ruído, a maior parte da infor-mação está contida nas freqüências mais baixas. Existe uma variante da DMT, a DWMT, que vai um passo além em complexidade e desempenho, criando uma maior separação entre os subcanais. Quando estiver totalmente desenvolvida, este tipo de mo-dulação poderá vir a ser o padrão para ADSL em ambientes com muita interferência. DMT é a base do novo padrão ANSI T1.413 edição 2. Em fevereiro de 1998 foi também adotado pelo ITU.
DMT consegue melhores resultados que a tecnologia antecessora CAP, transmitindo na mesma velocidade através de distâncias maiores – tipicamente 6 km.
1.2.2.CAP
O padrão DMT substitui uma implementação usada anteriormente, chamada CAP. O seu principal problema foi a falta de padronização, que gerou implementações CAP proprietárias que não se comunicam umas com as outras. A CAP não é padroniza-da, pois nunca foi sancionada pelo ITU, pelo ANSI ou pelo ETSI. No entanto, é a solu-ção com maior base instalada atualmente – 97 % até 1996 – e opera a velocidades de até 7,1 Mbit/s. A principal vantagem da DMT é a alta tolerância a ruídos na linha e a capa-cidade de adaptar-se às condições desta. Apesar dos produtos fabricados seguirem uma padronização, a sinalização varia de fabricante para fabricante, gerando novamente pro-blemas de comunicação entre equipamentos de marcas diferentes. Acredita-se que a in-teroperabilidade deva surgir com o tempo.
Com QAM, dois sinais independentes são usados para modular duas porta-doras com freqüências iguais, mas com amplitudes e fases diferentes. Os receptores QAM conseguem discernir quando se deve usar mais ou menos estados (constelações de pontos) para superar ruído e interferências. CAP armazena partes do sinal modulado em memória e reconstrói estas partes na onda modulada. O sinal da portadora é suprimido antes da transmissão, pois não contém informação, e é remontada no modem receptor – daí o nome carrierless. Na inicialização, CAP testa a qualidade da linha de acesso e im-plementa a versão de QAM mais eficiente.
CAP é mais simples, de custo de implementação menor, necessita de menos potência e dissipa menos calor – relevante quando os equipamentos são colocados todos juntos no mesmo local físico, mas atinge distâncias menores – o sinal sofre grande de-gradação a partir de 3,5 km.
1.3. Os vários tipos de DSL
Existem vários tipos de tecnologias DSL para serem escolhidas. A seleção de uma delas depende de múltiplos fatores: tipo de serviços oferecidos; topologia domi-nante da rede já existente; planos para o surgimento de novos serviços no futuro. Justa-mente por esta variedade de tipos, costuma-se empregar o acrônimo xDSL, onde o “x” substitui uma ou mais letras.
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Basicamente, existem dois tipos de DSL: simétrico e assimétrico. Os tipos simétricos transmitem os dados na mesma velocidade nos dois sentidos (usuário → pro-vedor e provedor → usuário). Os tipos assimétricos transmitem os dados do usuário a uma velocidade maior do que os dados recebidos por este.
Tabela 1.2 — Tipos básicos de xDSL
DMT ADSL CAP RADSL CAP SDSL/HDSL
2B1Q SDSL/HDSL
2B1Q IDSL CAP MSDSL
Número de fios
1 par 1 par SDSL: 1 parHDSL: 2 pares
SDSL: 1 parHDSL: 2 pares
1 par 1 par
Aplicações Assimétricas Assimétricas e simétricas
Simétricas Simétricas Simétricas Simétricas
Upstream de 128 kbit/s
X X X X X X
Upstream de 384 kbit/s
X X X X X
Upstream de 512 kbit/s
X X X X X
Upstream de 768 kbit/s
X X X X
Upstream de 1 Mbit/s
X X X X
Upstream de 1,544 Mbit/s
(T1)
X X X
Upstream de 2,048 Mbit/s
(E1)
X X X
Downstream de 1,5 a 7
Mbit/s
X X
POTS analó-gico (opcio-
nal)
Com splitter Com splitter
Seleção de ve-locidade
X X Futuramente Futuramente X
Auto-adapta-ção da veloci-
dade
X X X
Cancelamen-to de eco
(*) X X X X
FDM (*) XAlcance (fio
24 AWG)5,5 km @ 1,5
Mbit/s1,8 km @ 7
Mbit/s
5,5 km @ 1,5 Mbit/s
1,8 km @ 7 Mbit/s
HDSL: 5,5 kmSDSL: 3,6 km
3,6 km 8 km 8,9 km @ 128 kbit/s
6,4 km @ 768 kbit/s
(*) depende do fabricanteFonte: [DSS 99]
Cada uma destas divisões apresenta diferentes tecnologias, conhecidas pelos seus acrônimos ADSL, RADSL, SDSL, HDSL, IDSL, MSDSL, UDSL, VDSL e MVLDSL. Cada uma destas tecnologias oferece taxas diferentes de transmissão e recep-ção, bem como características próprias, que incluem número de pares de fios emprega-dos e distâncias máximas de transmissão.
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A (tab. 1.2) apresenta um resumo das primeiras tecnologias xDSL que surgi-ram. Os usuários domésticos, que desejam usufruir da alta largura de banda para o aces-so à Internet, são melhores servidos pelos serviços assimétricos, pois a própria natureza desse tráfego é assimétrica. Usuários corporativos, como filiais de empresas e provedo-res de conteúdo devem usar os serviços simétricos, a fim de substituir as linhas privati-vas utilizadas atualmente.
1.3.1.ADSL
ADSL (asymmetric digital subscriber line) é uma tecnologia que permite a transmissão de dados e voz sobre o par de fios de cobre do sistema telefônico. O ADSL full rate (padrão ITU G.992.1) permite taxas de recebimento de dados (tab. 1.3) de até 8 Mbit/s e taxas de envio de até 1 Mbit/s através de distâncias de até 5,5 km entre o usuá-rio final e a companhia telefônica – com taxas de erro da ordem de 10-7, segundo o ADSL Forum.
Tabela 1.3 — ADSL – distância × velocidade
Distância (km) Velocidade de downstream (Mbit/s)2,7 83,7 64.9 25,5 1,5
Fonte: [ANG 99]
É um protocolo assimétrico que foi originalmente projetado para entregar mais dados do que o usuário pode enviar – uma proporção aproximada de 10:1. A idéia inicial era transmitir vídeo pela linha telefônica. Com o desenvolvimento da Internet pode-se observar também que o tráfego gerado pelos usuários tem uma natureza assimé-trica – recebem mais dados do que enviam.
Os modens ADSL fazem uso de técnicas de processamento de sinal que per-mitem o tráfego de dados acima das freqüências do serviço de transmissão de voz. Mo-dificando-se a freqüência da portadora é possível trafegar grandes quantidades de dados através de grandes distâncias. Diferentemente dos modens convencionais e ISDN, é per-mitido ao usuário conectar-se à Internet e realizar uma ligação telefônica simultanea-mente, sem diminuir sua velocidade de acesso. Mesmo quando ele estiver desligado, em falha ou desconectado o serviço telefônico convencional estará sempre disponível, não importando o estado da conexão ADSL. Para tanto, é necessária a instalação de um se-parador (splitter) para separar a transmissão de dados da conversação telefônica (fig. 1.3).
A questão da interoperabilidade deve ser entendida no contexto atual de pa-dronização do ADSL. Esta padronização é importante, pois os fornecedores de equipa-mentos desenvolvem seus produtos baseados em um conjunto de especificações ou pa-drões. Isto aumenta a interoperabilidade entre os produtos de diferentes fabricantes. Atualmente, existem dois padrões relevantes: ADSL full rate (G.dmt ou ITU G.992.1) e ADSL lite (splitterless, G.lite ou G.992.2).
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Para aplicações assimétricas, o UAWG anunciou – em janeiro de 1998 – a colaboração de organizações que lideram o segmento de telecomunicações, redes de co-municação e computadores pessoais para a proposta de uma versão simplificada da ADSL. O público-alvo do UAWG é o mercado de varejo para o consumidor de massa, baseado em um padrão aberto e interoperável – o G.lite. As discussões incluem planos para velocidades de downstream de 64 kbit/s a 1,5 Mbit/s e upstream variando de 32 a 512 kbit/s.
Figura 1.3 — ADSL full
O ADSL lite (fig. 1.4), também conhecido como ADSL universal ou split-terless, foi também proposto no ITU através do padrão G.lite ou G.992.2. O nome split-terless significa que não é necessária a instalação do separador na ponta do usuário para separar os tráfegos de voz e dados. A diferença está na largura de banda, reduzida para um máximo de 1,536 Mbit/s para recebimento e entre 384 e 512 kbit/s para recebimen-to, divido ao uso de menos freqüências para a transmissão. As operadoras – e o próprio UAWG – preferem esse serviço pois não há a necessidade de agendar e enviar um técni-co para instalar o separador. Como os custos são menores, o preço final ao consumidor também será menor. Está sendo considerada a possibilidade de instalação de um filtro passa-baixa nos telefones conectados a uma linha G.lite. Este filtro, no entanto, pode ser instalado facilmente pelo próprio usuário. O G.lite recebeu aprovação no ITU em outu-bro de 1998.
Figura 1.4 — ADSL lite
O ANSI, também estabeleceu padrões, através da resolução T1.413-95, cha-mada Interface Between Networks and Customer Installation – Asymmetric Digital Sub-
21
scriber Line Metallic Interface. O ETSI anexou uma proposta para adaptação de ADSL para o sistema PDH23 europeu. O ADSL Forum é uma associação de fabricantes e pro-vedores de serviço com o interesse comum de agilizar o processo de distribuição ao pú-blico.
Um fator que deve ser levado em conta é a capacitação do loop local. A dis-tância entre o usuário e a central da companhia telefônica e a qualidade da linha são os maiores determinantes para o desempenho do ADSL. Acima da distância máxima (5,5 km) a possibilidade de se transmitir com velocidades da ordem de Mbit/s diminui signi-ficativamente devido à atenuação do sinal – ADSL suporta resistência elétrica máxima de 1,5 kΩ – e ao cross-talk. Outros inibidores são os dispositivos chamados load coils e bridge taps, instalados pelas companhias telefônicas para melhorar a transmissão de voz, mas que afetam de maneira negativa o desempenho do ADSL. O tamanho (calibre) do fio de cobre pode variar ao longo da linha e também tem impacto direto na velocida-de de transmissão e na distância máxima. Diminuindo-se o loop local, diminui-se a ate-nuação e aumenta-se o throughput: 2,048 Mbit/s em 4,8 km; 6,312 Mbit/s em 3,6 km; 8,448 Mbit/s em 2,7 km.
A nova geração de processadores de sinais usados em ADSL são poderosos circuitos integrados, projetados para manipular complexas conversões A/D24, bem como analisar e manipular sinais analógicos. Isto permite que um modem ADSL converta di-retamente um fluxo de dados digitais em um número grande de canais analógicos distin-tos operando em diferentes freqüências e taxas de transmissão para melhor aproveitar toda a largura de banda disponível na linha telefônica. Esta tecnologia é projetada para adaptar-se a mudanças na linha telefônica, devido a diferenças de temperatura e interfe-rência de outras linhas.
Para criar múltiplos canais, os modens ADSL dividem a banda disponível de uma linha telefônica (fig. 1.5) de duas maneiras: FDM ou cancelamento de eco. A FDM separa uma banda para envio e outra para recebimento de dados – freqüências diferen-tes. A banda de recebimento é dividida por TDM em um ou mais canais de alta veloci-dade.
O cancelamento de eco sobrepõe a banda de envio à de recebimento – freqüências iguais – e as separa posteriormente. A vantagem é que ambos os sinais são mantidos nas freqüências mais baixas possíveis, atingindo maiores distâncias. É um pro-cedimento mais complexo e opcional – Categoria 2 no padrão ADSL. Somente alguns fabricantes implementaram este método. O receptor enxerga a chegada de um sinal que é ao mesmo tempo o sinal enviado pela extremidade remota – sinal a ser recuperado – e o sinal do transmissor local – eco local. Este eco local deve ser precisamente modelado pelo circuito DSP25 e subtraído eletronicamente do sinal composto recebido. Esta mode-lagem é muito complicada, pois o eco varia com o tipo de cabo usado e isto deve ser compensado pelo circuito DSP.
23 PDH — plesiochronous digital hierarchy.24 A/D — Conversão analógica/digital.25 DSP — digital signal processing.
22
Um modem ADSL organiza o fluxo de dados criado pela multiplexação dos canais e os agrupa em blocos, além de anexar um código de correção de erros em cada um destes blocos. O recipiente corrige os erros ocorridos durante a transmissão.
Uma ligação de voz tem uma duração média que varia entre 3 e 7 minutos. Um usuário permanece, em média, 30 minutos conectado à Internet. Para as companhias telefônicas, ADSL representa uma alternativa muito boa. Com a explosão do tráfego na Internet, os circuitos de comutação estão congestionados com tráfego analógico discado e ISDN. Até então, a única solução seria adicionar circuitos mais rápidos e ampliar as instalações, o que torna-se muito caro para a companhia telefônica. Usando-se splitters no POTS e um DSLAM na central telefônica, pode-se agregar linhas ADSL provenien-tes dos usuários. O tráfego de dados pode ser separado, enviando-se apenas o tráfego de voz para os circuitos de comutação e para a PSTN, reduzindo dramaticamente o conges-tionamento. A partir daí, os dados são canalizados para uma linha digital de alta capaci-dade em direção ao backbone WAN.
Figura 1.5 — FDM e cancelamento de eco
Estudos revelaram que o alcance máximo do sinal varia de acordo com o sentido da transmissão. Os efeitos do cross-talk são muito mais significativos na trans-missão do usuário para a central, conforme os fios vão sendo acumulados para entrar na central. No sentido contrário (central telefônica → usuário), os fios ramificam-se, dissi-pando-se a contribuição do cross-talk. Outra vantagem do uso de FDM poder usar freqüências menores para o sinal que vai do usuário para a central. Como as freqüências menores sofrem menos atenuação que as freqüências mais altas, assegura-se que o sinal ainda esteja com amplitude suficiente para enfrentar o ambiente de maior ruído nas vizi-nhanças da central telefônica – onde o cross-talk é pior.
23
Apesar das declarações de que todos os esquemas de codificação teriam uma eficiência teórica idêntica, DMT foi o primeiro a implementar suporte para o servi-ço de vídeo a 6 Mbit/s e foi selecionado como o padrão oficial para serviços de vídeo ADSL em linha discada.
A latência entre o modem ADSL do usuário e o da central telefônica depen-de da técnica de codificação da linha empregada e a complexidade do esquema de corre-ção de erros. Este pode ser programado para latências da ordem de 60 ms. Normalmen-te, porém, é fixado em torno de 20 ms, oferecendo melhor proteção contra ruído impul-sivo e melhorando a taxa de erro de bit26. Conseqüentemente, existe a busca de um equi-líbrio entre a latência e a interatividade versus o desempenho na correção e detecção de erros. Desativando-se a correção de erros, a latência residual fica em torno de 2 ms.
Ao mesmo tempo que a indústria estudava as características dos laços lo-cais, as companhias telefônicas desenvolveram um grande interesse no fornecimento de entretenimento (leia-se serviços de transmissão de vídeo). Por volta de 1992, os esque-mas de codificação emergentes que poderiam suportar transmissão de vídeo através de linhas discadas eram QAM, CAP e DMT. Diferente de 2B1Q, que é uma tecnologia de banda base e transmite em freqüências que incluem 0 Hz (sinal DC), estes operam a freqüências mais altas – pré-requisito para a separação das freqüências de envio e rece-bimento.
Entre 1992 e o início de 1993, o grupo T1E1.4 do ANSI direcionou seus es-forços para uma codificação padrão para serviço de vídeo sobre ADSL. Estes esforços foram concentrados em uma variedade de opções, que variavam desde MPEG-1 pré-gravado e pré-comprimido até um sistema – 6 Mbit/s – que suportaria até quatro fluxos MPEG-1 concorrentes ou um fluxo MPEG-2 através de distâncias de até 2 km. O foco voltou-se, então, para a maximização do alcance do laço. A natureza síncrona da trans-missão de vídeo exigia uma taxa de transferência estável, para evitar a degradação da qualidade da imagem.
1.3.2.RADSL
Quando a aplicação depende de sincronização – tráfego de vídeo, por exem-plo – a transmissão deve ter uma vazão contínua. Dados, entretanto, podem trafegar em uma ampla gama de velocidades – a diferença reside apenas no tempo de transferência. Tanto os transceivers CAP como os DMT suportam redução e incremento da velocidade de transmissão, a fim de garantir o alcance em função da qualidade da linha. Esta capa-cidade de adaptação implementou o que veio a ser RADSL (rate-adaptive digital sub-scriber line). Além de simplificar a implementação do serviço, permite uma degradação mais “elegante” e dependente das condições do loop local. Alguns fabricantes introduzi-ram também suporte a um canal de envio de dados (usuário → central telefônica) de maior capacidade – cerca de 1 Mbit/s. Isto permite que RADSL suporte aplicações com taxas de transferência simétricas e assimétricas. Existe também a opção de configuração
26 BER — bit error ratio: Medida da qualidade da transmissão que indica o número de bits transmitidos incorretamente em uma dada seqüência em comparação com o número de bits transmitidos em um dado período de tempo.
24
manual, permitindo que os provedores do serviço configurem individualmente – e co-brem proporcionalmente – as taxas de transferência de acordo com o desejo do usuário. Significa, novamente, uma economia de equipamentos e manutenção, já que um único produto dá suporte a uma grande variedade de serviços.
A indústria e as tecnologias evoluíram de maneira dramática desde a padro-nização dos serviços de vídeo ADSL sobre linha discada, em 1993. Em reconhecimento a isso, o grupo ANSI T1E1 estabeleceu um grupo específico para desenvolver a padro-nização de RADSL. Até a época desta publicação, estavam sendo consideradas propos-tas de combinação de CAP e QAM para a codificação. Além disso, o grupo T1E1.4 está atualizando o padrão original do DMT para refletir as necessidades adicionais para os serviços de transmissão de dados.
Os sistemas RADSL são implementados usando-se FDM. Como resultado, o canal de envio de dados –1,088 Mbit/s – ocupa a banda mediana acima do POTS e o canal de recebimento – 1,5 Mbit/s a 7 Mbit/s – ocupa a porção superior da banda. Preo-cupações surgiram quanto à compatibilidade espectral dos sistemas RADSL baseados em CAP ou QAM com os sistemas ADSL baseados em DMT ou CAP, já que estes últi-mos possuem um canal de envio de dados que opera a velocidades muito menores – 64 a 640 kbit/s. Levado-se isto em conta, estão sendo tomadas as medidas necessárias para que seja assegurado um cross-talk minimizado do RADSL sobre o ADSL.
Alguns equipamentos que dispensam o uso de separadores detectam dinami-camente os estados “fora do gancho” e “no gancho”. Quando o telefone está fora do gancho, o equipamento desloca para cima as freqüências de portadoras e atenua as freqüências mais baixas do sinal digital para eliminar interferências com o sinal de áu-dio. Quando o telefone é retornado ao gancho, o sinal digital é deslocado de volta, para sustentar altas taxas de dados.
1.3.3.SDSL
SDSL (symmetrical digital subscriber line) é uma tecnologia DSL na qual as velocidades de transmissão (tab. 1.4) upstream e downstream são as mesmas, ideais para tráfego entre LAN e aplicações que requeiram altas larguras de banda – atinge até 2,3 Mbit/s –, como videoconferência “full motion”, computação colaborativa, hospeda-gem de serviços HTTP, WWW27 e FTP. Não suporta tráfego de voz, dispensando o uso de separadores POTS – para o tráfego de voz é necessária uma segunda linha telefônica. Este serviço ainda não está padronizado e os clientes devem saber quais os modelos de modem que funcionam com os equipamentos instalados no seu provedor de serviços.
SDSL suporta velocidades da ordem de T1 (1,544 Mbit/s) e E1 (2,048 Mbit/s) a uma distância máxima de 6,7 km a partir da central telefônica, usando-se linhas te-lefônicas convencionais (um par). Os fornecedores de serviços oferecem o acesso de banda larga SDSL a preços mais baratos que canais T1, sendo uma alternativa mais em conta para pequenos escritórios e filiais.
27 WWW — world wide web: Sistema de servidores internet que suportam documentos formatados em linguagem HTML e que podem ser visualizados através de browsers.
25
SDSL usa uma técnica de modulação chamada 2B1Q, a mesma codificação de linha usada com HDSL (high bit rate digital subscriber line), IDSL e ISDN. A vanta-gem desta codificação é que não causa interferência (cross-talk) com os canais T1, per-mitindo a coexistência entre vários canais de dados e voz na mesma rede.
Inicialmente, pode ser contratado o serviço de 128 kbit/s e, à medida que as necessidades de banda crescem, o provedor de serviços aumenta remotamente a veloci-dade de transmissão – até 1,544 Mbit/s – sem custo adicional de hardware. Deve-se ter em mente que estas velocidades oferecidas são oferecidas de acordo com as condições físicas das linhas telefônicas disponíveis na região.
Tabela 1.4 — SDSL – distância × velocidade
Distância (km) Velocidade de transmissão2,9 1,5 Mbit/s3,8 1,04 Mbit/s4,5 784 kbit/s5,5 416 kbit/s5,8 320 kbit/s6,1 208 kbit/s6,9 160 kbit/s
Fonte: [ANG 99]
Em 1996, surgiram os primeiros dispositivos SDSL, favorecendo a redução de custos de canais T1 ou E1, pois oferece a maioria dos benefícios do HDSL e opera sobre dois fios, ao invés de quatro. É o precursor do HDSL II, que usa apenas um par e atinge até 5,5 km.
1.3.4.HDSL
No início da década de 80, os fabricantes de equipamentos lutaram para de-senvolver a ISDN basic rate – 2 canais B de 64 kbit/s e 1 canal D de 16 kbit/s. Uma premissa básica era atingir os usuários através dos circuitos de fios de cobre existentes e atingir distâncias de até 5,5 km. O uso de freqüências de até 160 kHz resultou em uma excessiva atenuação do sinal, que não atingiria a distância desejada através de fios 26 AWG28. Nesta época, os avanços no processamento e codificação de sinais (2B1Q) du-plicaram a eficiência de transmissão e permitiram o uso de freqüências que variavam entre 0 e 80 kHz, resultando em menor atenuação e no alcance dos esperados 5,5 km.
Já no início da década de 90, os fabricantes encorajaram o uso de 2B1Q a velocidades mais altas, como uma alternativa para o fornecimento de serviços T1 e E1 sem o uso de repetidores. A técnica consistia em separar um canal T1 de 1,544 Mbit/s em dois canais de 784 kbit/s – 2 pares, quatro fios. Separando-se os canais em duas li-nhas e aumentando ligeiramente a taxa de transmissão, foi possível reduzir o espectro de freqüência e aumentar a distância atingível. Esta técnica ficou conhecida como HDSL (high-bit-rate digital subscriber line). Como resultado, foi possível implementar o ser-
28 O fio com especificação 24 AWG (diâmetro de 1/24”) corresponde ao fio com 0,5 mm de diâmetro e 0,2 mm² de área. O fio com especificação 26 AWG (diâmetro de 1/26”) corresponde ao fio com 0,4 mm de diâmetro e 0,13 mm² de área. Fonte: http://www.geocities.com/Paris/Opera/6955/tabelas/awg.htm
26
viço sobre laços CSA29 específicos de até 3,7 km (fios 24 AWG) ou 2,7 km (fios 26 AWG) sem repetidores. Existia também uma técnica para separar um canal E1 de 2,048 Mbit/s em três – 3 pares, 6 fios. Com o amadurecimento da tecnologia e o aprimora-mento do desempenho, houve uma migração para uma implementação que separa o ca-nal E1 em dois de 1,168 Mbit/s – 2 pares, 4 fios –, de maneira análoga às implementa-ções com T1. Os equipamentos podem ser conectados em portas V.35 ou portas nativas – G.70330/G.704 para E1 ou DSX-1 para T1.
Nesse meio tempo, a Paradyne (subsidiária da AT&T31) começou a desen-volver um transceiver similar usando CAP, que permitia representar múltiplos bits de informação (2 a 9 por baud). Isto permitiu a transmissão da mesma quantidade de infor-mação usando-se uma faixa mais estreita do espectro de freqüências do que a usada pela codificação 2B1Q, com menor atenuação e maior alcance.
Em (fig. 1.6) pode-se observar o espectro de freqüências usado por uma transmissão convencional T1 AMI e por uma usada por uma transmissão T1 HDSL. T1 AMI usa, aproximadamente, um espectro quatro vezes maior que o usado por 2B1Q e cerca de nove vezes o usado por CAP. Os sinais de mais alta freqüência associados à implementação AMI enfraquecem mais rápido que os sinais de transmissão de HDSL. Como resultado, sistemas CAP e 2B1Q HDSL têm um alcance substancialmente maior que sistemas T1 AMI ou HDB332 E1.
Figura 1.6 — Espectro de freqüências
Fonte: [DSS 99]
29 CSA — carrier serving area.30 G.703 — PDH (plesiochronous digital hierarchy).31 AT&T — Companhia telefônica norte-americana que foi dividida em sete companhias telefônicas lo-
cais: Ameritech, Bell Atlantic, Bell South, NYNEX, Pacific Bell, Southwestern Bell e US WEST.32 HDB3 — high density bipolar three zeros substitution ou high density bipolar of order 3: Técnica de
codificação de linha usada para acomodar a densidade de uns requerida para a transmissão em linhas E1.
27
A (fig. 1.7) mostra uma comparação teórica da velocidade suportada pala li-nha versus o alcance do loop para codificações AMI e CAP – condições de testes defini-dos pelos fabricantes – e o limite teórico de Shannon.
A energia elétrica transmitida através de um fio de cobre como um sinal mo-dulado irradia energia, que interfere com os fios adjacentes, localizados no mesmo fei-xe. Este acoplamento eletromagnético é chamado de cross-talk. Este pode ser classifica-do em dois tipos: NEXT – o mais importante, pois o sinal com grande energia associada induz um cross-talk significativo na linha adjacente – e FEXT33 – menos significativo, pois é atenuado ao longo da linha de transmissão. O cross-talk é um fator dominante no desempenho de muitos sistemas. O desempenho de um sistema DSL é muitas vezes ci-tado “na presença de outros sistemas”. Aí reside uma das vantagens do uso de FDM, que elimina o NEXT.
Figura 1.7 — Velocidade × alcance
Fonte: [DSS 99]
A transmissão e recepção de informações usando-se o mesmo espectro de freqüências cria uma outra interferência interna ao próprio laço, que é diferente do cross-talk. Esta interferência é conhecida pelo receptor e pode ser subtraída do sinal. Esta técnica é conhecida como cancelamento de eco (echo cancellation).
Se os efeitos de atenuação e cross-talk não forem muito substanciais, o siste-ma DSL pode reconstruir o sinal. Um fenômeno que deve ser levado em conta pelos provedores de serviço DSL é a interferência conhecida como Self NEXT, presente entre sistemas que usam cancelamento de eco.
33 FEXT — far end cross-talk: Interferência entre dois sinais que ocorre na ponta da linha mais distante em relação ao comutador telefônico.
28
Os serviços simétricos HDSL aplicam-se também no caso de uma infra-es-trutura de rede celular, que oferece canais T1 ou E1 a partir da MTSO34. É particular-mente importante, pois evita-se o arrendamento de linhas T1 ou E1 de terceiros. Uma empresa que disponibiliza serviços de transporte de dados por enlace de rádio tem uma grande redução de custos em tarifas de aluguel de serviços T1 ou E1.
1.3.5.IDSL
Uma premissa básica da tecnologia DSL é permitir o avanço e compatibili-dade com novas tecnologias emergentes e futuras. O assédio dos fabricantes garante o surgimento de variações na tecnologia DSL. Em alguns casos, os conceitos de DSL são aplicados em tecnologias já existentes. IDSL (ISDN over digital subscriber line) são simplesmente adaptadores na central que se comunicam com os adaptadores existentes no outro lado da linha e que fazem a terminação do sinal ISDN, independente do comu-tador telefônico. Utiliza a mesma modulação 2B1Q do ISDN. IDSL é, funcionalmente, um subconjunto da ISDN que antecede a habilidade de suportar serviços de voz (telefo-ne) e conectividade (circuitos comutados) em geral. Existe aqui um interesse dos prove-dores de serviço de substituir conexões ISDN através da rede comutada por conexões de longa duração.
Uma das vantagens da IDSL sobre ISDN é a eliminação da necessidade de discagem. IDSL transmite os dados sobre uma rede dedicada, contornando a rede PSTN, usada para ISDN e POTS. Trabalha com o parque já instalado de DLC, não exigindo grandes modificações na infra-estrutura. O serviço geralmente é cobrado em uma base mensal, diferente de ISDN, que é cobrado por pacote ou minuto de conexão. Isto permi-te que se tenha um custo mensal com telecomunicações mais previsível, apesar de exigir uma linha telefônica separada para que se tenha comunicação de voz.
IDSL é semelhante a SDSL, mas opera sobre circuitos ISDN já instalados. Opera tipicamente a velocidades de até 144 kbit/s usando uma técnica de sinalização in-terna à banda. IDSL usa os repetidores do loop U da ISDN para duplicar a distância a partir da central telefônica (5,5 para 11 km). É uma boa escolha quando são usados DLC para prolongar o loop local até locais mais remotos. O serviço básico ISDN possui dois canais para dados B (bearer) de 64 kbit/s e um canal de sinalização D de 16 kbit/s. O modem IDSL comunica-se com o DSLAM e não necessita dos canais de sinalização – usados em ISDN para a comunicação com o comutador telefônico –, que são utilizados como canais de dados (B1+B2+D=144 kbit/s).
SDSL e IDSL são soluções muito semelhantes e conectam escritórios remo-tos a redes corporativas e à Internet, promovendo desempenhos semelhantes a uma LAN. Os usuários devem escolher entre a solução SDSL (maior velocidade) ou IDSL (maior alcance) dependendo da sua distância em relação à central telefônica e às aplica-ções suportadas.
34 MTSO — mobile telephone switching office: Nome genérico para o centro de comutação de telefonia móvel (celular) que suporta múltiplas estações radiobase.
29
Além da banda de 128 kbit/s fornecida pela IDSL, existem tecnologias emergentes que podem ser melhor classificadas como residenciais ou serviços SoHo35. Estas tecnologias oferecem taxas que variam de 128 kbit/s a 2,048 Mbit/s.
Em adição, as novas tecnologias similares à ISDN – capazes de prolongar a cobertura do mercado às pequenas empresas e SoHo – oferecem funcionalidades, de-sempenho e custos sem precedentes. Uma vantagem em potencial das novas tecnologias – como MVL36 – é a habilidade de se usar dispositivos DSP mais facilmente encontrá-veis no mercado, reduzindo-se substancialmente os custos. Além disso, transformando-se um único par de cobre em múltiplas linhas virtuais, ao mesmo tempo em que se oti-miza o uso para transmissão de voz e dados a baixas velocidades, obtém-se outros bene-fícios: menor custo por produto; menor consumo de energia e dissipação de potência, permitindo maior densidade de portas por dispositivo; compatibilidade espectral com outros serviços que transitam nos cabos vizinhos; maior alcance – 7,9 km em fios de bi-tola 24 AWG; eliminação do splitter POTS e suporte a transmissão de voz e dados si-multaneamente; habilidade de suportar múltiplos modens de assinante na mesma linha física; alocação dinâmica de largura de banda para múltiplas aplicações independentes; capacidade de compartilhamento de arquivos e dispositivos de impressão dentro da pró-pria residência.
Uma das vantagens de IDSL sobre ISDN é a eliminação do atraso na confi-guração da chamada (call setup), pois não é um serviço discado, mas de conexão perma-nente. Pelo serviço IDSL é cobrada mensalmente uma taxa fixa, diferente de ISDN, que é tarifado pelo número de pacotes transmitidos ou pela duração da conexão. Roda tanto sobre a infra-estrutura instalada para ISDN quanto sobre os DLC já existentes. A única desvantagem é a necessidade de se manter o serviço existente de POTS para transmis-são de voz, já que IDSL é incompatível com este.
1.3.6.MSDSL
Para aplicações simétricas surgiu a MSDSL (multi-rate symmetrical digital subscriber line). Esta tecnologia veio de encontro à necessidade de portadoras para pro-ver serviços disponíveis em praticamente qualquer lugar. Usando o mesmo par da tecno-logia SDSL, MSDSL suporta mudanças nas taxas de transmissão do transceiver e, por-tanto, variações na distância alcançada. A versão CAP suporta oito diferentes velocida-des, permitindo 64 ou 128 kbit/s a distâncias de 8,9 km em cabos com especificação 24 AWG e 2 Mbit/s a distâncias de 4,5 km. Com habilidade de alterar automaticamente a taxa de transmissão (similar a RADSL), aplicações simétricas podem ser amplamente oferecidas.
35 SoHo — small office/home office: Mercado de produtos projetados especialmente para satisfazer as ne-cessidades de profissionais que trabalham em casa ou pequenos escritórios.
36 MVL — multiple virtual lines: Tecnologia de acesso ao laço local desenvolvida pela Paradyne. Projeta-da e otimizada para os mercados residencial, SoHo e corporativo (pequenas empresas). Transforma uma única linha telefônica em múltiplas linhas virtuais, suportando múltiplos serviços simultaneamente.
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1.3.7.UDSL
UDSL (unidirectional digital subscriber line) é uma proposta de uma em-presa européia e consiste basicamente em uma versão unidirecional do HDSL.
UDSL também pode significar universal digital subscriber line, que é ape-nas mais uma designação para o ADSL lite [FAN 99].
1.3.8.VDSL
VDSL (very-high-bit-rate digital subscriber line) é a tecnologia DSL mais rápida sobre um par de fios – de 12,96 a 51,84 Mbit/s para envio e de 1,5 a 2,3 Mbit/s para recebimento (tab. 1.5). É uma alternativa econômica para a solução FTTH37. O pro-blema desta tecnologia de transmissão assimétrica é o baixo alcance – de 300 m a 1,5 km. Além de suportar as mesmas aplicações que ADSL, permite que um NSP38 ofereça transmissão de HDTV39, vídeo sob demanda e vídeo digital comutado.
Tabela 1.5 — VDSL – distância × velocidade
Distância (km) Velocidade de downstream (Mbit/s)0,3 520,9 261,5 13
Fonte: [ANG 99]
Como ADSL, deve transmitir vídeo comprimido e incorporar FEC40 com in-terleaving suficiente para corrigir os erros gerados por ruído impulsivo.
Ainda está no estágio de definição de padrões e os candidatos a código de li-nha são CAP, DMT, DWMT e SLC41 simple line code. As primeiras versões usam multi-plexação em freqüência para separar os canais de envio e recebimento de dados dos ca-nais POTS e ISDN. Versões futuras com taxas de transferência simétricas poderão usar cancelamento de eco.
1.3.9.MVLDSL
O MVLDSL (multiple virtual lines digital subscriber line) é uma versão proprietária de DSL desenvolvida pela Paradyne. Permite que seja conectados até oito modens em um único par POTS, permitindo que cada um tenha uma banda de até 768
37 FTTH — fibre to the home: Rede onde a fibra óptica vai do comutador telefônico até as dependências dos usuários.
38 NSP — network service provider: Companhia que oferece acesso ao backbone Internet e aos NAP (network access points) para os ISP.
39 HDTV — high-definition television: Tipo de transmissão de televisão com resolução maior que os pa-drões atuais de 525 ou 625 linhas. Atinge resolução horizontal de 1.125 linhas e utiliza relação de as-pecto entre as dimensões horizontal e vertical de 1,778:1 – mais próxima dos padrões da indústria cine-matográfica, como o esférico de 1,850:1 e o Panavision de 2,350:1 –, em oposição à relação de 1,333:1 dos televisores convencionais. O padrão de transmissão de áudio é o Dolby Digital e os sinais digitali-zados são transmitidos com compressão.
40 FEC — forward error correction.41 SLC — simple line code.
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kbit/s para envio e recebimento e alcance de até 9,1 km. Não usa splitter e pode ser usa-da para conectar vários computadores dentro de um mesmo prédio, como se estes fizes-sem parte de uma LAN.
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2. A tecnologia cable modem
O Cable modem é um serviço de acesso à Internet em alta velocidade, base-ado na infra-estrutura de transmissão de TV por assinatura. Essa estrutura é viabilizada pela utilização do cable modem, um equipamento de comunicação que permite a trans-missão de dados em altíssima velocidade através da infra-estrutura de CATV, por cabos coaxiais, HFC e MMDS42.
Figura 2.2 — Cable modem
Ao assinante é oferecido um sofisticado conjunto de informações e serviços diferenciados. A conexão de alta velocidade não deve ser entendida como o produto fi-nal a ser comercializado, mas como o meio para disponibilizar novas soluções, no con-ceito one stop shopping, pois a redução drástica do tempo exigido para transferência de dados viabiliza serviços que não poderiam ser oferecidos em conexões discadas conven-cionais. Particularmente, o acesso em alta velocidade maximiza a consulta à bases de conteúdo de informações que comporão o site do provedor, assim como viabiliza a utili-zação dos modernos jogos eletrônicos desenvolvidos especialmente para a Internet, download de software, trailers de filmes e chats de alta performance. São esses compo-nentes de valor agregado que justificarão a migração de assinantes dos provedores de acesso convencionais para os que oferecem cable modem. Num segundo estágio, o ser-viço deverá evoluir para oferecer novas funções, que demandarão parcerias específicas e
42 MMDS — multichannel/multipoint distribution system: Modalidade de transmissão que se utiliza de faixa de microondas para transmitir sinais a serem recebidos em pontos determinados dentro da área de prestação do serviço. É usada para a transmissão de canais de TV por assinatura – até 31 canais de 6 MHz cada – nos locais aonde não existe cabeamento.
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outros investimentos em infra-estrutura. Particularmente, destacam-se as operações de comércio eletrônico, comunicação de dados corporativos e telefonia de voz sobre o pro-tocolo IP.
Existem atualmente duas situações de comercialização do serviço e em am-bas a operadora de TV a cabo vende o acesso e assume o papel de provedor ISP. Na pri-meira situação, o vendedor normalmente fornece o cable modem e o CMTS para o inte-grador do sistema – quem comercializa a TV a cabo, que pode ser a própria operadora. Este integrador fornece um sistema completo de cable modem à operadora, podendo in-cluir os amplificadores dos canais de retorno. O assinante aluga ou compra o modem da operadora de TV a cabo.
A segunda situação é a ideal sob vários pontos de vista, mas não pôde ser implementada antes da padronização definitiva do cable modem, porque necessita que todos os equipamentos de fabricantes diferentes sejam compatíveis entre si. A diferença desta para a situação apresentada acima é que o assinante compra o modem em uma loja comum e a operadora de TV a cabo fornece apenas o serviço. Em algumas áreas dos Es-tados Unidos esta situação já é uma realidade.
Para que a operadora de TV a cabo garanta altas velocidades de transferên-cia de arquivos, existem duas possibilidades que dever ser consideradas: dados locais em servidores de conteúdo próprios e grandes quantidades de dados provenientes de ou-tros servidores em cache, armazenados em servidores proxy43.
A velocidade de conexão varia muito, dependendo do sistema de cable mo-dem adotado, da arquitetura da rede de TV a cabo e do tráfego em si. O fluxo de dados downstream pode atingir velocidades de até 27 Mbit/s, o que resulta em velocidades de recebimento de dados de cerca de 1 a 3 Mbit/s, se for considerado o fato da largura de banda ser compartilhada por vários usuários. Na direção de envio dados, as velocidades podem atingir até 10 Mbit/s. O modelo mais comum é o assimétrico, devido à própria natureza assimétrica das aplicações.
O termo cable modem se refere a um “modem” que opera sobre a rede de TV a cabo. Na verdade, a denominação modem é equivocada, pois este atua mais como uma interface de rede do que como modulador/demodulador. Ele acumula funções asso-ciadas a um modem, sintonizador, encriptador/decriptador, bridge, roteador, interface de rede, agente SNMP e hub Ethernet.
Um dos inconvenientes do sistema surge se o usuário desejar utilizar o cable modem para criar um servidor de HTTP ou FTP. Para que isso seja possível, deve contornar o fato de que o ISP fornece sempre um endereço IP dinâmico. Existem alguns programas que contornam isso, implementando um DNS dinâmico e associando um nome de domínio permanente a um endereço IP dinâmico. O provedor pode também bloquear portas, impedindo o uso de certos serviços.
43 Proxy server — Servidor que localiza-se entre uma aplicação cliente – como um web browser – e um servidor de arquivos. Intercepta as requisições feitas ao servidor real e tenta fornecer os dados solicita-dos. Se isto não é possível, repassa a requisição ao servidor. A utilização principal é a melhora no de-sempenho de acesso a dados, comportando-se como uma memória ou servidor cache, mas também pode ser usado para filtrar o acesso a certas páginas ou bases de dados.
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Como os assinantes compartilham a largura de banda disponível durante suas sessões, existe a preocupação de que o desempenho da rede caia à medida que mais usuários se conectam. Em um primeiro momento, pode-se pensar que quando 200 usuá-rios compartilharem uma largura de banda de 27 Mbit/s sobrará cerca de 135 kbit/s para cada um – ligeiramente maior que os 128 kbit/s de uma conexão ISDN. Isto não é, ne-cessariamente, verdade. Diferentemente da rede telefônica comutada, onde é alocada uma conexão dedicada para cada usuário, os usuários do cable modem não ocupam uma parcela fixa da largura de banda durante o tempo em que permanecem conectados. Os recursos da rede são alocados somente na transmissão e recepção de dados em rajadas. Ao invés de cada usuário ter disponível uma taxa fixa de 135 kbit/s, a este é permitido usar toda a largura de banda disponível durante o tempo de transmissão de seus pacotes de dados – tempos da ordem de milissegundos.
Se ocorre congestionamento durante períodos de uso intenso – geralmente no período da noite, quando as pessoas chegam em casa e ligam a TV –, a operadora tem a flexibilidade de alocar mais um canal adicional – largura de banda de 6 MHz –, duplicando a largura de banda disponível para os usuários. Pode-se também substituir os cabos coaxiais e colocar fibra óptica cada vez mais perto do domicílio dos usuários, re-duzindo-se número de residências servidas por cada segmento da rede e aumentando a largura de banda disponível para cada usuário.
O público-alvo foi classificado em três diferentes perfis de usuário: assinan-te residencial, condomínios e corporativo. Cada modalidade utilizará uma solução tec-nológica distinta, implicando em diferentes níveis de serviços e de preços de assinatura. Por tratar-se de um novo negócio, esse serviço será oferecido tanto para clientes quanto para não clientes das distribuidoras de TV por assinatura, sendo facultativa a contrata-ção de um pacote de TV paga pelo assinante.
a) Assinatura residencial — O assinante contrata o serviço diretamente do provedor e compra o seu cable modem no mercado de varejo de informática. A única restrição é que o equipamento seja compatível com o padrão MCNS DOCSIS (versão 1.0), fi-cando a critério do assinante a marca ou fabricante. Quanto à instalação do cable modem no computador, poderá ser executada pelo próprio assinante ou contratada, a um custo adicional, junto à empresa de instalação do serviço Internet credenciada. Já a conexão com o cabo coaxial de RF44, será efetuada através de uma AT (assistência técnica), semelhante à instalação de um ponto adicional de TV paga. Conforme mencionado, o assinante residencial continuará necessitando de uma linha telefônica convencional para acesso ao serviço, utilizando a tecnologia telco return. Essa linha será conectada ao cable modem integrado, que dispõe de uma interface RJ-1145 em adição à interface coaxial de RF, ou ao modem convencional também instalado no microcomputador do assinante.
b) Assinatura coletiva — É oferecida para os condomínios residenciais e comerciais, onde o serviço é contratado e pago pela administradora do condomínio e a instala-ção é executada na modalidade turn-key (pronta para funcionar). A principal diferen-
44 RF — radio frequency: Radiofreqüência.45 RJ-11 — registered jack-11: Conector de 4 ou 6 fios usado para a conexão de equipamentos telefônicos
nos Estados Unidos e alguns periféricos de rede.
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ça da assinatura individual para a coletiva é que foi implantada uma infra-estrutura tecnológica que permite a adoção de um único cable modem e uma linha de retorno compartilhada. Essa infra-estrutura é composta por um computador, um cable mo-dem e equipamentos de comunicação, que serão instalados numa área comum do prédio, potencialmente na guarita de segurança. O único equipamento a ser adquiri-do diretamente pelo condômino é a placa de rede padrão Ethernet, cuja instalação no micro segue os mesmos critérios do cable modem. Para o assinante, o maiores bene-fícios dessa solução são: liberar a linha telefônica, que representa um transtorno típi-co aos usuários; acesso permanente, denominado always-on, onde o usuário estará conectado à Internet assim que acionar o seu software de browser, sem necessidade de discagem para o provedor do serviço de Internet.
c) Assinatura corporativa — Destinada à empresas com um número pequeno de usuários. Tecnicamente, essa modalidade é semelhante aos condomínios podendo ser customizada de acordo com o interesse e a forma de utilização do serviço pela empresa.
2.1. Rede de TV a cabo
Os sinais provenientes de várias fontes – radiodifusão, transmissões de TV via satélite, produções de estúdios locais – são recebidos e processados no head-end. A operadora de cabo recebe diferentes programas de fontes diferentes e os retransmite através de redes de cabos coaxiais ou redes híbridas de cabos coaxiais e fibras ópticas.
Os sinais de televisão são impulsos ou ondas eletromagnéticas que propa-gam-se na atmosfera dentro de um espectro de freqüências. Esses sinais necessitam de um meio através do qual se propagar. Transmissões de TV por radiodifusão viajam atra-vés do ar ou de cabos especiais – cabo coaxial ou paralelo. Cada sinal de TV propaga-se em uma freqüência diferente dentro do cabo e o cabo coaxial atua como um subconjun-to do espectro de freqüências. A largura de banda teórica máxima do cabo coaxial é da ordem de 1 GHz.
Geralmente, um cabo tronco de alta capacidade conduz os sinais a partir da operadora de TV a cabo. A este são conectados cabos menores que distribuem os sinais nos diversos bairros de uma cidade. Quando um cliente adquire os serviços de TV a cabo, a operadora coloca um cabo coaxial que sai do distribuidor – alimentado pelos ca-bos distribuidores – e entra na residência do cliente. Normalmente, é colocado um tipo de fusível entre o cabo que chega até a residência e o cabo que efetivamente entra nesta, a fim de evitar acidentes com descargas elétricas (raios). A partir daí, o cabo é conecta-do a um aparelho de TV, um videocassete ou um decodificador/conversor de TV a cabo. Esta estrutura em árvore é o método mais econômico e eficiente para se transmitir um pacote de múltiplos canais a partir do head-end até os clientes.
Os sinais de TV transmitidos nos Estados Unidos são transmitidos em ca-nais de 6 MHz, enquanto na Europa os canais são de 8 MHz. Sistemas tradicionais de cabos coaxiais operam tipicamente com larguras de banda de 300 a 450 MHz, enquanto os sistemas HFC operam com larguras de banda de 750 MHz ou mais. Tomando o mo-delo norte-americano como exemplo (6 MHz), é possível transmitir em torno de 50 a 75
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canais de TV analógicos em um sistema de cabos coaxiais e cerca de 125 canais em um sistema HFC.
A idéia da televisão a cabo é melhorar a transmissão dos sinais analógicos de TV, substituindo a transmissão por radiodifusão. A estrutura inicial da rede é compos-ta por cabos coaxiais blindados e amplificadores – para compensar a atenuação.
2.1.1.A estrutura da rede de TV a cabo
As redes de TV a cabo tradicionais, surgidas nas décadas de 60 e 70, foram instaladas de maneira independente umas das outras, servindo comunidades locais. A ar-quitetura que surgiu foi em árvore, já que a instalação ponto-a-ponto seria economica-mente inviável e não ofereceria nenhuma vantagem em relação ao compartilhamento do meio, como ocorre na estrutura em árvore. Os principais componentes desta arquitetura são:
a) Head-end — responsável pela concentração dos sinais recebidos de fontes diferen-tes. Os sinais analógicos de 6 MHz são modulados com a técnica de multiplexação por divisão de freqüências (FDM) e mapeados para o espectro eletromagnético do cabo.
b) Tronco — São usados cabos coaxiais de alta capacidade, que podem carregar o si-nal por até 24 km sem grandes perdas.
c) Amplificadores — À medida que o sinal percorre a rede, este vai sofrendo perdas por atenuação ou pela divisão através das ramificações da rede. Surge, então, a ne-cessidade do uso de amplificadores ao longo da rede de distribuição. Com o uso des-tes amplificadores surgem também alguns problemas, pois o cascateamento excessi-vo de amplificadores cria distorções no sinal original. Além disso, os amplificadores são alimentados pela rede elétrica AC, tornando-os vulneráveis a falhas no forneci-mento de energia elétrica.
d) Alimentadores e pontos de descida — Localizados normalmente nos postes de luz e telefone, estes cabos são a ponta da rede do lado do usuário. Conectam-se às resi-dências através de cabos coaxiais de baixa capacidade.
2.1.2.A rede HFC
A rede de acesso híbrida HFC é similar à rede tradicional de TV a cabo. Al-guns segmentos da rede de cabos coaxiais – troncos e alimentadores – são substituídos por cabos de fibra óptica. Este é o primeiro passo que permite a comunicação bidirecio-nal de dados. Neste caso, é necessário um protocolo de acesso (MAC) para controlar o tráfego upstream (usuário → head-end).
As vantagens em relação à estrutura original são muitas. Não se faz mais ne-cessário o uso de amplificadores, pois a fibra óptica é mais imune a ruídos e a atenuação do sinal é irrelevante. Com isso, diminui-se os problemas com falta de fornecimento de sinal devido a falhas no fornecimento de energia elétrica. Só a economia feita com a eli-minação do custo de manutenção dos amplificadores já basta para pagar – a longo prazo – a substituição dos cabos coaxiais [AZZ 97].
37
Esta estrutura, segundo um estudo feito pela Bell Atlantic, é capaz de supor-tar serviços como: telefonia (voz), até 37 canais analógicos de TV, até 188 canais digi-tais de TV, até 464 canais sob demanda (pay-per-view), links digitais bidirecionais de alta capacidade.
A fim de selecionar qual o esquema de modulação mais eficiente para os ca-nais de upstream e downstream, devem ser determinados alguns parâmetros. Os fatores mais importantes que devem ser levados em conta na modelagem dos canais são os se-guintes:
a) a fibra óptica afeta o sinal digital através do atraso de grupo devido às altas freqüên-cias de modulação e o ruído branco gaussiano adicionado (ruído térmico);
b) resposta falsa e resposta impulsiva, criada por tilt – alterações lineares na amplitude – e ripple – soma das alterações senoidais variantes da amplitude;
c) zumbido de modulação de amplitude (AM) e de freqüência (FM) causado pelo aco-plamento eletromagnético da rede de energia elétrica;
d) ruído impulsivo, causado por clipping do laser46 – quando a soma de todos os canais excede a capacidade deste – e interferências eletromagnéticas – rede elétrica de alta tensão, raios e descargas elétricas causadas por aparelhos eletroeletrônicos;
e) ruído de fase, criado no head-end e nos modens dos assinantes e depende das carac-terísticas dos componentes de radiofreqüência;
f) variações cíclicas no ganho dos canais – mudanças lentas na amplitude do sinal;
g) microrreflexões devido a descontinuidades no meio de transmissão;
h) ruídos causados por conectores defeituosos;
i) distorção de caminho comum ou rejeição de modo comum, causada por não-lineari-dades dos dispositivos passivos e corrosão dos conectores – é criado um diodo de ponto de contato, permitindo a entrada de ruído no sistema;
j) ruído causado pela ionização do ar que cerca uma linha de transmissão de alta volta-gem (mais de 300 kV) que esteja nas proximidades do cabo coaxial da rede;
2.2. Componentes do sistema cable modem
De maneira similar aos modens convencionais, os cable modens são ofereci-dos nos modelos interno e externo. Embora seja uma opção do assinante, a preferência deve recair sobre o modelo interno, que é uma placa a ser inserida num slot disponível no microcomputador, pois é mais barato que o modelo externo. Este último deverá aten-der aos usuários de computadores portáteis, microcomputadores da linha Apple e de mi-crocomputadores sem slots disponíveis.
Existem basicamente três modelos de cable modem (fig. 2.2):
46 Laser — light amplification stimulated emission of radiation: Feixe de luz acromático de grande inten-sidade luminosa.
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2.2.1.Externo
Conecta-se ao computador através da interface de rede Ethernet – esta inter-face pode ser usada para conectar mais de um computador. É compatível com a maioria dos sistemas operacionais e plataformas de hardware. Na maioria dos modens externos existe uma porta de 10 Mbit/s, o que é suficiente. Poderia se especular se não seria ne-cessária uma porta de 100 Mbit/s para aproveitar a capacidade do sistema, que pode chegar a 56 Mbit/s. Entretanto, esta taxa jamais é atingida individualmente, já que a banda de recebimento de dados é compartilhada por vários usuários. A primeira versão do padrão MCNS – dominante no mercado norte-americano – especifica somente esta interface de 10 Mbit/s. O padrão DVB/DAVIC é totalmente aberto, permitindo qualquer tipo de interface. A versão mais atualizada do MCNS está incorporando outros tipos de interface, a fim de permitir uma maior quantidade de configurações.
Figura 2.2 — Tipos de cable modem
Pode também ser conectado através de uma interface USB, mas restrito a apenas um computador. Este tipo de interface é mais agradável aos olhos dos usuários sem muitos conhecimentos de informática, que não estão acostumados a abrir o gabine-te do computador para instalar placas de expansão.
2.2.2.Interno
É uma placa conectada ao barramento PCI. É a implementação mais barata possível, mas tem alguns inconvenientes. Pode ser usado somente em computadores do tipo PC desktop. O conector do cabo não é isolado galvanicamente do fio de alimenta-ção elétrica, podendo criar problemas com algumas redes de TV a cabo, exigindo uma atualização mais dispendiosa das instalações da rede.
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2.2.3.Terminal interativo
É na verdade, um cable modem disfarçado. A função primordial deste termi-nal é oferecer um maior número de canais de TV no mesmo número limitado de freqüências. Isto é possível com o uso de codificação digital DVB. Fornece um canal de retorno – muitas vezes uma conexão através do sistema telefônico POTS – que permite ao usuário fazer acesso à Internet diretamente na tela da TV. Conectado a este, está um terminal interativo que suporta um throughput de 27 Mbit/s por canal de 6 MHz, além de ter capacidade de processamento suficiente para rodar um browser.
Normalmente, na instalação do cable modem é necessária a substituição do cabo e a colocação de um separador (splitter). O sinal transmitido pode ser tão forte a ponto de interferir com qualquer televisor que esteja instalado no mesmo cabo. Neste caso, deve ser instalado também um filtro passa-alta no cabo que está conectado aos te-levisores, permitindo a passagem das freqüências mais altas e bloqueando as freqüênci-as da banda de envio de dados (fig. 2.3). O filtro evita também que a rede elétrica inter-fira nos dados digitais enviados. Os ruídos provenientes de cada residência – conectores frouxos, cabeamento de má qualidade – vão se acumulando à medida que o sinal trafega na direção do head-end – a estrutura da rede de TV a cabo é em formato de árvore –, tornando-se crucial a atenuação desses ruídos individuais.
Figura 2.3 — Splitter
Os cable modens são diferentes, mas a arquitetura básica é constituída de al-guns componentes básicos (fig. 2.4):
Figura 2.4 — Arquitetura de um cable modem
40
e) Sintonizador — Converte os canais de TV para uma freqüência pré-fixada (6 a 40 MHz). Conecta-se diretamente ao terminal de antena da TV a cabo e normalmente contém um demultiplexador embutido, para ser capaz de trabalhar com os sinais de upstream e downstream. Deve ser capaz de receber sinais digitais modulados em QAM. Está em desenvolvimento uma versão do sintonizador “em silício”, que deve baratear os custos de produção.
f) Demodulador — Na recepção realiza conversão analógica/digital, demodulação QAM 64/256, correção de erros (Reed-Solomon) e sincronização de quadros MPEG. É necessário tanto nas instalações com cable modem quanto nas instalações que usam o terminal interativo.
g) Modulador de rajada — Na transmissão realiza codificação Reed-Solomon dos dados transmitidos, modulação QPSK/QAM-16 na freqüência selecionada e conver-são digital/analógica. O sinal de saída é alimentado através de um circuito com nível de sinal variável, para que este possa ser ajustado para compensar as perdas elétricas na transmissão através dos cabos coaxiais. Existem disponíveis atualmente circuitos que concentram em um único circuito integrado as funções do demodulador e do modulador.
h) Controlador de acesso ao meio — O mecanismo MAC (media access control) está presente na transmissão e na recepção. A finalidade primordial do MAC é comparti-lhar o meio de uma maneira inteligente. Ele extrai os dados dos quadros MPEG, fil-tra os dados, roda o protocolo de acesso e determina a temporização da transmissão dos sinais. Pode ser implementado em hardware ou em combinação de hardware/software. O MAC do cable modem é bem mais complexo que o MAC Ethernet e necessita do auxílio de um microprocessador para implementar todas as funções inerentes à camada de controle. Os fabricantes estão disponibilizando con-troladores para os modens do padrão DOCSIS e DVB/DAVIC. Alguns, inclusive, estão desenvolvendo controladores proprietários.
i) Interface — Conecta o cable modem ao computador, podendo ser apresentada em várias versões, como Ethernet (RJ-4547), USB, PCI e outras.
j) CPU — A unidade central de processamento – microprocessador – não aparece ex-plicitamente no diagrama, mas é necessário em cable modens externos. Alguns mo-dens internos usam o processador do próprio computador para realizar o processa-mento, de maneira semelhante a alguns modens convencionais (WinModem48). São usados microprocessadores PowerPC49 ou outras arquiteturas RISC50.
O cable modem troca informações periódicas com o head-end para manter a conexão aberta e troca periodicamente o endereço IP, através do protocolo DHCP.
47 RJ-45 — registered jack-45: Conector de 8 fios usado para a conexão de periféricos de rede.48 WinModem — Nome popular pelos quais são conhecidos os modens do tipo host-based, que utilizam
o processador do computador para realizar algumas operações (software). Como não utilizam processa-dor próprio (hardware), tendem a custar menos que os modens convencionais.
49 PowerPC — Arquitetura de computadores baseados em RISC desenvolvida conjuntamente pela IBM, Apple Computer e Motorola Corp.
50 RISC — reduced instruction set computer: Arquitetura de microprocessador que usa um número relati-vamente limitado de instruções, em oposição à arquitetura CISC (complex instruction set computers).
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2.2.4.A estrutura da rede de cable modem
A estrutura básica (fig. 2.5) de um sistema de cable modem baseado na es-trutura HFC é composta de cinco partes principais:
k) Head-end — É o centro de operações da rede (fig. 2.6) e atende tipicamente de 200.000 a 400.000 domicílios. Um switch ou roteador IP faz a interface com o back-bone da rede de dados, oferecendo conectividade aos servidores de conteúdo e à In-ternet. Este switch ou roteador também conecta-se com os CMTS, localizados nos hubs de distribuição. Alguns operadores de TV a cabo implementam soluções de alta capacidade, como POS51 e velocidades OC-12 – 622,08 Mbit/s. Os servidores de conteúdo e aplicações estão localizados no head-end, bem como o gerenciamento da rede e sistemas de suporte. Se o operador de cabo oferece também o serviço de tele-fonia IP, as chamadas de voz podem ser direcionadas pelo roteador para uma porta de comunicação (gateway52) específica, que conecta-se com o PSTN.
Figura 2.5 — Estrutura de um sistema de cable modem
51 POS — packet over SONET.52 Gateway — Combinação de hardware e software que interliga duas redes de tipos diferentes.
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Figura 2.6 — Head-end
l) Hubs de distribuição — O hub é o ponto de interconexão entre a rede regional de fibra óptica e a rede HFC (fig. 2.7). Atende de 20.000 a 40.000 domicílios em um anel de fibra. No hub, o CMTS concentra os dados provenientes de uma WAN e mo-dula os sinais digitais para transmissão através dos enlaces de fibra óptica da rede HFC. O CMTS oferece um canal dedicado de downstream de 27 Mbit/s e a largura de banda de upstream varia entre 2 e 10 Mbit/s por nó de distribuição.
Figura 2.7 — Hub de distribuição
m) Nó de distribuição — Localizado na vizinhança do usuário, atende de 500 a 1.000 domicílios.
n) Cabo — Conecta-se ao transceiver e vai até a residência do usuário.
o) Equipamento terminal — Interface entre a rede, o aparelho de TV e o computador.
2.3. Como funciona a tecnologia cable modem
Em alguns casos, o provedor não tem o cabeamento necessário para permitir a transferência de dados nos dois sentidos. Nesse caso, os provedores oferecem o cable modem com a tecnologia telco return, onde a rede de CATV é utilizada para a transmis-são downstream (provedor → assinante) e uma linha telefônica comum estabelece o acesso upstream (assinante → provedor). Na transmissão em duas vias (two-way), tanto o downstream quanto o upstream são transmitidos pelo cabo, fazendo com que a linha telefônica seja liberada. Como a demanda por serviços de transmissão de dados em alta velocidade é induzida, antes de mais nada, por necessidade de velocidades de down-stream maiores, esta é uma opção viável, que permite que as operadoras de TV a cabo conquistem rapidamente o mercado de assinantes residenciais.
Uma rede de TV a cabo é projetada para distribuição de canais de televisão analógicos e, com pequenas modificações nos amplificadores de sinal, permite a trans-missão de sinais nas duas direções: usuário → head-end (baixas freqüências) e head-end → usuário (altas freqüências). A maioria das redes existentes hoje em dia são do tipo HFC, nas quais o sinal percorre a distância entre a central de distribuição e pontos pró-
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ximos aos usuários através de fibra óptica – comprimento máximo de 5 km – e, a partir daí, vai até as dependências do usuário através de cabo coaxial. Um CMTS normalmen-te suporta até 2.000 usuários simultâneos sobre um único canal de TV. Se for necessário conectar mais usuários deve-se aumentar o número de canais. Dependendo da distância entre o head-end e o usuário, pode haver um grande atraso (delay) na propagação do si-nal – máximo de 400 µS de ida e volta.
O fluxo de sinal recebido pelo cable modem é chamado de downstream. As freqüências utilizadas variam de 42 a 850 MHz no padrão americano – largura de banda de 6 MHz por canal (fig. 2.8) – e entre 65 e 850 MHz no padrão europeu – largura de banda de 8 MHz por canal. Para a modulação são utilizados o padrão QAM-64 com 6 bits por símbolo – o mais comum – e o QAM-256 com 8 bits por símbolo – mais rápido, porém mais sensível ao ruído. A taxa bruta53 de transferência de dados depende da mo-dulação e da largura de banda (tab. 2.1).
Figura 2.8 — Upstream e downstream
Como o fluxo de recebimento de dados é recebido por todos os cable mo-dens (broadcasting), a largura de banda é compartilhada entre todos os cable modens ativos no sistema. Isto é similar ao que acontece com uma rede Ethernet, só que o des-perdício da largura de banda é muito menor. Outro problema que pode surgir dom com-partilhamento da banda é a falta de segurança dos dados transmitidos. Alguns sistemas não utilizam encriptação dos dados – MCNS/DOCSIS usa encriptação DES54 –, permi-tindo que os usuários que estejam no mesmo laço observem o tráfego enviado pelos ou-tros.
Tabela 2.2 — Taxa de transferência bruta
QAM-64 QAM-2566 MHz 31,2 Mbit/s 41,6 Mbit/s8 MHz 41,4 Mbit/s 55,2 Mbit/s
Para efeito de cálculos, na tabela acima foram usadas uma taxa de 6,9×106 símbolos por segundo para a largura de banda de 8 MHz e uma taxa de 5,2×106 símbolos por segundo para a largura de banda de 6 MHz.
53 A taxa de transferência bruta é ligeiramente maior que a taxa de transferência efetiva devido à correção de erros, framing e outros tipos de overhead.
54 DES — data encryption standard: Método popular de encriptação de chave simétrica (56 bits) desen-volvido em 1975 e padronizado pelo ANSI em 1981 – padrão ANSI X.3.92.
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fonte: http://www.cable-modems.org/tutorial/08.htm
O fluxo de sinal enviado pelo cable modem é chamado de upstream. As freqüências utilizadas variam de 5 a 42 MHz no padrão americano e entre 5 e 65 MHz no padrão europeu. A largura de banda é da ordem de 2 MHz por canal. Para a modula-ção são utilizados o padrão QPSK55 com 2 bits por símbolo e o QAM-16 com 4 bits por símbolo – mais rápido, porém mais sensível ao ruído. Normalmente, um canal de rece-bimento é associado a vários canais de envio. Este fluxo tem a característica de tráfego em rajada e muitos modens podem transmitir nas mesmas freqüências, mas em slots temporais diferentes, marcados como reservado, de disputa ou de revestimento.
p) Slot reservado — O reserved slot é designado para um cable modem em particular e nenhum outro pode transmitir neste espaço de tempo. O CMTS (head-end) aloca os slots para vários cable modens baseado em um algoritmo de alocação de banda – diferente para cada fabricante. Este tipo é usado normalmente para transmissões de dados de longa duração.
q) Slot de disputa — O contention slot é livre para que todos os cable modens possam transmitir no mesmo espaço de tempo. Se dois modens decidem transmitir neste mesmo espaço de tempo, os pacotes de dados colidem e os dados são perdidos. O CMTS sinaliza que nenhum dado foi recebido e os modens enviam novamente os seus pacotes. Este tipo de slot é usado normalmente para transmissões de dados de curtíssima duração – uma requisição por mais slots reservados, por exemplo.
r) Slot de emparelhamento — Devido à distância física entre o CMTS e o cable mo-dem, o atraso de tempo na propagação do sinal (delay) varia bastante e chega a in-tervalos da ordem de milissegundos. Para compensar este fenômeno, todos os cable modens empregam um protocolo de ordenação, que efetivamente modifica o relógio (clock) do modem, adiantando ou atrasando este, para compensar o atraso de tempo. Para fazer isto, um número de slots consecutivos – normalmente 3 – é posto de lado de vez em quando. O cable modem tenta enviar o segundo slot. O CMTS mede o tempo e envia ao modem um valor positivo ou negativo para a correção do relógio. Os slots anterior e posterior – ranging slots – definem um intervalo de segurança para evitar que o slot enviado colida com o tráfego normal. Um outro uso deste tipo de slot é assegurar que todos os cable modens transmitam a um nível de potência que faça com que todas as rajadas de dados enviados cheguem no CMTS com níveis iguais. Isto é essencial para a detecção de colisões, mas é necessário também para otimizar o desempenho do demodulador no CMTS. A atenuação do sinal pode variar até mais de 15 dB. Se dois modens transmitirem simultaneamente, mas o sinal de um for mais fraco que o outro, o CMTS ouvirá apenas o sinal mais forte e ignorará o sinal mais fraco. Se os dois sinais tiverem potências iguais, haverá interferência mú-tua entre eles e o CMTS saberá que ocorreu uma colisão.
O fluxo de dados enviados é composto de breves rajadas. O padrão DVB/DAVIC exige que esta rajada tenha um comprimento fixo, ao passo que o padrão MCNS especifica rajadas de comprimento variável. E este fluxo de dados é composto de uma única rajada, e o demodulador precisa de um sinal que avise que esta está para
55 QPSK — quaternary phase shift keying.
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ocorrer. Para o padrão DVB/DAVIC, este aviso é a existência de uma palavra de 32 bits de dados. Sem este mecanismo, o demodulador poderia estar ocupado, demodulando ruído, e não poderia atender os dados reais, quando estes chegassem. Este mecanismo determina também uma ressincronização a cada rajada. Aqui também é usado o algorit-mo Reed-Solomon. É transmitida uma célula ATM por rajada e 18 slots em 3 ms (DVB/DAVIC).
O fluxo de dados recebidos (downstream) é estruturado em quadros, de acordo com a especificação MPEG TS56. Cada quadro é um bloco de 188 ou 204 bytes com um byte de sincronismo na frente de cada bloco. O algoritmo de correção de erros Reed-Solomon – 6 erros em 204 bytes – reduz o tamanho do bloco de 204 para 188 bytes, deixando 187 bytes para o cabeçalho MPEG e carga útil. No padrão DVB/DA-VIC, o quadro interno à carga útil é simplesmente um fluxo de células ATM.
Como uma estação não pode ouvir as transmissões das outras estações, ela é incapaz de detectar colisões e de coordenar suas próprias transmissões. Com um proto-colo de acesso ao meio (MAC), estações com ramificações podem compartilhar a largu-ra de banda de upstream. Para o downstream, o problema de acessos múltiplos não exis-te, pois somente o head-end pode transmitir dados nesta direção. Uma parte deste canal é usada para o controle de difusão e para a informação de realimentação, requeridos pelo protocolo MAC. Os três problemas principais abordados pelo protocolo são: sin-cronização, modos de acesso ao canal upstream e resolução de colisões.
A rede HFC necessita de dois níveis de sincronização: a sincronização ao ní-vel físico, que alinha os sinais em nível de bit e a sincronização ao nível MAC, que ali-nha os fluxos de bits em nível de pacote. Como o atraso na propagação sobre HFC é significante, a sincronização ao nível MAC não pode ser ignorada, como ocorre no pro-tocolo CSMA/CD57 das redes Ethernet. Cada estação tem um atraso de propagação dife-rente. Isto significa que, quando o head-end reserva um slot de tempo para uma determi-nada estação, esta deve adaptar-se para transmitir de acordo com o seu atraso de propa-gação, para que o quadro transmitido encaixe-se perfeitamente no slot temporal reserva-do para ele ao chegar no seu destino (head-end).
As estações também não têm condições de detectar colisões, pois não po-dem escutar o canal de upstream. É impossível abortar transmissões que geram colisões, como acontece no CSMA/CD. Uma prática usual para reduzir as perdas de largura de banda com colisões consiste no envio – por parte da estação que deseja enviar um qua-dro de dados – de um quadro pequeno de requisição para informar ao head-end que se deseja transmitir. Este é conhecido como modo de acesso reservado. Existe também um modo de acesso isócrono, que libera a estação da tarefa de enviar periodicamente as re-quisições no caso de um fluxo de dados contínuo.
Ainda assim, podem ocorrer colisões entre as próprias requisições. Para isso é necessário um mecanismo de resolução de colisões. Os mecanismos adotados são o de árvore n-ária e p-persistência.
56 TS — transport stream.57 CSMA/CD — carrier sense multiple access with collision detection.
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Os conceitos de mini-slot, intervalo de resolução de colisões e modo de acesso do protocolo IEEE 802.14 serão apresentados no cap. 3, juntamente com uma descrição dos mecanismos de resolução de colisões e dos problemas de sincronização.
2.4. Os vários padrões de cable modem
Como resultado da crescente utilização de cable modens em outros países, estão sendo conduzidos esforços de certificação dos diversos fornecedores em relação aos padrões de mercado.
Os modens da primeira geração são os que não seguem um padrão, usam tecnologias proprietárias e não funcionam no mesmo CMTS e head-end. Os sistemas baseados nos padrões MCNS/DOCSIS (multimedia cable network system/data-over-cable service interface specification) 1.0/1.1 – Estados Unidos – e DVB/DAVIC (digit-al video broadcasting/digital audiovisual council) 1.3/1.4/1.5 – Europa – compõem os considerados de segunda geração, são os sistemas que estão no mercado atualmente – surgiram em 1997 – e são compatíveis entre si. Por último, veio o padrão IEEE 802.14, que perdeu espaço para os outros padrões, mas pretende ser o padrão para os modens de terceira geração.
Desde o início pensou-se em cable modens que fossem interoperáveis, de baixo custo e que fossem facilmente encontrados no varejo – como acontece com mo-dens convencionais e adaptadores de rede. Desse modo, as operadoras podem evitar o investimento de capital na compra de modens para serem alugados aos clientes e os usuários têm uma maior liberdade de escolha de fabricantes e modelos.
2.4.1.IEEE
Em maio de 1994 foi criado um grupo de trabalho no IEEE, a fim de criar padrões internacionais para comunicação de dados sobre a rede de televisão a cabo. O objetivo original era submeter uma proposta em dezembro de 1995, mas esta foi adiada para o final de 1997.
Após perder terreno para os outros padrões, o IEEE associou-se com as em-presas Broadcom e Terayon para definir a próxima geração da camada física, que supor-taria taxas de bits de 30 Mbit/s para upstream. Notícias não oficiais dizem que isto tam-bém seria atingido na versão 1.2 do padrão DOCSIS.
Este grupo é formado, em sua maioria, por fabricantes, e o objetivo maior é garantir que o padrão atual seja facilmente adaptável às tecnologias futuras.
2.4.2.DVB/DAVIC
Este padrão é também conhecido como DVB/RCC (return channel for cable) e ETSI 300 800. Inicialmente era administrado pelo DAVIC e hoje é administra-do pelo DVB. Poucos fabricantes desenvolvem produtos neste padrão, mas em número suficiente para ser um importante concorrente do padrão DOCSIS europeu.
Este padrão é baseado em um tamanho fixo de célula ATM e inclui todos os padrões de QoS conhecidos do ATM. O padrão satisfaz os requisitos de transferência de
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dados de TCP/IP58 – usando AAL559 – e telefonia – ATM puro. A transmissão de voz so-bre IP não é a melhor solução, mas também é possível de ser implementada. O padrão era inicialmente desprovido de segurança (encriptação), o que foi adicionado na versão 1.4. É um padrão aberto para implementações internas e externas e cobre também im-plementações de terminais interativos com um canal de recebimento fora da banda.
2.4.3.MCNS/DOCSIS
É o padrão dominante nos Estados Unidos, apesar de ainda não ter uma pa-dronização formalizada. Este padrão surgiu para atender os desejos das operadoras MSO60, que querem que os modens sejam facilmente encontrados no varejo. A Broadcom desempenhou um importante papel promovendo o padrão e a integração/mi-niaturização dos componentes.
Este grupo é formado, em sua maioria, por operadoras de TV a cabo, e o ob-jetivo destes é minimizar o custo dos produtos e diminuir a janela de mercado. Para tan-to, procuraram desenvolver uma tecnologia que se adequasse às necessidades dos mem-bros e que tivesse pouca complexidade técnica – o que não se observou na prática. A complexidade do padrão é grande; maior até que o necessário na prática. A primeira ver-são do padrão – março de 1997 – não suportava QoS, requerido para aplicações de tele-fonia – voz sobre IP –, o que foi adicionado na versão 1.1. Inicialmente era aberto ape-nas para versões de modens externos com interface Ethernet, mas agora contempla tam-bém os modens internos e os modelos externos com interface USB – futuramente, tam-bém irá oferecer interface IEEE 139461. Originalmente desenvolvido para o mercado norte-americano, o DOCSIS gerou uma versão voltada ao mercado europeu62 que difere apenas na camada física, sendo compatível com o padrão DVB.
As especificações da camada física – que define as técnicas de modulação – são semelhantes nos padrões do IEEE e MCNS. A especificação IEEE 802.14 suporta os Anexos A, B e C do padrão ITU J.83 – modulação QAM-64/256 para downstream com um throughput de 36 Mbit/s por canal de 6 MHz. O Anexo A é o padrão europeu DVB/DAVIC, o Anexo B é o padrão norte-americano MCNS e o Anexo C é a especificação do padrão japonês. O padrão proposto pelo IEEE 802.14 para o upstream é baseado nas modulações QPSK e QAM-16 – virtualmente o mesmo que o MCNS. QPSK atinge um throughput de 320 kbit/s por canal de 160 kHz.
Para o controle de acesso ao meio (MAC), o IEEE especificou ATM como a solução padrão, por causa da garantia de QoS e flexibilidade para a entrega de tráfego
58 TCP/IP — transmission control protocol/internet protocol: Conjunto de protocolos de comunicação usado para conectar computadores na Internet, constituindo o padrão de facto para a transmissão de da-dos sobre redes.
59 AAL5 — ATM adaptation layer 5: Uma das camadas de adaptação de ATM da recomendação do ITU-T.
60 MSO — multiple system operator.61 IEEE 1394 — Padrão de barramento e interface que suporta transferência de dados isócrona com taxas
de até 400 Mbit/s com entrega garantida e pode conectar até 63 dispositivos simultaneamente. Surgiu na indústria com alguns nomes proprietários, tais como: FireWire, I-link e Lynx.
62 EuroDOCSIS — Especificação equivalente ao DOCSIS voltada para o mercado europeu.
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de vídeo, voz e dados. MCNS definiu uma estratégia diferente, usando um esquema ba-seado em pacotes de tamanho variável que favorece o tráfego IP – menor custo e com-plexidade. Ambas estabelecem como padrão uma conexão Ethernet 10Base-T para co-nectar o cable modem ao computador.
A batalha pelo mercado norte-americano já está ganha pelo padrão DOCSIS, mas os padrões DVB/RCC e EuroDOCSIS ainda estão disputando o mercado europeu. Alguns artigos relativos a essa disputa podem ser obtidos através de white papers dispo-níveis em formato PDF63 nos seguintes endereços:
http://www.cable-modems.org/standards/DVB/dvb_rcc_wpaper.pdfhttp://www.cable-modems.org/standards/DOCSIS/DOCSIS_DVB-RC_comparison.pdfhttp://www.cable-modems.org/standards/DOCSIS/DOCSIS-in-Europe+White+Paper+v1.pdf
63 PDF — portable document format: Formato de arquivo desenvolvido pela Adobe Systems que captura a formatação de uma grande variedade de aplicações de editoração eletrônica, tornando possível o envio e a visualização de documentos formatados.
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3. O protocolo MAC do padrão IEEE 802.14
O protocolo de acesso ao meio proposto para o padrão IEEE 802.14 (cable modem) deve operar em ambientes muito mais hostis que os protocolos MAC existentes anteriormente. Este deve operar em um ambiente público, aonde a qualidade de serviço e as expectativas por parte dos usuários são de extrema importância. Deve lidar com serviços interativos e de multimídia e aplicações com uma grande carência de largura de banda. O comitê IEEE 802.14 aceitou o desafio de desenvolver um padrão que funcio-nasse com os serviços e aplicações atuais e futuras.
Os aspectos mais importantes no projeto do padrão IEEE 802.14 são: sin-cronização, modos de acesso ao canal upstream e resolução de colisões. As principais resoluções tomadas pelo comitê contemplam a compensação de RTC64, intercalação de minislots de dados e requisições concorrentes, além da resolução de colisões por múlti-plos mecanismos de resolução de colisões, usando uma árvore n-ária e um algoritmo p-persistente com regras de transmissão.
Ainda ficaram em aberto os algoritmos de alocação de minislots e sincroni-zação de requisições. Estes algoritmos do head-end não afetam a interoperabilidade, mas têm um importância crucial no desempenho.
3.1. Protocolos MAC legados
Dos vários protocolos de controle de acesso existentes, dois merecem desta-que: multiplexação por divisão de tempo e resolução de colisões. A solução ideal foi de-senvolver um mecanismo híbrido, que reunisse as vantagens de ambos.
3.1.1.Multiplexação por divisão de tempo65
Esta técnica especifica um slot temporal para cada estação em um período de tempo pré-determinado. A janela temporal contém um número fixo de slots, cada um dedicado a uma estação da rede. Quando uma estação possui um dado a ser enviado, deve esperar o seu slot de tempo dedicado e, então, transmiti-lo.
A vantagem principal deste mecanismo é a inexistência de colisões no meio compartilhado. É a solução ideal para tráfegos de taxa de bit constante. As estações têm sempre o seu slot disponível no tempo certo, de maneira síncrona e o acesso é garantido a todas elas de maneira justa.
Na maioria das aplicações multimídia, o tráfego ocorre em rajadas e é im-previsível. A principal desvantagem é o desperdício de recursos da rede. Se uma estação está ociosa no momento em que chega a sua vez de transmitir, o slot é desperdiçado.
64 RTC — round trip correction.65 TDMA — time division multiple access: Tecnologia para serviço de comunicação sem fio, que usa
TDM. Funciona dividindo uma radiofreqüência em slots temporais e alocando-os para múltiplos canais simultâneos. É usado no sistema de comunicação celular GSM.
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3.1.2.Mecanismo de disputa e resolução de colisões
Este mecanismo assume que as estações, quando estão prontas para enviar dados, devem competir para obter acesso ao barramento. A responsabilidade do protoco-lo de controle de acesso é arbitrar o acesso, resolver as disputas e controlar o fluxo de dados, a fim de otimizar o uso dos recursos disponíveis (largura de banda). A ocorrência de colisões é controlada pelo head-end, que age como um nó de controle central, que re-cebe as requisições e envia mensagens às estações através do canal de downstream.
Uma estação que deseje transmitir dados deve enviar uma requisição – em um determinado slot temporal – através do canal de upstream. O head-end ecoa a requi-sição no canal de downstream (broadcast). A estação que enviou a requisição entende isto como uma permissão e envia os seus dados. Se ocorre uma colisão – quando duas estações enviam requisições em um mesmo slot – o head-end ecoa estas duas requisi-ções no canal de downstream. As estações que provocaram a colisão esperam um tempo aleatório e tentam novamente enviar requisições. Dependendo da distância entre as esta-ções e o head-end, este mecanismo gera problemas de alocação do canal, devido ao atraso na propagação ao longo da rede. Uma estação que esteja mais perto do head-end detecta as informações mais cedo que outra mais distantes.
Outra desvantagem que ocorre neste mecanismo é que a QoS deve ser nego-ciada previamente pela estação. Esta deve conformar o tráfego de acordo com o que foi negociado, tornando-se um problema quando ocorre tráfego ABR, CBR, VBR e UBR66
na mesma estação.
3.2. Objetivos
As estações não podem ouvir diretamente as transmissões umas das outras no canal upstream e, portanto, são incapazes de detectar colisões e coordenar as suas transmissões sozinhas. Com o uso de um controle de acesso, as estações dentro de uma mesma ramificação podem compartilhar a largura de banda disponível. Para o canal de downstream, o problema de multiacesso não existe, pois somente o head-end pode transmitir dados nesta direção. Parte deste canal é usado também para transmitir infor-mações de controle e resposta a requisições.
O ATM Forum e o comitê IEEE 802.14 criaram critérios e objetivos que guiaram a avaliação das diferentes propostas de padronização do protocolo MAC que foram sugeridas por diferentes fabricantes.
a) Suporte a serviços orientados e não-orientados à conexão.
b) Suporte ao conceito de qualidade de serviço baseado em cada conexão. Cada cone-xão deve poder especificar seus requerimentos de largura de banda, atraso (delay) e jitter.
c) Conformação do acesso à largura de banda de acordo com a aplicação (ABR, CBR, VBR e UBR).
d) Interoperabilidade com ATM.
66 UBR — unspecified bit rate: Taxa de bit que não garante nenhum nível de throughput. Usada para apli-cações que toleram atrasos, como transferência de arquivos.
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e) Arbitragem justa para o acesso ao meio compartilhado em qualquer nível de serviço.
f) Simplicidade e ordenação eficiente.
g) Implementação com pouca complexidade, para baratear os custos – hardware e soft-ware.
h) Fácil instalação e ativação.
i) Fácil manutenção, facilitando o abastecimento, manutenção, operação e administra-ção.
j) Monitoramento preciso sobre a utilização dos canais.
k) Oferecimento de um nível de proteção contra um terminal em falha, que realize transmissões de maneira descontrolada.
l) Projetado para arquitetura em árvore.
m) Acesso justo a todas as estações, independente da distância e da posição desta na rede. Deve haver justiça na alocação da largura de banda entre múltiplas requisições simultâneas. Aplicações sensíveis a atrasos deve receber prioridade, a fim de não ha-ver degradação na qualidade de serviço estipulada.
n) Reações ágeis para o controle de tráfego e de seu comportamento (controle de fluxo e congestionamento), para garantir um número de pacotes transmitidos que não ul-trapasse os limites de degradação do desempenho.
o) Robustez para enfrentar situações de falha e congestionamento, sem perda de dados ou necessidade de restabelecimento da conexão.
p) Prevenção de colapsos causados por congestionamento.
q) Deve minimizar a variação no o atraso de células de tráfego CBR e promover a sin-cronização do relógio da rede.
Baseando-se nestas características, alguns dos maiores fabricantes de equi-pamentos para TV a cabo submeteram suas propostas ao comitê (tab. 3.1). O protocolo escolhido como padrão reúne características de todos estes.
Tabela 3.3 — Propostas oficiais para o protocolo MAC
Cabletron Systems Inc. A Simple and Efficient Multiple Access Protocol (SEMAP)NEC Corporation Frame Pipeline Polling (FPP)Zenith Electronics MAC Layer Protocol Proposal: Adaptive Random Access Pro-
tocol for CATV NetworksGeneral Instrument Corporation MAC for HFC
Scientific Atlanta (Georgia Institute of Technology) Extended distributed queuing random access protocol (XDQ-RAP)
National Tsing Hua University General Multilayer Collision Resolution with Reservation: a MAC protocol for broadband communication network
Philips Research Laboratories General MAC
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Lucent Technologies Adaptive Digital Access Protocol (ADAPt): a MAC protocol for multiservice broadband access networks
LANcity Corporation A MAC ProtocolHybrid Network Inc. MultiMedia MAC (M3)
Com21, Inc. The UPSTREAMS Protocol for HFC NetworksAmati MAC Protocol to Support Both QPSK and SDMT
Panasonic Technologies, Inc. Collisionless MACIBM Corporation MAC-Level Access Protocol (MLAP)
3.3. Sincronização
Como o atraso de propagação sobre a rede HFC é significante – pode ser maior que o tempo de transmissão –, o MAC deve ter um controle de sincronização, si-milar ao CSMA/CD67 da rede Ethernet. Cada estação tem um tempo de propagação dife-rente até o head-end. Quando o head-end reserva um slot de tempo para uma determina-da estação, esta deve adaptar seu tempo de transmissão de acordo com seu tempo de propagação, para que o quadro transmitido seja encaixado no slot de tempo que lhe foi designado. Como cada estação sabe o seu tempo de propagação e como utilizá-lo para calcular o tempo de propagação? Isto também é função do protocolo, que define os slots de emparelhamento.
Cada estação deve também saber a referência de tempo global e sua RTC. De posse destas informações, cada estação pode transmitir com precisão os dados no minislots a ela designado pelo head-end. Evitam-se, assim, colisões e períodos ociosos devido às diferentes posições relativas das estações.
3.4. Modos de acesso
Quando é conectada à rede, uma estação precisa passar por um processo de inicialização, a fim de obter alguns parâmetros de rede. O aspecto mais importante da inicialização é o posicionamento desta, que define o parâmetro de correção RTC. O va-lor do RTC corresponde à diferença entre o tempo máximo de propagação de ida e volta da rede e o tempo de propagação de ida e volta da estação.
Existem três modos de acesso possíveis (fig. 3.1): modo de acesso reserva-do, em disputa e isócrono. Entretanto, devido ao fato do acesso imediato desperdiçar muita largura de banda na ocasião de uma colisão, o modo de acesso em disputa não é usado.
3.4.1.Modo de acesso reservado
Oferece a habilidade de designar dinamicamente a largura de banda para cada requisição feita. A estação deve enviar uma requisição, informando quanta largura de banda necessita. O head-end reserva a banda para esta estação, de acordo com seu al-
67 CSMA/CD — carrier sense multiple access/collision detection: Tipo de protocolo de resolução de co-lisões que define uma série de regras, que determinam como os dispositivos de rede devem reagir quan-do dois deles tentam usar o mesmo canal de dados simultaneamente – colisão. Depois de detectar uma colisão, o dispositivo deve esperar um tempo aleatório e tentar transmitir novamente. Se o dispositivo detectar uma nova colisão, deve esperar um tempo duas vezes maior que o anterior, tentar transmitir mais uma vez e assim por diante. Este método é conhecido como back off exponencial.
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goritmo de sincronização. Os conceitos de minislot, piggybacking e intervalo de resolu-ção de disputas68 são introduzidos no padrão, para reduzir o desperdício de largura de banda devido a colisões, para reduzir a freqüência de disputas e para intercalar dados e requisições, respectivamente.
a) Minislot — Cada canal upstream é dividido no tempo em um fluxo de minislots nu-merados. A duração de um minislot é igual ao tempo necessário para a transmissão de oito octetos de dados. O PDU do protocolo MAC que ocupa um único minislot é chamado de miniPDU e é usado durante as disputas com o propósito de requisição de largura de banda. Um certo número de minislots pode ser alocado pelo head-end e usado pela estação para transmitir células ATM e células de tamanho variável. As-sume que o tamanho de um PDU normal é k vezes o tamanho do minislot. Se uma colisão ocorre durante a transmissão direta de um PDU, k vezes mais largura de banda é desperdiçada.
b) Requisição piggyback para transmissões subseqüentes — Se uma estação alocou minislots para a transmissão de dados e uma nova requisição chega à estação, ela pode adicionar a requisição ao seu próximo PDU a ser transmitido, ao invés de envi-ar a requisição em um miniPDU. Do mesmo modo que este último, a requisição adi-cionada é confirmada imediatamente. Este mecanismo garante que somente a pri-meira parte de uma transmissão em rajada deve competir por minislots de requisi-ção.
c) Intervalo de resolução de disputas — Tempo máximo requerido para que todas as estações na rede detectem se a requisição enviada em um minislot foi bem-sucedida ou colidiu com outras – deve ser maior ou igual ao atraso de propagação do canal. Isto significa que um nó irá receber o resultado da disputa no canal de downstream antes do início do próximo CRI.
Os passos para a requisição e a concessão da primeira transmissão são os se-guintes:
a) a estação recebe uma mensagem do head-end no canal de downstream, informando quais minislots estão disponíveis para o envio de requisições;
b) a estação escolhe um minislot de acordo com o algoritmo de disputa e coloca o seu identificador e os dados que deseja transmitir no minislot a ela determinado;
c) a estação espera um intervalo fixo de tempo até que o head-end envie a resposta para a transmissão;
d) se a resposta recebida é negativa, significa que ocorreu uma colisão. A partir daí, a estação entra no algoritmo de resolução de disputas com as outras estações envolvi-das na colisão;
e) se a resposta recebida é positiva, significa que não ocorreu uma colisão. A partir daí, o head-end envia uma mensagem de concessão, para informar a estação quando transmitir e a quantidade de dados permitidos, ou uma mensagem de recusa, infor-mando que o acesso não foi permitido.
68 CRI — contention resolution interval ou collision resolution interval.
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3.4.2.Modo de acesso isócrono
Este modo de acesso tem como objetivo suportar aplicações CBR. As esta-ções devem sinalizar ao head-end, para estabelecer conexões antes da transmissão de dados, enviando uma requisição. Após o recebimento por parte do head-end, a requisi-ção é prontamente confirmada. Se o acesso é concedido, o head-end aloca constante-mente minislots para satisfazer as taxas requisitadas e informar periodicamente a esta-ção sobre em qual minislot deve iniciar a transmissão e quantos são concedidos a ela. Uma estação que estabeleceu uma conexão CBR não necessita fazer nova requisição para continuar transmitindo dados, mas deve enviar uma requisição para avisar o fim da transmissão.
3.4.3.Modo de acesso imediato
Neste modo de acesso, o head-end pode fornecer uma largura de banda não alocada – toda a largura de banda, quando a rede estiver completamente ociosa. Nor-malmente, a largura de banda é dividida em unidades menores para a transmissão de pa-cotes pequenos e eventos de curta duração – um botão pressionado, por exemplo. Trans-missões de pacotes grandes e eventos de maior duração devem usar os modos de acesso reservado e isócrono.
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inicialização
pronta
transmissãode dados
minislot deconfirmação
esperandopermissão
resoluçãode colisão
transmissãode dados
e requisiçãopiggyback
minislot deconfirmação
conexãoestabelecida
resoluçãode colisão
transmissãode dados
colisão
completa
ociosa
espera
sucesso
chegada detráfego
conexãofechada
colisão
chegada detráfego
chegada detráfego
chegada detráfego
sucesso completa
ACESSOIMEDIATO
ACESSOISÓCRONO
ACESSORESERVADO
Figura 3.3 — Diagrama de estados do protocolo de upstream do HFC
Fonte: [LIN 98]
3.5. Resolução de disputas
Existem alguns obstáculos impostos pelas características das redes HFC. Como as estações não podem monitorar colisões, esta informação deve ser provida pelo head-end. O algoritmo deve levar em conta os atrasos na propagação das mensagens. Se o número de slots de disputa é pequeno e se eles estão localizados no início do quadro (frame), pode acontecer de uma estação receber a resposta antes do fim do quadro e ten-tar retransmitir já no próximo quadro, se sua solicitação sofreu uma colisão. Entretanto, se o número de slots de disputa é grande ou variável, as estações devem pular um qua-dro antes de retransmitir. Existem, basicamente, dois tipos de algoritmos de resolução de disputa: árvore n-ária e p-persistente adaptativo [AZZ 97].
O algoritmo baseado em árvore n-ária funciona com um princípio básico de subdivisão em subconjuntos e subníveis. Quando uma colisão ocorre, todas as estações envolvidas separam-se em n subconjuntos e cada uma seleciona aleatoriamente um nú-mero entre 1 e n . Basicamente, permite-se que um subconjunto retransmita primeiro, enquanto os subconjuntos de 2 a n esperam. Pode-se pensar como uma pilha, na qual a posição representa o número de slots que a estação deve esperar antes de retransmitir
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sua requisição. Se ocorrer uma segunda colisão, o primeiro subconjunto divide-se nova-mente. Os subconjuntos que estão em espera na pilha deve ser deslocados 1n − posi-ções para deixar lugar para as estações que acabaram de colidir. Se não ocorrer nova co-lisão, as estações que estão no topo da pilha podem transmitir novamente a requisição.
A definição original assumia que as estações recebiam a resposta imediata-mente. No entanto, as estações devem esperar, no mínimo, o início do próximo quadro antes de receber a resposta e tentar retransmitir. O algoritmo foi modificado, levando-se em conta os atrasos na propagação. Seja o quadro 1j− , contendo ( )1jc − minislots que colidiram. Todas as estações envolvidas nos primeiros slots são despachadas nos primeiros n slots; as estações envolvidas no segundo grupo usam os próximos n slots. Generalizando-se, as estações envolvidas nos i-ésimos slots que sofreram colisão ficam em um subconjunto entre os slots 1ni +⋅ e ( ) n1i ⋅+ . Se o quadro j contém p slots em disputa, os primeiros p subconjuntos podem retransmitir, com o i-ésimo sub-conjunto transmitindo no i-ésimo slot. Os outros subconjuntos aguardam na pilha. Se
jc ⋅ novas colisões ocorrerem no quadro j , os subconjuntos em espera devem ser deslocados de ( ) pjcn −⋅ posições. n é arbitrado em 3 .
Os novos pacotes que chegam podem ser manipulados de duas maneiras. Se o algoritmo é do tipo não-bloqueante, as novas estações transmitem sem esperar em qualquer slot escolhido aleatoriamente. Se o algoritmo é bloqueante, as novas estações não podem usar slots reservados para resolução de colisões; elas são colocadas direta-mente no topo da pilha. Quando as estações estão aptas a transmitir, elas selecionam aleatoriamente um slot entre os restantes.
O algoritmo de p-persistência adaptativo é uma variação do protocolo ALOHA69 para quadros com múltiplos slots de disputa. As estações mais recentemente ativadas e as estações em estado de colisão têm igual probabilidade de acesso 1p0 ≤< aos slots de disputa dentro de um mesmo quadro. Antes de uma estação tentar transmi-tir, um número é aleatoriamente gerado entre 0 e 1 . Se este valor for menor que p , a estação transmite; em caso contrário, a estação espera. Uma característica deste algorit-mo é que a transmissão (ou não-transmissão) independe de tentativas anteriores. Não existe um estado ou “memória”.
A probabilidade é calculada como N1p = , onde N é o número de esta-ções envolvidas. No algoritmo p-persistente, a probabilidade p é ajustada cada vez que ocorre uma transmissão bem-sucedida. É determinada por uma estimativa no número de estações acumuladas na pilha, calculada pelo head-end e enviada às estações pelo canal de downstream. A estimativa ( )1jN + do número de estações acumuladas no j+1-ési-mo quadro é determinada por:
( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )
+
−+−
−+−−−−−=+ 1jMS
e
1jMS2e
1jnc1jnb1jno1jNn1jN ,
,minmax ,
69 ALOHA — Protocolo para transmissões de rádio terrestres e de satélite. No ALOHA puro, um usuário pode transmitir a qualquer tempo, mas corre o risco de colisões com mensagens de outros usuários. O slotted ALOHA reduz a chance de colisões fazendo divisão dos canais em slots temporais e exigindo que os usuários transmitam apenas no início de um slot.ALOHA foi a base para o padrão Ethernet.
57
onde n é o número de estações, ( )jMS é o número de minislots no j-ésimo quadro e ( )jno , ( )jnb e ( )jnc são o número de minislots no j-ésimo quadro ociosos, bem-su-
cedidos e em colisão, respectivamente.
Aqui, a estimativa para o j+1-ésimo quadro é determinado pelos parâmetros do j–1-ésimo quadro. Isto se deve ao fato da resposta do j–1-ésimo quadro não ser rece-bida por todas as estações antes do início do j-ésimo quadro. O número de minislots per-mitidos em um quadro pode ser restringido, de modo que a resposta de um quadro é re-cebida por todas as estações antes do início do próximo quadro. Neste caso, a estimativa para o j-ésimo quadro é determinada pelos parâmetros do j–1-ésimo quadro. Quando uma estação precisa fazer uma requisição no quadro j , é gerado um número aleatório ij , uniformemente distribuído no intervalo ( )[ ]jN1, . Se ij for menor ou igual ao nú-mero de minislots no quadro, ela fará sua requisição no ij-ésimo minislot. Do contrário, tentará fazer sua requisição no próximo quadro, usando a estimativa para este quadro em particular.
3.6. Desempenho do protocolo MAC
O processo de avaliação das propostas submetidas ao comitê IEEE 802.14 seguiu três etapas, que levaram à escolha de um protocolo padrão. Em um primeiro pas-so, foi construído um modelo e a especificação de ambientes de teste. A seguir, os mo-delos foram implementados, a fim de obter-se resultados através de simulação. O último passo foi a análise dos resultados obtidos.
3.6.1.Algoritmo árvore n-ária versus algoritmo p-persistente adaptativo na resolução de disputas
Foram realizadas muitas simulações a fim de comparar os algoritmos de ár-vore ternária – n-ária com 3n = – e de p-persistência. A comparação é realizada em ambientes realísticos, com diferentes tipos de tráfego – rajada e pacotes de pequeno e grande comprimento – e cargas, além de condições transientes e estáveis.
58
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 1 2 3 4 5 6
carga (em milhares de pacotes por segundo)
atra
soo
méd
io d
a re
quis
ição
(m
s)p-persistente adaptativo árvore ternária não-bloqueante árvore ternária bloqueante
Figura 3.2 — Atraso médio da requisição versus carga
Fonte: [AZZ 97]
A fim de separar o componente de resolução de disputas do componente de alocação de largura de banda, foi medido o tempo que um pacote de requisição leva para atingir o head-end. Este tempo é a soma do atraso da requisição, do atraso na fila dentro do head-end e dos tempos de propagação e transmissão.
carga de 50 %
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 50 100 150 200 250 300tempo x (ms)
prob
abil
idad
e do
atr
aso
méd
io s
er m
enor
que
x
p-persistente adaptativo árvore ternária bloqueante
Figura 3.3 — Probabilidade do atraso médio ser menor que um tempo x
Fonte: [AZZ 97]
59
A (fig. 3.2) ilustra o atraso médio da requisição versus a carga gerada pelas estações para os algoritmos p-persistente adaptativo, árvore ternária bloqueante e árvore ternária não-bloqueante quando o ciclo de requisição e resposta dura aproximadamente 3 ms em um canal de upstream de 3 Mbit/s, com 32 minislots de disputa e requisições que ocupam dois minislots. Os testes foram feitos com pacotes de 64 bytes – 48 bytes de carga e 16 bytes de controle do MAC –, gerados de acordo com uma distribuição de Poisson, com média variável para cada carga.
O desempenho do algoritmo de árvore ternária bloqueante é melhor em to-dos os casos, vindo o p-persistente adaptativo em segundo lugar. Em regiões de baixa carga – onde o número de colisões é relativamente pequeno –, o desempenho dos três é praticamente igual.
Outro teste foi a aplicação de uma estratégia de alocação de largura de ban-da no head-end e foi observada a função densidade de probabilidade do atraso de acesso para uma estação – o tempo decorrido desde a geração do pacote até o seu recebimento pelo head-end. A (fig. 3.3) mostra a função de densidade cumulativa para os algoritmos de árvore ternária bloqueante e p-persistente adaptativo com 50 % da capacidade de car-ga. Novamente, o desempenho do algoritmo de árvore ternária bloqueante mostrou-se melhor.
3.6.2.Alocação de largura de banda
Tabela 3.2 — Probabilidades versus tamanho das mensagens
Tamanho da mensagem (bytes) Probabilidade64 0,6128 0,06356 0,04512 0,02
1024 0,251518 0,03
Fonte: [AZZ 97]
Uma das características principais do algoritmo de alocação de largura de banda do protocolo MAC é a atualização da proporção entre o slot de disputa e o slot de dados no canal de upstream, que é controlada pelo head-end. Existem dois métodos: fixo e variável.
No método fixo, o número de slots de disputa e slots de dados reservados no ciclo requisição/resposta é fixo. A (fig. 3.4) mostra o atraso no acesso quando a carga é variada, para proporções entre slots de disputa e slots de dados de 1:1, 2:1 e 3:1. O trá-fego utilizado foi uma fonte em rajada, com um modelo de chegada em lote de Poisson. A (tab. 3.2) mostra as probabilidades e os tamanhos das mensagens geradas. O tempo entre a chegada de mensagens é distribuído exponencialmente e varia de acordo com a carga. O tempo do ciclo é de 3 ms em um canal de 3 Mbit/s. O número máximo de esta-ções foi de 200 e o tamanho da requisição foi de 32 bytes. Para a resolução de colisões, foi usado o algoritmo de árvore ternária bloqueante.
60
Observa-se que a proporção que apresenta melhores resultados para este trá-fego em particular é a de 1:1. Resultados adicionais de simulação, entretanto, mostraram que a proporção ótima depende do padrão de tráfego. Quando a proporção aumenta, os atrasos têm tendência a aumentar, pois existem menos slots de dados disponíveis para transmissão de dados.
10
20
30
40
50
60
70
80
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75
carga (milhares de pacotes por segundo)
atra
so m
édio
de
aces
so (
ms)
1 slot de disputa × 1 slot de dados 2 slots de disputa × 1 slot de dados 3 slots de disputa × 1 slot de dados
Figura 3.4 — Atraso médio de acesso versus carga, para proporções fixas de slots de dispu-ta e slots de dados
Fonte: [AZZ 97]
razão CS/DS variável
10
15
20
25
30
35
40
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2
carga (milhares de pacotes por segundo)
atra
so m
édio
de
aces
so (
ms)
alocação prioritária de minislot alocação prioritária de slot de dados
Figura 3.5 — Atraso médio de acesso versus carga, para proporções variáveis de slots de disputa e slots de dados
Fonte: [AZZ 97]
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No método variável, o head-end varia a proporção, baseado no tráfego. Aqui existem dois métodos para calcular a melhor proporção. O que dá prioridade para os slots de dados calcula o número de slots de dados necessários e transforma os restantes em slots de disputa. O outro método calcula o número de slots de disputa necessários e deixa os que sobraram como slots de dados. A (fig. 3.5) mostra o atraso médio de acesso para os dois métodos, usando um algoritmo de árvore ternária bloqueante para a resolu-ção de disputas. Os padrões de tráfego e condições da rede foram os mesmos usados na simulação anterior (fig. 3.4 e tab. 3.2). Nota-se claramente que os dois métodos saem-se melhor que o método de proporção fixa.
3.7. O protocolo MAC selecionado
Após a avaliação do desempenho conduzida por simulações, foi criado um consenso em torno da forma final do protocolo MAC, que combina várias característi-cas das quatorze propostas originais submetidas ao comitê. O acordo foi firmado com o documento IEEE 802.14-96-112R2.
As características principais do protocolo MAC especificado são a habilida-de de suportar transferência de células ATM e de pacotes de tamanho variável e manter, ao mesmo tempo, alta QoS. O canal de upstream é dividido no tempo em unidades bási-cas, chamadas minislots – a menor unidade de transmissão. Existem vários tipos de minislots. Suas funções são definidas pelo head-end e são conduzidos para cada estação através das mensagens de controle do downstream. Vários deles podem ser combinados para formar um único PDU70, célula ATM ou célula de tamanho variável. Não existem estruturas de quadro fixos. O canal de upstream é visto como um fluxo de minislots. O algoritmo de resolução de disputas é baseado no algoritmo de árvore ternária com per-sistência variável de entrada de novos pacotes.
A implementação da maioria dos algoritmos do head-end para a alocação de largura de banda e permissão de requisições ficará a cargo dos fabricantes. O endereça-mento das estações deve prover mecanismo para a distinção entre elas. Cada estação – além do endereço de 48 bits do MAC IEEE 802 – deve ter um identificador local de 14 bits.
O controle da largura de banda do canal upstream define o tipo e a estrutura dos minislots. O PDU do canal upstream também especifica o formato de dados de célu-las ATM ou células de tamanho variável em fragmentos de tamanho variável, para um transporte mais eficiente dos tipos de tráfego LLC71.
Os formatos de dados do downstream especificam o fluxo de dados como unidades de alocação de 6 bytes de comprimento. Fragmentos de tamanho variável e cé-lulas ATM podem ser enviados pela concatenação de várias células básicas. Definem também o formato das células de gerenciamento da largura de banda do canal down-stream transmitidas em células ATM. Cada uma delas pode carregar um certo número de elementos de informação: permissão, alocação – alocação de minislots de requisição – e resposta – resposta de requisição de minislots de disputa.
70 PDU — protocol data units.71 LLC — logical link control.
62
Descreve também o mecanismo de entrada e manutenção das estações em operação. Isto inclui ordenação, balanceamento, resolução de disputas, sincronização temporal, transmissão em fila e segmentação de mensagens. A encriptação e decriptação é feita com o algoritmo DES. As primitivas das interfaces das camadas PHY72 e TC73
são definidas no head-end e nas estações.
3.7.1.Formatos de dados
Os dados no upstream (fig. 3.6) são organizados em pequenas rajadas. O pa-drão DAVIC/DVB exige que estas rajadas tenham tamanho fixo, enquanto o padrão MCNS especifica rajadas de tamanho variável. Utiliza correção de erros Reed-Solomon. O padrão DAVIC/DVB utiliza uma célula ATM por rajada e 18 slots a cada 3 ms.
carga útil ATM gap cabeçalho ATMpreâmbulo gap preâmbulocarga útil ATM
Figura 3.6 — Estrutura do quadro de upstream
Devido às breves rajadas, o demodulador precisa de um sinal para delimitar as seqüências de dados – preâmbulo. Para isto, utiliza uma palavra de 16 ou 32 bits (unique word). Sem este mecanismo, o demodulador interpretaria ruídos como dados e estaria ocupado quando estes chegassem. Além disso, provê a ressincronização a cada rajada.
Os dados no downstream (fig. 3.7) são organizados de acordo com a especi-ficação MPEG TS (transport stream), que consiste de um bloco de dados de 188 ou 204 bytes de comprimento com um byte fixo de sincronização no início. O algoritmo de cor-reção de erros Reed-Solomon – corrige até 6 erros dentro dos 204 bytes – utiliza 16 bytes, deixando 187 bytes para o cabeçalho e a carga útil.
byte desincronização
carga útil MPEG cabeçalhoMPEG
byte desincronização
carga útil MPEG
Figura 3.7 — Estrutura do quadro de downstream
Aqui existe uma diferença nos vários padrões. Alguns permitem várias for-matações de dados dentro do MPEG TS. Para o padrão DVB/DAVIC, o quadro dentro do MPEG TS é simplesmente um fluxo de células ATM. Os dados podem ser endereça-dos a um único cable modem, a um grupo ou todos.
72 PHY — :Camada física do IEEE 802.1473 TC — transmission convergence sublayer: Subcamada da camada física (PHY) do IEEE 802.14
63
4. Comparação das tecnologias DSL e cable modem
A partir das resoluções do governo norte-americano ocorridas em 1996, as companhias telefônicas e as operadoras de TV a cabo passaram a competir pelos mes-mos segmentos de mercado de serviços interativos e fornecimento de largura de banda para transmissão de dados. Quem deve lucrar com esta competição é o usuário, devido à acirrada guerra de preços que deve surgir e aos serviços agregados que serão oferecidos em uma opção ou outra.
O tempo previsto para a implementação dos serviços não deverá ser o fator mais importante na decisão do usuário sobre qual serviço contratar. Em diversos países, tanto a tecnologia DSL como cable modem já estão disponíveis em algumas cidades. No Brasil, grande parte das companhias telefônicas e das operadoras de TV a cabo já es-tão com a infra-estrutura pronta.
Cada uma das tecnologias exibem algumas características boas e alguns pontos fracos. Sem o estabelecimento de alguns parâmetros e critérios, qualquer compa-ração torna-se subjetiva e pouco produtiva. Para o consumidor final – o teste crucial –, tanto faz o que está por trás da tecnologia. O que interessa a ele são os serviços ofereci-dos e o custo associado.
Os critérios mais importantes a serem levados em conta são:
largura de banda e banda efetiva disponibilizada;
escalabilidade;
serviços disponíveis;
segurança;
custos;
compatibilidade com o serviço telefônico ou serviços de transmissão de voz;
disponibilidade dos serviços;
confiabilidade;
mercado.
4.1. Largura de banda e banda efetiva disponibilizada
Um usuário de cable modem tem, no geral, uma largura de banda de 30 Mbit/s de downstream, compartilhada com cerca de 500 a 2.000 outros usuários. Para o upstream, a largura de banda disponível é de 2 Mbit/s, novamente compartilhada. Com um controle de tráfego adequado, é possível oferecer aplicações com pouca degradação, mas mesmo assim, a largura de banda não é dedicada. Estas velocidades representam ta-xas de pico, nas quais o usuário pode receber e transmitir dados, durante as fatias de tempo que o meio é alocado para ele. Não é possível que todos os assinantes possam fa-zer transferências de dados a estas taxas, simultaneamente. A largura de banda média efetiva disponibilizada para cada usuário depende da ocupação da rede – a largura de banda percebida é variável. Se um grande número de usuários tenta realizar uma trans-
64
missão simultaneamente, o serviço sofre deterioração – semelhante ao que ocorre em uma rede local.
Isto é dependente dos hábitos dos usuários, do período do dia e das aplica-ções que existem ou que surgirão no futuro. O sistema de TV a cabo sofre um pico de utilização a partir do final da tarde, quando as pessoas chegam em casa do trabalho e fica um pouco mais ocioso a partir do início da madrugada. A previsão é que isto ocorra também com o acesso à Internet, quando as pessoas estiverem mais acostumadas com conexões permanentes. Hoje em dia, os hábitos dos usuários que têm acesso discado de-pendem dos horários de tarifação diferenciados praticados pelas companhias telefôni-cas. Nos horários de pico, o sistema pode alocar canais menos congestionados para au-mentar o throughput, mas isto tem um limite. A adição de mais canais no espectro, além das especificações atuais, é tecnicamente possível, mas o custo é alto. Os amplificadores da rede HFC precisariam ser trocados ou modificados. Os modens também precisariam ser substituídos por outros com maior agilidade para realizar as mudanças de freqüênci-as necessárias para mudar de um canal para outro.
A tecnologia DSL oferece uma conexão ponto-a-ponto, não compartilhada. A largura de banda, entretanto, varia de acordo com a qualidade do cabeamento – par de fios de cobre – e da distância a partir da central telefônica. As taxas de transferência de downstream para o ADSL variam entre 1,5 e 8 Mbit/s, enquanto as taxas de upstream variam entre 16 e 640 kbit/s. O ADSL lite oferece velocidades de downstream de 64 kbit/s a 1,5 Mbit/s de upstream variando entre 32 e 512 kbit/s.
A conexão ADSL é dedicada a um único usuário, mas pode ocorrer conges-tionamento do DSLAM na central telefônica e nos troncos de acesso da rede telefônica. O upgrade destes é um procedimento de rotina para as companhias telefônicas – devido ao aumento na demanda de serviços de voz – e resolve também o problema para a trans-missão de dados.
Um estudo da revista americana Boardwatch, voltada para provedores de acesso, mostra que a variação de protocolos entre pontos de rede, roteadores e gateways faz com que a taxa disponibilizada por um backbone de 1.5 Mbit/s caia para 400 kbit/s quando chega ao provedor e chegue a míseros 90 kbit/s quando as informações são bus-cadas em outros servidores. “A promessa de velocidades superiores a 1 Mbit/s não faz sentido algum atualmente. Testes práticos de DSL mostram que mesmo backbones de 8 Mbit/s apresentam resultados similares às demais tecnologias de acesso”, avalia Peter Geier, gerente de marketing da Eicon Technology. Geier admite que as linhas DSL de-verão substituir as ISDN, porém a longo prazo. “DSL é coisa para daqui a, no mínimo, cinco anos. Até lá, os cable modens terão bastante tempo para se popularizar e, então, irão precisar de uma solução capaz de garantir alta velocidade de upload e, ao mesmo tempo, dar segurança à troca de dados via cabo. Aí está o futuro da tecnologia DSL”, afirma ele [PAV 99a].
Nos momentos em que a rede estiver pouco ocupada, com poucos usuários querendo transmitir, o cable modem oferece ao usuário a largura de banda máxima dis-ponível para a transmissão, que chega a ser maior que a largura de banda disponibiliza-da para o serviço ADSL. A partir do momento em que o cable modem começar a ser usado por uma parcela maior de assinantes, podem começar os problemas. A largura de
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banda compartilhada será um problema nos horários de pico de utilização da rede, pois vários usuário estarão competindo para a transmissão pelo canal upstream. Aqui, fica evidente a vantagem da conexão dedicada do ADSL.
Quanto ao canal de downstream, o problema não será mais o canal em si, mas a capacidade do head-end ou da central telefônica de transmitir os dados. A central telefônica (DSLAM) precisa, ainda, fazer o roteamento dos dados, ao contrário do head-end, que transmite os dados em broadcasting. Em ambos os casos, é aconselhável que os provedores de serviço mantenham um provedor de conteúdo próprio, além de servidores de cache (ou proxy) com os dados provenientes de fora da sua rede. Sem isto, correm o risco de que a conexão entre o head-end – ou a central telefônica – e o usuário não seja mais o gargalo da rede, mas sim o backbone.
Devido à própria natureza das aplicações, é plenamente satisfatória a contra-tação de um serviço assimétrico. No entanto, DSL leva vantagem por oferecer também serviços simétricos. Uma empresa que queira disponibilizar o seu servidor para os fun-cionários pode contratar um serviço DSL simétrico – RADSL ou SDSL, por exemplo – para garantir uma grande vazão de dados também no canal de upstream.
4.2. Escalabilidade
Para o suporte ao serviço de cable modem, as operadoras de TV a cabo de-vem ter toda a rede transformada para HFC. Para o provedor de serviços, isto representa um alto custo inicial. Além disso, uma pequena parcela da rede existente hoje em dia su-porta transmissão bidirecional. É necessária uma linha telefônica para a transmissão de dados (upstream), um custo a mais para o usuário.
Antes de oferecer o serviço DSL, a companhia telefônica faz alguns testes de qualificação do laço do assinante e determina se alguma modificação é necessária para condicionar a linha. Após esta etapa, basta mudar fisicamente o par telefônico do usuário do comutador telefônico para o DSLAM, dentro da própria central telefônica. No momento em que o número de usuários em uma zona geográfica atingir um determi-nado patamar, serão criados nós de acesso locais, para desafogar o cabeamento que en-tra na central telefônica. O cable modem, por sua vez, exige que o provedor de serviços já tenha toda a rede instalada e atualizada antes de comercializar o serviço.
A única exigência para a qualificação de um laço local é que não existam bobinas (loading coils) nem ramificações – “gatos” ou extensões – na linha. As bobinas agem como filtros passa-baixa, bloqueando as altas freqüências. As ramificações agem como derivações e capacitâncias parasitas, criando um filtro passa-banda.
4.3. Serviços
O protocolo IEEE 802.14 para o cable modem com conformação de tráfego pode suportar serviços CBR, VBR e ABR. Se os serviços ABR forem gerenciados pelo cable modem, as células RM provenientes de todos os cable modens ativos poderão congestionar o canal de upstream, que é compartilhado por todos os usuários.
Um problema crucial do cable modem para alguns usuários é não poder contar com um endereço IP estático ou serviços de resolução de nomes (DNS). Com
66
isto, fica muito difícil administrar qualquer tipo de servidor – web ou correio eletrônico, por exemplo – que use um endereço de domínio. Algumas operadoras bloqueiam tam-bém a porta 25, usada pelo protocolo SMTP, impedindo o recebimento de mensagens pelo correio eletrônico. Podem surgir, ainda, problemas com o envio de mensagens, pois o servidor recipiente pode recusar o recebimento de mensagens que tenham como rota reversa um endereço IP dinâmico ou um nome que não possa ser resolvido.
ADSL pode suportar serviços CBR, VBR e ABR. Para oferecer serviços de transmissão de sinais de televisão, está previsto um serviço no qual o usuário seleciona um canal de TV e este é transmitido – com compressão, basta uma largura de banda de 2 a 4 Mbit/s – através da conexão DSL. O número de canais oferecidos fica limitado so-mente pela capacidade do servidor instalado na central telefônica. Esta possibilidade di-minui o apelo das operadoras de TV a cabo, pois passam a ter concorrência também nos serviços de transmissão de programas de TV.
4.4. Segurança
Devido à natureza do cable modem, com meio compartilhado, este é mais vulnerável a usos impróprios, escutas e roubo de serviços. Os sinais de todos os modens trafegam sobre o mesmo canal de downstream, criando chances para a instalação de es-cutas ou “grampos”, exceto nos pontos onde o tráfego é feito em cabos de fibra óptica. O uso de encriptação e autenticação é vital. Recursos compartilhados, como acionadores de discos e impressoras sofrem também com este problema.
Como a conexão é ponto-a-ponto, escutas feitas a partir da conexão do usuá-rio não são possíveis. Para isso, seria necessário o conhecimento dos parâmetros estabe-lecidos durante a inicialização da conexão, a fim de tentar burlar a segurança a partir do DSLAM, localizado na central telefônica.
4.5. Custos
Apesar da complexidade dos módulos de segurança e do hardware extra exigido para o protocolo MAC e para o modulador e sintonizador de radiofreqüência, o custo de um cable modem gira ao redor de R$ 500.
Em São Paulo, o preço de instalação do @Jato – empresa da TV Abril – é de R$ 59, mais o custo com a mensalidade do serviço – cerca de R$ 69. O preço dos cable modens variam entre R$ 499 e R$ 591 [EMP 99]. O primeiro mês de assinatura é grátis. Esses preços, no entanto, são válidos apenas para os assinantes do serviço de TV a cabo da TVA [ACE 99]. Em São Paulo e Sorocaba, o Virtua – empresa da Globocabo/NET/RBS – custa ao usuário R$ 69 mensais (plano básico), só para o acesso à Internet, sem a TV a cabo.
A ImageTV – empresa do grupo Algar – oferece o serviço bidirecional. A lei que regulamenta os serviços de cabos diz que uma empresa de telefonia, pode alugar ca-pacidade via rede de tevê a cabo. A ImageTV aluga o meio para a CTBC Telecom, que, por sua vez, aluga para os provedores de Internet. A área de atuação compreende o Tri-ângulo Mineiro e parte de São Paulo, Goiás e Mato Grosso do Sul. A taxa de instalação é de R$ 100 e a mensalidade é de R$ 85. No caso de assinatura comercial, a mensalida-
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de sobe para R$ 195. Não é preciso comprar o cable modem, já que a empresa o fornece em regime de comodato. A TV Filme – empresa de Brasília – está oferecendo (com ex-clusividade para os assinantes de TV a cabo) o acesso através de MMDS e cabo. No momento, os preços praticados são R$ 299 (correspondente a instalação da placa cable modem) e a mensalidade de: R$ 79.
A arquitetura do sistema de TV a cabo não contém elementos de comutação na planta de distribuição e necessita apenas de conversores (ópticos → elétricos e elétri-cos → ópticos), amplificadores e distribuidores de potência. Do ponto de vista do prove-dor de serviços, isto representa um custo baixo para a implantação da rede. Os custos também mais baixos da manutenção da rede serão neutralizados pelos custos de altera-ção da infra-estrutura para HFC. Existe também o risco de que a demanda por serviços de banda larga não seja, em um primeiro momento, suficiente para dar um retorno econômico que compense o investimento de capital necessário para esta atualização.
O custo dos aparelhos individuais deve cair com a produção em larga escala e a competição. Os custos de atualização da rede telefônica devem ser absorvidos pela própria companhia telefônica, pois são necessários também para os serviços tradicionais baseados em tráfego de voz.
A mensalidade do Speedy – Telefônica/SP – custa R$ 50 (R$ 35, em promo-ção) por 256 kbit/s, ou R$ 120 por 516 kbit/s e R$ 410 por 2 Mbit/s [EMP 99] e [MAI 99]. A Telefônica cobra, ainda, taxa de instalação de R$ 200 e aluguel mensal de um modem ADSL, de R$ 14,80. Além disso, o usuário tem de pagar a mensalidade de um provedor de acesso. Os únicos provedores de serviços ADSL disponíveis no momento em São Paulo são do ZAZ e do Universo Online, ambos por R$ 68 mensais (ou R$ 35, com uma promoção de lançamento). No final, o custo mensal com o Speedy acaba sen-do de R$ 132,80.
4.6. Compatibilidade com o serviço telefônico ou serviços de transmissão de voz
A mesma rede de cabos que transportam sinais de vídeo e dados também pode suportar ligações telefônicas. As operadoras de TV a cabo vêm se preparando para oferecer serviços de telefonia assim que houver a abertura do mercado de telecomunica-ções, em 2002 [MAI 99]. Está previsto o oferecimento de serviços de telefonia no pro-tocolo MAC, mas sua funcionalidade está sujeita a falhas no fornecimento de energia elétrica, que normalmente não atingem a rede telefônica. Uma opção também é a modu-lação de voz na camada física.
O tráfego de voz é algo inerente à rede telefônica, não necessitando grandes adaptações. Além disso, mesmo que o serviço DSL esteja fora do ar e o modem esteja desligado, é possível realizar uma ligação telefônica normal, sem estar sujeito a proble-mas decorrentes de falhas no fornecimento de energia elétrica (POTS splitter). Prevendo serviços de transmissão de voz, existe também o serviço VoDSL74.
74 VoDSL — voice over DSL.
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4.7. Disponibilidade dos serviços
A Anatel divulgou recentemente as regras definitivas para o acesso a cabo. “O acesso será bidirecional, e as operadoras de TV a cabo terão de democratizar o uso de sua infra-estrutura com outros provedores de serviço”, afirma Luiz Queiroz, assessor de imprensa da Anatel. Uma operadora de TV a cabo só pode prover acesso à Internet criando uma subsidiária – como o @Jato, da TVA e o Virtua, da Globocabo –, e será obrigada a deixar outras empresas prover acesso via cabo. “E o preço cobrado por elas terá de ser o mesmo cobrado por outros provedores”, completa [VIR 99].
A decisão recente da Anatel tira de cena a exigência do uso da linha telefô-nica, já que o envio de dados (upstream) será feito também pelo cabo. Com esta resolu-ção, qualquer provedor pode entrar na rede de TV a cabo para oferecer serviços de con-teúdo. Segundo a Anatel, a operadora não pode obrigar o usuário de Internet a ser assi-nante de seus serviços de TV.
Figura 4.4 — Serviço cable modem no Brasil
O Virtua já é oferecido em São Paulo e Sorocaba. Em seguida, a Globocabo pretende oferecer o serviço nas cidades do Rio de Janeiro, Brasília, Belo Horizonte, Goiânia, Santos e Campinas. O @Jato, que já funciona oferecendo acesso unidirecional
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(downstream) à Internet pelos cabos da TVA em São Paulo, promete mudar o sistema para bidirecional aos poucos, de bairro em bairro. As próximas cidades a ter o @Jato se-rão Rio de Janeiro, Curitiba e Porto Alegre.
A Blumenau TV Cabo, de Santa Catarina, está implantando cable modem na região da cidade de Blumenau a partir de 2000. Ainda não existem definições com rela-ção a preços e modalidade do serviço (unidirecional ou bidirecional). A TV Filme – que abrange as cidades de Brasília, Goiânia, Belém e Campina Grande – já está oferecendo o serviço de cable modem unidirecional.
Figura 4.5 — Serviço ADSL no Brasil
A Telemar – que abrange os estados de Minas Gerais, Espírito Santo, Rio de Janeiro, Bahia, Sergipe, Alagoas, Pernambuco, Paraíba, Rio Grande do Norte, Piauí, Ce-ará, Maranhão, Pará, Amazonas, Amapá e Roraima – está implementando ISDN em al-guns estados – Minas Gerais, Bahia e Rio de Janeiro – com previsão inicial de comerci-alização a partir de fevereiro de 2000. Por enquanto, não existem projetos de implanta-ção de DSL nestes estados. Em Minas Gerais está prevista a implantação de ADSL para o 1.º semestre de 2000 e no Maranhão está prevista para o 2.º trimestre de 2000.
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A Tele Centro Sul – que abrange os estados do Acre, Rondônia, Mato Gros-so, Mato Grosso do Sul, Tocantins, Goiás, Paraná e Santa Catarina, além do Distrito Fe-deral e da região de Pelotas, no Rio Grande do Sul – está em fase de implantação de sua rede ATM nos estados de Goiás e Tocantins. Após a conclusão desta fase – prevista para o 1.º semestre de 2000 –, estudará a implantação de ADSL. Está prevista também a co-mercialização de serviços ADSL no Paraná no 1.º semestre de 2000.
A Telefônica de São Paulo está implantando o serviço ADSL e A CRT pre-tende oferecer serviços ADSL a partir do 1.º trimestre de 2000, no Rio Grande do Sul. Este prazo está ligado à conclusão da rede ATM da CRT.
4.8. Confiabilidade
Um problema em um cabo da rede óptica, decorrente de um acidente auto-mobilístico ou um fenômeno natural, atingem centenas de usuários. Um dispositivo que introduza ruído ou um cable modem defeituoso em um barramento compartilhado afeta também os outros usuários conectados à mesma linha. Cada usuário adicional conectado cria ruído no canal upstream.
Como a conexão ADSL é ponto-a-ponto, uma possível falha afeta apenas um usuário. Além disso, a largura de banda não sofre degradação com o aumento do nú-mero de usuários conectados. Novamente, DSL leva vantagem sobre o cable modem.
4.9. Mercado
No mundo todo, existem cerca de 180 milhões de pontos de TV a cabo. A tab. 4.1 mostra dados estatísticos dos Estados Unidos. A maior parte do cabeamento está velho, transmite em apenas uma direção e é constituído apenas de cabos coaxiais. Ape-nas 15 % das redes suportam altas velocidades e comunicação bidirecional [ANG 99]. Estima-se que 6 milhões de assinantes estejam sendo passados para redes HFC. Com exceção do Reino Unido e da Bélgica, este cenário é bem similar no resto do mundo [AZZ 97]. As redes de TV a cabo cobrem cerca de 92 % das regiões urbanas dos Esta-dos Unidos, nas quais 63 % das residências usam o serviço de TV a cabo. Dessas, 50 % têm pelo menos um computador.
A NET da cidade de São Paulo, por exemplo, é a maior operadora de TV a cabo do país e uma das maiores do mundo. A sua rede de cabos tem, aproximadamente, 8.000 km de extensão, abrangendo 84 bairros e cerca de 2.200.000 residências [VIR 99a].
Tabela 4.1 — Rede de TV a cabo nos Estados Unidos
Casas atingidas pela rede 91 milhões de casas (98 % dos aparelhos de TV)Casas servidas pela rede 56 milhões de casas (61 % dos aparelhos de TV)Crescimento/penetração 5 % ao ano
Assinantes conectados com 30 a 54 canais 60 % dos assinantesTaxa de instalação de fibra óptica 160 km/h
Mensalidade média US$ 30Rendimento da indústria de TV a cabo US$ 23 bilhões por ano
Rendimento com propaganda US$ 3,5 bilhões por anoFonte: [AZZ 97]
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Estes números representam apenas assinantes residenciais, pois grande parte das áreas comerciais das cidades não possuem cabeamento. Ao final de 1998, existiam cerca de 500.000 a 700.000 assinantes de cable modem nos Estados Unidos [ANG 99]. No momento, cable modem tem uma maior penetração no mercado residencial e as companhias de TV a cabo estão lidando com questões que ainda impedem que esta tec-nologia seja vista como uma ferramenta de valor pelo mercado corporativo. As compa-nhias telefônicas, por sua vez, possuem um melhor serviço de atendimento ao usuário, maior disponibilidade em zonas comerciais e uma melhor reputação junto aos usuários.
Carol Mann – diretora da área de cabo e satélite no The Strategis Group –prevê que o número aproximado de assinantes residenciais de serviços telefônicos via cabo seja de 50 mil ainda em 1999 e de aproximadamente 11 milhões até 2005. Já os usuários de cable modem passarão dos atuais um milhão para mais de 8 milhões em 2003, de acordo com a pesquisa. Especificamente sobre tráfego de dados, o The Strate-gis Group diz que as operadoras terão maior demanda por cabo do que por outras tecno-logias de acesso rápido à Internet, como o DSL. Assim, a participação de mercado dos serviços de conexão via cabo será de 68 % contra 30 % de DSL por volta de 2003 [PAV 99].
O ITU estima que existem cerca de 700 milhões de linhas telefônicas ao re-dor do mundo, 70 % das quais conectadas à residências. O restante são linhas comerci-ais e linhas privativas. Até o ano 2001, projeta-se que este número atinja 900 milhões de linhas. Nos Estados Unidos, aproximadamente 80 % destas linhas são capazes de operar com ADSL à taxas de transferência de 1,5 Mbit/s e 50 % podem suportar 6 Mbit/s ou mais [AZZ 97]. Com o uso de modens RADSL, pode-se virtualmente atingir todo este mercado, com velocidades a partir de 1,5 Mbit/s. Quanto a quantidade de usuários atin-gir um certo número, justificando a criação de um nó de acesso, o acesso será realocado, reduzindo as distâncias e aumentando o desempenho.
Segundo números do instituto de pesquisas Dataquest, a demanda dos usuá-rios de Internet por conexões de alta velocidade deverá elevar a venda mundial de equi-pamentos com tecnologia DSL de 350 mil unidades em 1998 para 9,8 milhões de unida-des em 2003, sendo a maior parte dos equipamentos vendida no mercado norte-america-no. Segundo Kathie Hackler, analista da Dataquest, “no início, as tecnologias DSL esta-vam sendo prioritariamente vendidas como ferramenta de trabalho para funcionários re-motos e para pequenas e médias empresas. O cable modem vem sendo mais direcionado para aplicações residenciais. Acreditamos que nos próximos cinco anos as duas tecnolo-gias farão muito sucesso”. Outro fator que irá incrementar a utilização do DSL no mer-cado global é a necessidade das operadoras de telecomunicações de competir com as operadoras de TV a cabo para acesso à Internet banda larga. Segundo dados da própria Dataquest, em 1998 foram vendidos 2,4 cable modems para cada dispositivo DSL [AMA 99].
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CONCLUSÃO
Vídeo sob demanda, transmissões de grandes quantidades de dados em pou-co tempo, videoconferência, serão, em breve uma realidade agradável. Hoje em dia, a demora para o download de dados é muito grande, inviabilizando a maioria destes servi-ços. A partir da instalação destas tecnologias, as possibilidades oferecidas aos usuários em termos de aplicações e serviços será muito grande.
Ambas as tecnologias de acesso representam um grande salto, quando com-paradas com as tecnologias de acesso disponíveis nos dias de hoje. ISDN é uma tecno-logia que não decolou como o previsto e já está sendo abandonada em alguns países. A transmissão de dados pelo canal de voz já está completamente saturada e não tem mais como evoluir.
Sem dúvida, cable modem e DSL deverão abocanhar grandes fatias de mer-cado. Ainda que o sistema telefônico tenha uma área de cobertura maior que a rede de TV a cabo, as duas redes têm uma abrangência muito grande, principalmente nas capi-tais e nos centros urbanos.
O cable modem perde, entretanto, nas áreas comerciais das cidades, pois o cabeamento está mais concentrado nas zonas residenciais. Além dos problemas de IP di-nâmico, resolução de nomes (DNS) e oferecimento apenas de conexão assimétrica, este fato representa um grande obstáculo para que o cable modem seja visto como uma alter-nativa pelo mercado corporativo. Devem-se buscar alternativas para resolver estes deta-lhes, se as operadoras de TV a cabo quiserem competir com as companhias telefônicas e seus serviços DSL.
Em um primeiro momento, com um número ainda restrito de usuários, o cable modem levará vantagem em relação ao serviço ADSL, devido às suas taxas de transferência de pico maiores. À medida que o número de usuários crescer, poderão ha-ver sérios problemas de congestionamento e uma migração dos usuários para os servi-ços DSL.
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GLOSSÁRIO
1. 100Base-T — Padrão de rede (IEEE 802.3u) também conheci-do como Fast Ethernet que suporta taxas de transferência de até 100 Mbit/s. Suporta diferentes tipos de cabeamento: par trança-do de 4 e 8 fios e cabos de fibra óptica.
2. 10Base-T — Padrão de rede semelhante ao 100Base-T e que suporta taxas de transferência de até 10 Mbit/s e utiliza métodos de transmissão em banda base. Baseado na especificação IEEE 802.3.
3. 2B1Q — two-binary, one-quaternary: Técnica de codificação de linha que comprime dois bits binários de dados em um único estado de quatro níveis.
4. ABR — available bit rate: Taxa de bit disponível, que oferece uma capacidade mínima garantida e permite que os dados sejam transmitidos em rajadas quando a rede estiver livre.
5. AMI — alternate mark inversion: Codificação de linha usada em circuitos T1 e E1. Os zeros são representados por “01” e os uns são representados alienadamente por “11” e “00”. Algumas vezes, é chamado de binary coded alternate mark inversion.
6. AN — access node: Uma conexão ou ponto de comutação na rede. Executa também vários tipos de conversão de protocolos.
7. Anatel — Agência Nacional de Telecomunicações: Criada pela Lei n.º 9.472, de 16/07/97, tem por finalidade promover o de-senvolvimento das telecomunicações do país, de modo a dotá-lo de uma moderna e eficiente infra-estrutura de telecomunicações, capaz de oferecer serviços adequados, diversificados e a preços justos, em todo o território nacional.
8. ANSI — American National Standards Institute: Fundado em 1918, é uma organização voluntária composta por mais de 1.300 membros que criam padrões para uma vasta gama de áreas téc-nicas, desde especificações elétricas até protocolos de comuni-cação.
9. ATM — asynchronous transfer mode: Tecnologia de rede base-ada na transferência assíncrona de dados através de células ou pacotes de tamanho fixo. Suporta taxas de transferência de 25 a 622 Mbit/s.
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10. ATU-R — ATU-remote: Equipamento colocado nas dependên-cias do usuário que suporta serviços DSL. Esta denominação está sendo substituída por CPE (customer premises equipment).
11. AWG — American wire gauge: Especificação do diâmetro do fio. Quanto menor o número AWG, maior o diâmetro e, con-seqüentemente, menor a impedância.
12. Backbone — Barramento ou tronco principal que conecta os nós.
13. Bellcore — Organização de pesquisa formada após a cisão da AT&T.
14. Broadcast — Transmissão simultânea da mesma mensagem para múltiplos (todos) receptores conectados em uma rede.
15. Browser — Programa cliente de visualização ou de apresenta-ção, utilizado para localizar e exibir páginas web. Geralmente opera em modo gráfico e pode oferecer recursos multimídia (áu-dio e vídeo).
16. CAP — carrierless amplitude & phase modulation: Tecnologia de transmissão que recebe e transmite sinais modulados em duas bandas largas e que usa técnicas de modulação passa-ban-da.
17. CATV — community access television ou cable television: Sis-tema de comunicação que simultaneamente distribui vários ca-nais de televisão diferentes para diferentes usuários através de uma rede de cabos coaxiais ou uma rede HFC.
18. CBR — constant bit rate: Taxa de bit constante, na qual os da-dos são transmitidos com uma cadência fixa.
19. CLEC — competitive local exchange carrier ou competitive local exchange company: Companhia telefônica que compete com uma ILEC, oferecendo serviços de telecomunicação. Ex-pandiram-se muito após as mudanças no sistema de telecomuni-cações norte-americano acontecidas em 1996.
20. DACS — digital access & cross-connect system: Dispositivo que permite que canais DS0 sejam individualmente roteados e reconfigurados.
21. DHCP — dynamic host configuration protocol: Protocolo que designa endereços IP dinâmicos a dispositivos da rede. Este en-dereço pode mudar a cada vez que o dispositivo é conectado à rede ou mesmo durante a conexão. Usado muito em acesso dis-cado.
22. DLC — data link control: O nível 2 do modelo de referência OSI. O endereço DLC identifica univocamente um dispositivo conectado à rede. Em redes Ethernet também é conhecido como endereço MAC.
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23. DLC — digital loop carrier: Estrutura de telecomunicações que conecta usuários finais distantes até 3,5 km da central telefôni-ca.
24. DMT — discrete multi-tone modulation: Esquema de modula-ção que divide discretamente as freqüências disponíveis em 256 subcanais para evitar as perdas dos sinais de alta freqüência cau-sadas por ruído nos fios de cobre. Padronizado pelo ANSI T1E1.4.
25. DNS — domain name system ou domain name service: Serviço que traduz nomes de domínio em endereços IP.
26. Downstream — Direção de transmissão da central telefônica para o usuário.
27. DS0 — digital signal 0: Representação digital da voz a 64 kbit/s.
28. DSS — digital satellite system: Rede de satélites que transmite dados digitais, inclusive canais de televisão.
29. DWDM — dense wavelength division multiplexing: Tecnologia óptica usada para aumentar a largura de banda sobre backbones de fibra óptica. Combina e transmite múltiplos sinais simultane-amente em diferentes comprimentos de onda, sobre uma mesma fibra óptica. Com o uso desta tecnologia, é possível atingir taxas de transmissão de até 400 Gbit/s.
30. DWMT — discrete wavelet multi-tone: Uma variante da modu-lação DMT e que está situada um nível acima em complexidade e desempenho, pois oferece maior isolamento entre os subca-nais.
31. E1 — Similar ao T1 norte-americano, é o formato europeu para transmissão digital. Transmite sinais a 2,048 Mbit/s (32 canais de 64 kbit/s).
32. E3 — Similar ao T3 norte-americano, é o formato europeu para transmissão digital. Transmite sinais a 34,368 Mbit/s.
33. Ethernet — Protocolo de rede local desenvolvido pela Xerox Corp. em cooperação com a DEC e Intel em 1976. Utiliza uma topologia em barramento ou estrela e suporta taxas de transfe-rência de 10 e 100 Mbit/s. Serviu de base para o padrão IEEE 802.3.
34. ETSI — European Telecom Standards Institute. Consórcio de fabricantes, provedores de serviços de transporte e outros res-ponsáveis por estabelecer padrões técnicos para a indústria de telecomunicações européia.
35. FDM — frequency division multiplexing: Técnica de multiple-xação que usa diferentes freqüências para combinar múltiplos fluxos de dados para a transmissão em um meio.
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36. Frame Relay — Protocolo de comutação de pacotes com tama-nho variável para a conexão de dispositivos em uma WAN. Su-porta taxas de transferência T1 e T3.
37. Framing — Separação do fluxo de dados em quadros (frames).
38. FTP — file transfer protocol: Protocolo usado para a transfe-rência de arquivos.
39. GSM — global system for mobile communications: Sistema de telefonia celular digital. Usa uma TDMA de banda estreita, que permite até oito conexões simultâneas na mesma radiofreqüên-cia. Introduzido em 1991, ao final de 1997 já estava disponível em mais de cem países e tornou-se o padrão de facto na Europa e Ásia.
40. HFC — hybrid fiber coax: Rede de transmissão de dados híbri-da, que utiliza fibra óptica e cabos coaxiais.
41. HTML — hypertext markup language: Linguagem de formata-ção de documentos que suporta ligações entre documentos, grá-ficos e arquivos multimídia.
42. HTTP — hypertext transfer protocol: Protocolo de suporte da world wide web, define como as mensagens são formatadas e transmitidas, bem como as ações executadas pelos servidores e browsers. Está atualmente na versão 1.1.
43. Hub — Ponto de conexão comum para dispositivos da rede, usado para interconectar segmentos de uma rede local. Os paco-tes que chegam em uma porta são replicados nas outras portas (broadcast). Alguns modelos, chamados gerenciáveis ou inteli-gentes, permitem a monitoração do tráfego e a configuração das portas. Um terceiro tipo, chamado switching hub também reali-za funções de roteamento.
44. IEEE — Institute of Electrical and Electronics Engineers: Fun-dado em 1884, é uma organização composta por engenheiros, cientistas e estudantes. Desenvolve padrões para a indústria ele-trônica e de computadores.
45. ILEC — incumbent local exchange carrier: Antigas operadoras e centrais telefônicas. Antes das mudanças nas telecomunica-ções norte-americanas, eram chamadas LEC (local exchange carrier).
46. IP — internet protocol: Estabelece o formato dos pacotes (data-gramas) e o esquema de endereçamento. Normalmente é combi-nado com o protocolo TCP. A versão IPv4 é a mais usada atual-mente e, num futuro próximo, deverá estar mais difundida a ver-são IPv6.
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47. ISDN — integrated services digital network: Padrão de comu-nicação para a transmissão de voz, vídeo e dados sobre as linhas telefônicas com velocidades de até 128 kbit/s.
48. ISO — International Standards Organization: Organização fun-dada em 1946, cujos membros são as organizações de padrões nacionais de 89 países.
49. ISP — Internet service provider: Companhia que oferece aces-so à Internet, através de um nome de usuário (username), uma senha e um número de telefone para acesso discado. Também chamadas de IAP (Internet access providers).
50. ITU — International Telecommunication Union: Fundada em 1865, tornou-se uma agência das Nações Unidas em 1947. Res-ponsável pela adoção de tratados, regulamentações e padrões in-ternacionais a respeito de telecomunicações. A partir de 1992 assumiu também as funções do CCITT (Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique).
51. Jitter — Distorção de um sinal ou imagem causada por proble-mas de sincronização.
52. LAN — local area network: Rede de computadores que cobre uma área relativamente pequena.
53. Loop local — Laço local. Termo genérico para a conexão entre o usuário e a central telefônica, composta por um par de fios de cobre.
54. MAC — media-specific access control: Protocolo para o con-trole de acesso à camada de enlace.
55. MCNS — multimedia cable network system: Padrão para trans-missão de dados sobre rede de TV a cabo.
56. MPEG — Moving Picture Experts Group: Grupo de trabalho da ISO que estabelece padrões de compressão de áudio e vídeo digital. Consegue altas taxas de compressão (com perdas) por armazenar informações referentes às mudanças entre os qua-dros, ao invés de armazenar um por um todos os quadros de imagem. Atualmente, existem os padrões MPEG-1 – utilizado em Vídeo CD e transmissão de TV via satélite – e MPEG-2 – utilizado em certos formatos de áudio e em DVD (digital ver-satile disc). Está em desenvolvimento atualmente o padrão MPEG-4.
57. Multicast — Transmissão simultânea da mesma mensagem para múltiplos receptores. Diferente de broadcast, onde a mensagem é recebida por todos conectados à rede, em multicast somente um grupo selecionado recebe a mensagem.
58. NEXT — near end cross-talk: Tipo de cross-talk no qual a in-terferência viaja na direção contrária do sinal transmitido.
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59. OC — optical carrier: Usada para especificar a velocidade de redes de fibra óptica conforme a padronização SONET. OC-1: 51,84 Mbit/s; OC-3: 155,52 Mbit/s.
60. OSI — Open Systems Interconnection: Modelo de protocolos de comunicação de dados aceito internacionalmente e desenvol-vido pelo ITU.
61. PCI — peripheral component interconnect: Padrão de barra-mento desenvolvido pela Intel Corp. Consiste de um barramento de 64 ou 32 bits com freqüências de relógio de 33 ou 66 MHz e que pode conectar até 10 placas de expansão. Substituiu o barra-mento ISA (industry standard architecture).
62. PnP — plug-and-play: Habilidade de um sistema computacio-nal de configurar automaticamente placas de expansão e outros periféricos conectados a ele. Desenvolvido originalmente pela Microsoft.
63. POTS — plain old telephone service: Serviço telefônico con-vencional usado na maioria dos usuários, em contraste com li-nhas de comunicação digitais. Geralmente restrito a velocidades da ordem de 52 kbit/s, também é chamada de PSTN.
64. PSTN — public switched telephone network: Rede internacio-nal de telefonia baseada em fios de cobre que transportam sinais de voz analógicos. Também chamada de POTS.
65. QAM — quadrature amplitude modulation: Processo usado em modens, no qual mais de uma portadora digital ocupa a mesma largura de banda.
66. QoS — quality of service: Especifica um nível de serviço com throughput, perdas de células e atrasos determinados. Uma das maiores vantagens de ATM sobre outras tecnologias como Fra-me Relay e Fast Ethernet.
67. RBOC — Regional Bell Operating Company: Uma das sete companhias telefônicas resultantes da cisão da AT&T em 1984: Ameritech, Bell Atlantic, Bell South, NYNEX, Pacific Bell, Southwestern Bell e US WEST.
68. RM — resource management: Célula de controle, que é enviada pelo mesmo caminho no qual viajam as células que contêm da-dos, mas que é diferenciada pelos comutadores ao longo do ca-minho. Ao chegar em seu destino, é examinada, atualizada e en-viada de volta ao remetente.
69. SMTP — simple mail transfer protocol: Protocolo para envio de mensagens de correio eletrônico entre servidores ou entre um servidor e um cliente.
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70. SNMP — simple network management protocol: Protocolo para gerenciamento remoto de redes e dispositivos, desenvolvido na década de 80.
71. SONET — synchronous optical network: Padrão para conexão de sistemas através de fibra óptica. Proposta pela Bellcore em meados da década de 80 e atualmente padronizado pelo ANSI. Define uma hierarquia de taxas de transferência que variam de 51,84 Mbit/s até 2,488 Gbit/s. O equivalente europeu da SO-NET, padronizada pelo ITU, é a SDH.
72. STS-1 — synchronous transport signal 1: Taxa de transmissão padrão da SONET/SDH de 51,84 Mbit/s.
73. STS-3 — synchronous transport signal 3: Taxa de transmissão da SONET/SDH de 155,52 Mbit/s.
74. T1 — Conexão telefônica dedicada para transmissão digital a 1,544 Mbit/s. Consiste de 24 canais individuais de 64 kbit/s. Também chamada de DS1, é equivalente à E1 da hierarquia di-gital européia.
75. T3 — Conexão telefônica dedicada para transmissão digital a 44,736 Mbit/s. Consiste de 672 canais individuais de 64 kbit/s. Também chamada de DS3, é equivalente à E3 da hierarquia di-gital européia.
76. TDM — time division multiplexing: Tipo de multiplexação que combina fluxos de dados pela designação de diferentes janelas temporais (time slots) para cada um.
77. Transceiver — transmitter-receiver: Dispositivo que recebe e transmite dados digitais ou analógicos.
78. UAWG — Universal ADSL Working Group: Grupo de fabrican-tes que apóia o desenvolvimento de um padrão mundial para o G.lite dentro do grupo 15 do ITU.
79. Upstream — Direção de transmissão do usuário para a central telefônica
80. USB — universal serial bus: Padrão de barramento e interface desenvolvido conjuntamente pela Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC and Northern Telecom. Trabalha com taxas de transferência de 12 Mbit/s e uma única porta USB pode conec-tar até 127 periféricos. Suporta plug-and-play e trocas de com-ponentes com o sistema em funcionamento (hot plugging).
81. V.35 — Padrão ITU para troca de dados síncronos em altas ve-locidades. Nos Estados Unidos, é a interface padrão usada pela maioria dos roteadores.
82. VBR — variable bit rate: Taxa de bit variável, que oferece uma certo throughput e na qual os dados não são transmitidos com
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um fluxo regular. Usada em transmissão de voz e videoconfe-rência.
83. WAN — wide area network: Rede de computadores que cobre uma área geográfica relativamente grande. Consiste, normal-mente, de duas ou mais redes locais (LAN) conectadas através de uma rede pública – sistema telefônico –, linhas privativas ou enlaces por satélite. A Internet em si pode ser considerada uma WAN.
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