A Rede Telefônica Pública Comutada

A Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC) é uma rede de comunicação (analógica ou digital), com acessos analógicos pelo assinante. Destina-se, basicamente, ao serviço de telefonia, oferecendo suporte à comunicação de dados na faixa de voz (entre 300Hz e 3400Hz).

Trata-se de uma estrutura de comunicação complexa e de grande capilaridade. É composta pela rede de longa distância (centrais interurbanas e internacionais) e os respectivos entroncamentos, rede local (composta pelas centrais locais e entroncamentos urbanos) e o enlace de assinante, constituído pelos terminais e linhas de assinante.

Breve Histórico

O objetivo original da rede telefônica comutada era a comunicação de voz entre dois pontos. Inicialmente ligavam-se dois telefones, mas com mais telefones instalados, foi necessário encontrar uma maneira de efetuar sua interligação. Como hipótese, surgiu uma opção de ligar cada telefone a cada um dos outros telefones na rede. Mas esta solução seria um desperdício de fiação, sem considerar os enormes custos associados.

Surgiram então as primeiras centrais telefônicas manuais, onde todas as ligações entre os telefones dos assinantes eram feitas pelas telefonistas. Esse processo tinha como desvantagem demora na conexão, pois dependia da habilidade da operadora além de ser possível à operadora ouvir a comunicação, perdendo-se assim a privacidade, uma das virtudes pelas quais o telefone tinha sido inventado.

Com o objetivo de solucionar esses problemas, surgiu em 1891 a primeira central telefônica de comutação automática, constituída por dois elementos básicos:

Um disco com dez dígitos instalado no telefone do assinante, gerando pulsos de corrente que representam os dígitos de zero a nove, o que permitia à central determinar o telefone para o qual se pretendia ligar;

Um comutador existente na central, onde um braço rotativo se movia num arco semicircular com dez contatos, cada um ligado a uma linha ou a outro comutador, sendo o braço controlado pelos impulsos de corrente enviados pelo aparelho do assinante.

Este tipo de central telefônica foi de aplicação generalizada até a década de 1970. A partir dessa época começam a surgir sistemas com dispositivos de comutação eletrônicos e, nos anos de 1980, a comutação passa a ser executada por centrais totalmente digitais, em que os computadores substituíram os mecanismos eletromecânicos.

Meios de Comunicação

As redes públicas de telecomunicações utilizam uma variedade de meios guiados e não guiados para os sistemas de transmissão. Os fios de cobre ainda são largamente utilizados na ligação entre a central telefônica e os terminais de assinantes. Para ligações entre sistemas de longa distância interligando centrais telefônicas (urbanas e interurbanas) até a implantação de novos serviços de comunicações, por exemplo, para as Redes Digitais de Serviços Integrados (RDSI), os cabos metálicos foram substituídos por cabos de fibras ópticas.

Uma das aplicações pioneiras das fibras ópticas em sistemas de comunicação corresponde aos sistemas tronco, interligando centrais de tráfego interurbano. Esses sistemas tronco exigem meios de transmissão (em geral, digitais) de grande capacidade, envolvendo distâncias que vão, tipicamente, desde algumas dezenas até centenas de quilômetros e, eventualmente, entre países com dimensões continentais, até milhares de quilômetros. As fibras ópticas, com suas características de grande banda passante e baixa atenuação, atendem perfeitamente a esses requisitos de transmissão.

Posteriormente, a utilização de sistemas de digitalização de voz mais eficientes veio permitir o tratamento e comutação por computadores, obtendo-se assim uma maior qualidade e rapidez no estabelecimento das comunicações.

Classificação das Redes Telefônicas

As redes telefônicas podem ser classificadas, quanto à hierarquia, em redes interurbanas e redes locais. As redes locais dividem em redes de assinantes (que ligam os assinantes às centrais telefônicas) e redes de entroncamentos (que interligam as estações locais). As redes de assinantes por sua vez, podem ser classificadas em redes de alimentação (redes primárias), redes de distribuição (redes secundárias) e redes internas (redes terciárias).

Quanto ao método de comutação, as redes podem utilizar a comutação de circuitos ou de pacotes. A comutação de circuitos utiliza uma técnica de alocação do meio onde todos os recursos necessários em todos os subsistemas de telecomunicação que conectam origem e destino, são reservados durante todo o tempo de duração da conexão. É o tipo de comutação tradicionalmente utilizado em sistemas com alto índice de utilização como o sistema de telefonia.

Já a comutação de pacotes é projetada para sistemas com fator de utilização baixo, onde os recursos são utilizados apenas por pequenos espaços de tempo. Atualmente é muito utilizada para a comunicação entre computadores, incluindo a transmissão de voz e imagem.

A Central Telefônica

Representa o subsistema mais importante da rede de telefonia. As centrais telefônicas têm como funções principais gerência, distribuição, concentração, interligação e tarifação das chamadas produzidas pelos assinantes. É o elemento responsável pela comutação de sinais entre os assinantes de uma rede.

As centrais telefônicas sofreram uma evolução tecnológica considerável nos últimos anos, evoluindo das centrais totalmente eletromecânicas da década de 1960, passando pelos dispositivos de comutação semi-eletrônica na década de 1970, na qual as funções lógicas de comando e controle são executadas por dispositivos eletrônicos e a conexão permanece eletromecânica e, finalmente, nos anos de 1980, tivemos o surgimento das centrais de comutação totalmente eletrônicas, na qual as funções lógicas de comando, controle e conexão são executadas por dispositivos eletrônicos. Essas centrais utilizam computadores e são conhecidas como Centrais de Programa Armazenado (CPA’s).

O controle por programa armazenado utilizado nas centrais atuais apresenta uma série de vantagens sobre os sistemas eletromecânicos anteriormente utilizados:

Flexibilidade: O programa permite alterações e reconfigurações na central sem que ela tenha que ser desligada. Essa operação pode ser realizada localmente ou remotamente;

Facilidades para os assinantes: A CPA permite um grande número de facilidades para os assinantes como discagem abreviada, identificação de chamadas, restrição de chamadas, siga-me, etc;

Facilidades administrativas: Facilidades operacionais como mudanças de roteamento, produção de relatórios e estatísticas detalhadas, controle mais eficiente das facilidades de assinantes etc;

Velocidade de estabelecimento de ligação: Por utilizarem dispositivos eletrônicos, a velocidade de conexão é muito alta (da ordem de 250m s);

Economia de espaço: As CPA’s têm dimensões reduzidas em comparação com as antigas centrais eletromecânicas;

Facilidades de manutenção: Menor índice de falhas uma vez que não possuem peças móveis;

Qualidade de conexão: Todo o processo de comutação é digital, não sendo produzidos ruídos de comutação mecânica que afetam a qualidade da conexão;

Custo: Com um índice de manutenção mais baixo, uma maior eficiência em termos de serviços, as centrais de programa armazenado oferecem uma ótima relação custo / benefício;

Tempo de instalação: Tempo menor de instalação ou ampliação em relação às centrais eletromecânicas.

Quanto à aplicação, a central telefônica pode ser classificada em pública ou privada. As centrais privadas são utilizadas em empresas e outros setores nos quais existe uma demanda de alto tráfego de voz. Os aparelhos telefônicos ligados a uma central privada são chamados de ramais, enquanto os enlaces com a central pública local são chamados troncos.

As centrais públicas por sua vez são classificadas de acordo com a abrangência e os tipos de ligações que efetuam:

Central Local – Ponto de chegada das linhas de assinantes e onde se faz a comutação local;

Central Tandem – Interliga centrais locais ou interurbanas;

Central Trânsito – Interliga dois ou mais sistemas locais, interurbanos ou mesmo internacionalmente.

Os níveis hierárquicos entre as centrais da rede pública de telefonia são chamados classes:

Central Trânsito classe I – Representa o nível mais elevado da rede interurbana. Essa central tem pelo menos acesso a uma central internacional;

Central Trânsito classe II – Central trânsito interurbana, subordinada a uma central classe I;

Central Trânsito classe III – Central trânsito interurbana, subordinada a uma central classe II;

Central Trânsito classe IV – Central trânsito interurbana, subordinada a uma central classe III e interligada a centrais locais.

Funções da Central Telefônica

As funções principais das centrais telefônicas continuam basicamente as mesmas desde sua invenção no século XIX:

Atendimento – O sistema executa a monitoração de todas as linhas para identificar pedidos de chamada. O atendimento implica na disponibilização de recursos para o estabelecimento da chamada;

Recepção da informação – Além dos sinais de solicitação e término da chamada, a central recebe informações como endereço da linha chamada e serviços de valor adicionado;

Processamento da informação – O sistema processa as informações recebidas para definir as ações a serem tomadas;

Teste de ocupado – O sistema faz teste para verificar a disponibilidade do circuito de saída requerido;

Interconexão – Para uma chamada entre dois usuários, três conexões são realizadas na seguinte seqüência:

o Ligação para o terminal que originou a chamada;

o Ligação com o terminal chamado;

o Conexão entre os dois terminais;

Alerta – Depois de realizada a conexão, o sistema alerta o assinante chamado, enviando um tom característico para o assinante que chama;

Supervisão de chamada – Ocorre durante todo o tempo para tarifação e determinação do instante em que o circuito deve ser desconectado;

Envio de informação – Ocorre sempre que o assinante está conectado em outra central. A central de origem deve enviar informações para serem processadas pela central de destino.

Estrutura da Rede de Telefonia Fixa

A rede telefonia fixa é definida como uma rede pública comutada de telecomunicações que serve de suporte à transferência entre pontos terminais da rede em locais fixos, de voz e de informação de áudio com largura de banda de 3,1kHz (300Hz – 3400Hz) como suporte para o serviço fixo de telefonia, as comunicações fac-símile do grupo III, de acordo com as recomendações ITU-T e a transmissão de dados na faixa de voz, através de modems com taxas de transmissão de, pelo menos, 2400bps, de acordo com as recomendações ITU-T série V.

As centrais telefônicas digitais diferem das redes de computadores basicamente na técnica de comutação utilizada. Como mencionado anteriormente, as centrais utilizam a modalidade de comutação de circuitos, com uma taxa de transmissão de 64Kbps e utilizam uma topologia em estrela, com os elementos de comutação localizados no centro da estrela.

A fase de estabelecimento da ligação é a parte mais importante e complexa do processo de estabelecimento de uma chamada. Em tais sistemas, as chamadas são conduzidas de um computador ou terminal para outro, através de diversos centros de comutação. A interconexão de um computador ou terminal a outro pode ser estabelecida através de diversas centrais, podendo haver trajetórias alternativas para a transmissão dos dados. Dessa maneira, pode ser estabelecida uma rota completamente diferente entre um mesmo terminal e um computador em duas chamadas seqüenciais.

A comutação de circuitos na rede pública de telecomunicações requer ainda um certo tempo para o estabelecimento da conexão, o que retarda a transmissão por um período de tempo relativamente longo em alguns casos, se comparado com os espaços de tempo requeridos para os serviços de comunicação de dados.

Uma outra desvantagem que a comutação de circuitos possui provem do fato de que, não podendo ser estabelecida antecipadamente a linha física que irá ser utilizada, não há meios de equalizá-la a fim de garantir uma transmissão mais confiável. Por esta razão, a transmissão de dados neste tipo de rede é efetivada somente com taxas de transmissão mais baixas.

Sinalização

A sinalização é responsável pela transferência de informação de controle entre a rede de comutação (centrais telefônicas) e os assinantes, sendo responsável pelo estabelecimento, manutenção e desconexão das ligações.

Por exemplo, a sinalização entre a central telefônica e o assinante indica se o assinante pode enviar o número para quem quer ligar (sinal de linha), se o número para o qual se quer ligar está ocupado (sinal de ocupado), se o número para o qual se quer ligar está disponível e está à espera de ser atendido (sinal de chamada) entre outros sinais.

A sinalização tem como funções gerais:

Alerta – o toque de chamada no telefone do assinante, ou o levantar do telefone do gancho por parte de um assinante, geram sinais de alerta.

Endereçamento – o número de telefone do destinatário deve ser transmitido pelo assinante de origem. O número telefônico do destinatário pode ser transmitido através de impulsos de corrente (Decádico) ou por combinação de duas freqüências (DTMF – Dual Tone Multifrequency);

Supervisão – As centrais de comutação necessitam saber quais as linhas inativas ou em utilização;

Informação – O sinal de linha, o sinal de ocupado, o sinal de chamada e gravações enviadas para o assinante são sinais de informação;

Tarifação;

Gerência da rede – sinais específicos são usados para efeitos de manutenção, diagnóstico e operação.

A relação entre as funções de sinalização e controle nas centrais de comutação tem sido o principal fator de desenvolvimento dos sistemas de sinalização. Nas centrais analógicas as funções de controle estavam intimamente ligadas às funções de comutação. Neste caso, os caminhos físicos de sinalização e de voz são os mesmos, sendo por isso designados por sistemas de sinalização de canal associado ou CAS ("Channel Associated Signalling").

Numa fase seguinte, separaram-se as funções de comutação das funções de controle, tornando-se possível usar computadores para realizar as funções de controle, obtendo-se uma maior flexibilidade e redução de custos. As centrais que usam computadores para realizar o controle são chamadas de Centrais de Programa Armazenado (CPA).

Outro tipo de sistema de sinalização é a sinalização em canal comum ou CCS ("Common Channel Signalling"). Neste tipo de sistema é usado um caminho comum para um determinado número de circuitos de sinalização, o que leva a existirem caminhos diferentes para a voz e sinalização. O sistema de sinalização em canal comum, desenvolvido pelo antigo CCITT (atual ITU-T) é chamado "CCITT Common Channel Signalling System Number 7", vulgarmente conhecido por SS7 que é o sistema de sinalização adotado pelas operadoras de serviços de telefonia pública.

O SS7 foi projetado usando conceitos de comutação de pacotes e estruturado em diferentes níveis conforme o modelo OSI para ser usado em ligações nacionais e internacionais. A rede do SS7 pode ser vista como uma rede de comutação de pacotes que é usada para transmitir mensagens de sinalização entre os processadores das várias centrais de comutação.

O SS7 define três entidades funcionais:

Ponto de Sinalização ou SP ("Signalling Point") – Nó terminal da rede onde os pacotes são criados ou recebidos;

Ponto de Transferência de Sinalização ou STP ("Signalling Transfer Point") – São comutadores de pacotes responsáveis pelo encaminhamento das mensagens de sinalização entre os vários SP’s;

Link de Sinalização ou SL ("Signalling Link") – São ligações de dados capazes de suportar uma taxa de 64kbps

Uma das exigências para uma rede de sinalização de canal comum é a sua elevada interconectividade, já que cada ligação transporta a sinalização de milhares de assinantes. Assim, numa rede SS7 existe redundância na ligação entre SP’s e STP’s. Sendo assim, cada SP está ligado a dois STP’s. Os STP’s, seguindo a mesma filosofia de redundância, são implementados aos pares e separados geograficamente, tendo um a base de dados idêntica à do outro. Os diferentes STP’s estão ligados entre si com uma topologia em malha.

Pode-se distinguir três tipos de SP:

Ponto de comutação, ou SP ("Switching Point") – é constituído pelo hardware e software, adicionado às centrais de comutação, responsáveis pela conversão do formato das mensagens de sinalização originadas na rede telefônica (ex.: sinal de chamada, sinal de ocupado, etc), para o formato do SS7.

Ponto de comutação de serviços, ou SSP ("Service Switching Point") – são centrais de comutação capazes de reconhecer chamadas que requerem tratamento especial (acesso à base de dados) antes de serem completadas (por exemplo, números de emergência, re-encaminhamentos, etc). As centrais de comutação que possuem unicamente a funcionalidade garantida pelos SP’s necessitam de recorrer a centrais SSP para acessarem a base de dados.

Ponto de controle de serviços, ou SCP ("Service Control Point") – consiste num processador centralizado que controla a execução dos serviços mais complexos da rede através do acesso a bases de dados que suportam esses serviços.

Tal como os STP’s, os SCP’s são implementados aos pares, e cada SCP do par possui nas suas bases de dados informação idêntica à do outro. Quando um SSP detecta uma chamada especial suspende o procedimento normal e requer a intervenção do SCP e só depois deste enviar a seqüência de comandos necessária é que o referido SSP complete a chamada. Portanto, o controle das chamadas especiais é feito pelo SCP e não pelo SSP, funcionando assim o SCP como o "cérebro" da rede.

A rede de sinalização pode operar em três modos de exploração:

Modo associado – a um dado conjunto de canais de comunicação fica associado uma ligação de sinalização de canal comum.

Modo não associado – o percurso seguido pelas mensagens de sinalização, entre centrais de comutação é diferente do percurso seguido pelo canal de voz, sendo o seu encaminhamento efetuado pelos STP’s. Além disso o percurso varia ao longo do tempo consoante a disponibilidade das vias de acesso e dos STP’s, podendo dizer-se que cada mensagem segue um percurso aleatório, sem nenhum trajeto previamente definido pela rede.

Modo quase-associado – neste caso, a rede também utiliza os STP’s para fins de encaminhamento, no entanto o trajeto seguido pelas mensagens de sinalização é predefinido.

Planejamento de um Sistema Telefônico Privado

O processo de planejamento de um sistema telefônico é similar ao processo de planejamento de uma rede de computadores. Tal planejamento deve ser realizado a partir de informações externas e as previsões de demanda por serviços de telefonia devem estabelecer os rumos de evolução da rede. Informações sobre os custos dos elementos de hardware e software que compõem a rede também são necessárias.

Fases do Processo de Planejamento

Pode-se identificar três fases no processo de planejamento de um sistema:

Estrutura Topológica

É a primeira fase do projeto. Inicia-se à partir de considerações de onde localizar os componentes e como interligá-los, sujeitas a restrições de conectividade. O resultado dessa etapa é uma matriz de conectividade, incluindo as locações ótimas para a central e concentradores.

Síntese de Rede

Compõe a segunda fase do projeto e se utiliza as informações adquiridas anteriormente para calcular as dimensões dos componentes, sujeitas às restrições quanto ao grau de serviço estabelecido em relação a medidas de desempenho, como atraso e probabilidade de perda. A síntese de rede envolve dois problemas relacionados: roteamento de tráfego e dimensionamento. O resultado desse estágio é um plano de rotas e um conjunto de enlaces lógicos entre os nós da rede.

Especificação da Tecnologia

A especificação da tecnologia para a implementação dos requisitos de transmissão é o estágio de realização da rede ou estágio de roteamento que deve ser executado tendo em vista os componentes disponíveis no mercado, incluindo cabeamento e sistemas específicos de transmissão e comutação. Os problemas a serem solucionados são relacionados aos custos envolvidos e restrições de confiabilidade.

Aspectos que afetam o Planejamento

Um sistema telefônico é constituído de muitos subsistemas diferentes que podem ser projetados e dimensionados separadamente do ponto de vista de orçamento e operacional. Como padrões comuns para a obtenção de um desempenho satisfatório da rede, deve-se incluir:

Plano de numeração;

Plano de tarifação;

Grau de serviços;

Capacidade dos equipamentos;

Gerenciamento;

Interconexão com outras redes.

A rede de telefonia deve prover aos seus assinantes serviços de qualidade satisfatória. Para tal deve observar alguns aspectos que afetam a filosofia do sistema em termos de planejamento. Existe um conjunto de normas e regulamentações do ITU-T e ANATEL que devem ser seguidas. Em termos de segurança, deve-se observar que o sistema pode apresentar defeitos e deve-se garantir que o sistema tenha uma capacidade adequada em associação com situações críticas para manter a confiabilidade. A estrutura do tráfego deve ser parte essencial na construção do sistema.

Também é importante, quando se projeta um sistema, prever a possibilidade de iniciar-se com uma pequena parte implementada inicialmente que atenda à demanda do tráfego, seguida de expansão em etapas sucessivas até a máxima capacidade do sistema.

Uma rede telefônica consiste de um grande número de vias, algumas diretas com alto grau de utilização. A tarefa de encontrar um arranjo adequado envolve diferentes tipos de dados para o projeto. Pode-se relacionar:

INFORMAÇÃO PARA PROJETO	APLICAÇÃO
Localização da Central	Otimização da Rede
Grau de Serviço	Plano de Transmissão
Especificações da Central	Otimização da Rede Básica
Distribuição do Tráfego	Especificações de Transmissão
Relação de assinantes	Matriz de Tráfego
Dados Geográficos	Percursos do cabeamento
Local de Construção	Rotas

As Descargas Elétricas e a Rede Telefônica

Descargas elétricas são provocadas geralmente pela ação de um raio ou um curto circuito. Quando ocorre um raio, a descarga elétrica gera um forte campo eletromagnético. Esse campo provoca o surgimento de correntes elétricas nos meios condutores, e essas correntes geradas podem ter intensidade suficiente para provocar danos, se não houver para onde escoar.

O mesmo raciocínio acima, quando aplicado à rede telefônica, traz uma nova realidade. Uma corrente elétrica induzida numa rede telefônica pode ser mais prejudicial aos equipamentos nela conectados do que em uma rede elétrica convencional. Isso ocorre porque a indução na rede telefônica produz pequenas descargas, porém como a voltagem e amperagem nessa rede são sempre muito baixas, qualquer alteração pode danificar os componentes no fim dos cabos, normalmente os aparelhos sem fio, fax e modems nos computadores. Mesmo aparelhos desligados podem sofrer efeitos de uma descarga elétrica pela rede de telefonia.

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