Redes de Telecomunicações

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1 Redes de Telecomunicações Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores 1º semestre 2011/2012

2 Redes de Telecomunicações Capítulo 1 Introdução João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 2

3 Aspectos da Evolução das Telecomunicações 1837 Telégrafo 1844 Código de Morse º cabo submarino transatlântico º cabo submarino Lisboa-Brasil 1876 Telefone (Bell) 1882 Primeira rede telefónica em Portugal (concessão) 1891 Comutação automática (Strowger) 1894 Telegrafia sem fios (Marconi) 1925 Transmissão de imagens em movimento (Bird) televisão 1928 Teorema da amostragem (Nyquist) 1936 Invenção do PCM (Reeves) transmissão digital 1948 Transistor º cabo submarino telefónico transatlântico analógico (35 circuitos) João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 3

4 Aspectos da Evolução das Telecomunicações 1964 Concepção da comutação de pacotes (Baran) ª satélite geo-estacionário (Intelsat1, 240 circuitos) 1966 Proposta de utilização de fibra óptica (Kao) 1967 Projecto da 1ª rede de comutação de pacotes (ARPAnet) 1968 Primeira central de comutação digital (tecnologia TTL) 1973 Ethernet (Metcalfe) º sistema de rádio móvel celular analógico 1981 TCP/IP 1982 Correio electrónico 1985 Proposta da SONET (Belcore) 1991 GSM (Global System for Mobile Communications) 1996 Cabo submarino óptico TAT12/13 ( circuitos) 2002 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 2009/2010 Instalação em Portugal da FTTH em larga escala João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 4

5 Princípio do Telefone João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 5

6 Primeira rede telefónica Lisboa-Madrid João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 6

7 Rede da Eastern Telegraph Company (1901) Fonte: Wikipedia João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 7

8 Charles Kao (Prémio Nobel da Física 2009) Charles Kuen Kao 高錕 Propôs em 1966 a utilização das fibras de vidro (S i O 2 ) nas telecomunicações. A atenuação do vidro nessa altura era de 200 db/km. 1 W 1 km Fibra vidro (200 db/km) W Potência (w) Nível de ruído 0 Comprimento (km) 1 por contribuições relevantes relativamente à transmissão da luz na fibra para comunicações ópticas Demonstrou que a atenuação era devida a impurezas e que se podia reduzir por purificação. Hoje tem-se 0.2 db/km. João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 8

9 Cabos Submarinos Ópticos: Panorama Mundial Fonte: João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 9

10 Comutação Manual Versus Automática Comutação Manual Comutação Automática Strowger Foi usada na rede telefónica portuguesa até ao início da década de 80 Foi usada na rede telefónica portuguesa até meados da década de 90 João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 10

11 Central de Comutação Digital (EWSD) João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 11

12 Evolução Histórica Fases Telefone e telégrafo (XIX) Comunicações via satélite (1960s) Comunicações digitais, comunicações ópticas (1980s) Internet fixa, telemóvel, redes de TV por cabo (1990s) 1ª Vaga 2ª Vaga Internet móvel, IPTV e redes de muito alto débito (2000s) 3ª Vaga Século XXI: Convergência fixo-móvel, convergência voz, dados e vídeo em suporte IP (Internet Protocol) João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 12

13 Tráfego de Telecomunicações Global Fonte: H. Kogelnick, Perspectives on Optical Communications, OFC 2008 João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 13

14 Evolução/Previsão Tráfego Internet (USA) As análises de tráfego nos Estados Unidos mostram que o tráfego Internet passou a ser dominante a partir do ano 2000, com um crescimento que duplica todos os anos. Previsão para 2010 : > 50 EB/mês Cresce 35% ao ano Fonte: Maurizio Dècina, ECOC 2003 João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 14

15 Índices do Mercado das Tele João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 15

16 Tráfego Internet (USA) até PByte/mês mínimo máximo Previsão para 2010 : 2.5 EB/mês (min) 4 EB/mês (max) Estimativa para 2009: 1.8 EB/mês (min) 2.7 EB/mês (max) Fonte : nts/igrowth.html Tendências Evolutivas do Tráfego Internet (USA): Entre 1990 e 2002 verifica-se que o tráfego Internet duplica todos os anos de um modo sustentável. Exceptuam-se os anos 1995 e 1996 em que se tem um crescimento de cerca de 10x devido ao facto do tráfego WEB ter substituído o tráfego baseado na transmissão de informação em texto. Desde 2003 até 2009 têm-se verificado um crescimento de tráfego ligeiramente superior a 50% ao ano. João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 16

17 Previsão da Evolução do Tráfego Global (NSN) 100 Global FIXED traffic 2.5 Global MOBILE traffic 80 (ExaByte/month) Residential Unicast TV 2.0 (ExaByte/month) Handheld data traffic 60 Residential Internet 1.5 Laptop Data Traffic Voice Traffic Business Internet Voice Traffic » 20 meses Fonte: Nokia Siemens Networks João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 17

18 Previsão da Evolução do Tráfego Global (Cisco) Fonte: Cisco João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 18

19 Evolução do Tráfego Global+ARPU Previsão da evolução do volume de tráfego no acesso Global data traffic forecast* [ExaByte/year] 1000 Online TV (fixed access) Internet (fixed access) 800 Internet (mobile access) ARPU Mobile Internet traffic* [ExaByte/year] Mobile Internet access Mobile Laptop Mobile Handheld Exabyte = 1 milhão de terabytes = bytes * Fonte: Nokia Siemens Networks Analysis, Broadband World Forum, Paris, 2009 De acordo com esta previsão o crescimento de tráfego é exponencial mas as receitas por utilizador ou ARPU (average revenue per user) poderão decrescer Fonte: João Pedro, Planeamento de Redes, POSTIT, 2010 Reforça a necessidade de reduzir o custo por bit transportado nas redes de telecomunicações João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 19

20 Requisitos de Banda/Receita Fonte : João Pedro, Tese de Doutoramento, 2010 Para compensar o gap entre o aumento dos requisitos de tráfego e a redução de receitas é necessário explorar tecnologias que permitam aumentos significativos de capacidade e simultaneamente conduzam a reduções significativas do custo por bit. João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 20

21 Lei de Moore A lei de Moore indica que o número de transístores que pode ser inserido num único chip duplica todos os 18 meses, ou seja tem-se um crescimento anual de cerca de 60%. A lei actualizada indica uma duplicação todos os 24 meses, ou seja um crescimento anual de cerca de 50%. A evolução do tráfego Internet (USA) nos últimos anos parece seguir a lei de Moore Fonte: Wikipedia João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 21

22 Factores determinantes na Evolução das ICT Capacidade de transmissão Potência de processamento Capacidade de armazenamento João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 22

23 Novo Data Center da PT (Covilhã) Capacidade de Armazenamento= 20 Pbytes 1 petabyte (PB)= 1 milhar terabytes=10 15 bytes João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 23

24 Cenários de Evolução dos Requisitos de Largura de Banda Fonte: P. Morin, The New Economy, Global Megatrends Driving Optical Inovation, Nortel, OFC 09 João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 24

25 Como dar Resposta ao Aumento dos Requisitos de Largura de Banda? Explorando as potencialidades das redes ópticas Fonte: P. Morin, The New Economy, Global Megatrends Driving Optical Inovation, Nortel, OFC 09 João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 25

26 Transmissão Óptica: Estado da Arte Fonte: Diário Económico, 01/10/09 Débito binário for fibra óptica: 155 comprimentos de onda 100 Gb/s = Tbit/s Tráfego Internet (USA) 2009: Pbyte/mês» 1 Tbyte/s = 8 Tbit/s Tbit/s 7000 km = Pbit/s km João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 26

27 Alcatel-Lucent demos 100G IP technology for China Telecom (10/9/2010) SEPTEMBER 10, 2010 Alcatel-Lucent (Euronext Paris and NYSE: ALU) has launched its 100G IPsolution in China, completing the first live demo of the Alcatel-Lucent 7750 Service Router s 100 Gigabit Ethernet (100 GbE) interface for China Telecom. Alcatel-Lucent said the demo validated the service router s ability to handle the broad range of capabilities needed to support the scaling of connections at 100-Gbps line-rate speeds. It also demonstrated the viability of 100 GbE interfaces for broad deployment throughout carrier networks, the company added. The China Telecom Corp. Ltd. Beijing Research Institute also testified the readiness of Alcatel-Lucent s 100G IPsolution for deployment at the service edge, the systems house asserted To date, Alcatel-Lucent has shipped more than 70,000 IP/MPLS service router portfolio systems, deployed by over 350 service providers in 110 countries around the world. According to Dell oro, Alcatel-Lucent holds the number two position in IP/MPLS service provider edge routing with 20 percent market share as of 1Q2010. Fonte: Alcatel-Lucent João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 27

28 PT faz a primeira ligação a 100Gbps em Portugal (29/11/2010) Pela primeira vez em Portugal, a PT, em parceria com a Alcatel- Lucent, realizou uma ligação a 100 Gigabit por segundo, entre as cidades de Lisboa e Porto. Esta é a maior velocidade de transmissão possível actualmente numa rede de telecomunicações em pleno funcionamento, como é o caso da rede de fibra óptica da PT. Download de 100 mil ficheiros de mp3 em 60 segundos, streaming de 15 mil canais HDTV, em simultâneo, ou a transferência de 200 milhões de SMS em 2,9 segundos são alguns dos exemplos possíveis com 100Gbps. A demonstração teve por base uma conectividade IP a 100Gigabit por segundo end-to-end, incluindo equipamentos de comutação e routing IP/MPLS e de transmissão óptica entre as duas cidades (com cerca de 427 quilómetros de distância), sobre uma ligação óptica DWDM (dense wavelength division multiplexing) em serviço. Uma demonstração que comprova que este tipo de velocidades são possíveis em redes existentes de fibra óptica. Fonte: PT João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 28

29 Velocidade no acesso:lei de Nielsen A lei de Nielsen prevê um crescimento na velocidade de acesso à Internet na terminação do utilizador de cerca de 50% ao ano Mbps Mbps Mbps Mbps Fonte: João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 29

30 Evolução do Tráfego de Banda Larga em Portugal Evolução da banda larga em Portugal Número de clientes de banda larga Fonte: ANACOM, 2010 e João Pedro, Planeamento de Redes POSTIT, 2010 circuitos alugados, fibra óptica, FWA 54 mil clientes de fibra óptica no 1T10, cerca de 160 mil no fim de Janeiro de 2011 Cada cliente de banda larga fixa gerou, em média, 22.4 GB de tráfego mensal no 1T10 Cada cliente de banda larga móvel gerou, em média, 1.0 GB de tráfego mensal no 1T10 Em média, um cliente de banda larga fixa gerou 22.4 vezes mais tráfego que um cliente de banda larga móvel Tráfego médio mensal por cliente de Internet em banda larga João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 30

31 Utilizadores por Tecnologia de Banda Larga (Mundial) Fonte: H. Kogelnick, Perspectives on Optical Communications, OFC 2008 João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 31

32 FTTH/FTTB Panorama Internacional Fonte:Fiber-to-the-Home Council, Set João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 32

33 Implementações FTTH/B na Europa João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 33

34 10 GPON em Portugal Fonte: Diário Económico João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 34

35 Definição e Ramos As redes de telecomunicações compreendem o conjunto dos meios técnicos (de natureza electromagnética) necessários para transportar e encaminhar tão fielmente quanto possível a informação à distância. Ramos das telecomunicações Transmissão: Transporte fiável da informação à distância. Comutação: Encaminhamento da informação (pôr em contacto dois utilizadores quaisquer, de acordo com as suas ordens). Controlo e gestão: Responsável pela dinâmica (controlo) e pela fiabilidade (gestão) das redes. A função de controlo é implementada através da sinalização. João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 35

36 Critérios de Qualidade Fidelidade As redes de telecomunicações devem garantir que a informação nas suas diversas formas (voz, música, vídeo, texto, etc.) é transmitida sem perdas e alterações. Fiabilidade As redes de telecomunicações públicas devem assegurar um serviço permanente e sem falhas (menos de duas horas de indisponibilidade em 40 anos). João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 36

37 Normalização em Telecomunicações O carácter internacional das telecomunicações implica normalização em aspectos tais como: aspectos técnicos (qualidade de serviço, interfaces, etc.); planificação geral da rede (estrutura da rede, números telefónicos internacionais,etc.); problemas de exploração e gestão (preços das chamadas internacionais, análise de tráfego, etc.). No plano das redes nacionais a normalização também é importante de modo a: garantir a compatibilidade dos sistemas de diferentes fabricantes; assegurar uma qualidade de serviço mínima a todos os utilizadores; respeitar as convenções internacionais. João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 37

38 Principais Organismos de Normalização (I) International Telecommunication Union (ITU) Agência da ONU responsável por todos os sectores das telecomunicações. Os seus principais órgãos são: ITU Telecommunications Sector (ITU-T) Estudo de questões técnicas, métodos de operação e tarifas para as redes de transporte, redes telefónicas e de dados. ITU Radiocommunications Sector (ITU-R) Estudo de questões técnicas e operacionais relacionadas com rádio-comunicações, incluindo ligações ponto-a-ponto, serviços móveis e de radiodifusão e ligações via satélite. O ITU é o principal organismo de normalização a nível mundial na área das telecomunicações e das tecnologias de informação e inclui 191 países como membros. João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 38

39 Principais Organismos de Normalização (II) European Telecommunications Standards Institute (ETSI) Criado em 1988 para desenvolver as normas necessárias para uma rede de telecomunicações pan-europeia. Teve um papel importante no desenvolvimento da norma GSM. International Organization for Standardization (ISO) É uma federação de organismos de normalização de vários países (mais de 130). A norma OSI (Open System Interconnection) é a mais conhecida na área das telecomunicações. O organismo americano ANSI (American National Standards Institute) também tem dado contribuições importantes. Refira-se, por exemplo a normalização das cablagens. The Intitute of Electrical and Electronics Engineering (IEEE) É a maior organização profissional em todo o mundo. O LAN/MAN standards committee tem tido um papel muito importante na área das redes com várias normas relevantes, como sejam a (Ethernet) e o (Wireless LAN). João Pires Redes de Telecomunicações (11/12) 39