REDES DE ACESSO MULTI-SERVIÇO Part A Mário Serafim dos Santos Nunes Instituto Superior Técnico Março de 2002
REDES DE ACESSO MULTI-SERVIÇO Mário Serafim dos Santos Nunes mario.nunes@inesc.pt Secção de Sistemas Digitais e Computadores Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores Instituto Superior Técnico Lisboa Março de 2002 IST ii
Objectivos A cadeira de Redes de Acesso Multi Serviço é oferecida aos cursos de Mestrado em Engenharia Electrotécnica e Computadores (MEEC) e de Mestrado em Engenharia Informática e Computadores (MEIC) do Instituto Superior Técnico. O desenvolvimento explosivo da Internet nos últimos anos em todo o mundo, quer em número de clientes quer em diversidade e riqueza de conteúdos, tem feito crescer a necessidade de ritmos de acesso cada vez maiores, quer em ambientes empresariais quer residenciais. Pretende-se nesta cadeira desenvolver conhecimentos que permitam definir, projectar e planear redes de acesso baseadas em diferentes tecnologias, meios de transmissão e protocolos e integrá-las com outras redes. Através da frequência das aulas teóricas o aluno deve compreender os conceitos de redes de acesso no contexto das redes globais; os modelos de redes de acesso definidos pelos principais organismos de normalização; as tecnologias baseadas em par de cobre, em cabo coaxial, em rádio e em linhas de energia; os modelos de protocolos e interfaces associados às diferentes tecnologias; o desempenho e as limitações das diferentes tecnologias. Programa Problemas na linha de cliente. Estrutura da rede de acesso. Arquitecturas e tecnologias alternativas das redes de acesso multi-serviço e de banda larga. Codificação e Modulação. Introdução às tecnologias xdsl. RDIS. Arquitectura de acesso GR-303. Arquitecturas de Acesso ETSI: V5.1 e V5.2. ATM na rede de acesso. Tecnologias em par de cobre: ISDN, HDSL, ADSL, ADSL Lite, SHDSL, VDSL. Tecnologias em fibra óptica: FTTH, FTTC, PON. Tecnologias em cabo coaxial: CATV, HFC. Tecnologias rádio FWA: DECT, LMDS. Tecnologia de acesso por linha de energia. Serviços na rede de acesso: VoIP, aplicações de vídeo e multimédia. Bibliografia Uyless Black, "Residential Broadband Networks: XDSL, HFC and Fixed Wireless Access", Prentice Hall PTR, 1998. Alex Gillespie, "Access Networks: Technology and V5 Interfacing", Artech House 1997. Avaliação Exame (50%). Trabalho de Pesquisa individual sobre uma tecnologia de acesso (50%) IST iii
ÍNDICE 1 INTRODUÇÃO 1 1.1 Problemas na linha de cliente 1 1.2 Requisitos de largura de banda das aplicações 2 1.3 Crescimento de tráfego de voz, dados e vídeo 2 1.4 Comutação de circuitos e de pacotes 3 1.5 Perspectivas de resolução dos problemas do acesso 4 1.6 Modelos de arquitecturas de acesso 5 1.7 Tecnologias de redes de acesso 7 1.8 Classificação das redes domésticas 9 1.9 Configuração de rede de cliente 10 1.10 Arquitectura de acesso GR-303 11 2 ARQUITECTURA DE ACESSO V5 12 2.1 Descrição funcional das interfaces 13 2.2 A arquitectura de protocolos das interfaces 14 2.3 Estrutura dos protocolos de nível 3 15 2.4 Protocolo de sinalização PSTN 16 2.5 Protocolo de Controlo 18 2.6 Protocolo Bearer Channel Connection (BCC) 19 2.7 Protocolo de Protecção 20 2.8 Protocolo Link Control 21 IST iv
1 Introdução A rede de acesso (access network) é constituída pelo conjunto de equipamentos que permitem a ligação adequada dos utilizadores à rede principal (core network) de modo a obter acesso a um conjunto alargado de serviços com adequada qualidade de serviço a um custo razoável. 1.1 Problemas na linha de cliente As linhas de cliente (local loop) actuais apresentam alguns problemas de que se destacam: o foram projectadas para a largura de banda da voz, não para dados ou vídeo o limitam fortemente as aplicações de débito elevado, como por exemplo o acesso à Internet (WWW), transferência de ficheiros, multimédia. Para além destes, os operadores também se debatem com outros tipos de problemas relacionados com o tráfego das novas aplicações: o as redes principais não estão dimensionadas para suportar o tráfego dos utilizadores actuais, com forte e contínuo crescimento o as chamadas de dados, nomeadamente os acessos à Internet, têm duração muito superior à da voz (2 minutos versus 10 minutos) As futuras redes de acesso deverão possuir um conjunto de requisitos, que se enunciam: o Flexibilidade para adaptação a novas aplicações e serviços com características muito diferentes em termos de padrões de tráfego e tipos. A disponibilidade de tecnologias e arquitecturas com capacidade para rapidamente satisfazer novos pedidos será um factor determinante de sucesso para os operadores. o Largura de banda elevada é um requisito fundamental que afecta a escolha entre as várias opções técnicas disponíveis. No futuro próximo o desenvolvimento de aplicações e serviços de banda larga, nomeadamente as aplicações multimédia e a interligação de LANs, implica a necessidade de elevadas larguras de banda, quer para os utilizadores domésticos, quer empresariais. o Acessos de baixo custo são necessários, em particular para os utilizadores domésticos, de modo a diminuir os riscos de investimento associados à introdução de novas tecnologias de acesso em ambiente desregulamentado. o Qualidade de serviço adequada para os diversos serviços oferecidos, nomeadamente em termos de fiabilidade, acessibilidade e segurança das comunicações. Há actualmente uma grande diversidade de meios utilizados para a rede de acesso, bem como as tecnologias utilizadas em cada um deles. A evolução tecnológica é muito rápida nesta área pelo que não é possível indicar sem margem de erro qual a tecnologia ou tecnologias mais adequadas para a rede de acesso a longo prazo. IST 1
1.2 Requisitos de largura de banda das aplicações Os estudos publicados por várias empresas mostram que há enormes diferenças entre o tráfego de voz, dados e vídeo na Internet. Estudos publicados quer pelos Bell Labs [] quer por medições de tráfego em operadores nacionais [], mostram que o tráfego na Internet é fortemente assimétrico. Na tabela 1.1 mostram-se alguns valores de fluxos na Internet, do estudo da Bell Labs. Tabela 1.1 Perfil de tráfego na Internet Tipo de fluxo % de fluxos % de octetos Número médio de pacotes Web Server Client (downstream) Web Client Server (upstream) 20 34 16 8270 23 3 12 710 Mbone 0,01 20 10 K 6,3 M DNS 31 3 - - Outros 26 40 - - Número médio de octetos Várias conclusões se podem tirar da tabela: o O número de fluxos e de pacotes Web e sensivelmente igual nos dois sentidos o O volume de tráfego da rede para o cliente é uma ordem de grandeza superior ao do tráfego em sentido inverso (90% / 10%) o O número de fluxos de Mbone é muito baixo mas o tráfego é muito elevado o O tráfego DNS e outros tipos é desprezável 1.3 Crescimento de tráfego de voz, dados e vídeo As estatísticas de crescimento de tráfego de voz e dados nos últimos anos mostram um crescimento lento do tráfego de voz e muito elevado do tráfego de dados e vídeo. Como se pode constatar na figura 1.1, a taxa de crescimento da voz é de à volta de 10-20% por ano, enquanto que as taxas de crescimento de dados e de vídeo ronda os 100%, isto é, quase duplica em cada ano. As razões deste aumento exponencial do tráfego de dados e vídeo estão fortemente ligadas ao crescente uso da Internet e ao crescimento explosivo das aplicações Web com conteúdos graficamente muito ricos, nomeadamente com imagens coloridas e de resolução crescente. IST 2
100% 80% 60% 40% Voz Dados Vídeo 20% 0% 1992 1994 1996 Figura 1.1. Taxa de crescimento de voz, dados e vídeo Apesar dos progressos na codificação de imagens, nomeadamente JPEG (Joint Photographic Experts Group), o aumento da qualidade das imagens disponibilizadas nos Servidores Web faz com que o tempo de descarregamento de uma imagem de boa qualidade seja excessivo para acessos com Modem. Por exemplo, utilizando um Modem V.90 assíncrono (10bit/caracter) a 56 Kbps, uma imagem de 100 Kbytes demora 17,5 segundos a ser descarregada, um tempo demasiado elevado para a maioria dos utilizadores. A necessidade de maiores débitos de acesso por parte dos utilizadores empresariais e residenciais tem feito crescer a pesquisa e a oferta de novas tecnologias de acesso, procurando obter débitos o mais elevado possível com o mais baixo custo. 1.4 Comutação de circuitos e de pacotes A comutação de circuitos tem sido utilizada durante muitos anos para proporcionar aos utilizadores comutação rápida e elevados débitos de transmissão. Esta tecnologia caracteriza-se por proporcionar uma reserva de largura de banda para cada utilizador durante todo o período de utilização do circuito, o que proporciona uma elevada qualidade de serviço mas uma má eficiência de utilização, uma vez que os utilizadores em geral não estão a utilizar permanentemente os recursos da rede postos à sua disposição. Nos sistemas de transmissão actuais a comutação de circuitos está geralmente associada à multiplexagem por divisão no tempo TDM (Time Division Multiplexing), normalizada em hierarquias de transmissão digital, de que a linha E1 a 2 Mbps é o exemplo mais usado na Europa, a que corresponde o T1 a 1,5 Mbps nos EUA. A comutação de circuitos TDM é adequada para aplicações que necessitam de um débito constante por um período de tempo longo, em que ocupam time-slots fixos do sistema de transmissão TDM. Contudo esta tecnologia não é eficiente para aplicações que têm grandes e rápidas variações de débito ao longo do tempo, como é em geral o caso das aplicações de dados. A técnica mais usada nas últimas décadas para transporte de serviços de dados com fortes variações de débitos é a comutação de pacotes, que permite a multiplexagem estatística de vários utilizadores no mesmo sistema de transmissão. As tecnologias de comutação de pacotes têm evoluído no sentido de uma menor complexidade da rede, começando com o X.25, seguido do Frame Relay e mais recentemente com o ATM (Asynchronous Time Multiplexing). IST 3
Na rede de acesso pretende-se uma elevada eficiência de utilização da largura de banda, em geral escassa, e simultaneamente uma elevada qualidade de serviço, em especial para os seviços de tempo real. Estas necessidades apontam para soluções de compromisso entre a comutação de circuitos e de pacotes no sentido de optimizar as melhores características das duas tecnologias, o que é procurado pelas diferentes tecnologias de acesso que têm sido desenvolvidas nos últimos anos. 1.5 Perspectivas de resolução dos problemas do acesso O problema do estrangulamento da largura de banda no acesso pode ser resolvida à custa de várias operações que se enunciam: 1. Aumento da largura de banda da linha de acesso. Este aumento pode ser conseguido de dois modos diferentes: a. Melhoria dos esquemas de modulação e codificação de modo a aumentar a eficiência dos meios existentes. Exemplos são a introdução de técnicas de modulação que permitem elevar o índice de Bit/Hz, como o QAM; b. Melhoria dos meios utilizados no acesso, eventualmente através da sua substituição por outros que permitam maior débitos. Exemplos são a substituição do par entrançado por cabo UTP, cabo coaxial ou fibra óptica. 2. Desenvolver protocolos que utilizem melhor a capacidade da linha de acesso. No passado utilizou-se quase exclusivamente comutação de circuitos com linhas analógicas ou digitais E1, mas actualmente as aplicações têm outros requisitos, que requerem: débito assimétrico, débito a pedido, débito variável. 3. Expandir a capacidade da rede dos operadores. Por exemplo, nos EUA há os operadores locais (LEC Local Exchange Carrier), os operadores de longa distância (IC ou IXC - Interexchange Carrier) e os operadores de Internet (ISP Internet Service Provider). Esta divisão de operadores tem de ser redefinida de modo a integrar as diferentes funcionalidades necessárias a um operador de serviços integrados. IST 4
1.6 Modelos de arquitecturas de acesso O organismo de normalização europeu ETSI apresenta no guia EG 202 306 [ETSI 1] uma panorâmica das redes de acesso para clientes residenciais e respectivas normas. O modelo de referência de rede de acesso do ETSI e ITU-T (ETSI DTS/TM-3024 e ITU-T I.413, I.414) é apresentado na figura 1.7. B-TE SB CPN B-NT2 UNI TB B-NT1 Access Network U Access Distribution Network SNI VB ET Figura 1.2. - Modelo de referência de rede de acesso do ETSI e ITU-T O ATM Forum definiu um modelo de referência de rede de acesso (ATM Forum RBB 95-1416R2) equivalente, que se apresenta na figura 1.3. TE Home UNI SB Home ATM Network UNIx NT U ATM Access Network Final Drop Distribution ANI ATM Core Network Figura 1.3. - Modelo de referência de rede de acesso do ATM Forum No guia do ETSI são identificadas as seguintes interfaces UNI com fios: o Analogue telephony for POTS o Data interfaces (V series) o Analogue leased lines o Digital leased lines o Basic rate ISDN o Primary rate ISDN o 2 048 kbit/s B-ISDN o 25,6 Mbit/s B-ISDN o 155,520 Mbit/s B-ISDN o 622,08 Mbit/s B-ISDN o High bit rate Digital Subscriber Line (HDSL) IST 5
o Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) o Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) o Analogue cable TV distribution o Digital cable TV distribution o Interaction channel for cable TV networks o Ethernet No mesmo guia do ETSI são identificadas as seguintes interfaces UNI sem fios: o GSM/DCS 1800 o DECT o Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) São definidas as seguintes interfaces SNI (Service Node Interface) entre a rede de acesso e a rede Core: o Narrowband SNIs: V5.1 e V5.2 o Broadband SNIs : VB5.1 e VB5.2 Referências [ETSI 1] ETSI Guide EG 202 306 V1.2.1, Transmission and Multiplexing (TM); Access networks for residential customers, May 1998. IST 6
1.7 Tecnologias de redes de acesso As redes de acesso são classificadas com base no meio de transmissão, tal como se indica:?? Pares Entrançados de cobre - Modem de banda de voz - ISDN - HDSL - ADSL - ADSL Lite - VDSL?? Cabo Coaxial - CATV - Hybrid Fibre Coax (HFC)?? Fibra Óptica - Fibre in the Loop (FITL) - Fibre to the Curb (FTTC) - Fibre to the Home (FTTH)?? hlinha de Energia (em fase de normalização pelo ETSI)?? Acesso sem fios - GSM/DCS 1800 - DECT - P-MP Narrowband FWA - Universal Mobile Telecommunication System (UMTS/UTRAN) - Satellite Master Antenna Television (SMATV) - MMDS - LMDS - IEEE 802.16 - Terrestrial broadcasting Os Modems de de banda de base são actualmente ainda o meio de acesso mais usado para redes de dados, nomeadamente à Internet, apesar do seu bixo débito. Na tabela 1.1 apresentam-se as características básicas dos principais Modems normalizados pelo ITU.T. IST 7
Ritmo (bps) Down/Up Tabela 1.1 Modems de banda de voz Symbol Rate (Baud) Tipo de Modulação Norma Data 2400 1200 i4-dpsk V.26 1968 4800 1600 i8-dpsk V.27 1972 9600 2400 16-QAM V.29 1976 9600 2400 32-QAM V.32 1984 14400 2400 128-QAM V.33 1988 33600 4800 256-QAM V.34 1996 56000/33000 V.90 56000/48000 V.92 A curto prazo as tecnologias baseadas em pares de cobre (HDSL, ADSL, VDSL) são actualmente muito utilizadas pelos operadores telefónicos para proporcionar serviços de largura de banda elevada, nomeadamente Video-on-demand e serviços multimédia com baixo investimento, uma vez que a rede local de cliente baseada em pares de cobre é quase totalmente reutilizável. A arquitectura HFC (Hybrid-Fiber Coax) é igualmente muito popular entre os operadores de televisão por cabo, uma vez que com investimentos reduzidos é possível reutilizar o cabo coaxial usado nos serviços de difusão de televisão, acrescentando-lhe funcionalidades de interactividade através de um canal de retorno partilhado. As arquitecturas baseadas em fibra óptica (FTTH, FTTB, FTTC e PON/APON) são as tecnologias mais promissoras a médio prazo devido à sua maior largura de banda e menores taxas de erros. A sua introdução, é todavia limitada pelos maiores custos por cliente, que atingem o máximo valor para o caso da FTTH e menor para a PON/APON. As tecnologias baseadas em radiofrequência ou microondas estão numa fase de crescimento rápido, nomeadamente a MMDS e variantes deste sistema, os quais permitem a instalação de serviços de distribuição de elevada largura de banda, nomeadamente televisão comercial e no futuro televisão interactiva. A tecnologia DBS (Direct Broadcast Satellite) também está em crescimento na Europa e EUA, sendo de prever a sua rápida expansão para transmissão de canais de vídeo digital. Tecnologia Meio Ritmo (bit/s) Distância HDSL Par de cobre 2 M 4 Km ADSL Par de cobre 1.5-6M (rede-utilizador) 64-640K (utilizador-rede) 3-5 Km IST 8
VDSL Par de cobre 13-52 M (rede-utilizador) HFC Fibra óptica / Cabo coaxial 1.5-2.3 M (utilizador-rede) N x 34 M (rede-utilizador) 3-15 M (utilizador-rede) 100-200 m 80 Km FTTH Fibra óptica 155 M 100 Km PON/APON Fibra óptica 155 M (rede-utilizador) FTTB Fibra óptica / Par de cobre 2-10 M (utilizador-rede) 100 Km 25 M 100 Km FTTC Fibra óptica / Par de cobre 6 M 100 Km MMDS Microondas N x 34 M (rede-utilizador) 30 Km DBS Satélite N x 34 M (rede-utilizador) 6000 Km HDSL - High Bit Rate Digital Subscriber Line ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line VDSL - Very High Speed Digital Subscriber Line APON - ATM PON - Passive Optical Network FTTC - Fiber To The Curb MMDS - Microwave Multi-point Distribution Systems HFC - Hybrid Fiber-Coax FTTH - Fiber To The Home FTTB - Fiber To The Building PON - Passive Optical Network RF - Rádio Frequência DBS - Direct Broadcast Satellite Figura 1. 4. - Meios e tecnologias mais utilizadas na rede de acesso. 1.8 Classificação das redes domésticas Com fios - Ethernet - Power line - Telephone line Sem fios - DECT - IEEE 802.11, b, a - Bluetooth / IEEE 802.15 - HIPERLAN IST 9
1.9 Configuração de rede de cliente Na sua configuração mais simples um cliente está ligado à central local por um par entrançado, como se mostra na figura 1.5. CPE Instalação externa Central Local Telefone PD Linha de assinante MDF Comutador Figura 1. 5. Configuração directa de cliente A interligação de cada terminal à central local é feita por um par de cabo entrançado de secção reduzida (em geral 0,4 mm a 0,5 mm), podendo o seu comprimento atingir 6-7 Km, em particular em zonas rurais. O ponto de conexão entre o equipamento de cliente (CPE - Customer Premises Equipment) e a Central é chamado Ponto de Demarcação (PD), em geral uma caixa com protecções no exterior ou à entrada da casa do cliente. Na Central as linhas dos clientes chegam a uma sala onde são encaminhadas para um Repartidor Principal (MDF Main Distribution Frame), de onde são encaminhadas para o Comutador. A elevada distância dos terminais relativamente às centrais locais e a utilização de pares entrançados de reduzida secção acarretam uma elevada atenuação e uma baixa largura de banda das linhas de cliente. Para obviar a estes problemas foram desenvolvidos concentradores remotos, denominados sistemas de portadores digitais (DLC - Digital Loop Carrier), ligados às centrais locais através de sistemas de transmissão digital de débito elevado, em par de cobre ou fibra óptica. Na figura 1.4 mostra-se a configuração genérica de um sistema DLC residencial. A Central Local comunica com o equipamento de acesso remoto (RT - Remote Terminal) através de uma interface digital em par entrançado ou fibra óptica. Telefone Central Local ISDN Dados em Modo Pacote Vídeo RT Par entrançado ou fibra óptica COT Comutador Internet Circuito de Dados COT Central Office Terminal Figura 1.6. Configuração DLC de cliente residencial. IST 10
O terminal remoto RT comunica com o equipamento do cliente através da rede de distribuição. O equipamento do cliente pode ser um telefone analógico, ISDN, terminal de dados, de vídeo, terminal de computador de acesso à Internet ou linha digital. Os EUA e a Europa definiram diferentes arquitecturas de sistemas DLC, designando-se a versão americana GR-303 e a europeia V5, que se analisam em seguida. 1.10 Arquitectura de acesso GR-303 Nos EUA a arquitectura digital de acesso residencial mais antiga é designada UDLC (Universal Digital Loop Carrier), sendo representada na figura 1.7. LE BRI LT PSTN LT 1 n COT DIGITAL TRANSMISSION SYSTEM RT 1 n Proprietary BIT and or Message Oriented on Common Channels Figura 1.7. - Configuração de acesso UDLC Como se observa na figura, a arquitectura UDLC compreende dois módulos básicos, o COT (Central Office Terminal) e o RT (Remote Terminal). O RT implementa as funções de interface com o equipamento terminal, comunicando com o COT através de linhas de transmissão digitais, efectuando uma concentração de tráfego de n utilizadores para k linhas, em que k << n. O COT é em geral ligado ao RT através de um sistema de transmissão de fibra óptica, sendo usada nos EUA uma interface SONET OCn com ritmo múltiplo de 51.84 Mbps. Na Europa a correspondente interface óptica seria SDH STMm com ritmo múltiplo de 155,52 Mbps. Nos sistemas UDLC a sinalização entre RT e COT é proprietária, uma vez que este sistema não foi normalizado a nível mundial. Uma das vantagens da arquitectura UDLC é a de não requerer alterações nas centrais locais, uma vez que emula no COT as interfaces dos equipamentos dos clientes, o que implica uma complexidade elevada do COT, nomeadamente a conversão analógico-digital, necessitando o mesmo número de interfaces físicas na central que o equipamento original dos clientes. A arquitectura IDLC, definida pelo Bellcore nos EUA, tal como se apresenta na figura 1.8, permite resolver esse problema, pois o COT é eliminado, sendo substituído pelo módulo IDT (Integrated Digital Terminal), mais simples e integrado pois não requer conversões A/D e D/A e possui um número de interfaces físicas muito menor que a arquitectura anterior. (Message Oriented on Common Channels) or CAS (Bit Oriented on Common Channels) LE IDT RT 1 G.703 2M DIGITAL TRANSMISSION NETWORK n IST 11
Figura 1.8. Configuração IDLC O módulo IDT pode ser integrada na Central, definindo-se uma sinalização normalizada, orientada a mensagens, entre o RT e a central local. 2 Arquitectura de acesso V5 O ETSI definiu a interface entre a rede de acesso e a central local para suporte de serviços de telecomunicações de banda estreita com a designação V5, com duas variantes, V5.1 [ETSI V5.1] e V5.2 [ETSI V5.2], em que a segunda suporta concentração de tráfego e a primeira não. A interface V5.1 possui uma única interface E1 de 2 028 Mbps entre o módulo remoto (AN Access Network) e a central local (LE Local Exchange). A interface V5.2 permite de 1 a 16 ligações E1 entre a AN e a LE. Terminais AN Ia Link1 2 048 Mbps Link2 2 048 Mbps Ib LE : LinkN 2 048 Mbps Figura 2.1 Interface V5.2 Os serviços suportados pelas interfaces V5.1 e V5.2 são os seguintes: - Telefone analógico (PSTN) - PABX - Acesso básico RDIS - Linha analógica permanente - Linha digital permanente - Acesso primário RDIS (só na V5.2) Ao contrário da interface V5.1 a V5.2 permite concentração de tráfego e de terminais. IST 12
2.1 Descrição funcional das interfaces AN V5.1/2 LE TE PSTN LC ET L1/2/3 ET V5.1 TE ISDN-BA NT1 LC ET L1/2* TE ISDN-BA NT1 LC ET L1/2* TE ISDN-PA (Só V5.2) NT1 LC ET L1/2* Analog Line Digital Line LC LC ET L1 ET L1 Linhas Permanentes Figura 2.2 Serviços na interface V5.1 e V5.2 Na interface V5.1 e V5.2 são definidas várias funcionalidades, que se descrevem em seguida. Interfaces V5.1 e V5.2 AN Bearer channels LE ISDN D channel PSTN signalling Control Link Control (V5.2) Protection (V5.2) Bearer Channel Connection (V5.2) Timing Figura 2.3 Descrição funcional da interface V5.1 IST 13
Bearer channels utilizados para transmissão bidireccional dos canais B de acessos básicos ou para a informação dos portos PSTN codificados em PCM a 64 Kbps. ISDN D-channel utilizado para transmissão bidireccional da informação do canal D dos acessos básicos ou primários RDIS. PSTN signalling utilizado para transmissão bidireccional da informação de sinalização dos portos PSTN. Control utilizado para transmissão bidireccional da informação de estado e de controlo de cada um dos portos dos utilizadores, de alinhamento de trama de 2 Mbps e outras funções de controlo geral da interface. Link Control (V5.2 ) utilizado para transmissão de informação de estado e de controlo das ligações de 2 Mbps e da continuidade de canais específicos dentro das ligações de 2 Mbps. Protection (V5.2 ) utilizado com mais de uma ligação de 2 Mbps para protecção dos canais de dados dos utilizadores (canais C) em caso de falha de uma ligação de 2 Mbps. Bearer Channel Connection (BCC) (V5.2 ) utilizado para atribuir canais B a utilizadores numa ligação específica de 2 Mbps, numa base chamada a chamada. Timing proporciona a informação temporal de transmissão de bit, identificação de octeto e sincronização de trama. 2.2 A arquitectura de protocolos das interfaces A arquitectura de protocolos da interface V5.1 e V5.2 para ISDN é indicada na figura 1.10. Network Layer TE ISDN DSS1 Protocolo PSTN AN Controlo, BCC, etc Protocolo PSTN LE Controlo, BCC, etc LAPV5-DL LAPV5-DL Dados LAPD Data link Layer Função de mapeamento Função de mapeamento Trama AN Função de Relay LAPV5-EF LAPV5-EF Physical Layer D16 D16 C64 C64 S/T V5.1 Figura 2.4 Arquitectura de protocolos V5.1 e V5.2 para TE ISDN O protocolo de nível 2 de V5.1 é denominado LAPV5, sendo constituído por duas camadas: - Envelope function (LAPV5-EF) - Data link (LAPV5-DL) IST 14
A informação dos portos PSTN é multiplexado no nível 3 e transportada numa ligação de dados de nível 2 sobre a interface V5.1. O formato da trama de LAPV5 é o indicado na figura 2.5. Link Address Control Info DL 2 2 n-4 LAPV5-DL Flag 1 EF Address Info EF FCS Flag 2 n 2 1 LAPV5-EF Figura 2.5 Formato da trama LAPV5 O endereço EF é compatível com o formato de endereço de HDLC pelo que os bits de menor peso correspondem ao bit de extensão, tomando respectivamente o valor 0 e 1 para o primeiro e segundo octetos. Estão definidos os seguintes valores do campo de Endereço de EF: 0 8175 Portos RDIS 8176 Protocolo PSTN 8177 Protocolo de Controlo (sinalização) 8178 Protocolo BCC (V5.2) 8179 Protocolo de Protecção (V5.2) 8180 Protocolo de Controlo de Ligação (V5.2) O endereço Link corresponde ao Endereço de nível 2 do protocolo transportado na trama LAPV5, por exemplo LAPD ou LAPF, como se ilustra na figura 2.6. Flag DLCI/ FBE Control Info LAPF FCS Flag LAPF (FR) 1 2 2 n-4 2 1 Flag SAPI/TEI Control Info LAPD FCS Flag LAPD (RDIS) 1 2 2 n-4 2 1 Flag 1 EF Address Info EF FCS Flag 2 n 2 1 FBE FECN / BECN / DE LAPV5-EF Figura 2.6 Encapsulamento de LAPD e LAPF numa trama LAPV5-EF 2.3 Estrutura dos protocolos de nível 3 Na interface V5.2 são suportados vários protocolos de nível 3, nomeadamente: - Protocolo PSTN - Protocolo de controlo (controlo comum e de portos de utilizador) - Protocolo BCC IST 15
- Protocolo de Protecção Todos estes protocolos têm a seguinte estrutura de mensagens: Discriminador de protocolo 1 Endereço de nível 3 2-3 Tipo de mensagem 4 Elementos de informação 5 : (octetos) Todos os protocolos indicados partilham o mesmo discriminador de protocolo, podendo assim ser considerados como sub-protocolos do protocolo V5.2, sendo distinguidos pelo campo Tipo de Mensagem: Código 0 0 0 - - - - - Protocolo PSTN Tipo de mensagem 0 0 1 0 - - - - Protocolo de Controlo (sinalização) 0 0 1 1 - - - - Protocolo de Protecção (V5.2) 0 1 0 - - - - - Protocolo BCC (V5.2) 0 1 1 0 - - - - Protocolo de Controlo de Ligação (V5.2) 2.4 Protocolo de sinalização PSTN O objectivo do protocolo PSTN é o de definir a sinalização entre a AN e a LE correspondente ao estabelecimento e desligamento de chamadas de telefones analógicas. A AN terá a função de receber a sinalização analógica dos telefones analógicos e de converter essa informação em mensagens do protocolo PSTN e vice-versa. Figura 2.7 Modelo funcional de porto PSTN IST 16
São definidas as seguintes mensagens deste protocolo: - ESTABLISH - ESTABLISH ACK - SIGNAL - SIGNAL ACK - STATUS - STATUS ENQUIRY - DISCONNECT - DISCONNECT COMPLETE - PROTOCOL PARAMETER A mensagem ESTABLISH é usada pelo AN ou pelo LE para iniciar uma chamada, tendo a seguinte estrutura: - Protocol discriminator - L3 address - Message type - Line-information - Autonomous-signalling-sequence - Cadenced-ringing - Pulsed-signal - Steady-signal Na figura 2.8 apresenta-se um exemplo de uma sequência de mensagens de estabelecimento de chamada de saída: Terminal AN LE LE Layer 3 Protocol OFF-HOOK ESTABLISH Establish Ind. ESTABLISH ACK Establish Ack. Signal / Tone SIGNAL SIGNAL : : : Signal / Tone SIGNAL SIGNAL DISCONNECT Disconnect Req. DISCONNECT COMPLETE Disconnect Complete Figura 2.8 Mensagens de estabelecimento de chamada de saída IST 17
2.5 Protocolo de Controlo O protocolo de Controlo é usado para controlo de cada um dos portos dos utilizadores e funções de controlo geral da interface. Na interface V5 as mensagens de controlo e de estado dos portos de utilizador de RDIS e PTSN: - PORT CONTROL - PORT CONTROL ACK - COMMON CONTROL - COMMON CONTROL ACK Estão definidos os seguintes elementos de informação de função de Controlo: - FE101 (activate access) - FE102 (activation initiated by user) - FE103 (DS activated) - FE104 (access activated) - FE105 (deactivate access) - FE106 (access deactivated) - FE201/202 (unblock) - FE203/204 (block) - FE205 (block request) - FE206 (performance grading) - FE207 (D-channel block) - FE208 (D-channel unblock) - FE209 (TE out of service) - FE210 (failure inside network) Estão definidas ainda as seguintes funções de identificação de Controlo - Verify re-provisioning - Ready for reprovisioning - Not ready for reprovisioning - Switch over t o new variant - Re-provisioning started - Cannot re-provision - Request variant and interface ID - Variant and Interface ID - Blocking started - Restart - Restart complete - Unblock All Relevant PSTN and ISDN Ports Request - Unblock All Relevant PSTN and ISDN Ports Accepted - Unblock All Relevant PSTN and ISDN Ports Rejected IST 18
- Unblock All Relevant PSTN and ISDN Ports Completed - Unblock All Relevant PSTN Ports Request - Unblock All Relevant PSTN Ports Accepted - Unblock All Relevant PSTN Ports Rejected - Unblock All Relevant PSTN Ports Completed - Unblock All Relevant ISDN Ports Request - Unblock All Relevant ISDN Ports Accepted - Unblock All Relevant ISDN Ports Rejected - Unblock All Relevant ISDN Ports Completed - Block All PSTN Ports Request - Block All PSTN Ports Accepted - Block All PSTN Ports Rejected - Block All PSTN Ports Completed - Block All ISDN Ports Request - Block All ISDN Ports Accepted - Block All ISDN Ports Rejected - Block All ISDN Ports Completed 2.6 Protocolo Bearer Channel Connection (BCC) O protocolo BCC proporciona os meios necessários para o LE pedir ao NA o estabelecimento e desligamento entre portos de utilizador de AN e time-slots especificados da interface V5.2. Permite a atribuição ou remoção de canais de suporte a diferentes processos, numa base chamada a chamada ou de modo permanente ou semi-permanente. Estão definidas as seguintes mensagens do protocolo BCC: - ALLOCATION - ALLOCATION COMPLETE - ALLOCATION REJECT - DE-ALLOCATION - DE-ALLOCATION COMPLETE - DE-ALLOCATION REJECT - AUDIT - AUDIT COMPLETE - AN FAULT - AN FAULT ACKNOWLEDGE - PROTOCOL ERROR A mensagem ALLOCATION é usada pela central local para pedir à AN a atribuição de um ou vários canais de suporte específicos a um porto de utilizador, identificados por um ou vários timeslots da interface V5. Tem a seguinte estrutura: - Protocol Discriminator - BCC Reference Number - Message Type - User Port Identification IST 19