ESTUDO DOS FATORES QUE ESTÃO GUIANDO O TRABALHO DO ITU-T EM NGN

ESTUDO DOS FATORES QUE ESTÃO GUIANDO O TRABALHO DO ITU-T EM NGN André Sthel Martins andré@inatel.br Henrique de Andrade Marques henrique-marques@inatel.br Astrid M. C. Heinisch astrid@uti.psi.br Antônio M. Alberti alberti@inatel.br Resumo A NGN visa a convergência de praticamente todos os serviços existentes em uma única arquitetura de serviços, desacoplada da infraestrutura de transporte de pacotes, tornando a oferta de novos serviços mais ágil e flexível. No intuito de padronizar a NGN, O ITU-T recentemente decidiu iniciar um processo de padronização no âmbito do Grupo de Estudos 13. Assim sendo, este trabalho tem por objetivo apresentar, entender e discutir os fatores que estão guiando o esforço do ITU-T na direção da padronização da NGN. Palavras-Chave: redes de comunicação, ITU-T, NGN, convergência de redes. I. INTRODUÇÃO Atualmente existe uma forte tendência de convergência dos serviços de telecomunicações sobre as redes de comutação de pacotes baseadas em IP (Internet Protocol). Talvez as principais razões para esta tendência sejam a possibilidade de melhor utilização dos recursos disponíveis, a existência de computadores pessoais melhor preparados para os serviços multimídia e a flexibilidade de oferta de novos serviços. Neste cenário, a solução de Voz sobre IP (VoIP) está entre os primeiros esforços feitos para a convergência de serviços nestas redes. A solução VoIP gerou novas arquiteturas para o fornecimento de serviços em tempo real sobre redes de pacotes. Com base nestas novas arquiteturas, uma proposta ainda mais recente de rede convergente está sendo formulada. É a chamada Rede de Próxima Geração ou Next Generation Network (NGN). A NGN visa a convergência de praticamente todos os serviços existentes em uma única arquitetura de serviços convergentes, desacoplada da infra-estrutura de transporte de pacotes, tornando a oferta de novos serviços mais ágil e flexível. Neste sentido, o ITU-T (International Telecommunications Union) começou a preparar o caminho para a padronização da NGN através do Projeto GII (Global Information Infrastructure) [1]. Este projeto começou em 1995, e já produziu um grande número de Recomendações da chamada Série Y. Uma vez que os aspectos de implementação não estão entre as finalidades do Projeto GII, as Recomendações produzidas precisam ser complementadas com Recomendações adicionais e guias de implementação. No intuito de padronizar a NGN, O ITU-T recentemente decidiu iniciar um processo de padronização no âmbito do Grupo de Estudos 13. O ITU-T quer que as NGNs sejam vistas como uma realização concreta dos conceitos do GII. Assim sendo, este trabalho tem como principal objetivo apresentar, entender e discutir os fatores que estão guiando o esforço do ITU-T na direção das NGNs. II. AONDE O ITU-T QUER CHEGAR? Segundo o ITU-T [1][2], a NGN deverá prover as capacidades necessárias para permitir a criação, desenvolvimento e gerenciamento de todos os tipos de serviços existentes hoje e de novos serviços que vierem a surgir nos próximos anos. De acordo com [1], estes serviços serão baseados em todos os tipos de mídia, bem como em todos os tipos de esquemas de codificação. Além disso, deverão ser suportadas transmissões unicast, multicast (transmissão simultânea para várias estações de trabalho) e broadcast (sistema de difusão de sinais em que é transmitido o mesmo conteúdo para todos os receptores). Deverão ainda ser suportados serviços de transmissão de mídia em tempo real e armazenada, bem como serviços com diferentes larguras de banda, garantidos ou não, com ou sem ajuste dinâmico de banda. Tudo isso em uma só rede convergente. Para prover o desenvolvimento, a oferta e o gerenciamento dos serviços, a NGN deverá utilizar [1] uma nova arquitetura de distribuição de serviços, baseada em servidores de aplicações, softswitches e terminais que não mais implementam os serviços, mas sim solicitam estes serviços a rede. Assim sendo, as atuais APIs (Application Programming Interfaces) [3], que consistem de um conjunto de rotinas, protocolos e ferramentas, deverão ser capazes de buscar os serviços necessários e disponibilizá-los para as aplicações, aumentando em muito a flexibilidade com que os serviços são desenvolvidos e oferecidos aos usuários. De acordo com o ITU-T [1], estas APIs deverão ser abertas. Ou seja, qualquer fornecedor poderá implementar um novo serviço e disponibilizá-lo nos servidores de aplicações da rede. Com isso, teremos uma distribuição de serviços muito mais flexível e de baixo custo. Em síntese, o uso de interfaces abertas deverá permitir que os serviços evoluam de forma modular na rede. Talvez a principal característica que o ITU vislumbra para a NGN é a chamada separação ou desacoplamento da arquitetura de serviços da arquitetura de transporte da rede. Este desacoplamento deverá permitir o oferecimento e o desenvolvimento independente de ambas as arquiteturas da rede. Portanto, na arquitetura NGN proposta pelo ITU-T, é

clara a separação entre as funções que provêm os serviços e as funções de transporte. Como já comentado, a NGN deverá permitir o fornecimento tanto dos serviços existentes, quanto dos novos serviços, independentemente da rede e do tipo de acesso usado. Por exemplo, os já disponíveis serviços de VoIP e VoATM que são tipicamente acessados através de redes Ethernet, poderiam conviver com novos serviços de voz baseados em servidores de aplicações que utilizariam qualquer rede de acesso para transportar os seus dados. As entidades funcionais (que agrupam as funções necessárias para um determinado equipamento da NGN) de controle poderão ser distribuídas tanto sobre as novas redes quanto sobre as redes já existentes. Assim, de acordo com o ITU-T [2], a identificação dos pontos de referência será um importante aspecto da padronização da NGN, pois eles determinarão a interface entre as entidades funcionais. Além disso, novos protocolos deverão ser padronizados para fornecer a comunicação entre estas entidades funcionais. A interconexão entre a NGN e as redes existentes, como por exemplo, PSTN, ISDN e GSM deverão ser realizadas através de Gateways, que são a ponte entre, por exemplo, uma rede PSTN e uma rede IP. Estes Gateways por sua vez deverão ser controlados por Media Gateway Controllers [4] ou Softswitches. Assim, a rede deverá suportar tanto dispositivos terminais existentes (legados) quanto dispositivos terminais NGN (de acordo com as entidades funcionais da NGN). Portanto, os terminais conectados na NGN deverão incluir telefones analógicos, equipamentos de fax, ISDN, celulares, terminais GPRS, terminais SIP, telefones Ethernet conectados no PC, digital set top boxes (dispositivos que agrupam e permitem oferecer vários serviços aos usuários), cable modems, etc. Com relação a qualidade de serviço (QoS), a NGN deverá incluir [2] mecanismos de suporte de QoS para serviços de voz em tempo real (largura de banda garantida, garantia de níveis de atraso, garantia de níveis de perda de pacotes). A NGN também deverá prover mecanismos de segurança para proteger a troca de informações sigilosas sobre a nova infra-estrutura, já que a telefonia estará entrando no mundo IP, que é muito mais suscetível a fraudes, interrupções e ataques de hackers. Outra característica fundamental que o ITU-T deseja atender na NGN é a chamada mobilidade generalizada. Esta mobilidade generalizada deverá permitir o fornecimento de serviços aos usuários aonde quer que eles estejam. Os usuários deverão ser considerados uma única pessoa mesmo quando eles usarem diferentes tecnologias de acesso, equipamentos, onde quer que eles estejam. Em síntese, as principais características vislumbradas pelo ITU-T para a NGN são [1][2]: - Transferência baseada em comutação de pacotes IP. - Separação das funções de controle em transporte, chamada/sessão e serviços/aplicações. - Separação do fornecimento de serviço do tipo de rede, e fornecimento de serviços via interfaces abertas. - Suporte para uma grande variedade de serviços, aplicações e mecanismos baseados na construção modular de serviços (incluindo tráfego em tempo real, não real, streaming e multimídia). - Banda Larga com QoS e transparência fim-a-fim. - Interoperabilidade com as redes legadas (infraestrutura pública) via interfaces abertas. - Total mobilidade dos serviços aos usuários. - Acesso irrestrito dos usuários a diferentes provedores de serviços, não importando qual operadora está sendo utilizada em um determinado momento. - Disponibilidade de serviços de tradução de endereços das diversas redes para endereçamento IP, com o propósito de se rotear em redes IP. - Convergência da infra-estrutura de telecomunicações e de broadcasting de televisão. - Convergência entre os serviços fixos e móveis. - Integração das redes sem fio (wireless) com as demais redes. III. ÁREAS DE ESTUDO PROPOSTAS A seguir apresentaremos e discutiremos alguns dos fatores que estão sendo levados em conta pelo Grupo de Estudos 13 do ITU-T no desenvolvimento dos padrões de NGN [1][2][5]. III.1. Princípios Gerais da Arquitetura O ITU-T está desenvolvendo uma Recomendação com os princípios gerais da arquitetura da NGN. Esta Recomendação fornecerá uma base para a NGN semelhante a fornecida pelo Modelo de Referência Básico de Interconexão de Sistemas Abertos (Modelo OSI) na Recomendação X.200 [6] para as atuais redes de comunicações. De acordo com [2], o objetivo será desenvolver uma metodologia funcional e um modelo geral, que permitirá descrever a NGN em termos de funções de controle que podem ser abstraídas e representadas separadamente das áreas principais a serem controladas (tais como recursos, serviços e transporte). O principal motivo para o desenvolvimento deste novo modelo, na nossa opinião, é que a hierarquia de camadas e protocolos do modelo OSI não pode mais ser aplicada diretamente na NGN devido a separação das funções na rede. III.2. Metodologia para a Descrição da Arquitetura Funcional O objetivo será desenvolver uma arquitetura funcional para a NGN utilizando o modelo de referência NGN (e não o Modelo OSI). Este modelo permitirá decompor uma NGN dentro de um conjunto de funções apropriadas. O relacionamento e a conexão entre funções serão mostrados em termos de pontos de referência. O agrupamento de funções será utilizado

para representar uma realização física. Este procedimento é o procedimento normal adotado pela ITU para a padronização de novas tecnologias. III.3. Arquitetura Funcional Segundo [2], o trabalho do ITU-T na definição da arquitetura funcional da NGN deverá se concentrar: - No desenvolvimento de técnicas de modelamento de referência genérica, para ajudar a identificar padrões necessários a NGN. - Na definição de funções de interconexão, para dar suporte aos terminais legados. - Na determinação de como os serviços, controles de chamada e mobilidade de usuário poderão ser suportados fim-a-fim através de redes heterogêneas. - Definição da funcionalidade dos terminais NGN, em termos de mecanismos para atualização de software, redundância, upgrade de terminais, negociação de versão de software e gerenciamento. Como era de se esperar, a arquitetura funcional da NGN dará suporte completo para o aproveitamento de terminais legados, tais como telefones tradicionais, celulares, computadores em redes legadas. Um aspecto interessante desta área de discussão é o mecanismo que deverá ser desenvolvido para a atualização de software nos terminais. Ou seja, como os terminais buscarão nos servidores de aplicação (veja o item IV.1) novas versões do software de rede? A maneira como esta atualização será feita mudará em muito a funcionamento da rede como conhecemos hoje. III.4. Qualidade de Serviço Fim-a-Fim Segundo [2], muito trabalho terá que ser feito para se gerenciar não só a maneira com que cada um dos diferentes sistemas finais poderá negociar um acordo de QoS fim-a-fim para uma chamada, mas também como os parâmetros de QoS das camadas superiores (serviços) poderão ser usados para controlar os mecanismos de QoS das camadas inferiores (transporte). Os esforços na NGN para estabelecer a QoS fim-a-fim devem se concentrar [2]: - Na definição das classes de QoS fim-a-fim para Telefonia, incluindo tráfego de voz sobre redes de pacotes. - Na definição de novas classes de QoS multimídia fim-a-fim, e na definição de métodos de registro para cada uma das mídias de um fluxo multimídia. - Na especificação de como serão os mecanismos de troca de parâmetros de QoS entre as camadas. - No controle da QoS entre domínios. - Na percepção da QoS pelos usuários finais. Este talvez seja um dos maiores desafios por de trás do desenvolvimento da NGN, pois atualmente não existem protocolos para a troca de parâmetros de QoS entre os mecanismos de QoS das camadas (protocolos verticais), tampouco protocolos para ligar o controle de QoS entre diferentes domínios e tecnologias de rede (protocolos horizontais). Além disso, os serviços da rede não estão preparados para informar a rede a respeito das características do seu tráfego (descritores de tráfego) e dos requisitos de QoS necessários, informações estas que poderiam facilitar a reserva de recursos e a classificação do tráfego na rede. III.5. Plataformas de Serviços Como já comentamos, dois dos principais aspectos novos da NGN são: a separação entre o controle dos serviços e o transporte de informações através da comutação de pacotes; e a extensão do controle de serviços, da telefonia para multimídia. Segundo [2], as plataformas de serviços devem ser baseadas em interfaces abertas, usando APIs (tal como a Parlay [3][5]), para que os provedores de serviços possam ser acessados pelos usuários finais mesmo em roaming entre diferentes redes. Conseqüentemente, os serviços fim-a-fim devem estar disponíveis para usuários conectados em diferentes redes e provedores de serviço (mobilidade e interconectividade dos serviços). Os esforços na NGN pra implementar as plataformas de serviços devem se concentrar: - Na definição das arquiteturas de controle de serviço, cobrindo tanto APIs quanto servidores proxy. - No desenvolvimento dos mecanismos para suportar o provisionamento dos serviços através das múltiplas redes, abrangendo tanto os serviços de roaming quanto a interconectividade dos serviços. - No desenvolvimento dos mecanismos para suportar a presença de usuários e o controle dos serviços personalizados pelos mesmos. - No impacto da mobilidade dos usuários nas plataformas de serviço. Uma discussão aprofundada sobre a criação de serviços para a NGN pode ser encontrada em [3]. III.6. Gerenciamento da Rede Sem dúvida, com o surgimento de combinações entre os diversos tipos de redes, fixa, móvel, IP, etc, aumentou-se em muito a complexidade e os desafios relacionados ao gerenciamento integrado destas redes e da NGN por conseqüência. Esta complexidade também ocorrerá no gerenciamento dos serviços (existentes e novos) através dos diferentes tipos de redes, embora a nova arquitetura de serviços proposta para a NGN vise flexibilizar e facilitar o desenvolvimento de novos serviços. Os aspectos relacionados com a gerência da NGN ainda estão em fase embrionária. III.7. Segurança A segurança na NGN é de fundamental importância, pois muitos dos diferenciais tecnológicos propostos pela NGN necessitam de mecanismos de segurança inerentemente, ao contrário de algumas das atuais redes de comunicações. Para o ITU-T, um dos maiores desafios encarados para solucionar o problema

da padronização da segurança na NGN é o fato de que as redes não são mais entendidas como um sistema único, com interfaces claras, dadas as características de distribuição de funcionalidades na NGN. Segundo [2], grande parte do trabalho de padronização da segurança na NGN deverá ser baseado em APIs. Assim, uma rede segura pode ser construída de acordo com a seleção de componentes de software específicos. III.8. Mobilidade Generalizada Mobilidade generalizada é o termo designado pelo ITU-T para caracterizar a situação onde os usuários da rede devem ser reconhecidos como uma única pessoa mesmo utilizando diferentes tecnologias de acesso. A mobilidade generalizada permitirá aos usuários gerenciar consistentemente seus serviços através dos limites existentes na rede. Atualmente os usuários podem fazer o roaming entre redes similares de acesso sem fio. No caso das redes fixas ainda existem muitas limitações. No futuro os usuários terão disponibilidade de um número muito maior de tecnologias de acesso, e os mesmos irão requerer mobilidade entre as redes fixas (ex: xdsl para Cable) e redes sem fio (ex: UMTS para WLAN), para terem acesso consistente aos serviços contratados. Segundo [2], a mobilidade generalizada requer uma evolução significativa nas arquiteturas de redes atuais para que se torne realidade. Ela permite uma maior transparência nas comunicações de banda larga fixa/móvel e tem mobilidade através das diferentes tecnologias de acesso como principal objetivo. III.9. Arquitetura de Controle A arquitetura de controle da rede deve ser construída com base nos vários pré-requisitos de controle que surgem em cada uma das áreas de estudo recém apresentadas. A partir daí, é possível se definir o arranjo/agrupamento das funções típicas que interagem entre si através de pontos de referência. Segundo [2], os modelos funcionais de controle da rede serão usados como base para identificar os pontos de referência que precisam ser padronizados. Este padronização poderá ser baseada na Recomendação Y.140 [8]. Tais pontos de referência serão definidos como interfaces padrão, onde os protocolos de controle serão definidos e padronizados tendo como base os protocolo relevantes, como por exemplo, o H.248 [4] para controle dos Gateways e o SIP [9] para o estabelecimento de chamadas/sessões. III.10. Arquitetura de Serviços A arquitetura de serviços que está sendo proposta para a NGN deverá se preocupar não só com os serviços atuais, mas também com tendências de evolução dos serviços, que envolverão cada vez mais comunicação em tempo real, não tempo real, comunicação móvel e fixa, comunicação pessoapessoa, pessoa-máquina e máquina-máquina. Assim, de acordo com [2], a arquitetura de serviços que será desenvolvida deve: - Tratar as características dos serviços de telecomunicações que a NGN deverá prover, levando em conta a separação entre os serviços e as redes. - Desenvolver uma arquitetura de serviço apropriada, focada nas interfaces que serão necessárias para suportar os diferentes modelos de negócios e uma comunicação sem barreiras em ambientes variados. Outras discussões sobre arquiteturas de serviços afinadas com a NGN podem ser encontradas em [10][11]. III.11. Numeração, Nomes e Endereçamento Considerando que a NGN será composta por interconexões de redes heterogêneas, utilizando meios de acesso e dispositivos heterogêneos (fixo, móvel, etc.) e que a NGN deve prover uma experiência continua (sem barreiras) aos usuários, independente do método de acesso e da rede, de acordo com [2], muito trabalho deverá ser realizado nos aspectos relacionados a identificação dos usuários e endereçamento. Usuários individuais poderão ser identificados através de nomes ou números que poderão ser traduzidos para endereços de rede válidos e passíveis de serem roteados. IV. VISÃO GERAL DA ARQUITETURA A Figura 1 apresenta uma visão geral do que seria a arquitetura da NGN [5]. De acordo com esta figura a NGN estaria dividida em várias camadas, que não necessariamente estariam sobrepostas como no Modelo OSI. IV.1. Servidores de Aplicação A função dos servidores de aplicação é fornecer os serviços e também permitir a execução de aplicativos. Autenticação e autorização podem ser oferecidas. Também pode ser feita a coleta de informações (estatísticas) sobre o uso das aplicações, com o propósito de gerência da rede e tarifação. Exemplos de serviços fornecidos pelos servidores de aplicação poderiam ser: - Serviços de Vídeo (TV, filmes, etc.). - Serviços de Dados (WWW, e-mail, etc.). - Serviços de Telefonia (áudio, vídeo, etc.). IV.2. Camada de Aplicação Contém as funções de controle e gerência necessárias para que os serviços e aplicações sejam oferecidos aos usuários finais. A camada de aplicação NGN preocupa-se com a aplicação e como os seus serviços serão oferecidos para os usuários da rede.

IV.3. Camada de Rede IP A camada de transporte controla e gerência a transmissão de informações entre entidades terminais. A transmissão de informações provavelmente será feita através de media gateways que são controlados por um media gateway controller (softswitch). Para a comunicação entre ambos, poderão ser utilizados os protocolos MEGACO ou MGCP. Outras tecnologias de banda larga poderão ser utilizadas para carregar os datagramas IP, tais como ATM, MPLS, WDM e ASON. IV.4. Camada de Acesso A camada de acesso deverá agrupar todas as atuais tecnologias de acesso disponíveis, bem como futuras tecnologias. Podem ser tecnologias de acesso fixas ou móveis, wireless ou wired, etc. IV.5. Camada de Terminal É nesta camada que residirão os terminais NGN e legados. Exemplos de terminais seriam: computador pessoal multimídia, telefone celular, terminal NGN,etc. Figura 1. Visão Geral da Arquitetura da NGN [5]. V. PADRONIZAÇÃO O processo de discussão de NGN no ITU-T começou em 2000 [1]. Em 2001, durante uma plenária do Grupo de Estudos 13 (SG-13) do ITU-T em Caracas, na Venezuela, as discussões sobre NGN voltaram a pauta. Surgiu então a possibilidade de que o SG-13 assumisse as atividades sobre NGN no ITU-T. Porém, somente neste ano o SG-13 iniciou um projeto específico sobre NGN. A Tabela 1 mostra algumas das Recomendações que estão em processo de aprovação no ITU-T. Tabela 1. Recomendações em Processo de Aprovação Nome Título Y.2001 General Overview of NGN Y.2011 General Principles and General Reference Model for NGN Y.NGN-MIG Migration of Networks to NGN Y.1414 Voice Services over MPLS Network Interworking G.820/I.351/Y.1501 Relationships Amongst ISDN, IP and Physical Layer Performance Recommendations Y.NGN-MOB Mobility Management Requirements and Architecture for NGN Y.NGN-SRQ NGN Service Requirements VI. CONSIDERAÇÕES FINAIS Este trabalho apresentou uma visão geral dos aspectos considerados relevantes pelo ITU-T no desenvolvimento da NGN. Como resultado deste estudo, uma apresentação e discussão preliminar de alguns destes aspectos foi fornecida. Dentre os fatores apresentados, consideramos mais importantes aqueles relacionados com a definição da arquitetura funcional da NGN, com o oferecimento de QoS fim-a-fim e troca de parâmetros de QoS entre camadas, e com a definição das plataformas para o oferecimento de serviços desacoplados da infra-estrutura de transporte. Não resta dúvida de que muito trabalho ainda deverá ser feito pelo ITU-T para padronizar a NGN. Entretanto, em breve, alguns destes resultados deverão estar disponíveis e fornecerão uma visão exata de como estes problemas foram resolvidos. Como trabalhos futuros, pretendemos aprofundar nossa visão sobre NGN, bem como explorar e desenvolver soluções para o oferecimento de serviços, gerência e suporte à QoS. Pretendemos também investigar aspectos relacionados ao desempenho destas novas redes.

VII. AGRADECIMENTOS Gostaríamos de agradecer à FAPEMIG (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais) e a FINATEL (Fundação Instituto Nacional de Telecomunicações) pelo suporte a este trabalho. VIII. REFERÊNCIAS [1] Cochennec, Jean-Yves, Activities on Next- Generation Networks Under Global Information Infrastructure in ITU-T, IEEE Communications Magazine, Julho de 2002. [2] ITU-T Study Group 13, NGN 2004 Project Description, Fevereiro de 2004. [3] Falcarin, P., Licciardi, C. A., Technologies and Guidelines for Service Creation in NGN, Technical-scientific Magazine of Telecom Italia Lab Researchers, Dezembro de 2003. [4] Taylor, Tom, Megaco/H.248: A New Standard for Media Gateway Control, IEEE Communication Magazine, Outubro de 2000. [5] Chae-Sub, Lee, NGN: The Convergence Platform, ITU-T Strategy and Policy Unit Lunch Seminar, Julho de 2003. [6] ITU-T Recommendation X.200, Open Systems Interconnection Basic Reference Model: The Basic Model, 1994. [7] Parlay Group, Parlay X Web Services Specification, Version 1.0.1, Junho de 2004. [8] ITU-T Recommendation Y.140, Global Information Infrastructure (GII): Reference Points for Interconnection Framework. [9] IETF RFC 3261, SIP: Session Initiation Protocol, 2002. [10] Alessandra, A., McCartney, D., Pinto, J., Edwards, N., Falcarin, P., Lago, P., Chainho, P., Tuffin, S. Next Generation Networks: the Service Offering Standpoint, Euroscom Technical Report, Novembro de 2001. [11] Björkman, N., Jiang,Y., Lundberg, T., Latour- Henner, A., Doria, A.,, The Movement from Monoliths to Component-Based Network Elements, IEEE Communications Magazine, Janeiro de 2001.