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.
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