Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 UNIESI - CENTRO UNIVERSITÁRIO DE ITAPIRA LEONARDO NELO DE SOUZA WILLY HENRIQUE SIMÕES FREDERICO ROBERTO PARREIRA CRISTHIAN PALMIERI FELISBINO DA SILVA CLEUBER NATANAEL DE SOUZA REDES TELEFÔNICAS Itapira 2021 2 LEONARDO NELO DE SOUZA WILLY HENRIQUE SIMÕES FREDERICO ROBERTO PARREIRA CRISTHIAN PALMIERI FELISBINO DA SILVA CLEUBER NATANAEL DE SOUZA REDES TELEFÔNICAS Trabalho de Conclusão de Curso (TCC), apresentado ao Curso de Ciência da Computação, do Centro Universitário de Itapira (UNIESI), como requisito para a obtenção do título de Cientista da Computação. Orientador: Willian Antonio Zacariotto Itapira 2021 3 LEONARDO NELO DE SOUZA WILLY HENRIQUE SIMÕES FREDERICO ROBERTO PARREIRA CRISTHIAN PALMIERI FELISBINO DA SILVA CLEUBER NATANAEL DE SOUZA REDES TELEFÔNICAS Trabalho de Conclusão de Curso (TCC), apresentado ao Curso de Ciência da Computação, do Centro Universitário de Itapira (UNIESI), como requisito para a obtenção do título de Cientista da Computação. Itapira, 22 de novembro de 2021 BANCA EXAMINADORA __________________________________ Prof. Dr. .............. Universidade .............. __________________________________ Prof. Dr. .............. Universidade .............. __________________________________ Prof. Dr. .............. Universidade .............. 4 Dedico este trabalho aos meus pais e amigos que sempre me incentivaram. 5 AGRADECIMENTOS Agradeço aos meus professores e colegas por me ajudarem a desenvolver este trabalho. 6 "Só sei que nada sei." (Sócrates) 7 RESUMO COVALSKI, Karina; RIBEIRO, Leandro Henrique C.; MAJOR, Wilson S. Otimização de Infraestrutura de Rede de Telecomunicações. 2012. 84 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Curso Superior de Tecnologia em Sistemas de Telecomunicações) – Departamento Acadêmico de Eletrônica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Curitiba, 2012. Diante do avanço tecnológico, tanto em hardware como em software, e da necessidade de otimizar os sistemas de telecomunicações, este trabalho sugere a implantação de uma rede VoIP, para uma empresa prestadora de serviços de telefonia. Atualmente está empresa utiliza o sistema de telefonia convencional, em redes PSTN (Public Switched Telephone Network), ou Rede Telefônica Pública Comutada, fornecendo serviços de voz através da comutação por circuitos e serviços de dados através da comutação por pacotes. A rede proposta é convergente (integra dados e voz) e tem o objetivo de aumentar a capacidade de atendimento de clientes, bem como a modernização dos serviços de telecomunicações. Para atingir os objetivos propostos, foi realizado o levantamento bibliográfico dos princípios de redes e protocolos utilizados. Posteriormente a identificação da arquitetura atual e o desenvolvimento da arquitetura proposta. Ao final foi elaborada uma análise comparativa. No qual se conclui que convergência faz parte do plano de competitividade entre as empresas do setor de telecomunicações, possibilitando a ampliação do número de assinantes assim como a busca incessante por serviços agregados, entre esses serviços estão o de Internet e o de TV, que serão os grandes diferenciais entre as empresas do ramo de telecomunicações nos próximos anos. Palavras-chave: VoIP. PSTN. Comutação por circuitos. Comutação por Pacotes. Convergência de redes. 8 ABSTRACT COVALSKI, Karina; RIBEIRO, Leandro Henrique C.; MAJOR, Wilson S. Infrastructure Optimization of Telecommunication Network. 2012. 84 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Curso Superior de Tecnologia em Sistemas de Telecomunicações) – Departamento Acadêmico de Eletrônica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Curitiba, 2012. Given the technological advances in both hardware and software, and the need to optimize the telecommunications systems, this paper suggests the implementation of a VoIP network to a provider of telephony services. Currently the company uses the system of conventional telephony in PSTN (Public Switched Telephone Network), networks providing voice services through the circuit switched and data services through packet switching. The proposed network converges (integrates data and voice) and aims to increase the capacity of customer service as well as the modernization of telecommunications services. To achieve the proposed objectives, was performed a literature review of the principles of networks and protocols used. Afterwards the identification of contemporary architecture and development of the proposed architecture. At the end was created a comparative analysis. It follows that convergence is part of the plan of competitiveness among companies in the telecommunications industry, enabling the expansion of the number of subscribers as well as the relentless pursuit of value-added services, among these services are the Internet and the TV service, which will be the big difference between companies of the telecommunications industry in the upcoming years. Keywords: VoIP. PSTN. Switching circuits. Packet Switching. Convergence of networks. 9 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS GSMA Global System for Mobile Communications UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro AT&T American Telephone and Telegraph MTA Mobilie Telephony A EDGE Enhanced Data for Global Evolution GPRS General Packet Radio Service ITU-T Telecommunication Standardization Sector UMTS Universal Mobile Telecommunication System ATM/AAL2 Adaptation Layer 2 IP/RTP Real-time Transport Protocol LTE Long term evolution OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing / Multiple Access IP Protocolo da Internet Voip Voice over Internet Protocol 10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................ 11 2 G OU 1G ................................................................................................. 12 2.1 2G ............................................................................................................ 12 2.1.1 3G ............................................................................................................ 13 2.1.2 4 G ........................................................................................................... 14 2.1.3 APLICAÇÃO DAS REDES 4G NO BRASIL ........................................... 15 2.1.3.1 DISTRIBUIÇÃO INTELIGENTE .............................................................. 16 2.1.3.1.1 5G ............................................................................................................ 16 2.1.3.1.2 Como funciona a rede 5G? ................................................................... 18 3 CONCLUSÃO ......................................................................................... 19 REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 20 11 1 INTRODUÇÃO Segundo um estudo da UFRJ uma nova geração de conexões mobile surge para suprir as carências da geração anterior. Foi assim que a sociedade evoluiu desde as conexões oferecidas pela 1ª geração de internet móvel, que permitiam chamadas de voz, até chegarmos ao 5G, que promete integrar a sociedade como um todo, oferecendo muito mais do que velocidade de rede. As redes móveis funcionam por meio de radiofrequências que conversam com seu celular. Cada área geográfica é dividida entre células, e cada uma destas apresenta uma estação de rádio base, que é formada por antenas com receptores e emissores de sinais ligados a uma central telefônica. Cada célula suporta uma quantidade limitada de conexões, mas o avanço das tecnologias foi permitindo,aos poucos, cada vez mais usuários conectados por quilômetro quadrado, até chegar ao 5G. 12 2 G OU 1G Segundo Romannessa Sanches Você sabia que foram mais de 50 anos para a criação do primeiro celular, ele foi criado em 16 de outubro de 1956, o telefone móvel foi criado em 3 de abril de 1973. Em 1888 quando um físico alemão Heinrich Hertz fez pela primeira vez transmissão de códigos sonoros pelo ar possibilitou não só a criação do rádio mais também das ligações pelo celular. Passaram 26 anos e 1940 foi criado um sistema de comunicação a distância que pode mudar de canais de frequência, evitando interrupções de sinal, sete anos depois uma empresa norte americana Bell que faz parte da AT&T usou essa tecnologia para inventar o primeiro aparelho celular móvel batizado com o nome de “células”’. No ano de 1956, Ericsson resolveu unir todas as tecnologias e criar o celular com o nome de Ericsson MTA, ele era móvel e pesava 40 gramas o custo de produção era muito caro. 1973 a Motorola lançou o Motorola Dynatac 8000X pesava apenas um quilo e 7 centímetros de altura a bateria durava 20 minutos. Após passar seis anos já começou a funcionar no Japão e na Suécia. Nos EUA, apesar de ser o país sede da invenção, o funcionamento só começou em 1983 O primeiro celular lançado aqui foi o Motorola PT-550 em 1990 vendido inicialmente no Rio de Janeiro e logo depois em São Paulo. 2.1 2G Segundo André Lourenti Magalhães Foi depois do 2G que os celulares reduziram de tamanho os preços abaixaram e surgiu o smse tambem contou com um padrão único, chamado de Global System for Mobile Communication (GSM), o que ajudou a ampliar a sua compatibilidade. Foi em 1991 que o 2G foi lançado e você podia transmitir dados de forma bem limitada, transferência de dados era de aproximadamente 97 Kbps, GPRS e 13 EDGE foram tecnologias importantes nesse processo aumentando a velocidade e a transmissão. O caso do GPRS, o pico atingia uma taxa de aproximadamente 171 Kbps, enquanto o EDGE alcançava até 384kbps. GPRS e EDGE tinha mais velocidade de dados e uso de internet nos celulares nessa época teve o nome de 2,5G" ou "2,75G", simbolizando a transição entre as gerações. 2.1.1 3G Como diz Daniel Collins a característica mais importante da tecnologia móvel 3G é suportar um número maior de clientes de voz e dados, especialmente em áreas urbanas, além de maiores taxas de dados a um custo incremental menor que na 2G. Ela utiliza o espectro de radiofrequência em bandas identificadas, fornecidas pela ITU-T para a Terceira Geração de serviços móveis IMT-2000, e depois licenciadas para as operadoras. Permite a transmissão de 384 kbits/s para sistemas móveis e 1 megabits/s para sistemas estacionários. Espera-se que tenha uma maior capacidade de usuários e uma maior eficiência espectral, de forma que os consumidores possam dispor de roaming global entre diferentes redes 3G. A primeira operadora a oferecer 3G no Brasil foi a Vivo em 2004 com a tecnologia Evolution-Data Optimized ou CDMA 1X-EVDO que atinge velocidades de até 2mb por segundo. No entanto, a cobertura ficou limitada a poucas cidades, nas quais muitas possuíam cobertura parcial (algumas regiões de cada município). No final de 2007, as operadoras Claro e Telemig celular lançaram suas redes 3G UMTS/HSDPA na frequência de 850 MHz, antecipando-se ao leilão realizado em dezembro de 2007. Em dezembro de 2007 foi realizado o leilão das faixas de frequências no Brasil. Dessa forma as três principais operadoras do país Vivo, Claro e TIM conseguiram obter cobertura nacional. A evolução do sistema 3G para 4G, utiliza parcialmente as tecnologias 3G com o objetivo de melhorar o desempenho e traçar um bom caminho para essa migração de tecnologias. Na Europa, o caminho começa a partir GSM quando GPRS é adicionado a um sistema. A partir daí, é possível ir para o sistema UMTS. 14 Na América do Norte a evolução do sistema terá início na divisão do TDMA, depois para GSM Evolution e, em seguida, para UMTS. O UMTS é baseado em serviços divididos em seções ao contrário do GSM. Em primeiro lugar está a seção de serviços, que oferece a organização de serviços de forma rápida e centralizada. Em segundo está a seção de controle, a qual tem a função de atualizar os procedimentos capacitando a rede a se alocar dinamicamente. E, por último, está a camada de conectividade a qual é responsável por conectar qualquer tecnologia de transmissão que possa ser utilizada. É onde o canal de áudio trafega por ATM/AAL2 ou IP/RTP. Ao converter uma rede GSM para uma rede UMTS tem-se a primeira nova tecnologia a ser utilizada: General Packet Radio Service. É a principal parte para os serviços 3G. É importante saber que os investimentos em GPRS são reutilizados quando se vai para o UMTS. De GPRS, pode-se mudar diretamente para a rede UMTS, ou investir em um sistema EDGE. Uma vantagem a mais do sistema EDGE UMTS é que ele não necessita de novas licenças. As frequências também são reutilizadas, não são necessárias novas antenas. 2.1.2 4 G A quarta geração é uma evolução da sua antecessora, pois seu foco é aumentar suas características em todos os sentidos como aumento de dados, transmissão, cobertura, serviços e etc. O 4G também chamado de LTE corresponde a long term evolution. Ele fornece o serviço de banda larga móvel mais rápida disponível comercialmente hoje. De acordo com José Renato (2014), o 4G funciona da seguinte maneira: a infraestrutura da quarta geração é composta por um conjunto de redes que usa o IP. Esse protocolo permite que vários usuários acessem a rede de internet, obtendo diversos tipos de serviços como: dados, fotos e vídeos em qualquer lugar e ainda fazer uma ligação com alta qualidade. Esse processo é feito por um transmissor (Multiplexação por Divisão de Frequência Ortogonal) que aceita os dados a partir de uma rede IP, convertendo e codificando antes de fazer a modulação. O OFDM proporciona uma melhor ligação e qualidade da comunicação sem muito atraso na escolha dos multi-caminhos. 15 As velocidades altas são possíveis pelo uso de mais de um espectro de rádio por conexão, múltiplos caminhos de antena e codificação mais eficiente dos dados que estão sendo enviados e recebidos. De acordo com o site Olhar digital (2018), a velocidade média do 4G fica em média em 20 Mega bits por segundo trabalhando na faixa de 2500 Mhz e 1800 Mhz. Em alguns locais com o desligamento do sinal analógico, o 4G está com a frequência de 700 Mhz. De acordo com o site Telecom (2017), 4G são sistemas projetados para oferecer taxas de download de 100Mbps com o usuário em movimento e 1Gbps com o usuário parado. A taxa de uplink é de até 500Mbps. Apresenta também redução da latência. A latência é de 10 ms. 2.1.3 APLICAÇÃO DAS REDES 4G NO BRASIL Segundo o site Oficina da Net mais de 30 países já contam com o funcionamento da 4ª geração de telefonia móvel, e aos poucos outros países estarão aderindo à mesma. No Brasil, alguns problemas estão sendo enfrentados quanto as antenas de distribuição, a frequência recomendada e usada por modelos de aparelhos americanos, é a de 700MHz, pois antenas com essa frequência se tornam mais baratas e tem um ótimo alcance, no entanto, essa frequência já está sendo usada por canais de TV aberta em nosso país, tornando impossível a ocupação de dois serviços totalmente diferentes. Tal problema já parece estar sendo resolvido, e até 2018 as redes 4G que estiverem instaladas no país estarão operando em 700MHz, mas, em qual frequência que as antenas 4G que o Brasil já tem estão operando? No momento, a quarta geração de telefonia móvel opera em nosso país na faixa de 2,5GHz, o que torna o alcance das antenas muito menor do que poderiam ser em 700MHz, obrigando a fabricação e implantação de um número bem maior de antenas econsequentemente, gerando um gasto bem maior. 16 2.1.3.1 DISTRIBUIÇÃO INTELIGENTE Segundo o Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações Secretaria de Telecomunicações Departamento de Serviços de Telecomunicações os sistemas de distribuição também estão muito mais inteligentes. Roteadores são programados para que os fluxos de dados sejam desafogados automaticamente. Isso significa que as redes conseguem identificar momentos de tráfego intenso de dados e se reorganizam para que não exista sobrecarga, congelamento e queda de sistemas. O que realmente faz com que a velocidade seja maior, está nas grandes centrais de distribuição do sinal 4G. O empacotamento dos dados que serão enviados para os consumidores é muito mais eficiente, e isso acontece graças aos roteadores e outros equipamentos, muito mais potentes do que os utilizados pelas gerações anteriores de aparelhos. 2.1.3.1.1 5G Segundo um estudo da Inatel a rede 5G é a quinta geração das redes móveis. Trata-se de um grande salto evolutivo em relação à rede que é empregada atualmente, chamada 4G. A rede 5G vem sendo desenvolvida para comportar o crescente volume de informações trocado diariamente por bilhões de dispositivos sem fio espalhados mundialmente. O 5G é o próximo passo evolutivo para a banda larga sem fio. Sua missão é elevar, e muito, as potencialidades da rede atual, conhecida como 4G, alçando a banda larga móvel a altíssimos padrões de velocidade de conexão e de usuários simultâneos. Em resumo, as redes 5G prometem aos seus futuros usuários uma cobertura mais ampla e eficiente, maiores transferências de dados, além de um número significativamente maior de conexões simultâneas. As redes da 4ª geração, utilizadas atualmente em algumas regiões do Brasil, são capazes de entregar uma velocidade média de conexão de, aproximadamente, 33 Mbps. Estima-se que o 5G será capaz de entregar velocidades 50 a 100 vezes maiores, podendo alcançar até 10 Gbps.Em 2014, foram estabelecidos alguns critérios pelo GSMA, uma organização internacional formada por mais de 1200 17 operadoras de rádio, internet e telefonia móvel, para guiar o processo de implantação das redes 5G. Entre esses critérios, podemos destacar: ○ As redes 5G devem consumir até 90% menos energia que as redes 4G atuais; ○ Os tempos de conexão entre aparelhos móveis devem ser inferiores a 5 ms (milissegundos), face à latência de 30 ms das redes 4G; ○ O número de aparelhos conectados por área devem ser 50 a 100 vezes maior que o atual; ○ Devem ser realizados aumentos drásticos na duração da bateria de dispositivos rádio receptores. Após a instalação da infraestrutura das redes 5G, a redução do consumo de energia poderá diminuir os custos futuros, além de torná-la mais ecológica. O tempo de latência reduzido, por sua vez, possibilitará a comunicação entre veículos autônomos, permitirá o desenvolvimento de sistemas de segurança que evitem acidentes automobilísticos, além de possibilitar a realização de cirurgias remotas por meio de robôs. O aumento do número de aparelhos conectados por área possibilitará uma enorme ampliação da tendência mundial da “internet das coisas”. Sistemas de iluminação pública e residencial, smartphones, smartwatches, eletrodomésticos, dispositivos de monitoramento, sensores de presença, frequencímetros cardíacos, centrais de segurança, guichês de supermercados ou estacionamentos, caixas de supermercados, sensores meteorológicos e muitos outros dispositivos poderão conectar-se mutuamente por meio do uso da quinta geração das redes móveis. Com isso, haverá inúmeras possibilidades, cada vez mais inteligentes e conectadas, para residências, ruas, hospitais, comércios e indústrias. Sua geladeira, por exemplo, poderá ser programada para avisar quando algum produto estiver acabando, já que sua conexão com a internet das coisas tornará possível programá-la para que ela compre remotamente o produto em falta, se assim você desejar. 18 2.1.3.1.2 Como funciona a rede 5G? As redes 5G funcionam por meio de ondas de rádio, assim como as redes móveis das gerações anteriores. No entanto, o espectro coberto pela quinta geração da banda larga móvel é expressivamente maior que os anteriores, espalhando-se entre 600 e 700 MHz, 26 e 28 Ghz e 38 e 42 GHz. As antenas da rede 5G serão acopladas às antenas já existentes, que serão adaptadas para funcionar em paralelo com a nova infraestrutura de conexões. Além disso, antenas menores com alcance de poucos metros, como as domésticas, poderão ser instaladas para repetirem o sinal dos dispositivos locais, que será, então, redirecionado para uma estação central. Já as antenas replicadoras, instaladas em postes ou em prédios altos, serão capazes de cobrir distâncias de até 250 m. Além disso, um mecanismo inteligente das antenas 5G será responsável por focalizar o sinal de rádio em vez de emiti-lo para todas as direções. A direção do foco, por sua vez, será determinada pela demanda de dispositivos que requisitarem conexão com a rede, otimizando, assim, a capacidade de cada antena. Como toda tecnologia nova, os receptores do sinal 5G serão lançados com preços pouco acessíveis e, com o passar do tempo, ficarão mais baratos. Espera-se que os primeiros dispositivos que usarão de forma plena as redes 5G serão os smarthphones. Futuramente, espera-se que, à medida que o custo de fabricação diminua, outros dispositivos, como eletrodomésticos e wearables (pulseiras e relógios inteligentes, por exemplo), possam conectar-se à rede. A tendência é que o 5G possa, em um futuro próximo, substituir até mesmo as redes residenciais de Wi-Fi. Estima-se que alguns dispositivos com acesso à rede 5G possam atingir taxas de até 10 GBps de download, um enorme aumento em comparação com a rede 4G. Toda a infraestrutura para a utilização da rede 5G não sairá barata, no entanto, não se sabe ao certo de quanto deverá ser o investimento para os usuários finais. Estima-se que, na Europa, os custos de instalação da nova infraestrutura de antenas somarão entre 300 e 500 bilhões de euros, um investimento muito grande para potencialidades ainda maiores. 19 3 CONCLUSÃO A comunicação é uma área de grande importância para a continuidade e aceleração do mundo atual, dentro deste ponto, a tecnologia móvel também segue essa tendência, pois é possível verificar isso na explosão de utilização de telefones celulares, tanto para voz quanto para a crescente troca de dados na internet móvel. Com isso, denota-se o valor do estudo profundo e continuo desse setor tecnológico e é com esse pensamento que esse artigo foi criado. O Brasil demonstrou um grande crescimento na aquisição de aparelhos e tráfegos 4G LTE. Um dos maiores fatores para explicar esse crescimento foram as licitações de frequência de 2012 (2500MHz) e 2014 (700MHz). Com a liberação do espectro, a implantação da tecnologia 4G LTE já e uma realidade para a maioria das cidades Brasileiras. Onde se possui essa tecnologia trafegam-se dados de altíssima velocidade, no entanto a parte de voz ainda é feita por meio da tecnologia 3G ou 2G. Para ser considerado um 4G LTE é preciso que as operadoras usem apenas a rede 4G tanto para dados quanto para voz. Portanto para que se tenha um serviço de qualidade e que alcance os lugares mais remotos e não apenas os grandes centros é necessário que se invista muito mais na infraestrutura de rede e de equipamentos, utilizando se das técnicas apresentadas e um aperfeiçoamento das mesmas, com o máximo de aproveitamento do espectro. Por fim pode-se dizer que várias tecnologias foram criadas no decorrer dos anos, em como inúmeras técnicas e formulações. E essa tendência continuará por muito tempo, impulsionada por uma forte demanda de usuários profissionais e pessoais. 20 REFERÊNCIASCOVALSKI , KARINA. OTIMIZAÇÃO DE INFRAESTRUTURA DE REDE DE TELECOMUNICAÇÕES . 2012. 84 p Trabalho de Conclusão de Curso - Universidade Tecnológica Federal do Paraná , 2012. DMITRUK, Hilda Beatriz (Org.). Cadernos metodológicos: diretrizes da metodologia científica. 5 ed. Chapecó: Argos, 2001. 123 p. FELIPE GRASEL, Grasiel . O que é 4G e como funciona?. oficinadanet. 2014. Disponível em: www.oficinadanet.com.br. Acesso em: 1 nov. 2021. HELERBROCK, Rafael . Rede 5G. mundoeducacao. Disponível em: mundoeducacao.uol.com.br. Acesso em: 3 nov. 2021. HIROYUKI ITO, Rodrigo. Novas tecnologias para redes 5G. 2017. 8 p Trabalho de Conclusão de Curso (REDES E SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES) - Instituto Nacional de Telecomunicações – Inatel, 2017. LOURENTI MAGALHÃES, André . Rede: 2G. canaltech. Disponível em: https://canaltech.com.br/. Acesso em: 3 nov. 2021. SANCHES, Romannessa . O primeiro celular da história. techtudo. 2011. Disponível em: www.techtudo.com.br. Acesso em: 17 nov. 2021. UFRJ. 1G, 2G, 3G, 4G e 5G: entenda a evolução . Tecmundo. Disponível em: https://www.tecmundo.com.br/. Acesso em: 4 out. 2021.
Compartilhar