Redes de telecomunicação (6) - A busca pela rede multisserviço

Chegamos aos trepidantes anos 80 do século XX. Três coisas fundamentais mudaram no cenário das redes telefônicas nesta época:

• O processo tradicional de padronização seguido pelo CCITT (depois ITU-T), com seus ciclos de estudos e publicação das recomendações a cada quatro anos, mostrou-se inadequado para acompanhar o ritmo de desenvolvimento de novas tecnologias, e o CCITT viu-se na situação de, cada vez mais, apenas ratificar padrões de facto, elaborados por consórcios ou grupos de interesse da indústria;
• Entraram em funcionamento as primeiras redes modernas (1G) de telefonia celular;
• O desenvolvimento de redes e serviços de comunicação de dados por comutação de pacotes, especialmente o surgimento da Internet com a adoção da pilha de protocolos TCP/IP pela ARPANET em 1º de janeiro de 1983, bem como o surgimento de serviços especializados como fax e videoconferência, mostrou que o futuro pertenceria a redes capazes de transportar serviços de voz, vídeo e dados de forma integrada.

Cada um destes tópicos, por si só, já rende uma boa conversa (e vou dedicar o próximo artigo desta série ao surgimento e evolução da telefonia celular). Vamos nos concentrar por enquanto na questão da evolução da rede telefônica para uma rede totalmente digitalizada e capaz de acomodar todos os tipos de serviço.

Durante os ciclos de estudos e recomendações 1981-1984 e 1985-1988 do CCITT foi formalizado o conceito de uma Integrated Services Digital Network (ISDN). Os conceitos principais estão descritos nas recomendações I.120 e I.310. A figura abaixo (retirada da recomendação I.120) mostra as diversas recomendações que tratam da descrição da ISDN.

Como vimos neste artigo anterior, nesta época a digitalização da comutação e da transmissão já estavam bem adiantadas. Então o aspecto a chamar mais atenção nas especificações da ISDN, e o primeiro a ser implantado na prática, foi a digitalização do acesso do assinante. Foram definida duas interfaces digitais de assinante: Basic Rate Interface (BRI, descrita na recomendação ITU-T I.430) e Primary Rate Interface (PRI, descrita na recomendação ITU-T I.431).

A BRI funciona sobre dois pares de fios de cobre da rede de acesso convencional e fornece dois canais de tráfego (bearer channels - B) de 64 Kbps cada um, e um canal de sinalização (data channel - D) de 16 Kbps. Por causa desta configuração esta interface também é conhecida como 2B+D, e pode ser usada para suportar simultaneamente duas chamadas de voz ou dados a 64 Kbps nos canais B mais uma conexão de dados a 16 Kbps no canal D, ou uma conexão de dados de 128 Kbps usando os dois canais B mais uma conexão de dados a 16 Kbps no canal D.

Enqunto a BRI é adequada para usuários residenciais ou pequenos negócios, a PRI é voltada para usuários de maior porte. Projetada para funcionar sobre canais T1 (Estados Unidos) ou E1 (ITU-T G.703). Neste artigo anterior  tem uma descrição genérica das hierarquias de multiplexação plesiócronas T e E. Conforme o caso, a interface PRI também é chamada de 23B+D (23 bearer channels + data channel, todos de 64 Kbps, equivalente a um canal T1 de 1,544 Mbps) ou 30B+2D (30 bearer channels + data channel, mais um canal para sincronismo e alarmes, todos de 64 Kbps, equivalente a um canal E1 de 2,048 Mbps).

Embora bem articulada, o problema com a proposta ISDN foi o tempo que ela demorou para ser efetivamente implementada pelas operadoras, o que deu espaço para a fixação de uma tecnologia alternativa para linhas digitais de assinante, literalmente: digital subscriber line ou DSL.

Utilizando a faixa de frequência mais alta (acima de 25 KHz) sobre os mesmos pares de fios de cobre da rede de acesso analógica convencional os primeiros modems DSL (mais especificamente HDSL, ITU-T G.991.1) podiam oferecer comunicação de dados a 1,544 Mbps (T1) ou 2,048 (E1) Mbps, simultânea com uma conexão de voz convencional. E sem a necessidade de fazer alterações pesadas e caras no estágio de assinantes das centrais de comutação. Previsivelmente eles foram um sucesso de público e crítica, e o interesse das operadoras na implantação do modelo ISDN começou a diminuir. E os modems DSL continuaram evoluindo: ADSL, ADSL2, ADSL2+, VDSL e VDSL2.

A reação natural dos desenvolvedores de tecnologia tradicionais de telecom foi evoluir a proposição ISDN para uma rede com taxas de transmissão mais elevadas, que foi denominada Broadband ISDN (B-ISDN). O aspecto marcante da arquitetura B-ISDN é a adoção do protocolo ATM (Asynchronous Transfer Mode) para o transporte de todos os tipos de tráfego encapsulado em pequenos pacotes chamados células (figura retirada da recomendação ITU-T I.361).

Para permitir a correta segmentação e remontagem (Segmentation And Reassembly - SAR) dos diversos tipos de tráfego em células ATM e vice-versa é necessária a utilização de uma camada de adaptação ATM (ATM Adaptation Layer - AAL), conforme o modelo abaixo (retirado da recomendação ITU-T I.321).

Existem os seguintes padrões definidos para a camada AAL:

• AAL1 - Serviço Constant Bit Rate (CBR) orientado a conexão e com sincronismo, para emulação de circuitos convencionais (ITU-T I.363.1);
• AAL2 - Serviço Variable Bit Rate (VBR) orientado a conexão e com sincronismo, para suporte a tráfego sensível a delay, como vídeo (ITU-T I.363.2);
• AAL3/4 - Serviço VBR orientado a conexão e assíncrono, para suporte a interfuncionamento de serviços de dados como X.25 e frame-relay (ITU-T I.363.3);
• AAL5 - Serviço VBR orientado a conexão e assíncrono, para suporte a funcionalidades como IP over ATM - IPoATM, Ethernet over ATM, Switched Multimegabit Data Service - SMDS, e LAN emulation - LANe (ITU-T I.363.5).

O protocolo ATM ainda estabelece circuitos virtuais (permenentes ou comutados) entre os terminais que se comunicam. Um circuito virtual é identificado, em cada trecho da rede, pelo par VCI + VPI (Virtual Circuit Identifier + Virtual Path Identifier). VCs e VPs são multiplexados nos enlaces de transmissão que conectam os elementos da rede ATM, conforme as figuras abaixo (retiradas da recomendação ITU-T I.311).

Para completar o modelo B-ISDN era necessário resolver dois problemas da hierarquia de multiplexação PDH: taxas de transmissão relativamente baixas e a impossibilidade de extrair canais individuais sem ter que demultiplexar e remultiplexar todo o sinal agregado. Além disso era necessário que a nova hierarquia de multiplexação fosse agnóstica para o transporte de tráfego ATM e do tráfego legado da hierarquia PDH tradicional.

As propostas para solução destes problemas vieram em dois "sabores" que depois foram devidamente convergidos. O primeiro deles foi proposto pela Telcordia/ANSI, e chama-se Synchronous Optical Network (SONET), e o outro foi proposto na ITU-T e chama-se Synchronous Digital Hierarchy (SDH). Como ambos os sistemas encontram-se convergidos, hoje podemos falar em SONET/SDH ou SDH/SONET, conforme a preferência de cada um.

Os níveis da hierarquia de multiplexação são chamados Optical Carrier - OC (nomenclatura SONET) ou Synchronous Transport Module - STM (nomenclatura SDH).

A razão para a existência de overhead na transmissão SDH/SONET é porque os dados são estruturados em um quadro de transmissão composto de header e payload. Agora que vimos isto tudo, podemos fazer um diagrama genérico para a estrutura da rede B-ISDN.

Na figura vemos os dois elementos que compõem a mutiplexação SDH/SONET: Add-Drop Multiplexers (ADMs), responsáveis pela inserção e retirada de canais de tráfego, de múltiplas taxas, nos quadros de transmissão SDH; Optical Cross-Connects (OXCs), responsáveis pela inserção e remoção dos quadros de transmissão SDH no sinal óptico na fibra. Quando estes dois elementos são implementados em um único equipamento ele é chamado Optical Add-Drop Multiplexer (OADM). Tipicamente os OXCs (ou OADMs) são interligados formando um duplo anel, para garantir máxima resiliência a falhas.

Finalmente, por tráfego legado entenda-se agregados de tráfego PDH convencionais (tipicamente na forma de canais E1).

Tudo isto parece muito coerente. Pena que não aconteceu na prática. A hierarquia de multiplexação digital síncrona SDH/SONET alcançou grande sucesso, virtualmente substituindo a multiplexação PDH no backbone das redes das operadoras de telefonia. Já a sua penetração nos estratos de agregação e acesso foi em grande parte contida pela expansão da tecnologia Ethernet e das redes IP/MPLS. E a evolução das redes ópticas de transporte (Optical Transport Networks - OTNs) ameaça o futuro do SDH/SONET.

Já o ATM teve um relativo sucesso inicial, mas a crescente adoção das redes IP/MPLS como suporte universal de transporte para voz, vídeo e dados tornou-o obsoleto atualmente.

Como disse antes, no próximo artigo vou tratar das redes de telefonia celular. Depois disso volto para tratar da "invasão" do TCP/IP (e do MPLS e Ethernet) nas redes de telecomunicação.