Redes de telecomunicação (1) - Os primórdios

Pessoal, tenho observado que muita gente boa que atua na área de telecom tem uma estranha deficiência de entendimento quanto ao que são, como funcionavam, como funcionam e como funcionarão as redes de telecomunicação. Para dar uma ajudinha a este povo que acha que quem ferve a 90 graus é o ângulo reto, decidi iniciar esta série de artigos.

Vamos começar pela evolução da "mãe de todas as redes": a rede telefônica.

Depois que Alexander Graham Bell inventou o telefone, os construtores de redes telefônicas como um negócio notaram que não era prático conectar todos os usuários entre si, porque o número de enlaces necessários cresce muito rápido à medida que o número de nós conectados aumenta.

Já que uma topologia totalmente ligada (full mesh) não é viável economicamente, a alternativa natural foi recorrer a uma topologia estrela (hub and spokes).

Neste caso, o nó central da rede, chamado nó de comutação (exchange node), utilizava um painel de conexões (switchboard), e as conexões eram completadas ligando os pares de usuários via cabos de interconexão (patch cables). Lembrem-se de que ainda estamos falando dos primórdios da rede telefônica.

A fotografia abaixo mostra um modelo de switchboard fabricado em 1924.

Mas isso só adiantou por pouco tempo. Com o crescimento do número de usuários do serviço telefônico, bem como seu espalhamento geográfico, as operadoras rapidamente tiveram que adotar uma hierarquia de switchboards, os locais, responsáveis pela conexão entre um grupo geograficamente restrito de usuários, e os de trânsito (tandem), responsáveis pela conexão entre grupos locais.

Neste ponto da história entra em cena Agner Krarup Erlang, engenheiro, matemático e estatístico dinamarquês. Com seus livros A Teoria das Probabilidades e as Conversações Telefônicas (1908) e Solução de Alguns Problemas da Teoria das Probabilidades Significativos Para as Centrais Telefônicas Automáticas (1917) ele foi o pioneiro no estudo da teoria do tráfego telefônico e da teoria das filas, usadas como ferramentas para o dimensionamento racional da rede. Antigamente o uso das fórmulas de Erlang era simplificado pelo uso de tabelas padronizadas. Hoje existem sites e softwares para efetuar o cálculo das fórmulas quando necessário.

O elemento principal que permitiu o desenvolvimento de centrais telefônicas automáticas foi a invenção do relé de passo (ou relé Strowger) por Almon Brown Strowger em 1891. Eles são o bloco básico de construção das chamadass centrais de passo ou centrais Strowger (step-by step exchange ou stepper exchange).

As centrais automáticas substituiram inicialmente as telefonistas que operavam os switchboards locais, e, mais tarde, também as telefonistas dos switchboards de trânsito. Mantendo a nomenclatura, elas passaram a ser denominadas centrais locais ou centrais de trânsito (tandem) conforme a sua forma de atuar no estabelecimento das chamadas (call setup).

Outra novidade com a introdução de centrais automáticas foi o surgimento de protocolos de sinalização central-assinante e central-central.

A sinalização central-assinante envolve a geração automática de sons pela central para indicar a disponibilidade para receber informação do usuário (tom de discar - dial tone), o início do toque da campainha no destino (tom de chamada - ringback tone), a indisponibilidade do destino para receber a chamada (tom de ocupado - busy tone), e a ocorrência de erros no encaminhamento da chamada (tom de erro - reorder tone).

A primeira forma de sinalização assinante-central foi a sinalização decádica, feita com o uso de um disco rotatório que gera trens de pulsos elétricos para representar os dígitos de 0 a 9 (um pulso = dígito 1, dois pulsos = dígito 2, ... , nove pulsos = dígito 9, dez pulsos  =  dígito 0). Posteriormente a sinalização central-assinante e assinante-central foram padronizadas na sinalização DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency). Para os dígitos da sinalização assinante-central o padrão internacional é definido na recomendação Q.23 da ITU-T. Cada dígito corresponde à geração simultânea de dois tons, conforme a tabela abaixo.

A sinalização central-assinante está aberta para padronização local em cada país. O padrão adotado nos Estados Unidos é:

• Tom de discar - 350 Hz + 440 Hz, -13 dBm, contínuo;
• Tom de chamada - 440 Hz + 480 Hz, -19 dBm, intermitente (duração de 2 segundos e intervalo de 4 segundos);
• Tom de ocupado - 480 Hz + 620 Hz, -24 dBm, intermitente (duração de 0,5 segundos e intervalo de 0,5 segundos);
• Tom de erro - 480 Hz + 620 Hz, -24 dBm, intermitente (duração de 0,25 segundos e intervalo de 0,25 segundos)

A sinalização central-central inicialmente era feita usando parte da banda dos próprios canais utilizados para cursar o tráfego dos usuários (in-band signaling ou channel-associated signaling - CAS). Os padrões mais difundidos para in-band signaling são o SS5 (Signaling Sistem #5) e o R2. Posteriormente o sistema de sinalização central-central evoluiu para o uso de canais dedicados apenas para sinalização (out-of-band signaling ou common channel signaling - CCS), sendo o SS7 (Signaling System #7) o mais representativo desta categoria.

A tecnologia de construção das centrais evoluiu para as centrais de painel (panel switches) e centrais crossbar. Depois disso começou a onda da digitalização da rede. Mas isto já é assunto para o próximo artigo desta série.